SUMBER POLUTAN NITROGEN DALAM AIR LAUT

sumber:www.oseanografi.lipi.go.id

Oseana, Volume XXIX, Nomor 3, Tahun 2004 : 25 - 33

ISSN 0216-1877

SUMBER POLUTAN NITROGEN DALAM AIR LAUT Oleh Tjutju Susana 1)

ABSTRACT SOURCES OFNTTROGEN POLLUTANT IN THE SEA WATER. In the oceans, nitrogen exists mainly as molecular nitrogen and as inorganic salts nitrate, nitrite, and ammonia, and some organic nitrogen (amino acids and urea). The sources of nitrogen enrichment within the waters are varied. Principal amongst these is domestic sewage, agricultural industry, fertilizer industry, and pulp and paper-producing industries. The effects of all these various activities caused abundance of amonianitrogen. Certain concentration of ammonia-nitrogen compound are toxic to sea water organisms. Keberadaan senyawa nitrogen dalam air laut selain secara alami, dapat juga berasal dari beberapa sumber pembuangan yang mengalir ke dalam laut. Beberapa sumber nitrogen tersebut di antaranya adalah industri-industri pertanian, kimia, tekstil, kulit, makanan dan kehutanan. Masing-masing industri mengalirkan buangannya ke dalam perairan dengan variasi bentuk dan konsentrasi senyawa nitrogen yang berbeda. Bentuk buangan senyawa nitrogen dari masing-masing industri tersebut pada mulanya bukan merupakan senyawa kimia berbahaya, karena bentuknya masing-masing spesifik untuk jenis buangan industri tertentu. Namun setelah sampai di perairan akan bergabung dengan buangan senyawa kimia tetentu yang berasal dari industri lainnya sehingga akan bereaksi membentuk senyawa kimia baru yang berbahaya bagi kehidupan organisme di dalamnya.

PENDAHULUAN

Komposisi kimia air laut sangat kompleks, di dalamnya terdapat bermacammacam unsur dan senyawa kimia yang bermanfaat bagi kehidupan biota laut. Zat hara yang dibutuhkan sebagai nutrisi bagi biota laut merupakan salah satu senyawa kimia yang terdapat dalam air laut. Nitrogen dalam bentuk persenyawaannya merupakan salah satu unsur nutrisi tersebut. Keberadaan senyawa nitrogen tersebut sangat dibutuhkan untuk pembentukan protoplasma. Konsumen senyawa nitrogen dalam air laut adalah algae bentos dan fitoplankton. Kedua macam tumbuhan laut tersebut menurut SMAYDA (1983) mengambil senyawa nitrogen secara bertahap dengan urutan pertama yaitu nitrogennitrat (NO3-N), kemudian nitrogen- nitrit (NO2N), dan terakhir nitrogen-ammonia (NH3-N).

25

Oseana, Volume XXIX no. 3, 2004


Keberadaan nitrogen dalam bentuk persenyawaannya cukup berperan dalam proses memperburuk kualitas perairan, sebab dalam batas-batas konsentrasi dan bentuk tertentu senyawa ini dapat bersifat racun bagi organisme perairan. Sebagai contoh bertambahnya angka kematian ikan di muara Teluk Velsao (Goa) disebabkan oleh berdirinya pabrik pupuk di sekitar Teluk tersebut yang menghasilkan sejumlah besar bentuk nitrogenammonia (NH3-N). SIFAT KIMIA NITROGEN

Nitrogen adalah unsur kimia bukan logam yang mempunyai bilangan atom 14 dalam sistem periodik, masing-masing atomnya memiliki lima elektron valensi dalam konfigurasi ns2n p3. Di alam, unsur nitrogen terdapat baik di udara, laut maupun darat. Selain dalam bentuk gas, unsur kimia ini bisa terdapat sebagai bentuk persenyawaan dengan unsur lainnya membentuk senyawa baru yang mempunyai sifat kimia berbeda dengan unsur

Tabel 1. Bilangan oksidasi nitrogen berikut senyawa kimianya (Sumber: ACHMAD, 1992)

26



Senyawa nitrogen oksida merupakan senyawa kimia beracun dalam atmosfir, di antara beberapa bentuk oksida nitrogen (Tabel 1) hanya satu yang kurang beracun yaitu dinitrogen oksida (N2O). Gas ini tidak berwarna, berbau agak manis dan bersifat anestetik sehingga banyak digunakan oleh dokter gigi. Nitrogen oksida yang paling berbahaya adalah nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2) karena bila terhisap dapat mematikan. Kedua macam gas ini berbau menyengat, dapat mengiritasi paru-paru dan batang tenggorok, bila terhisap gas ini dapat mematikan. Untuk memperkirakan reaksi kimia yang terjadi antara unsur nitrogen dengan unsur atau senyawa kimia lainnya perlu diketahui karakter atau sifat kimia dan fisika unsur nitrogen.

Kedua untuk skala industri, dilakukan dengan cara pencairan udara. Dalam skala industri, sebagian besar nitrogen digunakan untuk membuat ammonia, urea, ammonium sulfat dan asam nitrat. Oleh karena nitrogen bersifat tidak reaktif maka nitrogen digunakan sebagai selubung gas inert untuk menghilangkan oksigen pada pembuatan alat elektronika. Sejumlah besar nitrogen cair digunakan dalam industri makanan karena suhunya rendah (- 196°C), sehingga dapat mempercepat proses pendinginan (ACHMAD, 1992).

Tabel 2. Sifat-sifat fisika dan kimia unsur nitrogen:

NITROGEN DALAM AIR LAUT Nitrogen merupakan kebutuhan pokok bagi seluruh organisme, sebab unsur nitrogen diperlukan dalam mensintesis molekul-molekul protein yang kompleks dan berpengaruh terhadap pertumbuhan dan reproduksi organisme tersebut. Menurut ODUM (1971) nitrogen yang terdapat dalam molekul-molekul protein dalam organisme yang telah mati akan diuraikan menjadi bentuk-bentuk nitrogen anorganik. Proses kimia ini dilakukan oleh serangkaian organisme pengurai, terutama bakteri pembentuk nitrat, hasilnya berupa zat hara nitrat yang merupakan bentuk nitrogen anorganik siap pakai. Konsumennya adalah tumbuhan hijau yang terdapat dalam air laut seperti plankton dan algae. Sehubungan dengan sifatnya yang unik, maka nitrogen dalam lingkungan perairan pun terdapat dalam berbagai bentuk dan gabungan kimiawi yang luas dan meliputi tingkat oksidasi yang berbeda. Berdasarkan hal tersebut secara umum senyawa nitrogen dalam air laut terdapat dalam dua bentuk, yaitu nitrogen-organik dan

Walaupun beberapa senyawa oksida nitrogen ada yang bersifat racun, namun senyawa kimia tersebut banyak dimanfaatkan di berbagai bidang yaitu di laboratorium, industri, kedokteran dan Iain-lain. Dalam proses pembuatannya, nitrogen dibagi dalam dua skala penggunaan. Pertama untuk skala laboratorium, dilakukan dengan cara memanaskan larutan yang mengandung garam ammonia dan garam nitrit. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

27 Oseana, Volume XXIX no. 3, 2004


dipengaruhi oleh adanya penyebaran nitrat dari darat. Untuk mengetahui seberapa besar konsentrasi nitrogen dalam air laut, perlu kiranya sedikit diulas masalah unit satuan yang umum digunakan dalam menyatakan konsentrasinya, karena terdapat beberapa bentuk satuan yang digunakan dalam literatur. SHARP (1983) menyatakan bahwa sebagian besar unit dasar yang dipergunakan adalah mikrogram-atom nitrogen per liter (μg.atom N liter-1), namun demikian akhir-akhir ini banyak literatur yang mempergunakan satuan mikrogram nitrogen per liter (μg N liter-1). Hal ini memang membingungkan bagi pemakai yang kurang memahaminya, untuk itu dipakai patokan dasar bahwa 1 μg.atom N liter-1 ~ dengan 14 μg.N liter-1 . Kuantitas atau banyaknya molar juga sering digunakan, dengan catatan bahwa 1 mikromolar N (μM) = lμg.atom N liter-1. Untuk kepentingan di bidang geokimia umumnya dipergunakan unit satuan mikromol per kilogram (μM kg -1). Konsentrasi senyawa nitrogen yang terdapat dalam air laut bervariasi, tergantung dari jauh dekatnya dari sumber-sumber penyebab berlimpahnya senyawa nitrogen. Namun demikian secara umum SHARP (1983) telah membaginya ke dalam 4 wilayah sebagaimana tercantum dalam Tabel 3.

nitrogen- anorganik. Nitrogen-organik berada dalam bentuk terikat di unsur pokok sel mahluk hidup yang masih hidup. Contohnya purin, peptida dan asam-asam amino. Sedangkan ni-trogen-anorganik terdapat dalam keadaan larut (ammonia, nitrat, dan nitrit), dan gas. Konsentrasi senyawa nitrogen dalam air laut Secara alami konsentrasi nitrogennitrat dalam air laut hanya beberapa mg/1. Senyawa ini merupakan salah satu senyawa sel nutrisi yang berfungsi dalam merangsang pertumbuhan biomassa laut, sehingga secara langsung dapat mengontrol perkembangan produksi primer. Oleh sebab itu konsentrasi nitrat yang berlimpah dalam air laut berhubungan erat dengan kesuburan suatu perairan.SCHlNDLER etal.(1978) menjelaskan bahwa produksi primer perairan adalah khas karena dibatasi oleh fosfor, sedangkan kekurangan nitrogen pada plankton dapat dipenuhi karena adanya fiksasi nitrogen. Pengaruh kelimpahan nitrat yang tidak dapat terkendalikan di perairan laut yang diakibatkan oleh manusia (misalnya penggunaan pupuk) akan dapat mengganggu ekosistem perairan, yaitu terjadinya kondisi eutrofikasi.Fenomena eutrofikasi di perairan laut sering terjadi di daerah pantai yang secara langsung

Tabel 3. Konsentrasi beberapa bentuk senyawa nitrogen (μg.atom N /I) dalam air laut (Sumber SHARP, 1983)

28



Tabel 5. Perkiraan pembuangan nitrogen dari industri-industri di Finlandia dan Swedia

BEBERAPA SUMBER NITROGEN DALAM PERAIRAN Selain kandungan alamiah dalam air laut itu sendiri, keberadaan nitrogen yang berlimpah dalam air laut dapat berasal dari berbagai sumber yang mengalir ke dalam perairan. Berbagai industri di Finlandia yang menghasilkan limbah nitrogen diperkirakan oleh LANDNER (1977) menyumbangkan buangan sebesar 9200 ton. Jenis industri yang mendominasi pembuangan nitrogen tersebut adalah industri pulp dan kertas. Dalam penelitiannya di danau Vanern (Swedia), HANS SON dalam LANDNER (1977) mengklasifikasikan berbagai jenis industri yang membuang limbah senyawa nitrogen, jumlah totalnya sebesar 8000 - 9000 ton / tahun yang berasal dari berbagai sumber (Tabel 4). Tabel 4. Sumber-sumber nitrogen yang mengalir ke Danau Vanern (Swedia)

Beberapa industri yang berpotensi besar dalam pembuangan limbah nitrogen adalah industri yang bergerak dalam bidang kehutanan, agrokimia, kimia, pertambangan, tekstil, kulit dan makanan. SARKA dan HANSSON dalam LANDNER (1977) telah melakukan penelitian mengenai hal tersebut di Finlandia dan Swedia. Hasilnya menunjukkan bahwa dari sejumlah industri tersebut, industri kehutanan dan kimia berperan lebih besar dibandingkan dengan industri lainnya sebagaimana tercantum dalam Tabel 5.

29



LANDNER (1977) menyatakan bahwa industri agrokimia menempati urutan nomor dua sebagai sumber limbah nitrogen di perairan Finlandia (Tabel 5). Bentuk nitrogen-ammonia dalam air laut sebenarnya bukan merupakan senyawa kimia beracun. Sifat racun ammonia ini timbul bila terdapat dalam keadaan terdisosiasi, yaitu apabila ammonia terdapat dalam larutan dimana terdapat ion hidrogen. Pada awalnya proses yang terjadi adalah berasal dari perubahan bentuk nitrogen-nitrat dan nitrogen-nitrit dalam keadaan anaerob, menjadi bentuk nitrogenammonia, selanjutnya ammonia ini bersenyawa dengan air membentuk ion ammonium seperti reaksi berikut:

Nitrogen sebagai racun Unsur nitrogen dan fosfor dalam air laut berfungsi sebagai nutrisi bagi biota di dalamnya. Dalam batas-batas konsentrasi tertentu yang layak untuk keperluan biota, maka keberadaan unsur-unsur nutrisi tersebut tidak bermasalah, namun bila konsentrasinya berlimpah maka akan menyebabkan terjadinya eutrofikasi yang menyebabkan unsur-unsur nutrisi tersebut berubah fungsinya. Beberapa waktu yang lalu terjadi kematian ikan secara masal di beberapa perairan antara lain Teluk Jakarta dan Lampung. Saat itu belum diketahui secara jelas apa penyebabnya. Beberapa peneliti menginformasikan bahwa salah satu penyebab kematian ikan disebabkan oleh tingginya konsentrasi ammonia. Kasus yang hampir sama terjadi di India. SINGBAL etal. (1976) dalam penelitiannya menyatakan bahwa, seringnya terjadi kematian ikan di Teluk Velsao (India) seiring dengan berdirinya pabrik agrokimia di sekitar perairan tersebut. Menurutnya hal ini disebabkan oleh adanya senyawa nitrogen dan arsen dalam air laut, namun di antara kedua senyawa kimia itu yang menimbulkan masalah primer adalah senyawa nitrogen-ammonia dalam perairan tersebut yang kadarnya mencapai 174 pgA/l. Sumber lainnya (LANDNER, 1977) menyatakan bahwa industri agrokimia menempati urutan nomor dua sebagai sumber limbah nitrogen di perairan Finlandia. Keberadaan nitrogen-ammonia dalam air laut berasal dari hasil metabolisme organisme hidup dan proses dekomposisi organisme yang telah mati serta sisa-sisa makanan. Beberapa kasus menyatakan bahwa konsentrasi ammonia yang berlebih dapat menimbulkan permasalahan serius dalam perairan. Kondisi demikian dapat diakibatkan oleh sumbangan nitrogen yang berasal dari daratan. Sumbangan nitrogen yang cukup banyak jumlahnya berasal dari pertanian, agrokimia, kehutanan dan lain sebagainya.

Dalam bentuk terdisosiasi seperti ini bentuk nitrogen-ammonia lebih beracun terhadap ikan dibandingkan dalam bentuk ammonium, dan hal ini erat kaitannya dengan derajat keasaman (pH) perairan. Daya racun ammonia meningkat dengan meningkatnya pH (PESCOD,1978). DOWNING & MERKENS dalam SUTOMO (1989) menyatakan bahwa ikan "rainbow trout", Salmo gairdneri dapat hidup dalam perairan yang mengandung kadar ammonia sepuluh kali lipat pada pH = 7, daripada dalam air dengan pH = 8. Menurut SUTOMO (1989), efek subletal ammonia terhadap ikan adalah terjadinya penyempitan permukaan insang, akibatny a kecepatan proses pertukaran gas dalam insang menjadi menurun. Selain itu efek lainnya adalah terjadinya penurunan jumlah sel darah, penurunan kadar oksigen dalam darah, mengurangi ketahanan fisik dan daya tahan terhadap penyakit, serta kerusakan struktural berbagai jenis organ tubuh. Adanya ion ammonium dalam air bersih (tidak terpolusi) berkaitan dengan proses

30



beberapa jenis limbah industri dan proses pemurnian air. Beberapa tumbuhan tidak dapat tumbuh dengan baik jika di dalamnya terdapat nitrit. Adanya nitrit pada tubuh manusia dan hewan dapat merusak sistim pernafasan dan paru-paru. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nitrit ini mempengaruhi cara kerja sel-sel tertentu sehingga mengurangi daya tahan tubuh terhadap penyakit dan mempengaruhi kerja enzim tertentu dalam tubuh. Penggunaan senyawa nitrit dalam bidang industri cukup luas, antara lain dalam industri farmasi, obat, fotografi, tektsil, dan pengolahan daging. Manfaat senyawa nitrit dalam industri pengolahan daging ialah untuk menimbulkan warna merah segar yang akan menambah selera, dan mencegah pertumbuhan bakteri Clostridium botolinum yang dapat menyebabkan keracunan pada makanan. Bentuk lainnya dari senyawa nitrogen adalah nitrat yang merupakan hasil akhir dari proses oksidasi biokimia ammonia yang dibentuk sebagai hasil pemecahan protein. Secara teoritis, konsentrasi nitrat terdapat dalam jumlah yang cukup tinggi dalam air permukaan, kecuali pada saat fitoplankton melimpah dalam badan air. SHARP (1983) menyatakan bahwa konsentrasi nitrat dan nitrit dalam air permukaan yang normal masingmasing sebesar 0-4 mg/1 dan 0 - 0,01 mg/1. Bertambahnya konsentrasi nitrat dalam badan air menunjukkan terjadinya polusi faecal pada tingkat awal. Kadar nitrat yang tinggi dalam air minum berbahaya bagi anak-anak, dapat menyebabkan anemia (meta haemoglobinemia). Sebagaimana halnya nitrit, maka penggunaan nitrat pun mencakup berbagai bidang. Dalam bentuk senyawanya nitrat antara lain digunakan dalam industri pupuk, kembang api, insektisida, bahan peledak, produk-produk medis, makanan, dan zat warna. Asam nitrat bersama-sama dengan dimetilhidrazin (CH3)2NNH2 digunakan untuk peluncuran pelurukendali.

dekomposisi biokimia dalam protein. Oleh karena itu konsentrasi ion ammonium akan bertambah bila organisme perairan mati, terutama dalam daerah agregasi yaitu lapisan perairan yang densitas fito dan bakterio planktonnya bertambah. Terjadinya fluktuasi musiman ion ammonium menggambarkan nutrisi dalam badan air telah terpolusi oleh bahan organik yang berasal dari limbah rumah tangga dan industri, terutama industri makanan. Ion ammonium ini dapat terbentuk selama proses reduksi anaerobik pada nitrat dan nitrit. Rendahnya konsentrasi ion ammonium dalam badan air dicirikan dengan tingginya kadar oksigen dan nilai potensial redoks. Hubungan antara konsentrasi ion ammonium dan ammonia bebas ditentukan oleh nilai pH seperti tampak dalam Tabel 6.

Beberapa hasil penelitian menyatakan bahwa akumulasi ammonia dalam air budidaya mengakibatkan berbagai macam kerusakan terhadap organisme, terutama kerusakan pada fungsi dan struktur organ (SUTOMO, 1989). Bentuk lainnya dari senyawa nitrogen dalam air laut yang dapat menimbulkan masalah adalah senyawa nitrit. Dalam air laut, nitrit timbul sebagai hasil oksidasi biokimia dari ammonia atau reduksi nitrat. Dalam air permukaan dengan konsentrasi oksigen yang cukup pada nilai potensial redoks yang tinggi maka yang dominan adalah proses oksidasi. Konsentrasi nitrit yang tinggi kemungkinan terjadi dalam

31



penyebaran senyawa-senyawa tersebut dalam kolom air laut. Konsentrasi nitrogen yang terukur dalam kolom air pada waktu tertentu merupakan hasil dari proses-proses biologi dan fisika tersebut.

Nitrogen dalam perairan estuarin Estuarin yang merupakan salah satu komponen ekosistem pesisir didefinisikan oleh ODUM (1971) sebagai suatu perairan pesisir semi tertutup yang berhubungan dengan laut lepas dan sangat dipengaruhi oleh pasang surut air laut. Sebagai akibat terjadinya pasang surut air laut, maka terjadi percampuran antara air tawar yang berasal dari daratan melalui aliran sungai dengan air laut yang berasal dari laut lepas. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa estuarin merupakan suatu daerah peralihan antara perairan tawar dan laut. Aliran air tawar yang berasal dari daratan secara terus menerus melimpahkan nutrien, mineral dan sedimen ke dalam estuarin dan menggantikan bahan dasar yang diperlukan untuk proses fotosintesis dalam menunjang produktivitas perairan. Reaksi biokimia dan proses fisika yang terjadi dalam estuarin umumnya mengatur sistem nitrogen dalam perairan. Proses pelarutan nitrat dan ammonia sering berlangsung cepat setelah memasuki kawasan estuarin karena banyak digunakan oleh fitoplankton dan makrofita. Reaksi mineralisasi di dasar perairan akan mengembalikan nitrogen serta fosfat ke dalam kolom air dan selanjutnya berpindah ke lapisan atas. Arus air dalam muara atau sungai bergerak relatif cepat, berbeda halnya dengan arus yang terjadi dalam badan air yang pergerakannya lebih lambat. Kondisi ini berakibat terhadap nitrogen, konsentrasinya menurun di bagian hilir karena adanya buangan yang menyebabkan serangkaian perubahan kimiawi dan biologi. Menurut SVERDRUP et a/.(1942) konsentrasi berbagai senyawa nitrogen anorganik maupun organik yang terdapat dalam air laut dipengaruhi oleh faktor-faktor biologi, akan tetapi tenggelamnya organismeorganisme yang telah mati dan proses-proses fisika antara lain arus juga menentukan

DAFTAR PUSTAKA

ACHMAD, H 1992. Kimia Unsur dan Radiokimia. PT.Citra Aditya Bakti. Bandung: 230 hal. JENKINS, D., W.J.KAUFMAN., P. H .Me. GAUHEY, AJ.HORNE,andJ.GASSER. 1973. Environmental impact of detergent builders in California waters. Water Research, 7 :265 - 281 pp. LANDNER, L 1977 . Sources of nitrogen as a water pollutant: industrial waste water. Proceedings of the conference on nitrogen as a water pollutant. (S.HJenkins ed). August, Copenhagen: 55-65 pp. ODUM,E.P. 1971 "Fundamentals of Ecol. ogy". 3 th eds. W.B.Saunders Company,Philadelphia :574 pp. PESCOD, M.B. 1978. Environmental Indices Theory and Practise. Ann Arbour Science Inc.Michigan: 59 pp. SVERDRUP, H. U., M.W. JOHNSON, and R. H. FLEMING. 1942. The Oceans. Their Physics, Chemistry and General Biology. Prentice-Hall, New York, 1807 pp. SINGBAL, S. Y, S. P. PONDEKARandC. V. G. REDDY 1976. Chemical characteristics of the inshore water in Velsao Bay (Goa). Mahasagar Bulletin of the National Institute of Oceanography\ Goa

9 :35-39.

SCHINDLER, D.W., E.J. FEE, and T.RUSZCYNSKI 1978. Phosphorus

32



input and its consequences for phytoplankton standing crop and production in the experimental lake area and in similar lakes. J.Fish. Res. Bd Can,: 35: 190-196 pp.

seas Ecosystem of the world 26" (B.H.Ketchum ed.). Elsevier Sci, Publ. Com, Amsterdam, Oxford: 65 -102. RUANE, J. R. and P. A. KRENKEL1977. Nitrification and other factor affecting nitrogen in the Holston River. Proceedings of the Conference on nitrogen as a water pollutant. (S.H.Jenkins eds). Copenhagen: 209 - 224.

SHARP, J.H. 1983. The distributions of inorganic nitrogen and dissolved and particulate organic nitrogen in the sea. In : "Nitrogen in the marine environment" (Carpenter,E.J and D.G.Capone eds). Academis Press New York, 1 - 29 pp.

SUTOMO 1989. Pengaruh ammonia terhadap ikan dalam budidaya sistem tertutup. Oseana. Vol XIV. No. 1:19 - 26 hal.

SMAYDA, T. 1983. The phytoplankton of estuaries. In : " Estuaries and enclosed

33


SUMBER POLUTAN NITROGEN DALAM AIR LAUT

Recommend Documents