BAB 3

NITRIFIKASI DAN DENITRIFIKASI

Oleh:

DANIEL SIAHAANNIM 120407017DEPARTEMEN TEKNIK LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015NITRIFIKASI DAN DENITRIFIKASI

PENDAHULUAN

Menurut Metcalf, et al (2003), nitrifikasi merupakan gambaran dari dua langkah proses biologis dimana ammonia (NH4-N) dioksidasi menjadi NO2- N dan nitrit dioksidasi menjadi nitrat (NO3- N). Mengapa proses nitrifikasi ini diperlukan dalam mengolah air limbah yang mengandung unsur N .Proses ini diperlukan karena :

1. Ammonia yang terkandung dalam air limbah akan mempengaruhi konsentrasi Dissolve Oksigen (DO) dan bersifat racun terhadap ikan.

2. Nitrogen yang ada harus diremoval agar tidak terjadi Eutrophkasi pada permukaan air.

Proses ini dilakukan untuk menjaga badan air yang diperuntukkan sebagai air minum. Tingkatan Nitrat N sebagai air minum adalah 45 mg/l, sedangkan untuk nitrat sebagai Nitrogen adalah 10 mg/l. Dan total konsentrasi organic dan konsentrasi Ammonia Nitrogen dalam air limbah antara 25 mg/l 45 mg/l.Denitrifikasi merupakan proses biologis yang mereduksi nitrat menjadi nitrit oksida, nitrous oksida dan gas nitrogen. Pengolahan biologis dengan denitrifikasi ini merupakan suatu kesatuan dari proses biologis untuk meremoval nitrogen, yang mana proses ini biasa disebut sebagai proses Nitrifikasi dan Denitrifikasi.

NITRIFIKASI Nitrifikasi merupakan proses konversi nitrogen aminia menjadi nitrat. Nitrifikasi menjadi salah satu proses yang penting untuk diperhatikan hal ini sebab :

Air limbah yang banyak mengandung N organik cenderung merangsang pertumbuhan algae yang pada akhirnya akan menimbulkan eutrophikasi di perairan.

Adanya nitrifikasi akan menyebabkan turunnya konsentrasi oksigen terlarut (DO), hal ini disebabkan pada setiap tahap reaksi dalam nitrifikasi akan mengkonsumsi DO.

NH4 juga merupakan atau bersifat toxic terhadap kehidupan air. NH4 juga mengkonsumsi dosis chlorine yang berakibat naiknya kebutuhan chlor untuk desinfectan di PDAM. Total nitrogen biasanya disebut sebagai total Kjeldahl nitrogen (TKN). TKN terdiri dari bahan organik (protein, asam nucleic, urea) dan anorganik (NH4) (Hammer, Mark J, 2004).Proses Nitrifikasi Proses konversi nitrogen amonia menjadi nitrat melibatkan bakteri autrotof. Bakteri autrotof adalah bakteri yang menggunakan sumber energi dari cahaya matahari (photoautotrof) maupun hasil oksidasi bahan anorganik (chemoautotrof). Sumber karbon berasal dari fiksasi dioksida genus Nitrosomonas dan Nitrobacter adalah jenis yang paling memegang peranan penting dalam proses nitrifikasi. Pada kebanyakan autotrof adalah bahwa tidak ada NAD dan NADP yang ikut serta selama proses oksidasi sumber energi. Untuk memperoleh NADH2 atau NADPH2 yang diperlukan untuk fiksasi karbon dan biosintesa, organisme ini menggunakan proses kebalikan transport elektron. Pada proses ini yang terjadi adalah sebagaian ATP yang dihasilkan sel harus dipergunakan menjadi bentuk NADH2.Proses nitrifikasi yang dilaksanakan oleh organisme autotrof dan berlangsung dalam dua tahap, yaitu :

1. Tahap nitritasi, yaitu tahap oksidasi ion ammonia (NH4+) menjadi ion nitrit (NO2-) dan dilaksanakan oleh bakteri Nitrosomonas dengan reaksi sebagai berikut :

2NH4+ + 3O2 Nitrosomonas 2NO2- + 2H2O+4H+ (Gram = -64.8 Kcal/mol2.Tahap nitratasi, yaitu tahap oksidasi ion nitrit menjadi nitrat NO3- dan dilakukan oleh Nitrobacter dengan reaksi : 2NO2- + O2 Nitrobacter 2NO3- (Gram = -18.1 Kcal/molTotal energi hasil reaksi (Gram = -82.9 Kcal/mol.1 mol NH4+ menghasilkan 2 mol H+, yang akan mengkonsumsi alkalinity.Kinetika Pertumbuhan Mikroorganisme Kinetika pertumbuhan bakteri autrotof dan penurunan substratnya dapat dinyatakan dalam persamaan yang sama dengan yang digunakan pada bakteri heterotrof.

Faktor-faktor yang mempengaruhi Kinetika :

Faktor-faktor yang mempengaruhi Kinetika meliputi :

Konsentrasi amonia dan nitrit. Efek ini akan berpengaruh terhadap fraksi bakteri nitrifikasi.

Ratio BOD5 / TKN,Efek ini terhadap maximum spesific growth rate bakteri nitrifikasi.

Konsentrasi Oksigen terlarut, Berpengaruh terhadap maximum spesific growth rate bakteri nitrifikasi

Temperatur, Penurunan temperatur akan menurunkan pertumbuhan bakteri,

Kn = 100.051T-1.158T dalam derajat celcius

pH, pertumbuhan maksimum bakteri nitrifikasi terjadi pada pH 7.2 9 Sedangkan untuk proses kombinasi dengan penurunan karbon mengikuti persamaan :

Penerapan Nitrifikasi mengikuti Pengolahan Aerobik Proses nitrifikasi dapat diterapkan pada sistem lumpur aktif CFSTR atau plug flow dengan resir, dan bioflim (Tricking Filter dan Cakram Biologis).Pada pengolahan dengan lumpur aktif dapat dilakukan secara terpisah dalam tangki yang berbeda maupun dalam satu tangki dengan proses kombinasi.Gambar 6.1 dan 6.2 berikut ini adalah beberapa jenis pengolahan penurunan amonia dengan nitrifikasi dengan cara lumpur aktif. penyisihan karbon nitrifikasi Gambar 6.1 Single Stage Nitrifikasi Penyisihan C Nitrifikasi

Gambar 6.2 Two Stage Nitrifikasi

Dasar pemilihan antara sistem dengan satu tangki atau dua tangki aerasi biasanya dengan memperhatikan perbandingan BOD5/TKN, untuk :

BOD5/TKN < 3 menggunakan sistem terpisah (two stage)

BOD5/TKN < 5, menggunakan satu tangki (single stage)

Tabel 4.1. menunjukkan hubungan antara fraksi organisme nitrifikasi dan ratio BOD5/TKN. Fraksi f dihitung dengan rumus :

Dengan :

YB, YN, masing-masing adalah koefisien yield untuk penyisihan BOD dan nitrogen. YB = 0.55 Gram sel/Gram BOD YN = 0.15 sel/Gram NH4 NSehingga YB / YN = 3.667DENITRIFIKASIProses DenitrifikasiMenurut Metcal, et al (1979), denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat menjadi gas nitrogen (N2) secara biologis pada kondisi anoxic (tanpa oksigen). Bakteri yang bertanggung jawab dalam proses denitrifikasi adalah jenis heterotrof fakultatif. Nitrit dan nitrat sebagai akseptor elektron, sedangkan organik karbon sebagai donor elektron. Dalam hal kandungan karbon dalam air buangan rendah, biasanya ditambahkan methanol (CH3OH) sebagai sumber karbon, sedangkan sumber energi diperoleh dari hasil reaksi anorganik.Bakteri yang melakukan proses denitrifikasi meliputi Achromobacter, aerobacter, alcaligenes, bacillus, brevibacterium, flavobacterium, micrococcus, proteus, pseudomona dan spirillum.Ada dua tahap konversi dalam proses denitrifikasi yaitu :

Tahap nitrat menjadi nitrit Tahap nitrit menjadi gas nitrogen

Sehingga keseluruhan proses secara berurutan adalah :

NO3 ( NO2 ( NO ( N2O ( N2

Pengolahan Penurunan Nitrat dengan Proses DenitrifikasiPengolahan untuk menurunkan nitrat dengan proses denitrifikasi dapat dilakukan bersama-sama dengan proses nitrifikasi. Biasanya setelah proses nitrifikasi diikuti dengan denitrifikasi, namun ada juga yang menerapkan proses denitrifikasi diawal pengolahan. Gambar di bawah ini menunjukkan alternatif pengolahan nitrifikasi dan denitrifikasi secara terpisah. metanol

Nitrifikasi Denitrifikasi Nitrifikasi Denitrifikasi

Penyisihan BOD

Denitrifikasi & Nitrifkasi Gambar 6.3 Alternatif pengolahan nitrifikasi dan denitrifikasi secara terpisah.

Faktor-Faktor Yang Berpengaruh Pada Proses Nitrifikasi Dan Denitrifikasi Konsentrasi nitrat, akan berpengaruh terhadap laju pertumbuhan maksimum.

Konsentrasi karbon Temperatur pH.

DAFTAR PUSTAKADelwiche, C. C. and M. S. Finstein, 1965. Carbon and energy sources for the nitrifying autotroph nitrobacter. Journal of Bacteriology, 90:120-107.

Kindaichi, T., Ito, T., Okabe, S., 2004. Ecophysiological interaction between nitrifying bacteria and heterotrophic bacteria in autotrophic nitrifying biofilms as determined by microautoradiography-fluorescence in situ hybridization. Applied and Environmental Microbiology 70, 1641e1650.

Kumar , V.J. Rejish; Sukumaran, Vrinda; Achuthan , Cini ; Joseph, Valsamma; Philip,Rosamma; Singh, I.S. Bright. 2013. Molecular characterization of the nitrifying bacterial consortia employed for the activation of bioreactors used in brackish and marine aquaculture systems. International Biodeterioration & Biodegradation 78, 74e81Lorrain M-, Tartakovsky B, Peisajovich-Gilkstein A, Guiot SR . 2004. Comparison of different carbon sources for ground water denitrification. Environ Technol 25: 10411049. Lorrain M-, Tartakovsky B, Peisajovich-Gilkstein A, Guiot SR (2004) Comparison of different carbon sources for ground water denitrification. Environ Technol 25: 10411049.Mark J Hammer. 2004. Water & Wastewater Technology. Upper Saddle RiverNew Jersey Colombus: OhioMetcalf & Eddy. 2003. Wastewater Treatment and Reuse, Fourth Edition. Mc-Graw Hill: Higher Education.Metcalf & Eddy. 1979. Wastewater Engineering : Treatment Disposal Reuse, SecondEdition. Tata Mc-Graw Hill Publishing Company LTD: New Delhi.Prosser, J.I., 1989. Autotrophic nitrification in bacteria. Advances in Microbial

Physiology 30, 125e181.PAGE VI -

_1203445640.unknown

_1203445980.unknown

_1203446347.unknown

_1203445834.unknown

_1203445473.unknown