9

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Senyawa Nitrogen

Nitrogen adalah senyawa yang tersebar secara luas di biosfir. Atmosfir

bumi mengandung sekitar 78% gas nitrogen yang inert. Pada sistem perairan

senyawa nitrogen dapat berupa nitrogen organik dan anorganik. Nitrogen terdiri

atas amonia (NH3), amonium (NH4+), nitrit (NO3

-) dan nitrit (NO2-), jumlah secara

kuantitas dari nitrogen yang terakumulasi oleh tiap mahluk hidup baik hewan

maupun tumbuhan bervariasi 1 sampai 10 persen dari total berat kering (dry

weight) (Metcalf dan Eddy 1991).

Menurut Effendi (2003) nitrogen organik berupa asam amino, protein,

dan urea, bentuk-bentuk tersebut mengalami transformasi sebagai bagian dari

siklus nitrogen. Senyawa nitrogen organik dapat ditransformasi menjadi nitrogen

amonium dan dioksida menjadi nitrogen nitrat dan nitrit dalam sistem biologis

(Jenie et al. 1993).

Siklus biogeokimia nitrogen terdapat lima proses yaitu amonifikasi,

nitirifikasi, asimilasi nitrogen, denitrifikasi dan fiksasi nitrogen. Amonifikasi

adalah proses pembentukan amonia dari materi organik. Amonia juga dapat

mengalami asimilasi menjadi asam amino dan dapat diasimilasi secara langsung

oleh kelompok diatom, alga dan tanaman. Nitrifikasi merupakan reaksi oksidasi

yaitu proses pembentukan nitrat dari amonia. Proses ini dapat berlangsung secara

biologis maupun kimiawi. Denitrifikasi merupakan reduksi nitrat menjadi nitrit,

nitrit oksidasi, nitrous oksida dan gas nitrogen. Fiksasi nitrogen merupakan

pengikatan gas nitrogen menjadi amonia dan nitrogen organik. (Dong et al.

2002).

Nitrogen dalam air limbah yang tidak ditangani biasanya dalam bentuk

amonia atau nitrogen organik, baik dalam bentuk terlarut maupun partikel

dan mengalami transformasi dalam penanganan air limbah. Transformasi ini

mengikuti konversi amonia-nitrogen untuk produk yang dapat dengan mudah di

buang dari limbah. Dua mekanisme yang utama dalam pembuangan/penyisihan

nitrogen adalah asimilasi dan proses nitrifikasi dan denitrifikasi (Kirchman 2000).

10

Nitrogen dalam air limbah, dalam bentuk nitrogen anaerob dan

ammonium nitrat (NH4NO3) merupakan zat penkomsumsi oksigen, sehingga

dapat mengganggu kesetimbangan ekosistem karena dapat menyebabkan

eutrofikasi pada air, dan dapat menghambat hewan-hewan air untuk hidup dan

bermetabolisme. Senyawa nitrogen amonia akan menjadi toxic atau beracun bagi

mahluk hidup jika terdapat dalam bentuk ammonium hidroksida dengan pH yang

tinggi berkisar antara 9-11 (Metcalf dan Eddy 1991).

2.2 Nitrat

Nitrat ditemukan di alam dalam bentuk garam sebagai hasil siklus

nitrogen. Nitrat terbentuk dari proses nitrifikasi, yaitu oksidasi amoniak dengan

bantuan bakteri dalam tanah. Persenyawaan nitrat penting dalam sintesa protein

yang dibutuhkan oleh tumbuhan dan hewan. Nitrat banyak digunakan dalam

produksi pembuatan pupuk, industri logam, farmasi dan industri makanan sebagai

pengawet.

Menurut Kirchman (2000) nitrat (NO3-N) adalah bentuk nitrogen yang

dinamis dan menjadi bentuk yang paling dominan pada limpasan (run-off),

masukan sungai, keluarnya air tanah dan deposisi atmosfir ke laut. Nitrat adalah

nutrien utama bagi pertumbuhan alga, nitrat sangat mudah larut dalam air dan

bersifat stabil. Nitrat dihasilkan dari proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen

dan amonia di perairan (Effendi 2000). Sumber utama nitrat berasal dari erosi

tanah, limpasan dari daratan termasuk pupuk dan limbah (Chester 1990).

Produk akhir proses denitrifikasi adalah gas nitrogen yang tidak dapat

dimanfaatkan oleh tumbuhan secara langsung. Menurut Hutagalung dan Rozak

(1997) distribusi horizontal kadar nitrat akan semakin tinggi ke arah pantai, dan

kadar yang tinggi ditemukan di perairan muara.

2.3 Nitrit

Nitrit biasanya ditemukan sangat sedikit di perairan alami, kadarnya

lebih kecil dari nitrat karena bersifat tidak stabil. Nitrit merupakan senyawa antara

hasil oksidasi amonia. Nitrit merupakan bentuk peralihan antara amonia dan nitrat

(nitrifikasi), antara nitrat dan gas nitrogen (denitrifikasi). Keberadaan nitrit

11

menggambarkan berlangsungnya proses biologis perombakan bahan organik yang

memiliki kadar oksigen terlarut sangat rendah.

Sumber nitrit dapat berupa limbah industri dan limbah domestik. Kadar

nitrit pada perairan relatif kecil karena segera dioksidasi menjadi nitrat. Perairan

alami mengandung nitrit sekitar 0,001 mg/L (Effendi 2000). Meningkatnya kadar

nitrit di perairan laut berkaitan erat dengan masuknya bahan organik yang mudah

terurai. Penguraian bahan organik yang mengandung unsur nitrogen akan

menghasilkan senyawa nitrat, nitrit atau amonia. Penguraian bahan organik oleh

bakteri membutuhkan oksigen dalam yang jumlah banyak. Pada kondisi

lingkungan anaerob, bakteri akan lebih cenderung menggunakan nitrat sebagai

akseptor elektron dengan cara mereduksi senyawa nitrat menjadi nitrit

(Hutagalung dan Rozak 1997). Senyawa nitrit oleh beberapa bakteri tertentu

digunakan sebagai penerima elektron terakhir dalam proses metabolismenya. Hal

ini terjadi pada kondisi lingkungan yang anaerobik. Mekanisme tersebut dikenal

dengan istilah respirasi nitrit dan enzim yang berperan adalah nitrit reduktase

(Madigan et al. 2003).

2.4 Amonia

Senyawa amonia yang terdapat dalam perairan merupakan hasil reduksi

senyawa nitrat atau nitrit oleh bakteri dissimilative nitrate reduction to ammonium

(DNRA) (Rusmana 2003a). Effendi (2000) menambahkan bahwa sumber amonia

di perairan berasal dari pemecahan nitrogen organik (protein dan urea) dan

nitrogen anorganik yang terdapat dalam tanah dan air dan berasal dari

dekomposisi bahan organik (tumbuhan dan biota akuatik yang telah mati) oleh

mikroba dan jamur. Tinja dan ekskresi biota akuatik merupakan limbah dari

aktivitas metabolisme yang menghasilkan amonia.

Sumber amonia yang lain adalah limbah industri dan domestik. Selain

terdapat dalam bentuk gas, amonia membentuk komplek dengan beberapa ion

logam. Amonia juga dapat terserap ke dalam bahan-bahan tersuspensi dan koloid

sehingga mengendap di dasar perairan. Amonia di perairan dapat menghilang

melalui proses volatilisasi karena tekanan parsial amonia dalam larutan meningkat

dengan semakin meningkatnya pH. Hilangnya amonia ke atmosfir juga dapat

12

meningkat dengan meningkatnya kecepatan angin dan suhu (Effendi 2000).

Kadar amonia dalam air laut sangat bervariasi dan dapat berubah dengan cepat

(Hutagalung dan Rozak 1997).

Distribusi vertikal kadar amonia semakin tinggi dengan pertambahan

kedalaman air dan sejalan dengan semakin rendahnya oksigen, sedangkan

distribusi horizontal kadar amonia semakin tinggi menuju ke arah perairan pantai

atau muara sungai. Peningkatan kadar amonia berkaitan erat dengan masuknya

bahan organik yang mudah terurai (Hutagalung dan Rozak 1997). Amonia yang

terukur di perairan berupa amonia total (NH3 dan NH4+). Amonia bebas tidak

dapat terionisasi, sedangkan amonium (NH4+) dapat terionisasi. Persentase

ammonia bebas meningkat dengan meningkatnya nilai pH dan suhu perairan.

Amonia bebas bersifat toksik terhadap organisme akuatik. Toksisitas ini akan

meningkat jika terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, pH dan suhu. Kadar

amonia pada perairan alami biasanya kurang dari 0,1 mg/L (Effendi 2000). Kadar

amonia yang tinggi mengindikasikan adanya pencemaran bahan organik yang

berasal dari limbah domestik, industri dan limpasan pupuk pertanian (Effendi

2000).

2.5 Bioreaktor

Menurut Chou et al. (1997), bioreaktor adalah reaktor dengan material

padat sebagai bahan pengisi dimana mikroba terjerat secara alami di dalamnya

dengan membentuk biolayer (lapisan tipis). Gas-gas yang melalui biofilter akan

larut atau terserap kedalam lapisan biolayer dan akan diuraikan oleh mikroba yang

ada (Ottenggraf 1986). Metode bioreaktor baik untuk dikembangkan karena biaya

investasi dan operasional rendah, stabil dalam waktu yang relatif lama dan

memiliki daya penguraian/pengolahan yang tinggi jika dibandingkan dengan

metode pengolahan yang dipakai saat ini (Adrew et al. 1995).

Penelitian ini menggunakan bioreaktor dengan media batu kapur dan batu

belerang. Proses denitrifikasi menggunakan bioreaktor terbagi dalam dua jenis,

yaitu: denitrifikasi biakan tersuspensi dan denitrifikasi biakan melekat (Metcalf

dan Eddy 1991). Mikroba biakan tersuspensi bekerja mengurangi kadar nitrat

yang terkandung pada air limbah dengan melayang-layang (tidak melekat pada

13

media) di dalam bioreaktor sehingga akan banyak yang ikut terbuang bersama

dengan air limpasan (effluent), sedangkan mikroba pada biakan melekat, bekerja

mengurangi nitrat dengan menempel pada media buatan sehingga peluang ikut

terbuang dengan air limpasan lebih kecil. Dalam rangka mendapatkan proses yang

lebih efisien digunakan denitrifikasi biakan melekat, karena kontak antara limbah

yang mengandung polutan dalam hal ini air limbah dengan bakteri lebih banyak

dibandingkan dengan biakan tersuspensi sehingga proses reduksi kadar nitrat

berlangsung lebih maksimal.

Bioreaktor yang baik adalah menggunakan prinsip biofiltrasi yang

memiliki struktur menyerupai saringan dan tersusun dari tumpukan media

penyangga yang disusun baik secara teratur maupun acak di dalam suatu

bioreaktor. Adapun fungsi dari media penyangga yaitu sebagai tempat tumbuh

dan berkembangnya bakteri yang akan melapisi permukaan media membentuk

lapisan massa yang tipis (biofilm) (Herlambang dan Marsidi 2003). Bakteri yang

menempel ini akan menguraikan nitrat yang terkandung dalam air limbah. Air

limbah yang akan diolah dikontakan dengan bakteri dalam bentuk lapisan film

yang melekat pada permukaan media.

Pada proses degradasi limbah menggunakan bakteri, hal yang harus

diperhatikan adalah bagaimana bakteri yang digunakan dapat tumbuh dan

berkembang dengan baik agar bekerja secara optimal. Salah satu kunci penting

adalah menggunakan media yang tepat. Media yang digunakan bisa berupa plastik

(polivinil chlorida), kerikil dan pecahan batu, gambut, kompos, arang aktif, sabut

kelapa, humus, dan tanah. (Nurcahyani 2006).

Keefektifan dari suatu media dalam bekerja tergantung pada beberapa

faktor diantaranya: (a) luas permukaan media, dimana semakin luas permukaan

media maka akan semakin besar jumlah biomassa, (b) volume rongga, semakin

besar volume rongga atau ruang kosong maka semakin besar kontak antara air

limbah dengan biomassa yang menempel. Kedua faktor tersebut bertujuan untuk

mengoptimalkan kerja bakteri dalam mendegradasi limbah yang akan diolah

(Herlambang dan Marsidi 2003). Bakteri yang tumbuh pada permukaan media

akan berperan sebagai lapisan aktif biologis yang akan kontak langsung dengan

air limbah melalui celah-celah media. Lapisan biomassa merupakan lapisan sel

14

mikroba yang berkaitan dengan penguraian zat polutan yang melekat pada suatu

permukaan media. Proses pembentukan lapisan biomassa di media diperlukan

waktu yang agak lama sehingga tingkat efisiensi penurunanya cukup rendah pada

awal proses degradasi limbah, seiring berjalannya waktu efesiensi akan

mengalami peningkatan dengan terbentuknya lapisan biomassa yang tebal.

2.6 Bakteri Denitrifikasi

Bakteri denitrifikasi secara taksonomi dan ekologi tersebar dalam

kelompok bakteri anaerob fakultatif dan anaerob obligat. Bakteri denitrifikasi

menggunakan nitrat sebagai penerima elektron terakhir untuk memperoleh energi

pada kondisi oksigen terbatas atau anaerob. Proses denitrifikasi menghasilkan

produk samping berupa N2O yang termasuk salah satu rumah kaca. Gas N2O dari

sudut pandang lingkungan global mempunyai dua aspek resiko yaitu pemanasan

bumi dan perusakan lapisan ozon di statosfir (Cicerone 1989).

Denitrifikasi merupakan suatu proses yang secara umum digunakan

untuk mengurangi senyawa nitrat dan mengkonversi menjadi nitrit dan pada

akhirnya menjadi gas nitrogen. Pada proses denitrifikasi pembentukan nitrit hanya

sebagai senyawa antara (intermediate) sebelum menjadi gas nitrogen, sehingga

jumlah konsentrasi nitrit selalu berubah karena tergantung kecepatan laju

pengurangan dari nitrat menjadi nitrit dan dari nitrit menjadi gas nitrogen. Reaksi

yang terjadi dalam proses denitrifikasi:

NO3- NO2

- NO N2O N2

Nitrat (NO3-) dan nitrit (NO2

-) adalah ion-ion anorganik alami, yang

merupakan bagian dari siklus nitrogen. Secara alami dalam siklus nitrogen, nitrat

akan diubah menjadi nitrit selanjutnya nitrit menjadi gas nitrogen, tetapi jika pada

suatu lingkungan tertentu kadar nitrat dan nitrit terlalu banyak atau melebihi

ambang batas normal maka akan menggangu siklus nitrogen.

Proses denitrifikasi secara biologis merupakan suatu proses reduksi nitrat

dan nitrit menjadi bentuk gas nitrogen sebagai hasil akhir yang dilakukan oleh

mikroorganisme dalam kondisi tanpa oksigen terlarut (DO). Pada proses ini

mikroba memanfaatkan ion nitrat dan nitrit sebagai terminal penerima (akseptor)

15

elektron. Bagaimanapun banyak bakteri yang memiliki kemampuan enzimatis

untuk mengurangi nitrat menjadi nitrit (Glass et al. 1997)

Bakteri merupakan organisme yang paling banyak jumlahnya dan lebih

tersebar luas dibandingkan mahluk hidup yang lain. Bakteri memiliki ratusan ribu

spesies yang hidup di darat hingga lautan dan pada tempat-tempat yang ekstrim.

Bakteri ada yang menguntungkan tetapi ada pula yang merugikan. Bakteri

memiliki ciri-ciri yang membedakannya dengan mahluk hidup yang lain. Bakteri

adalah organisme uniselluler dan prokariot serta umumnya tidak memiliki klorofil

dan berukuran renik (mikroskopis).

Terdapat dua mekanisme penting dalam mereduksi nitrat secara biologis

yaitu assimilatory nitrate reduction dan dissimilatory nitrate reduction (Bitton

1994). Assimilatory nitrate reduction yaitu mekanisme perubahan nitrat menjadi

nitrit dan kemudian menjadi amonium oleh mikroba. Pada tahap ini dibutuhkan

enzim yang dapat mengubah nitrat menjadi amonia yang kemudian bersatu ke

dalam protein dan asam nukleat untuk proses biosintesis makromolekul di dalam

sel. Mikroba yang berperan dalam proses ini yaitu Pseudomonas aeruginosa.

Sedangkan dissimilatory nitrate reduction merupakan proses pernafasan

anaerobik yang menggunakan nitrat sebagai penerima elektron. Dalam proses ini

nitrat direduksi menjadi nitrous oksida dan gas nitrogen. Nitrogen yang bebas

selama proses denitrifikasi akan keluar naik dalam bentuk gelembung karena

memiliki kelarutan yang rendah di dalam air. Adapun mikroorganisme yang

terlibat dalam proses ini yaitu bakteri heterotrof dan autotrof.

Bakteri yang bekerja pada proses denitrifikasi tergolong ke dalam bakteri

anaerobik, yaitu bakteri yang tidak memerlukan oksigen dalam aktivitasnya,

bahkan dengan keberadaan oksigen dapat menyebabkan kematian pada beberapa

spesies (Ramothokang et al. 2006). Pemanfaatan bakteri yang dibutuhkan untuk

mereduksi nitrat dapat dilakukan dengan pengkondisian lingkungan yang sesuai

dengan habitat mikroba denitrifikasi seperti pemberian nutrisi, kondisi pH dan

suhu.

Terdapat beberapa sumber nutrien yang diperlukan untuk pertumbuhan

mikroba, yaitu: air, sumber karbon, dan sumber nitrogen (NO3- dan NO2

-) (Pelczar

1988). Mikroba yang mempunyai suatu kondisi pertumbuhan yang optimum di

16

bawah kondisi-kondisi lingkungan tertentu akan tumbuh lebih baik dibandingkan

yang lainnya. Seluruh mikroba memiliki kemampuan untuk memfungsikan segala

jenis atom maupun senyawa penerima elektron (terminal electron acceptors)

selain dari oksigen. Pada kondisi anoxic nitrat merupakan senyawa yang cukup

potensial untuk menggantikan peran oksigen dalam rangka menjaga

keberlangsungan proses respirasi di dalam sel (Pinar 1997).

Bakteri yang berperan dalam proses denitrifikasi berasal dari beberapa

kelompok fisiologis dan taksonomi yaitu organotrof, litotrof dan fototrof yang

dapat menggunakan beberapa energi seperti kimia organik, kimia anorganik atau

cahaya (Bitton 1994).

2.6.1 Denitrifikasi Bakteri Heterotrof

Bakteri heterotrof sering digunakan untuk proses denitrifikasi limbah

dengan kandungan organik yang cukup. Kandungan organik yang terdapat pada

air limbah akan digunakan oleh mikroba sebagai donor hidrogen untuk

melaksanakan proses denitrifikasi. Beberapa sumber elektron telah dipelajari

dalam penelitian sebelumnya seperti metanol, glukosa dan gliserol (Dahab 1991).

Reaksi denitrifikasi oleh mikroba heterotrof:

6NO3- + 5CH3OH 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH-

Berdasarkan reaksi di atas dibutuhkan 5/6 metanol (CH3OH) untuk dapat

mendenitrifikasi satu mol nitrat (NO3-). Sebagian metanol yang terdapat pada air

limbah digunakan oleh mikroba untuk respirasi sel dan sintesa sel sehingga proses

denitrifikasi tidak berjalan dengan baik. Oleh karena itu perlu adanya tambahan

karbon organik untuk membantu proses denitrifikasi air limbah. Seperti penelitian

yang dilakukan oleh Herlambang dan Marsidi (2003), didapatkan hasil bahwa

penurunan efisiensi nitrat pada awalnya mencapai 87,34% tetapi secara perlahan

efisiensinya turun menjadi 17,93% dengan waktu tinggal 5 hari, penurunan ini

mengindikasikan kurangnya pasokan nutrien untuk bakteri terutama faktor karbon

sehingga kemampuan degradasi limbah menurun.

Pada proses konvensional, denitrifikasi air limbah dengan mikroba

heterotrof yang mempunyai kandungan organik rendah atau kandungan nitrogen

yang tinggi dilakukan dengan menambahkan bahan organik agar proses

17

pengurangan nitrat menjadi lebih efisien. Hal ini disebabkan mikroba heterotrof

tidak dapat menghasilkan nutrien untuk dikonsumsi sendiri sehingga mencari

nutrien dari luar dengan mengkonsumsi senyawa organik.

Dibawah kondisi anoxic, bakteri heterotrof dirangsang untuk

menggunakan nitrat dan nitrit sebagai penerima elektron untuk respirasi sel

(Ketchum 1988; Cappuccino dan Sherman 1992). Beberapa bakteri heterotrof

yang sering digunakan dalam denitrifikasi antara lain Achromobacter xylosoxidan,

Pseudomonas aeruginosa, Flavobacterium indologenes dan Pasteurella spp

(Drysdale et al. 1999). Belakangan ini bakteri heterotrof sudah jarang

dimanfaatkan sebagai agen biologis untuk melakukan proses denitrifikasi karena

sifat ketergantungan terhadap senyawa organik dalam proses pengolahan limbah

menjadi suatu masalah. Hal ini menyebabkan bakteri heterotrof kurang cocok

untuk pengolahan limbah secara in situ dikarenakan terbatasnya jumlah senyawa

organik pada kebanyakan air limbah (Dahab 1991).

2.6.2 Denitrifikasi Bakteri autotrof

Proses biologis yang lain yaitu dengan menggunakan bakteri autotrof.

Bakteri ini tidak memerlukan bahan organik untuk melakukan aktivitas dan

pertumbuhannya melainkan cukup dengan menggunakan senyawa anorganik

(NO2-, NO3

-) serta sumber karbon anorganik dari CO2 dan HCO3- (Lampe dan

Zhang 1999).

Banyak studi yang telah mengkaji tentang pengurangan nitrat pada air

limbah secara denitrifikasi dengan bakteri autotrof (Gayle et al. 1989; Hiscock et

al. 1991; Nugroho 2003). Studi tentang proses denitrifikasi dengan bakteri

autotrof dibedakan menjadi dua bagian, yaitu denitrifikasi bakteri autotrof

berdasarkan hidrogen dan berdasarkan belerang. Saat ini perhatian para peneliti

lebih banyak dipusatkan pada denitrifikasi dengan bakteri autotrof berdasarkan

belerang, dikarenakan terlalu sulit dalam menangani gas hidrogen dan

membutuhkan biaya yang mahal untuk menghasilkan hidrogen (Lampe dan Zhang

1999).

Terdapat beberapa spesies bakteri autotrof yang dapat mereduksi nitrat

menjadi gas nitrogen yaitu: Thiobacillus denitrificans, Thiomicrospira

18

denitrificans, Paracoccus denitrificans dan beberapa spesies Pseudomonas

(Batchelor dan Lawrence 1978; Lampe dan Zhang 1999). Penggunaan elemen

belerang dan batu kapur untuk mengurangi nitrat telah banyak diaplikasikan

dengan bakteri autotrof denitrifikasi (Sikora dan Keeney 1976; Koenig et al.

1996; Nugroho 2003). Beberapa bakteri autotrof denitrifikasi menggunakan

sumber energi yang berasal dari reaksi redoks anorganik dengan elemen-elemen

seperti hidrogen dan berbagai senyawa reduksi belerang seperti: H2S, S, S2O32-,

S4O62- dan SO3

2- sebagai elektron donor (Lampe dan Zhang 1999). Elemen

belerang dilaporkan sebagai donor elektron paling ekonomis karena biaya yang

dibutuhkan cukup rendah (Driscoll dan Bisogni 1978). Reaksi belerang dan batu

kapur yang terjadi, berdasarkan persamaan reaksi kesetimbangan:

1.114S0 + NO3- + 0.699H2O + 0.337CO2 + 0.0842HCO3

- + 0.0842NH4+

1.114SO42- + 0.5N2 + 1.228H+ + 0.0865C5H7O2N (biomassa).

Reaksi di atas menjelaskan bahwa nitrat bereaksi dengan belerang dan

sumber karbon anorganik yang dibutuhkan oleh bakteri autotrof (CO2 dan HCO3-)

menghasilkan sulfat, gas nitrogen, penambahan biomassa (bakteri) serta

pelepasan H+. Setiap pengurangan satu mol nitrat akan menghasilkan 1.114SO42-.

Reaksi denitrifikasi ini hanya berlaku untuk bakteri autotrof Thiobacillus

denitrificans dengan belerang (Batchelor dan Lawrence 1978; Driscoll dan

Bisogni 1978).

Keuntungan yang diperoleh jika menggunakan bakteri autotrof

menggunakan belerang dan batu kapur yaitu (1) tidak perlu menambahkan sumber

karbon organik sebagai nutrisi sehingga menekan biaya, (2) tidak menimbulkan

polusi sampingan oleh bahan organik yang tidak terolah, hal ini terjadi

penggunaan bakteri heterotrof, (3) dapat diterapkan dengan sistem yang sederhana

yaitu dengan reaktor bahan isian batu belerang dan batu kapur dan (4) tidak akan

menghasilkan sisa lumpur sehingga mengurangi penanganan terhadap lumpur

(Lampe dan Zang 1999; Nugroho 2003). Sedangkan kelemahan yang dimiliki

pada proses autotrof yaitu (1) membutuhkan waktu yang lama, (2) menghasilkan

produk samping berupa sulfat (SO4) yang menimbulkan masalah baru.

19

Faktor-faktor utama yang dapat mempengaruhi denitrifikasi pada proses

pengolahan air limbah adalah sebagai berikut:

a) Konsentrasi nitrat

Nitrat merupakan salah satu faktor penting dalam proses denitrifikasi

karena nitrat dimanfaatkan sebagai penerima elektron oleh bakteri, maka laju

pertumbuhan bakteri denitrifikasi tergantung pada konsentrasi nitrat. Konsentrasi

nitrat yang terlalu tinggi pada air limbah dapat menyebabkan shock loading pada

bakteri denitrifikasi karena tidak mampu menahan beban nitrat yang terlalu besar.

b) Kondisi anoxic

Terdapatnya oksigen bebas pada saat proses denitrifikasi dapat menjadi

pesaing bagi nitrat sebagai penerima elektron sehingga apabila terdapat banyak

oksigen bebas maka proses reduksi nitrat akan terhambat. Selain itu, keberadaan

oksigen dapat mengganggu kerja bakteri karena bakteri bersifat anaerobik. Oleh

karena itu proses denitrifikasi akan berjalan secara maksimal tanpa adanya

oksigen bebas (Bitton 1994).

c) Keasaman air limbah (pH)

Umumnya keadaan pH pada proses pengolahan air limbah secara biologis

sangat berpengaruh terhadap efisiensi pengolahan itu sendiri. Hal ini disebabkan

kehidupan bakteri yang berperan dalam proses denitrifikasi seperti pertumbuhan,

perkembangbiakan serta aktivitasnya sangat dipengaruhi oleh pH. Proses

denitrifikasi paling efektif pada pH antara 7,0 sampai 8,5 dan kerja bakteri yang

optimal sekitar 7,0 (Kida et al. 1999). Menurut Woon (2007) kondisi yang

optimum berada pada kisaran pH 6,5 sampai 7,5. Efisiensi proses denitrifikasi

akan menurun jika kondisi pH berada di bawah maupun di atas kisaran tersebut

karena kegiatan atau kemampuan bakteri denitrifikasi berkurang.

d) Suhu

Reaksi biokimia di dalam proses biologi sangat tergantung pada suhu.

Berdasarkan hubungan antara suhu dan laju pertumbuhan tampak bahwa

pertumbuhan terjadi pada kisaran suhu tertentu. Denitrifikasi terjadi pada suhu

antara 00C sampai 500C dengan laju reaksi optimum terjadi pada suhu 350C

sampai 500C. Denitrifikasi dapat pula terjadi pada suhu rendah yaitu 50C sampai

20

100C namun dengan laju pengurangan nitrat yang lebih rendah (Herlambang dan

Marsidi 2003; Woon 2007).

e) Waktu Tinggal (Hydraulic Retention Time/ HRT)

Waktu tinggal merupakan lamanya kontak yang terjadi antara air limbah

dengan bakteri pengolah sebelum dikeluarkan sebagai air limpasan (effluent).

Waktu tinggal yang dibutuhkan dalam proses denitrifikasi tergantung pada

karakteristik air limbah dan kondisi lingkungan.