NITRIFIKASI DAN DENITRIFIKASI DI PERAIRAN

PENDAHULUAN

Nitrat (NO₃) adalah bentuk utama nitrogen di perairan alami yang merupakan nutrien utama bagi pertumbuhan tanaman dan algae. Nitrat sangat mudah larut dalam air dan bersifat stabil. Senyawa ini dihasilkan dari proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen di perairan. Nitrifikasi yang merupakan proses oksidasi ammonia menjadi nitrit dan nitrat adalah proses yang penting dalam siklus nitrogen dan berlangsung pada kondisi aerob. Menurut Zona (2011), dalam beberapa tahap selama berlangsungnya siklus nitrogen, terjadi pembebasan dan pengikatan N₂ bebas. Terlepasnya N₂ bebas akibat suatu proses yang terjadi dalam siklus nitrogen disebut denitrifikasi, yang pada dasarnya adalah konversi nitrat menjadi gas nitrogen.

Di dalam perairan nitrat dapat berasal dari aktivitas manusia yang membuang kotoran ke dalam perairan, pembusukan sisa tanaman dan hewan, pembuangan limbah industri dan kotoran hewan. Sebagai seorang pembudidaya, masalah utama yang terjadi di perairan adalah tingginya tingkat amoniak hasil reduksi dari sisa pakan maupun feses ikan.

Bermula dari sini muncullah gagasan, untuk mengembangkan keilmuan tentang nitrifikasi dan denitrifikasi. Bermula dari langkah kecil ini diharapkan dapat mengembangkan budidaya ikan yang aman dan berkelanjutan. Berdasarkan latar belakang di atas, maka penulis ingin membuat paper yang berjudul, “Nitrifikasi dan Denitrifikasi di Perairan”.

PEMBAHASAN

Menurut Hakim et. al. (1986), ada tiga mekanisme menyebabkan kehilangan nitrogen dalam bentuk gas-gas yaitu

(1) denitrifikasi

(2) reaksi-reaksi kimia

(3)penguapan gas NH₃

NITRIFIKASI

Nitrifikasi adalah suatu proses oksidasi enzimatik yakni perubahan senyawa amonium menjadi senyawa nitrat yang dilakukan oleh bakteri-bakteri tertentu. Proses ini berlangsung dalam dua tahap dan masing-masing dilakukan oleh grup bakteri yang berbeda. Tahap pertama adalah proses oksidasi amonium menjadi nitrit yang dilaksanakan oleh bakteri Nitrosomonas sp dan tahap kedua adalah proses oksidasi enzimatik nitrit menjadi nitrat yang dilaksanakan oleh bakteri Nitrobakter sp. Oksidasi nitrit menjadi ammonia ditunjukan dalam persamaan berikut (a). Sedangkan oksidasi nitrit menjadi nitrat ditujukan dalam persamaan (b).

Bakteri Nitrifikasi

Bakteri nitrifikasi termasuk kelompok kemoautotrof yang tumbuh dengan memanfaatkan senyawa nitrogen anorganik. Banyak spesies bakteri ini memiliki sistem membran internal dimana terdapat enzim kunci dalam proses nitrifikasi. Enzim tersebut antara lain ammonia monooksigenase (mengoksidasi ammonia menjadi hidroksilamin) dan nitrit oksireduktase (mengoksidasi nitrit menjadi nitrat). Contohnya yaitu Nitrosomonas dan Nitrobacter.

Bakteri nitrifikasi tersebar di tanah dan air. Ditemukan dalam lingkungan yang terdapat ammonia (daerah banyak terjadi dekomposisi protein/saluran air buangan). Nitrifikasi secara alami merupakan hasil proses aktivitas dari dua kelompok organisme, yaitu kelompok bakteri nitratasi dan nitritasi. Aktivitas kedua kelompok bakteri tersebut adalah sebagai berikut:

Bakteri nitritasi (genus Nitrosomonas)
1. NH₃ + O₂ + 2e^- + 2H⁺ → NH₂OH + H₂O
2. NH₂OH + H₂O + 1/2 O₂ → NO₂^- +2 H₂O + H⁺

Bakteri nitratasi (genus Nitrobacter)
NO₂^- + 1/2 O₂ → NO₃^-

                Bakteri nitrifikasi memiliki sebuah kondisi agar dapat melakukan proses kimia di atas dengan optimal. Beberapa kondisi tersebut antara lain yaitu:

a. DO (Dissolved Oxygen): Bakteri nitrifikasi memerlukan oksigen dalam proses metabolismenya. Setiap miligram nitrogen dalam jalur nitrifikasi (dari ammonia sampai berakhir dalam bentuk nitrat) bakteri ini memerlukan kurang lebih 4,5 mg oksigen terlarut untuk sebagai penyeimbang elektron dari substrat bernitrogen.

b.  pH : pH optimal untuk bakteri nitrifikasi adalah antara 7,5 – 8,5. Pada suatu saat setelah aklimasi pH, akan sangat baik jika pH dapat dipertahankan stabil.

c.  Suhu (T) : bakteri nitrifikasi dapat tumbuh optimal antara suhu 20 sampai 30°C. Jika temperatur menurun maka aktivitas metabolisme bakteri akan menurun. Pada suhu di atas 35⁰C bakteri mulai mengalami stres, hal ini diperkirakan karena enzim yang rusak akibat tingginya suhu tersebut.

d.  Cahaya : bakteri ini sensitif akan kehadiran cahaya yang mendekati spektrum ultraviolet. Penyebab pastinya belum diketahui, namun diperkirakan terdapat hubungan antara superoksida radikal yang diproduksi menghambat membran oksigen.

e.   Konsentrasi nitrit – nitrogen : kebutuhan sumber nitrogen terendah menunjukan angka 0,1 mg/L bakteri ini dapat tumbuh.

DENITRIFIKASI

Denitrifikasi secara umum merupakan proses reduksi nitrat (NO₃) secara bertahap menjadi nitrit (NO₂), Nitrouse Dioxide (N₂O), Nitrouse oxide (NO), sampai menjadi N₂ dalam kondisi anaerobik. Denitrifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu : kelembaban tinggi, pH netral (6,8-8,0), ketersediaan karbon, kadar oksigen terlarut dan temperatur yang tinggi. Proses denitrifikasi tidak lepas dari peranan bakteri denitrifikasi (denitrifier), bakteri yang berperan dalam denitrifikasi umumnya merupakan bakteri anaerobik. Terdapat 3 kelompok bakteri denitrifikasi yaitu : bakteri pereduksi NO₃ menjadi N₂O, bakteri pereduksi NO₂ menjadi N₂, dan bakteri pereduksi NO₃ menjadi NO₂, NO, N­₂O.

Dalam situasi normal maka nitrogen dapat diproses menjadi bentuk amonium atau bentuk nitrat yang langsung tersedia bagi tanaman. Tetapi dalam keadaan tertentu, yaitu kalau udara dalam tanah terbatas akibat drainase jelek (air menggenang), atau disebabkan oleh pemakaian berlebihan dari bahan organik mentah yang bersifat mudan busuk sehingga nitrat dan nitrit yang terbentuk akan menghasilkan gas nitrogen atau hasil oksidasi lain yang akhirnya dapat menguap ke udara. Peristiwa ini terjadi dalam tanah yang dilakukan terutama oleh organisme anaerobik yang aktif dalam keadaan tanpa oksigen, dan akan terjadi reduksi. Proses terjadinya reduksi dari nitrat ke nitrit, amonia atau nitrigen bebas disebut denitrifikasi (Hardjadi, 1979).

KESIMPULAN

Nitrifikasi adalah suatu proses perubahan senyawa amonium menjadi senyawa nitrat yang dilakukan oleh bakteri Nitrosomonas dan Nitrobacter dalam keadaan aerob. Dan denitrifikasi merupakan proses reduksi nitrat (NO₃) secara bertahap menjadi nitrit (NO₂), Nitrouse Dioxide (N₂O), Nitrouse oxide (NO), sampai menjadi N₂ dalam kondisi anaerobik

DAFTAR PUSTAKA

Hakim, N., M. Yusuf, N., A. M. Lubis, Sutopo, G. H., M. Amin, D., Go, B. H., dan H. H. Bailey. 1986. Dasar-dasar Ilmu Tanah. Penerbit Universitas Lampung. Lampung.

Hardjadi, S.S. 1979. Pengantar Agronomi. PT. Gramedia. Jakarta

Zona. 2011. Proses Amonifikasi, Nitrifikasi dan Denitrifikasi. http://zonabawah.blogspot. com/2011/04/proses-amonifikasi-nitrifikasi-dan.html. diakses pada tanggal 19 Maret 2012