PEMANFAATAN BAKTERI NITRIFIKASI DAN DENITRIFIKASI PADA TEKNOLOGI BIOFILTER SEBAGAI PEREDUKSI POLUTAN NOx

Lingkungan sangat erat kaitannya dengan keberlangsungan kehidupan hayati. Kerusakan terhadap lingkungan sangat berpengaruh terhadap habitat di dalamnya. Kerusakan lingkungan diakibatkan oleh banyak hal yang salah satunya berasal dari emisi gas seperti CO2, methana, dan NOx masing-masing sebesar 72%, 18%, dan 9% yang berkontribusi pada pemanasan global (Robert, 2000).

Tren emisi NOx di berbagai belahan dunia cenderung menaik terutama di Asia (lihat gambar 1). Mayoritas penyebab timbulnya polutan NOx adalah imbas dari pembakaran pada industri dan kendaraan bermotor yaitu sebesar 34-73% (D’Green Community, 2008). Sementara itu, berdasarkan Environtmental Protection Agency, dinyatakan bahwa sumber pembentukan NOx pada tahun 2003 berasal dari Industri sebesar 22%, peralatan-peralatan (utilities) sebesar 22%, dan sumber lainnya sebesar 1%. Sedangkan, penyumbang pembentukan NOx yang paling terbesar adalah berasal dari kendaraan bermotor yaitu sebesar 55% (EPA US, 2010).

Dari 3 gas tersebut, NOx memiliki dampak terhadap pemanasan global 298 kali lebih besar dibandingkan dengan CO2 (Anonim, 2010: 1). Keberadaan NOx diudara dapat dipengaruhi oleh sinar matahari yang mengikuti daur reaksi fotolitik NO2 yang nantinya dapat bereaksi dengan ozon (chem-is-try.com, 2009). Berikut reaksi polutan NOx dalam penipisan lapisan ozon.

NO2 + sinar matahari              →            NO + O

O + O2 →            O3 (ozon)

O3 + NO                                  →            NO2 + O2

Selain akan menyebabkan pemanasan global, pencemaran polutan NOx baik berupa NO maupun NO2 ini dapat mengganggu kesehatan makhluk hidup baik manusia, hewan, maupun tumbuhan. Pada manusia dan hewan, polutan ini akan menyebabkan peradangan pada paru-paru. Apabila kadar NO2 mencapai 5 ppm akan mengakibatkan kesukaran untuk bernafas dan dapat menyebabkan kematian (Yuki, 2009). Pada tumbuhan, kadar NO yang mencapai 10 ppm akan menurunkan kemampuan tumbuhan untuk berfotosintesis sebanyak 60-70% (Yuki, 2009).

NOx sulit terurai di udara. Untuk mengurainya diperlukan perlakuan khusus seperti penggunaan suhu tinggi. Teknologi tradisional gas buang NOx yang digunakan saat ini seperti selective catalytic reduction (SCR) dan selective non-catalytic reduction (SNCR) membutuhkan suhu yang tinggi, penggunaan katalis, biaya instalasi dan operasional yang tinggi serta menghasilkan produk buangan dalam jumlah cukup besar (Josia, 2008: 1). Oleh karena itu, diperlukan teknologi kontrol pembuangan gas yang hemat energi, efisien, dan murah yaitu dengan teknologi biofilter.

Teknologi biofilter pereduksi polutan NOx akan memanfaatkan mikroba denitrifor. Mikroba tersebut diinokulum atau diimobilisasi dalam media kompos yang telah dimasukkan pada reaktor bersistem batch. Setiap gas NOx yang ada dialirkan ke dalam reaktor tersebut. Biofilter pada reaktor tersebut akan memfiltrasi gas NOx dan mengubahnya  menjadi gas N2 yang tidak berbahaya bagi lingkungan maupun kesehatan.

Nitrogen oksida diproduksi dan dikonsumsi oleh mikroba melalui proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Umumnya hal seperti ini berasal dari tanah. Namun, kali ini diaplikasikan dalam teknologi biofilter. Pada Teknologi biofilter, bakteri denitrifikasi akan mengikat senyawa-nyawa nitrogen yang bebas di udara. Senyawa NOx yang dialirkan ke biofilter akan diadsorpsi oleh media kompos. Adsorpsi ini sesuai dengan adsorpsi Langmuir (Sontheimer, 1998). Bakteri nitrifikasi akan mengubahnya menjadi Ammoniak (NH4).  Ammoniak ini nantinya akan digunakan oleh bakteri denitrifikasi menjadi gas N2.

Beberapa peneliti melaporkan kesuksesan dalam mengontrol emisi NO dengan mempromosikan mikroba denitrifikasi dalam biofilter (Skiba, 2008: 1527-1536). Sehingga didalamnya dapat mengubah senyawa NOx menjadi senyawa yang tidak berbahaya (NO3 à NO2 à NO à N2O à N2).

Dalam artikel ini akan dipaparkan tentang manfaat dari aplikasi bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi pada teknologi biofilter, menganalisis mekanisme pada teknologi biofilter untuk mereduksi polutan NOx, dan penambahan nutrisi pada teknologi biofilter untuk mereduksi NOx.

Prinsip Kerja Teknologi Biofilter

Setiap teknologi pasti memiliki sebuah prinsip kerja yang menjadi sebuah landasan agar teknologi itu diketahui maksud dan tujuannya. Adapun prinsip kerja dari teknologi biofilter adalah dengan prinsip adsorpsi kontaminan oleh pupuk kemudian zat kontaminan tadi didegradasi oleh mikroba dengan cara oksidasi dan menghasilkan keluaran biomassa yang tidak berbahaya.

Sedangkan prosedur kerja dari teknologi biofilter adalah sebagai berikut (Josia, 2008: 39),

a.       Memasukkan gas NOx dari tabung dengan menentukan laju alirnya dengan kondisi valve dalam keadaan on.

b.      Kemudian gas akan memasuki kolom biofilter dimana di kolom tersebut terdapat pupuk kompos berisi mikroba yang diimobilisasi dengan Ca-aginate pellets. Di bagian ini, gas NOx akan mengalami adsorpsi oleh kompos. NOx yang telah ditampung tersebut di alirkan menuju biofilter. Adsorpsi terjadi ketika molekul-molekul yang berada di sekitar permukaan suatu zat padat dapat mengikat molekul senyawa cair atau gas yang dapat larut di dalamnya. Proses adsorpsi yang mengikuti adsorpsi isotermnis Langmuir.

c.       Gas NOx akan mengalami nitrifikasi dan denitrifikasi oleh mikroba menjadi gas yang tidak berbahaya yaitu N2.

  • Nitrifikasi

NH3+ + CO2 +  O2 + Nutrien à H2O + NO3 + H+ + sel baru (Nitritasi)

NO2+ CO2 +  O2 + Nutrien à H2O + NO3 + H+ + sel baru (Nitratasi)

  • Denitrifikasi

NO3 + substrat → N2 + CO2 + H2O + sel

NO3 à NO2 à NO à N2O à N2

d.      Gas buang berupa N2 yang tidak berbahaya akan keluar dari pipa dibawah kolom biofilter.

Pengaruh Nutrisi Terhadap Reduksi NOx

Pemberian nutrisi akan mempengaruhi kinerja dari teknologi biofilter. Jika dilakukan percobaan sebanyak dua kali, dimana pada percobaan pertama, pupuk tak diberi nutrisi dan pada percobaan kedua, pupuk diberikan nutrisi dan masing-masing percobaan dilakukan selama 6 jam. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada percobaan dengan pupuk tanpa nutrisi, dihasilkan efisiensi reduksi NOx sebanyak 70%, sementara pada percobaan dengan pupuk yang diberikan nutrisi akan dihasilkan efisiensi reduksi NOx sebesar 91,49%.

Hal ini terjadi karena pada pupuk yang diberikan nutrisi, kemampuan mikroba dalam mendegradasi NOx akan meningkatkann. Adapun nutrisi yang diberikan mengandung unsur C, N dan P dengan rasio 100 : 10 : 1 dalam 1 liter air. Rasio ini dianggap paling optimum dalam mendegradasi senyawa nitrogen. Adapun unsur C berperan dalam penyusunan sel-sel bakteri, lalu unsur N berperan dalam penyusunan asam nukleat, asam amino dan enzim-enzim, dan unsur P memiliki andil dalam pembentukan asam nukleat dan Fosfolipid. Sumber nutrisi C berasal dari CH3COONa, sumber nutrisi N berasal dari NH4Cl dan sumber nutrisi P berasal dari K2HPO4.

Kelebihan Teknologi Biofilter untuk Mereduksi Polutan NOx

Kelebihan dari teknologi biofilter dengan cara mengambil data dari analisis-analisis yang telah dilakukan sebelumnya. Adapun kelebihan dari teknologi biofilter adalah aman, efisien, konsumsi energi rendah, dan murah.

Teknologi biofilter bersifat aman karena teknologi biofilter mengonversi senyawa organik yang berbahaya (dalam hal ini NOx) menjadi gas anorganik yang tidak berbahaya (dalam hal ini N2). Teknologi biofilter ini juga tidak mengeluarkan produk sampingan sehingga fokus keluaran lebih gampang dipantau. Selain itu, teknologi biofilter ini juga tidak melibatkan perlatan-peralatan berbahaya. Dengan desain yang sederhana dan mudah digunakan, membuat teknologi ini bersifat aman untuk diterapkan.

Teknologi biofilter bersifat efisien karena teknologi ini mampu mereduksi gas NOx yang merupakan polutan dengan hasil yang memuaskan. Seperti telah dipaparkan di poin sebelumnya, dengan konfigurasi tinggi kolom biofilter dan laju alir gas serta dengan penambahan nutrisi pada pupuk akan menghasilkan efisiensi reduksi hingga angka 91,49%.

Selain itu, teknologi biofilter hanya menggunakan konsumsi energi yang rendah, hal ini terlihat dari peranan mikroba yang merupakan satu-satunya pemberi energi pada sistem. Pada teknologi biofilter, tidak diperlukan energi dari pembakaran, karena sistem ini murni memakai energi yang berasal dari mikroba.

Teknologi biofilter bersifat murah karena teknologi ini menggunakan desain alat yang sederhana dan harganya relatif murah. Kemudian otak dari teknologi ini yang berupa mikroba juga dengan mudah didapat, karena mikroba yang dimaksud ada pada pupuk kompos yang gampang dicari dan murah harganya.

Advertisements

About komunitasilmiah

the best
This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

w

Connecting to %s