tugas paper geokimia

5/14/2018 Tugas Paper Geokimia - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-paper-geokimia 1/8

TUGAS PAPER

GEOKIMIA LAUT

TANGGAL 14 MARET 2012

NAMA : VERI YULIANTO

NIM : 26020210141003

PRODI OSEANOGRAFI

JURUSAN ILMU KELAUTAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2011



1. PENDAHULUAN

Anammox (anaerobic ammonia oxidation) adalah suatu proses baru dimana nitrit

digunakan sebagai aseptor electron dalam konversi ammonium menjadi gas nitrogen. Proses

anammox menghilangkan ammonium dalam sistem autrotrop dengan meninggalkan sedikit

biomassa. Karbon organik tidak dibutuhkan dalam sistem ini karena ammonium digunakan

sebagai donor electron dalam reduksi nitrit (Karthikeyan dan Joseph, 2009).

Anammox adalah proses yang sangat penting mikroba global dari siklus nitrogen.

Bakteri mediasi pada proses ini diidentifikasi 20 tahun yang lalu dan pada saat itu kejutan

besar bagi komunitas ilmiah. Ini terjadi di banyak lingkungan. Sistem nitrifikasi baru-baru ini

dikembangkan di mana oksidasi nitrit menjadi nitrat dicegah yang merupakan cara ideal

untuk proses Anammox. Kombinasi dari nitrifikasi parsial dan proses Anammox tetap

menjadi tantangan untuk aplikasi masa depan dalam penghapusan amonium dari air limbah

dengan konsentrasi amonium tinggi.

Disamping denitrifikasi (persamaan 1) dan anammox (persamaan 2) ada beberapa reaksi baru

yang ditemukan, yang dapat menghasilkan nitrogen N2 dari ammonium dan nitrat.

4 NO3 - + 5 CH2O —— 2 N2 + 4 HCO3 - + CO2 + 3 H2O (persamaan 1)

NH4 + + NO2- —— -N2 + 2H2O (persamaan 2)

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke dinitrogen. Proses ini

memberikan kontribusi hingga 50% dari gas dinitrogen diproduksi di lautan. Dengan

demikian wastafel utama untuk nitrogen tetap sehingga membatasi produktivitas primer

kelautan. Reaksi katabolik keseluruhan adalah:

NH 4 + + NO 2 − → N 2 + 2H 2 O.

Anammox Pilot Reactor



2. KARAKTERISASI MIKROBIA PELAKU ANAMMOX

Bakteri anammox berbentuk cocci biasanya berukuran kurang dari 1um dan waktu

generasinya 10-30 hari. Mereka termasuk dalam ordo Planctomycetes dan oleh karena itu

chemolithoautrotroph anaerobic (Hertach, 2008). Sejauh ini semua percobaan kultur murni

bakteri anammox gagal karena sangat kesulitan untuk mengisolasikannya. Sehingga, hanya

ada cara pengkayaan kultur (enrichment cultures) yang tersedia (Hertach, 2008) dan semua

yang kita ketahui tentang bakteri anammox diperoleh kultur dengan cara itu.

2.1 Biodiversitas

Ada tiga genera bakteri anammox yang telah ditemukan sampai saat ini: Brokardia,

Kuenenia dan Scalindua (Hertach, 2008). Didalam genera ini berbagai spesies berikut ini

telah ditemukan (Hertach, 2008) :

Brocadia anammoxidans

Brocadia fulgida

Kuenenia stuttgartiensis

Scalindua wagneri

Scalindua brodae

Scalindua sorokinii

Tiga genera tersebut adalah monophyletic dan cabang dari planctomycete. Mereka

mimiliki suatu ultrastruktur dan metabolisme yang sama yang mengarah kepada kesimpulan

bahwa ciri anammox (anammox feature) hanya berevolusi sekali dalam hidupnya. Semua

spesies anammox telah dapat ditemukan di sistem marin dan estuarin masuk dalam genus

Scalindua (Hertach, 2008 ). Hanya bakteri anammox yang ditemukan dalam system lacustrin

memiliki kemiripan 95,7% dengan bakteri anammox yang telah diketahui Cadidatus

Scalindua brodae dalam gene sequence 16S rRNA. Bakteri yang melakukan proses

Anammox adalah phylum bakteri Planctomycetes , yang Planctomyces dan Pirellula adalah

genera paling dikenal. Saat ini ada empat genera bakteri Anammox telah didefinisikan, yaitu

Brocadia , Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia (semua spesies air tawar), dan Scalindua

(spesies laut). Bakteri Anammox ditandai oleh beberapa sifat yang mencolok, yaitu mereka

semua memiliki satu anammoxosome , kompartemen terikat membran di dalam sitoplasma



yang merupakan lokus katabolisme Anammox. Membran bakteri ini terdiri dari ladderane

lipid sejauh ini hal itu unik di Biologi. Memiliki hidrazin (biasanya digunakan sebagai bahan

bakar energi roket-tinggi dan beracun bagi organisme hidup) sebagai perantara. Sebuah fitur

mencolok dari organisme adalah tingkat pertumbuhan yang sangat lambat. Waktu

penggandaannya hampir dua minggu. Proses Anammox awalnya terjadi dari 20o

C sampai 43

oC, tetapi baru-baru ini, Anammox diamati pada suhu dari 36

oC sampai 52

oC dalam air

panas dan 60o

C sampai 85o

C pada lubang hidrotermal terletak di sepanjang Mid-Atlantic

Ridge.

3. METODE UNTUK IDENTIFIKASI ANAMMOX

Di alam denitrifikasi dan anammox dapat berlangsung bersamaan dan oleh karena itu, metode

yang memadai dibutuhkan untuk membedakannya. Ada beberapa jalan untuk membuktikan

bahwa terjadi proses anammox. Pertama, dengan perunut isotop nitrogen. Dengan ingkubasi

sampel 15NH4+ dan 15NO3- kita dapat memisahkan antara denitrifikasi dan anammox

sehingga kita memiliki bukti bahwa proses anammox terjadi. Langkah selanjutnya adalah

mengubungkan prose situ dengan organismenya. Bakteri anammox dapat diidentifikasi

dengan melihat lemak ladderane, dengan hibridisasi fluorescence in situ (FISH, Fluorescence

in situ hybridization) dan dengan cara analysis phylogenetic dari gen 16S rRNA parsial.

Identifikasi Pengukuran Komunitas Bakteri Anammox dengan Metode FISH (Fluorescence

in situ hybridization)

Untuk waktu yang lama konsensus umum amonium yang hanya bisa dioksidasi dalam

kondisi aerobik. Austria kimiawan teoritis Engelbert Broda adalah orang pertama yang

mengakui kemungkinan oksidasi amonium anaerobik pada tahun 1977. Penghapusan

simultan amonium dan produksi gas nitrogen diamati dalam industri pengolahan air limbah di

Belanda pada tahun 1986.



4. APLIKASI

Anammox telah ditemukan dalam mesin pengelola limbah cair. Diasumsikan bahwa

penggunaan anammox di mesin pengolah limbah cair dapat mengurangi biaya operasional

90% (Jetten et al., 2005 dalam Hertach, 2008). Ada dua alasan bahwa, yaitu tidak perlu

menambahkan methanol sebagai tambahan sumber karbon dan hanya dibutuhkan oksigen

separuhnya disbanding langkah nitrifikasi/denitrifikas tradisional. Pengiritan lain adalah

penghapusan langkah nitrifikasi yang membutuhkan karbon sintetik untuk berlangsungnya

langkah denitrifikasi yang memproduksi CO2. CO2 dikonsumsi oleh anammox dalam

pengelolaan limbah cair. Alasan mengapa karbon ditambahkan adalah bahwa tidak cukup

karbon organic dalam air limbah untuk semua nitrogen reaktif oleh denitrifikasi.

4.1 SHARON proses untuk pengelolaan limbah cair

SHARON (Single reactor for High activity Ammonia Removal Over Nitrite) adalah

cara baru yang berbeda dengan cara konvensional dalam penanganan limbah. Proses ini

berlangsung dalam suatu reactor campuran yang sempurna tanpa penghambatan biomassa. Ini

digunakan dalam menangani limbah dari pengolahan limbah yang mengalir. Dalam proses ini

ammonium langsung diubah ke nitrit, dan langsung ke gas nitrogen. Oksidasi ammonium

berhenti sampai nitrit oleh pengoperasian proses SHARON pada peningkatan temperatur.

Pada temperatur yang lebih tinggi, bakteri pengoksidasi ammonium tumbuh lebih cepat

dibanding bakteri pengoksidasi nitrit. Bakteri pengoksidasi nitrit yang tumbuh lambat

terbuang dari reactor dan oksidasi ammonium berhenti pada nitrit. Temperatur proses ini

antara 30 dan 40 derajad Celcius. Waktu tinggal berkisar antara 1 dan 2 hari.

4.2 Kombinasi SHARON/ANAMMOX

Dalam langkah ini, campuran ammonium-nitrit yang dihasilkan dari reactor Sharon,

diubah menjadi gas nitrogen secara anaerob. Ammonium digunakan sebagai donor electron.

Karena anammox berlangsung lambat (10 hari), volumenya harus diperbesar.



Proses SHARON/ANAMMOX

Penerapan proses Anammox terletak pada penghapusan amonium dalam pengolahan

air limbah dan terdiri dari dua proses yang terpisah. Langkah pertama adalah parsial

nitrifikasi ( nitritation ) setengah dari ammonium menjadi nitrit oleh bakteri pengoksidasi

amonia :

4NH 4 + + 3O 2 → 2NH 4 + + 2NO 2 - + 4H + + 2H 2 O

Ammonium yang dihasilkan dan nitrit dikonversi dalam proses Anammox ke gas dinitrogen

dan nitrat sekitar 15% (tidak ditampilkan) oleh bakteri Anammox.

NH 4 + + NO 2 - → N 2 + 2 H 2 O

Langkah kedua proses dapat berlangsung dalam 1 reaktor mana dua serikat bakteri bentuk

butiran kompak.

4.3 Pengaruh konsentrasi COD terhadap anammox

Semakin tinggi konsentrasi COD, semakin tinggi inhibitor, khususnya pada tahap

pertama dalam percobaan. Kecepatan pembuangan (removal) ammonium dan jumlah

ammonium, nitrit dan nitrat dikontrol oleh konsentrasi COD dalam reactor. Lebih lanjut,

semakin tinggi konsentrasi COD, semakin rendah efisiensi pengbuangan (removal) COD.

Dalam permulaan reaksi, semakin tinggi konsentrasi COD, semakin tinggi pembuangan COD

dan lebih besar pengaruhnya atas reaksi anammox (Jing Kang dan Jian-Long Wang, 2006)

4.4 Aplikasi anammox di industri / pabrik

Untuk pengayaan organisme Anammox biomassa butiran atau sistem biofilm

tampaknya sangat cocok di mana umur lumpur yang diperlukan lebih dari 20 hari dapat

dipastikan. Kemungkinan reaktor yang Sequencing Batch Reaktor (SBR), bergerak seperti

angkat-loop reaktor gas. Pengurangan biaya dibandingkan dengan penghapusan nitrogen

konvensional memang cukup besar, teknik ini masih muda namun terbukti dalam beberapa

fullscale instalasi. Reaktor skala penuh pertama ditujukan untuk aplikasi bakteri Anammox



yang dibangun di Belanda pada tahun 2002. Perlakuan wastewater plants lainnya, seperti

yang ada di di Jerman (Hattingen), di mana aktivitas Anammox adalah tanpa sengaja diamati

dengan tanpa ada tujuan.Namun pada tahun 2006 terdapat tiga proses skala penuh di

Belanda. Satu di sebuah pabrik pengolahan air limbah kota (di Rotterdam ), dan dua di

industry, limbah cair.

5. KESIMPULAN

Daur nitrogen mengalami perkembangan 15 tahun terakhir ini dari dari tanpa jalur anammox

menjadi daur N dengan jalur anammox, dan berikutnya, daur N dengan tambahan jalur

anammox dan OLAND. Karekterisasi mikrobia pelaku anammox, biodiversitasnya, biologi

selnya, dan pertumbuhannya, telah dilakukan disamping penjelasan biokimia anammox.

Metede identifikasi juga dilakukan melalui Inkubasi dengan 15NH4 + , Inkubasi dengan

15NO3 - , Analisis lemak (ladderane lipids), Fluorescence in situ hybridization (FISH), dan

Analisis phylogenetic dari gen 16s rRNA parsial. Ini Semua menambah pengetahuan

peningkatan dan efisiensi pengelolaan pencemaran nitrogen. Teknik yang dikembangkan saat

ini, SHARON dan ANAMMOX, merupakan contoh dari pengembangan penemuan jalur

anammox dalam daur nitrogen dan menjadi pangkal dari pengembangan reactor dan

pengembangan percobaan-percobaan dalam bidang tersebut.



DAFTAR PUSTAKA

Anderson, I. C., and J. S. Levine. 1986. Relative rates of nitric oxide and nitrous oxide

production by nitrifiers, denitrifiers, and nitrate respirers. Appl. Environ. Microbiol. 51:938-

945.

Anonym (2007) Wastewater Technology Fact Sheet: Side Stream Nutrient Removal. United

state Environmental Protection agency, USA. 7p.

Bock, E., I. Schmidt, R. Stüven, and D. Zart. 1995. Nitrogen loss caused by denitrifying

Nitrosomonas cells using ammonium or hydrogen as electron donors and nitrite as electron

acceptor. Arch. Microbiol. 163:16-20.

Gernaey, K., L. Verschuere, L. Luyten, and W. Verstraete. 1997. Fast and sensitive acute

toxicity detection with an enrichment nitrifying culture. Water Environ. Res. 69:1163-1169.

Hertach, M (2008) Anaerobic Ammonium Oxidation (Anammox) – A new sink in the marinenitrogen cycle. Hildastrasse 4 8004 Zürich. 16p.

Jing Kang dan Jian-Long Wang (2006) Influence of Chemical Oxygen Demand

Concentrations on Anaerobic Ammonium Oxidation by Granular Sludge From EGSB

Reactor. BIOMEDICAL AND ENVIRONMENTAL SCIENCES 19, 192-196

Karthikeyan, O.P. dan K. Joseph (2009) ―ANAMMOX‖ a novel process for nitrogen

management in bioreactor landfills – a review. Centre for Environmental Studies, Anna

University, Chennai – 25.

Mulder, A., A. A. van de Graaf, L. A. Robertson, and J. G. Kuenen. 1995. Anaerobic

ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized bed reactor. FEMS Microbiol.

Ecol. 16:177-184.

Sahm, H (1984) Anaerobic wastewater treatment, advances in biochemical engineering.

Biotechnology 29: 83-115.

Strous, M., E. van Gerven, J. G. Kuenen, and M. Jetten. 1997. Effects of aerobic and

microaerobic conditions on anaerobic ammonium-oxidizing (Anammox) sludge. Appl.

Environ. Microbiol. 63:2446-2448

Strous, M., E. van Gerven, P. Zheng, J. G. Kuenen, and M. S. M. Jetten. 1997. Ammonium

removal from concentrated waste streams with the anaerobic ammonium oxidation

(Anammox) process in different reactor configurations. Water Res. 31:1955-1962

Van de Graaf, A.A., de Bruijn, P., Robertson, L.A., Jetten, M.S.M., Kuenen, J.G. (1996).

Autotrophic growth of anaerobic ammonium-oxidizing micro-organisms in a fluidized bed

reactor. Microbiology 142, S. 2187 – 2196.

tugas paper geokimia

Documents