TEKNOLOGI BIOFILTER, PERIFITON BIOFLOC AKUAKULTUR

Review Cara Mengatasi Limbah Nitrogen dalam Akuakultur : Teknologi Biofilter, Teknologi Perifiton, Teknologi Biofloc

Latar Belakang

•       Perkembangan pesat Aquaculture menyebabkan pengaruh terhadap lingkungan, terutama polutan dari sisa pakan, sisa metaolisme dan faezes (Read and Fernandes, 2003)

•       Polutan mengandung nutrien organik dan anorganik seperti ammonium, phosphorus, bahan organik (Piedrahita, 2003; Sugiura et al., 2006).

•       Pada level lebih tinggi dapat menyebabkan bloomingnya mikroorganisme pathogen yang semakin bervariasi spesiesnya (Thompson et al., 2002).

•       Untuk memproduksi 1 kg ikan butuh 1-3 kg pakan (dari hasil ekskresi, 35%  menjadi bahan organik), sisanya (65%) dlm bentuk N dan P yang tak digunakan dan mencemari lingkungan.

•       Dalam Lingkungan akuakultur salah satu produk akhir metabolisme adalah Amonium, dimana antara NH3 dan NH4 berfluktuasi tergantung dari suhu dan pH (Timmons et al., 2002). Jumlah dari keduanya disebut Total Amonium Nitrogen (TAN)

•       Pada kebanyakan ikan kultur amonium-N bersifat toksik pada konsentrasi 1,5 mg N/l, dan rata-rata pada sistem budidaya yang wajar konsentrasinya 0,025 mg N/l. (Neori et al., 2004; Chen et al., 2006). Demikian toksisitas Nitrat pada beberapa spesies ikan

Cara pembuangan ada 2, yaitu :

1)     1.  DI LUAR SISTEM BUDIDAYA

·         Penggunaan Kolam Treatmen/Kolam Tandon

- Bisanya dilengkapi Aerasi

- Atau dibuang langsung ke lingkungan melalui outlet

·         BIOFILTRASI

Ada 3 Macam, yaitu FISIK (Biasanya dengan Saringan/Sistem pengendapan berliku-liku, KIMIA (Ozon/UV) Untuk mengatasi N biasanya digunakan Filter Biologi untuk membantu proses Nitrifikasi.Secara garis besar ada 2 type Biofiltrasi, yaitu :

-          Merged (rotating biological contactors, trickling filters)

Teknologi Rotating Biological Contator  (RBC) merupakan sistem yang menggunakan beberapa substrat, yang terbuat dari : high-density polystyrene atau polyvinyl chloride, (Tawfik et al., 2004; Park et al., 2005; Brazil, 2006). Teknologi  ini dapat membantu merubah karbondioksida menggunakan oksigen dari udara dan dengan bantuan bakteri. Teknologi ini ada 2 seri, yaitu  seri independen dan seri compartment (Lavens and Sorgeloos, 1984; Brazil, 2006).

Miller and Libey (1985) menyebutkan bahwa teknologi ini menghasilkan nilai TAN yang lebih baik (0.19–0.79 g TAN/m2 hari, jika dibandingkan packed tower atau fluidized bed reactor (0.24 g TAN/m2 hari).

Brazil 2006 menyebutkan bahwa teknologi ini cukup efektif pada sistem Resirkulasi ikan nila, menghasilkan hanya sebesar 0,42 g TAN/m2 day. Dideteksi juga adanya Oksidasi amonia dipengaruhi oleh Kecepatan putaran, pengadukan bahan organik, staging, perputaran masa dan hidroulik.

Trickling Filter merupakan sistem yang menggunakan Trickling media dan Biofilm aerobic untuk mengendapkan sisa buangan budidaya. Selama terjadi pengendapan, oksigenasi terus berlangsung, dan pembuangan gas CO2 juga berlanjut.

Ada beberapa jenis trickling dengan berbagai luasan media seperti : Finturf artificial grass (284 m2/m3), Kaldnes rings (500 m2/m3), Norton rings (220 m2/m3) dan Leca atau light weight clay aggregate (500–1000 m2/m3) (Greiner and Timmons, 1998; Lekang and Kleppe, 2000; Timmons et al., 2006a).

Dalam sistem ini yang bekerja mengatasi sisa buangan adalah biological slim layer dan aerobik mikroorganisme.

Kamstra et al. (1998) melaporkan TAN areal removal rates  berkisar 0.24 s.d.  0.55 g TAN/m2 hari pada trickling filter sakla komersial. Hasil rekayasa lain menghasilkan 1.1 g TAN/m2 day, (Schnel et al., 2002; Eding et al., 2006). Sedangkan Lyssenko dan Wheaton (2006) melaporkan TAN areal removal rates of 0.64 g TAN/m2 day.

-          Submerged (e.g. fluidized sand biofilters, bead filters) fixed film filter

Bead Filter merupakan sistem yang menggunakan kombinasi Trickling media dan Granular type biological filter. Media yang biasa digunakan dalam sistem ini berisi polystyrene beads dengan diameter 1–3 mm dengan porositas 36–40% (Timmons et al., 2006a).

Tergantung dari featurnya area bead filter berkisar 1150 s.d. 3936 m2/m3 (Greiner and Timmons, 1998; Malone and Beecher, 2000; Timmons et al., 2006a).

Menurut Greiner and Timmons (1998) Bead filter menghasilkan 0.45–0.60 g/m2 TAN day, dan microbead 0.30 g/m2 day (Timmons et al., 2006a).

Fluidized sand biofilters merupakan sistem yang menggunakan pasir dengan area permukaan berkisar antara 4000–20000 m2/m3 dengan biaya tidak terlalu mahal, namun mendapatkan hasil yang baik pada sistem resirkulasi (Summerfelt, 2006)

Miller & Libey (1985) dan Timmons Summerfelt (1998) menyatakan fluidized sand reactor memiliki efisiensi berkisar 0.24 g N/m2 hari.

2) 2.  DI DALAM SISTEM BUDIDAYA

-          The periphyton treatment technique
      

Periphyton merupakan biota perairan yang menempel pada substrat. Didalamnya terdapat algae, bakteri, fungi, protozoa, dan invertebrata yang lainnya (Azim et al., 2005).

Produktivitas periphyton : 1-3 g C/m3 Substrat/hari atau 2 – 6 g dry matter/m3 per-hari (Azim et al., 2005). Periphyton membantu organic detritus menguraikan nutrient dari kolom air dan membantu mengontrol O2 dan pH di perairan.

Disamping membantu menguraikan an memanfaatkan amonia, periphyton juga menjadi penyedia makanan pada beberapa jenis ikan (Huchette et al., 2000; Azim et al., 2001, 2002, 2003a,b,c, 2004).

Selain memerlukan lahan yang luas untuk pemanfaatan peryphyton sangat tergantung sinar matahari, dan dalam skala laboratorium, sulit untuk memanen peryphyton, sehingga belum diketahui secara detail penguraian dan pemanfaatan N oleh peryphyton.

Untuk optimalisasi kerja peryphyton dalam kolam, biasanya digunakan static substrates (Azim et al., 2005), seperti tanaman air, bambu, hizol dan kanchi (Azim et al., 2002, 2003c).

Perifiton: kompleks biota akuatik sesil (imobil) terasosiasi dengan detritus, yang menempel pada substrat terendam; kompleks campuran mikroalga, cyanobacteria, heterotrophic mikroba, protozoa, dan detritus ; organisme bentik terkombinasi dengan mikroba biofilm (van Dam et al., 2002).

Seperti fitoplankton, perifiton dapat ditemukan pada banyak tipe perairan, mulai dari kolam kecil hingga laut luas; berbagai substrat dalam air dengan keberadaan cahaya dapat mensupport pertumbuhan perifiton

Pertumbuhan perifiton pada substrat dimulai dengan deposisi pelapisan substansi / materi organik terlarut dimana bakteri akan menempel melalui reaksi hidrofobik yang distimulasi oleh keberadaan mikropartikulat pada perairan eutrofik (kaya nutrisi) (Hoagland et al., 1982; Cowling et al., 2000).

Perifiton memiliki kelebihan dibandingkan fitoplankton karenasifatnya yang bentik sehingga lebih dekat dengan bagian air interstitial serta sedimen yang kaya nutrisi.

PERAN PERIFITON

1.       Bertindak sebagai produsen primer; sumber makanan; bahan baku potensial untuk energi alternatif, obat / kosmetika, pakan/ pangan alami, pupuk organik

2.       Indikator mutu kualitas air (tingkat pencemaran dalam perairan) ‐‐‐ penilaian biomass ( Chlorophyl), jenis, kondisi biologi dan komposisi komunitas periphyton.

3.       Menjaga kualitas air pada indicator mutu tertentu bagi perairan perikanan yang terkendali mencakup parameter fisika, kimia dan biologi.

4.       Dapat digunakan sebagai agen filtrasi dalam produksi akuakultur.

Kelebihan sistem akuakultur berbasis perifiton:

1.       Perifiton berperan sebagai sumber makanan / nutrisi,

2.       Sebagai substrat dan shelter untuk meminimalisasi efek limitasi daerah teritorial hewan budidaya (udang)

3.       Pengendalian kualitas air melalui pengurangan partikulat terlarut dan meningkatkan breakdown materi organik

4.       Meningkatkan nitrifikasi

-          Bio-flocs technology

      

Bioflocs juga dapat menghambat pertumbuhan bakteri pathogen (Defoirdt et al., 2007; Halet et al., 2007)...Quorum sensing system???.

Pada air tawar, dengan memberikan karbohidrat kedalam air dalam sistem budidaya untuk memperbaiki C/N ratio, akan meningkatkan pertumbuhan bakteri heterotrof yang memanfaatkan nitrogen. Avnimelech et al. (1994)

Bahkan pada budidaya ikan nila intensif, meningkatkan efektifitas penggunaan protein hampir 2 kali lipat dibanding tanpa penumbuhan bakteri heterotrof ini, yaitu dari 23 % sampai 40 % . Avnimelech et al. (1994).

Pemberian kombinasi karbohidrat juga memberikan beberapa manfaat yang signifikan pada budidaya udang, yaitu : 1) meningkatkan pemanfaatan protein pakan yang berpengaruh pada biomassa udang 2) Menurunkan proporsi jumlah pakan yang diberikan 3) Mereduksi zat beracun TAN and NO2^–N dalam sistem, dan 4) Mereduksi konsentrasi nitrogen secara signifikan di kolam (Hari et al. (2006))

Bioflok yang baik berpengaruh baik terhadap pertumbuhan dan kesehatan ikan serta mutu air  kolam.(Bagian 2 dari seri tulisan Teknologi Bioflok)

Biofloc (bioflok) berasal dari kata bios yang berarti kehidupan dan floc (flok) yang berarti  gumpalan. Sebagaimana telah diuraikan pada artikel terdahulu, bioflok tersusun atas berbagai mikroorganisme, yaitu bakteri, algae, zooplankton, dan bahan organik. Karena itu, mutu bioflok berbedSaveda-beda tergantung komponen penyusunnya. Ada bioflok yang baik dan ada bioflok yang jelek. Menurut Suprapto (Tim Teknis Shrimp Indonesia) Komponen penyusun bioflok, yaitu :

Komponen 1: Bahan organik

Bahan organik dalam air tambak udang intensif berasal dari sisa pakan, kotoran ikan, dan plankton atau jasad yang mati. Bahan organik yang terlarut dalam air akan diurai oleh mikroba (bakteri) menjadi mineral yang bermanfaat bagi fitoplankton. Dalam kolam yang menerapkan sedikit atau tanpa ganti air, bahan organik akan menumpuk dalam tambak dan akan diurai oleh mikroba. Bahan organik ini harus selalu dalam keadaan teraduk (tersuspensi) dalam kolom air serta harus dicegah agar tidak mengendap. Selain itu, kandungan oksigen terlarut harus cukup tinggi dengan arus yang merata agar oksigen tersebar di seluruh badan air sehingga bahan organik terurai dalam kondisi aerob (cukup oksigen).

Komponen 2: Bakteri

Bakteri terdiri dari bakteri yang menguntungkan dan merugikan bagi usaha budidaya ikan. Bakteri yang menguntungkan adalah bakteri yang tidak menimbulkan penyakit serta tidak menghasilkan senyawa yang meracuni udang, dapat mengurai bahan organik menjadi mineral yang bermanfaat bagi kestabilan plankton, dapat mengurangi senyawa beracun, meningkatkan kesehatan udang dan menekan perkembangan bakteri yang merugikan dalam media budidaya. Di antara bakteri yang menyusun flok ada yang menghasilkan biopolimer yang disebut  poli hidroksi butirat (PHB). Pemantauan terhadap total bakteri dan total vibrio (termasuk jenis vibrio berdasarkan warna koloni) harus diperhatikan dengan baik. Flok yang baik tersusun oleh banyak bakteri dengan total bakteri yang tinggi (10⁷ – 10⁹ cfu/ml) dan total vibrio kurang dari 10³ - 10⁴cfu/ml (vibrio hijau lebih sedikit daripada vibrio kuning). Sedangkan flok yang kurang baik tersusun oleh total bakteri yang rendah (10⁴ – 10⁵ cfu/ml) dan total vibrio lebih dari 10³cfu/ml (vibrio hijau lebih banyak daripada vibrio kuning). Kandungan bakteri (yang menguntungkan) sebaiknya mendominasi hingga 70% dari komponen bioflok yang terbentuk.

Komponen 3: Algae

Dalam budidaya udang, jenis algae yang diharapkan tumbuh adalah dari kelompok diatom dan algae hijau. Beberapa jenis diatom yang hidup sebagai perifiton dapat turut menempel pada flok (Navicula, Amphora, Cymbella), yang berbentuk koloni (Skeletonema, Melosira, Chaetoceros) maupun yang uniseluler (Cyclotella, Coscinodiscus) turut membentuk flok yang baik untuk makanan udang. Sedangkan Nitzschia, Pseudonitzschia tidak diharapkan karena menghasilkan biotoksin. Diatom memberikan ciri flok yang berwarna kecokelatan. Sedangkan kelompok green algae memberikan ciri flok berwarna kehijauan. Meski green algae tidak dimakan oleh udang, namun kelompok algae ini bersifat stabil atau siklus hidup yang lebih lama. Di samping itu, beberapa jenis dari green algae  seperti Chlorella, Nannochloropsis, Tetraselmis dan Dunaliella dapat menekan perkembangan vibrio. Bioflok dianggap bermutu jelek bila terdapat dinoflagellata dalam jumlah yang banyak (lebih dari 10% dari komunitas algae yang ada). Di samping itu, bila algae yang menyusun didominasi oleh blue green algae (BGA) maupun flagellata (Euglenophyta) maka flok yang dihasilkan kurang baik bagi pertumbuhan udang. Populasi algae dalam flok sebaiknya sekitar maksimal 30%.

Komponen 4: Zooplankton

Dalam rantai makanan, zooplankton merupakan konsumer primer. Zooplankton umumnya pemakan fitoplankton (algae) dan detritus atau sisa bahan organik serta bakteri. Zooplankton yang sering ditemukan dalam bioflok adalah dari kelompok protozoa (terutamaCiliata), Rotifera (Brachionus, Rotaria, Pavella), kopepoda, dan cacing. Zooplankton terutama protozoa dan rotifera merupakan pemangsa bakteri pembentuk flok sehingga keberadaan kelompok organisme ini sangat berpengaruh terhadap perkembangan flok terutama populasi bakteri di dalam flok.

Berdasarkan pengamatan terhadap komponen pembentuk bioflok selain bakteri, algae jenis diatom yang ditemukan adalah Coscinodiscus, yang tumbuh dalam air yang mengandung bahan organik tinggi. Sedangkan zooplankton yang ditemukan adalah jenisBrachionus (rotifera). Kolam yang diamati, semua berwarna kecokelatan dengan permukaan air dipenuhi oleh busa. Sedangkan warna air yang kehijauan, jenis algae yang tumbuh adalahOscillatoria dan Anabaena.

Pengaruh bioflok

Kondisi kesehatan udang dan pertumbuhannya sangat tergantung pada kondisi lingkungan. Bioflok memberi pengaruh yang nyata terhadap pertumbuhan dan kesehatan. Bioflok yang baik akan memberikan pengaruh yang baik bagi udang, baik dari segi pertumbuhan, kesehatannya maupun kestabilan mutu airnya.

Kepekatan bioflok

Untuk mengukur kepekatan bioflok dapat dilakukan dengan menggunakan Imhoff con. Caranya, ambil air satu liter dari beberapa tempat dan endapkan pada alat tersebut. Tunggu 15—30 menit sampai flok mengendap. Parameter yang terukur dinyatakan sebagai Volume Suspended Solid (VSS) dengan satuan ml VSS per liter. Volume bioflok harus dipertahankan <15 ml VSS per liter. Dan bila mencapai 15 ml per liter harus dilakukan pengenceran.
Yang mempengaruhi bioflock :
     Salah satu yang membuat teknologi biofloc jadi mahal untuk akuakultur adalah   
     kebutuhan akan listrik energi yang cukup tinggi untuk mempertahankan keberadaan 
     floc supaya tetap melayang di kolom perairan dengan menggunakan aerasi dan atau 
     pengadukan. Demikian grafik kebutuhan energi listrik untuk mempertahankan 
     terbentuknya floc dalam luasan kolam/tambak

     

Baearapa studi kasus pemanfaatan N oleh organisme yang telah diterapkan dalam akuakultur untuk meminimalisasi limbah buangan Nitrogen hasil ekskresi dan sisa pakan

Atau dapat disimpulkan dalam sistem budidaya secara umum :