Intensif stok dan pakan di recirculating aquaculture systems (RAS) berarti amonia tak henti. Kunci performa ada pada desain biofilter, pilihan media, dan kendali alkalinitas–pH yang disiplin.
RAS menghemat air 90–99% dibanding kolam biasa—artinya hampir seluruh TAN (total ammonia nitrogen) harus dihilangkan secara biologis (pubs.acs.org). Dari pakan, sekitar 3–4% massa berubah jadi amonia (≈30–40 g TAN per kg pakan) (globalseafood.org).
Target toksisitas ketat: amonia tak terionisasi (NH3) disarankan < 0,05 mg NH3‑N/L dan desain praktik mengejar TAN (unionized NH3) sistem < 1–2 mg/L (globalseafood.org) (globalseafood.org). Di sinilah biofilter—yang menumbuhkan bakteri nitrifikasi untuk mengubah amonia → nitrit → nitrat—bekerja dalam kondisi beroksigen baik.
Rumus dasarnya lugas: kapasitas biofilter harus menandingi “TAN baru” yang muncul dari pakan, 24/7. Rekomendasi Thomas Losordo untuk moving bed biofilm reactor (MBBR) adalah 350–500 g NH4⁺‑N/m³/hari atau sekitar 10–14 kg pakan/hari per m³ media (globalseafood.org).
Reagen Flotasi Nikel Sulfida: Target 85–90% Recovery Tanpa Carryover Fe
Metrik kunci desain biofilter
Kapasitas umumnya dinyatakan sebagai laju nitrifikasi volumetrik (g‑N/m³·hari) atau beban pakan per volume media. Di RAS air dingin 8 °C untuk trout, Suhr dkk. mencatat hanya ~23 g‑N/m³·hari pada MBBR versus 92 g‑N/m³·hari pada fixed bed dengan kondisi sama—menegaskan pengaruh suhu, luas permukaan media, dan beban hidrolik; basis per permukaan 0,27–0,46 g‑N/m²·hari (orbit.dtu.dk) (orbit.dtu.dk).
Catatan penting operasional: biofilter RAS bukan penghilang BOD karbon utama—padatan dan organik sebaiknya disingkirkan di hulu dengan screen atau filtrasi mekanik agar nitrifier tidak “tercekik”. Sistem seperti automatic screen membantu menjaga beban padatan masuk tetap rendah ke biofilter.
Perbandingan tipe biofilter
MBBR (moving bed biofilm reactor). Media plastik (HDPE tipe Kaldnes, dll.) disuspensikan oleh aerasi/aliran. Kelebihan: jejak lahan kompak, rugi tekan rendah (≈10–20 cm), biofilm “self‑shearing”, luas permukaan 300–800 m²/m³ per carrier (globalseafood.org) (globalseafood.org). Desain kapasitas lazim 350–500 g NH4‑N/m³·hari (≈0,35–0,50 kg N/m³·hari) atau 10–14 kg pakan/hari per m³ filter (globalseafood.org). Energi utama adalah aerasi; maturasi cepat setelah “seeding”. Kekurangan: luas permukaan lebih rendah dari fluidized sand; partikel halus bisa menggesek komponen mekanik. Untuk implementasi, opsi komersial MBBR tersedia seperti moving bed bioreactors.
Packed bed (submerged fixed bed). Media statis (ring/kubus/mat plastik 300–800 m²/m³) dialiri air (upflow/downflow). Luas permukaan total per volume reaktor sering lebih rendah sehingga volume lebih besar dibutuhkan; contoh studi memakai 200 m²/m³ “Bioblocks” vs 850 m²/m³ pada carrier MBBR (orbit.dtu.dk). Laju nitrifikasi di air dingin rata‑rata ~92 g‑N/m³·hari (0,46 g‑N/m²·hari), naik menjadi 146 g‑N/m³·hari setelah adaptasi; MBBR setara tetap sekitar 23 g‑N/m³·hari dalam studi tersebut (orbit.dtu.dk). Pro‑kontra: sederhana, tahan kehilangan media, tetapi bisa clogging jika tak dibackwash berkala; rugi tekan naik pada debit tinggi sehingga biasanya dioperasikan pada HRT (hydraulic retention time, waktu tinggal hidrolik) beberapa menit. Sering butuh pembersihan periodik; toleran debit rendah; desain trickling dapat sekaligus mendegas CO₂.
Fluidized sand filter. Upflow berkelanjutan dengan pasir halus 0,3–0,8 mm (silika) yang “terfluidisasi”. Kekuatan utamanya adalah luas permukaan ekstrem ≈5.000 m²/m³—jauh di atas plastik—dengan kapasitas nitrifikasi per volume paling tinggi (globalseafood.org), mendekati 0,5–1,0 kg NH4‑N/m³·hari pada operasi baik (researchgate.net) (researchgate.net). Konsekuensi: butuh energi untuk menjaga fluidisasi, pompa harus mengatasi head ekspansi bed, dan perlu screen/penangkap agar pasir tak terbawa. Sensitif terhadap beban organik—risiko “choking/stratifikasi” pada RAS hangat berorganik tinggi—namun biomass besar dan mixing memberi startup yang sangat cepat. Media silika yang konsisten dapat diperoleh sebagai sand silica untuk aplikasi filtrasi granular.
Catatan perangkat lain. RBC (rotating biological contactors) dan trickling filter lebih jarang di RAS indoor (butuh area/struktur besar), sehingga tidak diulas di sini. Menara trickling memang bisa nitrifikasi sambil aerasi, tetapi kebutuhan transfer udara–air dan jejak lahannya cenderung cocok untuk sistem luar ruang ketimbang RAS intensif.
Seleksi media biofilter
Media plastik. Beragam bentuk (K1 ring ~500 m²/m³, Bioballs ~600 m²/m³) menawarkan 300–1.000 m²/m³, inert dan tahan lama; umur pakai >10–15 tahun pada operasi wajar (aquasust.com). Ada kekhawatiran mikroplastik dalam konteks tertentu, tetapi carrier berkualitas baik minim pelepasan.
Media granular dan alternatif. Pasir menawarkan luas permukaan ribuan m²/m³, namun berat; karena itu umum dipakai sebagai bed terfluidisasi. Studi Mnyoro dkk. menunjukkan biomedia lokal seperti tempurung kelapa dapat menyamai kinerja plastik, dengan konversi ≈599–600 g TAN/m³·hari—setara media plastik—meski ketahanan jangka panjang perlu dikaji (orbit.dtu.dk). Alternatif lain termasuk karbon aktif, keramik, atau material daur ulang; karbon aktif tersedia sebagai activated carbon untuk penggunaan penghilangan organik yang juga menyediakan permukaan biofilm. Zeolit/pumis dapat mengadsorpsi NH4⁺ secara kimia dan biologis, tetapi umumnya lebih mahal.
Manajemen media dan padatan
Semua media akan menumpuk biomassa dan mengalami sloughing. Desain geometri dan rejim mixing mengontrol ketebalan biofilm. Pada MBBR, carrier bergerak menggunting kelebihan biofilm secara natural; pada packed bed, perlu backwash atau fase “istirahat” aliran. Tekanan diferensial dan DO (dissolved oxygen, oksigen terlarut) harus dipantau; kenaikan head loss menandakan overload. Dalam desain baik, media jarang diganti; carrier plastik jarang gagal > satu dekade (aquasust.com). Di hilir fluidized bed, penjebak pasir atau klarifier sekunder mencegah kehilangan media; opsi seperti clarifier dapat berfungsi sebagai polishing untuk menangkap tumpahan media granular.
Karena biofilter bukan pengolah BOD, pemisahan awal sangat krusial. Sistem pemisahan fisik seperti manual screen membantu menahan debris >1 mm sebelum memasuki biofilter.
Polimer vs Talc di Flotasi Nikel: Cara Naikkan Kadar & Jaga Recovery
Start‑up (seeding) biofilter dan monitoring
Alkalinitas dan pH awal. Isi sistem dengan air bebas klorin, setel pH ~7–8, dan beri buffer karbonat (mis. natrium bikarbonat) sekitar 100 mg/L sebagai CaCO₃ ekuivalen untuk awal (globalseafood.org). Nitrifikasi mengonsumsi sekitar 7,14 mg CaCO₃ per 1 mg‑N yang dioksidasi, jadi alkalinitas akan turun selama start‑up (cwea.org). Beberapa praktisi melaporkan pertumbuhan Nitrobacter (oksidasi nitrit) membaik pada alkalinitas awal 150–200 mg/L (globalseafood.org), dan residual 70–80 mg/L diinginkan agar pH stabil (cwea.org).
“Memberi makan” bakteri. Tanpa ikan, dosis amonia terkontrol dibutuhkan. Tambahkan NH4OH jernih atau NH4Cl untuk menaikkan TAN ke 3–5 mg/L (globalseafood.org). Contoh: ~60 mL NH4OH 10% dalam 1.000 L menghasilkan ~1,6 mg/L NH4‑N; sesuaikan secara bertahap sambil ukur TAN (globalseafood.org). Level ini cukup terdeteksi kit uji namun tidak terlalu tinggi untuk toksisitas akut (0,5 mg/L TAN adalah ambang aman tanpa ikan). Aerasi intensif untuk menjaga DO ≥7 mg/L—nitrifikasi melambat nyata di bawah ~6–7 mg/L (orbit.dtu.dk)—dan suhu mendekati rentang budidaya (lebih hangat mempercepat bakteri).
Inokulum. Cara paling efektif adalah memindahkan media dari biofilter matang (salinitas/suhu serupa) ke unit baru (globalseafood.org). Alternatifnya gunakan starter nitrifier komersial bersamaan dengan dosis amonia (globalseafood.org). Produk starter bakteri mempermudah tahapan ini, meski tetap butuh amonia dan waktu untuk tumbuh.
Monitoring. Uji TAN, NO2⁻, NO3⁻, pH, dan alkalinitas harian. Kurva siklus khas: amonia naik–turun, diikuti nitrit naik–turun, lalu nitrat muncul (globalseafood.org) (globalseafood.org). Butuh 4–8 minggu (lebih lama di air dingin) hingga fully cycled. Mulai tebar paska TAN dan NO2⁻ mendekati nol (<0,5 mg/L masing‑masing) pada kondisi amonia masuk yang berkelanjutan. Selama operasi, banyak manajer RAS menambahkan bikarbonat harian atau dua mingguan agar alkalinitas ~100–150 mg/L; otomatisasi pengumpanan dapat dibantu dengan dosing pump untuk injeksi yang stabil.
Alkalinitas dan kendali pH
Setiap 1 mg NH4⁺‑N yang teroksidasi “memakan” ~7,14 mg CaCO₃ (sebagai bikarbonat), sehingga pH akan turun tanpa penambahan buffer (cwea.org). Di bawah ~pH 6,0–6,5, aktivitas Nitrobacter (oksidasi nitrit) merosot tajam; pH sangat tinggi (>8,5) mendorong pembentukan NH3 yang toksik (cwea.org). Pedoman operasi: pH 7–8 untuk laju nitrifikasi optimal (cwea.org), alkalinitas ≥100 mg/L (banyak merekomendasikan 150–200 mg/L untuk pendirian populasi nitrifier yang mulus) (globalseafood.org), dan residual ~70–80 mg/L untuk mencegah swing pH (cwea.org).
Natrium bikarbonat lazim dipakai karena mudah larut dan menjadi sumber karbon inorganik bagi bakteri; jika total hardness sangat rendah, soda ash atau kapur bisa digunakan, walau bikarbonat lebih aman untuk stabilitas pH. Dosis bisa harian/mingguan mengikuti beban nitrifikasi: misal jika filter mengubah 100 mg/L TAN, konsumsi ~714 mg/L ekuivalen CaCO₃; kira‑kira diperlukan ~3.500 g CaCO₃ (atau ~4.150 g NaHCO₃) per 5 kg pakan. Banyak sistem RAS mengotomasi dosis bikarbonat terhubung ke sensor CO₂/alkalinitas. Uji pH dan alkalinitas sering (harian). Tanpa alkalinitas memadai, nitrifikasi akan berhenti—“lack of carbonate alkalinity will stop nitrification” (cwea.org).
Desain Material HPAL Indonesia: Kombinasi Ti-Clad, Ni Alloy, FRP
Ringkasan efek terukur- Kapasitas nitrifikasi: MBBR dapat mencapai 350–500 g NH4‑N/m³·hari (globalseafood.org). Fluidized sand—dengan ~5.000 m²/m³ media—jauh melampaui itu (mendekati 800–1.000 g/m³·hari dalam uji laboratorium) (researchgate.net) (researchgate.net). Packed fixed bed bervariasi luas (sering 100–400 g/m³·hari, bergantung suhu dan volume media) (orbit.dtu.dk).
- Luas permukaan media: Plastik ~200–1.000 m²/m³; pasir ~5.000 m²/m³ (globalseafood.org). Semakin luas permukaan, laju bisa makin tinggi jika O₂ dan nutrien menjangkau biofilm.
- Jejak lahan/energi: MBBR dan fluidized bed berjejak kecil per beban tetapi butuh energi blower/pompa untuk mixing/fluidisasi. Packed bed cenderung lebih memakan ruang untuk kapasitas sama tetapi bisa memanfaatkan aliran gravitasi.
- Waktu “lag” biofilter: Start hangat bisa menunjukkan >1 mg NH4 terkonversi dalam 1–2 minggu; siklus penuh (NO2 stabil terkonversi) 4–8 minggu (globalseafood.org) (globalseafood.org).
- Konsumsi alkalinitas: ~7,1 mg/L CaCO₃ hilang per 1 mg/L NH4‑N terkonversi (cwea.org); misal 50 mg/L TAN dikonversi berarti ~360 mg/L CaCO₃ terpakai.
- Sensitivitas pH: Laju nitrifikasi puncak sekitar pH 7,5–8,5; di bawah ~6,0 menurun tajam (cwea.org). Praktiknya, pH ≥7,0 dijaga untuk aktivitas tinggi.
Catatan sumber dan cakupan
Semua angka dan rekomendasi desain diambil dari publikasi industri dan studi peer‑reviewed: Losordo (2014) untuk aturan sizing dan laju nitrifikasi MBBR (globalseafood.org); Suhr dkk. (2010) untuk perbandingan fixed vs moving bed (orbit.dtu.dk); kapasitas fluidized sand yang sangat tinggi (globalseafood.org) (researchgate.net); siklus start‑up dan praktik penambahan alkalinitas (globalseafood.org) (cwea.org); alternatif biomedia lokal tempurung kelapa (orbit.dtu.dk). Dalam konteks Indonesia, regulasi spesifik RAS untuk segmen ini terbatas (umumnya standar kualitas air); fokus ulasan ini pada riset rekayasa akuakultur yang berlaku luas.
