Mengunci pH di kisaran netral bukan opsi, melainkan prasyarat di Recirculating Aquaculture Systems (RAS). Resepnya: sensor pH in‑line yang terhubung ke pompa dosing untuk memasok basa secara otomatis, dihitung dari input pakan dan laju nitrifikasi.
Di RAS intensif, pH stabil — umumnya ~7,0–7,8 — adalah penentu performa biofilter dan pertumbuhan ikan. pH terlalu rendah melarutkan logam; pH terlalu tinggi menaikkan fraksi amonia tak terion (NH₃) yang toksik. Rekomendasi ini konsisten pada catatan aplikasi industri (Yokogawa) dan referensi budidaya Indonesia yang menegaskan kisaran aman 6–9 sesuai PP No.82/2001 (Saka.co.id; juga lihat ringkasan akademik Rekayasa Akuakultur).
Operator RAS di lapangan biasanya membidik ~7,5–8,5 yang “nyaman” untuk proses biologis (Rekayasa Akuakultur). Penyangga alkalinitas 50–150 mg/L sebagai CaCO₃ menahan fluktuasi harian agar kecil (SRAC/Studylib; Cornell/Slideplayer). Pada 25 °C, hanya ~0,5% TAN (Total Ammonia Nitrogen) menjadi NH₃ pada pH 7,2 tetapi >3% pada pH 8,0 — menjaga pH dekat 7,2 membantu menahan NH₃ jauh di bawah ambang aman ~0,01 mg/L untuk salmonid (Yokogawa; ringkasan teknis Wiley).
Polimer Flokulan & Thickener HD: Dewatering Tailings Nikel Lebih Cepat
Parameter target pH dan alkalinitas RAS
Literatur internasional menyarankan pH sistem di sekitar ~7,5–8,0 untuk kinerja biofilter yang konsisten, dengan catatan bahwa benih ikan air hangat mengalami stres di luar kisaran ~6,5–9,0 (Yokogawa; Rekayasa Akuakultur). Pedoman Indonesia PP No.82/2001 menyematkan rentang 6–9 untuk budidaya (Saka.co.id).
Alkalinitas (kapasitas penyangga asam–basa, lazim dilaporkan sebagai mg/L CaCO₃) direkomendasikan 50–150 mg/L agar ayunan pH harian berada pada ±0,1 unit (SRAC/Studylib; Cornell/Slideplayer). Ini penting untuk menekan fraksi NH₃ pada suhu operasi — misalnya pada 25 °C, dari ~0,5% TAN di pH 7,2 menjadi >3% di pH 8,0 (Yokogawa).
Arsitektur kontrol pH in‑line dan dosing otomatis
Desain modern memakai elektroda pH in‑line (biasanya elektrode kaca dengan kompensasi suhu otomatis) yang dipasang di aliran resirkulasi utama atau sump, mengirim pembacaan real‑time ke pengendali (PLC, programmable logic controller) (Wiley). Pengendali membandingkan pembacaan dengan setpoint (contoh 7,5) dan menyalakan pompa dosing untuk menyuntikkan basa saat pH turun; saat pH melampaui setpoint, pompa berhenti. Pola umpan‑balik tertutup ini memakai PID (proportional–integral–derivative) atau on/off dengan hysteresis, disertai pencatatan tren dan alarm jika sensor drift atau pompa gagal (Wiley).
Larutan yang didose umumnya natrium bikarbonat (NaHCO₃) — terlarut cepat, aman bagi ikan, menambah alkalinitas karbonat, dan bertindak sebagai penyangga lembut (pKa≈6,3). Sebaliknya NaOH atau CaO melarut sangat cepat dan berisiko menciptakan “zona pH” mematikan bila salah injeksi (SRAC/Studylib). Praktiknya, stok 20–30% w/v NaHCO₃ disiapkan dalam day‑tank; pompa kimia peristaltik/diaphragm yang kompatibel material mengambil dari tanki ini. Di sini, penggunaan pompa dosing yang akurat mempermudah kalibrasi laju injeksi.
Titik injeksi ditempatkan hulu biofilter atau pada loop pencampur untuk menghindari kantong pH tinggi lokal. Laju alir dikalibrasi untuk menaikkan alkalinitas sesuai beban asam harian. Contoh: 1 g NaHCO₃ yang dilarutkan dalam 1 L air memberikan ~0,6 mg/L CaCO₃ (nilai ekuivalen) — skala bertambah proporsional. Jadwal pemeliharaan wajib: kalibrasi 2–3 titik dengan buffer standar dan pembersihan periodik, plus redundansi probe atau kontrol. Interlock keselamatan mengangkat alarm saat stok NaHCO₃ rendah atau pH tetap rendah meski dosing berjalan (Wiley).
Karena CO₂ dari ikan menurunkan pH, banyak sistem menggabungkan degassing CO₂ (mis. cascade/aeration) untuk menjaga CO₂ di bawah ~10–15 mg/L agar pH kian stabil (Cornell/Slideplayer).
Perhitungan kebutuhan alkalinitas harian
Kebutuhan harian alkalinitas ditentukan oleh amonia dari pakan yang kemudian dinitrifikasi. Aturan praktis: setiap unit pakan menghasilkan sekitar 2–3% beratnya sebagai amonia‑N ekskresi; literatur USDA/SRAC menyebut ≈2,2 lb NH₃‑N per 100 lb pakan (~0,022 kgN/kg pakan) (SRAC/Studylib). Nitrifikasi penuh mengikuti reaksi NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃⁻ + 2H⁺ + H₂O, menghasilkan 2 H⁺ per mg NH₄⁺‑N (Aqua‑Partners DK).
Setiap mol H⁺ (1 ekuivalen) dikompensasi oleh 50 mg CaCO₃ (karena CaCO₃ menetralkan dua H⁺ per 100 mg, yakni 50 mg/ekuivalen). Secara ekuivalen: 1 mg NH₄‑N memerlukan ~7,14 mg CaCO₃ untuk netralisasi. Dikemukakan juga: 2 mmol H⁺ setara ~100 mg CaCO₃ per 1 mmol. Dengan feed harian F (kg/hari): amonia‑N ≈ 0,022×F (kg/hari). Konsumsi alkalinitas CaCO₃ ≈ 7,14×(amonia‑N dalam mg/hari) = 7,14×(22 F×10^5) mg/hari = (0,1578×F) kg/hari sebagai CaCO₃.
Karena yang didose adalah NaHCO₃, konversi faktor ekuivalen adalah 84/50=1,68 (NaHCO₃ BM 84 memberi satu HCO₃⁻ ekuivalen 50 mg CaCO₃). Jadi kebutuhan harian NaHCO₃ ≈1,68×(kebutuhan CaCO₃).
Contoh: F=1000 kg/hari → amonia‑N ≈22 kg/hari; CaCO₃ ≈22×7,14=157 kg/hari; NaHCO₃ ≈264 kg/hari. Artinya ~0,264 kg NaHCO₃ per kg pakan (26,4% berat). Skala menengah: F=50 kg/hari → amonia‑N ≈1,1 kg; CaCO₃ ≈7,85 kg; NaHCO₃ ≈13,2 kg/hari. Acuan panduan akuakultur menyebut kisaran ~0,17–0,25 kg NaHCO₃ per kg pakan (SRAC/Studylib; Cornell/Slideplayer), dan perhitungan 13,2/50=0,264 berada dekat ~0,25.
Desain juga dapat menaksir konsentrasi alkalinitas yang dihasilkan. Misal 13,2 kg NaHCO₃ ke unit RAS 50 m³ (50.000 L) menaikkan alkalinitas ≈(13,2×1000×0,595)/50.000 ≈157 mg/L CaCO₃ — cukup untuk menutup beban asam harian. Dosing kontinu yang halus, terutama saat puncak pemberian pakan, menjaga rentang target; verifikasi titrasi mingguan memastikan ~50–100 mg/L CaCO₃ terjaga (SRAC/Studylib).
Flotasi Nikel Cerdas: Sensor & AI Dosing Real-Time Pangkas Reagen
Hasil operasional dan kontrol NH₃
Dengan kontrol otomatis, pH harian tipikal bertahan dalam ±0,1–0,2 unit; tanpa kontrol, ayunan 0,5–1,0 unit kerap terjadi (Wiley; Cornell/Slideplayer). Pada 26 °C, fraksi NH₃ dari 2 mg/L TAN hanya ~0,02 mg/L di pH 7,0 tetapi melonjak ~0,6 mg/L di pH 8,0 (Yokogawa; Wiley). Pada TAN 1 mg/L, menjaga pH ~7,0 membuat NH₃ sekitar ~0,002 mg/L — level yang dapat diabaikan (Yokogawa).
Stabilitas ini berimbas langsung pada konversi pakan dan survival; fluktuasi pH ~0,5 unit memperlambat pertumbuhan dan menaikkan mortalitas, sementara tiap deviasi ~1,0 unit dari optimum dapat menekan laju pertumbuhan secara signifikan — efek yang pada praktiknya dieliminasi oleh kontrol aktif (Yokogawa; Wiley).
Ringkasan teknis
Loop kontrol berbasis probe pH kontinu → pengendali → pompa NaHCO₃ terbukti menjaga pH nyaris konstan. Ukuran awal sederhana: targetkan ~50–100 mg/L alkalinitas dan tambahkan ≈0,2 kg NaHCO₃ per kg pakan — rasio yang didukung pedoman SRAC dan praktik rekayasa (SRAC/Studylib; Wiley).
Sirkuit Air Flotasi Nikel 95% Recycle: Risiko Garam & Cara Mitigasi
Referensi dan sumber data
- Yokogawa Electric Corp. pH in Fish Farming dan kalkulasi fraksi NH₃ pada berbagai pH/temperatur (tautan terkait).
- Marda AB. dkk., Rekayasa Akuakultur.
- Analisa Kualitas Air Budidaya Ikan: Parameter Kimia (Saka.co.id) untuk standar pH PP 82/2001.
- Masser, Rakocy, Losordo (SRAC No.452): Management of Recirculating Systems dan bahasan alkalinitas (tautan terkait).
- Aqua‑Partners DK: Intro to RAS Water Chemistry untuk stoikiometri nitrifikasi.
- Lindholm‑Lehto P. dkk., Water quality monitoring in RAS (Aquaculture, Fish & Fisheries, 2023) termasuk bahasan nitrogen (tautan terkait).
- Lloyd & Timmons (Cornell): Engineering Design & Water Quality serta kaitan CO₂–pH (tautan terkait).
