Di kolam yang tak distabilkan, pH bisa melompat dari 4–5 hingga >10 dan berujung kematian ikan. Menjaganya rapat di 7–8, dengan sensor dan dosing terkontrol, terbukti menaikkan pertumbuhan dan efisiensi pakan.
pH air budidaya itu logaritmik, bukan angka biasa. Sebagian besar kolam “sehat” beroperasi pada pH 6,5–9,0, dengan titik nyaman netral–sedikit basa (sekitar 7,0–8,0) (studylib.net). Darah ikan ada di kisaran pH ~7,4; air jauh di bawah pH 5 atau di atas pH 10 memicu stres berat hingga mortalitas (studylib.net).
Masalahnya, pH menari mengikuti siklus harian. Siang hari, fotosintesis plankton mengonsumsi CO₂ lalu mengangkat pH; malam hari respirasi menambah CO₂, membentuk asam karbonat (H₂CO₃), dan menurunkan pH (studylib.net) (studylib.net). Di kolam ber-aerasi baik, CO₂ lazimnya 5–10 mg/L; jelang senja kadar oksigen terlarut menurun dan CO₂ naik (studylib.net) (studylib.net).
Pakan On-Demand Tambak Udang: Sensor Akustik, Kamera AI, ROI Realistis
Hubungan pH, alkalinitas, dan CO₂
Alkalinitas (kapasitas larutan menetralkan asam, didominasi bikarbonat HCO₃⁻/karbonat CO₃²⁻) adalah penyangga pH paling penting. Total alkalinitas (sering dinyatakan sebagai mg/L CaCO₃; mg/L = miligram per liter) menentukan seberapa kuat air menahan perubahan pH (studylib.net) (studylib.net).
Secara geokimia, CO₂ hujan melarutkan batu kapur: CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ (studylib.net). Hasilnya, kekerasan, alkalinitas, dan pH naik. Pada air beralkalinitas sedang–tinggi, pH cenderung 7,0–8,3 dan tahan goyangan (“lebih banyak CO₂/asam diperlukan untuk menurunkan pH karena lebih banyak basa yang menetralkan”) (studylib.net). Sebaliknya, air “low-alkalinity” bisa berayun lebar: pH turun ke 4–5 malam hari atau naik >9–10 siang bila tak disangga (studylib.net) (studylib.net).
Praktiknya, minimal ~20 mg/L CaCO₃ dibutuhkan untuk “produktivitas baik”, dan 75–200 mg/L CaCO₃ adalah rentang “desirable” untuk kestabilan (studylib.net). CaCO₃ (batu kapur) larut di bawah pH ~8,3; di atas pH 8,3 jadi tak efektif, sehingga pada air keras-alkalin digunakan gipsum atau NaHCO₃/Ca(OH)₂ untuk menambah kekerasan/alkalinitas (studylib.net).
Secara kuantitatif, CO₂, pH, dan alkalinitas terikat oleh kesetimbangan karbonat. Estimasi sederhana: CO₂ (mg/L) ≈ alkalinitas (mg/L) × “faktor” (lihat Tabel 2 di sumber). Pada 25 °C, faktor pH 7,0 = 0,291 (100 mg/L alkalinitas → ~29 mg/L CO₂); pada pH 8,0 faktor 0,029 (CO₂ nyaris nol) (studylib.net) (studylib.net). Dalam praktik, di atas pH ~8,4 CO₂ pada dasarnya mendekati nol (studylib.net).
Catatan toksikologi yang krusial: semakin tinggi pH (ter-buffer), fraksi amonia tak terion (NH₃, bentuk paling toksik) meningkat pada beban amonia yang sama; sebaliknya, pH rendah mematikan. Logam seperti Cu dan Zn juga lebih toksik pada pH rendah karena lebih mudah terlarut (studylib.net).
Fluktuasi diel dan ambang toleransi
Contoh nyata siklus 24 jam: siang hari O₂ naik, CO₂ turun, pH naik; malam hari O₂ turun, CO₂ naik, pH turun (“Figure 1”, ilustrasi siklus) (studylib.net).
| Waktu | Oksigen Terlarut | Karbon Dioksida | pH |
|---|---|---|---|
| Siang | Naik | Turun | Naik |
| Malam | Turun | Naik | Turun |
(Tabel diadaptasi dari Wurts & Durborow: studylib.net).
Lele kanal misalnya, bisa mentolerir 20–30 mg/L CO₂ bila akumulasi lambat, tetapi CO₂ tinggi menurunkan kapasitas darah mengikat oksigen di insang; jika oksigen terlarut (DO, dissolved oxygen) sudah rendah, kelebihan CO₂ bisa menyebabkan asfiksia meski DO tampak “cukup” (studylib.net).
Pemantauan pH otomatis dan kontrol PID
Arsitektur dasar: sensor pH (elektroda gelas atau optical probe) dengan kompensasi suhu, pengendali (microprocessor/PLC, programmable logic controller), dan pompa dosing. Sensor mengirim pH real-time; pengendali membandingkan dengan setpoint dan memerintah pompa menambahkan kimia penyangga. Contoh implementasi: Rachman & Ariandi (2023) membangun sistem berbasis Arduino–PLC (Outseal) memakai probe pH RDD‑AFE‑001 dan pompa peristaltik, dengan loop PID (proportional–integral–derivative) bertetapan Kp=30, Ki=20, Kd=15 (researchgate.net) (researchgate.net).
Mereka menjaga pH kolam lele stabil di 7,0 pada 26–30 °C, meningkatkan pertumbuhan dan kesehatan ikan (researchgate.net) dengan pendekatan dua pompa: saat pH di bawah setpoint, pompa “basa” menyuntik larutan alkalin; saat pH di atas setpoint, pompa “asam” aktif lalu berhenti saat setimbang—menghindari overshoot/oscillation (researchgate.net). Untuk keakuratan dosing bahan kimia, pertanian intensif kerap memasangkan pengendali dengan dosing pump yang tahan kimia dan akurat.
Kalibrasi sensor dan integrasi data
Sistem bisa berdiri sendiri atau terhubung IoT; vendor instrumentasi seperti Yokogawa, Endress+Hauser, dan Seachem menyediakan logging jarak jauh. Opsi berbiaya rendah: Arduino atau Raspberry Pi dengan papan analog pH juga banyak ditunjukkan. Apa pun perangkatnya, kalibrasi dan perawatan adalah kunci: elektroda gelas mengalami drift dan perlu dikalibrasi dengan buffer standar pH 4, 7, 10 setidaknya mingguan untuk menjaga akurasi ±0,05–0,1. Perangkat kelas industri menargetkan akurasi ±0,01–0,05. Perangkat lunak trending membantu menghaluskan noise dan mencegah reaksi terhadap spike sesaat; desain baik menyediakan ambang alarm, pencatatan data, dan override manual.
Nilai bisnisnya nyata: kolam tanpa stabilisasi (alkalinitas rendah, tanpa kontrol) bisa meluncur ke pH 4–5 atau >10 dan memicu kematian ikan (studylib.net). Sebaliknya, menjaga pH di 7–8 meningkatkan konversi pakan dan pertumbuhan. Udang yang dibuffer dengan Ca(OH)₂ atau NaHCO₃ menunjukkan pertumbuhan dan efisiensi pakan lebih baik dibanding tanpa buffer (sciencedirect.com). Studi Rachman melaporkan “increased growth and development of catfish” serta penurunan kejadian penyakit (researchgate.net). Analisis pasar juga menyebut segmen sensor “precision aquaculture” tumbuh, dengan pH metering berkembang pesat.
Pemilihan bahan penyangga (buffer) yang tepat
Menaikkan pH/alkalinitas: kalsium karbonat (CaCO₃, batu kapur) lazim untuk pengapuran tanah/air. Ia larut lambat di air asam menghasilkan bikarbonat, menaikkan alkalinitas dan pH bila pH <8,3; di atas pH ~8,3 praktis berhenti larut (studylib.net). Kapur pertanian (bubuk halus) umum diaplikasikan saat pengisian awal. Kalsium hidroksida, Ca(OH)₂ (hydrated lime), dan CaO (quicklime) lebih cepat menaikkan pH/kekerasan namun kaustik—overdosing berbahaya; disarankan penambahan bertahap dan aerasi kuat untuk off‑gassing CO₂ demi stabilisasi pH (studylib.net).
Untuk kontrol halus, natrium bikarbonat (NaHCO₃, “baking soda”) populer: larut sempurna, tiap mol menghasilkan satu HCO₃⁻ (2 equivalent CaCO₃ per 84 g), menaikkan alkalinitas signifikan dengan dorongan pH moderat. Penelitian empiris: dosis ~0,1–0,2 g/L NaHCO₃ di kolam biofloc menjaga alkalinitas >60–100 mg/L dan memperbaiki survival/pertumbuhan udang (researchgate.net) (sciencedirect.com). Vinatea dkk. (2010) menambahkan 0,12 g/L NaHCO₃ ketika alkalinitas turun di bawah 60 mg/L CaCO₃ (sciencedirect.com), dan Zhang dkk. (2017) menemukan mempertahankan pH 7,6–8,1 (via NaHCO₃) menghasilkan pertumbuhan dan imunitas udang jauh lebih tinggi dibanding kontrol tanpa buffer (researchgate.net).
Natrium karbonat (Na₂CO₃, soda ash) lebih kuat dan lebih agresif menaikkan pH, sehingga rawan overshoot bila tak hati‑hati; Padilha dkk. (2011) mencatat soda ash efektif menaikkan pH tetapi tidak menambah alkalinitas sebaik NaHCO₃ atau Ca(OH)₂ pada kondisi biofloc (sciencedirect.com). Di sistem payau/laut, NaHCO₃/Na₂CO₃ lebih disukai (penambahan Ca²⁺ mengganggu keseimbangan salinitas), sedangkan di air tawar bisa dipilih dolomit (CaMg(CO₃)₂). Jika kekerasan (Ca²⁺) rendah, gipsum (CaSO₄·2H₂O) atau CaCl₂ dapat menaikkan Ca²⁺ tanpa memengaruhi pH, tetapi tidak menambah alkalinitas (studylib.net). Whangchai dkk. (2004) pada air laut ter-ozonasi menemukan buffer terbaik adalah NaHCO₃ dan hydrated lime, dengan catatan risiko overshoot jika kapur berlebih (researchgate.net).
Cegah Kematian Ikan: Biofilter Nitrifikasi + Zeolit Pengikat Amonia
Penurunan pH dan kontrol CO₂
Ketika pH melambung terlalu tinggi—umum di kolam eutrofik dengan fotosintesis intens—penurunan terkendali diperlukan untuk menekan toksisitas amonia dan stres ikan (yokogawa.com). Cara “asam” paling aman adalah injeksi CO₂ terlarut (silinder CO₂ dengan diffuser), membentuk asam karbonat yang menetralkan alkalinitas tanpa memasukkan ion baru. Di kolam terbuka, aerasi (air terjun/fountain) melepaskan kelebihan CO₂ ke atmosfer dan secara alami menaikkan pH. Asam kuat (HCl, H₂SO₄) dapat dipakai untuk koreksi cepat pada sistem kecil, tetapi berisiko overshoot dan bahaya penanganan; jika digunakan, wajib diencerkan dan ditambahkan perlahan dengan pengadukan konstan—banyak praktisi menghindari dosing asam pekat langsung pada kolam tanah. Asam organik (mis. asam asetat) jarang dipakai karena isu aroma/stres ikan.
Desain sistem dosing yang andal
Sensor: pilih probe industri/optik berkualitas dengan akurasi ±0,01–0,05. Pemasangan dapat di bypass/chamber aliran kontinu atau submersible yang rugged; terapkan protokol kalibrasi mingguan di buffer pH 4, 7, 10. Pengendali: PLC/embedded controller dengan input analog pH dan output analog/digital untuk pompa. Kontrol PID direkomendasikan—sebagaimana Rachman & Ariandi, tuning Kp, Ki, Kd tepat memberi respons cepat minim overshoot (researchgate.net). Opsi sederhana ON/OFF dengan histeresis pun bisa berjalan di setup rendah biaya.
Pemompaan & pipa: pompa peristaltik/diaphragm yang tahan kimia (PVC/PTFE) umum dipakai; kapasitas harus sesuai beban. Contoh hitungan: untuk menaikkan alkalinitas 50 mg/L pada kolam 100 m³, kebutuhan NaHCO₃ ~1,68 kg (karena 1 mg/L CaCO₃ ≈ 1,68 mg/L NaHCO₃). Jalankan kontinu dengan kendali kecepatan (PWM) atau pulsa. Injeksi ditempatkan ke bak mixing/arus ber‑aerasi agar cepat terdispersi; dosing asam ditempatkan downstream dan jauh dari intake ikan. Banyak rancangan memasang dua pompa—basa (larutan NaHCO₃) dan asam (HCl atau bubbler CO₂). Rancangan Rachman menggunakan pompa asam terpisah aktif saat pH di atas setpoint (researchgate.net). Untuk instalasi yang rapi, komponen pendukung seperti tangki kimia, injector, dan panel dapat dirangkum sebagai peralatan pendukung pengolahan air.
Keamanan & alarm: sistem sebaiknya memberi alarm saat pH di luar batas (mis. >9,0 atau <6,5), pompa gagal (sensor aliran/saklar tekanan), atau kalibrasi terlambat. Sensor ganda mencegah error akibat drift/fouling. Tangki kimia harus aman (terutama asam). Hitung kapasitas buffer maksimum: stok bahan kurang atau laju asam terlalu cepat bisa menggeser pH secara katastrofik. Banyak sistem memasukkan mode shutoff/maintenance manual.
Monitoring hasil: uji rutin pH, alkalinitas, dan NH₃/NH₄⁺ memverifikasi kinerja. Sistem yang tertuning bisa menahan pH dalam ±0,1 dari setpoint—jauh lebih sempit dibanding ayunan 5–10 poin di kolam tanpa buffer/kontrol (studylib.net). Padilha dkk. menunjukkan FCR dan produktivitas jauh lebih baik saat menggunakan lime/bikarbonat dibanding tanpa buffer (sciencedirect.com). Pada uji udang, menambah pH/alkalinitas dengan NaHCO₃ menaikkan bobot panen ~9–10% dan laju pertumbuhan spesifik ~4–5% dibanding kolam kurang buffer (agris.fao.org).
Bau Kettle Brewery: Teknologi Tangkap Uap & Hancurkan VOC
Referensi dan tautan
Garis besar hubungan pH–CO₂–alkalinitas, kisaran nilai, faktor perhitungan, dan contoh implementasi diambil dari manual kimia air akuakultur dan studi rekayasa: studylib.net studylib.net studylib.net studylib.net studylib.net researchgate.net sciencedirect.com researchgate.net researchgate.net.
Sumber yang menopang rekomendasi ini (peer‑review, panduan ekstensi, dan implementasi teknik terbaru): studylib.net studylib.net studylib.net studylib.net studylib.net researchgate.net sciencedirect.com researchgate.net researchgate.net.
