## IMOBILISASI KULTUR CAMPURAN MIKROBA DAN KARAKTERISTIK AKTIFITASNYA DALAM MENURUNKAN ORGANIK DAN AMONIAK PADA LIMBAH CAIR DOMESTIK

## IMMOBILIZATION OF MICROBIAL MIX CULTURE AND CHARACTERISTICS OF ITS ACTIVITY IN REDUCING ORGANIC AND AMMONIA IN DOMESTIC LIQUID WASTE
Edwan Kardena 1 , Himawan G Prabowo 2 & Qomarudin Helmy 2,*
1 Pusat Penelitian Biosain dan Bioteknologi, Institut Teknologi Bandung 2 Program Magister Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesa No. 10 Bandung 40132
Email: kihelmy@gmail.com
Abstrak. Air limbah domestik yang mengandung senyawa organik dapat berpotensi mencemari lingkungan dan menyebabkan eutrofikasi bila tidak diolah. Salah satu upaya untuk mengurangi kandungan organik dari air limbah adalah dengan menggunakan IPAL yang memanfaatkan proses biologi. Proses biologi dinilai baik karena kandungan organik dari air limbah dapat berguna untuk pertumbuhan mikroba, operasionalnya murah,  dan  tidak  menghasilkan  produk  sampingan  yang  berbahaya.  Teknologi  pengolahan  air  limbah secara  konvensional  umunya  menggunakan  prinsip  pertumbuhan  mikroba  tersuspensi,  adapun perkembangan  teknologi  pengolahan  dewasa  ini  mengarah  pada  prinsip  pertumbuhan  mikroba  terlekat, termasuk diantaranya adalah teknologi imobilisasi mikroba. Penggunaan mikroba terimobilisasi ini dinilai memiliki  kelebihan  yaitu  konsentrasi  selnya  yang  tinggi  dan  mampu  berinteraksi  dengan  lingkungan ekstrim. Pada penelitian ini dibuat imobilisasi mikroba dengan tujuan untuk menurunkan kadar organik dari air limbah domestik, dengan 3 macam variasi penggunaan mikroba terimobilisasi sebanyak 3 g, 6 g, dan 9 g.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  reaktor  dengan  mikroba  sebanyak  3  g,  6  g,  dan  9  g  mampu menurunkan kandungan organik COD dengan efisiensi sebesar 81,3%, 87,5%, dan 87,5%; BOD sebesar 83,96%, 93,75%, dan 93,34%; dan amonia sebesar 71,14%, 75,31%, dan 78,29%. Mikroba campuran yang terjerat dalam matriks alginate serta lama penyimpanan matriks tidak berpengaruh nyata terhadap jumlah dan viabilitas sel mikroba.
Kata kunci : alginat, imobilisasi, kultur campuran, limbah domestic, senyawa organik
Abstract. Domestic wastewater that contains organic compounds can potentially pollute the environment and cause eutrophication if not treated. One effort to reduce the organic content of wastewater is to use WWTP which utilizes biological processes. Biological processes are considered good because the organic content of wastewater can be useful for microbial growth, is inexpensive and does not produce harmful byproducts.  Conventional  wastewater  treatment  technology  generally  uses  the  principle  of  suspended microbial growth, while the development of treatment technology today leads to the principle of embedded microbial  growth,  including  microbial  immobilization  technology.  The  use  of  immobilized  microbes  is considered  to  have  advantages,  namely  high  cell concentration  and  being  able to  interact  with  extreme environments. In this study microbial immobilisation was made with the aim of reducing organic content from domestic wastewater, with 3 variations of the use of immobilized microbes of 3 g, 6 g, and 9 g. The results showed that reactors with microbes of 3 g, 6 g and 9 g were able to reduce the organic content of COD with efficiencies of 81.3%, 87.5%, and 87.5%; BOD of 83.96%, 93.75% and 93.34%; and ammonia at 71.14%, 75.31% and 78.29%. Mixed microbes that are trapped in the alginate matrix and the length of storage of the matrix have no significant effect on the number and viability of microbial cells.
Keywords: Alginate, domestic wastewater, immobilization, mixed culture, organic compound

## PENDAHULUAN
Pencemaran air merupakan salah satu penyebab polusi dan kerusakan lingkungan. Seperti  yang dapat dilihat, saat  ini kebanyakan  negara berkembang terutama Indonesia memiliki masalah pencemaran air karena kurangnya instalasi pengolahan air limbah atau sistem  sewerage  untuk  pengolahan  air  limbah.  Hasilnya  air  limbah  domestik  yang mengandung  senyawa  organik  mengalir  ke  lingkungan  tanpa  adanya  pengolahan sehingga mempercepat pencemaran air dan berpotensi menimbulkan eutrofikasi (Vandith dkk., 2017; Mujtaba dkk., 2018). Tingginya aktivitas manusia baik dari sektor domestik maupun  komersial  seperti  industri  telah  mengakibatkan  kelangkaan  air  bersih  akibat pencemaran  air  (Tazkiaturrizki  dkk.,  2018).  Selama  ini  kebanyakan  masyarakat  salah mengira  bahwa  sumber  utama  pencemar  sungai  adalah  limbah  industri,  padahal  tidak demikian.  Berdasarkan  identifikasi  yang  dilakukan  oleh  Kementrian  Lingkngan  Hidup dan Kehutanan (KLHK), sumber utama pencemar air sungai di Indonesia sebagian besar berasal dari  limbah domestik atau rumah tangga. Air  limbah domestik  itu di antaranya tinja,  bekas  air  cucian  dapur  dan  kamar  mandi,  termasuk  sampah  rumah  tangga  yang dibuang  ke  sungai.  Parameter  penurunan  kualitas  air  tersebut  umumnya  berdasarkan kandungan fecal coli , total coliform , BOD ( Biological Oxygen Demand ), COD ( Chemical Oxygen Demand ) dan H 2 S yang terdapat di dalam air sungai.
Salah  satu  kasus  yang  terjadi  akibat  air  limbah  domestik  saat  ini  adalah pencemaran  sungai  di  Kali  Sentiong  atau  Kali  Item.  Kali  Item  atau  Kali  Sentiong, dahulunya bernama Kali Soenter. Kali ini dinamakan Kali Item karena memang warnanya yang hitam dan melalui Perkampungan Sentiong. Kali ini menjadi item hitam diakibatkan adanya penumpukan senyawa organik dan sulfur yang terjadi sejak dahulu. Dahulu, kali ini difungsikan sebagai tempat pembuangan air dari toilet umum yang berada dipinggir kali ini dan berlanjut hingga saat ini dipergunakan untuk pembuangan air limbah rumah tangga, hotel, pasar, rumah sakit, gedung perkantoran, apartemen dan sampah. akibatnya kali item menjadi tercemar dan menimbulkan bau tak sedap dan airnya menghitam.
Baru-baru  ini  Kali  Item  menjadi  sorotan  karena  adanya  agenda  asean  games  di Jakarta.  Wisma  atlit  yang  berada  didekat  Kali  Item  diakui  dapat  mengganggu kenyamanan  atlit  yang  tinggal  didalamnya  sehingga  banyak  upaya  yang  dilakukan pemerintah untuk mengurangi bau dari Kali Item ini. Teknologi canggih pun dikerahkan seperti pemasangan aerator, nano bubble , blower , dan surface aerator disepanjang Kali
Item  (Pratama,  2018).  Untuk  membantu  mengurangi  bau  dari  Kali  Item,  selain dipergunakan teknologi canggih dipergunakan pula mikroba. Sebanyak 2.500 liter cairan mikroba  digelontorkan  disepanjang  kali  item  oleh  keluarga  alumni  gajah  mada  DKI Jakarta Peduli Sampah, dengan maksud agar mikroba tersebut memakan zat organik yang terdapat dalam sungai sehingga bau dari sungai dapat berkurang (Velarosdela, 2018).
Cairan  mikroba  yang  coba  digelontorkan  ke  dalam  Kali  Item  dinilai  memiliki kelemahan. Mikroba dalam kondisi bebas memiliki kekurangan dalam proses peyisihan senyawa organik di air, yaitu mikroba dapat ikut terbawa oleh aliran air sungai wash-out sehingga  densitasnya  menjadi  berkurang.  Selain  itu,  kemungkinan  adanya  inhibitor  di lingkungan dapat mengganggu pertumbuhan mikroba dan kondisi lingkungan yang relatif berubah  bisa  membuat  mikroba  tidak  mampu  bertahan.  Berdasarkan  kasus  tersebut, peneliti  mencoba  mencari  alternatif  lain  agar  mikroba  tetap  dapat  mereduksi  organik tanpa mengurangi performa dari mikroba tersebut. Salah satu cara yang dapat digunakan adalah dengan menjerat mikroba didalam suatu matriks penjerat atau yang dikenal dengan sebutan  metode  immobilisasi.  Metode  ini  sangat  populer  dalam  penelitian  di  bidang mikrobiologi.  Metode  ini  digunakan  karena  sel  terimobilisasi  mudah  dikendalikan, matriksnya stabil, dan tidak toksik (Basyal dkk., 2013).
Imobilisasi sel adalah strategi yang efisien untuk membentuk biofilm buatan pada substrat. Pembentukan biofilm di media / substrat akan mengatasi daya apung biomassa dalam  lingkungan  yang  asin  dan  menghindari wash-out lumpur  aktif  dari  instalasi pengolahan  (Kardena  dkk.,  2018).  Sel  yang  diimobilisasi  lebih  stabil  dalam  bioreaktor dari pada dalam keadaan bebas karena imobilisasi ini dapat mencegah lepasnya sel bakteri dari  matriks,  dapat  melakukan  interaksi  dengan  lingkungan  yang  keras  (Khalid  dkk., 2018), dapat melakukan transduksi sinyal antar sel, memiliki konsentrasi sel yang lebih tinggi dari pada sel bebas, dan dapat digunakan berulang-ulang dalam proses remediasi sehingga  mengurangi  biaya  penggantian  sel-sel  yang  telah  inaktif,    menggunakan  sel bakteri  yang amobil dapat memberikan keuntungan seperti aktivitas  metabolisme  yang lebih tinggi dan waktu retensi sel yang lebih lama dalam bioreaktor (Kureel dkk., 2017). Sel  yang  terimobilisasi  juga  dapat  mengurangi  masalah  penyapuan  sel  pada  tingkat pengenceran  yang  tinggi  dan  menyediakan  kondisi  lingkungan  mikro  meliputi:  kontak antar  sel,  gradien  produk  nutrien,  pH  gradien  yang  lebih  menguntungkan.  Dalam
beberapa  kasus,  imobilisasi  mengembangkan  stabilitas  genetis  sehingga  mengurangi terjadinya mutasi.
Penelitian  sebelumnya  telah  membuktikan  bila  imobilisasi  mikroba  mampu mendegradasi  senyawa  organik  dengan  baik. Pseudomonas  stutzeri diketahui  dapat mereduksi  97  –  100%  fosfat  pada  air  limbah  artifisial  yang  lebih  kecil  dari  1,0  mg/L. Lumpur  aktif  yang  terimobilisasi  pada  PVA-alginat  mereduksi  amonium  dengan konsentrasi  50-400  mg/L  pada  air  limbah  dengan  efisiensi  antara  48-100% tergantung pada siklus pemakaian (Xu dkk., 2017). Co-imobilisasi Pseudomona putida dan Chlorella vulgaris tepat  digunakan  untuk  menyisihkan  organik  untuk organic  loading  rate OLR 1159.2  mg  COD  L -1 d -1 dengan hydraulic  retention  time 24  jam  (Shen  dkk.,  2017). Berdasarkan  keuntungan-keuntungan  yang  telah  dipaparkan  tersebut,  peneliti  mencoba meneliti bagaimana karakteristik kemampuan mikroba terimobilisasi untuk mengolahan air limbah domestik dalam skala laboratorium.

## METODOLOGI

## Immobilisasi Kultur Campuran Mikroba dan Karakterisasi
Immobilisasi  mikroba  dilakukan  dengan  mencampurkan  mikroba  pendegrasi limbah domestik campuran  dengan variasi ( 3 g, 6 g, dan 9 g) bersama dengan 8 g natrium alginat  dalam  200  ml  aquades.  Kultur  campur  mikroba  pendegradasi  diperoleh  dari laboratorium  bioteknologi  lingkungan,  pusat  penelitian  biosain  dan  bioteknologi,  ITB. Campuran  mikroba dan  natrium alginat tersebut  diteteskan ke dalam  larutan CaCl 2 4% (w/v) dengan menggunakan pipet dengan diameter lubang tip pipet 1 cm. Hasil tetesan kemudian dibiarkan dalam larutan CaCl 2 4% selama 30 menit untuk mengeraskan alginat. Mikroba  yang  terimmobilisasi  tersebut  kemudian  dibilas  dengan  aquades  untuk menghilangkan  sisa  CaCl 2 dan  mikroba  yang  menempel  di  permukaannya.  Mikroba terimmobilisasi ini selanjutnya disimpan di dalam aquades dan didinginkan dalam lemari pendingin  4 o C  untuk  selanjutnya  dipergunakan  dalam  percobaan  biodegradasi  limbah. Metode imobilisasi kultur campuran mikroba ini mengacu pada metoda yang digunakan oleh  Kurniasih  dkk.  (2013)  dan  Samuel  dkk.  (2013).  Uji  SEM  dilakukan  untuk mengetahui bakteri yang terjerat dalam bead imobilisasi tetap terjerat selama proses uji biodegradasi  air  limbah.  Persiapan bead untuk  pengamatan  SEM  dilakukan  dengan
merendam bead imobilisasi  menggunakan  larutan  metanol  100%  selama  24  jam  pada suhu (25-27 o C).
Kemudian bead hasil  perendaman  direndam  kembali  dalam  larutan  etanol  100% selama  2x30  menit.  Setelah  direndam, bead dikeringkan  di  dalam freeze  dryer (OPERON-55). Bead kemudian dilapisi dengan emas sebelum diamati di  bawah SEM. Uji  SEM  dilakukan  di  Laboratorium Scanning  Electron  Microscope (SEM)  Program Studi  Geologi  dengan  menggunakan  SEM  JEOL  JSM-IT300  LA  dan  di  Laboratorium Scanning  Electron  Microscope (SEM)  Program  Studi  FMIPA  dengan  menggunakan SEM  JEOL  JSM-6510  LA.  Uji  viabilitas  dilakukan  untuk  mengetahui  mikroba  yang terjerat dalam matriks alginat mengalami pertumbuhan atau tidak. Uji viabilitas dilakukan di  dalam  erlenmeyer  250  ml  yang  berisi  air  limbah  buatan.  Kedalamnya  dimasukkan kultur campuran  mikroba terimmobilisasi  sebanyak 5% (w/v) dan dibiarkan pada suhu ruang (25-27 o C) selama 3 minggu. Viabilitas mikroba di dalam matriks diamati dengan menggunakan  metode Total Plate Count (TPC) selama 3  minggu dengan pengambilan sampel tiap 1 minggu sekali. Perhitungan koloni sel yang tumbuh dilakukan 1 x 24 masa inkubasi (Pratiwi, 2018).

## Limbah Domestik Artifisial
Senyawa  organik  yang  akan  disisihkan  dalam  penelitian  ini  adalah  senyawa organik  buatan  atau  hasil  racikan.  Racikan  yang  dibuat  diusahakan  sedekat  mungkin dengan  karakteristik  limbah  cair  domestik  aslinya.  Pembuatan  limbah  buatan  ini dilakukan di laboratorium dengan komposisi NH 4 Cl 100 mg, glukosa 500 mg, KH 2 PO 4 15 mg, NaHCO 3 350 mg, MgSO 4 17 mg, CaCl 2 11 mg, NaCl 8 mg, KCl 8 mg, dan FeCl 3 4  mg  dalam  satu  liter  akuades.  Metode  pembuatan  air  limbah  domestik  buatan  ini mengacu pada metoda yang digunakan oleh Juntawang dkk. (2017).

## Uji Degradasi dan Kinetika Penyisihan Limbah
Pada uji  biodegradasi air  limbah domestik dipergunakan  sistem reaktor fix bed dengan sistem resirkulasi seperti pada Gambar 1.
Gambar 1 Skema reaktor percobaan secara batch resirkulasi
Pada  sistem  resirkulasi,  penggunaan  model first  order untuk  mengetahui  kinetika penurunan  konsentrasi  organik  bentuk  COD  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan persamaan 1, 2.
−𝑑𝐶 𝑠 𝑑𝑡 = 𝑘 1 𝐶 𝑠 Pers.1
𝑙𝑛 𝐶 𝑠 𝐶 𝑠𝑜 = −𝑘 1 𝑡 Pers.2
konstanta first order dihitung dari waktu dan ln Cs/Cso yang kemudian  diplotkan pada sumbu x dan y. Model singh merupakan modifikasi dari model first order yang dilakukan oleh  Singh  (Kureel  dkk.,  2017).  Laju  degradasi  dapat  bervariasi  tergantung  dari  sifat alami substrat yang kemudian dapat mengubah proses pengolahan baik secara kualitatif maupun kuantitatif terhadap waktu, persamaan 3.
−𝑑𝐶 𝑠 𝑑𝑡 = 𝑘 𝑠𝑖 𝐶 𝑠 1+𝑡 Pers.3
𝑙𝑛 𝐶 𝑠 𝐶 𝑠𝑜 = −𝑘 𝑠𝑖 ln⁡1 + 𝑡 Pers.4
Dimana ksi = Laju penyisihan dari model singh yang dapat dihitung dari slope persamaan garis  lurus  yang  didapat  dari  plot  ln  Cs/Cso  terhadap  ln  1+t.  Laju  penyisihan  substrat dengan  mengikuti  persamaan  reaksi  orde  dua  menyatakan  bila  laju  penyisihan  tidak
tergantung  pada  konsentrasi  mikroba  melainkan  hanya  pada  pangkat  dua  dari  substrat. Secara matematis ditunjukan oleh persamaan 5.
𝑑𝐶 𝑠 𝑑𝑡 = −𝑘 1 𝐶 𝑠 2 Pers.5
1 𝐶 𝑠 = 1 𝐶 𝑠𝑜 − 𝑘 1 𝑡 Pers.6
Jika  diplotkan  ke  dalam  grafik  antara  1/Cs  dengan  t  maka  akan  diperoleh  garis  linier dengan slope yang merupakan nilai k.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Immobilisasi sel mikroba pada percobaan ini dilakukan dengan menjerat mikroba campuran  pada  matriks  alginat.  Banyaknya  lumpur  mikroba  yang  dipergunakan  antara lain  adalah  3g,  6g  dan  9g  MLSS.  Dari  campuran  ini  diperoleh  kepadatan  mikrobanya yaitu sebesar 15±1,67 mg/ bead , 30±1,57 mg/ bead , dan 45±1.19 mg/ bead MLSS untuk masing-masing jumlah lumpur mikroba yang dipergunakan. Proses gelatinisasi natrium alginat  terjadi  akibat  dari  pertukaran  kation  monovalen  natrium  dengan  kation  divalen kalsium  yang  bereaksi  dengan  anion  monovalen  karboksilat  dari  alginat.  Ketika  ion kalsium  dan  alginat  bereaksi,  gelatinisasi  akan  terjadi  pada  permukaan  matriks  alginat dan dilanjutkan ke bagian dalam matriks melalui proses difusi (Mahbubillah dan Shovitri, 2013). Bead alginat berbentuk bulat dan berwarna hitam. Jumlah bead yang dihasilkan rata-rata 190 buah dengan ukuran diameter 1 cm.
Uji biodegradasi reaktor batch -resirkulasi dilakukan dengan 3 variasi percobaan reaktor dengan imobilisasi yang mengandung 3 g mikroba (Reaktor-1/R-1); 6 g mikroba (Reaktor-2/R-2), serta 9 g mikroba (Reaktor-3/R-3). Hasil uji biodegradasi limbah buatan pada  reaktor batch -resirkulasi  dengan  menggunakan  immobilisasi  sel,  diperoleh  hasil seperti  pada  Gambar  2.  Konsentrasi  COD  terlarut  yang  terukur  dari  air  limbah  buatan adalah 512 mg/L. Konsentrasi ini mendekati konsentrasi campuran limbah cair domestik ( blackwater dan greywater ) yang memiliki konsentrasi antara 250-800 mg/L.
Gambar 2 Hasil penyisihan limbah domestik dengan bioreaktor batch resirkulasi
Penyisihan  yang  dihasilkan  dari  penggunaan  imobilisasi  3  g  mikroba  (R-1) menghasilkan penyisihan COD sebesar 81,3%. Sementara bila menggunakan imobilisasi 6  g  mikroba  (R-2)  diperoleh  penyisihan  COD  sebesar  87,5%  begitu  pula  dengan penggunaan  imobilisasi  9  g  mikroba  (R-3)  diperoleh  hasil  penyisihan  sebesar  87,5%. Penggunaan  mikroba  yang  semakin  banyak  ternyata  tidak  membuat  hasil  penyisihan COD  semakin  baik.  Matriks  alginat  memiliki  batas  kemampuan  tertentu  untuk  dapat menampung  biomassa  mikroba  yang  diberikan.  Semakin  banyak  mikroba  yang dipergunakan dapat menutupi pori-pori pada matriks sehingga menghambat proses difusi substrat  ke  dalam  matriks.  Akibatnya  substrat  tidak  mampu  menyentuh  mikroba  yang berada  dalam  matriks.  Selain  itu,  luas  permukaan  menjadi  berkurang  karena  ditempati oleh  sel  mikroba  yang  seharusnya  menjadi  jalur  difusi  substrat  dan  hasil  metabolisme. Oleh  karena  itu,  sedikitnya  biomassa  yang  dipergunakan  akan  memberikan  penyisihan yang lebih baik karena lebih banyak pori yang tidak terhalang dan luas permukaan yang lebih besar untuk melakukan biodegradasi (Lin dkk., 2013; Tsai dkk., 2013).
Gambar 3 Hasil penyisihan organik dan amoniak bioreaktor batch resirkulasi
Gambar 3 menunjukkan hasil dari penyisihan organik (COD, BOD) dan amoniak selama 3 hari dengan  menggunakan variasi  jumlah  pada reaktor. BOD dan COD turun mengindikasikan  bahwa  air  limbah  ini  didominasi  oleh  senyawa  yang  biodegradable dilihat  dari  perbandingan  BOD/COD  yang  menghasilkan  nilai  0,938  yang  berarti  air limbah cocok untuk diolah dengan menggunakan pengolahan biologis. Seperti yang telah diutarakan sebelumnya bahwa senyawa organik akan dipergunakan oleh mikroorganisme untuk tumbuh dan bereproduksi maka hal ini pula yang mengakibatkan hasil pengkuran COD dan BOD mengalami penurunan. Hasil dari proses batch -resirkulasi selama 3 hari, diperoleh  penurunan  COD  sebesar  81,3%  untuk reaktor-1,  87,5%  untuk  reaktor-2,  dan 87,5% untuk reaktor-3. Selain penurunan COD, terpantau juga penurunan BOD sebesar 83,96%  untuk  reaktor-1,  93,75%  untuk  reaktor-2,  dan  93,34%  untuk  reaktor-3.  Selain parameter COD dan BOD diukur pula parameter amoniak sebagai salah satu parameter kunci  dalam  air  limbah  domestik.  Hasilnya  terjadi  penurunan  sebesar  71,14%  untuk reaktor-1, 75,31% untuk reaktor-2, dan 78,29% untuk reaktor-3.
Viabilitas dari mikroba yang terimobilisasi dapat dilihat dari kemampuan mikroba untuk dapat bertahan hidup pada media penjeratnya. Uji viabilitas ini dilakukan pada suhu ruang  25-28 o C  selama  3  minggu  dengan  menghitung  sel  yang  hidup  menggunakan metode TPC. Hasil viabilitas menunjukkan adanya pertumbuhan pada bead immobilisasi mikroba  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  4.  Hingga  minggu  ketiga,  mikroba  yang terjerat masih  banyak  yang dapat  bertahan  hidup, hal  ini dimungkinkan karena  matriks alginat mampu menjaga kondisi lingkungan tetap stabil sehingga pertumbuhan mikroba tidak banyak dipengaruhi oleh lingkungannya. Mikroba yang terjerat dalam matriks dapat
meningkatkan  efisiensi  kerja  mikroorganisme  dan  mempertahankan  serta  melindungi mikroorganisme  dari  pengaruh  lingkungan  yang  tidak  mengguntungkan  bagi mikroorganisme tersebut (Fleming, 2004).
Gambar 4. Uji viabilitas mikroba pada bead /matriks immobilisasi
Hasil  dari  citra  SEM  memperlihatkan  bagian  dalam  dari  permukaan bead pada perbesaran 2000x  yang rapat  dan nampak seperti tak berpori (Gambar  5) karena masih belum  adanya  reaksi  yang  mengganggu  kestabilan  dari bead .  Namun  setelah  proses biodegradasi berlangsung, bagian dalam dari bead yang diamati dengan perbesaran 2000x tampak  adanya  pori-pori  yang  semakin  banyak  dari bead sebelum  proses  biodegradasi berlangsung  (Gambar  6).  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  proses  pengolahan  yang  terjadi pada bead ini melalui mekanisme proses difusi. Air limbah masuk melalui pori-pori bead bertemu dengan mikroba dan terjadi proses biodegradasi oleh mikroba. Selain itu, dapat dikatakan  bahwa  selama  proses  degradasi  terjadi  pula  reaksi  di  dalam bead yang mengakibatkan kerapatan dari bead menjadi berkurang yang ditunjukkan dengan semakin banyaknya  lubang  pori  yang  dihasilkan  setelah  proses.  Selama  proses  biodegradasi berlangsung, bead akan mengakumulasikan metabolit dari metabolisme sel sehingga akan menghasilkan  asam  yang  menyebabkan  adanya  penurunan  pH.  Dengan  adanya  asam tersebut akan berdampak pada tersubstitusinya H + ke Ca 2+ sehingga membuat matriks gel Ca-alginate  terdegradasi  dan  menjadi  lebih  longgar  membuat  sejumlah  sel  mikroba menjadi terlepas dari dalam matriks Ca-alginat (Krasaekoopt dkk., 2003).
Gambar 5. Bagian dalam bead imobilisasi mikroba pada perbesaran 2000x (sebelum)
Gambar 6. Bagian dalam bead imobilisasi mikroba pada perbesaran 2000x (setelah)
Pada penentuan kinetika penyisihan substrat, dipergunakan model pendekatan first order , model Singh, dan second order seperti pada Tabel 1. Pada ketiga  model  yang diujikan untuk melihat kesesuai proses  yang terjadi selama biodegradasi dapat dimodelkan oleh model  kinetika  Singh.  Model  kinetika  ini  memberikan  nilai  k  yang  cukup  besar  dan
memberikan nilai koefisien determinasi mendekati angka satu yang berarti penggunaan model ini dapat mendekati reaksi yang terjadi didalam bioreaktor yang digunakan.
Tabel 1. Hasil persamaan model kinetika untuk reaktor resirkulasi Model kinetika Reaktor Persamaan R2 K1 Orde satu R1/3g Y=-0,0219x-0,3497 0,8704 0,0219 R2/6g Y=-0,0278x-0,41 0,8832 0,0278 R3/9g Y=-0,0262x-0,3644 0,9322 0,0262 Singh R1/3g Y=- 0,4111x+0,1575 0,9137 0,4111 R2/6g Y=- 0,5254x+0,2465 0,9443 0,5254 R3/9g Y=- 0,4762x+0,1968 0,9186 0,4762 Orde dua R1/3g Y=0,0001x+0,0025 0,9163 0,0001 R2/6g Y=0,0002x+0,0024 0,9787 0,0002 R3/9g Y=0,0002x+0,0002 0,9633 0,0002

## KESIMPULAN
Proses  penyisihan  kandungan  organik  dari  air  limbah  dengan  menggunakan imobilisasi kultur campuran dalam matriks alginat dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor salah satunya penggunaan  jumlah  mikroba  yang diimobilisasi. Hasilnya pada reaktor-1 (imobilisasi 3 g mikroba), reaktor-2 (imobilisasi 6 g mikroba), dan reaktor-3 (imobilisasi 9  g  mikroba)  mampu  menurunkan  COD  air  limbah  domestik  dengan  konsentrasi  awal 512  mg/L,  sebesar  81,3%,  87,5%,  dan  87,5%  dengan  menggunakan  reaktor batch - resirkulasi.  Selain  penurunan  COD,  terjadi  penurunan  pada  BOD  dengan  konsentrasi awal 480 mg/L, sebesar 83,96%, 93,75%, dan 93,34%. Sementara untuk Amoniak dengan konsentrasi awal 17,5 mg/L  mampu direduksi  sebanyak 71,14%, 75,31%, dan 78,29%. Untuk  menggambarkan  proses  yang  terjadi  dalam  reaktor batch -resirkulasi  model kinetika  Singh  memberikan  hasil  yang  lebih  baik  dibandingkan  model first  order dan second  order dengan  nilai  koefisien  saturasi  (k)  sebesar  k1  (3  g)  =  0,4111,  k1  (6  g)  = 0,5254, dan k1 (9 g) = 0,4762.

## DAFTAR PUSTAKA
Basyal,  K.,  Arouguz,  A.Z.,  Adiguel,  Z.,  Baysal,  B.M.  2013:  Chitosan/alginate  crosslinked  hydrogels:
Preparation  characterization  and  application  for  cell  growth  purposes,  International  Journal  of Biological Macromolecules, 59,342-348
Fleming,  D.  L.  2004:  Evaluating  bacterial  cell  immobilization  matrices  for  use  n  a  biosensor.  Virginia
Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia USA.
Juntawang, C., Rongsayamanont, C., dan Khan, E. 2017: Fouling characterization in entrapped cells-based- membrane bioreactor treating wastewater. Separation and Purification Technology, 175, 321-329.
Kardena, E.,  Helmy,  Q.,  Ridhati,  S.L.  2018:  Molecular  imprinted hydrogel  polymer  MIHP  as microbial immobilization  media  in  artificial  produced  water  treatment.  IOP  Conference  Series:  Earth  and Environmental Science. 106.012088.
Khalid, S., Han, J., Hashmi, I., Hasnain, G., Ahmed, M.A., Khan, S.J., dan Arshad, M. 2018: Strengthening calcium  alginate  microspheres  using  polysulfone  and  its  performance  evaluation:  Preparation, characterization and application for enchanced biodegradation of chlorpyrifos. Science of the Total Environment. 631-632:1046-1058.
Krasaekoopt, W., Bhandari, B., Deeth, H. (2003): Evaluation of encapsulation techniques of probiotic for yogurt. Int. Dairy J. 13:3-13.
Kureel, M.K., Geed, S.R., Giri, B.S., dan Singh, R.S. 2017: Biodegradation and kinetic study of benzene in  bioreactor  packed  with  PUF  and  alginate bead s  and  immobilized  with  Bacillus  sp  M3, Bioresource Technology, 242, 92-100.
Kurniasih, Ariesyady, H.D., Sulaeman, A., dan Kardena, E. (2013): Biosorption of chromium (VI) using immobilized  algal-bloom  biomass:  kinetic  and  equilibrium  studies.  International  Journal  of Environmental and Resources, Volume 2 Issues 1. 25-31.
Lin,  H.,  Zuliang,  C.,  Chen,  C.M.,  Naidu,  R.  2013:  Biodegradation  of  TNT  using  Bacillus  mycoides immobilized in PVA–sodium alginate–kaolin. Appl. Clay Sci. 83–84,336–342.
Mahbubillah, M.A. dan Sovitri, M. 2013: Imobilisasi sel Bacillus S1 dengan matriks alginat untuk proses reduksi merkuri. Jurnal Sains dan Seni. FMIPA, ITS, Surabaya.
Mujtaba, G., Rizwan, M., Kim, G., dan Lee, K. 2018: Removal of nutrients and COD through co-culturing activated sludge and immobilized Chlorella vulgaris, Chemical Engineering Journal, 343, 155-162 Pratiwi, D. (2018): Viabilitas bakteri dari air limbah ayam potong yang dienkapsulasi dalam natrium alginat dan potensinya dalam mendegradasi pestisida berbahan aktif karbofuran. Skripsi, Biologi, FMIPA USU. Medan, Januari.
Samuel,  J.,  Mrudula,  P.,  Madora,  L.  P.,  Arun,  M.,  Natarajan,  C.,  dan  Amitava,  M.  (2013)  :  Batch  and contimous flow studies of adsorptive removal of Cr (VI) by adapted bacterial consortia immobilzed in alginate beads. Bioresource Technology, 128, 423-430.
Shen, Y., Gao, J., dan Li, L. 2017: Municipal wastewater treatment via co-immobilized microalgal-bacterial symbiosis: Microorganism growth and nutrients removal. Bioresource Technology. 243, 905-913.
Tazkiaturrizki,  T.,  Soewondo,  P.,  Handajani,  M.  2018:  Nitrogen  removal  on recycling  water process  of wastewater treatment plant effluent using subsurface horizontal wetland with continous feed. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 106, 012078.
Tsai,  S.L.,  Lin,  C.W.,  Wu,  C.H.,  Shen,  C.M.  2013:  Kinetics  of  xenobiotic  biodegradation  bythe
Pseudomonas sp. YATO411 strain in suspension and cell-immobilized bead s. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 44, 303–309.
Vandith, V., Setiyawan, A.S., Soewondo, P., Bophann, P., Hardjono. 2017: Kinetics of nutrient removal in an on-site domestic wastewater treatment facility, MATEC web of Conferences. 147.04004. Velarosdela,  R.N.  2018:  https://www.tribunnews.com/metropolitan/  2018/07/30/penjelasan-kenapa- penyemprotan-cairan-mikroba-dinilai-efektif-hilangkan-bau-di-kali-item
Xu,  X.,  Jin,  Z.,  Wang,  B.,  Lv,  C.,  Hu,  B.,  dan  Shi,  D.  2017  Treatment  of  high-strength  ammonium wastewater  by  polyvinyl  alcohol-sodium  alginate  immobilization  of  activated  sludge.  Process Biochemistry. 63, 214-220.