Journal of Natural Resources and Environmental Management 11 (1): 101-107. http://dx.doi.org/10.29244/jpsl.11.1.101-107 E-ISSN: 2460-5824
http://journal.ipb.ac.id/index.php/jpsl
Variasi penambahan nutrien (NPK cair) dalam kultivasi Mikroalga Chlorella Sp.
Variation of addition of nutrients (liquid NPK) in microalgae cultivation of Chlorella Sp .
Anshah Silmi Afifah a , Gita Prajati a , Yosef Adicita a , Darwin a a Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Universal, Sungai Panas, Batam, 29444, Indonesia [+62 778-473399]
Article Info: Received: 01 - 12 - 2020 Accepted: 15 - 03 - 2021
Keywords: Ammonia, Chlorella Sp, microalgae, nutrien, turbidity
Corresponding Author: Anshah Silmi Afifah Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Universal; Tel. +62-778-473399 Email: silmi.kbub@gmail.com
Abstract . Nutrients  are  an  important  factor  in  the  growth  of  microalgae. Ammonia is one of the most preferred nutrient sources by microalgae because it  can  be  used  directly  in  the  microalgae  body.  Although  ammonia  is  most preferred,  its  presence  in  large  quantities  can  have  a  devastating  effect  on microalgae.  The  toxicity  of  ammonia  can  cause  death  in  microalgae.  This study aims to determine the effect of adding a certain amount of nutrients to microalgae  growth.  The  research  was  conducted  for  13  days  with  the  test parameters, namely turbidity, and ammonia. The reactor used is made of glass with a capacity of 250 mL. The reactor is equipped with an aerator which is connected using a hose and diffuser. Variations in the addition of liquid NPK (nutrients)  selected  in  this  study  were  0  mL,  0.3  mL,  1  mL,  and  2  mL.  The research was conducted with an aerated batch system. The test results for the highest  turbidity  parameters  indicated  that  the  greatest  microalgae  growth occurred at the variation of 0.3 mL NPK addition. This variation also shows the fastest decrease in ammonia levels, among other variations. The variation that is considered the most suitable for the microalgae cultivation process is the 0.3 mL NPK addition variation.
How to cite (CSE Style 8 th Edition):
Afifah AS, Prajati G, Adicita Y, Darwin. 2021. Variasi penambahan nutrien (NPK cair) dalam kultivasi Mikroalga Chlorella Sp . JPSL 11 (1): 101-107. http://dx.doi.org/10.29244/jpsl.11.1.101-107.

## PENDAHULUAN
Pertumbuhan  jumlah  penduduk  yang  semakin  meningkat  dapat  berdampak  pada  penurunan  kualitas lingkungan. Air buangan dari aktivitas domestik seperti mandi cuci kakus yang tidak dilakukan pengolahan sebelum dibuang ke badan air akan berdampak pada penurunan kualitas perairan (Rachmawati et al. , 2020). Aktivitas kendaraan yang kerap berlalu lalang, buangan limbah padat dari aktivitas domestik akan berdampak pada penurunan kualitas udara. Teknologi pengolahan air limbah dan mitigasi pencemaran udara telah banyak dilakukan untuk meminimalisir dampak tersebut (Kurniati et al. , 2020). Pengolahan biologis dengan bantuan mikroorganisme  telah  banyak  diteliti  guna  mengatasi  terjadinya  dampak  tersebut  (Suryawan et  al. ,  2019). Pengolahan biologis sangat mudah untuk diterapkan  karena biaya operasional yang relatif murah dibanding pengolahan fisik dan kimia.
Mikroalga merupakan salah satu mikroorganisme autotrof yang dapat menyerap karbondiosida (CO 2 ) dan melepaskan  oksigen  (O 2 )  (Eriksen et  al. ,  2007).  Indonesia  memiliki  perairan  yang  banyak  ditumbuhi  oleh mikroalga, salah satunya Chlorella sp . Chlorella merupakan salah satu jenis mikroalga yang memiliki banyak manfaat. Chlorella mampu mereduksi polutan air limbah dengan  sangat baik. Kemampuan chlorella dalam
mereduksi COD 74%, amonia 72%, nitrat 60%, dan ortofosfat 82% (Chaudhary et al. , 2018). Chlorella juga mampu  melakukan  fiksasi  terhadap  gas  CO 2 .  Salah  satu  strain Chlorella dapat  tumbuh  pada  media  dengan kandungan  CO 2 hingga  50%  (Roberto et  al. ,  2019).  Mikroalga  selain  berfungsi  sebagai  mikroorganisme pereduksi  polutan  di  air  dan  udara,  keberadaannya  juga  sangat  bermanfaat  sebagai  sumber  energi  alternatif terbarukan. Sumber energi yang paling banyak digunakan saat ini berasal dari bahan bakar fosil. Laporan dari International Monetary Fund (IMF) menunjukkan bahwa adanya peningkatan subsidi terhadap bahan bakar fosil sebesar 5.2 Trilliun dollar pada tahun 2017 di seluruh dunia (Coady et al. , 2019). Pemanfaatan mikroalga dapat mengurangi ketergantungan manusia terhadap energi yang berasal dari bahan bakar fosil.
Siklus hidup mikroalga telah banyak diteliti karena keberadaannya yang memiliki banyak manfaat dalam menjaga  keberlangsungan  lingkungan  hidup.  Beberapa  faktor  yang  mempengaruhi  siklus  hidup  mikroalga diantaranya  adalah  intensitas  cahaya,  suhu,  pH,  dan  unsur  hara  atau  nutrien.  Unsur  hara  atau  nutrien  dapat berupa  karbon,  nitrogen,  fosfor, dan  nutrien  lain.  Nitrogen  merupakan  nutrien  esensial  dalam  pertumbuhan mikroalga.  Pemanfaat  nitrogen  terbesar  oleh  mikroalga  yaitu  dalam  bentuk  N-amonia.  Amonia  dapat digunakan langsung dalam pembentukan asam amino (Junying et al. , 2013). Konsentrasi amonia yang kurang sesuai  dapat  menghambat  pertumbuhan  mikroalga.  Meskipun  amonia  dibutuhkan  oleh  mikrolaga,  namun keradaannya  dalam  jumlah  besar  justru  dapat  menghambat  pertumbuhan  mikroalga.  Amonia  dalam  jumlah besar  dapat  menyebabkan  keracunan  pada  mikroalga,  sehingga  dalam  penelitan  ini  perlu  dilakukan penyesuaian terhadap penambahan nutrien (NPK cair) yang merupakan sumber nutrien (amonia). Penelitian bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  penambahan  nutrien  dalam  jumlah  tertentu  terhadap  pertumbuhan mikroalga.

## METODE

## Persiapan Alat dan Bahan
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian,  diantaranya  yaitu  botol  kaca  kapasitas  250  mL,  aerator,  selang aerator, diffuser . Bahan yang digunakan dalam penelitian, diantaranya adalah bibit mikroalga, NPK cair, air PDAM, dan EM4.

## Metode Pengumpulan Data
Penelitian  dilakukan  pada  skala  laboratorium  selama  13  hari  menggunakan  air  limbah  artifisial  yang dibuat dari campuran air PDAM sebanyak 150 mL dan pupuk NPK cair dengan variasi 0 mL, 0.3 mL, 1 mL, dan 2 mL. Pengambilan sampel dilakukan setiap hari dengan parameter yang diuji yaitu kekeruhan dan amonia. Biakan mikroalga yang ditambahkan ke dalam reaktor sebesar 50 mL. Komposisi senyawa di dalam NPK cair yang ditambahkan (Tabel 1 ).
Tabel 1 Kandungan NPK cair Komposisi Persentase (%) Makro Kadar N (total) 7 Kadar P 2 O 5 3 Kadar K 2 O 10
Mikro :
Kadar Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Cd, B Senyawa-senyawa organik : Protein, Lemak, Zat-zat pelekat, Zat-zat organik
Reaktor yang digunakan berbahan dasar kaca dan dilengkapi dengan diffuser dan selang penghubung ke aerator. Reaktor diberikan perlakuan aerasi selama 24 jam, pencahayaan matahari, dan penambahan effective microorganism (EM4) sebanyak 1 mL. Penambahan EM4 berfungsi sebagai penyedia CO 2 yang dibutuhkan oleh mikroalga untuk berfotosintesis. Operasional reaktor selama kegiatan penelitian berlangsung dilakukan dengan sistem batch .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Nutrien  mampu  meningkatkan  laju  produktivitas  mikroalga,  karena  mikroalga  memanfaatkan  nutrien sebagai sumber metabolisme tubuhnya (Chiu et al. , 2014). Chlorella dapat mengonsumsi TN (Total Nitrogen), Fosfor, dan COD ( Chemical Oxygen Demand ) secara berturut-turut sebesar 68.4%, 83.2%, dan 50.9% secara berturut-turut  (Wang et  al. ,  2010).  Nitrogen  merupakan  salah  satu  nutrien  esensial  yang  digunakan  oleh mikroalga sebagai komponen utama dalam pembentukan protein dalam sel. Namun penambahan kadar nutrien berlebih  justru  dapat  menghambat  pertumbuhan  mikroalga  (Sayedin et  al. ,  2020).  Gambar  1  menunjukkan kadar kekeruhan di dalam sampel dari hari ke hari.
Gambar 1 Hasil pengujian sampel amonia (penambahan nutrien)
Kadar kekeruhan di dalam sampel mengindikasikan tingginya bahan organik dan kadar mikroorganisme perairan (Tomperi et al., 2020; Dejen et al., 2004). Secara umum peningkatan kadar kekeruhan yang terjadi hingga  hari  ke-3  (Va-0.3mL,  Va-1mL,  dan  Va-2mL)  menunjukkan  mikroorganisme  mampu  beradaptasi  di dalam  air  limbah  artifisial.  Kondisi  ini  tidak  terjadi  terjadi  pada  Va-0mL,  yaitu  variasi  reaktor  tanpa penambahan  nutrien.  Penurunan  kadar  kekeruhan  di  hari  ke-0  hingga  hari  ke-4  Va-0mL  mengindikasikan adanya kematian pada mikroorganisme di dalam reaktor. Kematian ini disebabkan karena kurangnya nutrien yang dapat dikonsumsi oleh mikroorganisme. Peningkatan kadar kekeruhan pada Va-0mL baru terlihat setelah hari ke-4. Peningkatan ini menunjukkan mikroalga sudah mulai mendapatkan sumber nutrien baru dari hasil dekomposisi mikroorganisme yang telah mati. Gambar 2 menunjukkan biomassa yang telah mati akan menjadi bahan  organik  padat  yang  akan  mengalami  proses  dekomposisi  oleh  mikroorganisme  lain  menjadi  nirogen anorganik. Nitrogen anorganik akan diuptake oleh mikroalga, dan menyebabkan laju pertumbuhan mikroalga meningkat.
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Kad ar Kek er u h an (N TU) Hari ke- Va-2mL Va-1mL
Va-0.3mL Va-0mL
Gambar 2 Siklus karbon dan nitrogen (Blagodatsky dan Richter, 1998)
Fase pertumbuhan mikroalga terjadi setelah hari ke-4, namun fase ini hanya dialami oleh variasi dengan kadar nutrien yang kecil yaitu variasi tanpa penambahan nutrien (Va-0mL) dan variasi penambahan nutrien 0.3 mL (Va-0.3mL). Variasi penambahan nutrien berlebih seperti penambahan 1 mL (Va-1mL) dan 2 mL (Va- 2mL), justru menyebabkan kadar kekeruhan menurun yang berarti fase pertumbuhan mikroalga tidak terjadi pada kedua variasi tersebut. Kondisi yang sama terjadi pada penelitian yang dilakukan (Bimantara et al. , 2015), peneliti  memvariasikan  penambahan  pupuk  cair  ke  dalam  reaktor  dengan  penambahan  sebesar  0%,  0.05%, 0.1%,  0.15%,  dan  0.2%.  Berdasarkan  hasil  penelitiannya  diperoleh  variasi  terbaik  untuk  meningkatkan kepadatan fitoplankton yaitu variasi penambahan pupuk cair 0.1%. Penambahan pupuk cair yang kurang atau lebih dari 0.1% justru memberikan hasil yang tidak seefektif variasi 0.1%.
Penambahan  nutrien  sangat  dibutuhkan  bagi  mikroorganisme,  akan  tetapi  penambahan  dalam  jumlah besar justru dapat menghambat pertumbuhan. Variasi terbaik dalam penelitian ini terjadi pada variasi dengan penambahan  0.3  mL  NPK  cair.  Persentase  peningkatan  kadar  kekeruhan  dari  hari  ke-0  hingga  hari  ke-13 mencapai lebih dari 100%, yang mengindikasikan bahwa kadar mikroalga  di hari ke-13 meningkat 2x lipat dari hari ke-0. Nutrien berlebih akan berdampak pada tingginya kadar amonia. Kadar amonia dalam jumlah besar  akan  bersifat  racun  (Fabregas et  al. ,  1989;  Song et  al. ,  2020),  yang  berdampak  buruk  terhadap keberlangsungan hidup mikroorganisme, seperti yang terjadi pada Va-1mL dan Va-2mL.
Peningkatan pertumbuhan mikroalga berdampak signifikan terhadap penurunan kadar amonia (Gambar 3). Amonia merupakan sumber nitrogen yang paling disukai oleh mikroalga. Nitrogen yang dapat dikonsumsi oleh mikroalga selain dalam bentuk N-amonia juga bisa dalam bentuk N-nitrit dan N-nitrat. Namun nitrogen dalam  bentuk  amonia  selalu  menunjukkan  penurunan  nilai  yang  lebih  signifikan  dibanding  nitrogen  dalam bentuk lain. Sebagian besar penelitian menjelaskan N-nitrat dan N-nitrit akan mengalami reduksi. N-NO 3 - dan N-NO 2 - akan berubah menjadi N-NH 4 + di dalam sel alga (Ding et al. , 2020; Junying et al. , 2013), sehingga lebih mudah bagi mikroalga jika langsung menguptake amonia sebagai sumber nutrien.
Gambar 3 Uji parameter amonia
Peningkatan  kadar  amonia  di  hari-hari  pertama  (Gambar  3)  diakibatkan  karena  NPK  cair  yang ditambahkan ke dalam reaktor baru mengalami reaksi dengan air dan membentuk kadar amonia (NH 3 ). Reaksi amonia  dengan  air  akan  menghasilkan  amonium  (NH 4 + )  dan  ion-ion  hidroksil  (-OH).  Jumlah  dari  NH 3 dan NH 4 + tersebut merupakan total amonia (TN) (Gross et al. , 2000). Kondisi seperti ini juga terjadi pada penelitian yang dilakukan oleh (Xia et al. , 2013), kadar amonia meningkat seiring dengan menurunnya kadar Dissolved Oxygen Nitrogen (DON) di awal kultivasi dan kemudian menurun karena proses nitrifikasi.
Penurunan kadar amonia pada Va-0mL dan Va-0,3mL lebih cepat dibandingkan penurunan kadar amonia pada  Va-1mL  dan  Va-2mL.  Kondisi  ini  mengindikasikan  bahwa  pada  Va-0mL  dan  Va-0.3mL  mikroalga mampu beradaptasi dan mampu mengambil amonia dalam jumlah yang cukup besar. Sebaliknya pada Va-1mL dan  Va-2mL  mikroalga  cenderung  susah  beradaptasi,  yang  mengakibatkan  hingga  hari  ke  4  kadar  amonia masih relatif tinggi, bahkan masih mengalami peningkatan. Pada penelitian (Lee et al. , 2015; Apritama et al. , 2020)  dijelaskan,  bahan  pencemar  (amonia/COD/fosfor/kekeruhan)  akan  habis  dalam  kurun  waktu  6  hari. Pernyataan tersebut mendukung hasil penelitian yang terlihat dalam grafik di hari ke-7 kadar amonia relatif lebih rendah dari hari-hari sebelumnya.

## SIMPULAN
Variasi yang paling sesuai untuk kultivasi mikroalga yaitu variasi dengan penambahan nutrien (NPK cair) sebesar  0.3  mL.  Pada  variasi  ini  mengindikasikan  bahwa  mikroalga  mampu  beradaptasi  dengan  baik,  yang ditandai dengan tingginya nilai kekeruhan dibanding variasi lain. Selain itu pada variasi penambahan NPK 1 mL mikroalga mampu menurunkan kadar amonia dengan waktu yang relatif lebih cepat dibanding variasi lain. Secara umum variasi dengan kadar amonia berlebih, tidak cocok diterapkan dalam proses kultivasi mikroalga karena dampaknya yang dapat menyebabkan racun bagi mikroalga.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Kementerian Riset Teknologi dan Pendidikan Tinggi yang telah memberikan  dukungan  finansial  kepada  penulis  dalam  hibah  penelitian  dengan  Skema  Penelitian  Dosen Pemula (Nomor kontrak: 005/LPPM.KT/UVERS/III/20).
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Kad ar Amo n ia (mg /L) Hari ke- Va-2mL Va-1mL
Va-0.3mL Va-0mL

## DAFTAR PUSTAKA
Apritama MR, Suryawan IWK, Afifah AS, Septiariva IY. 2020. Phytoremediation of Effluent Textile WWTP for NH3-N and Cu reduction using pistia stratiotes. Plant Archives . 20: 2384-2388.
Bimantara A, Santri DJ, Susanti R. 2015. Pengaruh pupuk cair anorganik terhadap kepadatan fitoplankton dan sumbangannya  pada  pembelajaran  Biologi  di  SMA. Prosiding  Seminar  Nasional  Pendidikan .  1(B-8):
415-427.
Blagodatsky  SA,  Richter  O.  1998.  Microbial  growth  in  soil  and  nitrogen  turnover:  A  theoretical  model considering the activity state of microorganisms. Soil Biol Biochem. 30(13): 1743-1755.
Chaudhary R, Tong YW, Dikshit AK. 2018. Kinetic study of nutrients removal from municipal wastewater by Chlorella vulgaris in photobioreactor supplied with CO 2 -enriched air. Environmental Technology . 41(5): 617-626. doi: https://doi.org/10.1080/09593330.2018.1508250.
Chiu S, Kao C, Chen T, Chang Y, Kuo C, Lin C. 2014. Cultivation of microalgal chlorella for biomass and lipid  production  using  wastewater  as  nutrient  resource. Bioresource  Technology .  184:  179-189.  doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.11.080.
Coady D, Parry I, Le N, Shang B. 2019. Global fossil fuel subsidies remain large: An update based on country- level estimates. International Monetary Fund (IMF) Working Paper . 1-39.
Dejen  E,  Vijverberg  J,  Nagelkerke  LAJ,  Sibbing  FA.  2004.  Temporal  and  spatial  distribution  of microcrustacean zooplankton in relation to turbidity and other environmental factors in a large tropical lake ( L . Tana, Ethiopia ). Hydrobiologia . 513(1): 39-49.
Ding Y, Guo Z, Mei J, Liang Z, Li Z. 2020. Investigation into the novel microalgae membrane bioreactor with internal circulating fluidized bed for marine aquaculture wastewater treatment. Membranes . 10(353): 1- 10.
Eriksen NT, Riisgård FK, Gunther WS, Jørgen J, Iversen L. 2007. On-line estimation of O 2 production , CO 2 uptake, and growth kinetics of microalgal cultures in a gas-tight photobioreactor. J Appl Phycol . 19: 161- 174. doi: https://doi.org/10.1007/s10811-006-9122-y.
Fabregas  J,  Abalde  J,  Herrero  C.  1989.  Biochemical  composition  and  growth  of  the  marine  microalga dunaliella tertiolecta (butcher) with different ammonium nitrogen concentrations as chloride , sulphate , nitrate and carbbonate. Aquaculture . 83: 289-304.
Gross  A,  Boyd  CE,  Wood  CW.  2000.  Nitrogen  transformations  and  balance  in  channel  catfish  ponds.
Aquacultural Engineering . 24: 1-14.
Junying ZHU, Junfeng R, Baoning Z. 2013. Factors in mass cultivation of microalgae for biodiesel. Chinese Journal of Catalysis . 34(1): 80-100. doi: https://doi.org/10.1016/S1872-2067(11)60497-X.
Kurniati E, Huy VT, Anugroho F, Sulianto AA, Amalia N, Nadhifa AR. 2020. Analisis pengaruh pH dan suhu pada  desinfeksi  air  menggunakan  microbubbble  dan  karbondioksida  bertekanan. Journal  of  Natural Resources and Environmental Management . 10(2): 247-256.
Lee E, Jalalizadeh M, Zhang Q. 2015. Growth kinetic models for microalgae cultivation: A review. ALGAL . 12: 497-512. doi: https://doi.org/10.1016/j.algal.2015.10.004.
Rachmawati IP, Riani E, Riadi A. 2020. Status mutu air dan beban pencemaran Sungai Krukut, DKI Jakarta.
Journal of Natural Resources and Environmental Management . 10(2): 220-233.
Roberto J, Ibarra R, Snell R, Jorge C, Neria A, Francisco C. 2019. Biotechnological potential of Chlorella sp. and Scenedesmus  sp .  microalgae  to  endure  high  CO 2 and  methane  concentrations  from  biogas. Bioprocess and Biosystems Engineering . 2: 1-8. doi: https://doi.org/10.1007/s00449-019-02157-y. Sayedin F, Kermanshahi-pour A, He QS, Tibbetts SM, Lalonde CGE, Brar SK. 2020. Microalgae cultivation in thin stillage anaerobic digestate for nutrient recovery and bioproduct production. Algal Research . 47: 1-11. doi: 101867. https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.101867.
Song C, Han X, Qiu Y, Liu Z, Li S. 2020. Chemosphere Microalgae carbon fi xation integrated with organic matters  recycling  from  soybean  wastewater:  Effect  of  pH  on  the  performance  of  hybrid  system. Chemosphere . 248: 1-7. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126094.
Suryawan IWK, Siregar M, Prajati G, Afifah A. 2019. Integrated ozone and anoxic-aerobic activated sludge reactor  for  Endek  (Balinese  Textile)  wastewater  treatment. Journal  of  Ecological  Engineering .  20(7):
169-175. doi: https://doi.org/10.12911/22998993/109858.
Tomperi J, Isokangas A, Tuuttila T, Paavola M. 2020. Functionality of turbidity measurement under changing water quality and environmental conditions. Environmental Technology . 1-9. doi: https://doi.org/10.1080/09593330.2020.1815860.
Wang L, Min M, Li Y, Chen P, Chen Y, Liu Y, Wang Y, Ruan R. 2010. Cultivation of green algae Chlorella sp . in different wastewaters from municipal wastewater treatment plant. Appl Biochem Biotechnol . 162:
1174-1186. doi: https://doi.org/10.1007/s12010-009-8866-7.
Xia X, Liu T, Yang Z, Zhang X, Yu Z. 2013. Dissolved organic nitrogen transformation in river water: Effects of  suspended  sediment  and  organic  nitrogen  concentration. Journal  of  Hydrology .  484:  96-104.  doi: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.01.012.