Bakteri mengisi semua relung ekologis kecil. Bakteri hampir di mana-mana, dan jenis yang bermacam-macam memungkinkannya tumbuh bahkan dalam kondisi terberat. Di kolam budidaya, proses bakterial memiliki dampak mendalam terhadap kualitas air. Bakteri menguraikan bahan organik yang berasal dari pakan atau dari kegiatan autotroph alga dan cyanobacteria. Cara bakteri menguraikan bahan organik mempengaruhi kualitas air. Hal ini karena produk dekomposisi dapat bernilai gizi atau malah beracun.
Dekomposisi kotoran berjalan sbb:
- Limbah terurai ke unit berat moleku yang lebih kecil bakteri penghidrolisis. Unit-unit yang lebih kecil ini kemudian diurai aerobik atau anaerobik.
- Dalam dekomposisi aerobik, bakteri menggunakan oksigen untuk menguraikan limbah organik. Produk akhir adalah CO2 dan massa sel bakteri.
- Dalam dekomposisi anaerob di air asin, proses multi langkah melibatkan fermentasi dan kemudian sulfat hasil reduksi hidrogen sulfida.
Hidrolisis
Hidrolisis adalah langkah pertama dalam pemecahan bahan organik. Misalnya, ketika blooming berbagai enzim hidrolitik bakteri dan jamur mulai merusak dinding sel dan melepaskan isinya. Proses ini adalah yang paling lambat dalam proses dekomposisi. Percepatan dapat dilakukan dengan probiotik aktif dalam jumlah besar dan mempertahankan tingkat bahan organik terlarut dalam kolom air agar enzim aktif tetap berada dalam kolom air.
Dekomposisi aerobik
Ini adalah pertumbuhan sel bakteri menggunakan karbon organik sebagai sumber energi untuk pertumbuhan, dan oksigen sebagai akseptor elektron. Ini adalah proses dekomposisi yang paling efisien bila C: N: P ratio seimbang dan banyak oksigen. Jika pasokan C organik rendah, amonia dan produk dekomposisi sebagian dilepaskan selama proses dekomposisi. Keterbatasan C akan menyebabkan inefisiensi degradasi mikroba dan akumulasi lumpur. Kelebihan C juga bisa menjadi masalah, memperlambat keseluruhan proses karena bakteri perlu mengoksidasi kelebihan C sampai C/N optimum tercapai. Jika oksigen kurang, kadar DO dapat berkurang secara dramatis dan membunuh udang dan ikan. Di kolam budidaya, C organik sering dibutuhkan untuk menyeimbangkankarena sebagian besar bahan yang membusuk banyak berprotein. Molase berguna karena membantu menyeimbangkan C: N.
Fermentasi
Fermentasi adalah proses yang dilakukan oleh bakteri dan jamur yang memecah bahan organik saat tidak ada oksigen. Dalam kolam, fermentasi terjadi di "wilayah mati" di mana bahan organik cenderung untuk mengumpul karena kurangnya aliran air di daerah tersebut. Produk fermentasi memberikan bau tak sedap yang khas.
Fermentasi pada umumnya merupakan proses yang lambat jika dibandingkan dengan dekomposisi aerobik. Banyak mikroba memiliki kemampuan untuk beralih antara fermentasi dan pertumbuhan aerobik (yang disebut "anaerob fakultatif"). Ketika tumbuh secara anaerobik, fermentor ini tidak efisien mereproduksi diri mereka sendiri tetapi mampu memecah bahan organik untuk produk menengah.
Produk-produk akhir sering berbau dan bersulphid dan merusak kualitas air dan dasar tambak. Proses pemecahan parsial protein bahan organik oleh fermentasi sering disebut pembusukan karena bau busuk. H2S diproduksi secara khusus jika bahan limbah memiliki C : N rasio rendah. Mempertahankan C : N rasio dengan penambahan C organik ekstra dan juga menjaga pencampuran dan aerasi yang baik sangat penting untuk mencapai tujuan ini. Namun di kolam akan selalu ada tempat kumpul sampah organik. C bermanfaat karena meminimalkan pembusukan dan membantu mempercepat aktivitas SRB's (bakteri pereduksi sulfat).
Reduksi sulfat
Ketika bakteri bekerja untuk membusukan atau "mengoksidasi" bahan organik, mereka perlu senyawa kimia lain untuk direduksi. Oksigen direduksi menjadi CO2. Ketika pasokan oksigen rendah, bakteri dapat memanfaatkan molekul-molekul lain seperti mangan, besi (Fe3 +) atau nitrat. Namun ketika digunakan sulfat (SO43-) mereka menghasilkan sulfida, yang dapat beracun ke kolam organisme, terutama ikan dan udang. Produk-produk lainnya adalah asetat dan gas hidrogen serta senyawa lainnya.
Di kolam, tujuannya adalah untuk mengatur kolam supaya tidak ada "kawasan mati" di mana bahan organik dapat terkumpul. Namun, ini sulit dalam praktek, dan biasanya ada beberapa "kawasan mati" di dalam kolam. Dalam lokasi ini oksigen sangat cepat habis, bakteri fermentasi dimulai. Penambahan C organik telah terbukti mempercepat kegiatan ini dan ini menguntungkan karena menjaga jumlah limbah organik minimum di kolam.
Konsentrasi sulfat air laut adalah sekitar 2.700 mg per liter, sehingga air tambak sangat rentan terhadap SRB's. Daerah mati menjadi pabrik sulfida , memompa sulfida beracun ke dalam air. Prosesnya sebagai berikut:
CH3COO-+ SO4-+ 3H + -----> 2CO2 + 2H2O + H2S
4H2 + SO4 -----> H2S + 2H2O + 2OH-
Asetat dan hidrogen adalah produk umum dari fermentasi bahan organik dan juga substrat untuk pertumbuhan SRB's. Perhatikan bahwa reaksi menghasilkan CO2 serta H2S dan akan menggunakan proton H sehingga menaikkan pH dan menyebabkan peningkatan pada kadar amonia. Jika C: N ratio rendah (misalnya limbah protein) produk pembusukan akan terakumulasi dan kualitas air akan turun.
Produksi sulfida dari daerah-daerah sering dapat disertai oleh penurunan DO dan penurunan pH sebagai resultan CO2 dipompa ke dalam air oleh bakteri aktif. pH dapat dinaikkan untuk mengurangi proporsi H2S atau lebih baik, peroksida dapat diterapkan untuk mengkonversi H2S menjadi S.
Denitrifikasi
Ini adalah proses dimana bakteri menggunakan nitrat (NO3) sebagai sumber oksigen ketika kadar oksigen rendah. Proses denitrifikasi adalah proses dua langkah, dengan nitrit diproduksi sebagai intermediate:
Langkah 1: 2CH3OH + 6NO3- + -----> 6NO2 +2CO2 + 4H2O
Langkah 2: 6NO2 + 3CH3OH-----> 3N2 + 3CO2 + 3H2O + 6OH-
Persamaan ini menunjukkan bahwa langkah 2 memerlukan sumber karbon lebih banyak daripada yang pertama, sehingga ketika karbon kurang, seperti yang biasanya terjadi di kolam, NO2 dapat menumpuk. Ini juga menunjukkan bahwa jika C hadir langkah 2 dapat selesai dan gas N kembali ke atmosfer. Masalah dengan denitrifikasi adalah bahwa ia bekerja terbaik ketika oksigen kurang dari 1 ppm sehingga kolam eksternal untuk daur ulang air mungkin berguna.
Nitrifikasi
Nitrifikasi adalah konversi amonia menjadi nitrit, dan nitrit ke nitrat. Ini adalah dua proses terpisah yang dilaksanakan oleh dua kelompok bakteri. Konversi amonia menjadi nitrit dilakukan oleh Nitrosomonas spp. serta beberapa spesies lainnya. Bila bakteri ini menggunakan amonia mereka mengasimilasi N dari amonia dan menciptakan lebih banyak sel bakteri, seperti terlihat di sini:
55NH4 + + 5CO2 + 70O2 -----> C5H7O2N + 54NO2 + 52H2O + 109H +
Hal ini dapat dilihat dari persamaan di atas bahwa:
- pembangunan sel bakteri baru sangat inefisien: untuk setiap 55 N yang digunakan, hanya satu yang dikonversikan ke massa sel baru, sisanya dikonversi menjadi "limbah" nitrit
- proses menghasilkan banyak asam: 55 molekul ammonium menghasilkan proton H + 109
- proses ini memerlukan banyak oksigen: setiap gram amonia dioksidasi membutuhkan lebih dari 3 gram oksigen
- bakteri dapat tumbuh tanpa sumber karbon organik: mereka menggunakan CO2 sebagai sumber karbon
Konversi dari nitrit ke nitrat dilakukan oleh Nitrobacter spp. sebagai berikut:
400NO2 -+ 5CO2 + NH4 + + 2H2O + 195 O2 -----> C5H7O2N + 400NO3-+ H+
Hal ini dapat dilihat bahwa
- kebutuhan oksigen jauh lebih kecil daripada untuk bioreaction amonia nitrit
- produksi biomassa Nitrobacter jauh lebih inefisien daripada produksi biomassa Nitrosomonas: 5.600 gram Nitrit-N dibutuhkan untuk membuat biomassa selular 113 grams biomass
- produksi asam juga lebih sedikit
- karbon anorganik digunakan untuk membuat biomassa sel
The biokonversi keseluruhan amonia menjadi nitrat adalah:
NH4 + + 1,83O2 + 1,98 HCO3 -----> 0,021C5H7O2N + 0,98NO3-+ 1,88H2CO3 + 1.041H2O 1,88
Persamaan ini menunjukkan bahwa untuk setiap gram N-NH4 + dioksidasi menjadi NO3 - N, 4,18 gram oksigen dan 7,14 g alkalinitas (sebagai CaCO3) dan 0,17 g sel yang dihasilkan.
Nitrifikasi adalah sebuah proses yang dapat mengkonversi amonia menjadi nitrit yang juga dapat menjadi racun. Proses ini mengkonsumsi TA dan oksigen, dan menghasilkan biomassa sedikit. Nitrit pada gilirannya dapat dikonversi menjadi nitrat. Demikian juga, biomassa sangat sedikit diproduksi. Masalah penting dan nyata adalah bahwa nitrogen dalam amonia dan nitrat digunakan oleh semua jenis reaksi mikroba, sedangkan nitrit merupakan sesuatu produk akhir, dan biasanya hanya akan digunakan jika sumber-sumber N lain rendah .
Probiotik
Probiotik adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penerapan bakteri hidup dalam rangka mencapai tujuan menguntungkan. Dalam akuakultur, probiotik telah digunakan selama beberapa tahun untuk membantu memperbaiki kondisi air kolam. Cara utama bekerja adalah mempercepat hidrolisis molekul berukuran besar dan sehingga mengurangi akumulasi lumpur. Ada juga sejumlah besar bukti yang tersedia yang mendukung gagasan bahwa penerapan beberapa jenis bakteri dapat membantu mengendalikan penyakit.
Kunci untuk mendapatkan hasil yang baik ketika menggunakan bakteri probiotik adalah
* Untuk memastikan bahwa jumlah bakteri cukup layak ditambahkan ke air, dan
* Untuk memastikan bahwa kondisi kolam cukup kondusif bagi bakteri untuk tumbuh
Satu-satunya cara ekonomis untuk mendapatkan jumlah bakteri yang cukup adalah menumbuhkan bakteri di starter. Hal ini dapat dilakukan dalam tangki dengan menggunakan dedak ditambah beberapa nutrisi penting. Metode dedak mungkin unggul karena memungkinkan bakteri untuk mendapatkan oksigen lebih baik, sedangkan pertumbuhan bakteri dalam molase, oksigen cepat menjadi faktor pembatas. Di tambak yang bersangkutan, harus ada oksigenasi yang memadai, dan harus ada sumber makanan organik bagi bakteri.
|
|
|
|
|
