BAKTERI AUTOTROF DAN HETEROTROF

Sumber Gambar

Di alam ini, bakteri termasuk ke dalam organisme. Organisme ini dapat digolongkan menjadi dua bagian, yaitu organisme autotrof dan organisme heterotrof. Organisme autotrof adalah organisme yang menggunakan karbondioksida sebagai sumber karbon untuk pertumbuhannya. Sedangkan organisme heterotrof merupakan organisme yang memperoleh karbon dari senyawa organik di lingkungannya untuk pertumbuhan. Organisme dapat dibagi lagi menurut cara mereka memperoleh energi. Fototrof adalah organisme yang memperoleh energi dari fotosintesis. Contohnya semua tanaman dan alga serta beberapa jenis bakteri. Sedangkan kemotrof adalah organisme yang memperoleh energi dari oksidasi zat kimia. Selain itu ada juga kemoorganotrof, organisme ini memperoleh energi dari oksidasi senyawa organik. Contohnya dari jenis ini yaitu semua organisme tingkat tinggi kecuali tanaman dan bakteri heterotrof.

Sedangkan untuk bakteri jenis kemolitotrof, mereka memperoleh energi dari oksidasi senyawa anorganik. Untuk kemolitotrof yang memperoleh karbon dari CO₂ adalah kemoautotrof. Fotoautotrof seperti tanaman, alga, dan beberapa bakteri memperoleh energi dari cahaya matahari dan karbon dari CO₂. Sedangkan fotoheterotrof  memperoleh energi dari cahaya matahari dan memperoleh nutrisi karbon dari senyawa organik. Namun, jenis bakteri ini tidak dianggap penting untuk pengolahan air limbah. Ada juga jenis lain dari bakteri yaitu kemoheterotrof. Bakteri kemoheterotrof ini memperoleh karbon dan energi dari senyawa organik. Jenis bakteri ini berperan penting dalam proses pengolahan air limbah.

Metabolisme adalah semua reaksi biokimia yang terjadi dalam sel. Reaksi ini kebanyakan dikatalis oleh enzim agar energi yang digunakan untuk mengaktifkan reaksi menjadi lebih rendah dari sebelumnya. Dengan adanya katalis berupa enzim ini, sel dapat menggunakannya lebih efisien. Metabolisme dapat terbagi menjadi beberapa jenis yaitu respirasi aerobik, respirasi anaerobik, dan fermentasi.

Reaksi metabolik adalah mekanisme oleh sel untuk memperoleh energi dan mengubah nutrisi menjadi biomassanya. Ada tiga kemiripan antara metabolisme autotrof dan heterotrof :

1. Sama-sama harus mengubah sumber karbonnya menjadi materi sel.

2. Sama-sama harus memiliki sumber reducing power,

3. Harus menggunakan sumber energi agar diubah menjadi adenosin trifosfat (ATP), yang nantinya akan digunakan sebagai sumber energi untuk reaksi biosintetik dalam sel.

Ada lima jenis bakteri berdasarkan kebutuhannya terhadap oksigen. Pertama, bakteri strict aerobes membutuhkan oksigen sebagi akseptor elektron akhir dalam sistem aerasi. Kedua, bakteri  facultative anaerob  dapat tumbuh saat ada atau tidaknya oksigen ketika  sumber karbon yang sesuai telah tersedia. Ketiga, bakteri microaerophiles membutuhkan oksigen, tetapi mengurangi tekanan oksigen. Keempat, bakteri aerotolerant anaerobes dapat tumbuh dalam kehadiran oksigen, tetapi tidak bisa menggunakannya untuk metabolisme akibat tidak adanya sistem transpor elektron. Kelima, bakteri strict anaerobes tidak dapat tumbuh dalam kehadiran oksigen.

Kebanyakan peran bakteri heterotrof dalam pengolahan air limbah adalah pembersihan senyawa organik yang terlarut maupun tidak terlarut. Bakteri aerobik dan fakultatif aerobik  berperan predominan dalam proses pengolahan aerobik, sedangkan bakteri anaerobik dan fakultatif anaerobik berperan dalam proses pengolahan anaerobik.

Makromolekul seperti protein, polisakarida, lipid, asam nukleat, dan dinding sel bakteri tidak dipindahkan ke sel heterotrof sebelum dicerna, tetapi harus dipecah menjadi subunit-subunit dengan menggunakan enzim. Kondisi fisik yang mempengaruhi bakteri ini saat pertumbuhan dalam senyawa organik yaitu kepadatan biomassa, konsentrasi nutrisi, aerasi, pH, dan suhu.

Bakteri heterotrof dapat tumbuh optimal pada pH 7. pH minimal bakteri ini yaitu pada pH 5,5, dan maksimum pada pH 8,5 s.d 9,5. Namun, pada jenis spesies tertentu dapat memiliki rentang pH yang berbeda. Selain itu, suhu optimal, minimal, dan maksimal yang dimiliki oleh setiap bakteri berbeda-beda tergantung jenisnya. Misalnya psychrophiles dapat tumbuh antara suhu 0^o C s.d 20^o C,optimal pada suhu 10^o C s.d 15^o C. Sedangkan bakteri Mesophiles dapat tumbuh pada suhu 10^o C s.d 45^o C dan optimal pada suhu 30^o C s.d 35^o C. Bakteri jenis ini banyak ditemukan di proses pengolahan air limbah.  Thermophiles dapat tumbuh pada suhu 40^o C s.d 75^o C, optimal pada suhu 55 ^o C s.d 65^o C. Sedangkan bakteri jenis Extreme thermophiles dapat tumbuh pada suhu > 100^o C.

Kemoheterotrof berperan untuk degradasi limbah dalam anaerobic digester yang digunakan untuk stabilisasi lumpur primer dan sekunder dari pengolahan limbah industri dan kota dan untuk pengolahan limbah industri berat. Yang berperan di sini adalah bakteri anaerob dan fakultatif anaerob. Kepadatan heterotrof dalam anaerobic disgeters mungkin sekitar 10⁹ s.d 10¹⁰ sel/ml.

Bakteri autotrof berperan dalam proses pengolahan air limbah. Mereka mendapatkan karbon dari CO₂ dan mendapatkan energi dari oksidasi senyawa anorganik yang ada dalam air atau yang dihasilkan dari dekomposisi nutrisi oleh heterotrof. Contoh substrat untuk bakteri autotrof yaitu ammonia, nitrit, H₂S, unsur sulfur, dan gas H₂.

Selain itu, di bawah kondisi aerobik, ammonia dihilangkan secara biologis dengan dua proses, ammonia dioksidasi ke nitrit dan nitrit dioksidasi ke nitrat. Kedua proses ini disebut nitrifikasi. Ada berbagai faktor dalam mengontrol nitrifikasi, yaitu suhu antara 25 ^o C sampai 30^o C, pH berkisar antara 7,5 s.d 8,5, kelarutan oksigen dalam air sebesar 0,5 s.d 1,0 mg/L atau ppm, sensitivitas terhadap logam berat dan zat beracun lainnya, faktor operasional seperti MCRT atau waktu tinggal rata-rata sel, dan nitrifikasi serta denitrifikasi dalam flok yang sama.

Bakteri sulfur tidak berwarna merupakan bakteri aerob yang untuk mendapatkan energi harus mengoksidasi senyawa sulfur. Kebanyakan genera bakteri ini penting dalam pengolahan limbah cair seperti Thiobacillus, Thiotrix, dan Beggiatoa.

Bakteri Iron atau besi biasanya ditemukan dalam air yang berisi besi. Pertumbuhannya dikarakterisasi oleh lapisan besi atau senyawa mangan yang bertumpuk pada permukaan sel. Besi disimpan dalam material kapsul, dibungkus atau disimpan dalam bentuk tangkai yang mengelilingi sel.

Dalam lingkungan alam dan proses pengolahan air limbah, organisme autotrof dan heterotrof bekerjasama dalam membersihkan limbah. Beberapa organisme dapat mendegradasi makromolekul seperti selulosa atau protein dan yang lainnya mendegradasi produk yang dihasilkan dari aktivitas metabolitnya seperti glukosa dan asam amino.  Ada juga beberapa organisme yang mendegradasi zat tunggal atau yang biasa disebut ko-metabolisme. Berbagai interaksi mikroba dapat dimengerti dalam konteks biosiklus zat. Contohnya pada siklus karbon, siklus nitrogen, fiksasi nitrogen, siklus sulfur, dan korosi.

Fotosintesis dilakukan oleh alga dan empat grup bakteri yaitu bakteri ungu sulfur, bakteri ungu nonsulfur, bakteri hijau, dan cyanobacteria. Tanaman, alga, dan cyanobacteria melakukan fotosintesis oksigenik di mana air digunakan sebagai donor elektron dan oksigen diproduksi. Aktivitas fotosintesis organisme ini penting dalam pengolahan air limbah termasuk kolam aerobik dan fakultatif.

Bakteri sulfur ungu tumbuh terbatas di zona anaerob danau, kolam, atau mata air sufur dimana sulfida disediakan oleh reduksi sulfat dalam sedimen di bawahnya. Bakteri ungu nonsulfur tidak bisa menggunakan sulfur sebagai donor elektron karena sulfida bersifat toksik terhadapnya. Bakteri hijau bersifat fototrof obligat dan anaerob. Cyanobacteria atau alga hijau-biru banyak tersebar di dalam tanah dan lingkungan air. Mereka berfotosintesis dan menghasilkan O₂. Alga banyak menghasilkan O₂ dalam air selama berfotosintesis.

Kolam dan cekungan  yang stabili dapat digunakan untuk pengolahan air limbah. Ini merupakan metode umum yang dilakukan di negara berkembang. Jenis kolamnya yaitu kolam alga aerobik, kolam fakultatif, dan kolam anaerobik.

Alga dan cyanobacteria menyediakan oksigen untuk pembersihan BOD dalam kolam aerobik. Kedalaman kolamnya biasanya 0,5 meter agar sinar matahari bisa terus berpenetrasi hingga ke dasar kolam. Kolam aerobik sebaiknya diaduk secara periodik untuk mencegah stratifikasi panas. Tanpa perlakuan primer ini, padatan akan mengendap di bawah dan menciptakan zona anaerobik. Kolam fakultatif memiliki kedalaman antara 1 hingga 2,5 meter. Saat stratifikasi panas terjadi, lapisan atas bersifat aerobik dan lapisan bawah bersifat anaerobik. Limbah padat di bawah kolom akan dicerna secara anaerobik dan membebaskan metana dan produk anaerobik lainnya ke lapisan aerobik.

Kolam anaerobik memiliki kedalaman yang bervariasi antara 1 hingga 8 meter. Kolam ini dapat bersifat anaerobik jika pengaruh BOD melebihi produksi O₂ dari fotosintesis. Kolam ini digunakan untuk pretreatment dan partikuler untuk suhu tinggi atau air limbah berkekuatan tinggi. Penggunaan hasil pretratment anaerobik  adalah untuk mengurangi akumulasi lumpur dalam cekungan berikutnya. Ada acara alternatif yaitu untuk resirkulasi effluen kembali ke kolam anaerobik. Memompa air limbah yang sudah didaur ulang ke permukaan dapat membantu dalam membangun zona aerobik.

Referensi :

Gerardi, Michael H. 1994. Wastewater Biology : The Life Processes. Alexandria (USA) :Water Environment Federation.