Perubahan tutupan lahan akibat laju pertumbuhan di berbagai bidang yang tidak diimbangi dengan langkah-langkah antisipatif umumnya menjadi penyebab terjadinya eutrofikasi dan kerusakan daerah aliran sungai. Dampak lain yang ditimbulkan perubahan tutupan lahan adalah menurunnya komponen substrat perifiton, biofilter, dan intensitas cahaya di perairan hulu serta meningkatnya kandungan nutrien dan polutan lainnya di perairan hilir. Penelitian ini bertujuan untuk memperbaiki sistem biogeofisik suatu badan air yang mengalami pencemaran akibat loading nutrient (N dan P) dan logam berat pada konsentrasi tertentu dengan memanfaatkan substrat perifiton sebagai agen purifikasi. Tujuan khusus penelitian untuk mendesain model substrat perifiton yang mampu memperbaiki kualitas air yang mengalami eutrofikasi dan tercemar logam. Aplikasi model substrat perifiton merupakan kombinasi antara fisikal filter dan biological uptake oleh komunitas perifiton pada sebuah reaktor pengolahan. Keunggulan model ini terutama pada proses penjernihan dengan sistem biotik uptake (nonkimia), tidak mudah clogging, dan biomassa yang dihasilkan dapat dipisahkan dengan mudah dan dimanfaatkan sebagai pakan atau pupuk organik. Lokasi penelitian dilakukan di area kolam percobaan ikan dan udang di samping Situ Cibuntu sekitar Laboratorium Pusat Penelitian Limnologi LIPI Cibinong. Metode ujicoba dilaksanakan pada beberapa desain substrat perifiton skala laboratorium dan prototipe. Kuantifikasi model dilakukan terhadap kemampuan uptake perifiton dalam mereduksi nutrien terutama nitrogen dan fosfor serta beberapa jenis logam berat. Hasil ujicoba menunjukkan bahwa laju uptake nutrien oleh substrat perifiton sangat variatif. Substrat model kanal memiliki laju uptake rata-rata 0,834 mg/m2/ hari (±98,3%) untuk fosfat, 0,06 mg/m2/hari (±47,7%) untuk nitrat, dan 0,014 mg/m2/hari (±96,8%) untuk total fosfat. Model substrat buoyancy atau model mengambang dihasilkan uptake nutrien ratarata 0,28 mg/l/hari (±86%) untuk fosfat, 0,4 mg/l/hari (±84%) untuk total fosfat, dan 3,82 mg/l/hari (±69%) untuk nitrat. Model substrat turbulair dihasilkan uptake nutrien rata-rata 0,16 mg/l/hari (±78%) untuk fosfat, 1,10 mg/l/hari (±89,3%) untuk nitrat. Uptake harian total fosfat dan fosfat relatif lebih stabil dibandingkan total nitrogen dan nitrat yang fluktuatif pada model turbulair. Kemampuan substrat perifiton dalam mereduksi polutan logam berat juga terdeteksi. Logam Cr mampu direduksi sekitar 0,9 mg/l/hari atau sekitar 41% dan logam Fe sekitar 0,15 mg/l/hari atau mencapai 92,6%. Model sorpsi logam kedua digunakan untuk memprediksi konstanta laju kinetik yang diperoleh yaitu 0,2813 g mg-1jam-1 dari persamaan model t/q=0,550t+3,554;R2=0,947. Berdasarkan analisis spektrum FT-IR menunjukkan kehadiran gugus-gugus fungsi yang dapat terionisasi (seperti karboksil, amino, amide, dan hidroksil) mampu berinteraksi dengan proton atau ion logam. Diprediksikan pengembangan model substrat perifiton ini dapat dimanfaatkan sebagai sistem purifikasi air. (2011)