III. METODE PENELITIAN
2. Penelitian skala laboratorium
4.3. Penelitian Skala Laboratorium
6 8 10 0 7 14 21
W a ktu (ha ri)
lo g T P C ( c fu /m l) L og TP C (c fu/ml) S alipiger s p. MY 7 log TP C (c fu/ml) B ac illus altitudinis MY 12
4.3. Penelitian Skala Laboratorium
Penelitian skala laboratorium dilakukan selama 14 hari. Penelitian biodegradasi HOW dengan menggunakan starter campuran Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 pada skala lab (500ml) volume kerja 200ml dengan perlakuan kombinasi persen padatan dan cemaran (Tabel 6 dalam metoda). Pengamatan yang dilakukan adalah TPH, TPC, suhu, dan pH.
Pemilihan waktu 14 hari didasarkan kepada penelitian Charlena (2010) yang melakukan penelitian bioremediasi heavy oil waste (HOW) dengan menggunakan bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altutidinis MY12, dimana didapatkan waktu terbaik dalam proses bioremediasi HOW adalah 14 hari.
Gambar 9 Grafik pertumbuhan isolat Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12
4.3.1. Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen Padatan terhadap Degradasi Hidrokarbon
Tingkat degradasi Total Petroleum Hidrokarbon (TPH) merupakan salah satu parameter dalam menentukan keberhasilan proses bioremediasi limbah hidrokarbon minyak bumi beserta turunannya dalam hal ini heavy oil waste (HOW).
Pengujian data pengamatan degradasi TPH skala laboratorium dengan rancangan Respon Permukaan memberikan persamaan 1. sebagai berikut :
Y1 = 26,537 – 15,817X1 + 3,246X2 – 0,112X12 – 4,761X22 – 8,452X1X2 (R 2 Keterangan : Y = 55,3%)
1 = Respon terhadap degradasi TPH
X1 = Pesen Padatan X2 1 % degr adasi 0 0 25 X2 50 - 1 0 - 1 1 X1
Surface Plot of % degradasi vs X2 , X1
= Tingkat Cemaran dalam tanah
Gambar 10 Permukaan respon degradasi TPH
Dari persamaan di atas terlihat belum tercapai titik optimum bagi degradasi (HOW) dengan teknik bioslurry. Hal ini diduga karena proses biodegrdasi memerlukan waktu yang lebih lama, komposisi nutrisi dan perbandingan CNP
32
yang tepat serta kemampuan bakteri dalam mendegradasi rantai-rantai hidrokarbon.
Namun dari penelitian skala laboratorium didapatkan persen degradasi tertinggi yaitu sebesar 80,16 % pada perlakuan campuran 15% TPH dan 10% padatan seperti yang terlihat pada Gambar 11.
0 20 40 60 80 100 10,5 10,15 40,5 40,15
X 1, X 2 (K ombinas i % P adatan dan % T P H )
D e g ra d a s i T P H ( % )
Gambar 11 Persentase degradasi TPH setelah 14 hari dalam proses biodegradasi HOW skala laboratorium
Tabel 9 Perlakuan persen padatan dan tingkat cemaran pada kombinasi perlakuan (+1/- 1)
No. X1 (% padatan) X2 (% cemaran) % degradasi
-1 10,5 -1 48.84
-1 10,15 1 80.16
1 40,5 -1 29.19
1 40,15 1 4.37
Penelitian Eris (2006) mendapatkan terjadi degradasi TPH optimum minyak diesel sebesar 85,29 % dari kombinasi perlakuan sebesar 32,62 % padatan dan 9,09 % cemaran.
Heavy oil waste mempunyai kandungan PAH yang cukup tinggi sehingga diduga bakteri belum mendapatkan kondisi yang optimal dalam mendegradasi
hidrokarbon rantai panjang dan rantai karbon struktur cincin. Bakteri diduga juga kesulitan mendegradasi rantai-rantai hidrokarbon secara monokultur atau hanya dua species saja. Diduga dalam proses biodegaradasi HOW dibutuhkan konsorsium bakteri lain untuk membantu proses biodegrasi HOW lebih baik. Hasil penelitian Charlena (2010) mendapatkan bahwa campuran 3 species bakteri mampu mendegradasi HOW lebih baik dari pada campuran 2 jenis species bakteri. Selain itu perlu penambahan substrat lain seperti serbuk gergaji dan pupuk untuk meningkatkan kinerja bakteri dalam mendegradasi HOW terutama fraksi aromatik dan alifatik.
Hidrokarbon dengan struktur cincin lebih sulit didegradasi oleh mikroba dari pada hidrokarbon rantai lurus. HOW mempunyai kandungan PAH yang tinggi yang didominasi oleh pyrene sebesar 1.080 mg/kg dan phenanthrene sebesar 1.240 mg/kg. Struktur kimia pyrene dan phenanthrene yang mempunyai rantai carbón struktur cincin seperti yang disajikan pada Gambar 12.
Pyrene (C16H10) Phenanthrene (C14H10)
Gambar 12 Struktur Kimia Pyrene dan Phenanthrene
4.3.2. Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen Padatan terhadap Pertumbuhan Populasi Bakteri
Proses biodegradasi memerlukan adanya aktivitas mikroba yang merupakan organisme yang potensial digunakan untuk mendegradasi limbah minyak bumi, termasuk HOW. Beberapa mikroba, termasuk bakteri, telah lama diketahui mempunyai kemampuan dalam mendegradasi limbah minyak bumi. Dalam proses biodegradasi, mikroba akan memanfaatkan karbon dari HOW sebagai sumber energinya.
34 0 2 4 6 8 10 10,5 10,15 40,5 40,15
X1,X2 (Kombinasi % padatan dan % TPH)
log T P C ( cf u /m l)
Gambar 13 Pertumbuhan mikroba setelah 14 hari dalam proses biodegradasi HOW skala laboratorium
Dari semua perlakuan perbandingan persentase tingkat cemaran dan padatan, dengan metode TPC, populasi bakteri yang tumbuh berkisar antara 4,1x107-1,6x109 CFU/ml. Kombinasi persentasi bahan pencemar dan padatan dengan nilai degradasi tertinggi, yaitu perlakuan 15% bahan pencemar dan 10 % padatan memiliki pertumbuhan populasi bakteri 3,8x108 CFU/ml.
Pada HOW didapatkan PAH yang tinggi sehingga menyebabkan bakteri sulit mendegradasi hidrokarbon dengan rantai cincin apalagi PAH yang dominan didominasi oleh hidrokarbon dengan jumlah cincin 3 atau lebih. Senyawa PAH ini dapat bersifat toksik bagi bakteri. Namun dari penelitian Charlena (2010) diketahui bahwa bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 mempunyai kemampuan untuk tumbuh dan mendegradasi PAH hidrokarbon cincin.
4.3.3. Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen Padatan terhadap Perubahan pH
Biodegradasi limbah minyak bumi dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan yang sangat penting dalam mengoptimalkan pertumbuhan mikroba dan kemampuannya dalam mendegradasi limbah hidrokarbon. Salah satu faktor yang mempengaruhi tersebut adalah pH.
Pada penelitian skala laboratorium, pH masing masing perlakuan berkisar pH 6-7. Selama proses biodegradasi berlangsung pH berada pada selang pH normal.
Bakteri pada umumnya dapat tumbuh baik pada pH normal 6-8 yang merupakan selang pH yang kondusif bagi pertumbuhan bakteri dan proses metabolismenya dalam memanfaatkan HOW sebagai sumber karbonnya.
Biodegradasi minyak bumi dipengaruhi oleh nilai pH yang terjadi pada lingkungan tersebut. Mayoritas mikroorganisme tanah akan tumbuh dengan subur pada pH antara 6 sampai 8. Ekstrimnya nilai pH pada beberapa tanah dapat memperlambat kemampuan mikroorganisme dalam mendegradasi hidrokarbon (Leahy dan Colwell, 1990).
Tingkat keasaman (pH) merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi laju pertumbuhan bakteri, kemampuan bakteri dalam membangun sel, transportasi melalui mebran sel dan keseimbangan reaksi katalis (Cookson, 1995). Tingkat keasaman (pH) dapat berubah selama pertumbuhan mikroba. Peningkatan pH dapat terjadi jika adanya proses reduksi nitrat membentuk ammonia atau gas nitrogen, sedangkan penurunan pH terjadi bila terbentuknya asam-asam organik sebagai hasil proses fermentasi (Tanner, 1997).
Dari pembahasan hasil penelitian skala laboratorium diatas didapatkan kondisi terbaik proses degradasi HOW dengan teknik bioslurry menggunakan bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 yaitu pada kombinasi tingkat cemaran 15 % dan 10 % padatan dengan nilai degradasi HOW terbaik sebesar 80,16 % yang diterapkan pada penelitian dengan skala yang lebih besar yaitu skala 32 Liter.