VI. DAFTAR PUSTAKA
1.3. Kerangka Pemikiran
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.
4.4. Penelitian Skala 32 Liter
Penelitian tahap skala 32 L ini merupakan lanjutan dari penelitian skala laboratoium dimana percobaan terdiri dari perlakuan kombinasi bahan pencemar dan persen padatan dengan penambahan mikroba Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altutidinis MY12 dengan dua ulangan dan tanpa penambahan mikroba(sebagai kontrol). Penelitian tahap skala 32 L dilakukan selama 28 hari dengan selang
36
pengamatan 7 hari. Penentuan lama waktu degradasi 28 hari ini berdasarkan penelitian Charlena (2010) bahwa proses degradasi HOW mulai melambat dan bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altutidinis MY12 mulai mengalami penurunan pertumbuhan jumlah sel pada hari ke ke 21 dan 28.
4.4.1. Degradasi Hidrokarbon
Selama 28 hari proses biodegradasi oleh bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 terhadap Heavy Oil Waste (HOW), diperoleh penurunan TPH sebesar 36,61% untuk perlakuan dengan penambahan bakteri. Sedangkan tanpa penambahan bakteri penurunan TPH terjadi sebesar 13,50 % (Gambar 14). 0 5 10 15 20 7 14 21 28
Lama Proses Biodegradasi (hari)
K ad ar T P H ( %) Degradasi TPH perlakuan1 Degradasi TPH perlakuan2 Degradasi TPH kontrol 0 10 20 30 40 50 7 14 21 28
Lama Proses Biodegradasi (hari)
L aj u d egr ad as i (% T P H/h ar i)
Gambar 14 Penurunan persentase TPH dalam proses biodegradasi HOW
Dari hasil proses biodegradasi HOW skala 32 L terlihat bahwa dua perlakuan mengalami penurunan nilai TPH yang lebih rendah dari kontrol. Trend proses degradasi pada minggu pertama berlangsung lambat atau cenderung datar. Ini memperlihatkan bahwa bakteri yang mempunyai kemampuan dalam degradasi HOW masih dalam masa adaptasi terhadap bahan pencemar dalam memanfaatkan HOW sebagai sumber karbon. Setelah satu minggu hingga minggu kedua nilai degradasi TPH dan proses degradasi berjalan lebih cepat dengan grafik yang menurun tajam. Hal ini memperlihatkan bahwa mikroba telah memanfaatkan HOW sebagai sumber karbon dalam proses metabolismenya. Pada minggu ke tiga hingga keempat penurunan nilai TPH kembali perlahan dan laju degradasi mulai menurun ditandai dengan grafik terlihat melandai. Hal ini memperlihatkan bahwa bakteri sudah berada pada fase stationer kehidupannya dan menuju pada fase kematian.
Mariano et al. (2007) dan Sook Oh et al. (2001) menyatakan bahwa tingkat degradasi hidrokarbon juga dipengaruhi oleh keseimbangan nutrien yang dibutuhkan bakteri dalam proses pemanfaatan hidrokarbon untuk hidupnya. Kekurangan unsur N dan P dapat menghambat kerja bakteri dalam mendegradasi hidrokarbon yang berakibat pada rendahnya tingkat degradasi bakteri terhadap sumber karbon yang tersedia yang berasal HOW.
Perbedaan disain reaktor, metode dan disain agitator dan kecepatan agitasi diduga juga mempengaruhi proses biodegradasi oleh bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altutidinis MY12. Beberapa kondisi ini diduga mempengaruhi ketersediaan oksigen bagi mikroba.
Mikroorganisme pendegradasi minyak bumi umumnya tergolong dalam mikroorganisme aerob, sehingga adanya oksigen sangat penting dalam proses degradasi. Ketersediaan oksigen pada tanah tergantung pada tingkat konsumsi oksigen oleh mikroorganisme, jenis tanah dan keberadaan substrat yang dapat digunakan untuk mengurangi oksigen. Keberadaan oksigen merupakan faktor pembatas laju degradasi hidrokarbon. Kebutuhan akan oksigen digunakan untuk mengkatabolisme senyawa hidrokarbon dengan cara mengoksidasi substrat dengan katalis enzim oksigenase. Hidrokarbon juga dapat didegradasi secara
38
anaerobik tetapi laju degradasi hidrokarbon tersebut lebih lambat jika di bandingkan dengan hidrokarbon yang didegradasi secara aerobik (Leahy dan Colwell, 1990).
Mikroorganisme dapat memperoleh oksigen dalam bentuk oksigen bebas yang terdapat di udara dan tanah, serta oksigen yang terlarut dalam air. Dalam studi laboratorium, penambahan oksigen dapat dilakukan dengan pengadukan dan aerasi. Pengadukan menyebabkan pecahnya lapisan minyak pada permukaan air sehingga berlangsung suplai oksigen dari udara. Dengan demikian kebutuhan mikroorganisme akan oksigen terpenuhi. Di samping itu, aerasi dan pengadukan menyebabkan terjadinya kontak yang lebih intensif antara mikroorganisme dengan senyawa hidrokarbon pencemar sehingga degradasi oleh mikroorganisme dapat berlangsung lebih cepat.
Bioremediasi tanah terkontaminsai petroleum hydracarbon dengan proses Bioslurry pada skala pilot oleh Banerji et al. (1997) mendapatkan hasil bahwa degradasi kandungan TPH berlangsung cepat pada 7 hari pertama hingga minggu kedua, setelah itu penurunan TPH berlangsung lambat hingga hari ke 30. Setelah 48 hari proses biodegradasi dengan proses bioslurry , penurunan TPH mencapai 91%. Bioslurry reaktor dengan sirkulasi yang memadai dapat menurunkan TPH pada tanah lebih besar dari 90% dalam waktu 48 hari, Namun demikian untuk beberapa tanah yang terkontaminasi petroleum hidrokarbon jangka waktu ini mungkin tidak cukup dan membutuhkan proses bioremediasi lebih lanjut.
4.4.2. Pertumbuhan Mikroba
Pertumbuhan mikroorganisme secara umum dapat dibagi menjadi empat fase, yakni fase lag (pertumbuhan lambat), fase pertumbuhan logaritmik, fase stasioner dan fase kematian. Keberadaan mikroorganisme ditentukan oleh kemampuan metabolisme tiap-tiap individu serta ketahanan terhadap metabolic toksik. Degradasi senyawa hidrokarbon berhubungan dengan populasi bakteri, pada tahap awal mikroorganisme beradaptasi di lingkungan minyak heavy oil, kemudian pada saat pertumbuhan sel bakteri berada pada fase pertumbuhan logaritmik maka senyawa hidrokarbon yang ada akan semakin berkurang akibat aktivitas mikroorganisme dan pada saat mikroorganisme tersebut sudah tidak
mampu mendegradasi senyawa hidrokarbon yang ada maka pertumbuhannya akan terus menurun dan akhirnya sel bakteri tersebut akan mati. (MECHEA, 1991).
0 2 4 6 8 10 0 7 14 21 28
Lama proses biodegradasi (hari)
log T P C ( cf u /m l)
Gambar 16 Populasi bakteri dalam proses biodegradasi HOW
Populasi bakteri pendegradasi HOW berlangsung cepat hingga hari ke 14, kemudian cenderung datar hingga hari ke 28. Dari gambar 16 terlihat bahwa jumlah populasi mikroba masih cukup tinggi pada hari ke 28 yang memungkinkan proses biodegradasi masih dapat terus berlajut dengan menjaga kondisi yang optimum bagi mikroba untuk tumbuh dan memanfaatkan HOW sebagai sumber energinya sehingga proses biodgradasi dapat terus berlanjut.
Hasil penelitian Hidayati (2009), bakteri pendegradsi PAH menunjukkan pertumbuhan yang tajam pada hari ke 0 hingga hari ke 7 dan pertumbuhan mulai melambat estela hari ke 14 dan menurun secara perlahan hingga hari ke 28. Sementara Charlena (2010) mendapati bahwa bakteri pendegradasi HOW megalami pertumbuhan yang pesat pada minggu pertama dan mulai melambat hingga minggu ke-2 dan menurun perlahan hingga hari ke 28. Jumlah pertumbuhan bakteri berkisar antara 106 hingga 109 CFU/ml yang merupakan kisaran jumlah bakteri yang optimum dalam mendegradsi hidrokarbon (Trinidad, 2004).
40
4.4.3. Perubahan pH
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).
0 2 4 6 8 10 7 14 21 28
Lama proses biodegradasi (hari)
pH pH perlakuan
pH kontrol
Gambar 17 Nilai pH selama proses biodegradasi HOW
Selama 28 hari proses biodegradasi HOW, terjadi perubahan pH baik pada bioreaktor dengan perlakuan penambahan bakteri maupun bioreaktor tanpa penambahan bakteri (kontrol). Pada perlakuan dengan penambahan bakteri, pH berkisar 7-9 sedangkan perlakuan tanpa penambahan bakteri pH berkisar 7-8. Kisaran pH ini merupakan kondisi lingkungan yang optimal untuk pertumbuhan bakteri dimana mikroba dapat tumbuh dengan baik dan optimal dalam melakukan proses degradasi bahan pencemar. Peningkatan pH selama proses biodegradasi dan cenderung basa ini memperlihatkan bahwa selama proses biodegradasi berlangsung terjadi reaksi yang menghasilkan amoniak
Hasil penelitian Charlena (2010), bakteri pendegradasi HOW tumbuh baik pada selang pH 6-8. Sedangkan pada penelitian Hidayati (2009) selama proses biodegradasi PAH menggunakan bakteri Bacillus megaterium pH berkisar pada
selang 7-8. Dalam proses biodegardasi minyak diesel didapat nilai pH 7-9 (Eris, 2006)
4.4.4. Perubahan Temperatur
Temperatur mempengaruhi kondisi fisik hidrokarbon yang mencemari tanah dan mikroorganisme yang mengkonsumsinya. Pada temperatur yang rendah, viskositas dari minyak meningkat sehingga penguapan rantai pendek alkana terkurangi dan kelarutan air menurun sehingga menunda terjadinya biodegradasi. Temperatur yang semakin tinggi dapat meningkatkan tingkat metabolisme hidrokarbon menjadi maksimum yaitu antara 30 – 40o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 7 14 21 28
Lama proses biodegradasi (hari)
Suhu oC Suhu perlakuan
Suhu kontrol
C. Di atas temperatur ini, aktivitas enzim akan menurun dan toksisitas hidrokarbon pada membran sel akan semakin tinggi (Leahy dan Colwell, 1990).
Gambar 18 Suhu selama proses biodergradasi HOW
Dalam proses biodegradasi skala 32 L, suhu perlakuan berkisar antara 28 – 30oC sedangkan suhu kontrol berkisar antara 29 – 34oC. Suhu yang optimum untuk pertumbuhan bakteri dan proses degradasi adalah berada pada kisaran 30 – 40o
Pemerintah Republik Indonesia telah mengeluarkan peraturan tentang Tatacara dan Persyaratan Teknis Pengolahan Limbah Minyak Bumi dan Tanah
C.
42
Terkontaminasi Oleh Minyak Bumi Secara Biologis yang tertuang dalam KepMen LH No.128 tahun 2003, dimana dalam Kepmen ini salah satunya mensyaratkan hasil akhir proses bioremediasi dengan TPH sebesar 1% atau 10.000 ppm.
Dalam proses biodegradasi HOW skala 32 L selama 28 hari didapatkan persentase degradasi HOW sebesar 36,69% dengan nilai TPH akhir 11,93 %. Nilai TPH ini masih jauh diatas nilai TPH yang disyaratkan oleh otoritas lingkungan hidup di Indonesia yaitu Kementerian Negara Lingkungan Hidup (KMLH).
HOW dapat didegrasi oleh bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY 12. Laju biodegrasi tersebut dipengaruhi oleh persentase jumlah padatan dan cemaran. Pada skala laboratorium didapat perlakuan terbaik kombinasi 10 % padatan dan 15 % cemaran dengan tingkat degradasi HOW mencapai 80,16 %.
Pada penerapan skala yang lebih besar, 32 L, diperoleh hasil bahwa setelah proses biodegradasi berlangsung selama 28 hari didapatkan degradasi HOW sebesar 36,69% dengan nilai TPH akhir 11,93 %. Laju degradasi tertinggi dicapai pada minggu pertama dan kedua , yaitu sebesar 44,57 mg/L TPH per hari dan 37,57 mg/L TPB per hari. Hal ini disebabkan oleh mikroba yang telah memanfaatkan HOW sebagai sumber karbon dalam proses metabolismenya
5.2. Saran
Perlu penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan kondisi optimum proses bioremediasi heavy oil waste dengan teknik bioslurry, misalnya dengan menggunakan bakteri Salipiger sp. MY7 atau Bacillus altutidinis MY12, dan optimasi kondisi proses seperti komposisi media (misalnya kadar nutrisi Nitrogen dan Phospor), suplai oksigen/kecepatan agitasi, dan lain sebagainya.