KESIMPULAN DAN SARAN 82 DAFTAR PUSTAKA
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Limbah Air Asam Tambang
2.3. Bakteri Pereduksi Sulfat
2.3.1. Sumber Karbon dan Energi Bakteri Pereduksi Sulfat
Ada beberapa tipe sumber karbon dan energi yang digunakan oleh bakteri pereduksi sulfat. Lens et al., (1998) mengemukakan bahwa bakteri pereduksi sulfat mampu memanfaatkan berbagai macam sumber karbon. Karbon tersebut merupakan sumber energi bagi aktivitas metabolisme dan kehidupan mikroorganisme. Reaksi reduksi sulfat oleh bakteri pereduksi sulfat mengikuti persamaan seperti berikut,
SO42- + 8e- + 4H2O à S2- + 8OH-
Pada reaksi tersebut, elektron yang dibutuhkan diperoleh dari aktivitas oksidasi bahan organik (laktat, asetat, propionat, dan lain- lain) yang dilakukan oleh bakteri pereduksi sulfat. Disamping sebagai donor elektron, sumber karbon
juga berfungsi sebagai sumber energi. Skema proses metabolisme reduksi sulfat dan pemanfaatan sumber karbon disajikan pada Gambar 4. Pada tahap awal sumber karbon akan dioksidasi dan menghasilkan ATP, kemudian ATP tersebut dimanfaatkan untuk mereduksi sulfat menjadi sulfida. Pada kondisi dimana hidrogen dipergunakan sebagai donor elektron, maka CO2 akan dimanfaatkan sebagai sumber karbon. Beberapa sumber karbon yang dapat dipergunakan oleh bakteri pereduksi sulfat disajikan pada Tabel 2.
Gambar 4. Skema proses metabolisme reduksi sulfat dan pemanfaatan sumber karbon (Postgate, 1984)
Banyak teori yang membahas mekanisme reduksi sulfat oleh bakteri pereduksi sulfat, salah satunya yang dikemukakan oleh Matias et al., (2005). Pada mekanisme ini, energi yang diperoleh dari oksidasi laktat ditransfer ke hidrogenase yang berada di sitoplasma dan menghasilkan H2. H2 kemudian dioksidasi kembali untuk menghasilkan elektron, dan melepaskan proton H+ yang dipergunakan untuk mendorong pembentukan ATP. ATP kemudian dipergunakan dalam proses bertahap reduksi sulfat menjadi S2-(Gambar 5).
Sumber karbon CO2+H2O+CH3COOH atau CO2, H2O ADP ATP Menghasilkan elektron Flovoproteins, sitochrome C3, dll. menghasilkan ATP SO42- + H2O S2- + OH- ADP ATP ADP ATP
Tabel 2. Donor elektron dan sumber karbon bakteri pereduksi sulfat (Hansen, 1988)
Kelompok Senyawa Sumber karbon dan energi
Anorganik Hidrogen, karbon dioksida
Asam monokarboksilat Format, asetat, propionat, isobutarat, 2- dan 3- metilbutirat, asam lemak C tinggi (sampai C20), piruvat, laktat
Asam dikarboksilat Suksinat, fumarat, malat, oksalat, maleinat, glutarat, pimelat
Alkohol Metanol, etanol, propanol, butanol, glikol etilen, 1, 2 dan 1,3 –
propenediol, gliserol
Asam amino Lisin, serin, sistin, treonin, valin, leusin, isoleusin, aspartat,
glutamat, fenolalanin
Lain-lain Kolin, furfural, oksamat, fruktosa, benzoat, 2-, 3-, dan 4-OH-
benzoat, sikloheksan karbonat, hipurat, asam nikotin, indol, antranilat, quinolin, fenol, p-cresol, katechol, resorcinol, hidroquinin, protokatechuat, floroglusinol, pirogalol, 4-OH- fenilasetat, 3-fenilpropionat, 2-aminobenzoat, dihydroksiaseton
Gambar 5. Skema aliran elektron dalam sel Desulfovibrio, dimana H2 atau senyawa organik sebagai sumber energi dan sulfat sebagai akseptor elektron (Matias et al., 2005;Dikutip atas ijin Carrondo, 2009)
Mekanisme lain adalah yang diusulkan oleh Odom dan Peck (1981). Mekanisme ini merupakan model siklus hidrogen yang dimanfaatkan oleh bakteri yang hidup dengan laktat sebagai sumber karbon organik (Gambar 6). Elektron dari laktat akan digunakan oleh hidrogenase sitoplasma untuk menghasilkan hidrogen yang dapat melewati membran sel dan digunakan oleh dehidrogenase periplasma. Proton yang dihasilkan akan tetap berada di periplasma, sedangkan elektron ditransfer keluar membran sel untuk mereduksi sulfat.
Gambar 6. Skema mekanisme siklus hidrogen untuk menghasilkan energi pada
Desulfovibrio yang tumbuh pada laktat sebagai sumber energi dan sulfat sebagai akseptor elektron (Odom dan Peck, 1981; Dikutip atas ijin Carrondo, 2009).
Desulfotomaculum thermocisternum merupakan bakteri yang memanfaatkan hidrogen sebagai donor elektron dalam mereduksi sulfat (Nielsen
et al., 1996). Beberapa spesies bakteri pereduksi sulfat dilaporkan mampu mengoksidasi bahan organik seperti alkana (C13 sampai C18), 1-alkena (C15 dan C16) dan 1-alkanol (C15 dan C16), toluene, o-xylen, m- xylen, o-etiltoluen, m-
etiltoluen, p-xylen, naftalena, etilbenzen dan benzen (Perez-Jimenez et al., 2001; Elshahed dan McInerney, 2001; Morash et al., 2001; Harms et al., 1999; So dan Young, 1999; Nakagawa et al., 2002), sedangkan Widdel (1992) dan Dhillon et al. (2003) melaporkan bahwa Desulfobacterium memanfaatkan dan menguraikan asam lemak rantai pendek, etanol dan laktat.
Berdasarkan kemampuannya dalam mengoksidasi sumber karbon, bakteri pereduksi sulfat dibagi menjadi dua kelompok, yakni (1) kelompok yang mengoksidasi sumber karbon secara sempurna menjadi CO2, dan (2) kelompok yang mengoksidasi sumber karbon tidak sempurna menghasilkan asetat dan CO2. Beberapa spesies dari genus Desulfobacter, Desulfosarcina, Desulfococcus, Desulfobacterium, Desulfoorculus, Desulfomonile dan Desulfonema termasuk dalam kelompok yang mengoksidasi sumber karbon secara sempurna, termasuk beberapa spesies diantaranya adalah Desulfotomaculum acetoxidans, Desulfotomaculum sapomandens dan Desulfovibrio baarsii (Postgate, 1984; Colleran et al., 1995). Spesies bakteri pereduksi sulfat yang mengoksidasi sumber karbon secara tidak sempurna antara lain adalah Desulfovibrio thermophilus, Desulfovibrio sapovarans, Desulfomas pigra, Thermodesulfobacterium commune, dan sebagian besar spesies dari genus
Desulfotomaculum, Desulfomonas dan Desulfobulbus (Colleran et al., 1995). Tabel 3 menyajikan standar energi yang dibutuhkan (? Go) dalam proses oksidasi beberapa sumber karbon yang berbeda.
Postgate (1984) mengemukakan bahwa laktat merupakan sumber karbon yang paling banyak dimanfaatkan oleh bakteri pereduksi sulfat. Kelemahan penggunaan laktat adalah bahwa hanya sebagian dari laktat yang dioksidasi menjadi asetat dan CO2, sehingga jumlah laktat yang dibutuhkan untuk mereduksi sulfat lebih banyak. Disamping itu, dengan adanya asetat yang dihasilkan menyebabkan peningkatan COD pada sistem perairan.
Mekanisme penting bagi aktivitas bakteri pereduksi sulfat adalah proses reduksi sulfat tersebut berlangsung dalam kondisi anaerob dan kondisi faktor lingkungan yang optimal bagi pembentukan sulfida yang maksimal. Secara ringkas reaksi metabolik bakteri pereduksi sulfat dengan laktat sebagai sumber karbon utama adalah sebagai berikut (Bayoumy et al., 1998) :
Tabel 3. Data termodinamika oksidasi beberapa sumber karbon dan energi selama reduksi sulfat secara biologi (Postgate, 1984). Reaksi ? Go (Kcal/reaksi; Kcal/mole SO42-) Tipe 4H2 (hidrogen) + SO42-à 4H2O + S2- - 29,66 Oksidasi Sempurna
CH3COO- (asetat) + SO42-à H2O + CO2 + HCO3- + S2- - 2,97
4HCOO- (format) + SO42-à 4HCO3- + S2- - 43,70
4CH3COCOO- (piruvat) + SO42-à 4CH3COO- + 4CO2 + S2- - 79,20
Oksidasi tidak sempurna
2 CH5COCOO- (laktat) + SO42-à 2CH3COO- + 2CO2 + 2H2O + S2- - 33,60
2C4H4O52- (malat) + SO42-à 2CH3COO- + 2CO2 + 2 HCO3- + S2- - 43,30
2C4H2O42- (fumarat) + H2O + SO42-à 2CH3COO- + 2CO2 + 2 HCO3- + S2- - 45,50
4C4H4O42- (suksinat) + 3SO42-à 4CH3COO- + 4CO2 + 4 HCO3- + 3S2- - 36,00
2 C3H5O3- + SO42- à 2 CH3COO- + 2 CO2 + 2 H2O + S2- (laktat) (asetat)
Reduksi sulfat dapat terjadi pada kisaran pH, tekanan, suhu dan salinitas yang lebar, namun ketersediaan senyawa karbon sebagai donor elektron dan molekul hidrogen dapat menjadi pembatas. Disamping itu, reduksi sulfat juga dihambat oleh kehadiran oksigen, nitrat, dan ion Fe (III), dan kehadiran bakteri metanogenik yang juga memanfaatkan donor elektron (Bratcova et al., 2002).