PENANGANAN LIMBAH PLASTIK DENGAN TEKNOLOGI PIROLISIS DAN BIODEGRADASI DENGAN BAKTERI PESUDOMONAS SP
1Rusdianto Hamid, 2Muhammad Natsir Djide, 2Roslinda Ibrahim
1Mahasiswa Program Studi Teknik Lingkungan, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin
2Dosen Pengajar Prodi Teknik Lingkungan, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin
e-mail: Rusdianto.hamid@gmail.com
Abstrak
Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas. Pirolisis dilakukan di dalam sebuah reaktor dengan pengurangan atmosfer (hampa udara) pada temperatur hingga 800oC. Limbah plastik melalui proses pirolisis mampu diubah menjadi feedstock petrokimia seperti nafta, liquid dan wax seperti hidrokarbon dan gas serta minyak dasar untuk pelumas. proses pengolahan sampah plastik dengan proses pirolisis memiliki kelemahan yaitu tidak efisien pada pembuatan reaktor dalam skala besar hal ini diakibatkan oleh terjadinya bubling, chanelling, dan kurang ekonomis sehingga masih menyisakan residu. Untuk mengatasi kelemahan proses pirolisis diperlukan proses tambahan untuk mendegradasi secara sempurna sampah plastik hasil sisa dari proses pirolisis. Metode yang digunakan adalah dengan biodegradasi menggunakan bakteri Pseudomonas sp. Pseudomonas Sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Hasil percobaan pirolisis pada suhu 300oC dan 400oC penurunan massa yang paling tinggi berada pada waktu operasi 60 menit dan suhu 400oC dengan penurunan massa sebesar 82,3651%. Untuk mendegradasi residu pirolisis dilakukan dengan bakteri pseudomonas sp yang telah diisolasi dari lingkungan tercemar hidrokarbon. Berdasarkan hasil biodegradasi dengan metode kolom Winogradsky, penurunan massa residu pirolisis sebanyak 2,2411% selama satu bulan. Sehingga penurunan massa limbah plastik hasil kombinasi teknologi pirolisis dan biodegradasi adalah sebesar 82,3651%.
Kata kunci: limbah plastik, pirolisis, biodegradasi, Pseudomonas sp Abstract
Pyrolysis is the chemical decomposition of organic material with a heating process with less or no oxygen or other reagents, in which the raw material will undergo breakdown of the chemical structure into the gas phase. The pyrolysis performed in a reactor with a reduction atmosphere (not air) at temperatures up to 800 oC. Plastic waste through the pyrolysis process is able to be converted into petrochemical feedstock such as naphtha, liquid and gas hydrocarbons and wax as well as base oils for lubricants. processing of plastic waste by pyrolysis process has the disadvantage of inefficient on a large scale manufacture of reactors in this case caused by the occurrence of bubling, channeling, and less economical so that still leaves a residue. To overcome the disadvantages of the pyrolysis process required an additional process to completely degrade plastic waste residual result of the pyrolysis process. The method used is by biodegradation using bacteria Pseudomonas sp. Pseudomonas sp is hydrocarbonoclastic bacteria capable of degrading various types of hydrocarbons. The experimental results pyrolysis at temperatures of 300 oC and 400 oC highest loss of mass is at the operating time of 60 minutes and the temperature of 400 oC with a mass reduction of 82.3651%. To degrade the pyrolysis residue is done by bacteria Pseudomonas sp which has been isolated from hydrocarbon contaminated environments. Based on the results of biodegradation by Winogradsky column method, pyrolysis residual mass loss as much as 2.2411% for a month. So that the mass reduction of plastic waste pyrolysis technology and the result of a combination of biodegradation amounted to 82.3651%. Keywords: plastic waste, pyrolysis, biodegrade, Pseudomonas sp
PENDAHULUAN
Sampah plastik merupakan masalah tersendiri yang di hadapi dalam penanganan persampahan, hal ini dikarenakan sampah plastik tersusun atas polimer hidrokarbon dengan ikatan rantai yang tidak mudah diurai oleh alam baik secara fisika, kimia, maupun biologi, sehingga di butuhkan waktu yang sangat lama untuk mengurai sampai plastik.
Menurut Gnanavel et al. (2014)
penguraian sampah plastik di alam
memerlukan waktu yang relatif sangat lama tergantung pada kedaan lingkungan maupun struktur kimia polimer limbah plastik,
sedangkan produksi sampah plastik
Indonesia mencapai 175.000 ton per hari, hal ini tentu akan menimbulkan masalah serius bagi lingkungan, baik untuk generasi sekarang bahkan untuk generasi yang akan datang.
Perlu adanya alternatif proses daur ulang yang lebih menjanjikan dan berprospek ke depan. Salah satunya mengonversi sampah plastik menjadi minyak. Hal ini bisa dilakukan karena pada dasarnya plastik berasal dari minyak bumi, sehingga tinggal dikembalikan ke bentuk semula. Selain itu plastik juga mempunyai nilai kalor cukup tinggi, setara dengan bahan bakar fosil seperti bensin dan solar.
Beberapa penelitian seputar konversi
sampah plastik menjadi produk cair
berkualitas bahan bakar telah dilakukan dan menunjukkan hasil yang cukup prospektif untuk dikembangkan. Perlu dicari data-data kinetika pirolisis dan penentuan kondisi operasi yang sesuai. Data-data itu berguna untuk rancang bangun reaktor pirolisis, namun penggunaan pirolisis dalam skala tempat pembuangan akhir (TPA) dianggap masih kurang efisien, hal ini diakibatkan oleh aliran udara panas yang mengangkut potongan hidrokarbon menjadi tidak merata, perekahan polimer plastik menjadi tidak sempurna serta diperlukan proses pemanasan
yang tinggi dengan waktu yang lama, sehingga metode pirolisis dianggap kurang efisien.
Pseudomonas sp merupakan bakteri
hidrokarbonoklastik yang mampu
mendegradasi berbagai senyawa
hidrokarbon. Keberhasilan bakteri
Pseudomonas dalam upaya bioremediasi
lingkungan akibat pencemaran hidrokarbon
membutuhkan pemahaman tentang
mekanisme interaksi antara bakteri
Pseudomonas sp dengan senyawa
hidrokarbon (Anonymous, 2010).
TINJAUAN PUSTAKA
Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya. Pirolisis dilakukan di dalam sebuah reaktor pengurangan atmosfer (hampa udara) pada temperatur hingga 800oC (Ramadhan, 2013). Limbah plastik melalui proses pirolisis mampu diubah menjadi feedstock petrokimia seperti nafta, liquid dan wax seperti hidrokarbon dan gas serta minyak dasar untuk pelumas. Teknik pirolisis telah digunakan sejak awal tahun 1930 di Jerman untuk peningkatan residu
hidrogenasi yang diperoleh dari
pencairan/pelelehan batubara. Keunggulan nyata dari pirolisis dibandingkan dengan pembakaran (incineration), yaitu dapat mereduksi gas buang hingga 20 kali. Disisi lain, produk pirolisis dapat dimanfaatkan lebih fleksibel dan penanganannya lebih mudah. Proses pirolisis sampah plastik merupakan teknologi konversi termokimia yang masih perlu dikembangkan. Selain itu,
keterbatasan data-data kinetik untuk
penentuan persamaan laju termal
dekomposisi secara menyeluruh.
Proses perengkahan limbah plastik menjadi energi umunya menggunakan
reaktor kataltik terfluidisasi atau fluidized
bed reaktor (FBR). Dalam reaktor, terjadi
kontak antar fluida gas dengan limbah plastik. Kontak ini akan menyebabkan terbawanya material hidrokarbon yang telah mengalami cracking atau perengkahan. Pada reaktor dengan skala besar proses kontak antara fluida gas dengan limbah plastik, sering terjadi penyebaran fluida gas yang tidak merata saat proses kontak berlangsung.
Hal ini disebabkan karena adanya
penggelembungan (bubbling), penorakan
(sluwing) dan saluran-saluran fluida yang
terpisah (channeling) (Satrio, 2008).
Channeling adalah tidak meratanya
penyebaran fluida pada seluruh permukaan limbah plastik, sehingga menyebabkan hanya sebagian dari limbah plastik yang berkontak dengan fluida. Hal ini dapat mengakibatkan penurunan kualitas yield yang diperoleh selama proses pirolisis limbah plastik. Selain ketiga faktor tersebut, faktor lain yang berpengaruh adalah
kecepatan minimum fluidisasi yang
didefinisikan sebagai kecepatan minimal yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi terjadi (Satrio, 2008).
Kecepatan fluidisasi mempengaruhi kontak antara fluida yang digunakan dalam proses konversi dengan limbah plastik. Kontak yang terjadi menyebabkan ikatan antara molekul fluida dengan molekul hidrokarbon dari hasil cracking lirnbah plastik, yang selanjutnya diolah menjadi energi.
Pada penelitian yang dilakukan Miller
et al. (2005), bahan baku berupa
polyethylene dipanaskan hingga mencapai
suhu 800 0 C sampai 1000 o c sehingga
menyebabkan polyethylene mencair dan
mengalami cracking menjadi komponen hidrokarbon. Konversi yang diperoleh pada penelitian tersebut adalah 60% yang terdegradasi. Konversi yang diperoleh belum optimal, hal ini dimungkinkan karena terjadi channeling pada reaktor dan
kecepatan minimum fluidisasi yang
digunakan tidak sesuai dengan kebutuhan proses tersebut.
Untuk mengatasi permasahalan diatas
di perlukan proses tambahan untuk
mendegradasi secara sempurna sampah plastik hasil sisa dari proses pirolisis. Metode yang digunakan adalah dengan
biodegradasi menggunakan bakteri
Pseudomonas sp. Pseudomonas Sp
merupakan bakteri hidrokarbonoklastik
yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon.
Bakteri dalam aktifitas hidupnya memerlukan moelekul karbon sebagai salah satu sumber nutrisi dan energi untuk
melakukan metabolisme dan
perkembangbiakannya. Secara khusus,
kelompok mikroba yang mampu
menggunakan sumber karbon yang berasal dari senyawa hidrokarbon disebut mikroba hidrokarbonoklastik (Nugroho, 2006).
Pseudomonas sp merupakan bakteri
hidrokarbonoklastik yang mampu
mendegradasi berbagai senyawa
hidrokarbon. Keberhasilan bakteri
Pseudomonas dalam upaya bioremediasi
lingkungan akibat pencemaran hidrokarbon
membutuhkan pemahaman tentang
mekanisme interaksi antara bakteri
Pseudomonas sp dengan senyawa
hidrokarbon (Anonymous, 2010).
Pseudomonas sp menggunakan
hidrokarbon alifatik untuk pertumbuhannya. Penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobik (menggunakan
oksigen). Tanpa adanya oksigen,
hidrokarbon ini tidak didegradasi. Langkah pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh
oleh Pseudomonas sp. meliputi oksidasi
molekuler (O2) sebagai sumber reaktan dan
hidrokarbon teroksidasi. Reaksi lengkap dalam proses ini dapat dilihat pada gambar 1
Gambar 1 Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik
Alkana, alkohol primer, dan komponen
lain menginduksi seluruh aktifitas
pengoksida alkana pada Pseudomonas sp
yang membawa plasmid OCT (octane
degrade) dan CAM-OCT (camphoroctane
degrade). Induksi ini dihambat oleh kerja
rifampin (sintetik dari antibiotic rifamisisn) dan menunjukkan bahwa induksi merupakan hasil dari sintesis protein alkana hidroksilase (Nugroho, 2006)
METODE
A. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN
Penelitian ini berlangsung selama bulan November 2015 – Juni 2016 yang dilaksanakan di tiga tempat berbeda sesuai dengan percobaannya, yaitu di Laboratorium Kualitas Air Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin (Unhas), Laboratorium Kimia
Dasar Fakultas Teknik Unhas dan
Laboratorium Mikrobiologi Fakultas
Farmasi Unhas.
B. TAHAP PIROLISIS
Jenis limbah plastik yang akan dipirolisis adalah plastik dengan jenis PP
(PolyPropylene) sebanyak 200 gram, LDPE
(Low Density Poly Ethelene) sebanyak 200
gram dan PET (PolyEthelene Terephtalate) sebanyak 600 gram. Sebelum diproses, plastik terlebih dahulu di keringkan dan dibersihkan dari bahan pengotor, sampah plastik yang telah dikeringkan selanjutnya dipotong-potong dalam ukuran rata-rata 1-2 cm2. Kemudian ditimbang dengan berat awal
(𝑚0) 1000 gram, kemudian masukkan
sampah kering plastik kedalam reaktor.
Kemuadian proses pemanasan reaktor
dijalankan dan ditunggu hingga suhu yang ingin dipelajari. Setelah mencapai suhu yang ditentukan, maka pada saat itu waktu dihitung sebagai waktu awal (to), setelah itu
pemanasan dilanjutkan dan dilakukan
penimbangan pada neraca sebagai massa residu padat (𝑚𝑡).
Selanjutnya dilakukan proses
pirolisis dengan jenis sampel sama seperti proses sebeumnya, akan tetapi pada proses ini hanya mengambil data tambahan untuk mencarari massa residu padat saat mencapai konstan (𝑚∞) pada waktu dan suhu yang akan di pelajari, kemudian proses dihentikan dan waktu dihitung sebagai waktu maximum (τ).
Penentuan nilai konversi volatile
matter (𝑋𝑠) atau devolatilization degree
dihitung berdasarkan persamaan (3).
𝑿𝒔 = [𝒎𝟎− 𝒎𝒕]/[𝒎𝟎− 𝒎∞]
Dengan :
𝑚0 = massa awal pada saat pemanasan (gram) 𝑚𝑡= massa residu padat saat suhu yang
dinginkan (gram)
𝑚∞= massa residu padat t=τ pada suhun
C. PROSES BIODEGRADASI
Uji biodegradasi plastik yang
digunakan dalam penelitian adalah metode Kolom Winogradsky. Kolom ini merupakan miniatur kolom buatan yang berisi tanah atau sedimen, yang dapat menjadi salah satu metode pengayaan kultur yang menunjukkan
ekologi mikroorganisme pada suatu
ekosistem serta stratifikasi donor elektron masing-masing lapisan.
Siapkan sampel hasil residu sampah plastik dari proses pirolisis, kemudian sebelum ditimbang menggunakan timbangan analitik digital, pastikan sampel dalam keadaan kering dan bersih dari bahan pengotor, kemudian sterilkan sampah plastik dengan menggunakan alkohol 90% dan catat data berat kering awal (𝑚0).
Proses degradasi ini menggunakan metode Winogradsky Column dengan botol air mineral steril volume 1,5 L yang berjumlah 2 botol (bagian leher botol terpotong), satu botol digunakan sebagai kontrol perbandingan yaitu jenis plastik yang sama tetapi tanpa melalui proses pirolisis. Masing-masing botol tersebut diisi dengan 750 g sampel tanah yang telah diambil
sebelumnya. Pada lapisan kedua
ditambahkan Mineral Salt Medium (MSM) atau media minimal steril sebanyak 100 ml. Kemudian dimasukkan potongan plastik dengan pisau steril hingga tercelup pada substrat tanah sepenuhnya. Proses degradasi menggunakan metode ini dilakukan selama satu bulan dan dihitung berat kering plastik tiap Satu minggu.
Pengukuran kehilangan berat plastik dilakukan dengan cara menghitung selisih berat potongan plastik sebelum didegradasi dan setelah proses degradasi. Potongan plastik yang sudah terpisah dengan biofilm disterilisasi dengan alkohol 90% dan dikeringanginkan. Setelah kering, potongan plastik dimasukkan kedalam oven selama 40 menit pada suhu 150 °C. Potongan plastik yang telah dioven ditimbang berat keringnya.
Lakukuan hal yang sama pada percobaan
kontrol. Berikut rumus perhitungan
persentase kehilangan berat plastik.
Kehilangan berat =𝑊𝑖− 𝑊𝑓
𝑊𝑖
×100% Dengan:
𝑊𝑖 : Berat kering sebelum degradasi (gram) 𝑊𝑓 : Berat kering setelah degradasi (gram)
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. PENURUNAN MASSA LIMBAH
PLASTIK PADA PROSES PIROLISIS
Berdasarkan hasil percobaan
pirolisis yang dilakukan di Laboratorium Kualitas Air Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin diperoleh hasil yang dapat dilihat pada tabel 1 sebagai berikut:
Tabel 1. Data Hasil Percobaan Pirolisis Limbah Plastik
Waktu operasi sangat berpengaruh pada produk yang akan dihasilkan karena, semakin lama waktu proses pirolisis berlangsung, maka produk yang dihasilkan (minyak, tar dan gas) semakin naik. Kenaikan itu sampai waktu tak hingga (τ) yaitu waktu yang diperlukan sampai hasil padatan residu, tar, dan gas mencapai konstan. Nilai τ dihitung sejak proses isothermal berlangsung. Tetapi jika melebihi waktu optimal maka karbon akan teroksidasi
oleh oksigen (terbakar) menjadi
karbondioksida dan abu. Nilai τ sangat sulit untuk di amati pada percoabaan karena sifat moelekul plastik yang tidak seragam dan
No Suhu (oC) Waktu (Menit) Massa Awal (gram) Massa Residu Padat (gram) Massa residu padat (gram) t=τ 1 300 20 1000 620,32 307,17 2 300 40 1000 520,84 257,39 3 300 60 1000 254,91 130,01 4 400 20 1000 430,22 217,17 5 400 40 1000 250,31 128,17 6 400 60 1000 198,76 107,11
keterbatasan reaktor, sehingga nilai
𝑚∞ dianggap berada pada setengah atau mendekati setengah massa residu padat pada waktu dan suhu yang ditentukan.
Berikut merupakan grafik penurunan massa plastik akibat pirolisis
Gambar 2Grafik hubungan antara waktu dan
persentase penurunan massa
Grafik diatas menunjukkan bahwa waktu operasi pirolisis berbanding lurus dengan laju persentase penurunan massa pada limbah plastik. Persentase penurunan massa terendah terjadi pada waktu operasi 20 menit dengan penurunan massa sebesar 37,968% dan penurunan massa tertinggi terjadi pada waktu operasi 60 menit dengan penurunan massa sebesar 80,124% Menurut
Ramadhan (2013) hal ini diakibatkan semakin lama proses pirolisis berlangsung
maka ikatan rantai hidrokarbon sampah plastik dapat merekah dan terputus akibat terjadi kontak dengan panas dan tekanan pada reaktor menjadi senyawa hidrokarbon yang lebih pendek dan menjadi produk pirolisis seperti minyak, gas, dan tar.
B. PENGARUH WAKTU DAN SUHU
TERHADAP KONSERVASI VOLATILE
MATTER LIMBAH PLASTIK
Konversi massa limbah plastik atau konversi
volatile matter (Xs) di hitung berdasarkan
nilai 𝑚0, 𝑚𝑡dan 𝑚∞. Untuk menghitung konversi, massa plastik dalam reaktor (residu padat sisa porses pirolisis). Nilai (𝑚0− 𝑚𝑡)
adalah massa yang tervolatilisasi pada plastik tiap saat dan total massa yang bisa tervolatilisasi adalah (𝑚0− 𝑚∞).
Tabel 2 Data Hasil Perhitungan Volatile Matter Pirolisis
Berdasarkan tabel 2 terlihat bahwa konversi volatil sampah plastik (Xs) sangat dipengaruhi oleh waktu pirolisis. Semakin lama waktu proses pada reaktor piorolisis,
maka kesempatan dari volatile matter
melakukan dekomposisi berlangsung lebih lama dan Xs semakin naik. Begitu juga dengan variasi suhu, semakin tinggi suhu yang digunakan maka semakin besar pula fraksi volatile matter. Pengaruh waktu terhadap Xs pada berbagai variasi suhu dapat meberikan ilustrasi mengenai langkah reaksi yang berperan.
Berikut merupakan grafik laju volatile matter pada percobaan pirolisis
0 38 48 75 0 57 75 80 y = 23.348x - 18.271 R² = 0.9538 y = 25.836x - 11.573 R² = 0.8255 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 Pen u ru n an M as sa ( % )
Waktu Operasi (menit)
Suhu 300 °C Suhu 400 °C Linear (Suhu 300 °C) Linear (Suhu 400 °C)
No Suhu (oC) Waktu (Menit) Volatile Matter (𝑿𝒔) [𝟏 − (𝟏 − 𝑿𝒔) 𝟏 𝟑 ⁄] 1 300 20 0,5480 0,8493 2 300 40 0,6452 0,8817 3 300 60 0,8564 0,9521 4 400 20 0,7278 0,9093 5 400 40 0,8599 0,9533 6 400 60 0,8974 0,9658
Konversi massa limbah plastik atau konversi volatile matter (Xs) di hitung berdasarkan nilai 𝑚0, 𝑚𝑡dan 𝑚∞. Untuk menghitung konversi, massa plastik dalam reaktor (residu padat sisa porses pirolisis).
Nilai (𝑚0− 𝑚𝑡) adalah massa yang
tervolatilisasi pada plastik tiap saat dan total massa yang bisa tervolatilisasi adalah (𝑚0− 𝑚∞).
Berdasarkan hasil perhitungan Volatile
Gambar 3Pengaruh waktu operasi terhadap laju volatile matter
Grafik diatas menujukkan bahwa waktu operasi pirolisis sangat berpengaruh terhadap laju volatile matter atau fraksi yang terdekomposisi pada limbah plastik. Hal ini diakibatkan karena semakin lama waktu operasi mengakibatkan kesempatan proses perekahan rantai hidrokarbon limbah plastik
semakin lama, sehingga dapat
mengakibatkan laju dekomposisi semakin cepat dan semakin banyak rantai hidrokarbon yang terdekomposisi.
Berdasarkan grafik 4.6 hubungan antara [1-(1-Xs)(1⁄3)] dengan waktu operasi berbentuk linear dengan tangen arah [𝜏𝑟] atau
[(𝑟0. 𝜌)/(𝑚∞). 𝑘], menurut Mulyadi (2010) hal ini dapat membuktikan bahwa reaksi kimia yang berperan, sehingga kita dapat mengkorelasikan dengan baik data terhadap model homogen semu berdasarkan model kinetika reaksi heterogen, sehingga anggapan bahwa mekanisme reaksi mengikuti model reaksi homogen semu dapat dibenarkan.
Seperti halnya pengaruh waktu, kenaikkan suhu pirolisis juga menyebabkan bahan yang tervolatilisasi semakin besar, sehingga fraksi yang terdekomposisi (Xs) naik. Kenaikan itu, terjadi karena gerakan molekul-molekul volatil matter bertambah
sehingga frekuensi tumbukan (𝑘0) dan tenaga pengaktif (E) meningkat, akibatnya konstante laju dekomposisi (k) bertambah besar.
C. TAHAP ISOLASI DAN INOKULASI
BAKTERI
Proses isolasi dan inokulasi pada bakteri Pseudomonas sp dilakaukan pada daerah yang terpapar bahan pencemar oli bekas yang cukup tinggi. Tujuan isolasi dan inokulasi pada percobaan ini adalah untuk
membuktikan keberadaan bakteri
Pseudomonas sp pada lingkungan yang
mengandung kadar pencemaran hidrokarbon yang cukup tinggi, sehingga kita dapat
membuktikan bahwa bakteri Pseudomonas
sp dapat menggunakan karbon yang berasal dari limbah oli bekas sebagai sumber karbonnya.
Hasil percobaan isolasi dan inokulasi
yang dilakukan di Laboratorium
menunjukkan keberadaan bakteri
Pseudomonas sp pada medium selektif
CETA setelah melalui tahap inkubasi yang ditandai dengan terjadinya flouresensi saat medium di masukkan kedalam enkas dan terlihat pada mikroskop saat pewarnaan gram. Menurut Nugroho (2006) hal ini
diakibatkan Pseudomonas sp merupakan
bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrokarbon termasuk limbah tumpahan minyak bumi, plastik dan produk senyawa hidrokarbon lainnya.
(a) (b)
Gambar 4 Hasil Isolasi dan Inokulasi; (a) Bakteri Pseudomonas sp pada medium CETA saat di sinari UV (b) Tampilan mikroskop bakteri Pseudomonas sp saat dilakukan pewarnaan gram 0.84933774 0.88174591 4 0.95214504 4 0.90928213 4 0.95330293 7 0.96578525 9 y = 0.0514x + 0.7916 R² = 0.9565 y = 0.0283x + 0.8863 R² = 0.9059 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 20 40 60 [1 -(1 -Xs )^1 /3 ]
Waktu Oporasi (menit)
Suhu 300 °C Suhu 400 °C
D. BIODEGRADASI RESDIDU
PIROLISIS LIMBAH PLASTIK
MENGGUNAKAN BAKTERI
Pseudomonas sp DENGAN METODE
KOLOM WINOGRADSKY
Plastik yang merupakan polimer rantai panjang dan berulang sulit untuk
didegradasi. Mikroorganisme berperan
dalam degradasi biologis suatu polimer Komponen molekul kompleks tersebut dipecah menjadi komponen yang lebih
sederhana akan digunakan dalam
metabolisme menghasilkan sumber energi. Terkait hal tersebut, metode Kolom
Winogradsky diharapkan dapat
mengoptimalisasi biodegradasi, ditambah lagi limbah plastik telah melewati tahap pirolisis yang mengakibatkan susunan rantai hidrokarbon limbah plastik menjadi lebih rapuh dan lebih mudah didegradasi Sistem pengayaan ini akan membentuk formasi
pertumbuhan mikroorganisme dengan
kemampuan berbeda dalam menggunakan sumber karbon sederhana sebagai sumber energi.
Pada wadah kolom diisi tanah dari tempat pembuangan sampah warga yang berada di pekarangan sebagai inokulum dan
Tryticae Selective Broth (TSB) dan di susun
seperti pada gambar 4 adalah medium minim sumber karbon. Sebagai sumber karbon dalam penelitian ini adalah limbah plastik yang dibenamkan dalam tanah sampah.
Gambar 5 Uji Biodegrdasi Limbah Plastik
Menggunkan Kolom Winogradsky
Hasil perhitungan penurunan massa biodegradasi residu pirolisis limbah plastik dapat dilihat pada tabel 3 berikut.
Tabel 3 Data Hasil Perhitungan Penurunan Massa Biodegradasi Residu Pirolisis Limbah Plastik
Berdasrkan tabel 4.9 terlihat bahwa terjadi penurunan massa limbah plastik pembanding, meskipun penurunan massa yang terjadi sangat kecil dengan rata-rata penurunan massa perbulan sebesar 0,0241 gram perminggu dan terjadi penurunan massa hingga 0,8981% selama sebulan.
Berikut merupakan gambaran grafik
perbandingan penurunan massa residu pirolisis limbah plastik dengan limbah plastik biasa sebagai kontrol.
Gambar 6 Grafik Persetase Perbandingan
Penurunan Massa Residu Pirolisis Limbah Plastik dengan Limbah Plastik Biasa Sebagai Kontrol.
Grafik di atas menunjukkan proses pirolisis pada limbah plastik sangat berpengaruh Waktu (Hari) Massa Awal (gram) Massa Akhir (gram) Penurunan Massa (%) Penurunan Massa (gram) 7 10,0253 9,9562 0,6897 0,0691 14 10,0253 9,9233 1,0174 0,0329 21 10,0253 9,8600 1,6484 0,0633 30 10,0253 9,8006 2,2411 0,0594 RATA-RATA 1,3992 0,0562 0.6897 1.0174 1.6484 2.2411 0.3247 0.3628 0.4903 0.8981 y = 0.5285x + 0.0779 R² = 0.9835 y = 0.1848x + 0.057 R² = 0.8259 0 0.5 1 1.5 2 2.5 7 14 21 39 P er se nt as e P enu run an M as sa ( %)
Waktu Biodegradasi (Hari)
Residu Pirolisis Limbah Plastik Limbah Plastik Biasa Sebagai Kontrol Linear (Residu Pirolisis Limbah Plastik) Linear (Limbah Plastik Biasa Sebagai Kontrol)
terhadap kemampuan bakteri Pseudomonas sp dalam mendegradasi limbah plastik.
Menurut Harayama et al., 1999 dalam
Nugroho, 2006. Fraksi alifatik yang memiliki rantai bercabang hanya dapat didegradasi oleh bakteri yang memiliki enzim-enzim
oksidasi yang khusus menangani
percabangan itu. Kondisi rantai hidrokarbon pada limbah plastik residu pirolisis menjadi lebih mudah untuk digunakan oleh bakteri
Pseudomonas sp sebagai sumber karbonnya.
Hal ini dikarenakan bakteri Pseudomonas sp
merupakan bakteri hidrokarbonoklastik,
yaitu bakteri yang mempunyai kemampuan untuk menggunakan senyawa hidrokarbon sebagai sumber karbonnya. Selain itu kemampuan bakteri Pseudomonas sp dalam
memproduksi senyawa biosurfaktan
mengakibatkan proses biodegradasi tidak hanya terjadi pada dinding sel (ekstarseluler) tetapi juga terjadi biodegradasi didalam sel (intraseluler) sehingga proses biodegaradsi menjadi sangat optimum.
Selain itu grafik diatas
menggambarkan bahwa plastik dapat
didegradasi dengan waktu yang relatif sangat singkat dengan menjaga kondisi lingkungan dan populasi mikroba hidrokarbonoklastik seperti pada Kolom Wonogradsky. Menurut Beerstecher 1954, dalam Sharpley 1966 150.000 spsesies mikroba yang dikenal, terdapat lebih dari 100 spesises mikroba yang mampu menggunakan hidrokarbon sebagai sumber karbon dan energi, dan diantaranya
terdapat hubungan yang saling
menguntungkan. Mikroba yang banyak hidup
dan berperan di lingkungan yang
mengandung hidrokarbon adalah bakteri, sedangkan kehadiran jenis yang lain tidak terlalu dominan tetapi cukup berperan yaitu
fungi, ragi, alga dan aktinomisetes. Sehingga
penelitian ini yang hanya menggunkan satu jenis mikroba hidrokarbonoklastik dapat mendegradasi limbah plastik secara efisien sehingga dapat memberikan prospek bahwa limbah plastik dapat didegradasi dengan
sangat cepat secara alami dibandingkan dengan beberapa teori dan tanggapan yang sudah ada.
E. EFISIENSI DEGRADASI LIMBAH
PLASTIK DENGAN
MENGOMBINASIKAN TEKNOLOGI PIROLISIS DAN BIODEGRADASI
DENGAN BAKTERI Pseudomonas sp
Berdasarkan hasil penelitian pada proses pirolisis dan biodegradasi, didapatkan hasil yang memuaskan pada kedua proses tersebut, sehingga dengan mengombinasikan teknologi pirolisis dan biodegradasi dengan
menggunakan bakteri Pseudomonas sp
sangat berpotensi dalam mengatasi masalah persampahan.
Hasil penelitian pirolisis menunjukkan suhu dan waktu optimum operasi terjadi pada suhu 400 oC dengan waktu operasi selama 60 menit dengan persentase punurunan massa sebesar 80,124%, sedangkan hasil penelitian biodegradasi dengan bakteri Pseudomonas sp
menggunakan kolom Winogradsky
menunjukkan persentase penurunan massa
sebesar 2,2411% selama satu bulan.
Sehingga dengan mengombinasikan
teknologi pirolisis dengan biodegradasi menggunakan bakteri Pseudomonas sp dapat
mendegradasi limbah plastik sebesar
82,3651% selama satu bulan.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian pirolisis
dan biodegradasi dengan bakteri
Pseudomonas sp menggunakan kolom
Winogradsky maka terdapat kesimpulan
sebagai berikut:
1. Waktu dan suhu efisien pirolisis
berdasarkan penurunan massa limbah plastik adalah pada suhu 400oC dengan waktu operasi 60 menit, dengan penurunan massa sebesar 82,3651%.
2. Hubungan antara konversi vollatile
matter terhadap waktu dan suhu operasi
adalah berbentuk linear maka hal ini dapat membuktikan bahwa reaksi kimia yang berperan, sehingga kita dapat mengkorelasikan dengan baik data
terhadap model homogen semu
berdasarkan model kinetika reaksi heterogen, sehingga anggapan bahwa mekanisme reaksi mengikuti model reaksi homogen semu dapat dibenarkan.
3. Bakteri Pseudomonas sp dapat
ditemukan pada lingkungan yang
tercemar hidrokarbon cukup tinggi berdasarkan hasil isolasi dan inokulasi 4. Berdasarkan uji biodegradasi dengan
bakteri Pseudomonas sp menggunakan
kolom Wonogradsky, penurunan massa limbah plastik sebesar 2,2411% selama satu bulan
5. Penurunan massa limbah plastik dengan
mengombinasikan teknologi pirolisis
dan biodegradasi dengan bakteri
Pseudomonas sp sebesar 82,3651%.
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous. 2010. Pemanfaatan Bakteri
Pemecah Minyak (Online).
http://jurnal.dikti.go.id/jurnal/detil/id /0:23592/q/pengarang:%20Dessy, Diakses tanggal 8 Agustus 2016 pukul 20:00 WITA.
Anonymous. 2011. Bakteri Pseudomonas sp
Untuk Bioremediasi Akibat
Pencemaran MinyakBumi(Online).https://aguskris noblg.wordpress.com/2011/12/30/pe manfaatan-bakteri-pseudomonas- untuk-bioremediasi-akibat-pencemaran-minyak-bumi/. (Diakses tanggal 8 Agustus 2016 pukul 20:30 WITA)
Azwar. 1990. Pengantar Ilmu Kesehatan
Lingkungan. Yayasan Mutiara:
Jakarta.
Beerstecher, E.Jr., 1954. The Inhibition of
Bacterial Growth with 5-
methyltryptophan, J. Bacteriol. 68(2),
152-155.
Budiyantoro, C.,2010, Thermoplastik dalam
Industri. Teknika Media: Surakarta.
Chandra, Budiman. 2006. Pengantar
Kesehatan Lingkungan. Penerbit
Buku Kedokteran EGC: Jakarta Environmental Protection Agency (EPA),
1999. Washington
Gnanavel et al. 2014. Degradation of
Polyetilane In The Natural
Environment. Coimbatore Institute of
Technology: Tamil Nadu.
Gritter, R.J., Bobbit, J.M., dan Swharting,
A.E. 1991. Pengantar Kromatografi.
Edisi Kedua. Penerbit ITB: Bandung
Harayama, Mark J dan Hammer Jr, Mrak.
1996. Waterand Wastewater
Technology. Prentice Hall: New
Jersey
Hermawan, N.C., dan Sucipto, Haryo. 2005.
Mesin Perajang Plastik. Laporan
Tugas Akhir: Program Studi D3
Teknik Mesin Produksi ITS:
Surabaya
Kumar S., Panda, A.K., dan Singh, R.K., 2011, A Review on Tertiary Recycling of High-Density Polyethylene to Fuel,
Resources, Conservation and
Recycling Vol. 55 893– 910.
Leahy, J.G dan R.R Colwell. 1990, Microbial Degradation of Hydrocarbons in the
Environments. Microbiological
Lehninger, A. L. 1988. Dasar-Dasar
Biokimia Jilid 1. Erlangga : Jakarta.
Leisinger, dkk. 1981. Microbiological
Degradation of Xenobiotic and
Recalsitrant Coumpound. Academici
Press: London.
Miller,S.J., Shah, N., and
Huffman,G.P,.2005,”Conversion of
Waste Plastic to Lubrican Base Oil”,
American Chemical Society, 19 (4), 1580-1586.
Manik, K.E.S, 2003. Pengelolaan
Lingkungan Hidup. Djambatan:
Jakarta.
Mulyadi, E., 2010 “Kinetika Reaksi Katalitik
Dekomposisi Gambut”, Semnas Hasil
Penelitian Balitbang prov Jatim, ISBN 978-979-10-8.
Nishino, J., Itoh, M., Ishimori, T,. Kubota,
N., and Uemichi, Y., 2003,
“Development of a Catalic Cracking
Process for Converting Waste Plastic
to Petrochemicals”, J. Mater. Cycle.
Waste Manag., 5, 89-83.
Notoatmodjo, Soekidjo. 2003. Pendidikan
Dan Perilaku Kesehatan. Rineka
Cipta: Jakarta.
Nugroho, Astri. 2006. Bioremediasi
Hidrokarbon Minyak Bumi. Graha
Ilmu: Yogyakarta
Pahlevi, M.R., 2012. Sampah Plastik (file:///I:/Artikel%20plastic%20to%2
0oil/twit-sampah-plastik.html) di
akses 1 Agustus 2016
Ramadhan, A., dan Ali, M., 2013.
Pengolahan Sampah Plastik Menjadi
Minyak Menggunakan Proses
Pirolisis, Jurnal Ilmiah Teknik
Lingkungan Vol. 4 No. 1.
Republik Indonesia.2008. Undang Undang
Nomor 18 tentang Pengelolaan
Sampah. Lembaran Negara RI Tahun
2008, No. 115. Sekretariat Negara: Jakarta.
Rodiansono, Trisunaryanti, W., dan
Triyono,2007, Pembuatan, dan Uji Aktivitas Katalis NiMo/Z pada Reaksi Hidrorengkah Fraksi Sampah Plastik
menjadi Fraksi Bensin, Berkala
MIPA,17,2.
Reksosoebroto, S. 1990. Hygine dan
Sanitasi. APK-TS: Jakarta.
Rosenberg, et al. 1992. Teori dan Soal Kimia
Dasar. Erlangga: Jakarta.
Satrio, 2008, Modul Fluidisasi, Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Ageng Tirtayasa: Cilegon, Banten
Sharpley, J.M. 1966. Elementary Petroleum
Microbiology. Gulf Publishing
Company: Texas.
Sheehan, D. 1997. Bioremediation Protocols. Humana Press: New Jersey
Slamet, Juli Soemirat. 2007. Kesehatan
Lingkungan. Gadjah Mada University
Press: Yogyakarta.
Soemirat, juli 1994. Kesehatan Lingkungan. Gadjah Mada University Press: Yogyakarta
Surono.U.B., 2013, Berbagai Metode
Konversi Limbah Plastik Menjadi
Bahan Bakar Minyak, Jurnal Teknik,
Vol.3 No.1.
Tchobanoglous, Vigil dan Theisen. 1993.
Integreted Solid Waste Management,
Management Issues. McGraw-Hill, Inc
Wahyudi,I., 2001.Pemanfaatan Blotong
Menjadi Bahan Bakar Cair dan Arang Dengan Proses Pirolisis.
Jurusan Teknik Lingkungan FTSP UPN “veteran”: Jatim
