BAKTERI PENGKOMPLEKS LOGAM Pb DAN Cd DAR

BAKTERI PENGKOMPLEKS LOGAM Pb DAN Cd DARI LIMBAH CAIR PT. KAWASAN INDUSTRI MAKASSAR

Dirayah R. Husain dan Irna Haemi Muchtar Jurusan Biologi Fakultas MIPA Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan KM. 10 Makassar, Sulawesi Selatan

ABSTRACT

The research was aimed to isolate bacteria that could reduce lead (Pb) and cadmium(Cd) from the wastewater of PT Kawasan Industri Makassar (PT KIMA). It is found 8 isolates, 2 isolates (A and B) could reduce lead and cadmium, otherwise only isolate F could reduce cadmium. Isolate A shows highest reduction for lead (94,23 %) while 99,66 % for cadmium by isolate F at 1 ppm for each metal after 96 hours incubation. Key words : bacteria, wastewater, reduce, lead, cadmium

PENDAHULUAN

Limbah cair industri atau pabrik seringkali dibuang atau dialirkan melalui badan air seperti sungan dan saluran air ke daerah pesisir pantai. Limbah tersebut umumnya mengandung logam berat yang dapat mencemari lingkungan perairan.Logam berat yang terkandung dalam limbah tersebut dapat berupa Zn, Pb, Hg dan Ni (Hellawell, 1986). Sebagian besar logam berat (seperti Pb, Cd, Cr dan Hg) berpengaruh besar terhadap lingkungan karena toksisitasnya (Bishop, 2000),. Timbal (Pb) dan kadmium (Cd) merupakan 2 jenis logam berat yang sangat berbahaya setelah merkuri (Hg). Kedua jenis logam ini merusak sistem jaringan dan syaraf manusia. Selain itu, logam berat dapat terakumulasi di dalam jaringan organisme (bioakumulatif) (Lu, 1995).

PT. Kawasan Industri Makassar (PT. KIMA) menampung berbagai macam industri yang berpotensi menghasilkan limbah (padat, gas dan cair) khususnya limbah cair yang dapat mengandung logam Pb dan Cd. Selain itu, limbah cair dap[at menjadi habitat dari berbagai jenis mikroba antara lain : Enterobacter, Achromonas,Flavobacterium, dan Pseudomonas yang termasuk dalam kelompok bakteri Gram negatif (Boyle, 1993).

Pengolahan limbah cair industri yang mengandung logam berat secara biologi dapat dilakukan dengan memanfaatkan aktivitas metabolisme mikroorganisme (Atlas dan Bartha, 1981). Oleh Hughes dan Poole (1989) menyatakan bahwa mikroorganisme dapat menghilangkan logam berat melalui proses adsorpsi, produksi senyawa ekstraseluler atau sintesis enzimatis. Demikian pula Bewtra dan Biswar (1990) melaporkan bahwa berbagai mikroorganisme memiliki kemampuan dalam mentoleransi logam pada konsentrasi yang lebih tinggi setelah aklimatisasi.

Penelitian lebih spesifik dilakukan oleh Immamuddin dan Sunarko (1996) yang menunjukkan bahwa bakteri dari sungai yang tercemar oleh logam berat dalam konsentrasi tinggi dapat tumbuh pada

konsentrasi hingga 1000 ppm. Sedangkan pada media yang mengandung CdSO4, isolat bakteri tersebut dapat tumbuh hingga konsentrasi 50 ppm.

BAHAN DAN METODE Bahan

Isolat bakteri diperoleh dengan mengambil limbah cair dari instalasi pengolahan air limbah PT. KIMA. Medium pertumbuhan yang digunakan adalah medium nutrient agar (NA) dengan komposisi per liter : pepton 5 g, ekstrak daging 3 g, agar 20 g dan medium basal minima (MBM) dengan komposisi per liter : Na2HPO46 g, KH2PO43 g, NaNO31 g, CaCO3 0,05 g, MnSO40,05 g, MgSO40,05 g, FeSO4. 7H2O 0,025 g, glukosa 1 g. Logam yang diuji adalah Pb(C2H3O2)2.3H2O dan CdSO4masing-masing dibuat dalam konsentrasi (ppm) : 0,02; 0,05; 0,5; 1 dan 1,5. Prosedur Kerja

Tahap prakultur

Sebanyak 10 ml limbah disuspensi ke dalam 90 ml akuades steril 1 ml. Suspensi (1 ml) diinokulasikan ke dalam 50 ml MBM. Diinkubasi pada penggojog dengan kecepatan 150 rpm selama 2 X 24 jam pada suhu kamar.

Tahap kultur

Prakultur (1 ml) diinokulasikan ke dalam 50 ml MBM. Diinkubasi pada penggojog dengan kecepatan 150 rpm selama 2 x 24 jam pada suhu kamar.

Isolasi bakteri

Kultur (1 ml) diencerkan 10-6_{. Dengan metode tuang,} 1 ml dari pengenceran 10-6 _{diinokulasikan pada NA} cawan. Diinkubasi 1 2 x 24 jam pada suhu 32o_C. Setiap koloni yang berbeda morfologinya dipindahkan pada NA miring sebagai stok isolat bakteri uji. Kemudian dilakukan pengecatan Gram. Uji resistensi

suhu kamar. Paper disk direndam dalam larutan logam berat selama 5 menit. Penanaman secara metode sebar dengan mengambil 0,1 ml kultur yang diinokulasikan pada nutrien agar sebanyak 20 ml. Paper disk yang mengandung logam diletakkan di atas media. Diinkubasi 24 jam pada suhu 32 o_C. Pengamatan dilakukan dengan mengukur zona bening (zona hambatan) yang terbentuk di sekitar kertas cakram.

Analisis reduksi logam

Sebanyak 1 ml isolat bakteri uji yang resisten diinokulasikan pada 50 ml MBM dengan konsentrasi masing-masing logam sebesar 1 ppm. Diinkubasi pada penggojog dengan kecepatan 150 rpm selama 4 x 24 jam pada suhu kamar. Kultur disentrifugasi pada kecepatan 5000 rpm selama 5 menit. Supernatan dianalisis dengan Atomic Absorption Spectrophoto-meter (AAS) Shimadzu AA-6200 untuk mengetahui konsentrasi logam yang tereduksi. Daya reduksi (DR) dari masing-masing isolat bakteri uji dihitung sesuai Persamaan (1).

C(a) - C(b)

DR = --- x 100 % (1) C(a)

Keterangan :

C(a)= Konsentrasi awal (ppm) C(b)= Konsentrasi akhir (ppm)

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Isolasi bakteri

Hasil isolasi diperoleh 8 isolat dengan pemberian nama isolat yaitu isolat A, B, C, D, E, F, G, dan H. Ciri-ciri morfologi makroskopis dan mikroskopis ke-8 isolat yang diperoleh disajikan berturut-turut pada Tabel 1 dan Tabel 2.

Secara keseluruhan pertumbuhan isolat bakteri memperlihatkan bentuk koloni yang sama (Tabel 1) yaitu bulat, kecuali isolat G yang memiliki koloni berbentuk tidak teratur. Isolat B, D, dan H memiliki warna koloni putih sedang isolat lainnya berwarna putih kekuningan. Isolat A, B, C, D dan H memiliki tepi koloni rata sedang isolat E, F dan G memiliki tepi koloni yang bergelombang. Struktur dalam dari semua koloni isolat bakteri adalah opaque (tidak tembus cahaya), kecuali isolat J yang memiliki struktur koloni transparan.

Hasil pengecatan Gram menampakkan bahwa semua isolat bakteri termasuk dalam kelompok bakteri Gram negatif. Menurut Boyle (1993), bakteri yang terdapat pada limbah cair termasuk dalam kelompok bakteri Gram negatif. Sedangkan Hughes dan Poole (1989) menyatakan bahwa bakteri Gram negatif umumnya lebih toleran terhadap pengaruh logam berat dibandingkan bakteri Gram positif karena struktur dinding selnya yang kompleks di mana dapat mengikat dan mengimo-bilisasi sebagian besar ion logam termasuk Pb2+ _dan Hg2+ _{. Logam-logam tersebut terikat pada gugus} karboksil pada rantai peptida dari peptidoglikan dan gugus fosfat dari lipopolisakarida.

Tabel 1.

Morfologi koloni isolat bakteri secara makroskopik

Isolat Bentuk Warna Tepi Struktur Dalam

A Bulat Putih kekuningan Rata Opaque

B Bulat Putih Rata Opaque

C Bulat Putih kekuningan Rata Opaque

D Bulat Putih Rata Opaque

E Bulat Putih kekuningan Bergelombang Opaque

F Bulat Putih kekuningan Bergelombang Opaque

G Tidak teratur Putih kekuningan Bergelombang Opaque

H Bulat Putih Rata Transparan

Keterangan: Opaque = Tidak tembus cahaya

Tabel 2.

Morfologi isolat bakteri secara mikroskopik

Isolat Bentuk Gram

A Bulat Negatif

B Bulat Negatif

C Spiral Negatif

D Bulat Negatif

E Bulat Negatif

F Bulat Negatif

G Bulat Negatif

Tabel 3.

Hasil pengukuran zona hambatan (mm) logam Pb dan Cd terhadap pertumbuhan isolat bakteri

Isolat

Konsentrasi (ppm)

Pb Cd

0,02 0,05 0,5 1 1,5 0,02 0,05 0,5 1 1,5

A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7

B 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0

C 0 0 7 11 12 0 0 0 0 12

D 0 0 0 9 10 0 0 0 9 11

E 0 0 0 9 12 7 7 8 9,5 12

F 0 0 0 7 10 0 0 0 0 0

G 0 0 0 8 13 0 0 0 7 9

H 0 0 0 7 9 0 0 8 9 12,5

Tabel 4.

Pengukuran absorbansi logam Pb dan Cd

Isolat Logam _I Ulangan _II Konsentrasi (ppm)_{I II} Konsentrasi rata-_rata

A Pb 0,0004 0,0003 0,0577 0,0479 0,0528

B Pb 0,0007 0,0006 0,0871 0,0773 0,0822

A Cd 0,0118 0,0107 0,0226 0,0184 0,0205

B Cd 0,0150 0,0115 0,0347 0,0214 0,0281

F Cd 0,0071 0,0064 0,0047 0,0021 0,0034

Tabel 5.

Daya reduksi (DR) logam Pb dan Cd oleh beberapa isolat bakteri

Isolat Logam _(ppm)C(a) _(ppm)C(b) DR_(%)

A Pb 1 0,0577 94,23

B Pb 1 0,0822 91,78

A Cd 1 0,0205 97,95

B Cd 1 0,0281 97,19

F Cd 1 0,0034 99,66

2. Uji resistensi isolat bakteri terhadap logam Tabel 3 menunjukkan dari 8 isolat bakteri yang diuji hanya 3 isolat yang tidak memperlihatkan adanya zona hambatan (resisten) hingga konsentrasi 1 ppm yaitu isolat A dan B untuk kedua jenis logam dan isolat F untuk logam Cd.

Menurut Atlas (1981), mikroba yang hidup pada air buangan industri mencerminkan kemampuan mikroba tersebut untuk beradaptasi terhadap lingkungan dengan kandungan logam berat yang relatif tinggi. Selain itu, Gadd (1993) menyatakan bahwa bakteri yang resisten (tahan) terhadap logam berat disebabkan kemampuan untuk mendetoksifikasi pengaruh logam berat dengan adanya protein atau material granuler seperti polifospat di dalam sel yang mampu mengikat Pb dan Cd. Demikian pula oleh adanya plasmid pada bakteri menyebabkan bakteri dapat resisten terhadap logam berat (Hughes dan

3. Analisis reduksi logam Pb dan Cd oleh isolat bakteri

Berdasarkan hasil pengukuran zona hambatan yang terbentuk pada logam Pb dan Cd selanjutnya dilakukan uji untuk mengetahui kemampuan reduksi (pengurangan) logam Pb dan Cd oleh isolat bakteri dalam media yang mengandung logam tersebut.

Hasil analisis reduksi logam Pb dan Cd menunjukkan bahwa isolat A dan B memiliki daya reduksi terhadap logam Pb masing-masing sebesar 94,23 % dan 91,78 %. Untuk logam Cd, isolat F, A dan B memiliki daya reduksi masing-masing sebesar 99,66 %, 97,95 % dan 97,19 %. Hasil keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 5.

adalah cairan kultur yang sudah bebas dari sel bakteri melalui sentrifugasi. Sehingga kemungkinan logam yang tereduksi telah diakumulasi sebagai senyawa kompleks di dalam sel bakteri (isolat). Densitas sel yang tinggi memungkinkan reduksi logam dalam cairan kultur lebih besar.

Selain akumulasi logam sebagai senyawa kompleks di dalam sel bakteri, kemampuan bakteri dalam mereduksi atau menghilangkan logam berat dapat terjadi melalui pembentukan senyawa logam yang mengandung presipitat melalui reaksi dengan senyawa ekstraseluler atau anion seperti sulfida atau fosfat dan volatilisasi logam melalui biotransformasi (Hughes dan Poole, 1989). Penelitian oleh Wang (1997) menunjukkan bahwa pembentukan senyawa kadmium yang mengandung sulfat mengurangi konsentrasi kadmium terlarut yang ditunjukkan oleh adanya presipitat berwarna kuning terang pada medium kultur.

Kemampuan mikroorganisme untuk mereduksi logam berat dipengaruhi oleh jenis bakteri dan metode kulturisasinya (Suhendrayatna, 2000). Bakteri Gram negatif mengikat kurang lebih sepersepuluh dari jumlah logam yang terikat pada bakteri Gram positif (Hughes dan Poole, 1989). Parameter lingkungan seperti pH, suhu, sumber energi, dan kehadiran ion lain dapat mengendapkan logam sebagai garam yang tidak larut di mana dapat menyebabkan tidak optimumnya pertumbuhan

mikroorganisme dalam medium yang mengandung logam berat. Akibatnya proses absorpsi logam pada dinding sel akan menjadi lebih efektif pada pH tertentu. Collins (1992) menyatakan bahwa beberapa jenis bakteri,Saccharomyces cerevisiae dan kaolinat mengalami perubahan muatan pada pH medium di bawah 5,0 yaitu negatif menjadi positif sebaliknya pada pH yang lebih tinggi muatan menjadi negatif. Hal tersebut disebabkan oleh adsorpsi logam bivalen seperti Pb2+ _{dan Cd}2+ _{apabila pH di bawah 5.} Sedangkan Sandrin (2000) menemukan bahwa penambahan rhamnolipid sebesar 10 kali dari konsentrasi Cd dalam medium kultur diketahui dapat menurunkan konsentrasi Cd.

KESIMPULAN

Dari 8 isolat yang diperoleh hanya 2 isolat, yaitu isolat A dan B, yang dapat mereduksi Pb dan Cd sedang isolat F hanya dapat mereduksi Cd.

Isolat A memiliki daya reduksi paling tinggi terhadap Pb yaitu sebesar 94,23 % sedang isolat F memiliki daya reduksi 99,66 % pada konsentrasi 1 ppm untuk masing-masing logam dalam waktu inkubasi 96 jam.

DAFTAR PUSTAKA

Atlas, R.M. dan R. Bartha, 1981.Microbial Ecology. Addison Wesley. Philippines: 439-442.

Bewtra, J.K. dan N. Biswar. 1990. Biological Process in Toxic Waste Treatment. Dalam R.D. Tyadi dan K. Vembu, ed. Wastewater Treatment by Immobilized Cells. Academic Press, Florida.

Bishop, P.L. 2000.Pollution Prevention: Fundamental and Practise. Mc. Graw -Hill Inc., Singapore.

Boyle, M. 1993.Microbial Ecology of Sewage Treatment. Dalam T.E. Ford, ed. Aquatic Microbiology an Ecological Approach. Blackwell Scientific Publication, Cambrigde.

Collins, Y.E. and G. Stotzky. 1992. Heavy Metals Alter the Electrokinetic Properties of Bacteria, Yeast and Clay Minerals. Dalam Journal Applied and Environmental Microbiology. Vol. 58 No. 52: 1592-1600.

Gadd,G. M. 1992. HeavyMetal Pollutans : Environmental and Biotechnological Aspects. Dalam J. Lederberg, ed. Encyclopedia of Microbiology. Vol. 2. Academic Press, USA, 355.

Hellawell, J.M. 1986.Biological Indicator Fresh Water: Pollution and Environmental Management, Elsevier Applied Science, USA.

Hughes, M.N. and R.K. Poole, 1989.Metals and Microorganism, Chapman and Hall, New York: 253-339.

Imamuddin, H. dan B. Sunarko. 1996.Seleksi Biak-biak yang Mampu Tumbuh pada Media yang Mengandung Logam Berat. Dalam Laporan Tehnik Proyek Litbang dan Pendayagunaan Biota Darat 1995/1996. LIPI. Bogor: 288-294.

Lu, F.C. 1995.Toksikologi Dasar: Asas, Organ Sasaran dan Penilaian Resiko. UI-Press. Jakarta: 358-361.

Sandrin, T.R., A.M. Chech and R.M. Maier, 2000.A Rhamnolipid Biosurfactan Reduces Cadmium Toxicity during Naphtalene

Biodegradation. Dalam Journal Applied and Environmental Microbiology, Vol. 66 No. 10 : 4585 4588.

Suhendrayatna, 2000. Bioremoval Logam Berat dengan Menggunakan Mikroorganisme : Suatu Kajian Kepustakaan. http: // www. std.ryu.titech,ac.jp/~indonesia/zoa/pape/html/papersuhendrayatna (diakses September 2002).