I . PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kegiatan industri, penyulingan minyak bumi, gas alam, pabrik petrokimia, pengolahan air secara aerob dan anaerob akan menghasilkan polutan berupa gas. Hidrogen sulfida (H2S) merupakan salah satu limbah gas yang dihasilkan. Gas H2S tidak berwarna, gas yang mudah terbakar dan sangat beracun. Biasanya H2S ditemukan dalam campuran dengan lainnya senyawa sulfur organik seperti methanethiol, dimetilsulfida dan dimetildisulfida.
Terdapat beberapa cara yang digunakan untuk mengurangi polutan yaitu secara fisik, kimia dan biologis. Secara fisik, biasanya digunakan arang aktif sebagai filter. Secara kimia, dapat dilakukan penambahan bahan kimia atau proses tertentu seperti insinerasi. Saat ini, metode fisikokimia yang digunakan untuk mengatasi polutan H2S dan mengurangi senyawa sulfur adalah adsorpsi, absorpsi, insinerasi. Namun, metode ini memiliki kebutuhan energi yang relatif tinggi dan membutuhkan biaya yang tinggi. Beberapa proses biologi yang digunakan untuk mengatasi gas yang terkontaminasi dengan senyawa sulfur organik (H2S), telah dilaporkan.
Pengolahan secara biologis dapat digunakan metode bioscrubber, biotrickling filter dan biofilter. Metode biologis dengan menggunakan biotrickling filter telah diusulkan sebagai alternatif untuk mengatasi polutan gas H2S. Di dalam sistem
seperti sulfur (belerang) dan sulfat, yang akan keluar dari bioreaktor di dalam fase cairan sehingga akan mengurangi gas polutan (H2S).
Bakteri dari genus Acidithiobacillus, seperti Acidithiobacillus thiooxidans
yang menggunakan H2S sebagai sumber energi, tampaknya sesuai karena persyaratan nutrisi rendah. Inokulasi kultur mikroorganisme pada sistem
biotrickling filter dapat meningkatkan kapasitas dan efisiensi dalam mengurangi/menghilangkan gas H2S dan senyawa organosulfur lain selama proses operasi sistem. Selain itu, beberapa strain Thiobacillus thioparus menunjukkan efisiensi yang tinggi dalam mengurangi/menghilangkan H2S, yang juga mampu mendegradasi methanethiol, dimetilsulfida dan dimetildisulfida, dan menggunakan karbon disulfida sebagai sumber energi. Penggunaan mikroorganisme dengan kemampuan yang tinggi di dalam sistem kerja
biotrickling filter diharapkan dapat meningkatkan kemampuan dalam
mengurangi/menghilangkan gas beracun H2S.
1.2. Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan adalah untuk :
Mengetahui permasalahan yang ditimbulkan oleh emisi gas Hidrogen Sulfida (H2S)
Mengetahui metode Biotrickling filter dalam mengurangi emisi gas Hidrogen Sulfida (H2S)
Mengetahui peranan Thiobacillus thioparus dan Acidithiobacillus thiooxidans
II. PEMBAHASAN
2.1. Gas Hidrogen Sulfida (H2S)
Gas hidrogen sulfida (H2S) disebut juga gas telur busuk, gas asam, asam belerang atau uap bau. Gas H2S terbentuk akibat adanya penguraian zat-zat organik oleh bakteri. Oleh karena itu, gas ini dapat ditemukan di dalam operasi pengeboran minyak, gas dan panas bumi, lokasi pembuangan limbah industri, peternakan atau pada lokasi pembuangan sampah.
Gas H2S mempunyai sifat dan karakteristik antara lain : tidak berwarna tetapi mempunyai bau khas seperti telur busuk pada konsentrasi rendah, merupakan jenis gas beracun, dapat terbakar dan meledak pada konsentrasi 4.3% (43000 ppm) sampai 46% (460000 ppm) dengan nyala api berwarna biru pada temperature 500 0F (2600C), berat jenis gas H2S lebih berat dari udara sehingga gas H2S akan cenderung terkumpul di daerah yang rendah (berat jenis gas H2S sekitar 20 % lebih berat dari udara dengan perbandingan berat jenis H2S = 1.2 atm dan berat jenis udara = 1 atm), H2S dapat larut (bercampur) dengan air (daya larut dalam air 437 ml/100 ml air pada 00C; 186 ml/100 ml air pada 400C), H2S bersifat korosif sehingga dapat mengakibatkan karat pada peralatan logam.
Batas maksimum emisi untuk H2S sebesar 70 mg/m3 (Kepmen LH No.13 tahun 1995), volume Gas dalam keadaan standar (25oC dan tekanan 1 atm). Efek fisik gas H2S pada tingkat rendah dapat menyebabkan terjadinya gejala-gejala sebagai berikut : sakit kepala atau pusing, badan terasa lesu, hilangnya nafsu makan, rasa kering pada hidung, tenggorokan dan dada, batuk – batuk, dan kulit terasa perih.
2.2. Biotrickling Filter
busa polystyrene, tanah diatom, keramik, polistiren dicampur dengan karbon aktif, bahan pelet sintetis dan perlit. Secara umum, karakteristik bahan yang berpori dan permukaan bahan yang non hidrofobik dengan permukaan spesifik tampaknya dapat memfasilitasi kolonisasi mikroorganisme dan selanjutnya membentuk biofilm.
Gambar 1. Sistem Biotrickling Filter, udara yang terkontaminasi/beracun dimasukkan ke dalam sistem dari atas dengan blower kemudian melalui bahan dan
udara yang bersih akan ke luar melalui saluran bawah (Maredia, 2005)
Pada gambar 1, udara terkontaminasi dimasukkan ke dalam sistem melalui saluran di atas kolom, gas tersebut akan masuk ke dalam lapisan bahan filter dimana terdapat mikroorganisme yang berkembang dan berperan dalam mengoksidasi H2S. Gas yang sudah bersih akan dialirkan ke luar melalui saluran outlet. Selama proses tersebut terjadi sirkulasi air dan nutrisi yang diberikan melalui shower di bagian atas kolom.
A B
Gambar 2. Sistem Biotrickling Filter, inlet berada di bagian bawah kolom dan outlet berada di bagian atas. (1) compressor udara; (2) Pressure gauge; (3) Needle Valve;(4) Air filter;(5) Pengontrol aliran;(6) Check valve;(7) Humidification;(8) Mist removal chamber;(9) generator H2S;(10) Peristaltic pump;(11) Solutions of Na2S and HCl;(12) Lead acetate solution; (13) Pengontrol aliran; (14) Flowmeter; (15) Biotrickling filter; (16) outlet; (17) Recycling pump; (18) Solution recycle; (19) Solution make-up. (Syed, et al., 2006; Aroca,G. et al., 2007)
Alasan sistem biotrickling filter lebih disukai adalah karena biotrickling filter
memiliki sistem sirkulasi cairan yang dapat bermanfaat untuk memberikan nutrisi untuk mikroorganisme, seperti pada gambar. Sirkulasi cairan membantu menghindari terjadinya kekeringan pada bahan filter dan juga memungkinkan untuk dilakukan penghapusan metabolit yang dihasilkan selama degradasi yang kemudian dapat didaur ulang. Bahan kemasan yang digunakan dalam sistem
Setelah pemakaian yang lama, maka di dalam lapisan filter, permukaan bahan tersebut akan dilapisi biomassa mikroorganisme (biofilm). Sehingga lama-kelamaan pori-pori pada lapisan tersebut akan semakin sempit. Akibatnya gas terkontaminasi dan air yang dimasukkan ke dalam sistem akan sulit untuk dialirkan ke dalam lapisan tersebut. Terjadinya penghambatan tersebut akan menurunkan efisiensi pengurangan gas polutan/beracun.
Untuk itu, lapisan biofilm dapat dihilangkan secara fisik dengan menambahkan air di bawah tekanan tinggi untuk menciptakan tekanan tinggi sehingga biofilm terlepas dari permukaan bahan. Selain itu juga dapat dihapus secara kimiawi dengan NaOH pada konsentrasi yang dapat menghambat pertumbuhan mikroba dan kemudian dengan HCl menetralkan pH. Penyumbatan celah juga terjadi jika terjadi kelebihan penambahan nutrisi dan dapat dikendalikan dengan perlakuan stress (penghentian pemberian nutrisi) untuk beberapa hari. Jika pembersihan secara periodik dilakukan, maka beban sistem dapat dikurangi sehingga sistem dapat bekerja dengan baik, tetapi hal ini meningkatkan biaya pemeliharaan. Hal inilah yang menjadi kelemahan sistem ini. Setelah penggunaan jangka panjang, lapisan bahan filter ini akan memburuk dan membutuhkan penggantian.
2.3. Peranan Thiobacillus thioparus dan Acidithiobacillus thiooxidans dalam Mengoksidasi Hidrogen Sulfida (H2S)
Peranan mikroorganisme untuk mengurangi atau menghilangkan gas beracun H2S telah banyak dilaporkan. Thiobacillus thioparus dan Acidithiobacillus thiooxidans merupakan bakteri yang menggunakan karbon anorganik (CO2) sebagai sumber karbon, sumber energy diperoleh dari oksidasi senyawa anorganik tereduksi seperti H2S.
sistem biotrickling filter yang diinokulasikan dengan A. thiooxidans di lingkungan asam. Bahan pendukung dibuat dengan menggunakan respirometry sebagai indeks kapasitas oksidasi sulfur sehingga terbentuk biofilm pada tiga bahan: (i) batu vulkanik (Tezontle (TZ)), (ii) cincin polietilen dan (iii) polyvinilclorure (PVC).
Pada penelitian Aroca, G. et al. (2007), dua set sistem biotrickling filter
dimana kolom diisi dengan cincin polietilen. Cincin polietilen digunakan karena setelah dilakukan pengujian pada tingkat oksidasi thiosulfate, cincin polietilen menunjukkan hasil konsumsi oksigen tertinggi. Tingkat konsumsi oksigen menunjukkan kemampuan oksidasi thiosulfat yang tinggi oleh biofilm yang terbentuk pada bahan seperti gambar 3 di bawah ini.
Gambar 3. Tingkat oksidasi thiosulfate (10 g/L) oleh biomassa yang terlepas dari TZ, PVC dan cincin polyethilen (PE) pada suhu 30oC dan pH 6
Biotrickling filter dikemas dengan cincin polietilen yang diinokulasi dengan kultur bakteri secara kontinu dalam kondisi yang sama, kecuali pH, yang dikontrol pada kisaran optimal untuk pertumbuhan di setiap set; pH 5,5-7,0 untuk T. thioparus, dan pH 1,8-2,5 untuk A. thiooxidans. Setelah 30 hari biofilm diamati pada permukaan cincin polietilen (gambar 4).
homogen, seperti yang ditunjukkan oleh hasil foto mikroskop elektron seperti pada Gambar 4. Fakta ini terjadi mungkin dikarenakan tingginya ketersediaan oksigen dan nutrisi untuk immobilisasi sel yang kemudian mempertahankan sel tersebut aktif secara metabolik.
Gambar 4. Scanning Electron Microphotograph dari biofilm cincin polietilen oleh T. thioparus.
Gambar 4 yang menunjukkan sebuah foto mikroskop biofilm yang dibentuk oleh T. thioparus. Dalam gambar 4a menunjukkan perkembangan bakteri yang berasosiasi dengan cincin yang diamati, sedangkan pada Gambar 4b dan 4c limpahan bentuk dasar sulfur yang dihasilkan pada permukaan cincin polietilen yang diamati. Bahan ini diproduksi oleh oksidasi tiosulfat, menghasilkan kristal-kristal dengan tipenya struktur oktahedral. Analisis emisi sekunder mengungkapkan bahwa sulfur dasar ada dalam proporsi yang signifikan (34,72% p / p). Hasil yang sama diperoleh untuk A. thiooxidans.
Penelitian ini juga menunjukkan hasil bahwa dalam penghapusan H2S bila menggunakan biotrickling filter dengan biofilm yang dibentuk oleh T. thioparus, dioperasikan pada kisaran pH antara 5,5 dan 7,0 untuk menyediakan kondisi yang optimal untuk pertumbuhan. Kapasitas maksimal penghapusan dicapai dalam bioreaktor adalah 14 gS m-3h-1 pada 30 gS m-3h-1 dari beban inlet, efisiensi
Hasil yang lebih baik diperoleh dalam biotrickling filter yang diinokulasi dengan A. thiooxidans, dan dioperasikan tanpa kontrol pH pada konsentrasi H2S inlet yang tinggi. Efisiensi removal (efisiensi pembuangan H2S) sebesar 100% (gambar 5) yang dicapai pada konsentrasi H2S inlet yang lebih tinggi (4600 dan 982 ppmv) dengan residence time masing-masing 120 detik dan 45 detik. Oleh karena itu, kapasitas pembuangan H2S oleh A. thiooxidans lebih baik dibandingkan dengan T. thioparus. Selain itu juga, oksidasi sempurna H2S (100%) telah dicapai dengan beban inlet 240 gS m-3h-1. Kapasitas removal tertinggi adalah 370 gS m-3h-1 pada residence time 45 detik, dan 405 gS m-3h-1 beban inlet (efisiensi 91%).
Gambar 5. Efisiensi pembuangan (removal efficiency) pada biotrickling filter
yang diinokulasi A. thiooxidans
III. PENUTUP
Penentuan kapasitas biooksidasi dari biomassa yang dilepaskan dari biofilm merupakan kriteria yang cocok untuk seleksi bahan pembawa untuk biotrickling filter, karena ini merupakan suatu pendekatan untuk mengetahui keadaan metabolik dari sel-sel dalam biofilm. Cincin Polietilen menunjukkan sifat-sifat yang paling cocok sebagai bahan pendukung dalam biotrickling filter, seperti yang ditunjukkan oleh tingginya tingkat oksidasi tiosulfat dan kolonisasi.
Removal rate pada biotrickling filter yang diinokulasi dengan T. thioparus operasi dalam kisaran pH antara pH 5,5-7,0 menunjukkan kemampuan lebih rendah dari kapasitas penghapusan A. thiooxidans sehingga A. thiooxidans adalah mikroorganisme yang paling cocok untuk biooksidasi H2S di biotrickling filter. Keuntungan dari biotrickling filter asam (A. thiooxidans) adalah tidak memerlukan kontrol pH dari cairan media saat operasi dalam biotrickling filter diinokulasi. Sedangkan pada T. thioparus, di mana setiap variasi pH menghasilkan perubahan yang drastis pada efisiensi biooksidasi H2S sehingga kontrol pH dibutuhkan.
IV. DAFTAR PUSTAKA
Aroca, G., Homero U., Dariela N., Patricio O., Alejandra A., Karlo G. 2007. Comparison on the removal of hydrogen sulfide in biotrickling filters inoculated with Thiobacillus thioparus and Acidithiobacillus thiooxidans.
Electronic Journal of Biotechnology ISSN: 0717-3458 Vol.10 No.4, Issue of October 15, 2007.
Maredia, Sabina. 2005. A comparison of biofilters, biotrickling filters and membrane bioreactors for degrading volatile organik compounds. MMG 445 eJournal 2005, 1: 1 www.msu.edu/course/mmg/445.
