BIODEGRADASI HIDROKARBON MINYAK BUMI OLEH
Bacillus
sp. GALUR ICBB 7859 DAN ICBB 7865 DARI
EKOSISTEM AIR HITAM KALIMANTAN TENGAH
DENGAN PENAMBAHAN SURFAKTAN
DIYAN HERDIYANTORO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Juni 2005
Diyan Herdiyantoro
ABSTRAK
DIYAN HERDIYANTORO. Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus
sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan. Dibimbing oleh DWI ANDREAS SANTOSA dan ANI SURYANI.
Minyak dan gas bumi merupakan sumber energi utama untuk industri, transportasi dan rumah tangga. Selain manfaat yang diperoleh, kegiatan industri perminyakan dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Bioremediasi merupakan teknologi yang didasarkan kepada aktivitas mikroorganisme yang dapat mengurangi polutan-polutan yang mencemari lingkungan. Penggunaan surfaktan bersama dengan inokulasi bakteri terpilih telah diketahui dapat meningkatkan proses biodegradasi.
Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji kemampuan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah dengan penambahan surfaktan dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi pada media minimal cair dan tanah yang tercemar minyak bumi.
Pada 100 ml media minimal cair masing-masing isolat diinokulasikan hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 sel/ml, sedangkan pada 200 g campuran tanah dan minyak bumi (10% b/b) non-steril sejumlah 1.00 x 106 sel/g. Surfaktan Tween 80 digunakan pada dosis critical micelle concentration-nya, yaitu 0.015 ml/l.
Perlakuan inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan inokulasi ICBB 7865 disertai dengan penambahan surfaktan pada media minimal cair dapat meningkatkan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi.
Perlakuan inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan inokulasi ICBB 7865 pada tanah yang tercemar minyak bumi memberikan nilai total petroleum hydrocarbon (TPH) dan pH lebih rendah serta biodegradasi dan CO2-C lebih
tinggi dibandingkan dengan tanpa inokulasi bakteri. Perlakuan penambahan surfaktan memberikan nilai CO2-C lebih rendah dibandingkan dengan tanpa
penambahan surfaktan pada hari ke-28 inkubasi. Interaksi perlakuan inokulasi
Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan tanpa penambahan surfaktan (B1S0), inokulasi ICBB 7865 dan penambahan surfaktan (B2S1), inokulasi ICBB 7859 dan penambahan surfaktan (B1S1) dan inokulasi ICBB 7865 dan tanpa penambahan surfaktan (B2S0) memberikan nilai CO2-C lebih tinggi dibandingkan dengan
ABSTRACT
DIYAN HERDIYANTORO. Crude Oil Biodegradation by Bacillus sp. Strain ICBB 7859 and ICBB 7865 from Black Water Ecosystem of Central Kalimantan and The Addition of Surfactant. Under supervision of DWI ANDREAS SANTOSA and ANI SURYANI.
Petroleum is the source of energy for industrial, transportation and domestic activities. As an energy resource, it has many advantages but also can cause environmental pollution. Bioremediation is a technology based on microbial activities which can degrade environmental contaminants. Addition of surfactants along with bacterial inoculation have been reported to enhance the degradation process.
The purpose of this research was to determine the effect of Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 and the addition of surfactant on the biodegradation of crude oil in liquid minimum medium and non-sterile oil contaminated soil.
In 100 ml of liquid minimum medium the inoculants were inoculated at the population density of 1.00 x 106 cells/ml while in 200 g of unsterilized soil and crude oil mixtured (10% wt/wt) 1.00 x 106 cells/g. The dosage of surfactant Tween 80 was at its critical micelle concentration, i.e. 0.015 ml/l.
Inoculation treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 in liquid minimum medium along with addition of surfactant enhanced crude oil biodegradation.
Inoculation treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 on oil contaminated soil resulted lower total petroleum hydrocarbon (TPH) and pH, and higher biodegradation and CO2-C production than without bacteria
inoculation. However, addition of surfactant treatment resulted lower CO2-C
production than without addition of surfactant at 28th day of incubation. Interaction treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and without addition of surfactant (B1S0), ICBB 7865 and addition of surfactant (B2S1), ICBB 7859 and addition of surfactant (B1S1) and ICBB 7865 and without addition of surfactant (B2S0) resulted higher CO2-C production than without bacteria inoculation and addition
© Hak cipta milik Diyan Herdiyantoro, tahun 2005
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotocopi,
BIODEGRADASI HIDROKARBON MINYAK BUMI OLEH
Bacillus
sp. GALUR ICBB 7859 DAN ICBB 7865 DARI
EKOSISTEM AIR HITAM KALIMANTAN TENGAH
DENGAN PENAMBAHAN SURFAKTAN
DIYAN HERDIYANTORO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Departemen Tanah
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Tesis : Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan
Nama : Diyan Herdiyantoro NIM : A225010091
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. Dr. Ir. Ani Suryani, D.E.A. Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Ilmu Tanah Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Komaruddin Idris, M.S. Prof. Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, M.Sc.
” S esungguhnya sesudah kesulitan itu ada
kemudahan. Maka apabila kamu telah
selesai (dari sesuatu urusan),
kerjakanlah dengan sungguh-sungguh
(urusan) yang lain. Dan hanya kepada
Tuhanmulah hendaknya kamu berharap ” .
(Q.S. Alam Nasyrah 94:6-8)
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis ini dengan judul Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. dan Ibu Dr. Ir. Ani Suryani, D.E.A. selaku pembimbing atas arahan dan motivasi yang diberikan selama pelaksanaan penelitian sampai penulisan tesis ini. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ibu Dr. Dra. Rahayu Widyastuti, M.Sc. selaku dosen penguji. Penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. selaku direktur Indonesian Center for Biodiversity and Biotechnology (ICBB) yang telah memberikan dukungan dana dan fasilitas selama penelitian berlangsung. Isolat yang digunakan dalam penelitian ini merupakan koleksi dari ICBB-Culture Collection of Microorganisms, http://www.icbb.org. Selain itu, ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada kepala dan staf Laboratorium Biologi Tanah yang telah memberikan izin dalam penggunaan laboratorium dan fasilitasnya dan membantu pelaksanaan penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayahanda Syafri Andi Pilliang, ibunda Sri Hastuti, adinda Rio Andrianto dan seluruh keluarga atas segala do’a dan kasih sayangnya serta sahabat penulis Budi Eko Cahyono, S.P. dan drh. Hellyne Rosalina yang selalu mendampingi penulis saat suka maupun duka. Ungkapan terima kasih diucapkan kepada Khairani Rahman, S.P. yang telah memberikan dukungan moril maupun materil yang tulus kepada penulis. Kepada Zumi Saidah, S.P., M.Si., kehadiranmu dalam hati mampu memberikan api semangat penulis dalam menyelesaikan pendidikan di sekolah pascasarjana ini.
Semoga tulisan ini bermanfaat.
Bogor, Juni 2005
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Karang pada tanggal 24 Oktober 1977 dari ayah Syafri Andi Pilliang dan ibu Sri Hastuti. Penulis merupakan putra pertama dari dua bersaudara.
Pendidikan dasar ditempuh di SDN Sukamaju I Cimahi dan lulus pada tahun 1990. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan ke SMPN 3 Cimahi dan lulus pada tahun 1993. Setelah itu penulis meneruskan ke SMAN 2 Cimahi dan lulus pada tahun 1996.
BIODEGRADASI HIDROKARBON MINYAK BUMI OLEH
Bacillus
sp. GALUR ICBB 7859 DAN ICBB 7865 DARI
EKOSISTEM AIR HITAM KALIMANTAN TENGAH
DENGAN PENAMBAHAN SURFAKTAN
DIYAN HERDIYANTORO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, Juni 2005
Diyan Herdiyantoro
ABSTRAK
DIYAN HERDIYANTORO. Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus
sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan. Dibimbing oleh DWI ANDREAS SANTOSA dan ANI SURYANI.
Minyak dan gas bumi merupakan sumber energi utama untuk industri, transportasi dan rumah tangga. Selain manfaat yang diperoleh, kegiatan industri perminyakan dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Bioremediasi merupakan teknologi yang didasarkan kepada aktivitas mikroorganisme yang dapat mengurangi polutan-polutan yang mencemari lingkungan. Penggunaan surfaktan bersama dengan inokulasi bakteri terpilih telah diketahui dapat meningkatkan proses biodegradasi.
Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji kemampuan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah dengan penambahan surfaktan dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi pada media minimal cair dan tanah yang tercemar minyak bumi.
Pada 100 ml media minimal cair masing-masing isolat diinokulasikan hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 sel/ml, sedangkan pada 200 g campuran tanah dan minyak bumi (10% b/b) non-steril sejumlah 1.00 x 106 sel/g. Surfaktan Tween 80 digunakan pada dosis critical micelle concentration-nya, yaitu 0.015 ml/l.
Perlakuan inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan inokulasi ICBB 7865 disertai dengan penambahan surfaktan pada media minimal cair dapat meningkatkan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi.
Perlakuan inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan inokulasi ICBB 7865 pada tanah yang tercemar minyak bumi memberikan nilai total petroleum hydrocarbon (TPH) dan pH lebih rendah serta biodegradasi dan CO2-C lebih
tinggi dibandingkan dengan tanpa inokulasi bakteri. Perlakuan penambahan surfaktan memberikan nilai CO2-C lebih rendah dibandingkan dengan tanpa
penambahan surfaktan pada hari ke-28 inkubasi. Interaksi perlakuan inokulasi
Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan tanpa penambahan surfaktan (B1S0), inokulasi ICBB 7865 dan penambahan surfaktan (B2S1), inokulasi ICBB 7859 dan penambahan surfaktan (B1S1) dan inokulasi ICBB 7865 dan tanpa penambahan surfaktan (B2S0) memberikan nilai CO2-C lebih tinggi dibandingkan dengan
ABSTRACT
DIYAN HERDIYANTORO. Crude Oil Biodegradation by Bacillus sp. Strain ICBB 7859 and ICBB 7865 from Black Water Ecosystem of Central Kalimantan and The Addition of Surfactant. Under supervision of DWI ANDREAS SANTOSA and ANI SURYANI.
Petroleum is the source of energy for industrial, transportation and domestic activities. As an energy resource, it has many advantages but also can cause environmental pollution. Bioremediation is a technology based on microbial activities which can degrade environmental contaminants. Addition of surfactants along with bacterial inoculation have been reported to enhance the degradation process.
The purpose of this research was to determine the effect of Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 and the addition of surfactant on the biodegradation of crude oil in liquid minimum medium and non-sterile oil contaminated soil.
In 100 ml of liquid minimum medium the inoculants were inoculated at the population density of 1.00 x 106 cells/ml while in 200 g of unsterilized soil and crude oil mixtured (10% wt/wt) 1.00 x 106 cells/g. The dosage of surfactant Tween 80 was at its critical micelle concentration, i.e. 0.015 ml/l.
Inoculation treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 in liquid minimum medium along with addition of surfactant enhanced crude oil biodegradation.
Inoculation treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 on oil contaminated soil resulted lower total petroleum hydrocarbon (TPH) and pH, and higher biodegradation and CO2-C production than without bacteria
inoculation. However, addition of surfactant treatment resulted lower CO2-C
production than without addition of surfactant at 28th day of incubation. Interaction treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and without addition of surfactant (B1S0), ICBB 7865 and addition of surfactant (B2S1), ICBB 7859 and addition of surfactant (B1S1) and ICBB 7865 and without addition of surfactant (B2S0) resulted higher CO2-C production than without bacteria inoculation and addition
© Hak cipta milik Diyan Herdiyantoro, tahun 2005
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotocopi,
BIODEGRADASI HIDROKARBON MINYAK BUMI OLEH
Bacillus
sp. GALUR ICBB 7859 DAN ICBB 7865 DARI
EKOSISTEM AIR HITAM KALIMANTAN TENGAH
DENGAN PENAMBAHAN SURFAKTAN
DIYAN HERDIYANTORO
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Departemen Tanah
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Tesis : Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan
Nama : Diyan Herdiyantoro NIM : A225010091
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. Dr. Ir. Ani Suryani, D.E.A. Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Ilmu Tanah Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Komaruddin Idris, M.S. Prof. Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, M.Sc.
” S esungguhnya sesudah kesulitan itu ada
kemudahan. Maka apabila kamu telah
selesai (dari sesuatu urusan),
kerjakanlah dengan sungguh-sungguh
(urusan) yang lain. Dan hanya kepada
Tuhanmulah hendaknya kamu berharap ” .
(Q.S. Alam Nasyrah 94:6-8)
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis ini dengan judul Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. dan Ibu Dr. Ir. Ani Suryani, D.E.A. selaku pembimbing atas arahan dan motivasi yang diberikan selama pelaksanaan penelitian sampai penulisan tesis ini. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ibu Dr. Dra. Rahayu Widyastuti, M.Sc. selaku dosen penguji. Penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. selaku direktur Indonesian Center for Biodiversity and Biotechnology (ICBB) yang telah memberikan dukungan dana dan fasilitas selama penelitian berlangsung. Isolat yang digunakan dalam penelitian ini merupakan koleksi dari ICBB-Culture Collection of Microorganisms, http://www.icbb.org. Selain itu, ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada kepala dan staf Laboratorium Biologi Tanah yang telah memberikan izin dalam penggunaan laboratorium dan fasilitasnya dan membantu pelaksanaan penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayahanda Syafri Andi Pilliang, ibunda Sri Hastuti, adinda Rio Andrianto dan seluruh keluarga atas segala do’a dan kasih sayangnya serta sahabat penulis Budi Eko Cahyono, S.P. dan drh. Hellyne Rosalina yang selalu mendampingi penulis saat suka maupun duka. Ungkapan terima kasih diucapkan kepada Khairani Rahman, S.P. yang telah memberikan dukungan moril maupun materil yang tulus kepada penulis. Kepada Zumi Saidah, S.P., M.Si., kehadiranmu dalam hati mampu memberikan api semangat penulis dalam menyelesaikan pendidikan di sekolah pascasarjana ini.
Semoga tulisan ini bermanfaat.
Bogor, Juni 2005
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Karang pada tanggal 24 Oktober 1977 dari ayah Syafri Andi Pilliang dan ibu Sri Hastuti. Penulis merupakan putra pertama dari dua bersaudara.
Pendidikan dasar ditempuh di SDN Sukamaju I Cimahi dan lulus pada tahun 1990. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan ke SMPN 3 Cimahi dan lulus pada tahun 1993. Setelah itu penulis meneruskan ke SMAN 2 Cimahi dan lulus pada tahun 1996.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ……….. xiv
DAFTAR GAMBAR ………. xv
DAFTAR LAMPIRAN ……….. xvii
PENDAHULUAN ……….. 1
Latar Belakang ………. 1
Tujuan Penelitian ……….…... 3
Hipotesis Penelitian ……… 3
Manfaat Penelitian ………... 3
TINJAUAN PUSTAKA ………... 4
Karakteristik Minyak Bumi ………... 4
Minyak Bumi dan Pengilangan Minyak Bumi ………. 4
Sifat Fisik Minyak Bumi ………... 4
Sifat Kimia Minyak Bumi ………... 5
Pencemaran Tanah oleh Minyak Bumi ……….………... 6
Rembesan Limbah Alam ………... 6
Rembesan dan Tumpahan Minyak Bumi Akibat Kecelakaan .. 6
Pembuangan Limbah Minyak Bumi ... 6
Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Manusia, Tumbuhan dan Hewan ………... 7
Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Manusia …… 7
Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Tumbuhan … 7 Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Hewan …….. 8
Dinamika Tumpahan Minyak Bumi di Tanah ………... 9
Penyebaran ……….. 9
Penguapan ……….…... 9
Pencucian ………. 10
Degradasi Secara Fotooksidasi ……….….…... 10
Bioremediasi Minyak Bumi ………... 10
Mikroorganisme Pendegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi ... 12
Mekanisme Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi ... 14
Faktor Lingkungan yang Mempengaruhi Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi ………... 16
Kadar Air ………... 16
Suhu ……….. 16
Oksigen ………. 17
pH Tanah ………... 17
Ketersediaan Nutrisi ……….……….. 17
Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah ... 18
Surfaktan ... 19
Penggunaan Surfaktan dalam Biodegradasi Hidrokarbon
Minyak Bumi ... 20
BAHAN DAN METODE ………... 22
Waktu dan TempatPenelitian ……….. 22
Bahan dan Alat ………. 22
Pelaksanaan Penelitian ……….. 22
Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Nutrient
Broth ... 22 Penentuan Kurva Standar Populasi Bakteri ... 23 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak
Bumi di Berbagai Konsentrasi Minyak Bumi pada Media
Minimal Cair ... 23 Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Minimal
Cair ... 24 Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri dengan Penambahan
Surfaktan pada Media Minimal Cair ... 24
Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon
Minyak Bumi pada Media Minimal Cair ... 24
Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dengan Penambahan Surfaktan pada Media
Minimal Cair ... 25 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak
Bumi dan Penambahan Surfaktan pada Tanah Tercemar
Minyak Bumi ... 25 Pengukuran Bobot Minyak Bumi (TPH) ... 26
Pengukuran pH Tanah ………... 28
Pengukuran CO2-C ………..……… …... 28
HASIL DAN PEMBAHASAN ………. 29
Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Nutrient Broth ... 29
Kurva Standar Populasi Bakteri ... 29
Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi di Berbagai Konsentrasi Minyak Bumi pada
Media Minimal Cair ……….. 30
Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Minimal Cair ... 31
Kurva Pertumbuhan Bakteri dengan Penambahan Surfaktan
pada Media Minimal Cair ... 33
Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon
Minyak Bumi pada Media Minimal Cair ... 34
Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dengan Penambahan Surfaktan pada Media
Minimal Cair ... 34
Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dan Penambahan Surfaktan pada Tanah
Tercemar Minyak Bumi ... 35 Pengaruh Bakteri Terhadap Total Petroleum Hydrocarbon
(TPH) ... 35 Pengaruh Bakteri Terhadap Biodegradasi ... 37 Pengaruh Bakteri Terhadap pH ... 37 Pengaruh Bakteri Terhadap CO2-C ... 38
Pengaruh Interaksi Bakteri dan Surfaktan Terhadap CO2-C ... 40
KESIMPULAN DAN SARAN ………. 41
DAFTAR PUSTAKA ... 42
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Hasil pengolahan minyak bumi dan kegunaannya ... 4 2 Sifat fisik minyak bumi ... 5 3 Jenis-jenis teknologi bioremediasi ... 11 4 Biaya pengolahan oil sludge pada berbagai metode
bioremediasi ... 12 5 Total petroleum hydrocarbon (TPH), biodegradasi, kerapatan
optik dan pH di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair karena pengaruh Bacillus sp. galur ICBB 7859
dan ICBB 7865 selama 15 hari inkubasi …… ……… 30
6 Pengaruh bakteri terhadap bobot minyak bumi, biodegradasi, pH dan kerapatan optik pada media minimal cair selama 15
hari inkubasi ... 34 7 Pengaruh bakteri dengan penambahan surfaktan Tween 80
terhadap bobot minyak bumi, biodegradasi, pH dan kerapatan optik pada media minimal cair selama 15 hari
inkubasi ... 35
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Penyebaran tumpahan minyak di permukaan tanah ... 9 2 Penggunaan hidrokarbon minyak bumi oleh bakteri: (A)
penggunaan hidrokarbon terlarut, (B) kontak langsung bakteri dengan hidrokarbon pada antar muka air-minyak, (C) kontak langsung bakteri dengan butiran-butiran hidrokarbon yang terdispersi dalam larutan dan (D) peningkatan kelarutan
hidrokarbon karena dihasilkan biosurfaktan ... 15 3 Kepala hidrofilik surfaktan yang terikat air ... 19 4 Jenis-jenis surfaktan ... 20 5 Surfaktan meningkatkan bioavailabilitas minyak terhadap
bakteri: (A) laju biodegradasi terbatas karena minyak tidak larut dan (B) peningkatan kelarutan minyak dan laju
biodegradasi karena adanya misel surfaktan ... 21 6 Penetapan kurva standar populasi bakteri ... 23 7 Kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB
7865 pada media nutrient broth ……….. 29
8 Kurva standar populasi Bacillus sp.galur ICBB 7859 dan ICBB
7865 ………... 29 9 Uji aktivitas Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865
dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair selama 15
hari inkubasi ……… 30
10 Total petroleum hydrocarbon (TPH) akhir karena pengaruh
Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair selama 15
hari inkubasi ……… 31
11 Penentuan kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859
dan ICBB 7865 pada media minimal cair …………... 31 12 Kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB
7865 pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi ………. 32 13 Penentuan kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859
dan ICBB 7865 dengan penambahan surfaktan Tween 80
pada media minimal cair ………... ... 33 14 Kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB
7865 dengan penambahan surfaktan Tween 80 pada media
minimal cair selama 15 hari inkubasi ………. 33
15 Biodegradasi minyak bumi oleh Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dan dengan penambahan surfaktan Tween 80
pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi ... 35 16 Pengaruh bakteri terhadap TPH pada tanah tercemar minyak
bumi ... 36 17 Pengaruh bakteri terhadap biodegradasi pada tanah tercemar
minyak bumi ………... 37
18 Pengaruh bakteri terhadap pH pada tanah tercemar minyak
19 Pengaruh bakteri terhadap CO2-C pada tanah tercemar
minyak bumi ... 38 20 Pengaruh surfaktan terhadap CO2-C pada tanah tercemar
minyak bumi ... 39 21 Pengaruh interaksi bakteri dan surfaktan terhadap CO2-C hari
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Ciri morfologi dan fisiologi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan
ICBB 7865 ... 49 2 Sifat fisik dan kimia Sangatta crude oil ... 50 3 Komposisi media tumbuh bakteri dan surfaktan ... 51 4 Data bobot minyak bumi yang dapat diekstrak dari media
minimal cair dan media tanah ... 52 5 Data penetapan kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB
7859 dan ICBB 7865 pada media nutrient broth ... 53 6 Hasil perhitungan populasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan
ICBB 7865 untuk kurva standar ... 54 7 Data aktivitas bakteri di berbagai konsentrasi minyak bumi
pada media minimal cair ... 55 8 Data kurva pertumbuhan bakteri pada media minimal cair ... 56 9 Data kurva pertumbuhan bakteri pada media minimal cair
dengan penambahan surfaktan Tween 80 ... 57 10 Data uji aktivitas bakteri pada media minimal cair ... 58 11 Data uji aktivitas bakteri pada media minimal cair dengan
penambahan surfaktan Tween 80 ... 59 12 Data bobot minyak bumi hasil uji aktivitas bakteri dalam
biodegradasi hidrokarbon minyak bumi dan penambahan
surfaktan Tween 80 pada tanah tercemar minyak bumi ... 60 13 Data biodegradasi hasil uji aktivitas bakteri dalam biodegradasi
hidrokarbon minyak bumi dan penambahan surfaktan Tween
80 pada tanah tercemar minyak bumi ... 61 14 Data pH hasil uji aktivitas bakteri dalam biodegradasi
hidrokarbon minyak bumi dan penambahan surfaktan Tween
80 pada tanah tercemar minyak bumi ... 62 15 Data CO2-C hasil uji aktivitas bakteri dalam biodegradasi
hidrokarbon minyak bumi dan penambahan surfaktan Tween
80 pada tanah tercemar minyak bumi ... 63 16 Analisis ragam pengaruh bakteri terhadap bobot minyak bumi
pada media minimal cair setelah inkubasi 15 hari ... 64 17 Analisis ragam pengaruh bakteri terhadap biodegradasi
minyak bumi pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi
... 64 18 Analisis ragam pengaruh bakteri terhadap pH pada media
minimal cair setelah 15 hari inkubasi ... 64 19 Analisis ragam pengaruh bakteri terhadap kerapatan optik
pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi ... 64 20 Analisis ragam pengaruh bakteri dengan penambahan
surfaktan Tween 80 terhadap bobot minyak bumi pada media
minimal cair setelah 15 hari inkubasi ... 65 21 Analisis ragam pengaruh bakteri dengan penambahan
surfaktan Tween 80 terhadap biodegradasi minyak bumi pada
surfaktan Tween 80 terhadap pH pada media minimal cair
setelah 15 hari inkubasi ... 65 23 Analisis ragam pengaruh bakteri dengan penambahan
surfaktan Tween 80 terhadap kerapatan optik pada media
minimal cair setelah 15 hari inkubasi ... 65 24 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap bobot
minyak bumi hari ke-7 inkubasi pada tanah tercemar minyak
bumi ... 66 25 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap bobot
minyak bumi hari ke-14 inkubasi pada tanah tercemar minyak
bumi ... 66 26 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap bobot
minyak bumi hari ke-21 inkubasi pada tanah tercemar minyak
bumi ... 66 27 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap bobot
minyak bumi hari ke-28 inkubasi pada tanah tercemar minyak
bumi ... 66 28 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap
biodegradasi minyak bumi hari ke-7 inkubasi pada tanah
tercemar minyak bumi ... 67 29 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap
biodegradasi minyak bumi hari ke-14 inkubasi pada tanah
tercemar minyak bumi ... 67 30 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap
biodegradasi minyak bumi hari ke-21 inkubasi pada tanah
tercemar minyak bumi ... 67 31 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap
biodegradasi minyak bumi hari ke-28 inkubasi pada tanah
tercemar minyak bumi ... 67 32 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap pH
hari ke-7 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ... 68 33 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap pH
hari ke-14 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ... 68 34 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap pH
hari ke-21 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ... 68 35 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap pH
hari ke-28 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ... 68 36 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap CO2
-C hari ke-7 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ... 69 37 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap CO2
-C hari ke-14 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ... 69 38 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap CO2
-C hari ke-21 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ... 69 39 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap CO2
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Minyak dan gas bumi merupakan sumber energi utama untuk industri, transportasi dan rumah tangga. Ekspor komoditi ini menyumbangkan devisa bagi negara (Kadarwati et al. 1996). Indonesia adalah salah satu penghasil minyak bumi terbesar (urutan ke-8 dari negara penghasil minyak dunia) dengan produksi sebesar 1.27 juta barel per hari pada tahun 2003 (Sabur 2003).
Aktivitas industri perminyakan (pengeboran, pengilangan, proses produksi dan transportasi) umumnya menghasilkan limbah minyak dan terjadi tumpahan baik di tanah maupun perairan (Udiharto 1996a). Limbah dan tumpahan tersebut akan semakin meningkat sejalan dengan meningkatnya aktivitas industri perminyakan di lapangan. Penanganan yang tidak tepat dapat menyebabkan pencemaran lingkungan dan berbahaya bagi makhluk hidup (Dibble & Bartha 1979; Bartha & Bossert 1984; Bossert & Bartha 1984; Mishra et al. 2001; Santosa 2003).
Dalam UU No. 23/1997 dan PP No. 18/1999 disebutkan bahwa limbah minyak bumi termasuk kategori bahan berbahaya dan beracun (B3). Produsen dilarang menyimpannya terlalu lama tanpa pengolahan. Selain itu, produsen diwajibkan segera mengolahnya menjadi komponen-komponen yang tidak berbahaya dalam waktu 90 hari sejak limbah dihasilkan (Mursida 2002; Santosa 2003).
Usaha penanggulangan pencemaran minyak bumi secara konvensional hasilnya kurang memuaskan. Membuang bahan pencemar dengan membenamkannya ke dalam tanah tidak menanggulangi masalah. Bahan tersebut dapat meresap ke air tanah dan mencemari perairan. Demikian juga dengan usaha pembakaran yang dapat mengakibatkan pencemaran udara (Kadarwati et al. 1996).
Alternatif lain yang dapat digunakan dalam penanggulangan pencemaran minyak bumi adalah teknologi bioremediasi yaitu menggunakan bakteri yang dalam aktivitasnya mampu memanfaatkan hidrokarbon minyak bumi sebagai sumber karbon dan energi kemudian mengubahnya menjadi CO2, H2O dan
mengurangi konsentrasi limbah minyak yang ada dan membantu usaha penormalan kembali lingkungan tersebut (Dibble & Bartha 1979; Atlas 1981; Bossert & Bartha 1984; Udiharto et al. 1995; Udiharto et al. 2000; Yani et al.
2003). Dalam Kepmen No. 04/1995 disebutkan bahwa pengolahan limbah minyak bumi secara biologi harus dapat menurunkan konsentrasi hidrokarbon hingga mencapai ambang batas yang disyaratkan aman bagi lingkungan, yaitu 10 000 ppm (Edvantoro 2003).
Aktivitas bakteri dalam mendegradasi limbah minyak bumi tergantung kepada fisiologi bakteri dan kondisi beberapa parameter lingkungan setempat seperti pH, kelembaban, aerasi, temperatur dan ketersediaan nutrisi. Pemilihan inokulan yang sesuai dan menciptakan kondisi lingkungan yang optimal untuk bakteri dapat mempercepat proses biodegradasi sehingga memungkinkan terjadinya pengurangan konsentrasi hidrokarbon secara maksimal (Atlas 1981; Kadarwati et al. 1994; Udiharto 1996a; Udiharto et al. 2000).
Bioremediasi dapat dilakukan dengan menggunakan bakteri indigenous maupun menginokulasikan bakteri terpilih dari tempat lain (Udiharto et al. 2000; Mishra et al. 2001; Santosa 2003). Santosa et al. (2000) menyatakan bahwa ekosistem air hitam Kalimantan Tengah menyimpan potensi bakteri yang dapat digunakan untuk bioremediasi. Ekosistem air hitam tidak hanya penting karena jenis flora dan faunanya tetapi juga mikroorganismenya penting untuk dikembangkan karena berbagai kelompok bakteri mampu hidup pada kondisi ekstrim lingkungan tersebut.
Listiyawati (2004) dapat mengisolasi konsorsium bakteri perombak hidrokarbon minyak bumi dari ekositem air hitam Kalimantan Tengah. Hasil pengujian menggunakan konsorsium DNH-U 3877 pada skala laboratorium dalam penanganan limbah lumpur berminyak menunjukkan penurunan total petroleum hydrocarbon (TPH) dari 58 882 ppm menjadi 6 652 ppm dalam waktu 6 minggu. Dalam konsorsium tersebut terdapat 2 koloni bakteri yang dominan, yaitu Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865.
molekul yang mempunyai bagian hidrofilik dan hidrofobik yang mampu menurunkan tegangan antar muka air dan minyak (Volkering et al. 1995; Tiehm & Stieber 2001). Penggunaan surfaktan bersama dengan inokulasi bakteri terpilih telah diketahui dapat meningkatkan proses biodegradasi. Surfaktan, melalui proses dispersi, dapat meningkatkan kelarutan minyak dalam fase cairan sehingga permukaan minyak yang dapat didegradasi oleh bakteri bertambah (Van Dyke et al. 1991; Tiehm 1994; Liu et al. 1995;Udiharto et al. 1995; Thibault
et al. 1996;Sabagh & Atta 1999).
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menguji kemampuan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 yang diisolasi dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah dengan penambahan surfaktan dalam mendegradasi hidrokarbon minyak bumi.
Hipotesis Penelitian
Hipotesis dalam penelitian ini adalah inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 yang diisolasi dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah dengan penambahan surfaktan dapat meningkatkan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi.
Manfaat Penelitian
TINJAUAN PUSTAKA
Karakteristik Minyak Bumi
Minyak Bumi dan Pengilangan Minyak Bumi
Minyak bumi merupakan campuran kompleks hidrokarbon padat, cair dan gas yang merupakan hasil akhir penguraian bahan-bahan hewani dan nabati yang telah terpendam dalam kerak bumi dalam waktu lama dan mengandung sedikit senyawa nitrogen dan belerang (Atlas & Bartha 1981; Keenan et al.
1993). Minyak bumi yang dihasilkan di Indonesia bervariasi jenisnya dari ringan encer yang berwarna kecoklatan dan mengandung bagian-bagian ringan yang mudah disuling sampai pada jenis kental yang merupakan substansi setengah padat berwarna kehitaman dengan sedikit mengandung bagian ringan (Kontawa 1993).
Menurut Keenan et al. (1993) pengilangan minyak bumi merupakan
[image:32.612.132.505.479.580.2]pemisahan senyawa organik seperti adanya di alam dan pengolahan beberapa diantaranya menjadi senyawa organik lain melalui pemisahan minyak kasar dengan penyulingan bertingkat menjadi kelompok-kelompok dengan interval titik didih yang berlainan. Hasil pengolahan minyak bumi dan kegunaannya disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil pengolahan minyak bumi dan kegunaannya
No. Hasil Interval Ukuran
Molekul
Interval Titik
Didih (ºC) Penggunaan
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Gas Eter petroleum Bensin Minyak tanah Minyak diesel Minyak pelumas Lilin parafin Aspal
C1-C5
C5-C7
C5-C12
C12-C16
C15-C18
> C16
> C20
- -164-30 30-90 30-200 175-275 250-400 > 350 52-57 Residu
Bahan bakar gas
Pelarut; binatu kimia (dry cleaning)
Bahan bakar motor
Minyak lampu; minyak kompor Bahan bakar mesin diesel Pelumasan
Lilin; korek api Pelapis jalan
Sumber: Keenan et al. (1993).
Sifat Fisik Minyak Bumi
Tabel 2 Sifat fisik minyak bumi
No. Sifat Fisik Keterangan
1.
2.
3.
4.
Bobot jenis
Titik didih
Titik nyala
Nilai kalori
Bobot jenis (specific gravity) adalah sifat fisik minyak bumi yang penting
dan mempunyai nilai dalam perdagangan. Bobot jenis minyak bumi
dinyatakan dalam derajat API (American Petroleum Institute) atau API
gravity yang menunjukkan kualitas minyak bumi tersebut. Semakin kecil bobot jenisnya atau semakin tinggi derajat API maka minyak bumi itu memiliki nilai jual tinggi karena banyak mengandung bensin. Bobot jenis minyak bumi tergantung pada suhu dimana semakin tinggi suhu maka semakin rendah bobot jenisnya.
Titik didih (boiling point) minyak bumi berbeda-beda sesuai dengan
derajat API-nya. Jika derajat API rendah maka titik didihnya tinggi karena minyak bumi tersebut banyak mengandung fraksi berat. Jika derajat API tinggi maka titik didihnya rendah dan lebih banyak mengandung fraksi ringan (bensin). Titik didih mempunyai arti penting untuk transportasi minyak bumi sehingga proses pembekuan dapat dicegah.
Titik nyala (flash point) adalah suhu dimana minyak bumi dapat terbakar
karena suatu percikan api. Semakin tinggi derajat API maka titik didih dan titik nyalanya semakin rendah sehingga mudah terbakar karena percikan
api. Titik nyala mempunyai arti sangat penting karena semakin rendah
akan semakin berbahaya.
Nilai kalori (heat of combustion) adalah jumlah kalori yang ditimbulkan
oleh 1 g minyak bumi yaitu dengan meningkatkan suhu 1 g air dari 3.5 °C sampai 4.5 °C. Terdapat hubungan antara bobot jenis dan nilai kalori yaitu bobot jenis minyak bumi antara 0.9 sampai 0.95 memberikan nilai kalori sebesar 10 000-10 500 kal/g. Pada umumnya minyak bumi mempunyai nilai kalori 10 000-10 800 kal/g.
Sumber: Koesoemadinata (1980) dan Speight (1980).
Sifat Kimia Minyak Bumi
Minyak bumi tersusun dari senyawa hidrokarbon (> 90%) dan senyawa non-hidrokarbon (Udiharto 1996a). Berdasarkan struktur molekulnya persenyawaan hidrokarbon digolongkan atas 4 jenis, yaitu parafin, olefin, naftalen dan aromatik (Kontawa 1993). Senyawa non-hidrokarbon minyak bumi disusun oleh senyawa organik yang mengandung belerang, nitrogen, oksigen dan logam organik yang terkonsentrasi dalam minyak fraksi berat dan residu (Udiharto 1996a).
Menurut Kadarwati et al. (1994) hidrokarbon parafinik atau alifatik adalah senyawa hidrokarbon yang mempunyai rantai karbon dengan ikatan jenuh dan terbuka. Hidrokarbon naftenik atau sikloparafin adalah senyawa hidrokarbon dengan ikatan jenuh yang mempunyai rantai tertutup atau berbentuk cincin atau lingkar. Hidrokarbon aromatik merupakan senyawa hidrokarbon dengan molekul berbentuk cincin yang terdiri atas 6 atom karbon dengan ikatan rangkap bergantian.
dan hidrogen yang terdapat di dalamnya atau perbedaan susunan unsur-unsur karbon dan hidrogen di dalam molekul-molekul persenyawaan tersebut (Kontawa 1993).
Pencemaran Tanah oleh Minyak Bumi
Menurut Bossert dan Bartha (1984) jenis dan asal pencemaran minyak bumi di tanah dapat terjadi melalui beberapa hal berikut, yaitu rembesan limbah alam berupa minyak dan gas bumi, kecelakaan yang mengakibatkan rembesan atau tumpahan minyak dan pembuangan limbah minyak.
Rembesan Limbah Alam
Pelengkungan formasi geologi dapat menyebabkan minyak bumi meresap melalui celah-celah bebatuan menuju ke permukaan bumi walaupun tanpa proses pengeboran. Jumlahnya diperkirakan 600 000 ton per tahun akan masuk ke perairan dan pada lingkungan terestrial sekitar 245 000 ton minyak bumi tersebut akan terombak oleh aktivitas mikroorganisme. Selain itu, perombakan juga terjadi pada reservoir di dalam tanah dimana oksigen dan nutrisi mineral tersedia melalui infiltrasi. Melalui proses tersebut diperkirakan 10% deposit minyak hancur.
Rembesan dan Tumpahan Minyak Bumi Akibat Kecelakaan
Pada skala besar kecelakaan terjadi pada sumur-sumur bor minyak bumi dan pecahnya pipa-pipa pengangkutan minyak sedangkan pada skala kecil sering terjadi pada proses pengangkutan dengan mobil-mobil tanker dan bocornya katup atau kran-kran kilang minyak.
Pembuangan Limbah Minyak Bumi
Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Manusia, Tumbuhan dan Hewan
Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Manusia
Menurut Udiharto (2000) tingkat toksisitas hidrokarbon minyak bumi dapat bersifat akut atau kronik. Toksisitas akut terjadi dalam jangka waktu yang relatif pendek dengan bahan yang berkontak di lingkungan cukup tinggi sedangkan toksisitas kronik terjadi dalam jangka waktu lama dengan bahan yang berkontak relatif lebih rendah. Pengaruh toksik akut pada umumnya menyerang sistem syaraf pusat. Sifat toksik yang kronik dapat mempengaruhi kerusakan sel sumsum tulang dan menyebabkan penyakit kanker.
Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Tumbuhan
Menurut Bossert dan Bartha (1984) tumpahan minyak bumi di permukaan tanah memberikan pengaruh negatif terhadap tumbuhan, yaitu toksisitas akibat kontak langsung atau tidak langsung karena adanya interaksi minyak dengan komponen abiotik dan mikroorganisme tanah.
Toksisitas kontak terjadi karena hidrokarbon melarutkan struktur membran lipid sel. Walaupun komponen minyak bumi bertitik didih rendah cepat hilang melalui evaporasi dan pencucian (pada tanah dengan kondisi lembab dan beraerasi baik), tetapi menyebabkan toksisitas kontak yang tinggi terhadap akar dan daun. Tingkatan toksisitas sebagai berikut: monoaromatik > olefin dan naftalen > parafin dimana setiap tingkatan berbanding lurus dengan peningkatan polaritas dan berbanding terbalik dengan penambahan bobot molekul (Bossert & Bartha 1984). Mason (1996) menyebutkan tumpahan minyak dapat menghambat laju fotosintesis karena mempengaruhi permeabilitas membran sel dan mengurangi penyerapan cahaya matahari oleh kloroplas.
Pengaruh tidak langsung terjadi karena adanya kompetisi penggunaan nutrisi mineral dan oksigen antara akar tumbuhan dan mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon dan mendorong terbentuknya kondisi anaerobik sehingga dihasilkan senyawa fitotoksik seperti H2S. Selain itu, minyak dengan
sifatnya yang hidrofobik dapat menyebabkan struktur tanah menjadi buruk sehingga membatasi kemampuannya dalam menyerap air dan udara (Bossert & Bartha 1984).
lokasi kilang minyak Mathura-India yang tercemar limbah minyak tidak ada vegetasi yang tumbuh. Bossert dan Bartha (1984) menyebutkan bahwa tanaman umbi-umbian seperti ubi jalar dan singkong sangat sensitif terhadap hidrokarbon minyak bumi sedangkan mangga, pisang dan tanaman yang mempunyai rhizoma lebih mampu beradaptasi.
Konsentrasi hidrokarbon minyak bumi dalam jumlah sedang (1-5%) di atas permukaan tanah umumnya kurang merusak terhadap tumbuhan. Konsentrasi yang rendah (< 1%) kadang-kadang meningkatkan perkembangan tumbuhan. Hal ini mungkin disebabkan adanya bagian dari komponen hidrokarbon minyak bumi yang berfungsi sebagai hormon tumbuh (Bossert & Bartha 1984).
Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Hewan
Inverterbrata tanah mempunyai kandungan lipid yang tinggi dan laju metabolisme yang cepat sehingga sangat sensitif terhadap toksisitas kontak dari minyak bertitik didih rendah. Hidrokarbon dengan titik didih yang lebih tinggi dan kurang fitotoksisitasnya dapat menyumbat stomata mikroartropoda sehingga menghambat proses respirasi. Hal tersebut dijadikan dasar dalam mengendalikan larva nyamuk dengan menggunakan minyak (Bossert & Bartha 1984).
Amfibi lebih mudah terkena dampak negatif dari minyak karena kulitnya yang permeabel. Pada percobaan dengan menggunakan beberapa konsentrasi minyak, telur dapat menetas menjadi berudu tanpa dipengaruhi oleh konsentrasi minyak. Tetapi, perkembangan berudu terhambat pada konsentrasi minyak yang tinggi bahkan pada konsentrasi > 100 mg/l tidak ada berudu yang mengalami metamorfosa menjadi katak dewasa (Mason 1996).
Dinamika Tumpahan Minyak Bumi di Tanah
Penyebaran
[image:37.612.185.456.278.407.2]Penyebaran tumpahan minyak bumi di permukaan tanah ditentukan oleh beberapa faktor utama diantaranya volume tumpahan, kekentalan minyak, kontur lahan dan porositas tanah sedangkan beberapa faktor lain seperti tanaman penutup dan keadaan cuaca juga ikut menentukan penyebarannya. Penyebaran minyak secara horizontal menambah luasan lahan yang tercemar sedangkan pergerakan secara vertikal menyebabkan terkontaminasinya air tanah (Gambar 1) (Raisbeck & Mohtadi 1974; Somers 1974; MacKay & Mohtadi 1975; Van Loocke et al. 1975; McGill et al. 1981).
Gambar 1 Penyebaran tumpahan minyak di permukaan tanah (Bossert & Bartha 1984).
Penguapan
Menurut McGill et al. (1981) sebesar 20-40% minyak bumi akan
mengalami proses penguapan dari tanah tercemar. Besarnya penguapan tergantung dari suhu, permukaan yang impermeabel dan vegetasi. Penguapan tertinggi terjadi bila kondisi kelembaban tanah rendah dan suhu lingkungan tinggi.
Penguapan terjadi pada senyawa-senyawa hidrokarbon dengan bobot molekul rendah. Penguapan tidak berlangsung terus-menerus karena dalam minyak bumi terdapat senyawa hidrokarbon yang mempunyai bobot molekul lebih tinggi. Hidrokarbon dengan bobot molekul kurang dari C15 (titik didih < 250
°C) lebih mudah menguap, antara C15-C25 (titik didih 250-400 °C) menguap lebih
Pencucian
Pencucian hidrokarbon minyak bumi pada permukaan dan air tanah ditentukan oleh kelarutan minyak dalam fase cairan, tekstur tanah dan kuantitas-intensitas air hujan. Francke dan Clark (1974) melaporkan hanya 1.6% minyak hilang karena pencucian setelah hujan lebat pada minggu pertama percobaan.
Degradasi Secara Fotooksidasi
Tumpahan minyak bumi di atas permukaan impermeabel atau bebatuan akan mengalami degradasi secara fotooksidasi. Senyawa logam organik bertindak sebagai katalisator sedangkan senyawa mengandung sulfur menghambat proses tersebut. Proses fotooksidasi berjalan efektif oleh cahaya ultraviolet pada panjang gelombang < 400 nm (Clark & MacLeod 1977). Atlas dan Bartha (1981) menyebutkan tumpahan minyak yang terpapar sinar matahari selama 8 jam terdegradasi 0.2 ton per km2. Menurut Floodgate (1984) produk yang dihasilkan melalui fotooksidasi lebih mudah larut dan peka terhadap serangan mikroorganisme tetapi jika terjadi reaksi polimerasi akan terbentuk senyawa rekalsitran yang lebih tahan.
Bioremediasi Minyak Bumi
Bioremediasi merupakan bagian dari bioteknologi lingkungan yang memanfaatkan proses alami biodegradasi dengan menggunakan aktivitas mikroorganisme yang dapat memulihkan tanah, air dan sedimen dari kontaminasi terutama senyawa organik (Yani et al. 2003). Jenis-jenis teknologi bioremediasi disajikan pada Tabel 3.
Teknologi bioremediasi pada umumnya dapat dibedakan menjadi teknologi ex situ dan in situ. Teknologi ex situ adalah pengolahan yang mencakup pemindahan bahan yang terkontaminasi atau buangan limbah ke tempat lain untuk diolah lebih lanjut. Sebaliknya teknologi in situ mencakup pengolahan bahan yang terkontaminasi atau buangan limbah yang dilakukan tanpa memindahkan bahan-bahan tersebut ke tempat lain (Kadarwati et al.
1996).
oleh campuran kompleks dari senyawa-senyawa organik seperti limbah kilang minyak (Kadarwati et al. 1996).
Tabel 3. Jenis-jenis teknologi bioremediasi
No. Jenis Proses
1. Biostimulasi Penggunaan nutrien atau substrat seperti pupuk dan suplemen
pertumbuhan untuk menstimulasi mikroorganisme yang dapat melakukan bioremediasi.
2. Bioaugmentasi Penambahan kultur bakteri atau enzim pada media yang
terkontaminasi.
3. Biofilter Memisahkan gas organik dengan melewatkan udara melalui kompos
atau tanah yang mengandung mikroorganisme yang mampu mendegradasi gas. Teknik ini digunakan untuk memisahkan komponen volatil (VOC’s) dari udara.
4. Bioreaktor Penanganan terhadap bahan yang terkontaminasi pada tanki besar
yang mengandung organisme atau enzim.
5. Bioventing Teknik yang mirip dengan biostimulasi. Teknik ini dilakukan dengan
menyemburkan oksigen ke dalam tanah untuk menstimulasi pertumbuhan mikroorganisme.
6. Pengomposan Teknik ini dilakukan dengan mencampur bahan terkontaminasi dengan
kompos yang mengandung mikroorganisme bioremediasi. Campuran diinkubasi pada kondisi aerobik dan hangat.
7. Landfarming Penggunaan teknik farming tilling dan soil amandement untuk
mendorong pertumbuhan mikroorganisme bioremediasi di lokasi terkontaminasi.
Sumber: Yani et al. (2003).
Ide yang mendasari bioremediasi adalah semua mikroorganisme mampu mengkonsumsi substrat dari alam untuk pertumbuhan dan metabolismenya. Bakteri, protista dan jamur sangat baik digunakan untuk mendegradasi molekul kompleks dengan memasukkan bahan tersebut ke dalam metabolismenya. Kemampuan untuk mendegradasi tergantung pada enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme. Minyak bumi dapat didegradasi oleh mikroorganisme karena kemampuannya menghasilkan enzim yang selektif terhadap minyak sebagai substratnya (Yani et al. 2003).
Tabel 4. Biaya pengolahan oil sludge pada berbagai metode bioremediasi
Biaya/m3
Metode
Pound Sterling US Dollar
Landfill Inggris
Amerika Serikat
25-120 100-200
35-171 143-286 Thermal
Ex situ
In situ
100-500 75-300
143-715 107-429
Soil washing 35-100 50-72
Bioremediation 5-75 7-107
Sumber: Mursida (2002).
Penerapan bioremediasi sebagai teknik pengolahan limbah sudah semakin berkembang terutama karena alasan biaya operasional yang relatif murah dibandingkan dengan teknologi lain. PT Caltex Pacific Indonesia, Exxon Mobil Oil, Unocol, Vico dan Total telah menerapkan teknologi ini (Edvantoro 2003). Di PT Caltex Pacific Indonesia, bioremediasi dengan mengoptimalkan kondisi tanah untuk pertumbuhan bakteri indigenous menghasilkan konsentrasi TPH • 1% dalam waktu 4 bulan (PT Caltex Pacific Indonesia 2003). Menurut Edvantoro (2003) pengolahan limbah menggunakan teknik bioremediasi pada prinsipnya dapat diterapkan di Indonesia selama pelaksanaan kegiatan pengolahannya memenuhi persyaratan teknis dan aman bagi lingkungan. Konsentrasi TPH akhir yang diperkenankan pada pengolahan limbah minyak bumi melalui teknik bioremediasi adalah 10 000 ppm.
Mikroorganisme Pendegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi
Keberhasilan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi tergantung kepada aktivitas mikroorganisme dan kondisi lingkungannya. Menurut Kadarwati et al.
(1994) mikroorganisme yang banyak hidup dan berperan di lingkungan hidrokarbon minyak bumi sebagian besar adalah bakteri. Bakteri yang sesuai harus mempunyai kemampuan fisiologi dan metabolik untuk mendegradasi bahan pencemar (Udiharto et al. 2000). Menurut Miller (1995) bakteri mampu beradaptasi pada lingkungan hidrokarbon melalui beberapa cara, yaitu: (i) pembentukan bagian hidrofobik pada dinding sel sehingga meningkatkan afinitas sel terhadap hidrokarbon, (ii) dihasilkannya surfaktan ektraselular yang dapat meningkatkan kelarutan hidrokarbon dan (iii) modifikasi intraselular membran sitoplasmik yang dapat mengurangi toksisitas hidrokarbon terhadap bakteri.
al. (2001) menyatakan jika jumlah bakteri indigenous kurang dari 105 SPK/g tanah maka biodegradasi tidak berjalan maksimal sehingga perlu dilakukan penambahan bakteri eksogenous.
Atlas (1981) melaporkan sejumlah mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon minyak bumi, yaitu: (i) Bakteri: Pseudomonas, Achromobacter,
Arthrobacter, Michrococcus, Nocardia, Vibrio, Acinetobacter, Brevibacterium,
Corynebacterium, Flavobacterium, Leucothrix, Rhizobium, Spirillum, Alcaligenes,
Xanthomonas, Cytophaga, Thermomicrobium dan Klebbsiella; (ii) Khamir:
Candida, Rhodotorulla, Aurobasidium, Rhodosporidium, Saccharomyces,
Sporobolomyces, Trichosporon dan Cladosprium; (iii) Fungi: Penicillium,
Cunninghamella, Verticillium spp., Aspergillus, Mucoterales, Monilales,
Graphium, Fusarium, Trichoderma, Acremonium, Mortierella, Gliocladium dan
Sphaeropsidales; (iv) Algae: Protopheca dan (v) Cyanobacteria: Mierocoleus sp.,
Anabaena spp., Agmenellum sp., Coccochloris sp., Nostoc sp., Chlorella spp.,
Dunaalella sp., Ulva sp., Amphora sp., Chlamydomonas sp., Cylindretheca dan
Petalonia.
Walker et al. (1975) melaporkan kemampuan alga (Protopheca zopfii) dalam mendegradasi minyak. Pada minyak motor senyawa aromatik terdegradasi lebih besar daripada senyawa hidrokarbon jenuh sedangkan pada minyak mentah senyawa hidrokarbon jenuh terdegradasi lebih besar daripada aromatik.
Oetomo (1997) mengisolasi bakteri perombak hidrokarbon minyak bumi dari lingkungan laut Tanjung Priok yang tercemar minyak, yaitu Pseudomonas
sp., Bacillus sp., Nocardia sp., Staphylocuccus sp., Vibrio sp. dan Mycobacterium
sp. Pseudomonas sp. mempunyai kemampuan tertinggi dalam mendegradasi minyak bumi baik pada media air laut maupun air tawar.
Masitho (1999) mengisolasi Bacillus sp., Acinetobacter sp. 1 dan
Acinetobacter sp. 2 dari ekosistem mangrove. Acinetobacter sp. 1 dapat mendegradasi hidrokarbon minyak bumi lebih baik dari kedua isolat lainnya.
Saidi et al. (1999) mengisolasi bakteri perombak minyak bumi dan solar dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah, yaitu Brevibacillus thuringiensis
(Ah41-Ms1), Bacillus fusiformis (Pr61-Ms1), Bacillus fusiformis (Si201-Ms1),
Klebsiella planticola (Bb171-Mb2), Bacillus thrungiensis (Si191-Mb1) dan
dan biodegradasi minyak serta menurunkan pH dan bobot minyak dimana nilai tertinggi ditunjukkan Bacillus fusiformis (Si201-Ms1) dan Bacillus fusiformis
(Pr61-Ms1). Hasil pengujian bakteri terpilih pada tanah entisol yang ditambahkan minyak bumi dan solar dapat menurunkan pH, bobot minyak dan konsentrasi fenol dan meningkatkan produksi CO2-C serta biodegradasi minyak bumi.
Mishra et al. (2001) melaporkan pengaruh inokulasi bakteri dalam proses bioremediasi in situ tanah terkontaminasi oil sludge dimana populasi bakteri indigenous rendah (103-104 SPK/g tanah). Plot A dan B diberi perlakuan inokulasi bakteri dan nutrisi. Hasilnya terjadi perombakan TPH sebesar 92% dan 82.7% selama 1 tahun sedangkan plot C sebagai kontrol hanya 14%. Pada akhir percobaan terjadi peningkatan daya memegang air dari 59 ± 4% menjadi 71 ± 3% karena telah terjadi penurunan konsentrasi minyak di dalam tanah. Tidak ada vegetasi yang tumbuh pada lahan tersebut tetapi 3 bulan setelah inokulasi mulai terlihat adanya vegetasi sejalan dengan meningkatnya kemampuan tanah memegang air.
Mekanisme Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi
Bakteri menggunakan hidrokarbon minyak bumi sebagai sumber karbon dan energi (Atlas 1981; Udiharto 1996a). Proses biodegradasi hidrokarbon minyak bumi akan menghasilkan CO2, H2O dan biomassa sel (Bossert & Bartha
1984).
Menurut Udiharto et al. (1995) selama aktivitas berlangsung bakteri mengeluarkan metabolit-metabolit ke dalam media berupa asam, surfaktan dan gas yang dapat mempengaruhi lingkungannya diantaranya asam menurunkan pH dan surfaktan menurunkan tegangan antar muka media. Penurunan tegangan antar muka media menyebabkan minyak terdispersi dan memperbesar kontak permukaan antara bakteri dan minyak sehingga akan terjadi peningkatan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi. Selain itu, biomassa yang dihasilkan merupakan akumulasi massa sel yang sebagian besar tersusun oleh protein. Protein dapat meningkatkan kesuburan tanah tercemar karena merupakan sumber pupuk nitrogen bagi lahan yang mendapatkannya.
dan yang kedua terjadi adhesi antara butiran hidrokarbon dengan cairan dalam sel (Higgins & Gillbert 1977).
Proses selanjutnya, bakteri memproduksi enzim yang dapat mendegradasi hidrokarbon minyak bumi. Enzim mendegradasi senyawa tersebut dengan cara mengeksploitasi kebutuhan bakteri akan energi (Wisjnuprapto 1996). Menurut Kadarwati et al. (1994) dalam pertumbuhannya bakteri akan mengeluarkan enzim yang akan bergabung dengan substansi membentuk senyawa kompleks enzim-substansi, kemudian terurai menjadi produk lain. Enzim tidak habis dalam reaksi tersebut tetapi dilepaskan kembali untuk reaksi selanjutnya dengan substansi lainnya. Proses ini terjadi berulang-ulang sampai semua substansi yang tersedia terpakai.
[image:43.612.203.436.322.428.2]Bentuk-bentuk penggunaan hidrokarbon minyak bumi oleh bakteri disajikan dalam Gambar 2.
Gambar 2 Penggunaan hidrokarbon minyak bumi oleh bakteri: (A) penggunaan hidrokarbon terlarut, (B) kontak langsung bakteri dengan hidrokarbon pada antar muka air-minyak, (C) kontak langsung bakteri dengan butiran-butiran hidrokarbon yang terdispersi dalam larutan dan (D) peningkatan kelarutan hidrokarbon karena dihasilkan biosurfaktan (Miller 1995).
Tingkat kemudahan hidrokarbon minyak bumi didegradasi oleh bakteri tergantung kepada struktur dan bobot molekulnya (Atlas 1989). Secara umum kemampuan biodegradasi naik dengan kenaikan panjang rantai (Kadarwati et al. 1996). Selama proses biodegradasi terjadi perombakan fraksi parafinik, naftenik dan aromatik. Parafinik merupakan fraksi yang paling mudah didegradasi sedangkan naftenik dan aromatik lebih sulit (Leahly & Colwell 1990).
(ii) hidrokarbon alifatik rantai lurus umumnya lebih mudah terdegradasi daripada rantai cabang. Introduksi cabang ke molekul hidrokarbon menghambat proses biodegradasi, (iii) hidrokarbon jenuh lebih mudah terdegradasi daripada yang tidak jenuh. Adanya ikatan dobel atau tripel antar karbon menghambat proses biodegradasi dan (iv) hidrokarbon alifatik rantai panjang lebih mudah didegradasi daripada rantai pendek.
Faktor Lingkungan yang Mempengaruhi Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi
Biodegradasi hidrokarbon minyak bumi merupakan proses yang kompleks dan tergantung kepada karakteristik minyak, komunitas mikroorganisme dan kondisi lingkungan (Rahayu & Noegroho 1999). Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi biodegradasi hidrokarbon minyak bumi yaitu: kadar air, suhu, oksigen, pH dan nutrisi yang tersedia (Atlas 1981; Cooney 1984; Skladany & Metting 1993; Kadarwati et al. 1994; Udiharto 1996a; Wisjnuprapto 1996).
Kadar Air
Kadar air sangat penting untuk proses metabolik bakteri pada limbah minyak karena bakteri hidup aktif pada antar muka minyak-air (Atlas 1981; Udiharto 1996a). Menurut Dibble dan Bartha (1979) kelembaban optimum untuk biodegradasi minyak di lingkungan tanah adalah 30-90% kapasitas penyangga air. Kelembaban yang terlalu rendah menyebabkan tanah menjadi kering sedangkan terlalu tinggi akan mengurangi penyediaan oksigen.
Suhu
Suhu lingkungan mempengaruhi kemampuan bakteri dalam mendegradasi hidrokarbon minyak bumi (Atlas 1975). Skladany dan Metting (1993) menyatakan bahwa suhu mempengaruhi reaksi-reaksi biokimia. Menurut Atlas (1981) biodegradasi minyak bumi berlangsung pada kisaran suhu yang luas tetapi tidak selalu menjadi faktor utama yang membatasi biodegradasi jika faktor lingkungan lain baik. Menurut Udiharto (1996a) berdasarkan suhu lingkungannya bakteri dapat digolongkan menjadi 3 kelompok, yaitu: (i) psikrofilik memerlukan suhu optimum antara 5-15 °C, (ii) mesofilik memerlukan suhu optimum antara 25-40 °C dan (iii) thermofilik memerlukan suhu optimum antara 45-60 °C.
Corynebacterium yang diisolasi dari tanah di antartika yang tercemar minyak dapat aktif mendegradasi pada suhu 1 °C. Bacillus stearothermophillus dapat tumbuh dan berkembang biak dalam medium thermofil (55 °C) dengan minyak bumi sebagai sumber karbonnya (Udiharto 1993).
Suhu optimum untuk mendapatkan laju biodegradasi yang tinggi antara 30-40 °C (Huddleston & Cresswell 1976). Zo Bell (1969) mengemukakan bahwa laju biodegradasi lebih tinggi terjadi pada suhu 25 °C daripada 5 °C. Hasil penelitian Atlas (1975) menunjukkan bahwa senyawa parafin bercabang seperti pristan dapat didegradasi oleh bakteri pada suhu 10 °C dan 20 °C.
Oksigen
Biodegradasi hidrokarbon minyak bumi membutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron karena dasar proses biodegradasi adalah oksidasi (Cooney 1984). Kekurangan oksigen menyebabkan biodegradasi menurun tajam. Idealnya 1 g oksigen digunakan untuk mendegradasi 3.5 g minyak bumi (Zo Bell 1969; Floodgate 1979).
Oksigen dapat disuplai melalui pengadukan tanah secara berkala atau dialirkan melalui pipa-pipa (Bewley 1996). Selain itu, Atlas (1981) menyatakan bahwa bioturbasi tanah oleh cacing dapat meningkatkan laju biodegradasi melalui penambahan ruang pori udara.
pH Tanah
pH tanah mempengaruhi laju biodegradasi baik secara langsung atau tidak langsung. Bakteri umumnya tumbuh dengan baik pada pH 6.0-8.0 (Udiharto 1996a). Secara tidak langsung mempengaruhi naik atau turunnya ketersediaan nutrisi khususnya fosfor (Bewley 1996).
Menurut Dibble dan Bartha (1979) pH optimum untuk biodegradasi hidrokarbon minyak bumi oleh bakteri adalah 7.5-7.8 sedangkan fungi umumnya lebih toleran terhadap kondisi asam. Verstraete et al. (1976) melaporkan bahwa peningkatan pH dari 4.5 menjadi 7.4 pada tanah podsolik masam dapat meningkatkan biodegradasi senyawa alkana dan aromatik.
Ketersediaan Nutrisi
minyak bumi pada umumnya dibatasi oleh ketersediaan nitrogen. Jobson et al. (1974) menyatakan agar pertumbuhan bakteri tidak terhambat diperlukan sekitar 10 bagian karbon untuk setiap satu bagian nitrogen. Jika rasio C:N besar, misalnya 100:1 atau 1000:1, maka pertumbuhan bakteri dan pemanfaatan karbon akan terhambat. Adanya defesiensi nitrogen di areal tumpahan minyak akan diikuti oleh defesiensi fosfor yang juga merupakan faktor pembatas laju degradasi. Untuk memperbaiki ketidakseimbangan nutrisi yang disebabkan oleh jumlah karbon yang melimpah maka penambahan pupuk yang mengandung nitrogen dan fosfor perlu dilakukan.
Menurut Bragg et al. (1993) nitrogen merupakan unsur pokok protein dan asam nukleat yang berperan dalam pertumbuhan, perbanyakan dan pembentukan dinding sel. Fosfor merupakan komponen utama asam nukleat dan lemak sel membran yang berperan dalam proses pemindahan energi secara biologi.
Dibble dan Bartha (1979) melaporkan C:N rasio 60:1 dan C:P rasio 800:1 merupakan rasio optimal kebutuhan bakteri dalam mendegradasi hidrokarbon minyak bumi. API (1980) merekomendasikan jumlah pupuk N dan P yang digunakan sebesar 500 kg N dan 50 kg P per 100 ton hidrokarbon minyak bumi dengan mempertimbangkan biaya dan keamanan lingkungan dari pengaruh penggunaan dosis pupuk tinggi yang dapat mencemari air tanah. Jobson et al. (1974) melaporkan penambahan 600 kg N per ha tidak hanya meningkatkan jumlah kultur campuran Flavobacterium dan Cytophaga sp. tetapi juga meningkatkan laju biodegradasi minyak.
Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah
Menurut Tim Amdal IPB (1996) ciri-ciri ekosistem air hitam Kalimantan Tengah adalah sebagai berikut: pH air atau sedimen 3-4, kandungan senyawa sulfida (H2S) dan fenol 1 000 kali dan 300 kali di atas baku mutu air, BOD rendah
dengan COD yang tinggi sebesar 40-100 mg/l, mengandung minyak dan lemak sebesar 8.5-12.98 mg/l.
Eksplorasi dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah telah berhasil diisolasi Streptomyces penghasil xylanase (Zulfarina 1999), bakteri perombak minyak solar dan minyak bumi (Saidi et al. 1999), bakteri perombak fenol (Djamsari 2000), bakteri penghasil selulase ekstremofilik (Fikrinda 2000), bakteri asidofilik pengoksidasi besi dan sulfur (Nurseha 2000), Actinomycetes yang tahan terhadap Staphylococcus aureus dan E. coli KCCM 11823 (Indriasari 2000), bakteri penghas il â-lactam (Neneng 2000) dan konsorsium bakteri perombak hidrokarbon minyak bumi (Listiyawati 2004).
Surfaktan
Sifat dan Karakteristik Surfaktan
[image:47.612.265.398.522.575.2]Surfaktan (dari kata surface active agent) adalah senyawa yang dapat menurunkan tegangan permukaan air. Umumnya molekul surfaktan mengandung ujung ekor hidrofobik yang terdiri atas satu rantai hidrokarbon atau lebih (group alifatik atau aromatik) dan kepala hidrofilik (sulfonate, sulfate, amine atau polyoxyethylene). Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan cara mematahkan ikatan-ikatan hidrogen melalui peletakan kepala-kepala hidrofiliknya pada permukaan air sedangkan ekor-ekor hidrofobiknya terentang menjauhi permukaan air (Gambar 3) (EPA 1983; Fessenden & Fessenden 1989).
Gambar 3 Kepala hidrofilik surfaktan yang terikat air (Fessenden & Fessenden 1989).
Berdasarkan sifat gugus hidrofiliknya maka surfaktan dikelompokkan menjadi anionik, kationik dan netral (Gambar 4). Sabun dengan gugus karboksilatnya adalah contoh surfaktan anionik. Benzalkonium klorida yang bersifat anti bakteri adalah surfaktan kationik. Surfaktan netral mengandung suatu gugus ion-ion seperti suatu karbohidrat yang dapat berikatan hidrogen dengan air (Fessenden & Fessenden 1989).
Gambar 4 Jenis-jenis surfaktan (Fessenden & Fessenden 1989).
Penggunaan Surfaktan dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi
Salah satu faktor yang membatasi laju biodegradasi hidrokarbon minyak bumi di tanah adalah karakteristik minyak yang tidak larut dalam air dan terjerap pada partikel tanah sehingga mengurangi bioavailabilitas polutan terhadap bakteri karena di lain pihak aktivitas bakteri dalam biodegradasi berlangsung pada antar muka air-minyak dalam larutan tanah (Atlas 1981; Volkering et al.
1995; Tiehm & Stieber 2001; Wick et al. 2001).
Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan mengaplikasikan surfaktan, molekul yang mempunyai bagian hidrofilik dan hidrofobik yang mampu menurunkan tegangan permukaan air dan minyak melalui pengikatan bagian hidrofilik surfaktan dengan air dan bagian hidrofobik dengan minyak (Volkering et al. 1995; Tiehm & Stieber 2001). Surfaktan, melalui proses dispersi, dapat meningkatkan kelarutan minyak dalam fase cairan sehingga permukaan minyak yang dapat didegradasi oleh bakteri bertambah (Gambar 5) (Van Dyke et al. 1991; Tiehm 1994; Liu et al. 1995; Udiharto et al.
1995; Thibault et al. 1996;Sabagh & Atta 1999).
Gambar 5 Surfaktan meningkatkan bioavailabilitas minyak terhadap bakteri: (A) laju biodegradasi terbatas karena minyak tidak larut dan (B) peningkatan kelarutan minyak dan laju biodegradasi karena adanya misel surfaktan (Tiehm & Stieber 2001).
BAHAN DAN METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan dari Februari 2004 sampai Januari 2005 di Laboratorium Biologi Tanah, Departemen Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan adalah isolat bakteri dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah, yaitu Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 koleksi
Indonesian Center for Biodiversity and Biotechnology (ICBB) (Lampiran 1), minyak bumi (Sangatta crude oil) dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi (PPPTMGB) LEMIGAS Jakarta (Lampiran 2), surfaktan Tween 80, larutan fisiologis, nutrient broth, media minimal (Lampiran 3), KOH, HCl, penolptalin, metil oranye, heksan, toluena, metanol, akuades, pupuk urea dan SP-36 dan contoh tanah pasir.
Alat yang digunakan adalah autoklaf, laminar flow, inkubator, mesin pengocok, vortex, spektrofotometer, spatula, jarum ose, pipet, erlenmeyer, cawan petri, tabung reaksi, pH meter, hot plate, corong pemisah, kertas saring, pinggan porselin, oven, timbangan, toples kedap udara dan bak plastik.
Pelaksanaan Penelitian
Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Nutrient Broth
Penentuan Kurva Standar Populasi Bakteri
Kurva standar populasi menggambarkan hubungan antara nilai kerapatan optik suspensi bakteri (sumbu x) dengan jumlah satuan pembentuk koloni (SPK) bakteri per ml biakan (sumbu y). Kurva ini ditentukan dengan metode turbidimetrik (Gambar 6) (Hadioetomo 1993). Kurva standar yang diperoleh digunakan untuk menentukan jumlah bakteri sejenis untuk keperluan inokulasi pada suatu percobaan dengan populasi yang seragam.
1 ose
3 ml
3 ml 3 ml 3 ml 3 ml blanko
3 ml nutrient broth
1:1 1:2 1:4 1:8 1:16
kerapatan optik setiap
