Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013

(1)

Semirata 2013 FMIPA Unila |55

Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan

Sinergi Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas

pseudomallei

,

Pseudomonas pseudoalcaligenes

dan Bacillus sp)

dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn

Bambang Yudono

1

, Sri Pertiwi Estuningsih

2

1. Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam 2 Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sriwijaya E-mail:[email protected]

Abstrak. Telah dilakukan penelitian kinetika degradasi minyak bumi dengan bakteri konsorsium (Micrococcus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalicaligenes dan Bacillus sp) dan rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn Limau Sumatera Selatan. Konsentrasi awal Total Petroleum Hidrokarbon (TPH) tanah terkontaminasi minyak bumi diperoleh sebesar 88,88%. Untuk keperluan penelitian, tanah terkontaminasi tersebut dikondisikan pada konsentrasi 2,5%; 5,0%; 7,5%; 10,0%; 12,5%; dan 15,0% dengan menambahkan tanah segar, serbuk gergaji, dan nutrisi. Bioremidiasi dilakukan selama 84 hari dan setiap 14 hari dilakukan penyamplingan dengan parameter yang diamati adalah Total Petroleun Hidrokarbon (TPH). Pada penelitian menunjukkan orde reaksi degradasi minyak bumi adalah 0,8906. Identifikasi dengan GC-MS menunjukkan bahwa limbah minyak bumi tersusun dari senyawa-senyawa hidrokarbon dengan rantai karbon C15-C17, C18

-C21 dan >C22 dengan masing-masing kelimpahannya 7,86%; 38,53% dan 53,6%. Pada akhir

degradasi menghasilkan residu 100% pada C22.

PENDAHULUAN

Sumatera Selatan merupakan salah satu propinsi di Indonesia yang memiliki banyak sumber daya minyak bumi. Sebagian besar limbah minyak bumi tersebut masih

ditampung dalam suatu kolam

penampungan limbah yang sangat

sederhana tanpa perlindungan yang cukup memadai. Senyawa-senyawa hidrokarbon dalam Lumpur dapat menembus ke lapisan tanah, beresiko menyebabkan kontaminasi tanah dan air sekitarnya. Di sisi lain, hidrokarbon ringan dalam lumpur minyak mudah menguap dan dapat menyebabkan polusi udara.

Salah satu metode alternatif

pengolahan limbah minyak bumi adalah

dengan menggunanakan metode

bioremidiasi. Bioremidiasi merupakan salah satu metode alternatif pengolahan limbah

minyak bumi yang digunakan untuk pemulihan tanah tercemar hidrokarbon (Reardon et al., 2002). Bioremidiasi mengandalkan reaksi mikrobiologis di dalam tanah. Teknik ini mengkondisikan mikroba sedemikian rupa sehingga mampu mengurai senyawa hidrokarbon yang berada di dalam tanah. Limbah minyak bumi yang diuraikan oleh mikroba akan menghasilkan

senyawa akhir yang lebih ramah

lingkungan. Sedangkan proses bioremidiasi merupakan salah satu metode pengolahan tanah terkontaminasi yang relatif murah dan efektif dibandingkan dengan metode fisika maupun kimia lainnya dikarenakan proses ini memanfaatkan aktvitas bakteri dalam mengolah tanah terkontaminasi.

Bakteri pengolah minyak bumi tersebar, tidak hanya di lingkungan alam yang bersinggungan dengan minyak bumi, tetapi bakteri ini dapat di isolasi juga dari

(2)

Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas

pseudoalcaligenesdan Bacillus sp) dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn

56|Semirata 2013 FMIPA Unila

tanah, hutan, ladang dan pada rumput. Dalam beberapa hal, lingkungan yang akan dilakukan bioremidiasi sudah terdapat

bakteri indigenous, tetapi untuk

mendapatkan hasil yang lebih baik perlu ditambahkan bakteri eksogenous yang lebih sesuai.

Selain bakteri konsorsium, rumput juga berpotensi sebagai agen remidiasi. Sistem perakaran yang luas pada rumput dapat memperluas bidang kontak antara bakteri dan akar rumput. Disamping itu, eksudat yang dihasilkan rumput dapat dimanfaatkan bakteri untuk pertumbuhan. Lin et al. (2004) menyatakan dalam fitoremidiasi sering digunakan rumput-rumputan karena memiliki perakaran serabut, asosiasi dengan mikroba tanah tinggi, serta tanah dalam lingkungan yang tidak mendukung, oleh sebab itu dalam penelitian dilakukan bioremidiasi terhadap limbah minyak bumi oleh bakteri konsorsium dan tanaman rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn.

METODOLOGI PENELITIAN Persiapan Media Perlakuan

Bioreaktor berisi tanah segar, 1% nutrient, 10% bulking agent yang berupa serbuk kayu dan residu minyak, sehingga TPH dalam bioreaktor sesuai dengan perlakuan (2,5%; 5,0%; 7,5%; 10%; 12,5%;

15%). Selanjutnya campuran tersebut

diinokukasi dengan2,5% starter bakteri diaduk sampai homogen dan dimasukkan dalam ember dengan kapasitas masing-masing 10 kg.

Selanjutnya dilakukan pengaturan faktor lingkungan (aerasi, inkubasi pada suhu kamar, pH medium dijaga konstan pada 5,6-7 dengan kelembaban 40%).

Penanaman dan Pemeliharaan Rumput

Eleusin Indica (L.) Gaertn

Penanaman rumput Eleusine Indica (L.)

Gaertn sebanyak 37,5 gram dilakukan setelah inokulasi starter. Pemeliharaan rumput selama 2 bulan dengan cara dsiram pada pagi hari. Selain itu dilakukan juga pengadukan bioreaktor di sekitar rumput setiap hari untuk menjaga agar limbah tidak mengendap dan menambnah aerasi untuk bakteri

Analisa Sampel Analisis Residu Limbah

Minyak Bumi Dengan Gas

Chromatography

Analisa sampel diambil residu sebanyak

10 mL hasil sokhletasi dari hasil

pengukuran % TPH awal (To) dan

pengukuran % TPH pada T6 untuk

konsentrasi tanah olahan sludge 7,5 %. Masing-masing residu di encerkan dengan pelarut n-heksane pada labu takar 100 mL. Analisis residu minyak bumi dari proses

bioremediasi dilakukan dengan gas

chromatography (GC), menggunakan

temperatur program sesuai Gambar 1

Analisis komponen penyusun limbah minyak bumi ditentukan berdasarkan fraksi temperaturnya sesuai metode Yudono (1994).

Gambar 1. Temperatur Program DalamAnalisis Gas Chromatography

(3)

Semirata 2013 FMIPA Unila |57 Analisa Data

Penentuan order reaksi dan laju reaksi ditentukan dengan metode deferinsialdan integral

Menentukan orde reaksi dilakukan

dengan metode diferensial yaitu dari hasil

pengukuran % TPH awal (T0) dan dari hasil

pengukuran % TPH pada hari ke 84 (T6)

untuk variasi konsentrasi tanah olahan sludge 0%, 2,5% ; 5% ; 7,5% ; 10% ; 12,5% ; 15%.

Menentukan konsentrasi laju dengan menggunakan metode integral dari hasil

pengukuran % TPH T1 (waktu inkubasi hari

ke-14) hingga % TPH T6.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Total petroleum hidrokarbon (TPH)

diukur untuk mengertahui persentase

senyawa hidrokarbon yang terdapat dalam minyak bumi. Pengukuran Total Petroleum

Hidrokarbon (TPH) pada tanah

terkontaminasi minyak bumi, yaitu sebesar

88,88%. Selanjutnya untuk keperluan

penelitian ini konsentrasi TPH tanah

terkontaminasi minyak bumi tersebut

diencerkan menjadi 2,5%; 5,0%; 7,5%; 10,0%; 12,5% dan 15,0% selanjutnya diinkubasi dengan bakteri konsorsium

(Microccoccus sp, Pseudomonas

pseudomallei, Pseudomonas

pseudoalcaligenesdan Bacillus sp) 14 hari,

dan selanjutnya ditanami dengan rumput

Eleusine Indica (L.) Gaertn. Masa inkubasi

pada tahap pertama tersebut dimaksudkan untuk proses pengomposan dari bulking agent dan substrat yang cukup tersedia akan menginduksi bakteri menghasilkan enzim (enzim induktif) yang berperan dalam merombak substrat menjadi senyawa yang

bermanfaat bagi kelangsungan hidup

bakteri dan secara tidak langsung juga bermanfaat bagi pertumbuhan rumput

Eleusin Indica (L.) Gaertn. Rumput dapat

memanfaatkan hasil dehidrogenasi senyawa hidrokarbon yang berupa CO2 dan H2O

serta energi untuk pertumbuhannya,

sedangkan eksudat akar yang dihasilkan

rumput dapat meningkatkan jumlah

populasi bakteri rizosfer.

Penentuan Orde Reaksi Degraasi Tanah Terkontaminasi Minyak Bumi dengan Metode Diferensial

Orde reaksi degradasi sampel dapat ditentukan dengan menggunakan metode

diferensial berdasarkan persetase

konsentrasi TPH sampel terhadap laju degradasi. Orde reaksi ditentukan dengan membuat grafik hubungan antara ln [C] dan ln r sehingga dapat ditentukan tangen

persamaan diferensialnya. Berdasarkan

persamaan: ln r = ln k + ln [C], jika dibuat grafik hubungan antara ln [C] dan ln r, maka akan diperoleh grafik garis lurus dengan n adalah slope dan ln k adalah intersept. Konstanta reaksi akan lebih akurat ketika di ukur dengan menggunakan metode integrasi.

Tabel 1. Data Laju Penurunan Konsentrasi TPH Dengan Bakteri Konsorsium + Rumput

Konsentrasi TPH (%) Laju reaksi

Awal Akhir r ln r ln [TPH] 1 2 Rata-rata % / minggu 2.32 1.12 1.35 1.24 0.0904 -2.4033 0.8416 4.55 2.91 2.81 2.86 0.1413 -1.9572 1.5162 7.56 4.56 4.58 4.57 0.2488 -1.3913 2.0222 7.96 6.27 6.37 6.32 0.1363 -1.9933 2.0738 12.76 8.03 8.09 8.06 0.3917 -0.9373 2.5463 14.82 9.56 8.70 9.13 0.4742 -0.7462 2.6960

(4)

Gambar 2. Grafik hubungan ln [C] dan ln r Konsorsium + Eleusin indica Penentuan Order Reaksi Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Dengan Bakteri

Berdasarkan persamaan ln r = ln k + n ln [C], data pada Tabel 1 dapat ditentukan ln [C] dan ln r, kemudian dapat dibuat grafiknya seperti pada Gambar 2 dibawah ini.

Hasil perhitungan yang diperoleh

berdasarkan persamaan ln r = ln k + n ln[C] didapatkan nilai korelasi sebesar 0,9915 dan slope sebesar 0,904. nilai korelasi yang diperoleh mendekati harga 1 sehingga dapat dikatakan grafik berupa garis lurus. Menurut metode diferensial nilai slope

menunjukkan orde reaksi sehingga

berdasarkan nilai ini maka orde reaksi degradasi tanah terkontaminasi minyak bumi oleh bakteri konsorsium dan rumput

Eleusin Indica (L.) Gaertn merupakan orde

0,904. Pada umumnya reaksi ddegradasi limbah minyak bumi mengacu pada orde reaksi satu (Basim et al., 2008) Sedangkan pada penelitian ini didapatkan orde reaksi adalah orde reaksi 0,904

Penentuan Konstanta Reaksi Degradasi Limbah Minyak Bumi

Konstanta reaksi degradasi sampel dapat ditentukan dengan menggunakan metode

integrasi. Rumus persamaan metode

integrasi untuk kinetika reaksi ditunjukkan oleh persamaan berikut :

C = C0e-kt ...(1) Dimana: C0 = Konsentrasi TPH awal  c c_o ln kt ...(2) ln C = -kt + ln C0...(3)

Metode integrasi ditentukan dari data

perhitungan (TPH) 14 hari dengan

konsentrasi awal TPH sebesar 7,555% selama 0, 14, 28, 42, 56, 70 dan 84 hari. Penurunan % konsentrasi TPH dapat ditunjukkan oleh Tabel 2.

Metode integrasi menunjukkan bahwa nlai slope merupakan nilai konstanta reaksi degradasi. Berdasarkan persamaan orde reaksi ln C = - kt + ln C0, dibuat grafik

hubungan ln TPH dan hari dari data hasil analisa penurunan TPH selama 84 hari, Grafik ditunjukkan pada Gambar 3.

Nilai slope dari grafik pada gambar 2 adalah -0,0073 dimana menurut metode integrasi slope = - k, maka nilai konstanta reaksi degradasi adalah 0,0073 hari-1. Nilai

intersept adalah 1,2069. Sehingga

persamaan garis lurusnya adalah y = -0,0073x + 1,2069 .

Tabel 2. Data Kinetika Degradasi Minyak

Bumi Dengan Bakteri Konsorsium+

Rumput

Gambar 3. Kinetika Degradasi Minyak Dengan Bakteri Konsorsium + Eleusin indica y = 0.904x - 3.2267 R2 = 0.9915 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 ln [TPH] ln r y = -0.0073x + 1.2069 R2_{= 0.8552} 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21 1.22 0 2 4 6 8 10 Waktu (minggu) C t-n+ 1 Waktu Ct (%) Ct 0.096 0 7.55 1.2142 2 4.60 1.1578 4 4.35 1.1516 6 4.58 1.1572 8 4.50 1.1553 10 4.85 1.1637

(5)

Analisis GC-MS Hidrokarbon Minyak Bumi

Kromatografi gas – spektroskopi massa (GC-MS) adalah salah satu teknik yang dikombinasikan untuk menentukan satu metode analisis campuran bahan kimia.

Kromatografi gas dapat memisahkan

komponen campuran dan spektroskopi massa mencirikan masing – masing komponen yang dihasilkan.

Jika kondisi GC (suhu oven, kolom

tipe,dll) sama, suatu senyawa yang

diberikan akan keluar dari kolom dengan waktu retensi yang hampir sama. Dengan mengetahui waktu retensi suatu senyawa tersebut, kita dapat membuat beberapa asumsi tentang identitas kompleks dari senyawa yang diindentifikasi ( Yudono, 1994).

Dengan melihat aktivitas mikroba dalam

mendegradasi sludge minyak bumi

dilakukan dengan memotong-motong

komponen hidrokarbon alifatik yang

berantai panjang serta mentransformasikan senyawa hidrokarbon aromatik, sehingga

sludge minyak bumi tersebut akan

memperlihatkan perubahan komposisi

fraksi hidrokarbon penyusunnya (Sharpley, 1996).

Berdasarkan metodologi analisis

kromatografi dengan menggunakan

temperatur program dan Menurut Yudono

(1994) maka diperoleh Gambar 4

kromatogram sebagai berikut :

(a)

(b)

Gambar 4. Kromatogram Degradasi

Limbah Minyak Bumi (a). T0, (b). T6

bakteri konsorsium dengan menggunakan rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn

Berdasarkan Yudono (1994), didapat

metodologi analisis kromatografi

berdasarkan temperatur program, hasil analisis residu senyawa hidrokarbon seperti pada Tabel 3 berikut;

Tabel 3 menunjukkan bahwa residu

senyawa hidrokarbon setelah proses

bioremediasi selama 84 hari yang tersisa adalah senyawa hidrokarbon dengan rantai atom C >22.

KESIMPULAN

Bioremidiasi menggunakan isolate

bakteri konsorsium (Microccoccus sp,

Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dapat

menurunkan Total Petroleum Hidrokarbon (TPH) pada tanah terkontaminasi minyak bumi.

Tabel 3.Temperature Senyawa Hidrokarbon Range T Range Temp Range Senyawa Hidrokarbon T0 Takhir 9< 100< C10< 0 0 9-19 100-150 C11-C14 0 0 20-29 150-200 C15-C17 7,86 0 30-39 200-250 C18-C21 38,53 0 >40 >250 >C22 53,6 100

(6)

60|Semirata 2013 FMIPA Unila

Orde reaksi degradasi limbah minyak

bumi oleh bakteri konsorsium

(Microccoccus sp, Pseudomonas

pseudomallei, Pseudomonas

pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan

rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn adalah orde 0,904 dengan nilai konstanta reaksinya sebesar 0,0073 hari-1.

SARAN

1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan terhadap degradasi tanah terkontaminasi minyak bumi oleh bakteri dengan

menambahkan variabel parameter,

selain variabel parameter Total

Petroleum Hidrokarbon (TPH).

2. Memastikan uji lanjut identifikasi

senyawa-senyawa yang terdapat dalam kromatogram GC-MS.

DAFTAR PUSTAKA

Basim E., Abbasi, and D. S. Walid. 2008. Kinetics of Indigenous Isolated Bacteria

used for Ex situ Bioremediation of Petroleum Contaminated Soil. Water Air Soloil Pollut (2008) 192 : 221-226 Lin, C. H., Lerch, R. N., Garrett, H. E., &

George, M. F. (2004). Incorporating forage grasses in riparian buffers for bioremediation of atrazine, isoxaflutole and nitrate in Missouri. Agroforestry

Systems, 63(1), 91-99.

Reardon, K. F., Mosteller, D. C., Rogers, J. B., DuTeau, N. M., & Kee-Hong, K.

(2002). Biodegradation kinetic of

aromatic hydrocarbon mixtures by pure

and mixed bacterial cultures.

Environmental Health Perspectives,

110(12), 1005–1012.

Sharpley, JM. 1996. Elementary Petroleum

Microbiology. Gulf Publishing

Company. Texas : 37 – 109.

Yudono, B. 1994. An Investigation into The

Premature Cracking Asphaltic

Pavements in Hot Arid Climate. Thesis School of Chemistry, University of Bristol