BIOREMOVAL KROMIUM OLEH KONSORSIUM BAKTERI PADA
LIMBAH SINTETIK INDUSTRI ELEKTROPLATING
Tutut Arinda1, *), Yulinah Trihadiningrum1), Maya Shovitri2), Susi Agustina Wilujeng1) dan Ellina S. Pandebesie 1)
1) Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2) Jurusan Biologi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Sukolilo, Surabaya, 61111, Indonesia *)e-mail: Rinda@bio.its.ac.id
ABSTRAK
Logam berat merupakan salah satu polutan paling berbahaya yang dihasilkan dari limbah industri. Industri elektroplating merupakan salah satu industri yang menghasilkan logam berat diantaranya adalah kromium (Cr). Secara alami, terdapat bakteri yang resisten terhadap logam berat karena memiliki kemampuan untuk melakukan bioakumulasi dimana kemampuan tersebut dapat diteliti lebih lanjut untuk pengembangan metode pengolahan limbah secara biologis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji efisiensi bioremoval logam berat Cr pada limbah sintetik industri elektroplating oleh konsorsium bakteri dan mengkaji viabilitasnya. Konsorsium bakteri yang digunakan terdiri dari isolat bakteri Bacillus cereus ATCC 1178, B. cereus ATCC 9632, Pseudomonas aeruginosa NTCC 23853 dan P. aeruginosa Wild Type. Penelitian dengan cara batch dilakukan selama 3 hari. Efisiensi bioremoval di ukur dengan menggunakan metode spektrofotometri. Viabilitas bakteri diukur berdasarkan nilai Optical Density (OD) dari kultur. Hasil pengukuran efisiensi bioremoval logam Cr menunjukkan hasil sebesar 82.0%, 44.4% dan 26.6% berturut-turut untuk konsentrasi Cr 10 mg/L, 50 mg/L dan 100 mg/L. Hasil pengukuran OD menunjukkan bahwa konsorsium bakteri viabel pada limbah sintetik mengandung logam Cr dengan viabilitas yang menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi logam Cr.
Kata kunci: Bioremoval, Cr, Konsorsium Bakteri, Viabilitas Sel
PENDAHULUAN
Peningkatan aktivitas industri menyebabkan masalah polusi lingkungan semakin tidak terkendali (Tirado et al., 2012). Logam berat termasuk salah satu dari polutan yang paling umum dan paling berbahaya pada efluen industri. Adanya logam berat pada efluen akhir dari industri sangat tidak diinginkan karena logam berat dapat terakumulasi melalui rantai makanan dan dapat menyebabkan kerusakan ekologi dalam kondisi lingkungan tertentu (Ozdemira et al., 2009). Ketika dibuang tanpa pengolahan, logam berat dapat mengancam kualitas sumberdaya air serta memiliki konsukuensi yang besar terhadap kehidupan manusia dan pada lingkungan (Singh et al., 2011).
Industri elektroplating merupakan salah satu industri utama yang menghasilkan limbah yang mengandung logam berat dalam jumlah besar (Fukuta et al., 2006). Proses elektroplating meliputi pembersihan benda obyek menggunakan asam, yang kemudian dibilas dan dilanjutkan ke dalam proses elektroplating dengan cara merendam benda obyek tersebut dengan larutan logam di dalam bak elektroplating. Limbah industri elektroplating mengandung berbagai jenis ion logam berat diantaranya adalah kromium (Cr) dengan konsentrasi hingga mencapai 65.6 mg/L. Nilai tersebut melampaui baku mutu air limbah
menurut SK Gubernur Jawa Timur No. 45 Tahun 2002 yaitu 0.5 mg/L untuk Cr (Sumada, 2006).
Keberadaan logam berat pada limbah industri menyebabkan efek toksik pada lingkungan penerima. Untuk alasan tersebut maka removal dan recovery logam berat mendapat perhatian yang semakin besar akhir-akhir ini. Dari sudut pandang lingkungan, removal logam berat dapat menghindari adanya polusi di perairan dan akumulasi pada rantai makanan (Li et al., 2011). Pengolahan secara biologis diperlukan untuk meningkatkan kualitas efluen sebelum dibuang ke badan air (Srisuwan dan Thongchai, 2002).
Mikroba dianggap sebagai indikator paling baik untuk perubahan kondisi lingkungan. Walaupun pada awalnya sangat sensitif terhadap keberadaan logam di lingkungan namun secara cepat mikroba akan beradaptasi terhadap kondisi lingkungan yang spesifik tersebut. Spesies-spesies mikroba seperti Pseudomonas, Bacillus, Aspergillus, Phanerochaete, Serratia, dan Enterobacter telah diketahui sebagai spesies yang mampu mereduksi logam berat seperti kromium, tembaga, kadmium, nikel, dan kobalt (Bestawy et al., 2012; Kannan dan Krishnamoorthy, 2006; Congeevaram et al., 2007; dan Caslake et al., 2005).
Hasil beberapa penelitian tentang reduksi logam berat menunjukkan bahwa dari beberapa mikroba tersebut, Bacillus dan Pseudomonas merupakan spesies bakteri yang memiliki kemampuan tinggi mereduksi logam berat. Menurut Ahluwalia dan Goyal (2006), Bacillus mampu mengabsorbsi Cd2+ sebesar 85.3 mg/g, Zn2+ sebesar 418 mg/g, Cu2+ sebesar
381 mg/g, dan Cr6+ 39.9 mg/g. Selain itu, bakteri P. aeruginosa juga telah terbukti mampu
menurunkan kadar logam berat dalam air limbah. Bahkan P. aeruginosa pernah digunakan untuk mengolah logam berat Cr dan Cd dengan efisiensi removal sebesar 72% dan 87% (Singh et al. 2013). Penelitian tentang kemampuan bakteri dalam menurunkan COD dan kadar Cr pernah dilakukan oleh Singh et al. (2011), dengan hasil dengan efisiensi removal Cr 96 % dan COD 32%. Penelitian sejenis juga pernah diterapkan pada limbah industri petrokimia yang mampu menghasilkan efisiensi removal Hg dan Cd masing-masing sebesar 70-90% dan 96-98% dengan menggunakan konsorsium bakteri indigenous (Malakahmad et al., 2011).
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji efisiensi bioremoval Cr pada limbah sintetik industri elektroplating oleh konsorsium bakteri dan mengkaji viabilitas konsorsium bakteri.
METODE
Konsorsium bakteri yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas isolat Bacillus cereus ATCC 1178, B. cereus ATCC 9632 dan Pseudomonas aeruginosa NTCC 23853 dan P. aeruginosa Wild Type yang diperoleh dari Laboratorium Balai Kesehatan Yogyakarta. Limbah sintetik dibuat dengan menggunakan medium cair Nutrient Broth (Oxoid) yang ditambahkan K2Cr2O7 dengan variasi kadar kromium sebesar 10, 50, dan 100 mg/L.
Penelitian secara batch dilakukan selama 3 hari dalam reaktor berupa labu Erlenmeyer volume 250 mL. Isolat bakteri pada medium cair berumur 24 jam sebanyak 20 mL (masing-masing isolat sebanyak 5 mL) diinokulasikan secara aseptik ke dalam 180 mL limbah sintetik dan diinkubasi selama 72 jam pada suhu ruang pada rotary shaker dengan kecepatan 130 rpm.
Pengukuran konsentrasi kromium dilakukan dengan metode spektrofotometri menggunakan 1,5-diphenylcarbazide. Kromium (VI) diukur berdasarkan nilai Optical density (OD) pada panjang gelombang 540 nm. Pengukuran konsentrasi kromium dilakukan pada hari ke-0 dan ke-3. Pengukuran pada hari ke-0 dilakukan pada limbah yang belum diinokulasi bakteri. Pengukuran pada hari ke-3 dilakukan pada supernatan bebas sel. Supernatan bebas sel disiapkan dengan melakukan sentrifugasi pada 50 mL sampel dari reaktor pada kecepatan 5000 rpm selama 30 menit.
Viabilitas bakteri diukur berdasarkan nilai OD pada panjang gelombang 600 nm. Pengukuran OD dimulai dari jam ke-0 sampai dengan jam ke-72, dengan selang waktu 6 jam. Data OD yang didapatkan kemudian dibuat kurva pertumbuhan dengan sumbu x sebagai waktu (t) dan sumbu y sebagai OD. Kurva pertumbuhan bakteri dibandingkan dengan pada kontrol (bakteri yang ditumbuhkan dalam médium Nutrient Broth tanpa logam).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Efisiensi bioremoval dihitung dari selisih konsentrasi awal logam pada medium dengan konsentrasi akhir logam setelah inkubasi selama 72 jam. Pengukuran persentase bioremoval oleh konsorsium bakteri menunjukkan hasil sebesar 82.0%, 44.4% dan 26.6% untuk konsentrasi logam Cr berturut-turut 10, 50, dan 100 mg/L (Gambar 1). Efisiensi bioremoval mengalami penurunan seiring dengan kenaikan konsentrasi logam yang digunakan. Hal ini disebabkan oleh konsentrasi logam yang semakin tinggi akan semakin bersifat toksik bagi bakteri. Setiap bakteri memiliki batas kemampuan untuk mentoleransi keberadaan logam di dalam medium pertumbuhannya. Jika konsentrasi logam yang digunakan lebih besar dari daya toleransinya, maka logam tersebut dapat mempengaruhi pertumbuhan bakteri yang berakibat pada penurunan biomassa dan jumlah dari bakteri. Penurunan biomassa dan jumlah bakteri akan menyebabkan efisiensi bioremoval dari logam juga semakin rendah (Rathnayake et al., 2009).
Mekanisme bioremoval dapat terjadi melalui proses bioakumulasi dan biosorpi (Srinath et al., 2002). Bioremoval logam kromium oleh bakteri terjadi melalui beberapa tahapan proses, yaitu pengikatan kromium ke permukaan sel untuk kemudian di translokasi ke dalam sel. Setelah berada di dalam sel, kromium (VI) akan direduksi menjadi kromium (III) dengan dua tahap reaksi yaitu Cr (VI) menerima satu molekul NADH dan menghasilkan intermediat Cr (V) dan kemudian Cr (V) menerima dua molekul elektron untuk membentuk Cr (III). Cr (III) bersifat kurang toksik jika dibandingkan dengan Cr (VI) (Vaipoulou and Gikas, 2012; Singh et al., 2011).
Gambar 1 Efisiensi Bioremoval Logam Cr Konsorsium Bakteri
Hasil pengukuran viabilitas sel konsorsium bakteri pada kultur mengandung Cr menunjukkan bahwa viabilitas tertinggi berdasarkan OD dimiliki oleh isolat yang diperlakukan dengan konsentrasi Cr 10 mg/L seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Viabilitas isolat pada konsentrasi Cr 10 mg/L lebih tinggi dibanding dengan isolat kontrol dari waktu inkubasi 0 - 66 jam. Namun setelah inkubasi 66 jam, isolat kontrol mengalami kenaikan OD dan memiliki viabilitas sel yang paling tinggi. Viabilitas sel konsorsium bakteri pada konsentrasi 50 mg/L dan 100 mg/L menunjukkan hasil yaitu viabilitas sel akan lebih rendah pada konsentrasi logam yang lebih tinggi. Jika dilihat pada akhir waktu inkubasi maka secara umum dapat disimpulkan bahwa viabilitas sel konsorsium bakteri akan semakin rendah
82.0 44.4 26.6 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 10 mg/L 50 mg/L 100 mg/L Persen (%) Bi oremov al Konsentrasi Logam
seiring dengan kenaikan konsentrasi logam yang digunakan. Hasil yang sama juga didapatkan dari penelitian yang dilakukan oleh Hossain dan Anantharaman (2006), yang menggunakan isolat B. subtilis dimana hasil penelitian menunjukkan adanya penurunan pertumbuhan bakteri jika konsentrasi logam Pb yang digunakan semakin tinggi.
Gambar 2 Grafik Viabilitas Konsorsium Bakteri pada Kultur Mengandung Cr
Jika dihubungkan dengan hasil pengukuran efisiensi bioremoval, maka akan didapatkan hasil yang sama, yaitu semakin besar konsentrasi logam yang digunakan efisiensi bioremoval dan viabilitas sel akan semakin menurun. Penurunan viabilitas sel menunjukkan bahwa jumlah sel yang mampu tumbuh pada medium yang mengandung logam semakin kecil. Hal ini berpengaruh pada jumlah sel yang melakukan proses bioremoval logam Cr. Ketika jumlah sel yang melakukan proses bioremoval kecil maka logam Cr yang tertinggal di medium masih tinggi hingga pada akhir masa inkubasi. Sehingga logam Cr yang terdeteksi masih tinggi di dalam kultur.
KESIMPULAN DAN SARAN
Efisiensi bioremoval Cr pada konsentrasi 10, 50, dan 100 mg/L oleh konsorsium bakteri Bacillus cereus ATCC 1178, B. cereus ATCC 9632 dan Pseudomonas aeruginosa NTCC 23853 dan P. aeruginosa Wild Type adalah secara berturut-turut 82.0%, 44.4% dan 26.6%. Viabilitas konsorsium bakteri menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi logam Cr. Dengan demikian konsorsium bakteri yang digunakan dalam penelitian ini potensial untuk digunakan sebagai agen dalam pengolahan limbah yang mengandung kromium.
Untuk penelitian selanjutnya dapat disarankan untuk menggunakan bakteri sebagai agen bioremoval logam berat pada limbah industri yang mengandung bahan organik sekaligus logam berat.
Ucapan Terimakasih
Penulis mengucapkan terimakasih kepada LPPM-ITS atas Hibah Penelitian Pendukung Unggulan Tahun 2013 untuk pelaksanaan penelitian ini.
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Op tic a l De ns ity (O D) A 60 0 Waktu (jam) Kontrol Cr 10 mg/L Cr 50 mg/L Cr 100 mg/L
DAFTAR PUSTAKA
Ahluwalia, S.S., Goyal, D. (2006). Microbial and plant derived biomass for removal of heavy metals from wastewater. Bioresour. Technol, Vol. 12, p. 2243–2257.
Bestawy, E., Helmy, S., Hussien, H., Fahmy, M., Amer, R. (2012). Bioremediation of heavy metal-contaminated effluent using optimized activated sludge bacteria. Appl Water Sci Caslake, L. F., Harris, S. S., Williams, C., Waters, N. M., (2005). Mercury-resistant
bacteria associated with macrophytes from a polluted lake. Journal Springer.
Congeevaram, S., Dhanarani, S., Park, J., Dexilin, M., Thamaraiselvi, K. (2007) Biosorption of chromium and nickel by heavy metal resistant fungal and bacterial isolates. Journal of Hazardous Material Vol. 146, p. 270-277.
Fukuta, T., Matsuda, H. Seto, F., Yagishita, K. (2006). Sulfuration treatment of electroplating wastewater for selective recovery of copper, zinc and nickel resource. Global NEST Journal 2 p. 131-136.
Hossain, S.M., Anantharaman, N. (2006). Studies on bacterial growth and lead (IV) biosorption using Bacillus subtilis. Indian Journal of Chemical Technology Vol. 13, p. 591-596.
Kannan, K., Krishnamoorthy, R. (2006). Isolation of mercury resistant bacteria and influence of abiotic factors on bioavailability of mercury — A case study in Pulicat Lake North of Chennai, South East India. Science of the Total Environment Vol. 367, p. 341–353. Srinath, T., Verma, T., Rameteke, V.W., Gark, S.K. (2002). Chromium (VI) biosorption and
bioaccumulation by chromate resistant bacteria. Chemosphere Vol. 48 p. 427-435. Li, L., Hu, Q., Zeng, J., Qi, H., Zhuang, G. (2011). Resistance and biosorption mechanism of
silver ions by Bacillus cereus biomass. Journal of Environmental Science Vol. 23, p. 108-111.
Malakahmad, A., Hasani, A., Eisakhani, M., Isa, M. (2011). Sequencing Batch Reactor (SBR) for the removal of Hg and Cd from synthetic petrochemical factory wastewater. Journal of Hazardous Materials Vol. 191, p. 118-125.
Ozdemira, S., Kilinc, E., Poli, A., Nicolausc, B. And Guneva, K. (2009). Biosorption of Cd, Cu, Ni, Mn and Zn from aqueous solutions by thermophilic bacteria, Geobacillus toebii sub.sp. decanicus and Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis: Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. Chemical Engineering Journal Vol. 152, p. 195 – 206.
Rathnayake, I. V. N., Megharaj, M., Bolan, N., Naidu, R. (2009). Tolerance of Heavy Metals by Gram Positive Soil Bacteria. Word Academy of Science, Engineering and Technology Vol. 53., p. 1185-1190.
Singh, R., Bishnoi, N., Kumar, A., Kirrolia, A. (2013). Synergism of Pseudomonas aeruginosa and Fe for treatment of heavy metal contaminated effluents using small scale laboratory reactor. Bioresource Technology Vol.127, p. 49-58.
Singh, R., Kumar, A., Kirrolia, A., Kumar, R., Yadav, R., Bishnoi, N., Lohchab, R. (2011). Removal of sulphate, COD and Cr(VI) in simulated and real wastewater by sulphate reducing bacteria enrichment in small bioreactor and FTIR study. Bioresource Technology Vol. 102, p. 677-682.
Srisuwan, G., Thongchai, P. (2002). Removal of heavy metals from electroplating wastewater by membrane. Journal Science Technology Vol. 24, p. 965-976.
Sumada, K. (2006). Kajian instalasi pengolahan air limbah industri elektroplating yang efisien. Jurnal Teknik Kimia Vol. 1.
Tirado, V. R., Ruiz, C. G., Gilc, B. G. (2012). Cu and Pb biosorption on Bacillus thioparans strain U3 in aqueous solution: Kinetic and equilibrium studies. Chemical Engineering Journal Vol 181, p. 352 – 359.
Vaipoulou, E., and Gikas, P. (2012). Effects of chromium on activated sludge and on the Performance of wastewater treatment plants: A review. Water research Vol. 46, p. 549-570.
