BIODEGRADASI LIMBAH MINYAK BERAT (HEAVY OIL WASTE / HOW) DENGAN TEKNIK BIOSLURRY MENGGUNAKAN Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12

Transkripsi

1 BIODEGRADASI LIMBAH MINYAK BERAT (HEAVY OIL WASTE / HOW) DENGAN TEKNIK BIOSLURRY MENGGUNAKAN Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 HUSNILEILI SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

2 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul Biodegradasi Limbah Minyak Berat (Heavy Oil Waste / HOW) Dengan Teknik Bioslurry Menggunakan Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 adalah benar hasil karya saya sendiri dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum pernah dipublikasikan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber data dan 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 2011 Husnileili NRP P

3 ABSTRACT Husnileili. Biodegradation of Heavy Oil Waste with Bioslurry Technique Using Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12. Supervised by Mohamad Yani and Suprihatin. Bioremediation is the application of biological treatment to clean up of hazardous chemicals, included petroleum hydrocarbon such as heavy oil waste by using microorganisms. The final design must provide the controls to manipulate the environment for enhancing biodegradation of the target compounds. One of bioremediation techniques is bioslurry which has some advantages to degrade heavy oil waste. The experiment was conducted at laboratory scale and then continued to scale up phase using bacteria Salipiger sp. MY 7 and Bacillus altitudinis MY 12. Process of biodegradation was observed in 14 days for lab scale and 28 days for scale up. In lab scale, the best combination for bioslurry was using 15% TPH and 10% solid which has 80,16% of TPH degradation. The availability of microorganisms in bioslurry bioreactor was 4,1x10 7-1,6x10 9 CFU/ml. Acidity (ph) of the slurry was in range of 6 7 which is normal condition for microorganisms to grow well, and with temperature in range of o C. The decreasing in TPH during the scale up phase (28 days) was from 18,82% to 11,93%. Biodegradation rate can achieved at 44,57 mg/l TPH/day at first week, and 37,57 mg/l/day at second week. Acidity (ph) was 7-9 and temperature was 28 o C-30 o C which is normal condition for microorganisms for doing biodegradation of heavy oil waste. Keywords: bioremediation, bioslurry, biodegradation, heavy oil waste, Salipiger, Bacillus altitudinis

4 RINGKASAN HUSNILEILI. Biodegradasi Limbah Minyak Berat (Heavy Oil Waste / HOW) Dengan Teknik Bioslurry Menggunakan Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12. Dibimbing oleh MOHAMAD YANI dan SUPRIHATIN. Meningkatnya produksi minyak bumi menyebabkan semakin banyak limbah minyak bumi yang dihasilkan sehingga diperlukan berbagai upaya untuk memecahkan masalah tersebut. Limbah minyak bumi mengandung hidrokarbon yang relatif masih tinggi dan beberapa senyawa lain seperti sulfur, nitrogen, oksigen dan logam-logam termasuk logam berat, tergantung dari jenis minyak buminya. Heavy Oil Waste (HOW) adalah jenis limbah minyak bumi yang sulit untuk didegradasi. Heavy oil yaitu salah satu jenis minyak mentah yang mempunyai viskositas yang tinggi dan mempunyai komposisi molekular yang lebih berat. Karakteristik yang umum adalah grafitasi spesifik yang tinggi, rendah rasio hidrogen dan karbon, residu karbon yang tinggi, dan kandungan asphaltenes, heavy metal, sulphur dan nitrogen yang tinggi. Proses refining yang khusus diperlukan untuk memproduksi fraksi yang lebih bermanfaat seperti: naphthalen, kerosene, dan gas oil. Bioremediasi merupakan salah satu metode pengolahan limbah minyak bumi secara biologis yang terus dikembangkan karena bioremediasi yang merupakan teknologi ramah lingkungan, cukup efektif dan efisien. Secara umum bioremediasi dapat didefinisikan sebagai penggunaan sistem pengolahan biologis untuk menghancurkan kontaminan atau mengurangi konsentrasi limbah dengan mengandalkan peranan mikroorganisme untuk menyerap, mendegradasi, mentransformasi dan mengimobilisasi bahan pencemar. Diantara teknik bioremediasi yang digunakan adalah bioslurry. Bioslurry memiliki beberapa keunggulan, diantaranya adalah lebih mudah dalam mengontrol kondisi yang sesuai untuk berlangsungnya bioremediasi, dapat dilakukan baik secara aerobik ataupun anaerobik, desorbsi dari tanah lebih mudah, dan masa inkubasi yang lebih singkat (Admassu dan Korus, 1996). Dengan memanfaatkan slurry bioreaktor pada teknologi bioremediasi diharapkan dapat mereduksi dampak pencemaran limbah minyak bumi karena bioremediasi merupakan metode alternatif yang aman dimana polutan (hidrokarbon) dapat diuraikan oleh mikroorganisme menjadi bahan yang tidak berbahaya seperti CO 2 dan H 2 O. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji laju proses biodegradasi Total Petroleum Hydrokarbon (TPH) dari Heavy Oil Waste (HOW) dengan teknik bioslurry pada berbagai konsentrasi HOW dan padatan, pada skala laboratorium dengan reaktor 500 ml dan dilanjutkan pada skala yang lebih besar 32 L untuk perlakukan terbaik. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan alternatif dalam pengolahan limbah minyak bumi yang lebih baik khususnya limbah heavy oil bagi dunia industri perminyakan dan lahan/perairan tercemar minyak secara umum dan memberikan manfaat praktis di bidang pengelolaan lingkungan. Penelitian skala laboratorium pada reaktor 500 ml, dengan menggunakan Erlenmeyer 500 ml (volume kerja 200 ml). Kultivasi dilakukan pada shaker dengan kecepatan agitasi 180 rpm dan suhu ruang (28 32 o C) selama 14 hari. Penelitian skala laboratorium dilakukan untuk mendapatkan perlakuan terbaik dalam proses degradasi heavy oil waste.

5 Terhadap perlakuan terbaik dari hasil Rancangan Respon Permukaan (RSM), dilanjutkan ke tahapan skala lebih besar pada reaktor berukuran 32 liter. Fermentasi dilakukan dengan kecepatan agitasi sekitar 120 rpm dan suhu ruang (28 32 o C) selama 28 hari. Nilai tingkat cemaran dalam tanah dan persen padatan optimal dalam mendegradasi TPH yang diperoleh dari hasil penelitian skala laboratorium diaplikasikan pada penelitian skala 32 L pada 3 buah reaktor, yaitu reaktor 1 adalah kontrol (tanpa pemberian konsorsium bakteri), reaktor 2 dan 3 merupakan ulangan (dengan penambahan konsorsium bakteri). Percobaan dilakukan selama 28 hari dengan pengamatan pada hari ke 0, 7, 14, 21 dan 28. Parameter yang diuji adalah TPH, pengujian mikroorganisme (TPC), ph, dan suhu. Tingkat degradasi TPH (Total Petroleum Hidrokarbon) merupakan salah satu parameter dalam menentukan keberhasilan proses bioremediasi limbah hidrokarbon minyak bumi beserta turunannya dalam hal ini heavy oil waste. Dari pengujian data pengamatan degradasi TPH skala laboratorium dengan rancangan Respon Permukaan menggunakan software SAS Versi 8 dan Statistica v5.0 memberikan hasil belum tercapai titik optimum bagi degradasi heavy oil waste dengan teknik bioslurry. Hal ini diduga karena proses biodegrdasi memerlukan waktu yang lebih lama, ketersediaan nutrisi dan perbandingan CNP yang tepat serta kemampuan bakteri dalam mendegradasi rantai-rantai hidrokarbon. Pada penelitian skala laboratorium didapatkan persen degradasi tertinggi yaitu sebesar 80,16 % pada perlakuan campuran 15% TPH dan 10% padatan. Dari semua perlakuan perbandingan persentase tingkat cemaran dan padatan, dengan metode TPC, populasi bakteri yang tumbuh berkisar antara 4,1x10 7-1,6x10 9 CFU/ml. Kombinasi persentasi bahan pencemar dan padatan dengan nilai degradasi tertinggi, yaitu perlakuan 15% bahan pencemar dan 10 % padatan, memiliki pertumbuhan populasi bakteri 3,8x10 8 CFU/ml. Biodegradasi limbah minyak bumi dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan yang sangat penting dalam mengoptimalkan pertumbuhan mikroba dan kemampuannya dalam mendegradasi limbah hidrokarbon. Salah satu faktor yang mempengaruhi tersebut adalah ph. Pada penelitian skala laboratorium, ph masing masing perlakuan berkisar ph 6-7. Selama proses biodegradasi berlangsung ph berada pada selang ph normal. Degradasi hidrokarbon terbaik pada skala laboatorium sebesar 80,16 % pada tingkat cemaran 15 % dan padatan 10 %, diterapkan pada penelitian skala 32 L selama 28 hari dengan selang pengamatan 7 hari. Selama 28 hari proses biodegradasi oleh bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 terhadap heavy oil waste, diperoleh penurunan TPH sebesar 36,61 % untuk perlakuan dengan penambahan bakteri. Sedangkan tanpa penambahan bakteri (kontrol) penurunan TPH terjadi sebesar 13,50 %. Laju degradasi tertinggi dicapai pada minggu pertama dan kedua, yaitu : 44,57 mg/l/hari dan 37,57 mg/l/hari. Sedangkan nilai ph, pada perlakuan dengan penambahan bakteri, berkisar 7-9 sedangkan tanpa penambahan bakteri ph berkisar 7-8. Kisaran ph ini adalah kisaran ph netral yang baik untuk pertumbuhan bakteri. Suhu pada proses biodegradasi berkisar antara o C. Suhu optimum utnuk pertumbuhan bakteri dan proses biodegradasi berkisar o C. Kata kunci : Bioremediasi, bioslurry, heavy oil waste, Salipiger, Bacillus altitudinis

6 Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2011 Hak cipta dilindungi Undang Undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. 2. Dilarang mengumumkan atau memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.

7 BIODEGRADASI LIMBAH MINYAK BERAT (HEAVY OIL WASTE / HOW) DENGAN TEKNIK BIOSLURRY MENGGUNAKAN Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 HUSNILEILI Tesis Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Magister Sains Pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011

8 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Prof.Dr.Ir. Erliza Noor

9 Judul Tesis : Biodegradasi Limbah Minyak Berat (Heavy Oil Waste / HOW) Dengan Teknik Bioslurry Menggunakan Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 Nama : Husnileili NRP : P Program Studi : Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Disetujui Komisi Pembimbing Dr.Ir. Mohamad Yani, M.Eng Ketua Prof.Dr. Ing.Ir.Suprihatin Anggota Diketahui Ketua Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Dekan Sekolah Pascasarjana IPB Prof. Dr. Ir. Cecep Kusmana, MS Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc. Agr Tanggal Ujian: Tanggal Lulus :

10 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul Biodegradasi Limbah Minyak Berat (Heavy Oil Waste / HOW) Dengan Teknik Bioslurry Menggunakan Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada Dr. Ir. Mohamad Yani, M.Eng dan Prof. Dr.-Ing Ir. Suprihatin selaku komisi pembimbing, atas bimbingan, arahan serta motivasi yang selalu diberikan selama proses penelitian dan hingga selesainya penulisan tesis ini. Ucapan terimakasih penulis tujukan kepada Kepala Pusat Kajian Sumberdaya Pesisir dan Lautan (PKSPL IPB), Prof. Tridoyo Kusumastanto, atas dukungan yang diberikan selama studi, serta yang telah membiayai pendidikan ini melalui Pusat Kajian Sumberdaya Pesisir dan Lautan (PKSPL) IPB. Ucapan terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada Mama dan Papa yang tercinta Drs. H. Yusran Khatib, MPd Dt Batuah dan Hj. Yuniarti; yang terkasih Moj Drogi Mietku, yang dengan sepenuh cinta dan kasih setiap saat tanpa bosan selalu memberikan dukungan semangat, moril dan materil, ide dan pemikiran kepada penulis, anak-anakku tersayang Muhammad Ihsan Ridwan dan Muhammad Ilham Ramadhan atas pengertian dan pengorbanannya selama penulis menjalani studi hingga selesainya penulisan tesis ini. Semoga Allah SWT melimpahkan balasan yang tak terhingga dan mencatatnya sebagai amal perbuatan baik. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis terbuka terhadap berbagai kritik dan saran untuk perbaikan sehingga menjadi lebih baik lagi. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi ilmu pengetahuan dan berbagai pihak. Bogor, Juni 2011 Husnileili

11 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Batu Sangkar pada tanggal 7 Agustus 1968 dari pasangan Drs. H. Yusran Khatib, M.Pd, Dt. Batuah dan Hj. Yuniarti. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara. Penulis dikaruniai dua orang putra yaitu Muhammad Ihsan Ridwan dan Muhammad Ilham Ramadhan. Pada tahun 1980 penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD PPSP IKIP Padang, dan sekolah menengah pertama diselesaikan di SMP PPSP IKIP Padang pada tahun Tahun 1985 penulis lulus dari SMA PPSP IKIP Padang dan diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur Penelusuran Minat dan Kemampuan (PMDK). Tahun 1991 penulis berhasil menamatkan pendidikan Strata- 1. Tahun 2008 penulis melanjutkan pendidikan Magister (S-2) pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Sejak tahun 1997 hingga saat ini penulis bekerja sebagai staf peneliti pada Pusat Kajian Sumberdaya Pesisir dan Lautan (PKSPL), Institut Pertanian Bogor. II. LAMPIRANLLLLLLL

12 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan penelitian Kerangka Pemikiran Perumusan Masalah Hipotesis... 6 II. TINJAUAN PUSTAKA Heavy Oil Bioremediasi Degradasi Minyak bumi Heavy Oil Slurry Bioreaktor Mikroorganisme Pendegradasi Hidrokarbon III. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Pelaksanaan Penelitian Pengamatan Rancangan Percobaan IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Tanah tercemar HOW Persiapan Starter Bakteri Yang Digunakan Penelitian Skala Laboratorium Pengaruh Tingkat Cemaran dalam tanah dan Persen Padatan terhadap Degradasi hidrokarbon Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen Padatan terhadap Pertumbuhan Populasi bakteri... 33

13 Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen padatan terhadap Perubahan ph Penelitian Skala 32 Liter Degradasi Hidrokarbon Pertumbuhan Populasi Mikroba Perubahan ph Perubahan Temperatur Skala Laboratorium vs Skala 32 L V. KESIMPULAN DAN SARAN VI. DAFTAR PUSTAKA VII. LAMPIRAN... 48

14 DAFTAR TABEL Halaman 1 Keuntungan dan Kerugian Bioremediasi Klasifikasi Senyawa Hidrokarbon Beberapa Hasil Penelitian Bioremediasi dengan Teknik Bioslurry Kelompok Mikroorganisma Pendegradasi Senyawa Hidrokarbon Parmeter Pengamatan Kisaran dan Taraf Peubah Uji Matriks Satuan Percobaan pada Optimasi Bioremediadi dalam Rancangan Komposit Fraksional Hasil Analisis Kandungan Polyaromaric Hydrocarbon pada Sampel Perlakuan persen padatan dan tingkat cemaran pada kombinasi perlakuan (+1/- 1) 32

15 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Bagan Kerangka Pemikiran Penelitian Hubungan Kurva Pertumbuhan Bakteri dengan Total Hidrokarbon Bagan Alir penelitian skala Laboratorium Bagan Alir Penelitian skala 32 Liter Slurry bioreaktor 500 ml Slurry Bioreaktor 32 Liter Penyegaran Isolat Bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY Propagasi dan Adaptasi Bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY Grafik Pertumbuhan Bakteri Salipiger sp. MY 7 dan Bacillus altitudinis MY Permukaan Respon Degradasi TPH Persentase degradasi TPH dalam proses biodegradsi HOW skala laboratorium Struktur Kimia Pyrene dan Phenanthrene Pertumbuhan mikroba pada kombinasi persen padatan dan tingkat cemaran Penurunan persentase TPH dalam proses biodegradasi HOW Laju degradasi HOW Populasi bakteri dalam proses biodegradasi HOW Nilai ph selama proses biodegradasi HOW Suhu selama proses biodergradasi HOW. 41

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Peremajaan Bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus Altitudinis MY Prosedur Pengukuran TPH dengan Gravimetri Prosedur Perhitungan Kuantitas Mikroba (Total Plate Count) Prosedur Pengukuran ph Prosedur Pengukuran Suhu Hasil Analisis Degradasi Hidrokarbon/ TPH... 51

17 I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dalam menjalani kehidupan sehari-hari manusia atau aktifitasnya akan selalu menghasilkan suatu bahan yang tidak diperlukan yang disebut sebagai buangan atau limbah. Diantara limbah yang dihasilkan oleh manusia seperti pada kegiatan industri adalah limbah bahan berbahaya dan beracun (B3). Penanganan dan pengolahan limbah secara tidak tepat merupakan sebab utama terjadinya pencemaran lingkungan. Keberadaan polutan organik pada lingkungan akan menekan pertumbuhan organisme makro maupun mikro, hal ini disebabkan karena bahan pencemar organik bersangkutan dapat bersifat toksik, mutagenik, teratogenik atau karsinogenik. Salah satu beban pencemaran yang menjadi masalah besar terhadap keseimbangan lingkungan adalah limbah yang disebabkan oleh minyak bumi dan limbah lain yang juga merupakan turunan dari minyak bumi, baik yang berasal dari dan selama proses produksi, transportasi maupun akibat ceceran dan tumpahan minyak. Peningkatan produksi minyak bumi guna mengantisipasi kebutuhan masyarakat yang kian bertambah, memicu laju aktivitas perminyakan. Limbah minyak bumi mengandung hidrokarbon yang relatif masih tinggi dan beberapa senyawa lain seperti sulfur, nitrogen, oksigen dan logam-logam termasuk logam berat, tergantung dari jenis minyak buminya. Meningkatnya kegiatan produksi minyak bumi menyebabkan semakin banyak limbah yang dihasilkan sehingga diperlukan berbagai upaya untuk memecahkan masalah tersebut. Salah satu jenis minyak bumi yang sulit untuk didegradasi adalah apa yang disebut dengan heavy oil. Heavy oil yaitu salah satu jenis minyak mentah yang sangat dan tidak mudah mengalir serta mempunyai viskositas yang tinggi. Karakteristik umum limbah minyak berat (heavy oil waste / HOW) adalah densitas (specific gravity) yang tinggi, rendah rasio hidrogen dan karbon, residu karbon yang tinggi, dan kandungan asphaltenes, heavy metal, sulphur and nitrogen yang tinggi.

18 2 Proses refining yang khusus diperlukan untuk memproduksi fraksi yang lebih bermanfaat seperti: naphtha, kerosene, gas dan minyak. Usaha untuk mengatasi masalah pencemaran oleh limbah minyak bumi terus dilakukan dan dikembangkan. Metode pengolahan yang umum dilakukan adalah metode fisika, kimia dan biologi. Seringkali ketiga metode tersebut diaplikasikan secara bersama dan berkesinambungan untuk memperoleh hasil pengolahan yang optimal. Salah satu metode pengolahan limbah secara biologis yang saat ini terus dikembangkan adalah bioremediasi yang merupakan teknologi ramah lingkungan, cukup efektif dan efisien serta ekonomis (Udiharto, 1996). Bioremediasi secara umum dapat didefinisikan sebagai penggunaan sistem pengolahan biologis untuk menghancurkan kontaminan atau mengurangi konsentrasi limbah dengan mengandalkan pada peranan mikroorganisme untuk menyerap, mendegradasi, mentransformasi dan mengimobilisasi bahan pencemar, baik itu logam berat maupun senyawa organik. Bioremediasi mempunyai aplikasi yang sangat luas yang seringkali tidak dapat dilakukan oleh metoda fisika ataupun kimia. Landfarming dan slurry bioreaktor merupakan salah satu teknologi bioremediasi yang terus dikembangkan hingga saat ini. Slurry bioreaktor memiliki beberapa keunggulan dibandingkan bioremediasi secara landfarming, diantaranya adalah lebih mudah dalam mengontrol kondisi yang sesuai untuk berlangsungnya bioremediasi, dapat dilakukan baik secara aerobik ataupun anaerobik, desorbsi dari tanah lebih mudah, dan masa inkubasi yang lebih singkat (Admassu dan Korus, 1996) Dengan memanfaatkan slurry bioreaktor pada teknologi bioremediasi diharapkan dapat mereduksi dampak pencemaran limbah minyak bumi karena bioremediasi merupakan metode alternatif yang aman dimana polutan (hidrokarbon) dapat diuraikan oleh mikroorganisme menjadi bahan yang tidak berbahaya seperti CO 2 dan H 2 O. Oleh karena itu perlu dikembangkan teknik bioremediasi yang mampu menanggulangi limbah minyak bumi secara efektif dan efisien.

19 Tujuan dan Kegunaan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah: (1) Mengkaji laju proses biodegradasi TPH dari Heavy Oil Waste (HOW) dengan teknik bioslurry pada berbagai konsentrasi HOW dan persen padatan menggunakan isolat bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 ; dan (2) Menerapkan perlakuan terbaik dari skala laboratorium (500 ml) ke skala yang lebih besar (32 L). Kegunaan penelitian ini adalah sebagai berikut: (1) Dapat memberikan alternatif pemecahan pengolahan limbah minyak yang lebih efektif dan efisien khususnya bagi dunia industri perminyakan dan bagi pengelolaan lahan dan perairan tercemar minyak secara umum; (2) Memberikan manfaat praktis di bidang pengelolaan lingkungan dengan metode bioremediasi limbah heavy oil ; (3) Memperkaya khazanah ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang bioremediasi limbah heavy oil; dan (4) Memperkaya khazanah ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang mikrobiologi lingkungan Kerangka Pemikiran Kerangka pemikiran untuk memecahkan permasalahan pencemaran akibat limbah heavy oil dengan metode bioremediasi digambarkan pada Gambar 1. Limbah heavy oil akibat kegiatan produksi minyak bumi akan mencemari tanah di sekitar lokasi industri. Metode bioremediasi dengan menggunakan teknik bioslurry sebagai alternatif pengelolaan limbah heavy oil pada fase slurry diharapkan dapat mendegradasi hidrokarbon pada limbah heavy oil dengan baik, efektif dan efisien sehingga dapat menekan terjadinya pencemaran akibat limbah heavy oil.

20 4 Pertambangan minyak bumi Limbah Tanah tercemar Heavy Oil Waste Pengolahan HOW dengan Bioremediasi (Landfarming) Biodegradasi tidak maksimal Pengembangan teknik Bioremediasi Penggunaan bioslurry dengan mengkombinasikan tingkat cemaran dan persen padatan Teknik pengolahan HOW yang lebih baik (Teknik Bioslurry) Gambar 1 Bagan kerangka pemikiran penelitian HOW sulit terdegradasi karena mengandung PAH yang bersifat rekalsitran. Polutan yang bersifat rekalsitran merupakan tantangan khusus bagi pengolahan air limbah. Dalam banyak kasus air limbah seperti yang demikian bahkan tidak bisa diolah secara biologis. Hal ini terutama karena efek toksik polutan tertentu terhadap mikroorganisme. Oleh karena itu, untuk proses degradasi secara biologis diperlukan keterlibatan beberapa mikroorganisme "ahli". Mikroorganisme

21 5 "spesialis" ini umumnya memerlukan waktu regenerasi yang sangat lama, sehingga tujuan teknologi adalah berjuang untuk mempertahankan jumlah dari "spesialis" dalam sistem reaktor yang cocok, dan peningkatan konsentrasi dari "spesialis" dalam sistem Perumusan Masalah Dengan semakin berkembangnya teknologi, kebutuhan akan penggunaan produk-produk minyak bumi pun semakin meningkat. Hal ini selain memberikan dampak positif juga diperoleh dampak negatif, salah satu dampak negatif yang dihasilkan adalah terbentuknya limbah heavy oil (Heavy Oil Waste/HOW) yang dapat mencemari lingkungan. Untuk itu perlu dilakukan penanggulangan heavy oil waste untuk meminimalkan dampak pencemaran yang terjadi terhadap lingkungan. Alternatif penanggulangannya adalah dengan menggunakan teknik bioremediasi. Metode ini merupakan upaya penanganan limbah yang ramah lingkungan, efektif dan efisien. Seberapa efektif bioremediasi dengan teknik bioslurry dalam merombak hidrokarbon dari heavy oil waste merupakan permasalahan yang perlu diketahui dan dikembangkan. HOW mengandung PAH yang cukup tinggi sehingga sulit didegradasi dengan teknik landfarming, dengan demikian perlu alternatif lain dengan teknik bioslurry menggunakan bakteri yang mampu untuk mendegradasi PAH. Charlena (2010) menguji kemampuan beberapa bakteri yang diisolasi dari tanah terkontaminasi HOW dalam mendegradasi HOW yang dilakukan pada skala laboratorium (reaktor 250 ml). Dari beberapa bakteri yang mempunyai kemampuan dalam mendegradasi HOW diperoleh dua isolat bakteri yang mempunyai kemampuan terbaik dalam mendegradasi HOW yaitu Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12. Dengan demikian perlu dilakukan penelitian pada skala yang lebih besar dalam menguji kemampuan dua bakteri terbaik tersebut dalam mendegradasi HOW.

22 Hipotesis Hipotesis yang diajukan adalah: 1. Heavy Oil Waste (HOW) dapat didegradasi oleh Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 yang dapat dikembangkan sebagai agen biologi dalam proses bioremediasi dengan menggunakan teknik bioslurry dan laju biodegradasi HOW dipengaruhi oleh tingkat padatan dan konsentrasi TPH. 2. Hasil terbaik skala laboratorium dapat diterapkan pada bioreaktor dengan skala yang lebih besar (32 L).

23 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Heavy Oil Minyak bumi merupakan suatu senyawa organik yang berasal dari sisa sisa organisme tumbuhan dan hewan yang tertimbun selama berjuta-juta tahun. Umumnya minyak bumi berupa cairan dan gas yang tepat disebut sebagai minyak mentah dan gas alam. Pada tingkatan yang lebih rendah, minyak bumi berwujud endapan pada ter, pasir dan serpihan (Fitriana, 1999). Beberapa komponen yang menyusun minyak bumi diketahui bersifat racun terhadap mahluk hidup, tergantung dari struktur dan berat molekulnya. Komponen hidrokarbon jenuh yang mempunyai titik didih rendah diketahui dapat menyebabkan anastesi dan narkosis pada berbagai hewan tingkat rendah, dan bila terdapat pada konsentrasi tinggi dapat menyebabkan kematian (Fitriana, 1999). Minyak bumi dan produknya sangat kompleks karena terdiri dari campuran bermacam-macam senyawa yang terdiri dari ribuan senyawa tunggal sehingga menyebabkan sifat fisiknya berbeda-beda. Minyak bumi terdiri dari senyawa hidrokarbon (sekitar 50-98% dari total komposisinya) dan senyawa non hidrokarbon (yaitu sulfur, nitrogen, oksigen dan berbagai macam logam berat) dalam berbagai susunan kombinasi. Senyawa hidrokarbon minyak bumi merupakan campuran dari senyawa hidrokarbon cair, gas yang terlarut, dan hidrokarbon padat. Senyawa ini tersusun dari beberapa golongan yaitu senyawa alkana (parafinik), sikloalkana (naftenik), aromatik, dan olifinik sebesar 19% dan sisanya resins sebesar 2% (Meyer dan Colwell, 1990) Bioremediasi Istilah bioremediasi digunakan untuk menggambarkan pemanfaatan mikroorganisme perombak polutan untuk membersihkan lingkungan tercemar. Kemampuan perombakan tersebut berkaitan dengan kehadiran plasmid microbial yang mengandung gen-gen penyandi berbagai enzim perombak polutan (Sudrajat, 1996). Menurut Citroreksoko (1996), proses bioremediasi didasari bahan organik di biosfer yang dilakukan oleh bakteri dan jamur heterotropik. Mikroorganisme

24 8 ini memiliki kemampuan memanfaatkan senyawa organik alami (misalnya hidrokarbon minyak bumi) sebagai sumber karbon dan energi. Proses dekomposisi yang terjadi menghasilkan karbon dioksida, metan,air, biomassa mikroba dan hasil sampingan yang lebih sederhana dibanding dengan senyawa awalnya. Bioremediasi dipilih sebagai teknologi remediasi unggulan karena teknologi ini mempunyai beberapa keuntungan dan dapat menyelesaikan permasalahan pencemaran lingkungan secara murah dan tuntas (Gunalan,1996). Wisnjnuprapto (1996) menjelaskan bahwa dua keuntungan utama teknologi bioremediasi adalah biaya investasi yang rendah dan kemampuannya untuk melaksanakan tugas di lapangan. Namun dalam memilih teknologi bioremediasi tetaplah harus dipertimbangkan faktor kerugiannya. Tabel 1 menampilkan keuntungan dan kerugian aplikasi bioremediasi. Tabel 1 Keuntungan dan kerugian bioremediasi Keuntungan Dapat dilaksanakan di lokasi Penyisihan buangannya permanen Sistem biologi adalah sistem yang murah Masyarakat dapat menerima dengan baik Menghapus resiko jangka panjang Perusakan lokasi minimum Menghapus biaya transportasi dan kendalanya Dapat digabung dengan teknik pengolahan lain Sumber: Wisnjnuprapto (1996) Kerugian Tidak semua bahan kimia dapat diolah secara bioremediasi Membutuhkan pemantauan yang ekstensif Membutuhkan lokasi tertentu Pengotornya bersifat toksik Padat ilmiah Berpotensi menghasilkan produk yang tidak dikenal Persepsi sebagai teknologi yang belum teruji Bioremediasi dapat berlangsung secara alamiah dalam beberapa kasus pencemaran lingkungan, hal ini disebabkan karena mikroorganisme pada lingkungan yang tercemar tersebut telah beradaptasi untuk mendegradasi polutan. Adaptasi ini ditandai dengan peningkatan laju biodegradasi polutan oleh

25 9 mikroorganisme, tetapi laju bioremediasi alamiah ini tidak cukup untuk melindungi lingkungan dari tingkat pencemaran yang lebih serius, oleh karena itu diperlukan proses bioremediasi yang melibatkan peran serta manusia dan kemajuan teknologi terutama bidang bioteknologi (Bollag dan Bollag, 1992). Berdasarkan konsep pengembangan perancangan bioremediasi dapat dilakukan secara in situ, ex situ ataupun kombinasinya. Bioremediasi in situ disebut juga dengan intrinsic bioremediation atau natural attenuatio, pada prinsipnya adalah suatu proses bioremediasi yang hanya mengandalkan kemampuan mikroorganisme indigenous yang telah ada di lingkungan tercemar limbah untuk mendegradasinya. Bioremediasi ex situ disebut juga dengan aboveground treatment merupakan proses bioremediasi yang dilakukan dengan cara memindahkan kontaminan ke suatu tempat untuk memberikan beberapa perlakuan. Pemilihan konsep perancangan bioremediasi ditentukan oleh lokasi kontaminan, kondisi hidrogeologi setempat dan kendala-kendala lokasi. Terdapat dua metode untuk meningkatkan kecepatan biodegradasi dalam bioremediasi yaitu dengan menambahkan nutrien untuk menstimulasi mikroorganisme indigenous (biostimulasi) dan penambahan mikroorganisme eksogenous (bioaugmentasi) (Walter, 1997). Walaupun mikroorganisme indigenous tersebar luas di alam, bioaugmentasi tetap dipertimbangkan sebagai strategi potensial dalam proses bioremediasi. Alasan rasional penambahan mikroorganisme eksogenous ialah populasi mikroorganisme indigenous tidak mampu mendegradasi substrat potensial yang terdapat dalam campuran komplek seperti hidrokarbon. Bioaugmentasi dilakukan dengan panambahan mikroorganisme yang telah diketahui dapat mendegradasi kontaminan. Bacher dan Herson (1994) dalam Citroreksoko (1996) serta Boopathy (2000) menggolongkan perlakuan teknologi bioremediasi menjadi: a. Bioaugmentasi Merupakan perlakuan penambahan bakteri terhadap medium yang terkontaminasi, sering digunakan dalam bioreaktor dan sistem ex situ

26 10 b. Biofilter Merupakan perlakuan penggunaan kolom berjalur mikrobial untuk perlakuan terhadap emisi udara c. Biostimulasi Merupakan perlakuan stimulasi populasi mikroba asli dalam tanah dan/atau air tanah; dilakukan secara in situ atau ex situ d. Bioreaktor Merupakan perlakuan biodegradasi dalam bejana (container) atau reaktor; digunakan untuk perlakuan terhadap cairan atau bubur (slurry) e. Bioventing Merupakan perlakuan tanah terkontaminasi oleh oksigen terhisap melalui tanah untuk menstimulasi pertumbuhan dan aktivitas mikroba f. Pengomposan Merupakan perlakuan termofilik, aerobik, dimana bahan terkontaminasi dicampur dengan pereaksi yang jumlahnya besar. g. Landfarming Merupakan sistem perlakuan fase padat untuk tanah terkontaminasi, dilakukan secara in situ atau dalam suatu ruang terkonstruksi dalam tanah Biodegradasi Minyak Bumi Heavy Oil Atlas (1981) menyatakan bahwa degradasi hidrokarbon oleh populasi mikroorganisme merupakan mekanisme utama dalam penanganan minyak mentah. Biodegradasi minyak mentah pada proses alami sangat komplek. Kecepatan menguraikan minyak mentah bergantung kepada komposisi minyak mentah tersebut dan faktor lingkungan. Komponen minyak bumi jenis heavy oil yang sebagian besar tersusun atas hidrokarbon digunakan oleh mikroba sebagai sumber karbon bagi pertumbuhannya. Pertumbuhan mikroorganisme terlihat dengan adanya penambahan populasi mikroorganisme. Kemampuan degradasi hidrokarbon

27 11 minyak bumi oleh mikroorganisme tergantung dari kemampuan adaptasi mikroorganisme tersebut terhadap lingkungannya. Rosenberg dan Ron (1996) mengemukakan bahwa degradasi hidrokarbon minyak bumi terjadi bila mikroorganisme menempel di permukaan butiran-butiran minyak karena enzim oksigenase yang dibutuhkan untuk memecah rantai karbon yang sifatnya terikat pada membran sel. Minyak bumi jenis heavy oil mengandung perbandingan karbon dan hidrogen yang rendah, tinggi residu karbon dan tinggi kandungan heavy metal, sulphur and nitrogen. Hidrokarbon jenuh memiliki komponen terbesar (79%) sedangkan hidrokarbon aromatik sebesar 19% dan sisanya resin sebesar 2%. Minyak bumi juga mengandung sejumlah VOCs seperti benzene, toluene, etilbenzena, xilena, dan C3-benzena. Udiharto (1996) menyatakan bahwa minyak bumi terdiri atas komponen minyak dan bahan aditif. Komponen minyak dari bahan ini sebagian besar merupakan hidrokarbon yaitu normal alkana atau n-parafin, isoalkana atau isoparafin, sikloalkana atau naftalena, olefin dan campuran aromat dan olefin. Beberapa senyawa polutan hasil pembakaran minyak bumi adalah hidrokarbon, oksida nitrogen, partikulat, benzene, dan karbon monoksida. Hidrokarbon minyak bumi sebagian besar berupa n-alkana sederhana tidak bercabang, dengan kandungan senyawa poliaromatik kurang dari empat persen. N-alkana dengan jumlah atom karbon 6-12 bisa melarutkan fosfolipida yang menyusun membran sel mikroorganisme, walaupun demikian beberapa mikroorganisme tertentu diketahui dapat memetabolisme senyawa-senyawa toksik tersebut (Johnson, 2000) Proses penguraian hidrokarbon oleh mikroorganisme dimulai dengan terjadinya perlekatan mikroorganisme pada globula minyak, yang dilanjutkan dengan proses pelarutan hidrokarbon oleh surfaktan yang diproduksi oleh mikroorganisme tersebut. Hidrokarbon yang telah teremulsi ini selanjutnya diserap ke dalam sel dan diurai melalui proses katabolisme. Untuk n-alkana, proses katabolisme ini diawali dengan proses hidroksilasi n-alkana yang menghasilkan alkan-l-o1, yang selanjutnya dioksidasi oleh enzim dehydrogenase

28 12 dan menghasilkan asam lemak. Jika sistem oksidasi mikroorganisme pengurai hidrokarbon dapat berjalan secara optimal, maka asam lemak yang terbentuk ini akan diurai sempurna menjadi energi, H 2 O dan CO 2 melalui proses β-oksidasi (Godfrey, 1986). Faktor-faktor yang mendukung proses bioremediasi minyak adalah faktor fisik-kimia dan faktor biologi. Faktor fisik-kimia adalah komposisi kimia minyak, kondisi fisik minyak, konsentrasi minyak, suhu, oksigen, nutrisi, salinitas, tekanan, air aktivitas, dan ph, sedangkan faktor biologi adalah kemampuan mikroorganisme itu sendiri. Menurut Cookson (1995), faktor-faktor yang diperlukan untuk bioremediasi adalah : a. Tipe dan jumlah hidrokarbon pencemar Tingkat degradasi hidrokarbon oleh mikroorganisme berbeda-beda tergantung dengan jenis hidrokarbon. Tingkat biodegradasi hidrokarbon ini semakin menurun dari urutan senyawa hidrokarbon ini yaitu: n-alkana > alkana bercabang > hidrokarbon aromatik yang mempunyai MR kecil > alkana siklik (Leahy dan Colwell, 1990). Kondisi fisik hidrokarbon juga mempengaruhi biodegradasi. Biodegradasi mikrobial dapat diubah berdasarkan tingkat penyebaran bahan pencemar dan keheterogenitasan komposisi (Leahy dan Colwell, 1990), dan dapat dalam bentuk ikatan hidrokarbon-air yang muncul dalam bentuk padatan (Atlas, 1981). b. Temperatur Temperatur mempengaruhi kondisi fisik hidrokarbon yang mencemari tanah dan mikroorganisme yang mengkonsumsinya. Pada temperatur yang rendah, viskositas dari minyak meningkat sehingga penguapan rantai pendek alkana terkurangi dan kelarutan air menurun sehingga menunda terjadinya biodegradasi. Temperatur yang semakin tinggi dapat meningkatkan tingkat metabolisme hidrokarbon menjadi maksimum yaitu antara oc. Di atas temperatur ini, aktivitas enzim akan menurun dan toksisitas hidrokarbon pada membran sel akan semakin tinggi (Leahy dan Colwell, 1990).

29 13 c. Nutrien Hidrokarbon merupakan sumber karbon dan energi yang bagus untuk mikroorganisme. Hidrokarbon ini merupakan makanan yang tidak sempurna karena hidrokarbon tidak berisi konsentrasi nutrien lain yang cukup besar (seperti nitrogen dan fosfor) untuk pertumbuhan mikroorganisme (Prince et al., 2002). Masuknya sumber karbon yang sangat besar akan menyebabkan berkurang secara cepatnya nutrien anorganik (Margesin et al., 1999) yang akan membatasi tingkat biodegradasi, sehingga biostimulasi dapat digunakan untuk memaksimalkan proses bioremediasi (Trinidade et al., 2002). d. ph Biodegradasi minyak bumi dipengaruhi oleh nilai ph yang terjadi pada lingkungan tersebut. Mayoritas mikroorganisme tanah akan tumbuh dengan subur pada ph antara 6 sampai 8. Ekstrimnya nilai ph pada beberapa tanah dapat memperlambat kemampuan mikroorganisme dalam mendegradasi hidrokarbon (Leahy dan Colwell, 1990). e. Oksigen Mikroorganisme pendegradasi minyak bumi umumnya tergolong dalam mikroorganisme aerob, sehingga adanya oksigen sangat penting dalam proses degradasi. Ketersediaan oksigen pada tanah tergantung pada tingkat konsumsi oksigen oleh mikroorganisme, jenis tanah dan keberadaan substrat yang dapat digunakan untuk mengurangi oksigen. Keberadaan oksigen merupakan faktor pembatas laju degradasi hidrokarbon. Kebutuhan akan oksigen digunakan untuk mengkatabolisme senyawa hidrokarbon dengan cara mengoksidasi substrat dengan katalis enzim oksigenase. Hidrokarbon juga dapat didegradasi secara anaerobik tetapi laju degradasi hidrokarbon tersebut lebih lambat jika di bandingkan dengan hidrokarbon yang didegradasi secara aerobik (Leahy dan Colwell, 1990). Mikroorganisme dapat memperoleh oksigen dalam bentuk oksigen bebas yang terdapat di udara dan tanah, serta oksigen yang terlarut dalam air. Dalam studi laboratorium, penambahan oksigen dapat dilakukan dengan pengadukan dan aerasi. Pengadukan menyebabkan pecahnya lapisan minyak pada permukaan air

30 14 sehingga berlangsung suplai oksigen dari udara. Dengan demikian kebutuhan mikroorganisme akan oksigen terpenuhi. Di samping itu, aerasi dan pengadukan menyebabkan terjadinya kontak yang lebih intensif antara mikroorganisme dengan senyawa hidrokarbon pencemar sehingga degradasi oleh mikroorganisme dapat berlangsung lebih cepat. f. Kadar Air Kadar air merupakan salah satu faktor penting dalam bioremediasi. Kandungan air tanah dapat mempengaruhi keberadaan kontaminan, transfer gas dan tingkat toksisitas dari kontaminan. Kelembaban sangat penting untuk hidup, tumbuh dan aktivitas metabolik mikroorganisme. Tanpa air, mikroorganisme tidak dapat hidup dalam limbah minyak. Mikroorganisme akan hidup aktif di daerah antara minyak dengan air. Selama bioremediasi, jika kandungan air terlalu tinggi akan berakibat sulitnya oksigen untuk masuk ke dalam tanah (Fletcher, 1991). Bersihnya proses penguraian hidrokarbon oleh mikroorganisme menyebabkan proses bioremediasi daerah yang tercemar minyak bumi menjadi sangat menarik sebagai pelengkap dari metoda fisik dan kimia. Penerapan bioremediasi ini pertama kali dilakukan oleh Environmental Protection Agency (EPA) Amerika untuk mengatasi pencemaran minyak bumi di daerah Alaska, Amerika akibat karamnya kapal Exxon Valdez pada bulan Maret Pada saat itu, proses remediasi tidak menggunakan mikroorganisme pengurai hidrokarbon, tetapi menggunakan nutrien (sumber nitrogen dan fosfor) untuk merangsang mikroorganisme pengurai hidrokarbon yang ada secara alami untuk melakukan proses penguraian lebih cepat walaupun metoda ini menunjukkan hasil yang baik dan mikroorganisme pengurai hidrokarbon secara alami mungkin ada di daerah yang tercemar, namun proses remediasi sebaiknya tidak hanya bergantung pada mikroorganisme yang tersedia secara alami. Penambahan mikroorganisme pengurai hidrokarbon dan penambahan nutrien atau bahan kimia lain yang dapat mengoptimalkan kondisi kimia lingkungan akan mempercepat proses remediasi (Shaheen, 1992).

31 15 Senyawa hidrokarbon minyak bumi berdasarkan kerentanannya agar dapat didegradasi secara biologis dapat diklasifikasikan seperti dalam Tabel 5. Tabel 2. Klasifikasi senyawa hidrokarbon Kerentanan Sangat rentan Kerentanan tinggi Agak rentan Sangat resisten Resisten tinggi Sumber: Blackburn dan Hafker (1993) Hidrokarbon n dan iso-alkana 1-,2-,5- dan 6- cincin sikloalkana, 1- cincin aromatik, dan senyawa aromatik bersulfur 3- dan 4- cincin sikloalkana, 2- dan 3- cincin aromatik Tetra aromatik, stearin, triterpen dan senyawa aromatik yang mengandung napten Penta aromatik, aspal dan resin 2.4. Slurry Bioreaktor Bioreaktor merupakan perlakuan biodegradasi dalam bejana (container) atau reaktor; digunakan untuk perlakuan terhadap cairan atau bubur (slurry) (Bacher dan Herson, 1994 dalam Citroreksoko, 1996). Teknik bioremediasi dengan menggunakan bioreaktor merupakan pengembangan bioremediasi secara ex situ. Slurry bioreaktor tidak hanya digunakan untuk mendegradasi limbah berbentuk fase cairan dan slurry namun juga limbah padat/tanah. Menurut Banerji (1996) fase slurry dapat diperoleh dari limbah padat/tanah yang dicampurkan air sehingga slurry memiliki tingkat kepadatan 10-40%. Slurry ini kemudian disimpan dalam bioreaktor. Dalam bioreaktor slurry akan diberikan nutrisi dalam kondisi lingkungan yang terkontrol agar mikroorganisme dapat melakukan proses degradasi dengan baik. Selain penambahan nutrisi, ke dalam reaktor diberikan suplai gas atau oksigen untuk menjaga agar kondisi aerobik pada bioreaktor tetap terjaga. Selain itu juga dilakukan pengadukan secara mekanik atau pneumatik. Keuntungan proses bioremediasi dengan menggunakan slurry bioreaktor adalah mempercepat proses transfer massa antara fase padat dan cair; kontrol lingkungan seperti nutrisi, ph, dan suhu dapat berlangsung dengan baik; mudah dalam

32 16 memelihara tingkat penerimaan elektron dalam reaktor; dan berpotensial dalam mencegah kontaminasi oleh mikroorganisme pengganggu (Banerji, 1996). Bioslurry merupakan proses yang potensial untuk perlakuan tanah yang sulit didegradasi, khususnya kontaminan dengan kandungan heavy oil, PAHs, pestisida dan khloropenol yang tinggi. Pencampuran yang seksama dalam fase slurry akan berpotensi untuk berhasil. Perlakuan dengan bioslurry membutuhkan pencampuran yang seksama dan agitasi. Agitasi tidak hanya untuk menghomogenkan slurry tapi juga meningkatkan pemecahan partikel padat, (desorption) penyerapan limbah dari partikel padat, kontak antara limbah organik dan mikroorganisme, oksigenasi slurry dengan aerasi, dan penguapan bahan kontaminan (LaGrega et al., 2001). Beberapa hasil penelitian bioremediasi dengan teknik bioslurry dapat dilihat pada Tabel 3 di bawah ini. Jenis Limbah Bahan peledak Tabel 3 Beberapa hasil penelitian bioremediasi dengan teknik bioslurry Lama proses biodegradasi Bakteri digunakan yang Hasil Skala penelitian Referensi 53 hari - 99% 400 galon Craig et al., 1995 TPH 45 hari Pengayaan kultur mikroba 70% 120 ml volume kerja 45 ml Yerushal mi et al., 2003 PAH 14 hari - 96% Skala pilot US EPA, 2003 PAH 4 hari a Triton N-101 surfactant solution Minyak Diesel Minyak Diesel 4 hari Pseudomonas pseudomallei dan Enterobacter agglomerans 20 hari Pseudomonas pseudomallei dan Enterobacter agglomerans 30% - Brown et al., % Skala lab Eris, % Skala 16 liter volume kerja 8 liter Eris, 2006

33 17.lanjutan Tabel 3 PAH (Phenanthr ene) Weathered oily sludge waste 7 hari Sphingomonas sp. 99,4 % 250 ml volume kerja 100 ml 15 hari Genera Bacillus, Pseudomonas dan Serratia Chen et al., % 500 ml Machin Ramirez et al., Mikroorganisme Pendegradasi Hidrokarbon Dalam kegiatan biodegradasi diperlukan adanya aktivitas biologi. Mikroba merupakan organisme yang potensial digunakan untuk mendegradasi heavy oil. Telah lama diketahui bahwa beberapa mikroorganisme mampu mendegradasi minyak bumi. Selama kegiatan degradasi tersebut, mikroorganisme akan memanfaatkan karbon dari minyak bumi sebagai sumber energinya. Mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon dapat ditemukan di berbagai tempat yaitu lingkungan yang mengandung cukup limbah hidrokarbon. Jenis mikroorganisme yang mendominasi pada lingkungan tersebut terdiri atas beberapa genera, yaitu Alcaligenes, Arthrobacter, Acenitobacter, Nocardia, Achromobacter, Bacillus, Flavobacterium, Pseudomonas dan lain-lain (Cookson, 1995). Genera Aspergillus dan Penicillium berhasil diisolasi dari laut dan tanah dan ternyata dapat berperan dalam mendegradasi hidrokarbon. Atlas dan Bartha (1973) mengemukakan bahwa ada 22 genera bakteri yang dapat menguraikan hidrokarbon minyak mentah, yang mana bakteri tersebut dapat diisolasi dari lingkungan minyak bumi. Bakteri tersebut yaitu dari genera Pseudomonas, Arthrobacter, Corynobacterium, Mycobacterium dan Mavobacterium (Wong et al., 1997). Mikroorganisme tersebut menggunakan hidrokarbon sebagai satu-satunya sumber energi dan sumber karbon. Eksplorasi mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon dapat diperoleh dari beberapa sumber potensial, seperti: ekosistem tanah, tanah gambut, sludge/lumpur aktif, septic tank, pupuk/kotoran hewan, dan sebagainya. Jenis bakteri lokal (indigenous bacteria) dianalisis dari sampel limbah cair di salah satu perusahaan minyak bumi telah dapat diisolasi dan diidentifikasi terhadap mikroorganisme

34 18 yang dominan. Dari 10 jenis mikroorganisme dominan tersebut adalah Enterobacter agglomerans, Bacillus sp., Clostridium sp., Arthrobacter sp., Shigella sp., Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas hydrophyla, dan Citrobacter freundi. Selain itu dapat diidentifikasi pula beberapa bakteri Coliform (E. coli) dan Salmonela, namun tidak dilakukan identifikasi lanjut. Bakteri yang dapat mendegradasi minyak bumi antara lain Aeromonas hydrophyla, Arthrobacter,Bacillus sp. dan Pseudomonas aeruginosa (Anonim, 2002). Eksplorasi mikroorganisme dari berbagai jenis kotoran atau pupuk kandang telah dilakukan dengan menggunakan prosedur isolasi, identifikasi dan pengujian kemampuan isolat bakteri dan kapang terhadap substrat minyak tanah, minyak bumi, minyak goreng, dan minyak diesel, serta sludge minyak bumi. Dari sekian isolat diperoleh 3 jenis isolat Pseudomonas pseudomallei, P. aeruginosa, dan Enterobacter agglomerans dan sejumlah kapang yang belum seluruhnya diidentifikasi (Anggraeni, 2003). Suatu penelitian di LEMIGAS menemukan suatu kultur campuran yang didominasi oleh Pseudomonas yang mampu mendegradasi minyak bumi dan fenol. Mikroorganisme tersebut diisolasi dari air buangan kilang minyak (Udiharto, 1992). Beberapa kelompok mikroorganisme pendegradasi senyawa hidrokarbon dapat dilihat pada Tabel 4 berikut ini: Tabel 4 Kelompok mikroorganisme pendegradasi senyawa hidrokarbon Senyawa Parafinik Senyawa Naftenik Senyawa Aromatik Pseudomonas Acinetobacter Bacillus Arthrobacter Mycobacterium Pseudomonas Mycobacterium Achromobacter Nocardia Acetobacter Brevibacterium Alcaligenes Sumber: Kardena dan Suhardi, 2001 Pseudomonas Achromobacter Nocardia Flavobacterium Corynebacterium Aeromonas Kemampuan degradasi hidrokarbon oleh mikroorganisme tergantung dari faktor-faktor lingkungan seperti temperatur, nutrisi, dan oksigen (Higgins dan Gilbert, 1978). Suatu studi laboratorium menunjukkan bahwa penambahan fosfat dan nitrat atau amonia akan mempercepat biodegradasi hidrokarbon. Mikroba

35 19 dalam pertumbuhannya selain membutuhkan karbon juga memerlukan unsurunsur hara lain seperti nitrogen, fosfor, kalium, magnesium, besi dan sulfur (Wardley, 1983). Pertumbuhan mikroorganisme secara umum dapat dibagi menjadi empat fase, yakni fase lag (pertumbuhan lambat), fase pertumbuhan logaritmik, fase stasioner dan fase kematian. Keberadaan mikroorganisme ditentukan oleh kemampuan metabolisme tiap-tiap individu serta ketahanan terhadap metabolic toksik. Gambar 2 menunjukkan degradasi senyawa hidrokarbon berhubungan dengan populasi bakteri, pada tahap awal mikroorganisme beradaptasi di lingkungan minyak heavy oil, kemudian pada saat pertumbuhan sel bakteri berada pada fase pertumbuhan logaritmik maka senyawa hidrokarbon yang ada akan semakin berkurang akibat aktivitas mikroorganisme dan pada saat mikroorganisme tersebut sudah tidak mampu mendegradasi senyawa hidrokarbon yang ada maka pertumbuhannya akan terus menurun dan akhirnya sel bakteri tersebut akan mati. Gambar 2 Hubungan kurva pertumbuhan bakteri dengan total hidrokarbon (MECHEA, 1991).

36 III. METODE PENELITIAN 3.1. Bahan dan alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : culture collection isolat bakteri Salipiger sp. MY7 dan Bacillus altitudinis MY12 yang berasal dari tanah terkontaminasi HOW, Heavy Oil sludge (tanah terkontaminasi HOW) dari lapangan minyak Duri dan Balongan; Nutrien agar, yeast extract, pepton, air laut, NaCl, HCl, Na2SO4 anhidrat, Petroleum ether, silica gel, kertas saring, kapas, alumunium foil dan bahan bahan lain. Peralatan yang digunakan meliputi: Bioreaktor (Erlenmeyer) 500 ml dan 32 L, incubator, shaker incubator, kertas ph, gelas ukur, tabung reaksi, cawan petri, pengaduk kaca, jarum ose (lup inokulasi), Lamina Air Flow, pipet gelas, pipet mikro, thermometer, autoklaf, oven, hot plate, timbangan analitik, magnetic stirrer, pembakar Bunsen, soxhlet, labu lemak, spatula, dan lain-lain Pelaksanaan Penelitian Penelitian dibagi ke dalam 2 tahap, yaitu (1) penelitian bioremediasi pada skala laboratorium untuk menentukan perlakuan terbaik dari proses biodegradasi limbah heavy oil; dan (2) penelitian pada akala yang lebih besar, 32 L, dari perlakuan terbaik pada skala laboratorium. Langkah awal dari pelaksanaan penelitian adalah dengan melakukan persiapan bakteri yang meliputi ; menyediakan isolate bakteri, melakukan penyegaran isolate, melakukan kultivasi bakteri dan melakukan adaptasi bakteri terhadap polutan yang akan didegradasi, dalam hal ini HOW.