DEGRADASI HIDROKARBON PADA TANAH TERCEMARI MINYAK BUMI DENGAN ISOLAT A10 DAN D8 KARWATI

Transkripsi

1 DEGRADASI HIDROKARBON PADA TANAH TERCEMARI MINYAK BUMI DENGAN ISOLAT A10 DAN D8 KARWATI DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

2 ABSTRAK KARWATI. Degradasi Hidrokarbon pada Tanah Tercemari Minyak Bumi dengan Isolat A10 dan D8. Dibimbing oleh CHARLENA dan ABDUL HARIS. Pencemaran minyak bumi dapat berasal dari tumpahan selama kegiatan pengeboran, produksi, pengilangan, dan transportasi. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengatasi pencemaran minyak bumi adalah dengan metode bioremediasi. Bioremediasi merupakan proses pemulihan lingkungan secara alami menggunakan aktivitas mikroorganisme untuk mendegradasi senyawa organik berbahaya menjadi senyawa lain seperti karbondioksida, air, biomassa, dan hasil samping yang lebih sederhana daripada senyawa asal. Penelitian ini menggunakan isolat bakteri eksogenous, yaitu A10 dan D8 sebagai subjek dalam proses ini. Isolat bakteri ini diaplikasikan pada tanah terkontaminasi minyak mentah dengan konsentrasi 5% (b/b). Residu hidrokarbon minyak mentah diukur dengan metode gravimetri. Selama lima minggu, isolat D8 mampu menurunkan kontaminan minyak mentah hingga 92.30% dan A10 hingga 60.23%. Hasil analisis kromatografi gas-spektrofotometri massa menunjukkan isolat A10 dan D8 mendegradasi hidrokarbon dengan cara mengubah rantai karbon senyawa penyusun minyak mentah menjadi rantai karbon yang lebih pendek. ABSTRACT KARWATI. Degradation of Petroleum Hydrocarbon on Petroleum Polluted Soil by A10 and D8 Isolates. Supervised by CHARLENA and ABDUL HARIS. Petroleum pollution could come from spilled oil during drilling, production, refining, and transportation activities. One way to overcome petroleum pollution is by bioremediation method. Bioremediation is a natural environment recovery that utilize microorganism activity to degrade hazardous organic compounds to other compounds like carbondioxide, water, biomass, and side products that are simpler than the original compounds. This research used exogenous bacteria isolates of A10 and D8 as subjects of the process. These isolates applied on 5% (w/w) crude oil contaminated soil. Crude oil hydrocarbon residue was measured using gravimetric method. During five weeks, D8 isolate was able to decrease crude oil contaminant up to 92.30% and A10 isolate up to 60.23%. The gas chromatography-mass spectrophotometry analysis showed that A10 and D8 isolates degraded crude oil by changing the oil compounds become shorter chains.

3 DEGRADASI HIDROKARBON PADA TANAH TERCEMARI MINYAK BUMI DENGAN ISOLAT A10 DAN D8 KARWATI Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

4 Judul : Degradasi Hidrokarbon pada Tanah Tercemari Minyak Bumi dengan Isolat A10 dan D8 Nama : Karwati NIM : G Menyetujui: Pembimbing I, Pembimbing II, Dra. Charlena, MS Drs. Abdul Haris, MSi NIP NIP Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Dr. Drh. Hasim, DEA NIP Tanggal Lulus:

5 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... vii PENDAHULUAN... 1 TINJAUAN PUSTAKA Minyak Bumi... 1 Bioremediasi... 2 Mikroorganisme Pendegradasi Minyak Bumi... 2 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat... 3 Metode... 3 HASIL DAN PEMBAHASAN Peremajaan Isolat Bakteri... 4 Kurva Baku Populasi... 4 Preparasi Media Tanah... 5 Inokulasi Bakteri dan Inkubasi Media... 5 Kadar TPH dan ph media... 6 Komponen Minyak Bumi... 7 SIMPULAN DAN SARAN... 8 DAFTAR PUSTAKA... 9 LAMPIRAN... 11

6 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik Reaksi degradasi hidrokarbon aromatik Kurva baku populasi isolat A10 dan D Kurva penurunan TPH Nilai ph selama lima minggu inkubasi Profil kromatogram GC-MS minyak bumi... 7 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Bagan alir penelitian Metode percobaan Hubungan nilai OD dengan populasi bakteri pada isolat A10 dan D TPH minyak mentah TPH tanah Data minyak dan gemuk, TPH, dan persen degradasi selama 5 minggu inkubasi pada D Data minyak dan gemuk, TPH, dan persen degradasi selama 5 minggu inkubasi pada A Data minyak dan gemuk, TPH, dan persen degradasi selama 5 minggu inkubasi pada blangko ph media selama 5 minggu inkubasi Senyawa penyusun minyak bumi hari ke Senyawa penyusun minyak bumi dengan penambahan isolat A10 setelah 5 minggu inkubasi Senyawa penyusun minyak bumi pada blangko setelah 5 minggu inkubasi Senyawa penyusun minyak bumi dengan penambahan isolat D8 setelah 5 minggu inkubasi... 17

7 PENDAHULUAN Minyak bumi merupakan sumber energi utama bagi kegiatan industri, transportasi, dan rumah tangga. Selain itu, minyak bumi merupakan sumber devisa bagi negara. Sebagai sumber energi, minyak bumi memiliki banyak sekali manfaat, tetapi minyak bumi juga dapat mencemari lingkungan darat, air, dan udara. Pencemaran minyak bumi dapat berasal dari tumpahan selama kegiatan pengeboran, produksi, pengilangan, dan transportasi. Salah satu kontaminan minyak bumi yang sulit diurai adalah senyawaan hidrokarbon. Ketika senyawa tersebut mencemari permukaan tanah, maka zat tersebut dapat menguap, tersapu air hujan, atau masuk ke dalam tanah kemudian terendap sebagai zat beracun. Akibatnya, ekosistem dan siklus air juga ikut terganggu. Keberadaan kontaminan yang sukar diuraikan dan bersifat toksik pada tanah akan mengganggu pertumbuhan tanaman dan organisme lain yang hidup di dalamnya. Akibatnya, kualitas dan daya dukung lingkungan terhadap makhluk hidup menjadi berkurang sehingga perlu penanganan yang serius (Alexander 1999). Telah ditemukan banyak cara yang dapat dilakukan untuk mengatasi pencemaran minyak bumi. Salah satunya dengan metode bioremediasi. Bioremediasi telah diperkenalkan sejak tahun 1980-an dan digunakan untuk pengolahan limbah padat maupun cair. Metode tersebut dapat menguraikan limbah minyak bumi menjadi karbondioksida, air, biomassa, dan hasil samping yang sedikit lebih sederhana dari senyawa semula sehingga tidak mencemari lingkungan (Citroreksoko 1996). Menurut Udiharto (1992), keuntungan bioremediasi di antaranya ekonomis, cukup efektif, efisien, dan lebih ramah lingkungan. Melalui kegiatan ini diharapkan lahan atau lingkungan yang tercemari minyak bumi akan menjadi normal kembali. Bioremediasi memanfaatkan bakteri pengurai minyak bumi untuk menghilangkan zat pencemar pada tanah, dalam hal ini digunakan bakteri eksogenous, yaitu A10 dan D8. Bakteri ini dapat menguraikan hidrokarbon minyak bumi dengan persentase degradasi sebesar 39.16% (D8) dalam waktu 10 hari (Jamilah 2004). Penelitian ini bertujuan menentukan pengaruh isolat A10 dan D8 dalam proses biodegradasi minyak bumi dan mengidentifikasi komponen minyak bumi yang terurai. Penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan untuk pemulihan lingkungan yang tercemari minyak bumi baik di darat maupun di laut. TINJAUAN PUSTAKA Minyak Bumi Minyak bumi merupakan campuran kompleks senyawa organik yang terdiri atas senyawa hidrokarbon dan nonhidrokarbon yang berasal dari sisa-sisa mikroorganisme, tumbuhan, dan binatang yang tertimbun selama berjuta-juta tahun. Kandungan senyawa hidrokarbon dalam minyak bumi lebih dari 90% dan sisanya merupakan senyawa nonhidrokarbon (Speight 1991 dalam Kussuryani 2003). Senyawa hidrokarbon dalam minyak bumi dapat dibagi menjadi empat golongan, yaitu senyawa parafin, naftena, aromatik, dan olefin. Senyawa parafin merupakan penyusun utama minyak bumi yang kandungannya mencapai %. Menurut Hadi (2004), minyak bumi mengandung senyawa nitrogen 0-0.5%, belerang 0-6%, dan oksigen 0-3.5%. Senyawa belerang yang ada dapat menimbulkan korosi dan pencemaran udara. Senyawa hidrokarbon merupakan senyawa organik yang terdiri atas karbon dan hidrogen. Hidrokarbon merupakan salah satu kontaminan yang dapat berdampak buruk baik bagi manusia maupun lingkungan. Minyak bumi dan turunannya merupakan salah satu contoh dari hirdokarbon yang banyak digunakan oleh manusia dan berpotensi mencemari lingkungan (Notodarmojo 2005). Limbah minyak terdiri atas bermacammacam senyawa, di antaranya berupa hidrokarbon ringan, hidrokarbon berat, pelumas, dan bahan ikutan dalam hidrokarbon (Shaheen 1992). Kegiatan industri perminyakan dapat menimbulkan limbah yang mencemari lingkungan. Selain itu, proses pengeboran dan pengilangan minyak bumi juga menghasilkan lumpur minyak dalam jumlah besar. Lumpur minyak merupakan polutan yang sangat berbahaya, UU No. 23 tahun 1997 dan PP No. 18 tahun 1999 mengkategorikan lumpur minyak sebagai limbah B3 (Bahan Kimia Berbahaya dan Beracun). Berdasarkan sifat biodegradabelnya, minyak bumi dibagi menjadi 2, yaitu komponen minyak bumi yang mudah diurai

8 dan yang sukar diurai. Komponen minyak bumi yang mudah diurai terdiri atas senyawaan alkana yang mudah larut dalam air dan terdifusi ke dalam membran sel bakteri. Bioremediasi Bioremediasi memiliki konsep dasar pendaurulangan seluruh material organik. Bakteri pengurai spesifik dapat diisolasi dengan menebarkannya pada daerah yang terkontaminasi dan dengan menambahkan nutrisi serta ketersediaan oksigen dapat mempercepat penurunan polutan. Proses bioremediasi bergantung pada kemampuan mikroorganisme yang digunakan dan sistem yang dioperasikan. Proses bioremediasi akan bekerja maksimal pada ph dan suhu optimum serta tersedianya oksigen yang cukup bagi mikroorganisme. Tanah sering diolah atau diperlakukan dengan teknologi fase padat. Hal ini biasanya dilakukan dengan menempatkan tanah yang sudah digali ke dalam suatu sistem wadah. Perlakuan fase padat berguna untuk tanah yang terkontaminasi minyak bumi (Crawford & Crawford 1996). Menurut Eweis et al. (1998), beberapa kelebihan teknik bioremediasi adalah murah, dapat menghilangkan toksisitas dari senyawa pencemar berbahaya, sederhana, dan bioremediasi secara in situ dapat dilakukan dengan aman. Faktor-faktor yang memengaruhi efektivitas proses bioremediasi ialah keadaan lingkungan, fisik, dan kimia. Faktor lingkungan meliputi suhu, ph, ketersediaan oksigen, nutrisi, dan kelembapan. Faktor fisik terdiri atas ketersediaan air, kesesuaian jumlah mikroorganisme dengan senyawa pencemar, dan tersedianya suatu akseptor yang sesuai, misalnya oksigen. Sementara faktor kimia terdiri atas bentuk struktur kimia dari senyawa pencemar yang akan memengaruhi sifat fisik dan kimia pencemar tersebut (Eweis et al. 1998). Biodegradasi minyak bumi merupakan suatu proses yang kompleks. Proses ini bergantung pada komunitas mikrob, kondisi lingkungan, dan senyawa yang akan diurai. Dalam proses tersebut terjadi penguraian hidrokarbon oleh bakteri yang telah beradaptasi dengan baik di lingkungan tersebut (Udiharto et al. 1995). Mikroorganisme Pendegradasi Minyak Bumi Proses bioremediasi sangat dipengaruhi oleh aktivitas mikroorganisme. Mikroorganisme pengurai minyak bumi dapat ditemukan di tanah, air laut, dan sebagainya. Mikroorganisme dapat berupa alga, bakteri, ataupun fungi. Secara umum, mikroorganisme dapat hidup pada kondisi ph 6 8. Dibble dan Bartha 1979 dalam Udiharto (1992) menyatakan bahwa ph 7.8 merupakan ph optimum untuk biodegradasi hidrokarbon minyak bumi pada tanah. Salah satu faktor yang memengaruhi kemampuam mikroorganisme dalam menguraikan minyak bumi ialah suhu lingkungan. Berdasarkan suhu optimum pertumbuhannya, mikroorganisme dapat dikelompokkan menjadi 3, yaitu psikrofilik, yang suhu optimum pertumbuhannya 5 15 o C, mesofilik o C, dan termofilik o C. Pada umumnya, bioremediasi limbah minyak menggunakan mikroorganisme mesofilik. Bakteri pengurai minyak bumi ternyata cukup banyak dan dapat ditemukan di berbagai tempat yang sesuai, yaitu lingkungan yang mengandung limbah minyak bumi yang cukup. Bossert dan Bartha (1984) dalam Udiharto (1996) telah menemukan 22 spesies bakteri yang dapat hidup di lingkungan minyak bumi. Isolat yang mendominasi ialah Alcaligenes, Arthobacter, Acinetobacter, Nocardia, Achromobacter, Bacillus flavobacterium, dan Pseudomonas. Lemigas juga telah menemukan kultur campuran hasil isolasi dari air buangan yang mampu menguraikan limbah minyak bumi. Kultur campuran tersebut didominasi oleh Pseudomonas sp (Udiharto 1992). Bakteri tersebut perlu ditingkatkan aktivitasnya agar dapat berperan aktif dalam menguraikan minyak bumi. Dalam hal ini perlu diperhatikan faktor-faktor pendukung proses penguraian tersebut, seperti kandungan air, ph dan suhu, nutrisi yang tersedia, serta ada atau tidaknya material yang toksik. Degradasi senyawa alifatik (parafin) seperti n-alkana terutama melalui oksidasi pada gugus metil terminal membentuk alkohol primer dengan bantuan enzim oksigenase. Alkohol akan dioksidasi lebih lanjut menjadi aldehida, kemudian asam organik dan akhirnya dihasilkan asam lemak dan asetil koenzim A. Senyawa antara asetil Ko-A akan masuk ke dalam siklus Krebs, rantai karbon akan berkurang dari C n menjadi C n-2 yang terus berlanjut sampai molekul hidrokarbon

9 teroksidasi (Atlas & Bartha 1998 dalam Udiharto 1996). Reaksi lengkap dapat dilihat pada Gambar 1. C 7 H 15 -CH 3 + NADH + O 2 n-oktana monooksigenase C 7 H 15 -CH 2 -OH + NAD + H 2 O n-oktanol NAD NADH NAD NADH OH C 7 H 15 -CH=O C 7 H 15 -C=O n-oktanal H 2 O asam oktanoat ATP KoA AMP + PPi β-oksidasi ke asetil Ko A Gambar 1 Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik. Senyawa aromatik banyak digunakan sebagai donor elektron secara aerobik oleh mikroorganisme seperti bakteri dari genus Pseudomonas. Metabolisme senyawa ini oleh bakteri diawali pembentukan katekol atau protokatekuat. Senyawa tersebut selanjutnya didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs, yaitu asam suksinat, asetil Ko-A, dan asam piruvat. Reaksi lengkap dapat dilihat pada Gambar 2. BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan antara lain isolat bakteri A10 dan D8 koleksi PAU IPB, kaldu nutrisi (NB), agar nutrisi (NA), tanah yang diambil dari daerah sekitar tambang minyak Minas PT Chevron Pasifik Indonesia (CPI), silika gel, urea, TSP 36, minyak mentah dari ladang minyak Minas PT CPI, dolomit, serta bufer ph 4.0 dan 7.0. Alat-alat yang digunakan antara lain alatalat kaca, alat-alat mikrobiologi, autoklaf, pengocok, plastik tahan panas, kertas saring, oven, eksikator, neraca analitik, ph-meter, penguap putar, spektrofotometer, dan kromatografi gas spektrofotometri massa (GC-MS) Agilent Metode Tahapan penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran 1. Peremajaan Isolat Bakteri Peremajaan isolat bakteri dilakukan pada media NB (Lampiran 2). Sebanyak 50 ml NB dimasukkan ke dalam Erlenmeyer 100 ml, disterilisasi dalam autoklaf selama 2 jam, dan didinginkan. Setelah dingin, pemindahan bakteri dilakukan dari media agar miring dengan menggunakan ose secara aseptik. Inokulan tersebut dikocok sampai rapat optiknya 0.6 (OD 0.6 ). Pembuatan Kurva Baku Populasi NADH O 2 NADH + H 2 O benzena monooksigenasi H O H Epoksida benzene H 2 O NAD OH H OH H OH OH Benzenediol katekol +NADH Gambar 2 Reaksi degradasi hidrokarbon aromatik. Kultur hasil peremajaan diencerkan secara aseptik 2, 4, 8, dan 16 kali, lalu diukur ODnya dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 620 nm, dan diukur populasi bakterinya dengan metode cawan tuang (Hadioetomo 1995). Dari kedua data tersebut dapat dibuat kurva hubungan linear antara rapat optik dan satuan pembentuk koloni (SPK). Preparasi Media Tanah o C Tanah disterilisasi pada suhu 121 selama 15 menit. Kemudian tanah yang sudah steril ditimbang sebanyak 500 g, dimasukkan ke dalam wadah kaca sebagai tempat perlakuan. Media tanah tersebut ditambahkan minyak mentah sebanyak 5% (b/b) atau 50000

10 ppm. Tanah yang sudah terkontaminasi tersebut didiamkan selama 24 jam untuk penstabilan (Dahuru 2003). Inokulasi Bakteri dan Inkubasi Media Sebanyak dua ose bakteri diinokulasikan ke dalam 50 ml NB dan diinkubasi goyang dengan waktu OD 0.6. Kultur diencerkan dengan kaldu nutrisi sehingga diperoleh populasi sebesar SPK/ml. Sebanyak 1 ml kultur dengan populasi yang telah diketahui dicampurkan ke dalam 30 ml larutan fisiologis. Larutan fisiologis yang berisi bakteri tersebut dicampurkan dengan 49 ml larutan nutrisi dan digoyang. Larutan nutrisi yang berisi bakteri dicampurkan dengan media tanah dan diaduk sampai homogen. Media tanah terkontaminasi minyak mentah yang telah dicampur bakteri setiap harinya dilakukan homogenisasi dan penambahan air untuk menjaga kelembapan tanah. Selain itu, dilakukan juga perlakuan tanah tanpa bakteri sebagai kontrol. Analisis biodegradasi minyak bumi dilakukan selama 5 minggu dan setiap minggunya dilakukan pengukuran total petroleum hidrokarbon (TPH), ph, dan penambahan urea serta TSP 36. Pengukuran Residu Minyak dari Tanah (Alef & Nanpieri 1995; Raislid & Burke 2000) Sebanyak 5 gram tanah diekstrak dengan n-heksana. Kandungan air pada ekstrak tanah dihilangkan dengan menambahkan Na 2 SO 4 anhidrat, sedangkan pelarut dihilangkan dengan radas penguap putar. Setelah itu, ekstrak pekat dipanaskan selama 45 menit pada suhu 70 o C, didinginkan dalam eksikator dan ditimbang. Bobot yang terukur adalah bobot minyak dan gemuk (oil and grease/og). Sampel hasil pengeringan dilarutkan kembali dengan n-heksana dan ditambahkan silika gel untuk menghilangkan senyawa-senyawa polar kemudian disaring. Pelarut diuapkan kembali dan dipanaskan selama 45 menit pada suhu 70 o C. Bobot yang terukur merupakan TPH. % Degradasi = TPH 0 - TPH n TPH 0 TPH 0 = TPH minggu ke-0 (g) TPH n = TPH minggu ke-n (g) Analisis Komponen Minyak Bumi Hidrokarbon poliaromatik dan n-alkana dapat diukur dengan menggunakan kromatografi gas (GC) (Chung & King 2001). Metode yang digunakan, yaitu metode uji standar EPA 8270, dengan kondisi operasi suhu oven awal 150 o C, suhu oven akhir 325 o C, volume injeksi 1 µl, tekanan kolom 3.99 psi, dan laju alir eluen 0.7 ml/menit. HASIL DAN PEMBAHASAN Peremajaan Isolat Bakteri Setiap bakteri yang akan diaplikasikan harus diremajakan terlebih dahulu dengan tujuan mendapatkan bakteri yang aktif. Hal ini dikarenakan sebelumnya bakteri tersebut disimpan pada keadaan inaktif dalam media NA di lemari pendingin. Setiap isolat memiliki waktu tumbuh yang berbeda-beda. Oleh karena itu, pada tahap ini ditentukan waktu tumbuh isolat mencapai fase eksponensialnya, yaitu suatu fase pertumbuhan yang cepat dan produktif (Pelczar 1986). Fase ini terjadi pada saat OD 0.6. Rapat optik menunjukkan kepadatan bakteri yang terlihat sebagai kekeruhan media. Waktu tumbuh merupakan waktu yang diperlukan oleh satu sel untuk membelah menjadi dua atau waktu yang dibutuhkan oleh suatu populasi mikroorganisme untuk menggandakan jumlahnya (Lim 1998). Dari hasil penelitian diperoleh waktu tumbuh isolat D8 (3.5 jam) lebih cepat dibandingkan dengan isolat A10 (4 jam). Kurva Baku Populasi Penentuan jumlah populasi menggunakan metode cawan tuang yang didasarkan pada anggapan bahwa setiap sel yang dapat hidup akan berkembang menjadi satu koloni. Jadi, jumlah koloni yang muncul pada cawan merupakan suatu indeks bagi jumlah mikroorganisme yang dapat hidup dalam sampel. Nilai rapat optik merupakan hasil perhitungan berdasarkan nilai transmitan. Nilai transmitan yang terukur disebabkan oleh penyerapan sinar atau pemantulan partikel dalam media. Kurva baku populasi digunakan untuk mengetahui waktu inkubasi bakteri saat mencapai fase eksponensial. Selain itu, kurva baku populasi juga dapat digunakan untuk

11 menentukan populasi bakteri yang diinokulasikan pada tanah. Kurva baku populasi A10 dan D8 (Gambar 3) menunjukkan hubungan linear antara nilai OD dan populasi bakteri (Lampiran 3), isolat A10 dinyatakan dengan persamaan garis linear Y = x 10-8 X dengan nilai r = , sedangkan isolat D8 Y = x 10-8 X dengan r = Koefisien korelasi isolat A10 dan D8 cukup tinggi, yaitu dan 99.19%, artinya benar bahwa nilai rapat optik dipengaruhi oleh banyaknya populasi bakteri. Makin kecil jumlah sel dalam suspensi, makin besar intensitas cahaya yang lolos, sehingga makin tinggi persen transmitan yang tercatat dan nilai OD makin kecil (Hadioetomo 1995). Berdasarkan nilai rapat optik stok D8 (0.6676) dan A10 (0.6271), populasi awal stok yang digunakan SPK/ml (D8) dan SPK/ml (A10). Tanah terkontaminasi minyak mentah dihomogenkan dengan diaduk dan didiamkan selama 24 jam untuk penstabilan. Gambar 3 Kurva baku populasi isolat A10 dan D8. Preparasi Media tanah Media yang digunakan pada penelitian ini adalah tanah yang diambil dari daerah sekitar tambang minyak Minas PT CPI, Riau. Sebelum digunakan, tanah dibersihkan dari kontaminan organik, misalnya potonganpotongan akar, dedaunan, serta bahan anorganik. Hal ini dikarenakan kontaminan organik dapat menjadi sumber karbon dan energi yang dapat mendukung pertumbuhan mikrob dalam tanah sehingga mengganggu keseimbangan proses biodegradasi oleh isolat yang sedang diujikan. Tanah yang sudah bersih kemudian dihancurkan dengan kehalusan tertentu dengan tujuan memperluas permukaan tanah sehingga minyak yang ditambahkan dapat tercampur dengan merata dan kontak isolat dengan minyak saat inkubasi semakin besar. Tanah yang sudah dihaluskan kemudian disterilisasi kering dengan dipanaskan pada suhu 121 o C selama 15 menit dengan tujuan mematikan mikrob dalam tanah untuk menghindari kompetisi antar isolat pada saat biodegradasi berlangsung. Inokulasi Bakteri dan Inkubasi Media Kandungan air sangat penting untuk hidup, tumbuh, dan aktivitas metabolisme mikroorganisme. Tanpa air, mikroorganisme tidak dapat hidup dalam limbah minyak, karena mikroorganisme hidup pada interfase antara minyak dan air. Kadar air yang baik bagi proses bioremediasi berkisar 20-80% dari kapasitas air lapang, yaitu jumlah air yang akan ditambahkan pada proses biodegradasi. Kapasitas air lapang yang diperoleh ml/500 g tanah kering. Mikroorganisme memerlukan nutrisi sebagai sumber karbon, energi, dan keseimbangan metabolisme sel. Penanganan limbah minyak bumi biasanya dilakukan penambahan nutrisi nitrogen dan fosfor sehingga proses penguraian berlangsung lebih cepat dan pertumbuhan bakteri meningkat (Bragg et al. 1993). Sebagai sumber nitrogen dan fosfor pada penelitian ini digunakan urea dan TSP 36. Selain air dan nutrisi, mikroorganisme juga memerlukan oksigen (O 2 ). Tanpa O 2, bakteri akan berhenti melakukan aktivitasnya dan akhirnya mati. Polutan minyak bumi di permukaan tanah bisa menjadi penghalang bagi bakteri dalam memperoleh O 2. Pemberian O 2 dilakukan dengan cara mengaduk tanah setiap hari, sehingga distribusi O 2 dalam media lebih merata atau homogen dan setiap sel bakteri akan mendapat suplai O 2 yang cukup untuk menunjang pertumbuhannya (Brahmana & Moelyo 2003). Selain itu, pengadukan juga bertujuan meratakan minyak di dalam tanah serta mengoptimalkan proses pengolahan secara biologis. Kontaminan yang digunakan ialah minyak mentah sebagai sumber karbon bagi isolat. Hasil analisis awal menunjukkan kandungan TPH minyak mentah sebesar ppm (Lampiran 4). Selain itu, media tanah yang digunakan dianalisis juga kandungan TPH-

12 nya dan diperoleh hasil sebesar 1000 ppm (Lampiran 5). Kadar minyak mentah awal yang digunakan adalah 5% (b/b) atau ppm. Hal tersebut didasarkan pada Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 128 tahun 2003 yang menyatakan bahwa konsentrasi maksimum TPH awal sebelum proses pengolahan biologis tidak lebih dari 15%. Kondisi ini merupakan kondisi yang tidak terlalu toksik untuk aktivitas bakteri. Menurut Rosenberg dan Ron (1998) dalam Eris (2006), dua cara yang dilakukan bakteri untuk meningkatkan kontak antara minyak dan bakteri ialah melalui mekanisme spesifik adesi atau adsorpsi yang disebabkan oleh interaksi hidrofobik dan mengemulsi minyak. Bakteri memiliki lapisan hidrofobik pada bagian permukaan membran luar sel yang mengandung protein dan lemak yang menyebabkan terjadinya interaksi hidrofobik antara sel dan minyak. Kadar TPH dan ph Media Parameter yang sering digunakan pada proses bioremediasi adalah pengamatan nilai TPH dan ph media. Pengamatan nilai TPH dilakukan selama 5 minggu. Proses biodegradasi dari minggu ke-0 sampai minggu ke-5 menunjukkan adanya penurunan nilai TPH dan kenaikan nilai persen degradasi baik pada blangko maupun yang diberi bakteri, dengan persen degradasi terbesar pada penambahan isolat D8, blangko, dan A10. Hasil analisis ini memperlihatkan bahwa kedua bakteri yang digunakan mampu hidup dan mendegradasi minyak bumi yang mengkontaminasi media. Gambar 4 menunjukkan adanya penurunan TPH selama 5 minggu inkubasi. Berdasarkan diagram tersebut penurunan TPH terbesar dicapai oleh isolat D8, yaitu dari ppm pada minggu ke-0 menjadi 3800 ppm pada minggu ke-5 dengan persen degradasi % (Lampiran 6). Sementara isolat A10 dari ppm menjadi ppm dengan persen degradasi 60.23% (Lampiran 7). Hal ini karena waktu tumbuh isolat D8 lebih cepat dari isolat A10 sehingga lebih cepat beradaptasi dengan lingkungan percobaan. Bakteri akan mendegradasi hidrokarbon sebagai sumber karbon untuk menghasilkan energi bagi kelangsungan hidupnya dan akan menghasilkan produk berupa gas, asam-asam organik, dan biomassa. Gambar 4 Kurva penurunan TPH. Blangko (tanpa penambahan bakteri) juga mengalami kenaikan persen degradasi sebesar 68.56% (Lampiran 8). Hal ini diduga karena adanya aktivitas mikroorganisme yang berasal dari media meskipun sudah disterilkan, atau juga disebabkan karena adanya kontaminasi dari luar berupa bakteri dari udara pada saat pengadukan. Hal tersebut dikarenakan metode bioremediasi yang digunakan adalah land farming dengan sistem terbuka karena bakteri yang digunakan bersifat aerob sehingga memungkinkan adanya kontaminasi dari luar. Kemampuan isolat A10 masih bisa mendegradasi minyak bumi, artinya proses degradasi belum selesai. Hal ini didasarkan pada nilai persen degradasi yang tidak terlalu besar, yaitu 60.23%. Jika waktu degradasi diperpanjang, maka tidak menutup kemungkinan bagi A10 untuk mencapai persen degradasi yang lebih besar lagi. Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No. 128 Tahun 2003 menyatakan bahwa nilai akhir hasil olahan lahan yang tercemar minyak bumi mulai bisa dimanfaatkan lagi jika kadar TPH dalam tanah tersebut sudah mencapai ppm atau kurang dari ppm. Dari hasil penelitian ini, perlakuan penambahan isolat D8 mempunyai nilai TPH yang sesuai dengan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup tersebut, sehingga berdasarkan data tersebut media yang tercemari minyak bumi ini bisa dimanfaatkan kembali. Gambar 5 menunjukkan hasil pengamatan ph media. Biodegradasi hidrokarbon oleh bakteri akan menghasilkan produk berupa asam-asam organik yang dapat menyebabkan berkurangnya ph. Besarnya penurunan ph (Lampiran 9) berbeda-beda bergantung pada besarnya persentase biodegradasi dan bakteri pendegradasinya. Semakin meningkat

13 aktivitas bakteri mendegradasi hidrokarbon maka akan semakin meningkat pula jumlah asam-asam organik yang dihasilkan dan semakin besar juga penurunan ph yang dihasilkan. Setiap bakteri juga akan menghasilkan produk jenis asam-asam organik yang berbeda, dan besarnya penurunan ph bergantung pada oksigen yang tersubstitusi pada rantai karbon. Produk asam karboksilat dalam jumlah yang sama akan menghasilkan penurunan ph yang lebih besar dibanding produk berupa aldehida. Gambar 5 Nilai ph selama 5 minggu inkubasi. Komponen Minyak Bumi Perubahan struktur minyak bumi sebelum dan setelah dibiodegradasi dapat diketahui dengan menggunakan GC-MS. Setelah lima minggu perlakuan, terjadi proses biodegradasi baik pada blangko maupun penambahan isolat. Hasil analisis GC-MS, penambahan isolat menghasilkan respon berupa peningkatan aktivitas degradasi minyak bumi. Respon tersebut dapat diamati dari profil kromatogram (Gambar 6). kelimpahan kelimpahan Waktu retensi Waktu retensi kelimpahan (a) kelimpahan (b) Waktu retensi Waktu retensi (c) (d) Gambar 6 Profil kromatogram minyak bumi a) minggu ke-0 inkubasi, b) blangko setelah lima minggu inkubasi, c) penambahan isolat D8 setelah lima minggu inkubasi, d) penambahan isolat A10 setelah lima minggu inkubasi.

14 Senyawa penyusun minyak bumi hari ke-0 didominasi oleh golongan parafinik dan aromatik dengan distribusi rantai karbon C-6 sampai C-30 (Lampiran 10). Penambahan isolat A10 (Lampiran 11) setelah lima minggu inkubasi, dihasilkan senyawa penyusun minyak bumi yang didominasi oleh kelompok parafinik, diduga bakteri yang digunakan mendegradasi senyawa aromatik dan parafinik yang berantai karbon lebih panjang menjadi tetradekana, pentadekana, heksadekana, tetrametilpentadekana, oktadekana, trikosana, nonakosana, dan 3-metiloktadekana (Tabel-1). Tabel 1 Senyawa penyusun minyak bumi yang terdeteksi di akhir Senyawa penyusun minyak bumi yang terdeteksi di akhir Blangko A10 D8 2-metilpentana (P) 2-metilpentana (P) 2-metilpentana (P) pentadekana (P) tetradekana (P) dekana (P) 1-heksadekena (O) pentadekana (P) 2.6-dimetilundekana(P) heksadekana (P) heksadekana (P) 2.6-dimetilheptadekana (P) oktadekana (P) trikosana (P) undekana (P) 1-nonadekena (O) oktadekana (P) dodekana (P) heptadekana (P) heptadekana (P) tridekana (P) heptakosana (P) nonadekana (P) trimetildodekana (P) eikosana (P) eikosana (P) eikosana (P) heneikosana (P) heneikosana (P) heneikosana (P) dokosana (P) dokosana (P) dokosana (P) tetrakosana (P) tetrakosana (P) tetrakosana (P) pentakosana (P) nonakosana (P) trikosana (P) nonakosana (P) 3-metiloktadekana (P) 1-heksadekena (P) heptakosana (P) tetrametilpentadekana (P) oktadekana (P) tetrametilpentadekana (P) oktadekana (P) tetrametilheksadekana (P) nonadekana (P) heksadekana (P) heptadekana (P) Hasil GC-MS pada blangko setelah lima minggu inkubasi (Lampiran 12) diperoleh senyawa penyusun minyak bumi yang didominasi oleh kelompok parafinik dan olefin. Setelah lima minggu inkubasi, kelompok aromatik dan parafinik yang memiliki rantai karbon lebih panjang tidak terdeteksi lagi (Tabel 1), berarti pada blangko juga terjadi proses biodegradasi, meskipun tidak ada penambahan bakteri. Hal ini diduga karena adanya kontaminasi dari luar. Penambahan isolat D8 (Lampiran 13) juga menunjukkan hasil yang lebih beragam, isolat D8 juga mendegradasi senyawa aromatik dan parafinik yang berantai karbon lebih panjang menjadi senyawa olefin dan parafinik dengan rantai karbon yang lebih pendek (Tabel 1). Isolat A10 dan D8 diduga menghasilkan enzim oksigenase yang bersifat spesifik, hal ini dapat dilihat dari hasil biodegradasinya yaitu kelompok parafinik. Perbedaan rantai karbon pada senyawa penyusun minyak bumi sebelum dan setelah perlakuan menunjukkan bahwa kedua isolat yang digunakan mampu mendegradasi minyak bumi. SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Pertumbuhan isolat D8 (3.5 jam) lebih cepat daripada A10 (4 jam). Isolat D8 mempunyai persen degradasi yang sangat besar yaitu 92.30% dan A %. Perlakuan dengan penambahan isolat D8 menghasilkan kadar TPH yang sesuai dengan Keputusan Menteri Lingkungan Hidup N tahun 2003 yaitu kadar TPH ppm. Isolat A10 dan D8 mampu mendegradasi

15 minyak bumi yang ditunjukkan dengan perubahan struktur minyak bumi yang memiliki rantai karbon panjang menjadi lebih pendek. Saran Perlu dilakukan identifikasi isolat D8 sehingga bisa diketahui jenis bakterinya. Sistem bioremediasi yang dilakukan sebaiknya menggunakan sistem tertutup sehingga bakteri dari luar tidak dapat mengkontaminasi, selain itu kebutuhan O 2 dan CO 2 yang dihasilkan dapat dipantau. Waktu inkubasi diperpanjang untuk memperoleh hasil yang lebih baik. DAFTAR PUSTAKA Alef K, Nanpieri P Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. London: Academic Pr. Alexander M Biodegradation and Bioremediation. Ed ke-2. California: Academic Pr. Bragg JR, RC Prince, JB Wilkinson, RM Atlas Bioremediation for Shoreline Clean Up Following the 1989 Alaskan Oil Spill. Washington: Office of Research and Development, UESPA. Brahmana SS, Moelyo M Penelitian bioremediasi sumber air tercemar bahan berbahaya dan beracun. JLP 17:7. Citroreksoko P Pengantar Bioremediasi. Di dalam: Peranan Bioremediasi dalam Pengelolaan Lingkungan. Prosiding Pelatihan dan Lokakarya; Cibinong, Juni Cibinong: Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. hlm Crawford R, Crawford DL Bioremediation Principles and Applications. Cambridge: Cambridge University Pr. Chung WK, King GM Isolation, characterization, and polyaromatic hydrocarbon degradation potential of aerobic bacteria from marine macrofaunal burrow sediments and description of Lutibacterium anuloederans gen and Cycloclasticus spirillensus sp. Appl Environ Microbial. 67(12): Dahuru M Pengaruh mikroorganisme dari kotoran kuda dan surfaktan pada bioremediasi tanah terkontaminasi minyak disel [skripsi]. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Eris FR Pengembangan teknik bioremediasi dengan slurry bioreaktor untuk tanah tercemar minyak diesel [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Eweis JB, Ergas SJ, Chang EDDPY, Schoroeder Bioremediation Principles. New York: McGraw-Hill. Hadi SN Degradasi minyak bumi via tangan mikroorganisme. [23 Mei 2004]. Hadioetomo RS Mikrobiologi Dasar dalam Praktek. Jakarta: Gramedia. Jamilah Potensi bakteri pendegradasi hidrokarbon dari tanah terkontaminasi minyak bumi di Balikpapan dengan penambahan surfaktan [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor. Kussuryani Y Penelitian pengaruh nutrisi terhadap biodegradasi limbah cair kilang minyak. Jakarta: Lembaran publikasi lemigas Vol. 37 No. 2. Lim D Microbiology. Ed ke-2. New York: McGraw-Hill. Notodarmojo S Pencemaran Tanah dan Air Tanah. Bandung: ITB. Pelczar MJJr, Chan ECS Dasar-dasar Mikrobiologi. Hadioetomo RS, Imas T, Tjitrosomo SS, dan Angka SL, penerjemah; Jakarta: UI Pr. Terjemahan dari: Elements of Microbiology. Shaeen EI Technology of Environmental Pollution Control. Okohama: Pen Well Books Tulsa.

16 Udiharto M Aktivitas Mikroba dalam Degradasi Minyak Bumi. Prosiding Diskusi Ilmiah VII Hasil Pusat Penelitian dan Pengembangan teknologi Minyak dan Gas Bumi (PPPTMGB); Cibinong, Jun Jakarta: Lembaga Minyak dan Gas (LEMIGAS). Udiharto M, SA Rahayu, A Haris, Zulkifliani Peran Bakteri dalam Degradasi Minyak dan Pemanfaatannya dalam Penanggulangan Minyak Buangan. Prosiding Diskusi Ilmiah VIII (PPPTMGB). Jakarta: Lemigas. Udiharto M Bioremediasi Minyak Bumi. Di dalam: Peranan Bioremediasi dalam Pengelolaan Lingkungan. Prosiding Pelatihan dan Lokakarya; Cibinong Jun Cibinong: Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. hlm

17 LAMPIRAN

18 Lampiran 1 Bagan alir penelitian Pengambilan contoh tanah Penanaman dan peremajaan mikrob Preparasi media tanah Pembuatan kurva kerapatan Tanah steril Inokulasi bakteri Inkubasi Media Blangko Media tanah + A10 Media tanah + D8 TPH ph Analisis GC-MS Lampiran 2 Metode Percobaan Pembuatan Media Bakteri Media Nutrien Agar (NA) Bubuk agar nutrisi (NA) ditimbang sebanyak 14 g, dan dilarutkan dengan 500 ml akuades. Larutan agar dididihkan di atas lempeng pemanas sampai bening, dituangkan ke beberapa tabung reaksi, dan ditutup sumbat kapas. Setelah itu, disterilisasi dengan autoklaf selama 2 jam. Tabung diletakkan miring hingga media menjadi padat. Media NA digunakan untuk metode cawan tuang. Media Nutrien Broth (NB) Bubuk kaldu nutrisi ditimbang sebanyak 13 g, lalu dilarutkan dengan 1 l akuades. Larutan kaldu nutrisi dipindahkan ke beberapa Erlenmeyer, ditutup dengan sumbat kapas, dan disterilisasi dengan autoklaf selama 2 jam. Media NB digunakan untuk aktivasi bakteri sebelum diinokulasikan pada media tanah. Larutan Fisiologis (NaCl 0.85%) NaCl ditimbang sebanyak 4.25 g dan dilarutkan dengan 500 ml akuades, kemudian diaduk, lalu diautoklaf selama 2 jam. Penentuan Kapasitas Air Lapang Sebanyak 500 g tanah steril dimasukkan ke dalam wadah yang bawahnya telah dilubangi dan diberi alas kertas saring. Kemudian disiramkan 250 ml akuades dan dibiarkan selama 24 jam. Kapasitas air lapang diperoleh dari selisih antara air yang disiramkan dan air yang menetes. Pengukuran ph Tanah Sebanyak 10 g tanah ditimbang, ditambahkan 20 ml akuades, dan dikocok selama 30 menit. Setelah itu nilai ph diukur dengan ph-meter.

19 Lampiran 3 Hubungan nilai OD dengan populasi bakteri pada isolat A10 dan D8 Pengenceran A10 D8 %T OD SPK/ml %T OD SPK/ml 1: : : : : Perhitungan: OD 1:1 = 2 log %T = 2 log 23.6 = = Jumlah koloni A10 = => pengenceran 1: = 57 (57 x = 5.7 x 10 7 ) Pengenceran 1: = 35 (35 x = 0.7 x 10 7 ) Jumlah koloni total = 3.2 x Lampiran 4 TPH minyak mentah Ulangan Bobot Sampel (g) TPH (g) TPH (%) TPH (ppm) rerata Lampiran 5 TPH tanah Ulangan Bobot Sampel (g) TPH (g) TPH (%) TPH (ppm) rerata Lampiran 6 Data minyak dan gemuk, TPH, dan persen degradasi selama 5 minggu inkubasi pada D8 Minggu ke Ulangan Sampel (g) Minyak & Gemuk (g) Minyak & Gemuk (%) TPH (g) TPH (%) % Degradasi rerata rerata rerata rerata rerata

20 Lampiran 7 Data minyak dan gemuk, TPH, dan persen degradasi selama 5 minggu inkubasi pada A10 Minggu ke Ulangan Sampel (g) Minyak & Gemuk (g) Minyak & Gemuk (%) TPH (g) TPH (%) % Degradasi rerata rerata rerata rerata rerata Lampiran 8 Data minyak dan gemuk, TPH, dan persen degradasi selama 5 minggu inkubasi pada blangko Minggu ke Ulangan Sampel (g) Minyak & Gemuk (g) Minyak & Gemuk (%) TPH (g) TPH (%) % Degradasi rerata rerata rerata rerata rerata

21 Lampiran 9 ph media selama 5 minggu inkubasi Perlakuan ph media 0 minggu 2 minggu 3 minggu 4 minggu 5 minggu Blangko A D Lampiran 10 Senyawa penyusun minyak bumi hari ke-0 No Senyawa Waktu retensi Area (%) Kelompok Jumlah rantai C- 1 2-metilpentana parafinik C dimetilbenzena aromatik C trimetilbenzena aromatik C dietilbenzena aromatik C-8 5 undekana parafinik C-11 6 naftalena aromatik C-10 7 dodekana parafinik C-12 8 heptadekana parafinik C-17 9 nonadekana parafinik C eikosana parafinik C heneikosana parafinik C dokosana parafinik C tetrakosana parafinik C pentakosana parafinik C triakontana parafinik C heptakosana parafinik C oktilheptadekana parafinik C-18

22 Lampiran 11 Senyawa penyusun minyak bumi dengan penambahan isolat A10 setelah lima minggu inkubasi No Senyawa Waktu retensi Area (%) Kelompok Jumlah rantai C- 1 2-metilpentana parafinik C-6 2 tetradekana parafinik C-14 3 pentadekana parafinik C-15 4 heksadekana parafinik C-16 5 heptadekana parafinik C-17 6 oktadekana parafinik C-18 7 nonadekana parafinik C-19 8 eikosana parafinik C-20 9 heneikosana parafinik C dokosana parafinik C trikosana parafinik C tetrakosana parafinik C nonakosana parafinik C heptakosana parafinik C metiloktadekana parafinik C-19 Lampiran 12 Senyawa penyusun minyak bumi pada blangko setelah lima minggu inkubasi No Senyawa Waktu retensi Area (%) Kelompok Jumlah rantai C- 1 2-metilpentana parafinik C-6 2 pentadekana parafinik C heksadekena olefin C-16 4 heksadekana parafinik C-16 5 heptadekana parafinik C nonadekena olefin C-19 7 oktadekana parafinik C-18 8 eikosana parafinik C-20 9 heneikosana parafinik C dokosana parafinik C tetrakosana parafinik C pentakosana parafinik C nonakosana parafinik C heptakosana parafinik C-27

23 Lampiran 13 Senyawa penyusun minyak bumi dengan penambahan isolat D8 setelah lima minggu inkubasi No Senyawa Waktu retensi Area (%) Kelompok Jumlah rantai C- 1 2-metilpentana parafinik C-6 2 dekana parafinik C-10 3 undekana parafinik C-11 4 dodekana parafinik C dimetilundekana parafinik C dimetilheptadekana parafinik C-19 7 tridekana parafinik C trimetildodekana parafinik C-15 9 tetradekana parafinik C heksadekana parafinik C pentadekana parafinik C trimetilpentadekana parafinik C heptadekana parafinik C C parafinik tetrametilpentadekana 15 oktadekana parafinik C C parafinik tetrametilheksadekana 17 nonadekana parafinik C eikosana parafinik C heneikosan parafinik C heptadekana parafinik C trikosana parafinik C tetrakosana parafinik C dokosana parafinik C heptakosana parafinik C heksakosana parafinik C nonakosan parafinik C-29

24