Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013

Transkripsi

1 Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn Bambang Yudono 1, Sri Pertiwi Estuningsih 2 1. Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam 2 Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sriwijaya yudonob@hotmail.com Abstrak. Telah dilakukan penelitian kinetika degradasi minyak bumi dengan bakteri konsorsium (Micrococcus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalicaligenes dan Bacillus sp) dan rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn Limau Sumatera Selatan. Konsentrasi awal Total Petroleum Hidrokarbon (TPH) tanah terkontaminasi minyak bumi diperoleh sebesar 88,88%. Untuk keperluan penelitian, tanah terkontaminasi tersebut dikondisikan pada konsentrasi 2,5%; 5,0%; 7,5%; 10,0%; 12,5%; dan 15,0% dengan menambahkan tanah segar, serbuk gergaji, dan nutrisi. Bioremidiasi dilakukan selama 84 hari dan setiap 14 hari dilakukan penyamplingan dengan parameter yang diamati adalah Total Petroleun Hidrokarbon (TPH). Pada penelitian menunjukkan orde reaksi degradasi minyak bumi adalah 0,8906. Identifikasi dengan GC-MS menunjukkan bahwa limbah minyak bumi tersusun dari senyawa-senyawa hidrokarbon dengan rantai karbon C 15 -C 17, C 18 - C 21 dan >C 22 dengan masing-masing kelimpahannya 7,86%; 38,53% dan 53,6%. Pada akhir degradasi menghasilkan residu 100% pada C 22. PENDAHULUAN Sumatera Selatan merupakan salah satu propinsi di Indonesia yang memiliki banyak sumber daya minyak bumi. Sebagian besar limbah minyak bumi tersebut masih ditampung dalam suatu kolam penampungan limbah yang sangat sederhana tanpa perlindungan yang cukup memadai. Senyawa-senyawa hidrokarbon dalam Lumpur dapat menembus ke lapisan tanah, beresiko menyebabkan kontaminasi tanah dan air sekitarnya. Di sisi lain, hidrokarbon ringan dalam lumpur minyak mudah menguap dan dapat menyebabkan polusi udara. Salah satu metode alternatif pengolahan limbah minyak bumi adalah dengan menggunanakan metode bioremidiasi. Bioremidiasi merupakan salah satu metode alternatif pengolahan limbah minyak bumi yang digunakan untuk pemulihan tanah tercemar hidrokarbon (Reardon et al., 2002). Bioremidiasi mengandalkan reaksi mikrobiologis di dalam tanah. Teknik ini mengkondisikan mikroba sedemikian rupa sehingga mampu mengurai senyawa hidrokarbon yang berada di dalam tanah. Limbah minyak bumi yang diuraikan oleh mikroba akan menghasilkan senyawa akhir yang lebih ramah lingkungan. Sedangkan proses bioremidiasi merupakan salah satu metode pengolahan tanah terkontaminasi yang relatif murah dan efektif dibandingkan dengan metode fisika maupun kimia lainnya dikarenakan proses ini memanfaatkan aktvitas bakteri dalam mengolah tanah terkontaminasi. Bakteri pengolah minyak bumi tersebar, tidak hanya di lingkungan alam yang bersinggungan dengan minyak bumi, tetapi bakteri ini dapat di isolasi juga dari Semirata 2013 FMIPA Unila 55

2 Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi tanah, hutan, ladang dan pada rumput. Dalam beberapa hal, lingkungan yang akan dilakukan bioremidiasi sudah terdapat bakteri indigenous, tetapi untuk mendapatkan hasil yang lebih baik perlu ditambahkan bakteri eksogenous yang lebih sesuai. Selain bakteri konsorsium, rumput juga berpotensi sebagai agen remidiasi. Sistem perakaran yang luas pada rumput dapat memperluas bidang kontak antara bakteri dan akar rumput. Disamping itu, eksudat yang dihasilkan rumput dapat dimanfaatkan bakteri untuk pertumbuhan. Lin et al. (2004) menyatakan dalam fitoremidiasi sering digunakan rumput-rumputan karena memiliki perakaran serabut, asosiasi dengan mikroba tanah tinggi, serta tanah dalam lingkungan yang tidak mendukung, oleh sebab itu dalam penelitian dilakukan bioremidiasi terhadap limbah minyak bumi oleh bakteri konsorsium dan tanaman rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn. METODOLOGI PENELITIAN Persiapan Media Perlakuan Bioreaktor berisi tanah segar, 1% nutrient, 10% bulking agent yang berupa serbuk kayu dan residu minyak, sehingga TPH dalam bioreaktor sesuai dengan perlakuan (2,5%; 5,0%; 7,5%; 10%; 12,5%; 15%). Selanjutnya campuran tersebut diinokukasi dengan2,5% starter bakteri diaduk sampai homogen dan dimasukkan dalam ember dengan kapasitas masingmasing 10 kg. Selanjutnya dilakukan pengaturan faktor lingkungan (aerasi, inkubasi pada suhu kamar, ph medium dijaga konstan pada 5,6-7 dengan kelembaban 40%). Penanaman dan Pemeliharaan Rumput Eleusin Indica (L.) Gaertn Penanaman rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn sebanyak 37,5 gram dilakukan setelah inokulasi starter. Pemeliharaan rumput selama 2 bulan dengan cara dsiram pada pagi hari. Selain itu dilakukan juga pengadukan bioreaktor di sekitar rumput setiap hari untuk menjaga agar limbah tidak mengendap dan menambnah aerasi untuk bakteri Analisa Sampel Analisis Residu Limbah Minyak Bumi Dengan Gas Chromatography Analisa sampel diambil residu sebanyak 10 ml hasil sokhletasi dari hasil pengukuran % TPH awal (To) dan pengukuran % TPH pada T 6 untuk konsentrasi tanah olahan sludge 7,5 %. Masing-masing residu di encerkan dengan pelarut n-heksane pada labu takar 100 ml. Analisis residu minyak bumi dari proses bioremediasi dilakukan dengan gas chromatography (GC), menggunakan temperatur program sesuai Gambar 1 Analisis komponen penyusun limbah minyak bumi ditentukan berdasarkan fraksi temperaturnya sesuai metode Yudono (1994). Gambar 1. Temperatur Program DalamAnalisis Gas Chromatography 56 Semirata 2013 FMIPA Unila

3 Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Analisa Data Penentuan order reaksi dan laju reaksi ditentukan dengan metode deferinsialdan integral Menentukan orde reaksi dilakukan dengan metode diferensial yaitu dari hasil pengukuran % TPH awal (T 0 ) dan dari hasil pengukuran % TPH pada hari ke 84 (T 6 ) untuk variasi konsentrasi tanah olahan sludge 0%, 2,5% ; 5% ; 7,5% ; 10% ; 12,5% ; 15%. Menentukan konsentrasi laju dengan menggunakan metode integral dari hasil pengukuran % TPH T 1 (waktu inkubasi hari ke-14) hingga % TPH T 6. HASIL DAN PEMBAHASAN Total petroleum hidrokarbon (TPH) diukur untuk mengertahui persentase senyawa hidrokarbon yang terdapat dalam minyak bumi. Pengukuran Total Petroleum Hidrokarbon (TPH) pada tanah terkontaminasi minyak bumi, yaitu sebesar 88,88%. Selanjutnya untuk keperluan penelitian ini konsentrasi TPH tanah terkontaminasi minyak bumi tersebut diencerkan menjadi 2,5%; 5,0%; 7,5%; 10,0%; 12,5% dan 15,0% selanjutnya diinkubasi dengan bakteri konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) 14 hari, dan selanjutnya ditanami dengan rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn. Masa inkubasi pada tahap pertama tersebut dimaksudkan untuk proses pengomposan dari bulking agent dan substrat yang cukup tersedia akan menginduksi bakteri menghasilkan enzim (enzim induktif) yang berperan dalam merombak substrat menjadi senyawa yang bermanfaat bagi kelangsungan hidup bakteri dan secara tidak langsung juga bermanfaat bagi pertumbuhan rumput Eleusin Indica (L.) Gaertn. Rumput dapat memanfaatkan hasil dehidrogenasi senyawa hidrokarbon yang berupa CO 2 dan H 2 O serta energi untuk pertumbuhannya, sedangkan eksudat akar yang dihasilkan rumput dapat meningkatkan jumlah populasi bakteri rizosfer. Penentuan Orde Reaksi Degraasi Tanah Terkontaminasi Minyak Bumi dengan Metode Diferensial Orde reaksi degradasi sampel dapat ditentukan dengan menggunakan metode diferensial berdasarkan persetase konsentrasi TPH sampel terhadap laju degradasi. Orde reaksi ditentukan dengan membuat grafik hubungan antara ln [C] dan ln r sehingga dapat ditentukan tangen persamaan diferensialnya. Berdasarkan persamaan: ln r = ln k + ln [C], jika dibuat grafik hubungan antara ln [C] dan ln r, maka akan diperoleh grafik garis lurus dengan n adalah slope dan ln k adalah intersept. Konstanta reaksi akan lebih akurat ketika di ukur dengan menggunakan metode integrasi. Tabel 1. Data Laju Penurunan Konsentrasi TPH Dengan Bakteri Konsorsium + Rumput Konsentrasi TPH (%) Laju reaksi Awal Akhir r ln r ln [TPH] 1 2 Rata-rata % / minggu Semirata 2013 FMIPA Unila 57

4 Ct-n+1 ln r Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi Gambar 2. Grafik hubungan ln [C] dan ln r Konsorsium + Eleusin indica Penentuan Order Reaksi Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Dengan Bakteri Berdasarkan persamaan ln r = ln k + n ln [C], data pada Tabel 1 dapat ditentukan ln [C] dan ln r, kemudian dapat dibuat grafiknya seperti pada Gambar 2 dibawah ini. Hasil perhitungan yang diperoleh berdasarkan persamaan ln r = ln k + n ln[c] didapatkan nilai korelasi sebesar 0,9915 dan slope sebesar 0,904. nilai korelasi yang diperoleh mendekati harga 1 sehingga dapat dikatakan grafik berupa garis lurus. Menurut metode diferensial nilai slope menunjukkan orde reaksi sehingga berdasarkan nilai ini maka orde reaksi degradasi tanah terkontaminasi minyak bumi oleh bakteri konsorsium dan rumput Eleusin Indica (L.) Gaertn merupakan orde 0,904. Pada umumnya reaksi ddegradasi limbah minyak bumi mengacu pada orde reaksi satu (Basim et al., 2008) Sedangkan pada penelitian ini didapatkan orde reaksi adalah orde reaksi 0,904 Penentuan Konstanta Reaksi Degradasi Limbah Minyak Bumi Konstanta reaksi degradasi sampel dapat ditentukan dengan menggunakan metode integrasi. Rumus persamaan metode integrasi untuk kinetika reaksi ditunjukkan oleh persamaan berikut : C = C 0 e -kt...(1) Dimana: C 0 = Konsentrasi TPH awal c o y = 0.904x R 2 = ln [TPH] ln kt...(2) c ln C = -kt + ln C 0...(3) Metode integrasi ditentukan dari data perhitungan (TPH) 14 hari dengan konsentrasi awal TPH sebesar 7,555% selama 0, 14, 28, 42, 56, 70 dan 84 hari. Penurunan % konsentrasi TPH dapat ditunjukkan oleh Tabel 2. Metode integrasi menunjukkan bahwa nlai slope merupakan nilai konstanta reaksi degradasi. Berdasarkan persamaan orde reaksi ln C = - kt + ln C 0, dibuat grafik hubungan ln TPH dan hari dari data hasil analisa penurunan TPH selama 84 hari, Grafik ditunjukkan pada Gambar 3. Nilai slope dari grafik pada gambar 2 adalah -0,0073 dimana menurut metode integrasi slope = - k, maka nilai konstanta reaksi degradasi adalah 0,0073 hari -1. Nilai intersept adalah 1,2069. Sehingga persamaan garis lurusnya adalah y = - 0,0073x + 1,2069. Tabel 2. Data Kinetika Degradasi Minyak Bumi Dengan Bakteri Konsorsium+ Rumput Waktu Ct (%) C t Gambar 3. y = x R 2 = Waktu (minggu) Kinetika Degradasi Minyak Dengan Bakteri Konsorsium + Eleusin indica

5 Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi Analisis GC-MS Hidrokarbon Minyak Bumi Kromatografi gas spektroskopi massa (GC-MS) adalah salah satu teknik yang dikombinasikan untuk menentukan satu metode analisis campuran bahan kimia. Kromatografi gas dapat memisahkan komponen campuran dan spektroskopi massa mencirikan masing masing komponen yang dihasilkan. Jika kondisi GC (suhu oven, kolom tipe,dll) sama, suatu senyawa yang diberikan akan keluar dari kolom dengan waktu retensi yang hampir sama. Dengan mengetahui waktu retensi suatu senyawa tersebut, kita dapat membuat beberapa asumsi tentang identitas kompleks dari senyawa yang diindentifikasi ( Yudono, 1994). Dengan melihat aktivitas mikroba dalam mendegradasi sludge minyak bumi dilakukan dengan memotong-motong komponen hidrokarbon alifatik yang berantai panjang serta mentransformasikan senyawa hidrokarbon aromatik, sehingga sludge minyak bumi tersebut akan memperlihatkan perubahan komposisi fraksi hidrokarbon penyusunnya (Sharpley, 1996). Berdasarkan metodologi analisis kromatografi dengan menggunakan temperatur program dan Menurut Yudono (1994) maka diperoleh Gambar 4 kromatogram sebagai berikut : (a) (b) Gambar 4. Kromatogram Degradasi Limbah Minyak Bumi (a). T 0, (b). T 6 bakteri konsorsium dengan menggunakan rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn Berdasarkan Yudono (1994), didapat metodologi analisis kromatografi berdasarkan temperatur program, hasil analisis residu senyawa hidrokarbon seperti pada Tabel 3 berikut; Tabel 3 menunjukkan bahwa residu senyawa hidrokarbon setelah proses bioremediasi selama 84 hari yang tersisa adalah senyawa hidrokarbon dengan rantai atom C >22. KESIMPULAN Bioremidiasi menggunakan isolate bakteri konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dapat menurunkan Total Petroleum Hidrokarbon (TPH) pada tanah terkontaminasi minyak bumi. Tabel 3.Temperature Senyawa Hidrokarbon Range T Range Temp Range Senyawa Hidrokarbon T 0 T akhir 9< 100< C10< C11-C C15-C17 7, C18-C21 38,53 0 >40 >250 >C22 53,6 100

6 Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi Orde reaksi degradasi limbah minyak bumi oleh bakteri konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn adalah orde 0,904 dengan nilai konstanta reaksinya sebesar 0,0073 hari -1. SARAN 1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan terhadap degradasi tanah terkontaminasi minyak bumi oleh bakteri dengan menambahkan variabel parameter, selain variabel parameter Total Petroleum Hidrokarbon (TPH). 2. Memastikan uji lanjut identifikasi senyawa-senyawa yang terdapat dalam kromatogram GC-MS. DAFTAR PUSTAKA Basim E., Abbasi, and D. S. Walid Kinetics of Indigenous Isolated Bacteria used for Ex situ Bioremediation of Petroleum Contaminated Soil. Water Air Soloil Pollut (2008) 192 : Lin, C. H., Lerch, R. N., Garrett, H. E., & George, M. F. (2004). Incorporating forage grasses in riparian buffers for bioremediation of atrazine, isoxaflutole and nitrate in Missouri. Agroforestry Systems, 63(1), Reardon, K. F., Mosteller, D. C., Rogers, J. B., DuTeau, N. M., & Kee-Hong, K. (2002). Biodegradation kinetic of aromatic hydrocarbon mixtures by pure and mixed bacterial cultures. Environmental Health Perspectives, 110(12), Sharpley, JM Elementary Petroleum Microbiology. Gulf Publishing Company. Texas : Yudono, B An Investigation into The Premature Cracking Asphaltic Pavements in Hot Arid Climate. Thesis School of Chemistry, University of Bristol 60 Semirata 2013 FMIPA Unila