BAB I PENDAHULUAN. dalam proses produksinya menghasilkan limbah yang mengandung sulfat dan

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Industri pertambangan dan beberapa industri lain seperti industri logam dalam proses produksinya menghasilkan limbah yang mengandung sulfat dan logam berat salah satunya yaitu logam tembaga (Cu) (Garcia et al., 2001; Bratkova et al., 2011). Limbah tersebut apabila tidak dikelola dengan baik dapat mencemari lingkungan terutama perairan (Kikot et al., 2010). Limbah industri tambang sering memiliki konsentrasi sulfat dan logam berat melebihi ambang batas normal (Al-Zuhair et al., 2008). Keberadaan sulfat dalam limbah menyebabkan penurunkan ph air secara drastis dan meningkatkan kelarutan logam berat (Havlin et al., 1999). Keberadaan logam berat dilingkungan merupakan ancaman serius bagi lingkungan dan kehidupan manusia (Cabrera et al., 2006) karena tidak dapat terdegradasi dan cenderung terakumulasi pada organisme (Sprynskyy et al., 2006). Sani et al. (2001) mengatakan bahwa logam berat dapat menggantikan ion esensial di dalam sel dan memblok gugus fungsional pada molekul penting seperti enzim, polinukleutida dan nutrien yang diperlukan dalam sistem transport. Sebagai akibatnya terjadi denaturasi enzim dan menyebabkan enzim tidak aktif. Metode fisikokimia seperti metode pengendapan menggunakan kapur, absorption, ion exchange dan complex formation merupakan metode yang 1

2 2 banyak digunakan dalam penanganan logam berat. Namun, meskipun efektif metode ini memerlukan biaya operasional yang mahal dan menghasilkan residu berupa lumpur dalam jumlah besar (Gallegos-Garcia et al., 2009). Dewasa ini metode biologis merupakan metode alternatif dalam penanganan limbah yang mengandung sulfat dan logam berat. Metode ini memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan metode fisikokimia yaitu lebih effien, murah dan ramah lingkungan (Kumar et al., 2011). Salah satu metode biologis tersebut adalah bioremediasi menggunakan Bakteri pereduksi sulfat (BPS) (Gaikwad and Gupta, 2008). Bakteri pereduksi sulfat (BPS) mampu menurunkan konsentrasi sulfat dan logam berat pada limbah secara bersamaan. Bakteri Pereduksi Sulfat (BPS) pada kondisi anaerob menggunakan sulfat sebagai penerima elektron terakhir untuk mereduksi substrat organik atau substrat anorganik sebagai sumber energi yang akan menghasilkan senyawa hidrogen sulfida (H2S, HS - dan S 2- ) dan senyawa bikarbonat (HCO3 - ) sebagai produk akhir (Postgate, 1984). Senyawa bikarbonat (HCO3 - ) akan menetralisir ph air limbah yang semula asam (Márquez-Reyes et al., 2013) sedangkan senyawa sulfida yang terlarut dalam air akan bereaksi dengan logam berat membentuk senyawa metal sulfida yang bersifat tidak larut (Bratkova et al., 2013; Jalali and Baldwin, 2000; Cabrera et al., 2006). Logam berat yang mengendap dalam bentuk senyawa metal sulfida lebih mudah di kelola bila dibandingkan dengan logam berat terlarut.

3 3 Metode biologis dengan menggunakan BPS selain mampu menghilangkan sulfat dan logam berat pada limbah juga dapat merecovery logam yang bernilai tinggi dalam bentuk metal sulfida sehingga dapat dimanfaatkan (Gallegos- Garcia et al., 2009; Bijmans et al., 2008; Jalali and Baldwin, 2000). Disisi yang lain, sel mikrobia sensitif terhadap kondisi limbah yang memiliki konsentrasi logam berat yang tinggi, ph ekstrim dan kehadiran polutan lain yang dapat membunuh atau menekan pertumbuhan mikrobia (Essa et al., 2012). Konsentrasi sulfat dan logam berat pada limbah yang terlalu tinggi akan membatasi kemampuan BPS dalam proses bioremediasi. Menurut Al- Zuhair et al. (2008) konsentrasi sulfat yang terlalu tinggi menghambat pertumbuhan BPS. Hasil penelitian Hao et al. (1994) menunjukan bahwa pada konsentrasi logam berat Zn (25 40 ppm), Pb (75 80 ppm), Cu (4 20 ppm), Cd (>4 20 ppm), Ni (10 20 ppm) and Cr (60 ppm) bersifat toksik terhadap BPS. Untuk meningkatkan toleransi BPS terhadap konsentrasi logam berat dan sulfat yang terlalu tinggi dapat dilakukan dengan mengimobilisasi BPS pada substrat tertentu sebagai material penyangga. Teknologi imobilisasi bakteri memiliki beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan aplikasi bakteri secara planktonik karena dapat meningkatkan biomassa sel bakteri, meningkatkan aktivitas metabolisme dan meningkatkan daya tahan terhadap senyawa kimia yang bersifat toksik (Zhou et al., 2008). Mikrobia yang terimobilisasi pada material penyangga akan membentuk biofilm (Weiβ et al., 2011).

4 4 Zeolit merupakan salah satu substrat yang dapat dimanfaatkan sebagai material penyangga BPS dalam proses bioremidiasi. Menurut Montalvo et al. (2012) zeolit memiliki karakteristik yang sangat baik sebagai substrat pelekatan bakteri dalam teknologi immobilisasi. Selain itu, zeolit mampu mengikat logam berat terlarut seperti Cu karena memiliki kemampuan ion exchange (Wang et al., 2008). Berbagai penelitian menunjukan terdapat korelasi antara pemberian zeolit terhadap aktivitas metabolisme bakteri dalam proses bioremediasi. Menurut Montalvo et al. (2005) imobilisasi bakteri pada zeolit berpengaruh positif terhadap penurunanan konsentrasi NH3 pada limbah sintetik. Penelitian Milan et al. (2001) secara batch culture menunjukan bahwa zeolit berpengaruh terhadap kecepatan reduksi limbah peternakan sapi dan babi. Menurut Kotsopoulos et al. (2008) zeolit berpengaruh terhadap produksi gas metana yang dihasilkan dari pengolahan limbah peternakan babi. Beberapa daerah di Indonesia memiliki deposit zeolit alam yang cukup tinggi. Zeolit alam ini berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai material penyangga bagi imobilisasi BPS dalam proses pengelolaan limbah yang mengandung sulfat dan logam berat Cu. Oleh karena itu, maka perlu dilakukan penelitian dasar mengenai pengaruh zeolit alam terhadap aktivitas pengendapan logam Cu oleh konsorsium bakteri pereduksi sulfat.

5 5 B. Permasalahan Permasalahan penelitian ini yaitu: 1. Bagaimana pengaruh zeolit alam terhadap aktivitas konsorsium BPS pada penurunan konsentrasi sulfat dan logam Cu? 2. Bagaimana pengaruh zeolit alam terhadap pertumbuhan konsorsium BPS? 3. Apakah konsorsium BPS mampu membentuk biofilm pada zeolit? C. Tujuan Tujuan penelitian ini yaitu: 1. Mempelajari pengaruh zeolit alam terhadap aktivitas konsorsium BPS pada penurunan konsentrasi sulfat dan logam Cu. 2. Mengetahui pengaruh zeolit alam terhadap pertumbuhan konsorsium BPS. 3. Mempelajari karakter biofilm BPS pada permukaan zeolit. D. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi kepada pelaku industri dan pemerintah dalam mengelola limbah yang mengandung sulfat dan logam berat Cu dengan menggunakan bakteri pereduksi sulfat dan zeolit alam.

6 6 E. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian secara mendalam akan mempelajari pengaruh pemberian zeolit alam pada konsorsium BPS dengan mengamati parameter penelitian yaitu: ph, effisiensi penurunan konsentrasi sulfat, effisiensi penurunan konsentrasi Cu, jumlah sel BPS dan karakter biofilm. Zeolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah zeolit alam yang berasal dari Kabupaten Wonosari, Provinsi Yogyakarta.

7 7 Justifikasi Justifikasi penelitian dapat dilihat dalam Gambar 1. Limbah industri tambang mengandung sulfat dan logam berat. Mencemari lingkungan Penanganan secara FISIKOKIMIA Penanganan secara BIOLOGIS Mahal dan menghasilkan residu lumpur Effisien, murah dan ramah lingkungan Salah satu metode biologis: Bakteri Pereduksi Sulfat (BPS) Zeolit untuk meningkatkan ketahanan dan kemampuan BPS Pengaruh zeolit terhadap aktivitas BPS Percobaan batch culture HRT Percobaan continuous culture menggunakan bioreaktor Gambar 1. Justifikasi Penelitian