IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Peremajaan T. ferrooxidans Peremajaan T. ferrooxidans dilakukan dengan menggunakan media cair dari Leathen et al. (1956) karena media ini merupakan media yang cocok digunakan untuk menumbuhkan bakteri ini. Hal ini disebabkan besi ferro (Fe 2+ ) yang terkandung pada media ini tidak terlalu tinggi sehingga bakteri mampu menyesuaikan diri pada media tumbuh tersebut. Pada tahap ini, kemasaman media dikondisikan pada ph Tujuan dari peremajaan T. ferrooxidans ini adalah untuk mengetahui apakah bakteri dari stok yang telah tersimpan lama masih dapat bertahan hidup atau tidak dan memperbanyak jumlah bakteri yang akan digunakan untuk tahapan penelitian selanjutnya. Isolat yang digunakan pada tahap ini merupakan isolat yang telah tersimpan selama kurang lebih satu tahun. Pada tahap peremajaan ini, galur bakteri yang diremajakan sebanyak 20 galur, 16 galur diremajakan dari isolat yang tersimpan di gliserol dan dibekukan, dan empat galur lainnya diremajakan dari isolat yang tersimpan pada media cair dan selalu digoyang tanpa dibekukan. Setiap galur T. ferrooxidans yang digunakan berasal dari lokasi berbedabeda, namun seluruh lokasi tersebut memiliki tingkat kemasaman rendah sehingga dimungkinkan terdapat bakteri T. ferrooxidans yang tumbuh. Lokasi-lokasi tersebut antara lain: Desa Selat Baru, Kecamatan Karau Kuala; Desa Betung dan Desa Petuk Bukit, Kecamatan Bukit Batu, Palangkaraya; Anjir Sampit, Desa Buntoi, Kecamatan Kahayan Hilir, Kabupaten Pulang Pisau; Anjir Pulang Pisau, perbatasan Gohong - Pulang Pisau; dan Kawah Sikidang dan Kawah Sileri, Dieng. Dari penelitian yang dilakukan, dapat diketahui bahwa oksidasi besi ferro (Fe 2+ ) pada media oleh T. ferrooxidans dapat terlihat dalam jangka waktu yang cukup lama. Oksidasi besi ferro (Fe 2+ ) menjadi besi ferri (Fe 3+ ) menunjukkan bahwa bakteri T. ferrooxidans tersebut masih dapat tumbuh. Dari 20 galur bakteri T. ferrooxidans yang diremajakan, hanya terdapat empat galur bakteri yang

2 27 mampu tumbuh dengan baik, sedangkan yang lainnya tidak berhasil tumbuh. Hasil dari tahap peremajaan T. ferrooxidans selama delapan minggu dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Perubahan Warna Media akibat Oksidasi Besi Ferro (Fe 2+ ) oleh T. ferrooxidans pada Tahap Peremajaan No. Kode Kode ICBB Minggu ke APB-T APP-B APP-T AS-S AS-S BTG-B BTG-B MD-B MD-T MD-T MD-T MN-B MN-B PUT-B PUT-T PUT-T SI 6636 C ICBB SI 6663 P ICBB SI 6671 P ICBB WS 6644 C ICBB Keterangan: (-) : tidak terjadi perubahan warna (tetap bening) (+) : terjadi perubahan warna (bening kuning kecoklatan) (++) : warna semakin jelas

3 Galur bakteri yang berhasil ditumbuhkan merupakan galur bakteri yang berasal dari penyimpanan pada media cair, sedangkan bakteri yang tidak berhasil tumbuh merupakan bakteri yang berasal dari penyimpanan beku pada gliserol. Menurut Gupta et al. (1986), penyimpanan bakteri ini memang sulit dilakukan dengan cara biasa dan perlu perlakuan tertentu. Metode yang baik digunakan untuk penyimpanan bakteri T. ferrooxidans diantaranya adalah penyimpanan di dalam nitrogen cair dan digoyang atau disimpan pada carrier seperti lignit atau kalkopirit. Menurut Silverman dan Lungren (1958), T. ferrooxidans dapat disimpan selama lebih dari satu tahun pada media cair dan selalu dipindahkan ke medium baru setiap dua minggu pada suhu 28 o C dan selalu digoyangkan. Tumbuhnya bakteri T. ferrooxidans dapat diketahui dari terjadinya perubahan warna pada media cair yang digunakan dari semula berwarna bening berubah menjadi warna kuning (Gambar 1). Perubahan warna dari bening menjadi kuning disebabkan terbentuknya besi ferri (Fe 3+ ) yang dihasilkan dari proses oksidasi besi ferro (Fe 2+ ). Proses terebut dilakukan oleh bakteri pengoksidasi besi, yaitu T. ferrooxidans (Olsen, 1991). Gambar 1. Perubahan warna media peremajaan T. ferrooxidans (kiri: tumbuh; kanan: tidak tumbuh). Pada minggu pertama, T. ferrooxidans galur ICBB 9100 mulai terlihat tumbuh. Di minggu pertama ini, pada media telah terlihat adanya perubahan warna walaupun hanya sedikit. Masih sedikitnya perubahan warna ini belum

4 29 menunjukkan bahwa galur ICBB 9100 masih tumbuh dengan baik. Setelah minggu ketujuh, media pada galur bakteri ICBB 9100 ini mulai menunjukkan perubahan warna yang cukup jelas (Gambar 1) sehingga dapat diketahui bahwa bakteri dapat hidup dengan baik. Berdasarkan pada Tabel 1, media cair bakteri T. ferrooxidans galur ICBB 9098, ICBB 9099, dan ICBB 9101 mulai mengalami perubahan warna pada minggu kedua. Media cair galur ICBB 9101 mengalami perubahan warna yang cukup jelas pada minggu ketujuh, sedangkan media cair galur ICBB 9098 dan ICBB 9099 mengalami perubahan warna yang cukup jelas pada minggu kedelapan. Dari tahap peremajaan ini, dapat diketahui bahwa pertumbuhan bakteri T. ferrooxidans pada media cair ini membutuhkan waktu yang cukup lama, yaitu sekitar dua bulan. Tumbuhnya bakteri yang cukup lama ini disebabkan sangat rendahnya konsentrasi besi ferro (Fe 2+ ) pada media sehingga bakteri harus menyesuaikan diri terhadap media Seleksi Galur T. ferrooxidans Seleksi galur T. ferrooxidans merupakan tahapan yang bertujuan untuk mengetahui sejauh mana bakteri mampu mengurangi kandungan sulfur pada batubara dengan kondisi terjaga. Sulfur yang dikurangi oleh T. ferrooxidans adalah sulfur yang terdapat dalam bentuk pirit (FeS 2 ). Sulfur organik tidak akan dioksidasi oleh T. ferrooxidans (Bos et al., 1985). Bakteri yang digunakan pada tahap ini merupakan bakteri dengan galur berbeda-beda yang memiliki pertumbuhan baik pada tahap peremajaan. Galur bakteri yang mampu mangurangi pirit paling banyak pada tahap ini akan digunakan untuk tahapan selanjutnya, yaitu desulfurisasi batubara dengan menggunakan bioreaktor. Pada tahap seleksi ini, proses desulfurisasi batubara hanya dilakukan di dalam botol dengan volume 300 ml dan media yang digunakan untuk menumbuhkan bakteri merupakan media Leathen tanpa FeSO 4.7H 2 O. Hal ini dilakukan supaya bakteri hanya memanfaatkan pirit (FeS 2 ) yang terdapat pada batubara sebagai satu-satunya sumber energi.

5 Tahap seleksi ini dilaksanakan selama beberapa hari yang selesainya ditentukan dari telah konstannya kemasaman media. Selama tahap ini berjalan, kemasaman media diukur setiap hari untuk mengetahui penurunan ph yang diakibatkan dari aktivitas bakteri dalam mengoksidasi sulfur hingga kemasaman konstan. Berdasarkan dari penelitian yang dilakukan, percobaan pendahuluan ini menghabiskan waktu selama 12 hari. Kemasaman media cenderung naik secara drastis pada beberapa hari di awal perlakuan, setelah itu kemasaman hanya akan naik perlahan hingga mencapai kemasaman yang konstan. Hal ini disebabkan proses oksidasi pirit yang dipercepat oleh T. ferrooxidans lebih efektif pada awal perlakuan. Kemasaman yang meningkat disebabkan terbentuknya asam-asam dari hasil oksidasi pirit oleh bakteri (Hee et al., 1993). Sebanyak empat galur bakteri T. ferrooxidans digunakan pada tahap seleksi ini, yaitu ICBB 9098, ICBB 9099, ICBB 9100, dan ICBB Galur bakteri yang digunakan ini berasal dari lokasi di sekitar Kawah Sikidang dan Kawah Sileri Kabupaten Dieng (Gambar 2). Sampel tanah dan air yang diambil dari kawah tersebut memiliki ph antara 2-3. Kawah Sikidang dan Kawah Sileri merupakan kawah yang berada di kawasan dataran tinggi Dieng, Jawa Tengah yang terbentuk dari hasil letusan gunung berapi. Kawah-kawah ini memiliki kandungan belerang yang tinggi dan kemasaman tanah dan airnya juga tinggi, sehingga menciptakan lingkungan tumbuh yang cocok bagi bakteri acidophilic seperti T. ferrooxidans. Gambar 2 adalah gambar Kawah Sikidang dan Kawah Sileri yang merupakan lokasi pengambilan isolat T. ferrooxidans: a. b. Sumber: Dinas Pariwisata dan Kebudayaan Banjarnegara Gambar 2. Lokasi pengambilan sampel T. ferrooxidans (a. Kawah Sikidang; b. Kawah Sileri)

6 31 Dari penelitian yang dilakukan, pada Gambar 3 terlihat bahwa kandungan pirit (FeS 2 2) batubaraa pada kontrol adalah sebesar 601 ppm pada batubara yang dihaluskan dan 700 ppm pada batubara dalam keadaan kasar. Dari Gambar 3 tersebut dapat diketahui bahwa T. ferrooxidans galur ICBB 9098, ICBB 9099, ICBB 9100, dan ICBB 9101 dapat menurunkan kandungan pirit (FeS 2 ) pada batubara masing-masing hingga menjadi 219 ppm, 216 ppm, 236 ppm, dan 208 ppm dengan batubara halus. Pada batubara kasar, T. ferrooxidans galur ICBB 9098, ICBB 9099, ICBB 9100, dan ICBBB 9101 dapat menurunkan kandungan pirit (FeS 2 2) pada batubara masing-masing hingga menjadi 215 ppm, 170 ppm, 157 ppm, dan 311 ppm. Hasil pengukuran konsentrasi pirit (FeS 2 ) batubara pada tahap seleksi galur T. ferrooxidans dengan waktu inokulasi selama 12 hari dapat dilihat pada Gambar 3. FeS 2 (ppm) FeS2 kontrol (ppm) FeS2 sampel (ppm) Sampel Bakteri Gambar 3. Konsentrasi pirit (FeS 2 ) batubara padaa tahap seleksi galur T. ferrooxidans dengann waktu inkubasi 12 hari Keterangan: _H : Batubara dihaluskan _K : Batubara kasar _AU : Batubara disterilisasi Dari Gambar 3, dapat terlihat perlakuan antaraa batubara yang dihaluskan dengan batubara kasar tidak memiliki pengaruh signifikan terhadap efektivitas bakteri dalam prosess desulfurisasi. Dari empat galur yang diujicoba, tiga galur, yaitu ICBB 9098, ICBB 9099, dan ICBB 9100 memiliki efektivitas yang lebih

7 tinggi pada batubara yang tetap dalam keadaan kasar, sedangkan satu galur lainnya, yaitu ICBB 9101 memiliki efektivitas yang lebih tinggi pada batubara dengan kondisi dihaluskan sehingga dalam hal ini belum dapat disimpulkan bahwa batubara yang dihaluskan dapat meningkatkan efektivitas bakteri dalam melakukan proses desulfurisasi. Pada tahap ini juga dilakukan perbandingan terhadap batubara yang disterilisasi sebelum diberikan perlakuan dengan bakteri dengan batubara yang tidak disterilisasi, namun hanya dilakukan pada galur ICBB Pada T. ferrooxidans galur ICBB 9098, kandungan pirit pada batubara yang disterilisasi hanya turun menjadi sebesar 354 ppm. T. ferrooxidans ICBB 9098 hanya menurunkan 41.05% lebih banyak dibandingkan dengan kontrol pada batubara yang dihaluskan. Apabila dibandingkan dengan sampel lainnya, sampel ini memiliki nilai desulfurisasi paling kecil. Nilai desulfurisasi T. ferrooxidans pada sampel batubara yang disterilisasi paling kecil dikarenakan proses sterilisasi menyebabkan bakteri yang sebelumnya terdapat pada batubara mati, sehingga efektivitas dari bakteri dalam proses desulfurisasi yang diperoleh hanya merupakan hasil dari T. ferrooxidans itu sendiri. Jika proses desulfurisasi melibatkan beberapa macam bakteri, nilai efektivitas yang diperoleh akan lebih tinggi dibandingkan dengan hanya melibatkan satu macam bakteri tertentu saja. Menurut Rawling et al. (1994), proses desulfurisasi batubara hanya dengan memanfaatkan kinerja dari satu bakteri saja akan mendapatkan hasil yang kurang optimal. Desulfurisasi secara kultur gabungan dengan mengaplikasikan berbagai bakteri akan mendapatkan hasil yang lebih baik Desulfurisasi Batubara dengan Bioreaktor Desulfurisasi batubara dengan menggunakan bioreaktor merupakan perlakuan utama desulfurisasi batubara yang keadaannya diusahakan mendekati lingkungan aslinya. Perlakuan ini dilakukan dengan memilih galur bakteri yang paling baik dalam melakukan proses desulfurisasi batubara pada tahap seleksi

8 33 galur. Pada tahap seleksi galur, galur bakteri yang yang terpilih karena paling baik digunakan dalam desulfurisasi batubara adalah ICBB 9100, yang dapat menurunkan kandungan batubara sebesar 77.53% pada batubara dalam bentuk kasar. Kondisi lingkungan bakteri dalam proses desulfurisasi batubara ini merupakan hal yang paling ditekankan. Kondisi lingkungan diusahakan mendekati dengan lingkungan aslinya, yang bertujuan untuk mengetahui sejauh mana kemampuan bakteri dalam melakukan proses desulfurisasi apabila pengaplikasiannya dilakukan dengan bioreaktor. Selain kondisi lingkungan, terdapat pendekatan lain yang diterapkan untuk disesuaikan dengan keadaan lapang. Pendekatan tersebut adalah pelaksanaan desulfurisasi batubara dengan menggunakan bioreaktor ini waktunya lebih singkat jika dibandingkan pada tahap seleksi galur T. ferrooxidans, yaitu selama enam hari. Pada perlakuan utama desulfurisasi batubara, penggunaan media pertumbuhan bakteri sama seperti tahap seleksi bakteri. Batubara yang digunakan pada tahap ini merupakan batubara tanpa melalui proses sterilisasi sehingga dimungkinkan terdapat bakteri lain selain T. ferrooxidans yang terlibat dalam proses desulfurisasi ini. Pada pelaksanaanya, batubara kasar yang berbentuk bongkahan sebanyak 3.5 kg dimasukkan ke dalam bioreaktor, lalu ditambahkan media pertumbuhan cair yang telah diberi T. ferrooxidans ICBB Bioreaktor yang digunakan dalam proses desulfurisasi dapat dilihat pada Gambar 4.

9 Gambar 4. Bioreaktor yang digunakan pada desulfurisasi batubara Bioreakor tersebut dilengkapi dengan sirkulator yang berfungsi untuk meningkatkan aerasi di dalam bioreaktor. Sirkulator ini bekerja mengalirkan media cair dari bawah ke atas secara merata sehingga dapat dipastikan seluruh permukaan batubara teraliri media yang memungkinkan bakteri mampu mengurai pirit pada batubara tersebut. Aerasi yang baik pada media akan meningkatkan kinerja dari bakteri T. ferrooxidans dalam proses desulfurisasi batubara sehingga pirit yang teroksidasi akan semakin banyak jumlahnya (Anwar, 2002). Proses desulfurisasi batubara ini dilaksanakan selama enam hari. Dalam waktu enam hari, pirit yang teroksidasi oleh T. ferrooxidans ini dimungkinkan tidak hanya pirit yang terdapat pada permukaan luar batubara, namun juga pirit yang terdapat pada permukaan dalam batubara. Hal ini disebabkan bakeri T. ferrooxidans dapat mencapai pirit yang terikat pada jaringan batubara (Bos et al., 1985). Hasil penurunan konsentrasi pirit (FeS 2 ) batubara dengan menggunakan bioreaktor dapat dilihat pada Gambar 5.

10 35 FeS 2 (ppm) MOTf (Kontrol) MTf Waktu (Hari) Gambar 5. Penurunan konsentrasi pirit (FeS 2 ) batubara dengan menggunakan bioreakto Keterangan: MOT f MT f : Media tanpa T. ferrooxidans (Kontrol) : Media dengan T. ferrooxidans Dari Gambar 5, dapat diketahui bahwa kandungan pirit (FeS 2 ) yang terkandung pada batubara kontrol tanpa pengaplikas sian T. ferrooxidans hanya mengalami sedikit penurunan kandungan pirit. Kandungan pirit awal sebesar 949 ppm padaa hari pertama, berturut-turut menjadi 837 ppm, 837 ppm, dan 862 ppm pada hari kedua, keempat, dan keenam. Secara keseluruhan, pada kontrol ini kandungann pirit yang berkurang hanya sebesar 9.17% dari kandungan pirit pada batubara awal. Kandungan pirit pada batubara dengan pengaplikasian T. ferrooxidans ICBB 9100 menunjukkan hasil yang berbeda dengan kandungan pirit tanpa pengaplikasian T. ferrooxidans. Pada batubara yang diberi T. ferrooxidans, terjadi penurunann pirit yang cukup signifikan pada awal perlakuan hingga hari kedua. Batubara yang pada awalnya memiliki kandungan pirit sebesar 949 ppm, pada hari kedua kandungan pirit mengalami penurunan yang cukup signifikan menjadi hanya sebesar 352 ppm. Setelah hari kedua, kandungan pirit padaa batubara hanya sebesar 339 ppm pada hari keempat dan 327 ppm pada hari keenam. Dalam dua hari, pirit yang dapat dikurangi oleh bakteri T. ferrooxidans adalah sebesar 62.89%. Secara keseluruhan, bakteri T. ferrooxidans ICBB 9100 selama enam

11 hari perlakuan desulfurisasi batubara mampu menurunkan kandungan pirit pada batubara sebesar 65.51%. Berdasarkan data tersebut, penurunan kandungan pirit yang terjadi sangat kecil setelah hari kedua. Menurut Bos et al. (1985), sisa sulfur yang tidak berhasil dioksidasi oleh T. ferrooxidans disebabkan bakteri tidak mampu mencapai partikel pirit yang sangat kecil yang terikat pada matriks batubara.