BAB I PENDAHULUAN. terkandung di kawasan bekas tambang dan industri (Das et al, 2012; Hao dan

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Logam mangan (Mn) merupakan salah satu logam berat yang banyak terkandung di kawasan bekas tambang dan industri (Das et al, 2012; Hao dan Jiang, 2015). Kandungan mangan yang terlalu banyak dapat menyebabkan polusi lingkungan (Anonim, 2003; Anonim, 2004; Aschner et al., 2007; N adask a et al., 2015). Selain itu, keberadaan mangan yang berlebihan dapat menyebabkan penyakit Parkinson pada manusia (Gerber et al., 2002; Erikson dan Aschner, 2003), infertilitas pada mamalia dan malfungsi pada sistem imun (Vartanian et al., 1999). Di sisi lain, proses urbanisasi dan industrialisasi yang semakin meningkat menyebabkan aktivitas penambangan dan metalurgi juga turut meningkat (Nurseha dan Djajakirana, 2004). Namun, persediaan bahan tambang logam dengan konsentrasi tinggi semakin menurun, sehingga diperlukan teknologi yang tidak hanya mereduksi kandungan logam berat tetapi juga dapat menggunakan kembali logam berat dari limbah tambang dan industri. Apabila limbah tambang dan industri dapat diolah dengan baik maka tidak hanya menguntungkan bagi pelaku industri namun juga bermanfaat untuk menekan kontaminasi logam berat ke lingkungan. Saat ini banyak dikembangkan recovery dan penggunaan kembali Mn dari limbah bijih dan residu lainnya (Ismail et al., 2004; Tong et al., 2008 ). 1

2 2 Namun, berbagai metode kimia yang digunakan untuk mengoksidasi Mn menyebabkan kontaminasi polutan berbahaya ke lingkungan (Han et al.,2013). Oleh karena itu, saat ini dikembangkan metode recovery logam Mn yang ramah lingkungan yaitu biomining. Menurut Rawlings (2004) biomining merupakan ekstraksi logam dari material yang mengandung sulfur dengan melibatkan mikroorganisme. Ekstrak logam pada proses biomining dilarutkan ke dalam air sehingga proses ini disebut bioleaching. Bioleaching merupakan proses pelarutan atau pelepasan logam dari bijih (ore) atau tailing menjadi bentuk yang larut dengan menggunakan mikroorganisme (Kurniawan et al., 2010). Metode ini merupakan salah satu alternatif metode bioremediasi yang ramah lingkungan (Rohweder et al., 2003; Wen et al., 2013). Bioleaching hanya dapat diaplikasikan pada logam yang terikat pada mineral yang mengandung sulfur, besi atau sulfur tereduksi (Rawlings, 2004). Mangan merupakan salah satu logam yang dapat dipisahkan dari mineralnya oleh mikroorganisme (Ghosh et al., 2015). Bioleaching dilakukan oleh bakteri kemoautotrof seperti Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans, Leptospirillum spp dan kapang autotrofik seperti anggota genus Aspergillus dan Penicillum yang diketahui aktif melakukan bioleaching (Jhonson dan Hallberg, 2003; Lundgreen et al.,1986). Spesies yang dominan dalam melakukan bioleaching adalah bakteri pengoksidasi besi seperti Leptospirillium ferriphilum, bakteri pengoksidasi sulfur seperti Acidithiobacillus caldus, dan bakteri pengoksidasi

3 3 besi atau sulfur seperti Acidithiobacillus ferrooxidans dan Sulfobacillus thermosulfidooxidans (Ma et al., 2017). Menurut Rohwerder et al (2013) proses bioleaching diawali dari mikroorganisme pengoksidasi besi yang mendapatkan energi dari oksidasi besi ferro (Fe 2+ ) menjadi besi ferri (Fe 3+ ) dan melarutkan mineral sulfida sulfur. Selain itu mikroorganisme pengoksidasi besi juga akan menyebabkan akumulasi sulfur elemental atau polisulfida pada permukaan mineral. Kemudian bakteri pengoksidasi sulfur akan mengoksidasi sulfur elemental menjadi asam sulfat sehingga akan menurunkan ph dan menyebabkan proses terjadinya leaching logam yang terkandung. Oleh karena itu bioleaching logam menggunakan kultur campuran lebih efisien daripada hanya menggunakan kultur murni (Li et al., 2014). Hal ini disebabkan karena fungsi sinergisitas antar mikroorganisme dalam konsorsium dan kultur campuran dapat menyeimbangkan metabolisme besi dan sulfur (Behera et al., 2011). Kultur campuran antara bakteri kemolitotrof (Acidithiobacilli) dan organisme heterotrof (Aspergillus niger) menunjukkan efisiensi yang baik dalam pelarutan logam Ni dari limbah tambang chromite (Mohapatra et al., 2007). Selain itu, kultur campuran antara bakteri pengoksidasi sulfur (Alicyclobacillus sp. ) dan bakteri pengoksidasi besi (Sulfobacillus sp.) menunjukkan kapasitas bioleaching Mn yang tinggi (Xin et al., 2012).

4 4 Mikroorganisme yang berperan pada bioleaching Mn adalah bakteri pengoksidasi sulfur seperti Lysinibacillus sp., Acinetobacter sp (Ghosh et al., 2015), yang bersifat asidofilik seperti Enterobacter sp., Bacillus cereus, Bacillus nealsonii dan Staphylococcus hominis (Sanket et al., 2016), dan Staphylococcus epidermidis yang memiliki aktivitas pada bijih mangan lowgrade (Das et al., 2012). Selain itu beberapa bakteri pengoksidasi sulfur seperti Acidiphilum spp., Thiobacillus spp., Leptospirilum, spp., dan Ferroplasma spp., juga memiliki aktivitas bioleaching pada tanah bekas tambang (Bond et al., 2000). Kapang anggota genus Penicillium juga diketahui memiliki akitivitas bioleaching pada bijih mangan (Acharya et al., 2002). Pada proses bioleaching diketahui bahwa mikroorganisme dapat menghasilkan matriks polimer ekstraseluler yang terdiri dari polisakarida, protein dan lipid yang menyediakan tempat pelekatan mikroorganisme pada permukaan mineral sulfida dan membentuk biofilm bersama dengan sel bakteri (Yu et al., 2017). Adanya EPS yang membentuk biofilm membantu pelarutan logam karena dapat mengikat lebih banyak ion Fe 3+ pada permukaan mineral sulfida (Kinzler et al., 2003). Limbah tambang yang mengandung Mn dan bersifat asam diasumsikan dapat menjadi substrat bioleaching bagi konsorsium pengoksidasi sulfur. Namun, tidak hanya limbah tambang yang dapat digunakan sebagai substrat bioleaching, bijih mangan juga dapat digunakan sebagai substrat untuk

5 5 aktivitas bioleaching. Hal ini disebabkan bijih mangan (manganese ore) memiliki kadar Mn mencapai 35% dan banyak digunakan sebagai pilihan bagi pelaku industri untuk ekstraksi mangan dari bijih mangan dengan bioleaching yang dilakukan oleh bakteri pengoksidasi sulfur (Acharya dan Sukla, 2003; Cui dan Zhang, 2008). Mikroorganisme yang memiliki kemampuan mengoksidasi sulfur dan logam dapat diisolasi dari tempat yang memiliki ph yang rendah, kisaran suhu yang beragam, dan lingkungan yang ekstrim (Nurseha dan Djajakirana, 2004). Salah satu jenis bakteri pengoksidasi sulfur yang berperan dalam bioleaching yaitu Thiobacillus memiliki habitat pada lingkungan perairan dan tanah yang memiliki sumber sulfur melimpah (McKane dan Kandel, 1996). Salah satu lingkungan yang memiliki sumber sulfur melimpah dengan ph yang rendah adalah kawasan pemandian Ungaran (Gedong Songo). Kawasan pemandian Ungaran (Gedong Songo) merupakan daerah geothermal yang berada sisi selatan Gunung Ungaran (Phuong et al., 2012). Kawasan pemandian Ungaran memiliki komposisi air panas yang dibagi menjadi dua tipe yaitu air panas yang memiliki kandungan klorida yang rendah, kandungan sulfat tinggi (mencapai 1000 pm), dan ph rendah (mencapai 5) berada pada area fumarolik sedangkan air yang mengandug bikarbonat netral atau klorida berada pada area lain (Budiardjo, 1997). Menurut Rawlings (2004) ekstraksi logam dengan menggunakan mikrobia lebih ekonomis dan ramah lingkungan daripada ekstraksi secara

6 6 kimia. Hal ini disebabkan karena bioleaching juga tidak memerlukan energi dalam jumlah besar untuk proses pembakaran dalam ekstraksi logam secara tradisional. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian mengenai kemampuan kultur campuran isolat mikroorganisme dari kawasan pemandian belerang Ungaran untuk aktivitas bioleaching Mn. B. Permasalahan 1. Bagaimana mikroorganisme pengoksidasi sulfur yang diperoleh dari kawasan pemandian belerang Ungaran terhadap bioleaching logam Mn? 2. Bagaimana karakter fenotipik isolat mikroorganisme pengoksidasi sulfur kawasan pemandian belerang Ungaran yang memiliki kemampuan bioleaching logam Mn? 3. Bagaimana kemampuan kultur pengoksidasi sulfur kawasan pemandian belerang Ungaran terhadap bioleaching logam Mn? 4. Bagaimana karakter biofilm kultur campuran mikroorganisme pengoksidasi sulfur dan batuan Mn pada aktivitas bioleaching Mn? C. Tujuan Penelitian 1. Mendapatkan isolat mikroorganisme pengoksidasi sulfur dari konsorsium kawasan pemandian beleran Ungaran terhadap bioleaching Mn.

7 7 2. Mempelajari karakter fenotipik isolat mikroorganisme pengoksidasi sulfur kawasan pemandian belerang Ungaran yang memiliki kemampuan bioleaching logam Mn. 3. Mempelajari kemampuan kultur campuran pengoksidasi sulfur kawasan pemandian belerang Ungaran terhadap bioleaching logam Mn. 4. Menganalisis karakter biofilm kultur campuran mikroorganisme pengoksidasi sulfur dan batuan Mn pada aktivitas bioleaching Mn. D. Manfaat Penelitian 1. Memberikan informasi bagi pelaku industri pertambangan tentang bioleaching Mn yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan. 2. Memberikan informasi untuk studi lebih lanjut mengenai arti penting isolat mikroorganisme yang memiliki kemampuan bioleaching logam Mn. E. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini mencakup pada uji kemampuan kultur campuran mikroorganisme dari kawasan pemandian belerang Ungaran terhadap bioleaching Mn yang dilakukan dalam skala batch. Isolasi mikroorganisme dari konsorsium kawasan pemandian belerang Ungaran yang memiliki aktivitas bioleaching Mn. Karakterisasi fenotipik isolat bakteri pengoksidasi sulfur yang memiliki aktivitas bioleaching Mn.