10 TINJAUAN PUSTAKA Bakteri Mikroorganisme yang berbentuk bakteri mampu berada di berbagai tempat baik melalui udara, bercampur dalam padatan dan berpindah tempat mengikuti aliran air atau melekat pada benda-benda yang cocok untuk tumbuh dan berkembang. Bakteri tumbuh dan berkembang pada lingkungan karena adanya nutrien yang tersedia, suhu yang sesuai, keasaman atau kebasaan (ph) tempat tumbuh, kandungan udara dan kelembaban udara (Karliana, 2009). Bakteri adalah sel prokariotik yang khas, uniseluler dan rata-rata berukuran lebar 0,5-1,0 μm serta panjang hingga 10 μm. Bakteri memiliki peranan yang cukup penting dalam memelihara lingkungan, yaitu menghancurkan bahanbahan yang tertumpuk di daratan maupun di perairan. Akan tetapi beberapa bakteri juga mampu menimbulkan efek negatif, seperti menyebabkan penyakit pada manusia, hewan dan tumbuhan. Meskipun pada umumnya jenis bakteri yang merugikan jumlahnya lebih sedikit dari jumlah keseluruhan spesies bakteri yang ada di dunia, akan tetapi karena bersifat patogen, bakteri tersebut sangat berpotensi mengganggu kesehatan dan bahkan dalam keadaan akut dapat menyebabkan kematian manusia. Pada kondisi suhu yang ideal bakteri akan berkembang biak melalui pembelahan sel maupun dengan spora (Irianto, 2006). Kondisi Umum Sungai Deli DAS Deli terletak di Kabupaten Karo, Deli Serdang dan Kota Medan, Propinsi Sumatera Utara. DAS Deli terdiri atas tujuh (7) Sub DAS yakni: Sub DAS Petani, Sub DAS Simai-mai, Sub DAS Babura, Sub DAS Bekala, Sub DAS
11 Deli, Sub DAS Sei Kambing dan Sub DAS Paluh Besar, dengan luas total 47.772,87 ha. Ditinjau dari aspek/faktor penutupan lahan, DAS Deli hanya mempunyai kondisi hutan seluas 3.533 ha atau (7,59 % dari total luas DAS Deli), sehingga sangat tidak ideal bila mengacu pada UU No. 41 Tahun 1999 yang menyatakan luas hutan idealnya adalah 30 % dari luas DAS. Analisis data iklim menunjukkan bahwa suhu rata-rata DAS Deli 27,8 o C, suhu rata-rata bulan terdingin 23,3 o C dan suhu rata-rata bulan terpanas 31,9 o C, sedangkan kelembababan udara rata-rata 86 %. Jumlah curah hujan ratarata bulanan 194 mm, da rata-rata curah hujan tahunan 2.330 mm. Berdasarkan jumlah curah hujan bulanan yang terdapat pada stasiun penakar hujan DAS Deli maka tipe iklim DAS Deli tergolong tipe iklim A yaitu daerah sangat basah, dengan iklim hujan tropis (Hutapea, 2012). Pencemaran Air di Indonesia Pencemaran air diakibatkan masuknya bahan pencemar (polutan) yang dapat berupa gas, bahan-bahan terlarut, dan partikulat. Pencemar memasuki badan air dengan berbagai cara, misalnya malalui atmosfer, tanah, limbah pertanian, limbah domestik dan perkotaan, pembuangan limbah industri dan lainnya (Effendi, 2003). Limbah buangan dari pabrik dan industri (buangan non domestik) khususnya industri kimia sintetik dan petrokimia, banyak yang berupa senyawa rekalsitran yaitu senyawa yang sukar larut untuk diuraikan. Kehadiran senyawa tersebut akan menyebabkan terjadinya perubahan kehidupan dalam air (Suriawiria, 2005).
12 Bahan pencemar yang bersifat biologis disebabkan oleh mikroorganisme yang berasal dari buangan domestik, industri pengolahan, sampah dan limbah peternakan. Pencemaran yang disebabkan oleh bakteri dapat menyebabkan menurunnya kualitas perairan (Feliatra,1999). Ketersediaan air bersih merupakan masalah yang perlu mendapat perhatian, hal ini disebabkan air sungai telah terkontaminasi polutan baik oleh limbah domestik, pertanian, industri dan sebagainya. Ketergantungan manusia terhadap air pun semakin besar sejalan dengan perkembangan penduduk yang semakin meningkat. Oleh karena itu dalam pembuangan limbah domestik di daerah permukiman tersebut sebaiknya dilakukan pembuatan sistem jaringan pembuangan limbah yang dapat menampung dan mengalirkan limbah tersebut secara baik dan benar, agar dapat mencegah terjadinya kontak antara kotoran sebagai sumber penyakit dengan air yang sangat diperlukan untuk keperluan hidup sehari-hari (Konsukartha & Harmayani, 2007). a). Parameter Biologi Bakteri Patogen Bakteri patogen merupakan bakteri yang menyebabkan penyakit pada manusia, hewan, dan juga pada tumbuhan. Beberapa jenis bakteri patogen yang umum menjadi penyebab masalah kesehatan manusia, yaitu Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Bacillus subtilis, Bacillus cereus, dan Escherichia coli. Secara mikrobiologi bakteri indikator pencemaran yaitu bakteri coliform, fecal coli dan fecal steptococcus, diantara ketiga bakteri tersebut yang utama adalah E. coli. E. coli ditemukan selalu pada badan-badan air seperti danau,
13 sungai dan laut. Bahan ini berasal dari feses manusia dan hewan berdarah panas serta perairan yang terkontaminasi oleh limbah yang bersifat organik Bakteri Escherichia coli Bakteri Escherichia coli termasuk dalam famili enterobacteriaceae. Bakteri ini termasuk patogen gram negatif dan bersifat anaerob fakultatif, bersifat kemoorganik dengan tipe metabolisme fermentatif dan respiratif, ada yang bersifat motil dengan flagela peritrik dan ada juga yang nonmotil. Memiliki batang tunggal dan berpasangan dengan ukuran 1,1-1,5 μm x 2,0-6,0 μm, diameter koloni 2-3 μm, memiliki kapsul dan mikrokapsul. E. coli tumbuh pada temperatur 15-45 o C dengan suhu optimum 37 o C. E. coli merupakan menghuni saluran pencernaan (coliform fecal) manusia dan hewan, maka digunakan secara luas sebagai bioindikator pencemaran lingkungan. Bakteri ini juga mengakibatkan banyak infeksi pada saluran pencernaan makanan (enterik) manusia dan hewan. E. coli merupakan penyebab utama meningitis pada bayi yang baru lahir (Daluningrum,2009). Kondisi jumlah bakteri E. coli suatu perairan yang tercemar dapat diketahui karena bakteri tersebut merupakan indikator pencemaran. Level maksimum E. coli yang diperbolehkan berdasarkan Kep-02/ MENKLH/I/1988, baku mutu air laut untuk pariwisata dan rekreasi (mandi, renang dan selam) adalah < 1000 cfu/100 ml. Sedangkan kualitas air secara biologis ditentukan oleh kehadiran bakteri E. coli di dalamnya. Kandungan bakteri E. coli dalam air berdasarkan ketentuan WHO (1977), air untuk rekreasi jumlah maksimum yang diperkenankan setiap 100 ml adalah 1.00 koloni, air untuk kolam renang 20 koloni, dan untuk air minum 1 koloni. Standar jumlah total bakteri E. coli yang
14 sesuai dengan Permenkes No. 416/PERMENKES/PER/IX/1990 yaitu dalam setiap 100 ml air terdapat 10 koloni total bakteri E. coli. Penentuan kehadiran bakteri dalam air berdasarkan kebutuhannya, dimaksudkan untuk mengetahui ada tidaknya jenis yang berbahaya sebagai penyebab penyakit, penghasil toksin, dan penyebab pencemaran air (Suriawiria, 2005). Bakteri Vibrio Vibrio sp. merupakan salah satu bakteri patogen yang tergolong dalam divisi bakteri, klas Schizomicetes, ordo Eubacteriales, Famili Vibrionaceae. Bakteri ini bersifat gram negatif, fakulttif anaerobik, fermentatif, bentuk sel batang dengan ukuran panjang antara 2-3 um, berwarna kuning, datar, katalase dan oksidase, methyl red dan H 2 S glukosa, laktosa, galaktosa dan manitol positif. Sedangkan sellobiosa, fruktosa, bersifat negatif. Bakteri Vibrio sp. adalah bakteri yang paling umum terdapat pada perairan dangkal diseluruh dunia. Vibrio sp. dapat bergerak dan memiliki satu flagel kutub dan dapat tumbuh baik pada suhu 37 0 C. Kebanyakan spesies bakteri ini tahan terhadap salinitas tinggi, dan pertumbuhannya sering dirangsang oleh NaCl. Beberapa Vibrio sp. bersifat halofilik, memerlukan NaCl untuk pertumbuhannya (Jawetz dkk, 2001). Vibrio sp. merupakan patogen oportunistik yang dalam keadaan normal ada dalam lingkungan pemeliharaan, kemudian berkembang dari sifat yang saprofitik menjadi patogenik jika kondisi lingkungannya memungkinkan. Bakteri Vibrio sp. yang patogen dapat hidup di bagian tubuh organisme lain baik di luar tubuh dengan jalan menempel, maupun pada organ tubuh bagian dalam seperti hati, usus dan sebagainya. Salah satu jenis bakteri yang sangat dikenal yaitu Vibrio chorela yang menyebabkan penyakit pada manusia (Feliatra,1999).
15 Beberapa jenis Vibrio sp. yang bersifat patogen yaitu dengan mengeluarkan toksin ganas dan seringkali mengakibatkan kematian pada manusia dan hewan. Vibrio cholera yang bersal dari darat atau air tawar, sudah dikenal sebagai penyebab penyakit muntah berak di Indonesia (Thayib,1994). Bakteri Coliform Bakteri Coliform adalah bakteri indikator keberadaan bakteri patogenik lain. Penentuan Coliform fekal menjadi indikator pencemaran karena jumlah koloninya pasti berkolerasi positif dengan keberadaan bakteri patogen, selain itu mendeteksi Coliform jauh lebih murah, cepat dan sederhana daripada mendeteksi bakteri patogenik lain. Contoh bakteri Coliform adalah E.coli dan Enterobacter aerogenes. Jadi Coliform adalah indikator kualitas air, semakin sedikit Coliform semakin baik kualitas air. Dalam industri bahan makanan, kehadiran bakteri golongan coliform tidak diharapkan, karena menunjukkan adanya kontaminasi dari buangan yang berasal dari pencernaan manusia dan hewan berdarah panas. Coliform merupakan suatu kelompok bakteri yang digunakan sebagai indikator polusi kotoran dan sanitasi yang tidak baik terhadap air, makanan, susu dan produk-produk yang dibuat dari susu. Adanya bakteri Coliform di dalam makanan atau minuman menunjukkan kemungkinan adanya mikroorganisme yang bersifat enteropatogenetik dan toksigenetik bagi kesehatan (Wanda, 2012). Bakteri Salmonella typhi Salmonella typhi merupakan makhluk hidup yang sangat kecil dari golongan bakteri berbentuk batang, tidak berspora, pada pewarnaan gram bersifat negatif, ukuran 1-3,5 μm x 0,5-0,8 μm, besar koloni ratarata 2-4 mm, mempunyai flagel peritrikh. Salmonella typhi juga memiliki 3 macam antigen, yaitu antigen O
16 (somatik berupa kompleks polisakarida), antigen H (flagel) dan antigen Vi. (Jawetz, 2001). Menurut Budiyanto (2002), bakteri Salmonella typhi berbentuk batang, bergerak, gram negatif, fakultatif anaerob yang secara khas meragikan glukosa dan maltosa tetapi tidak meragikan laktosa atau sukrosa, tidak berspora, punya flagella peritrih. Kuman ini cenderung menghasilkan hidrogen sulfida. Beberapa nilai penting yaitu faktor abiotik yang sangat mempengaruhi kehidupan organisme air meliputi: b. Parameter Fisika 1). Suhu atau temperatur Air mempunyai sifat unik yang berhubungan dengan panas yang secara bersama sama mengurangi perubahan suhu dalam air lebih kecil dan perubahan terjadi lebih lambat daripada udara. Variasi suhu dalam air tidak sebesar jika dibandingkan di udara, hal ini merupakan faktor pembatas utama karena organisme akuatik sering kali mempunyai toleransi yang sempit. Perubahan suhu menyebabkan pola sirkulasi yang khas dan stratifikasi yang amat mempengaruhi kehidupan akuatik. Air yang baik harus memiliki temperatur sama dengan tempertur udara (20 C sampai dengan 60 C). Air yang secara mencolok mempunyai temperatur di atas atau di bawah temperatur udara berarti mengandung zat-zat tertentu (misalnya fenol yang terlarut di dalam air cukup banyak) atau sedang terjadi proses tertentu (proses dekomposisi bahan organik oleh mikroorganisme yang menghasilkan energi) yang mengeluarkan atau menyerap energi dalam air (Slamet, 1996).
17 2). Kekeruhan atau turbiditas. Kekeruhan menggambarkan sifat optik air yang ditentukan berdasarkan banyaknya cahaya yang diserap dan dipancarkan oleh bahan-bahan yang terdapat di dalam air. Kekeruhan disebabkan oleh adanya bahan organik dan anorganik yang tersuspensi dan terlarut (misalnya lumpur dan pasir halus), maupun bahan organik dan anorganik yang berupa plankton dan mikroorganisme lain. Kekeruhan dapat diukur dengan alat yang sangat sederhana yang disebut cakram secchi. Kekeruhan di suatu sungai tidak sama sepanjang tahun. Air akan sangat keruh pada musim penghujan karena aliran air maksimum dan adanya erosi dari daratan (Wijaya, 2009). 3). Salinitas Salinitas adalah jumlah gram garam terlarut dalam satu kilogram air laut dan dinyatakan dalam satuan perseribu. Selanjutnya dinyatakan bahwa dalam air laut terlarut bermacam-macam garam terutama natrium klorida. Selain itu terdapat pula garam-garam magnesium, kalsium, kalium dan sebagainya. Sebaran salinitas di laut di pengaruhi oleh beberapa faktor antara lain pola sirkulasi, penguapan, curah hujan dan aliran sungai (Nybakken, 1992). 4). Kecepatan arus Kecepatan arus dipengaruhi oleh perbedaan gradien atau ketinggian antara hulu dengan hilir sungai. Apabila perbedaan ketinggiannya cukup besar, maka arus air akan semakin deras. Berdasarkan kecepatan arusnya, sungai diklasifikasikan ke dalam lima kategori yaitu arus yang sangat cepat (> 100 cm/detik), cepat (50-100 cm/detik), sedang (25-50 cm/detik), lambat (10-25 cm/detik), dan sangat lambat
18 (< 10 cm/detik). Kecepatan arus akan mempengaruhi jenis dan sifat organisme yang hidup di perairan tersebut (Wijaya, 2009). c.) Parameter Kimia 1). Derajat Keasaman (ph) Nilai ph merupakan hasil pengukuran aktivitas ion hidrogen dalam perairan dan menunjukkan keseimbangan antara asam dan basa air. Nilai ph ini dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain aktivitas biologis misalnya fotosintesis dan respirasi organisme, suhu dan keberadaan ion-ion dalam perairan tersebut. Perubahan nilai ph air laut (asam atau basa) akan sangat mempengaruhi pertumbuhan dan aktivitas biologis. Keberadaan unsur hara di laut secara tidak langsung dapat dipengaruhi oleh perubahan nilai ph. Jika nilai ph di laut bersifat asam berarti kandungan oksigen terlarut rendah. Hal ini akan mempengaruhi kegiatan mikroorganisme dalam proses dekomposisi bahan organik. Salah satunya terjadi proses denitrifikasi yaitu proses mikrobiologi dimana ion nitrat dan nitrit diubah menjadi molekul nitrogen (N 2 ). ph di perairan laut umumnya berkisar antara 8.1-8.3 pada lapisan permukaan. Pada perairan yang lebih dalam dimana kandungan oksigen lebih rendah, nilai ph umumnya 7.5. 2). Dissolved Oxygen (DO) DO menunjukkan banyaknya oksigen terlarut yang terdapat di dalam air yang dinyatakan dalam ppm. Oksigen di perairan berasal dari proses fotosintesis dari fitoplankton atau jenis timbuhan air, dan melalui proses difusi dari udara. Kadar oksigen terlarut juga berfluktuasi secara harian (diurnal) dan musiman tergantung pada pencampuran (mixing) dan pergerakan (turbulence) masa air, aktifitas fotosintesis, respirasi dan limbah (effluent) yang masuk kedalam badan
19 air. Penurunan DO di air dapat terjadi karena suhu yang tinggi, proses respirasi, masukan bahan organik, proses dekomposisi serta tingginya salinitas. Penurunan oksigen terlarut dalam air dapat disebabkan karena suhu yang tinggi, proses respirasi, masukan bahan organik, proses dekomposisi serta tingginya salinitas. Kelarutan oksigen dan gasgas lainnya juga berkurang dengan meningkatnya salinitas sehingga kadar oksigen di laut cenderung lebih rendah daripada kadar oksigen di perairan tawar (Effendi, 2003). 3). Fosfat Fosfat merupakan salah satu zat hara yang diperlukan dan mempunyai pengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan hidup organisme di laut Secara umum kandungan fosfat meningkat terhadap kedalaman. Kandungan fosfat yang rendah dijumpai di permukaan dan kandungan fosfat yang lebih tinggi dijumpai pada perairan yang lebih dalam (Nybakken, 1992). 4). Biological Oxygen Demand (BOD 5 ). BOD menunjukkan banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh decomposer (bakteri) untuk menguraikan bahan-bahan organik menjadi bahan-bahan anorganik (dekomposisi aerobik) selama periode waktu tertentu, sehingga BOD menunjukkan tingkat kebutuhan oksigen untuk proses dekomposisi secara biologis (Effendi, 2003). Batas konsentrasi fosfat terlarut yang diijinkan adalah 1,0 mg/liter. Delapan puluh lima persen atau lebih dari jumlah tersebut berasal dari pembuangan limbah domestik. fosfat terdapat dalam air alam atau air limbah sebagai senyawa ortofosfat, polifosfat dan fosfat organis. Setiap senyawa fosfat tersebut terdapat dalam bentuk terlarut, tersuspensi atau terikat di dalam sel
20 organisme dalam air. Di daerah pertanian ortofosfat berasal dari bahan pupuk yang masuk ke dalam sungai melalui drainase dan aliran air hujan. Polifosfat dapat memasuki sungai melaui air buangan penduduk dan industri yang menggunakan bahan detergen yang mengandung fosfat, seperti industri pencucian, industri logam dan sebagainya. Fosfat organis terdapat dalam air buangan penduduk (tinja) dan sisa makanan. Fosfat organis dapat pula terjadi dari ortofosfat yang terlarut melalui proses biologis karena baik bakteri maupun tanaman menyerap fosfat untuk pertumbuhannya (Winata dkk, 2000). 5). Nitrit. Sebagian besar nitrogen yang ditemukan dalam air permukaan adalah hasil dari drainase tanah dan air limbah domestik. Air limbah domestik yang merupakan sumber utama nitrogen berasal dari air limbah feses, urin dan sisa makanan. Besarnya kontribusi per kapita berkisar antara 8 12 lb nitrogen/tahun. Nitrogen ini ditemukan dalam bentuk organik (40%) dan amonia (NH 4+ ) sebesar 60%. Nitrogen dalam air dapat berada dalam berbagai bentuk yaitu nitrit, nitrat, amonia atau N yang terikat oleh bahan organik atau anorganik. Amonia masuk ke dalam perairan melalui pembusukan organisme yang sudah mati dan limbah serta pengikatan nitrogen atmosferik oleh bakteri. Selanjutnya amonia secara cepat dioksidasi dengan memanfaatkan ketersediaan oksigen terlarut dalam air menjadi nitrit dan nitrat (Sasongko, 2006). Kristianto (2002) menyatakan bahwa tumbuhan dan hewan yang telah mati akan diuraikan proteinnya oleh organisme pembusuk menjadi amoniak dan senyawa amonium. Nitrogen dalam kotoran dan air seni akan berakhir menjadi amonia juga. Jika amonia diubah menjadi nitrat maka akan terdapat nitrit dalam
21 air. Hal ini terjadi jika air tidak mengalir, khususnya di bagian dasar. Nitrit amat beracun di dalam air, tetapi tidak bertahan lama. Kandungan nitrogen di dalam air sebaiknya di bawah 0,3 ppm. Kandungan nitrogen di atas jumlah tersebut mengakibatkan ganggang tumbuh dengan subur. Jika kandungan nitrat di dalam air mencapai 45 ppm maka berbahaya untuk diminum. Nitrat tersebut akan berubah menjadi nitrit di perut. Keracunan nitrit akan mengakibatkan wajah membiru dan kematian.