Bioremediasi Limbah Cair Tercemar Kromium (Cr) Menggunakan Mixed Culture Bakteri Bacillus subtilis dan Bacillus megaterium. Anindita Meitamasari *) dan Ipung Fitri Purwanti Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia ditatutetoo@gmail.com Abstrak Lingkungan perairan sebagai pembuangan limbah industri langsung banyak mengandung logam berat salah satunya adalah kromium. Logam berat kromium pada air akan semakin meningkat karena akumulasi air limbah yang dibuang kedalam sungai. Penelitian ini bertujuan untuk meremoval logam berat kromium dengan menggunakan mixed culture bakteri Bacillus subtilis dan Bacillus megaterium. Upaya bioremediasi ini akan menggunakan perlakuan media dengan penambahan salinitas dengan kadar NaCl sebesar 8,5 gram/l dengan perbandingan bakteri Bacillus subtilis dan Bacillus megaterium masing-masing yaitu 25 : 75, 50 : 50 dan 75 : 25. Tiap perbandingan akan dianalisa kemampuan dalam meremoval logam berat dengan konsentrasi kromium 50, 75 dan 100. Analisa menggunakan metoda AAS dan di analisa juga optical density dengan panjang gelombang 600 nm. Hasil penelitian ini menunjukan nilai removal tertimggi kromium konsentrasi 50 adalah pada perbandingan 50:50 yaitu 15,73%. Pada konsentrasi kromium 75 removal tertinggi dicapai pada camuran bakteri dengan perbandingan 75:25 yaitu 9,53%. Sedangkan pada konsentrasi kromium 100 removal tertinggi dicapai pada campuraan bakteri dengan perbandingan 50:50 yaitu 29,54%. Katakunci: Bioremediasi, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Kromium, Mixed Culture. 1. Pendahuluan Faktor pencemar paling penting pada sungai yang dapat mempengaruhi kesehatan adalah logam berat seperti merkuri (Hg), Cadmium (Cd), Kromium (Cr) dan Plumbum (Pb). Logam berat tersebut dapat mengubah rantai makanan, tingkah laku, genetik serta struktur komunitas perairan (Rachmansyah. 1998). Keberadaan logam berat di perairan adalah hal yang alamiah tetapi keberadaan logam berat ini akan meningkat dan terakumulasi karena adanya limbah yang dihasilkan industriindustri serta limbah dari aktivitas lainnya (Lin, dkk. 2008) Logam berat dapat diakumulasi dalam jumlah besar dengan menggunakan berbagai jenis mikroorganisme berupa bakteri. Bakteri mempunyai kemampuan biosorpsi melalui metabolisme bakteri yang dapat mereduksi logam berat karena bakteri mampu memanfaatkan ion logam berat tersebut (Bourquin, 1990). Upaya memperbaiki keadaan lingkungan perairan yang tercemar logam berat kromium adalah dengan bioremediasi menggunakan bakteri Bacillus subtilis dan Bacillus megaterium. Bakteri Bacillus megaterium dapat mereduksi logam berat Cr dan resisten terhadap logam Cr, Se dan As. (Cheung K.H dan Ji Dong Gu, 2005). Bakteri Bacillus dapat menurunkan logam berat kromium sampai 31,89 ppm pada media Nutrient Broth dan pada media molase hingga 26,89 ppm (Budihartono, dkk. 2009) Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kemampuan mixed culture bakteri Bacillus subtilis dan Bacillus megaterium dalam meremoval kromium dalam berbagai konsentrasi yang berbeda. 2. Metode 2.1. Tahap Laju Pertumbuhan Tahap pertama pada penelitian ini adalah dilakukan laju pertumbuhan pada masing-masing mixed culture bakteri menggunakan media tumbuh nutrient broth (NB) (Merck, Germany). Hasil dari tahap laju pertumbuhan tersebut adalah berupa kurva yang menunjukan fase-fase pertumbuhan bakteri seperti fase lag, fase pertumbuhan, fase stasioner dan fase kematian. Contoh pertumbuhan fase pertumbuhan bakteri dapat dilihat pada Gambar 1: Keterangan Gambar 1. Kurva Pertumbuhan Bakteri : a) Fase Lag b) Fase Pertumbuhan c) Fase Stasioner
d) Fase Penurunan Populasi / Kematian (Brock dan Madigan,1991) Pertama yang dilakukan pada tahap ini adalah membuat nutrient agar (NA) (Merck, Germany) dengan cara mengambil 20 gram lalu dilarutkan kedalam 1 liter aquadest. Nutrient agar dimasukkan kedalam cawan petri sebayak 15 ml digunakan sebagai inokulasi bakteri selama 24 jam. Bakteri yang telah di inokulasikan selama 24 jam dipindahkan ke dalam nutrient broth yang diambil 8 gram dan dilarutkan ke dalam 1 liter aquadest, 1 erlenmeyer 250 ml akan berisi 150 ml nutrient broth. Fungsi dari nutrient broth tersebut sebagai nutrisi dan media tumbuh untuk bakteri. Untuk 150 ml nutrient broth dimasukkan 2 hingga 3 oose bakteri. Media nutrient broth yang telah berisi bakteri tersebut di shaker (Innova 2000, USA) dengan kecepatan 150 rpm selama 18 jam. Hasil dari shaker tersebut di centrifuge (Jouan 44600, Prancis) dengan kecepatan 4000 rpm selama 15 menit untuk mendapatkan endapan bakteri yang dibutuhkan. Buang media nutrient broth lalu ambil endapan dan homogenkan menggunakan larutan salin sebanyak 10 ml. Periksa nilai OD menggunakan spektrofotometer (Thermo Fisher Scientific, USA) hingga nilai absorban mencapai ± 0,5 A. Masukkan masing-masing bakteri yang sudah di campur larutan salin dan mempunyai absorban ± 0,5 A tersebut sesuai perbandingan yang telah ditentukan ke dalam media nutrient broth hingga 100 ml pada erlenmeyer 250 ml. Erlenmeyer tersebut dikocok menggunakan shaker selama 24 jam dan 2 jam sekali dianalisa OD (Optical Density) menggunakan spektrofotometer (Thermo Fisher Scientific, USA) dengan panjang gelombang 600 nm. 2.2. Tahap Bioremediasi Tahap ini dilakukan untuk mengetahui prosentase removal logam berat kromium oleh bakteri. Jangka waktu uji bioremediasi tergantung dari hasil laju pertumbuhan bakteri, karena uji bioremediasi akan diambil dari waktu tengah dari fase pertumbuhan. Pertama kali yang dilakukan adalah memisahkan bakteri dari pertengahan waktu laju pertumbuhan dengan cara mencentrifuge dengan kecepatan 4000 rpm lalu diambil endapannya. Endapan tersebut diencerkan dengan larutan salin kemudian homogenkan endapan dan larutan salin tersebut. Periksa OD larutan tersebut hingga absorban mencapai ± 0,5 A. Kemudian ambil masing-masing larutsan bakteri sesuai dengan perbandingan mixed culture bakteri lalu dimasukkan kedalam erlenmeyer yang telah ada larutan kromium dengan perlakuan salin. Penelitian ini akan di analisa kromium, optical density, ph dan suhu pada awal, tengah dan akhir penelitian. Analisa berat kering akan dilakukan pada awal dan akhir penelitian. 3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Tahap Laju Pertumbuhan Laju pertumbuhan dilakukan selama 24 jam dan dianalisa nilai optical density menggunakan spektrofotometer dengan panjang gelombang 600 nm setiap 2 jam sekali. Nilai optical density tersebut menunjukan tingkat kepadatan bakteri sehingga didapatkan kurva pertumbuhan seperti Gambar 2. Gambar 2. Kurva Laju Pertumbuhan Bakteri Berdasarkan Gambar 2 dapat dilihat bahwa tren pertumbuhan dari ketiga perbandingan bakteri adalah sama. Pada jam ke 2 hingga 4 adalah fase lag, pada jam ke 0 hingga 12 adalah fase pertumbuhan, pada jam ke 12 hingga 14 adalah fase stasioner dan pada jam ke 14 hingga 24 adalah fase penurunan populasi atau kematian. Fase pertumbuhan pada laju pertumbuhan bakteri adalah selama 12 jam maka pada uji bioremediasi akan dilakukan pertumbuhan bakteri selama 6 jam kemudian bakteri tersebut akan diambil dengan cara di centrifuge dan di pindahkan ke dalam media yang mengandung kromium berbagai konsentrasi dengan perlakuan salinitas 8,5 gram/l. 3.2 Tahap Bioremediasi Pada tahap bioremediasi media kromium dengan perlakuan salinitas yang telah dicampur oleh masing-masing bakteri dengan perbandingan 25:75, 50:50 dan 75:25 akan di shaker selama 6 jam dan dianalisa konsentrasi kromium, optical density, ph dan suhu pada jam ke-0, jam ke-3 dan jam ke-6 serta dianalisa berat kering bakteri pada jam ke-0 dan jam ke-6. Hasil analisa menggunakan metode AAS yang dilakukan pada laboratorium lingkungan LPPM ITS Surabaya nilai konsentrasi kromium awal untuk konsentrasi perlakuan 50 adalah 124,31, konsentrasi kromium awal untuk konentrasi perlakuan 75 adalah 205,09 dan konsentrasi kromium awal untuk konsentrasi perlakuan 100 adalah 304,68. Efisiensi penurunan konsentrasi kromium dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Prosentase Efisiensi Removal Kromium setelah 6 Jam Pemaparan Konsentrasi Mixed Culture 50 75 100 25:75 4,30 8,01 20,40 50:50 15,73 4,32 29,54 75:25 2,53 9,53 21,91 Pada mixed culture bakteri dengan perbandingan 50 :50 dan konsentrasi kromium 100 dapat mencapai nilai removal tertinggi yaitu 29,54 %. Hal ini menunjukan bahwa kedua bakteri mempunyai kemampuan removal kromium yang sama besar. Nilai penurunan konsentrasi kromium pada sampel jam ke-0, jam ke-3 dan jam ke-6 dapat dilihat pada Gambar 3 untuk perlakuan konsentrasi 50, Gambar 4 untuk perlakuan konsentrasi 75 dan Gambar 5 untuk perlakuan konsentrasi 100. Analisa Optical density (OD) menunjukan kepadatan bakteri yang ada didalam larutan kromium. AnalisaOD dilakukan pada jam ke-0, jam ke-3 dan jam ke-6 menggunakan spektrofotometer dengan panjang gelombang 600 nm. Nilai optical density dapat dilihat pada Gambar 6 untuk konsentrasi kromium 50, Gambar 7 untuk konsentrasi kromium 75 dan Gambar 8 untuk konsentrasi kromium 100. Gambar 6. Nilai OD Pada Konsentrasi Kromium 50 Gambar 3. Penurunan Konsentrasi Kromium 50 Setelah 6 Jam Pemaparan Gambar 7. Nilai OD Pada Konsentrasi Kromium 75 Gambar 4. Penurunan Konsentrasi Kromium 75 Setelah 6 Jam Pemaparan Gambar 8. Nilai OD Pada Konsentrasi Kromium 100 Gambar 5. Penurunan Konsentrasi Kromium 100 Setelah 6 Jam Pemaparan Pada hasil analisa menunjukan bahwa nilai OD semakin menurun. Hal ini terjadi karena kepadatan bakteri semakin lama semakin berkurang atau mati akibat tidak adanya nutrisi, tidak mampu bersaing, tidak mampu meremoval kromium atau telah memasuki fase kematian. Hasil analisa ph dan suhu yang dilakukan pada jam ke-0, jam ke-3 dan jam ke-6 menunjukan bahwa nilai ph pada saat tahap bioremediasi adalah antara 3,3 4. ph tersebut normal karena larutan bersifat salin dan kromium mengandung klorida yang bersifat asam. Bakteri
tetap dapat hidup dalam keadaan asam, bahkan bakteri dapat tumbuh optimum pada keadaan ini. Sedangkan suhu pada tahap bioremediasi menunjukan suhu yang konstan yaitu antara 29 o C hingga 30,5 o C. Suhu ini menunjukan suhu ruang yang efektif dan optimum bagi pertumbuhan bakteri karena bakteri dapat tumbuh pada kondisi suhu 25 o C hingga 45 o C. Maka suhu tersebut tersebut normal dan menunjukan bahwa larutan tersebut tidak terkontaminasi. Koloni bakteri dilakukan untuk mengetahui jumlah bakteri dalam satuan volume. Analisa ini dilakukan dengan menggunakan metode pengenceran untuk mempermudah dalam perhitungan jumlah koloni bakteri. Semakin besar nilai pengenceran maka semakin memudahkan dalam perhitungan karena jarak koloni tersebut tidak terlalu rapat. Jumlah koloni bakteri dapat dilihat pada Gambar 9 untuk konsentrasi 50, Gambar 10 untuk konsentrasi 75 dan Gambar 11 untuk konsentrasi 100. Jumlah koloni bakteri menunjukan kemampuan bakteri untuk tumbuh pada media yang mengandung kromium dan perlakuan salin. Jumlah koloni akhir yang lebih tinggi menunjukan bahwa perbandingan bakteri tersebut dapat berkembang di konsentrasi tersebut. Jumlah koloni akhir yang lebih tinggi dapat dilihat pada konsentrasi kromium 50 dengan perbandingan 25:75 dan konsentrasi kromium 100 dengan perbandingan 50:50. Berat bakteri menunjukan jumlah bakteri yang terkandung dalam larutan dengan cara menimbang massa bakteri. Berat kering bakteri dilakukan dengan cara menyaring larutan menggunakan kertas saring dengan bantuan vacuum pump. Lalu masukkan kertas saring ke dalam oven dengan suhu 105 o C selama 1 jam. Hal ini dilakukan untuk mengurangi kadar air dan mendapatkan berat kering bakteri. Berat kering bakteri dapat dilihat pada Gambar 12 untuk konsentrasi 50, Gambar 13 untuk konsentrasi 75 dan Gambar 14 untuk konsentrasi 100. Gambar 9. Jumlah Koloni Bakteri Pada Konsentrasi 50 Gambar 12. Berat Kering Bakteri Pada Konsentrasi 50 Gambar 10. Jumlah Koloni Bakteri Pada Konsentrasi 75 Gambar 13. Berat Kering Bakteri Pada Konsentrasi 75 Gambar 11. Jumlah Koloni Bakteri Pada Konsentrasi 100 Gambar 14. Berat Kering Bakteri Pada Konsentrasi 100 Nilai berat kering akhir yang lebih tinggi dari nilai berat kering awal menunjukan bahwa bakteri tersebut mampu menyerap atau
meremoval kromium lebih besar sehingga berat kering yang ditimbang adalah berat kromium yang teremoval. Berat akhir yang lebih tinggi terlihat pada konsentrasi 50 dengan perbandingan 25:75, konsentrasi kromium 50 dan 75 pada perbandingan 75:25. 5. Kesimpulan Kesimpulan hasil penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Nilai removal kromium tertinggi pada konsentrasi kromium 50 adalah pada perbandingan bakteri 50:50 yaitu 15,73%. 2. Nilai removal kromium tertinggi pada konsentrasi kromium 75 adalah pada perbandingan bakteri 75:25 yaitu 9,53%. 3. Nilai removal kromium tertinggi pada konsentrasi kromium 100 adalah pada perbandingan bakteri 50:50 yaitu 29,54%. 6. Pustaka Bourquin, A.W. 1990. Bioremediation of Hazardous Waste Biofutur. Brock, T.D dan Madigan, M.T. 1991. Biology of Microorganisms. Sixth Edition. Budihartono, dkk. 2009. Pengaruh jenis Nutrient dan metode Bioremediasi Kromium Cr(VI) dalam Tanah Menggunakan Bacillus subtilis dan Pseudomonas putida. Surabaya. Cheung, K.H dan Ji Dong Gu. 2005. Chromate Reduction by bacillus megaterium TKW 3 Isolated From Marine Sediments. World Journal of Microbiology and Biotechnology. Lin, C., He, M., Zhou, Y., Guo, W., Yang, Z., 2008, Distribution and contamination assessment of heavy metals in sediment of the Second Songhua River, China. Environ Monit Assess (Springer), Vol. 137, pp. 329 342. Racmansyah, P.R. 1998. Uji Toksisitas Logam Berat Terhadap Benur Udang Windu Dan Nener Bandeng. Jurnal Perikanan Indonesia.