ELIMINASI DIAZINON PADA LIMBAH CAIR SINTETIK MENGGUNAKAN BIOFILTER KOMPOS JAMUR TIRAM (SPENT MUSHROOM COMPOST) DWI WIDANINGSIH SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
ABSTRACT DWI WIDANINGSIH. Elimination of Diazinon in Synthetic Liquid Waste by Spent Mushroom Compost Biofilter. Under direction of ERLIZA NOOR, LATIFAH K. DARUSMAN and ETTY RIANI. Diazinon is a xenobiotic and recalcitrant compound that must be controlled seriously to protect humans and the environment from negative impacts. One method for removing diazinon from the environment is bioremediation with the use of a biofilter. The biofilter used in this study was spent mushroom compost (SMC). The research objectives were to analyze the effect of compost as a biofilter and the initial concentration of diazinon solution on a decreased of diazinon concentration, to analyze the optimum amount of compost and the initial concentration of diazinon solution that have produce a maximum decrease of diazinon concentration, and to identify the survival of bacteria in the high concentration of diazinon contaminated compost. The optimization method used was the response surface method (RSM). Different concentrations of diazinon solution were used, namely 500 ppm, 1000 ppm and 1500 ppm, added into the biofilter SMC, and then incubated for 9 days for the batch system and 4 days for the semi-continuous system. The compost used in the study ranged from 300-500 g. A decreased diazinon in the Batch systems was analyzed daily and in the semi-continuous system for hour/day. The results of the study indicated that in the optimum condition of the batch system with the amount of SMC compost of 499 g and the diazinon concentration of 685.68 ppm, a maximum decrease of 100% was reached for diazinon concentration at the 192 th hour and in the semi-continuous system with the SMC compost of 493 g and the diazinon concentration of 562.72 ppm, the maximum decrease of 100% was obtained for the diazion concentration at the 75 th hour. Bacteria that could survive in the SMC compost with a high concentration of diazinon (1707 ppm) were Pseudomonas stutzeri, Bacillus cereus, Bacillus brevis, Bacillus azotoformans and Micrococcus agalis sp. Further, the biofilter system with SMC is a good alternative for pesticide biodegradation. Keywords: elimination, diazinon, biofilter, spent mushroom compost, degrading bacteria
RINGKASAN DWI WIDANINGSIH. Eliminasi Diazinon pada Limbah Cair Sintetik Menggunakan Biofilter Kompos Jamur Tiram (Spent Mushroom Compost). Dibimbing oleh ERLIZA NOOR, LATIFAH K. DARUSMAN dan ETTY RIANI. Pestisida merupakan senyawa xenobiotik dan sulit terdegradasi pada kondisi lingkungan atau bersifat rekalsitran. Upaya untuk mereduksi senyawa tersebut sudah banyak dilakukan diantaranya menggunakan metode yang beragam mulai dari metode fisik, kimia dan biologi seperti: pencucian, pengolahan tanah, aerasi, insinerasi, pemadatan dan penyimpanan, oksidasi ultraviolet, dan bioremediasi. Salah satu metode yang dapat dilakukan yaitu dengan teknik bioremediasi menggunakan spent mushroom compost (SMC). Penelitian dilaksanakan dengan membandingkan kinerja sistem batch dan sistem semi kontinyu. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh faktor jumlah kompos sebagai biofilter dan konsentrasi larutan diazinon awal terhadap penurunan konsentrasi diazinon, menganalisis kondisi optimum jumlah kompos dan konsentrasi larutan diazinon awal yang menghasilkan penurunan konsentrasi maksimum dan mengidentifikasi bakteri yang mampu bertahan pada kompos yang tercemar diazinon konsentrasi tinggi. Biofilter sistem batch skala laboratorium, volume 2 liter larutan diazinon dengan konsentrasi 500 ppm, 1000 ppm dan 1500 ppm (sesuai perlakuan), dimasukkan ke dalam tabung biofilter silika diameter 7 cm yang sebelumnya telah diberi filter kompos media jamur tiram dengan berat 300 g, 450 g dan 600 g (sesuai perlakuan) dan diinkubasi selama 9 hari (sistem batch) dan 4 hari (sistem semi kontinyu). Penurunan konsentrasi diazinon diukur setiap hari dengan cara menganalisis sampel dengan menggunakan spektrofotometer. Penurunan konsentrasi diazinon pada sistem biofilter semi kontinyu dilakukan setiap hari setiap jam (selama 5 jam/hari). Optimasi menggunakan metode respon permukaan (RSM). Parameter yang dianalisis di awal penelitian yaitu unsur-unsur kompos jamur tiram (SMC), populasi dan jenis mikroorgnisme. Selama penelitian parameter yang diamati setiap hari meliputi konsentrasi diazinon, dan aktifitas mikroorganisme (metode flourescein diacetate assay /FDA) untuk sistem batch. Parameter yang diamati di akhir penelitian mencakup kadar diazinon, TPC, C/N, KTK, unsur hara, kadar air, kadar abu, ph, dan aktivitas mikroorganisme. Hasil analisis SMC sebelum dan sesudah penelitian berlangsung, terjadi perubahan unsur-unsur hara yang ada pada SMC, hasil ini disebabkan pemanfaatan unsur hara SMC baik unsur hara makro maupun pada unsur hara mikro oleh mikroorganisme. Ratio C/N dari 39% meningkat menjadi 49%. Hal ini menunjukkan adanya konsumsi oleh mikroorganisme. Kandungan karbon organik dari 44% menjadi 42% juga kandungan nitrogen organik 1.12% menjadi 0.86%. Populasi mikroorganisme pada biofilter sistem semi kontinyu dibandingkan populasi mikroorganisme pada biofilter sistem batch lebih tinggi. Keberadaan senyawa metabolit dianalisis dengan menggunakan KLT (khromatografi lapis tipis), senyawa metabolit dari degradasi diazinon tidak terdeteksi. Hal ini disebabkan penelitian dilakukan tanpa cahaya atau senyawa di bawah limit KLT.
Hasil identifikasi bakteri dari SMC sebelum penelitian dan hasil identifikasi bakteri dari SMC yang telah tercemar diazinon dan telah mengalami dekomposisi selama 10 hari, terdapat perbedaan yaitu Bacillus mycoides dan Chromobacterium sp tidak dijumpai di akhir penelitian. Hal ini bisa diartikan kedua bakteri tersebut tidak dapat bertahan hidup di media tercemar diazinon hingga akhir penelitian. Pada akhir penelitian terdapat 2 spesies bakteri yang pada SMC sebelum digunakan penelitian tidak ditemukan yakni Bacillus azotoformans dan Micrococcus agalis. Hal ini mengingat umumnya pertumbuhan mikroorganisme tidak seragam dan kemungkinan kedua spora bakteri tersebut diawal penelitian masih dalam keadaan dormansi, kemudian selama penelitian berlangsung dengan kondisi yang optimum bagi pertumbuhannya, maka merangsang kedua bakteri tersebut tumbuh dan berkembang. Persentase penurunan konsentrasi diazinon larutan dipengaruhi oleh jumlah kompos dan besarnya konsentrasi awal larutan diazinon pada proses biofilter sistem batch dan sistem semi kontinyu. Semakin besar jumlah kompos, sampai berat optimum maka persentase penurunan konsentrasi maksimum semakin meningkat. Dan semakin kecil konsentrasi diazinon awal maka semakin cepat dicapai penurunan konsentrasi diazinon 100%. Hal ini berkaitan dengan jumlah kompos yang besar, terdapat aktifitas dan diversitas mikroorganisme yang tinggi, sehingga kemampuan untuk mendegradasi diazinon juga tinggi. Kondisi optimal untuk sistem batch dan sistem semi kontinyu dicapai 100% pada perlakuan kombinasi filter kompos 499 g dan konsentrasi diazinon 685 ppm, dengan dengan waktu 8 hari (192 jam) serta perlakuan kombinasi filter kompos 493 g dan konsentrasi diazinon 662 ppm dengan waktu 75 jam. Proses degradasi yang efektif dapat dilakukan selama 75 jam dengan menggunakan biofilter kompos seberat 493 g pada konsentrasi 662 ppm dengan menggunakan biofilter sistem semi kontinyu. Kompos jamur tiram (SMC) mampu menghilangkan diazinon 100% pada konsentrasi larutan umpan yang tinggi. Hasil penelitian ini, bakteri dari SMC mampu mendegradasi diazinon konsentrasi tinggi dan lebih cepat dibandingkan penelitian sejenis yang sudah ada. Proses degradasi diazinon dengan menggunakan biofilter sistem semi kontinyu lebih efektif dan waktu yang dibutuhkan lebih cepat 60% dari waktu proses biofilter sistem batch. Bacillus (B. cereus, B. brevis, B. azotoformans) dan Micrococcus agalis spp. terbukti mampu bertahan pada diazinon konsentrasi tinggi. Aplikasi SMC untuk limbah cair pertanian di lapang, perlu dikaji lebih lanjut untuk melihat interaksi diazinon dengan bahan lainnya terhadap kinerja mikroorganisme yang ada dalam SMC. Kata kunci: Eliminasi, diazinon, biofilter, kompos jamur tiram (spent mushroom compost), bakteri pendegradasi...
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL. DAFTAR GAMBAR. DAFTAR LAMPIRAN xiii xiv xvi I II PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 5 1.2 Perumusan Masalah.. 5 1.3 Tujuan Penelitian.. 6 1.4 Kerangka Pemikiran 6 1.5 Hipotesis 6 1.6 Manfaat Penelitian... 7 1.7 Novelty. 7 1.8 Ruang Lingkup Penelitian. 7 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Insektisida Diazinon... 9 2.1.1 Struktur Diazinon 10 2.1.2 Sifat Fisik, Kimia dan Biologi Diazinon. 10 2.1.3 Alur Biokimia pada Reduksi Diazinon di Alam. 11 2.1.4 Keberadaan Diazinon di Lingkungan 14 2.2 Teknik Pengolahan Diazinon dalam Limbah Cair. 15 2.3 Bioremediasi dan Biodegradasi 16 2.3.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi Biodegradasi 18 2.4 Biofilter Kompos. 19 2.5 Kompos dari Limbah Media Jamur Tiram 20 2.5.1 Kandungan Mikroorganisme Kompos Jamur Tiram... 22 2.5.2 Aplikasi Kompos Jamur Tiram untuk Degradasi... 24
III IV METODOLOGI 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian. 26 3.2 Alat dan Bahan... 26 3.2.1 Alat. 26 3.2.2 Bahan. 26 3.3 Tahapan Kerja... 27 3.3.1 Persiapan Bahan Kompos dan Identifikasi Mikroorganisme dari Kompos Jamur Tiram 27 3.3.2 Analisis Kompos Jamur Tiram. 27 3.3.3 Rancangan Reaktor Biofilter. 27 3.3.4 Persiapan Larutan Diazinon 28 3.3.5 Identifikasi Mikroorganisme dan Kompos Jamur Tiram 30 3.3.6 Analisis Populasi Mikroorganisme. 30 3.3.7 Analisis Residu Diazinon dan Turunannya... 32 3.3.8 Analisis Aktifitas Mikroorganisme dengan Flourescein Diacetate Assay (FDA) 33 3.4 Rancangan Percobaan.. 34 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Kompos Jamur Tiram. 37 4.2 Bakteri dalam SMC Jamur Tiram (Spent Mushroom Compost)... 40 4.3 Biodegradasi pada Sistem biofilter... 42 4.4 Penurunan Konsentrasi Diazinon Sistem Batch dan Semi Kontinyu.. 47 4.5 Uji Aktifitas Mikroorganisme. 51 4.6 Analisis Degradasi Diazinon dengan KLT. 52 4.7 Optimasi Persentase Penurunan Konsentrasi Diazinon... 53 4.8 Perkiraan Aplikasi Biofilter SMC di Lapangan. 58 KESIMPULAN DAN SARAN. 63 DAFTAR PUSTAKA. 64 LAMPIRAN.. 74
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Kompos jamur tiram (SMC) sebagai biofilter mampu menghilangkan konsentrasi larutan diazinon 100% pada konsentrasi umpan yang tinggi. 1. Konsentrasi larutan diazinon out let mampu dihilangkan 100% dengan biofilter sistem batch setelah jam ke-192 dan setelah jam ke- 75 dengan sistem semi kontinyu. 2. Sistem biofilter semi kontinyu dapat mendegradasi diazinon dengan waktu lebih cepat 60% dan lebih baik dibandingkan sistem batch. 3. Kondisi optimal untuk degradasi diazinon pada penelitian ini adalah jumlah kompos 499 g dan konsentrasi larutan diazinon umpan 685 ppm untuk sistem batch serta jumlah kompos 493 g dan konsentrasi larutan diazinon umpan 662 ppm untuk sistem semi kontinyu. 4. Bacillus (B. cereus, B. brevis, B. azotoformans) dan Micrococcus agalis spp. terbukti mampu bertahan pada diazinon konsentrasi tinggi. Saran Aplikasi SMC untuk limbah cair pertanian di lapang, perlu dikaji lebih lanjut untuk melihat interaksi diazinon dengan bahan lainnya terhadap kinerja mikroorganisme yang ada dalam SMC.