12
Gambar 2. Hubungan kurva pertumbuhan bakteri dengan total hidrokarbon MECHEA, 1991.
2.4. Biodegradasi Minyak Diesel
Atlas 1981 menyatakan bahwa degradasi hidrokarbon oleh populasi mikroorganisme merupakan mekanisme utama dalam penanganan minyak
mentah. Biodegradasi minyak mentah pada proses alami sangat komplek. Kecepatan menguraikan minyak mentah bergantung kepada komposisi minyak
mentah tersebut dan faktor lingkungan. Komponen minyak diesel yang sebagian besar tersusun atas hidrokarbon
digunakan oleh mikroba sebagai sumber karbon bagi pertumbuhannya. Pertumbuhan mikroorganisme terlihat dengan adanya penambahan populasi
mikroorganisme. Kemampuan degradasi hidrokarbon minyak diesel oleh mikroorganisme tergantung dari kemampuan adaptasi mikroorganisme tersebut
terhadap lingkungannya. Rosenberg dan Ron 1996 mengemukakan bahwa degradasi hidrokarbon minyak diesel terjadi bila mikroorganisme menempel di
permukaan butiran-butiran minyak karena enzim oksigenase yang dibutuhkan untuk memecah rantai karbon yang sifatnya terikat pada membran sel.
Menurut Environmental Technology Centre, Kanada, minyak diesel mengandung hidrokarbon jenuh, aromatik dan resin. Hidrokarbon jenuh memiliki
komponen terbesar 79 sedangkan hidrokarbon aromatik sebesar 19 dan sisanya resin sebesar 2. Minyak diesel juga mengandung sejumlah VOCs seperti
benzene, toluene, etilbenzena, xilena, dan C
3
-benzena. Udiharto 1996 menyatakan bahwa minyak diesel terdiri atas komponen minyak dan bahan aditif.
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
13 Komponen minyak dari bahan ini sebagian besar merupakan hidrokarbon yaitu
normal alkana atau n-parafin, isoalkana atau isoparafin, sikloalkana atau naftalena, olefin dan campuran aromat dan olefin.
Beberapa senyawa polutan hasil pembakaran minyak diesel adalah hidrokarbon, oksida nitrogen, partikulat, benzene, dan karbon monoksida.
Hidrokarbon minyak diesel sebagian besar berupa n-alkana sederhana tidak bercabang, dengan kandungan senyawa poliaromatik kurang dari empat persen.
N-alkana dengan jumlah atom karbon 6-12 bisa melarutkan fosfolipida yang menyusun membran sel mikroorganisme, walaupun demikian beberapa
mikroorganisme tertentu diketahui dapat memetabolisme senyawa-senyawa toksik tersebut Johnson, 2000
Proses penguraian hidrokarbon oleh mikroorganisme dimulai dengan terjadinya perlekatan mikroorganisme pada globula minyak, yang dilanjutkan
dengan proses pelarutan hidrokarbon oleh surfaktan yang diproduksi oleh mikroorganisme tersebut. Hidrokarbon yang telah teremulsi ini selanjutnya
diserap ke dalam sel dan diurai melalui proses katabolisme. Untuk n-alkana, proses katabolisme ini diawali dengan proses hidroksilasi n-alkana yang
menghasilkan alkan-l-o1, yang selanjutnya dioksidasi oleh enzim dehydrogenase dan menghasilkan asam lemak. Jika sistem oksidasi mikroorganisme pengurai
hidrokarbon dapat berjalan secara optimal, maka asam lemak yang terbentuk ini akan diurai sempurna menjadi energi, H
2
O dan CO
2
melalui proses -oksidasi Godfrey, 1986.
Faktor-faktor yang mendukung proses bioremediasi minyak adalah faktor fisik-kimia dan faktor biologi. Faktor fisik-kimia adalah komposisi kimia minyak,
kondisi fisik minyak, konsentrasi minyak, suhu, oksigen, nutrisi, salinitas, tekanan, air aktivitas, dan pH, sedangkan faktor biologi adalah kemampuan
mikroorganisme itu
sendiri. Menurut
Cookson 1995,
bioremediasi membutuhkan faktor-faktor seperti yang terlihat pada Gambar 3.
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
14
Gambar 3. Faktor-faktor yang diperlukan untuk bioremediasi Cookson, 1995 a. Tipe dan jumlah hidrokarbon pencemar
Tingkat degradasi hidrokarbon oleh mikroorganisme berbeda-beda tergantung dengan jenis hidrokarbon. Tingkat biodegradasi hidrokarbon ini semakin
menurun dari urutan senyawa hidrokarbon ini yaitu: n-alkana alkana bercabang hidrokarbon aromatik yang mempunyai MR kecil alkana siklik
Leahy dan Colwell, 1990. Kondisi fisik hidrokarbon juga mempengaruhi biodegradasi. Biodegradasi mikrobial dapat diubah berdasarkan tingkat
penyebaran bahan pencemar dan keheterogenitasan komposisi Leahy dan Colwell, 1990, dan dapat dalam bentuk ikatan hidrokarbon-air yang muncul
dalam bentuk padatan Atlas, 1981. b. Temperatur
Temperatur mempengaruhi kondisi fisik hidrokarbon yang mencemari tanah dan mikroorganisme yang mengkonsumsinya. Pada temperatur yang rendah,
viskositas dari minyak meningkat sehingga penguapan rantai pendek alkana terkurangi dan kelarutan air menurun sehingga menunda terjadinya
biodegradasi. Temperatur yang semakin tinggi dapat meningkatkan tingkat metabolisme hidrokarbon menjadi maksimum yaitu antara 30 – 40
o
C. Di atas temperatur ini, aktivitas enzim akan menurun dan toksisitas hidrokarbon pada
membran sel akan semakin tinggi Leahy dan Colwell, 1990. c. Nutrien
Hidrokarbon merupakan sumber karbon dan energi yang bagus untuk mikroorganisme. Hidrokarbon ini merupakan makanan yang tidak sempurna
karena hidrokarbon tidak berisi konsentrasi nutrien lain yang cukup besar
Mikroorganisme Sumber Penerima
Energi Elektron Kelembaban pH
Nutrisi Suhu
BIOREMEDIASI Tidak adanya
racun Organisme
Kompetitif Metabolit
yang Dihasilkan
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
15 seperti nitrogen dan fosfor untuk pertumbuhan mikroorganisme Prince et
al., 2002. Masuknya sumber karbon yang sangat besar akan menyebabkan berkurang secara cepatnya nutrien anorganik Margesin et al., 1999 yang
akan membatasi tingkat biodegradasi, sehingga biostimulasi dapat digunakan untuk memaksimalkan proses bioremediasi Trinidade et al., 2002.
d. pH Biodegradasi minyak bumi dipengaruhi oleh nilai pH yang terjadi pada
lingkungan tersebut. Mayoritas mikroorganisme tanah akan tumbuh dengan subur pada pH antara 6 sampai 8. Ekstrimnya nilai pH pada beberapa tanah
dapat memperlambat kemampuan mikroorganisme dalam mendegradasi hidrokarbon Leahy dan Colwell, 1990.
e. Oksigen Mikroorganisme pendegradasi minyak bumi umumnya tergolong dalam
mikroorganisme aerob, sehingga adanya oksigen sangat penting dalam proses degradasi. Ketersediaan oksigen pada tanah tergantung pada tingkat konsumsi
oksigen oleh mikroorganisme, jenis tanah dan keberadaan substrat yang dapat digunakan untuk mengurangi oksigen. Keberadaan oksigen merupakan faktor
pembatas laju degradasi hidrokarbon. Kebutuhan akan oksigen digunakan untuk mengkatabolisme senyawa hidrokarbon dengan cara mengoksidasi
substrat dengan katalis enzim oksigenase. Hidrokarbon juga dapat didegradasi secara anaerobik tetapi laju degradasi hidrokarbon tersebut lebih lambat jika
di bandingkan dengan hidrokarbon yang didegradasi secara aerobik Leahy dan Colwell, 1990.
Mikroorganisme dapat memperoleh oksigen dalam bentuk oksigen bebas yang terdapat di udara dan tanah, serta oksigen yang terlarut dalam air. Dalam studi
laboratorium, penambahan oksigen dapat dilakukan dengan pengadukan dan aerasi. Pengadukan menyebabkan pecahnya lapisan minyak pada permukaan
air sehingga berlangsung suplai oksigen dari udara. Dengan demikian kebutuhan mikroorganisme akan oksigen terpenuhi. Di samping itu, aerasi dan
pengadukan menyebabkan terjadinya kontak yang lebih intensif antara mikroorganisme dengan senyawa hidrokarbon pencemar sehingga degradasi
oleh mikroorganisme dapat berlangsung lebih cepat.
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
16 f. Kadar Air
Kadar air merupakan salah satu faktor penting dalam bioremediasi. Kandungan air tanah dapat mempengaruhi keberadaan kontaminan, transfer
gas dan tingkat toksisitas dari kontaminan. Kelembaban sangat penting untuk hidup, tumbuh dan aktivitas metabolik mikroorganisme. Tanpa air,
mikroorganisme tidak dapat hidup dalam limbah minyak. Mikroorganisme akan hidup aktif di daerah antara minyak dengan air. Selama
bioremediasi, jika kandungan air terlalu tinggi akan berakibat sulitnya oksigen untuk masuk ke dalam tanah Fletcher, 1991.
Bersihnya proses
penguraian hidrokarbon
oleh mikroorganisme
menyebabkan proses bioremediasi daerah yang tercemar minyak bumi menjadi sangat menarik sebagai pelengkap dari metoda fisik dan kimia. Penerapan
bioremediasi ini pertama kali dilakukan oleh Environmental Protection Agency EPA Amerika untuk mengatasi pencemaran minyak bumi di daerah Alaska,
Amerika akibat karamnya kapal Exxon Valdez pada bulan Maret 1989. Pada saat itu, proses remediasi tidak menggunakan mikroorganisme pengurai hidrokarbon,
tetapi menggunakan nutrien sumber nitrogen dan fosfor untuk merangsang mikroorganisme pengurai hidrokarbon yang ada secara alami untuk melakukan
proses penguraian lebih cepat walaupun metoda ini menunjukkan hasil yang baik dan mikroorganisme pengurai hidrokarbon secara alami mungkin ada di daerah
yang tercemar, namun proses remediasi sebaiknya tidak hanya bergantung pada mikroorganisme yang tersedia secara alami. Penambahan mikroorganisme
pengurai hidrokarbon dan penambahan nutrien atau bahan kimia lain yang dapat mengoptimalkan kondisi kimia lingkungan akan mempercepat proses remediasi
Shaheen, 1992. Senyawa hidrokarbon minyak bumi berdasarkan kerentanannya agar dapat
didegradasi secara biologis dapat diklasifikasikan seperti dalam Tabel 5.
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
Click to buy NOW PD
w w
w .docu-track.
co m
17 Tabel 5. Klasifikasi senyawa hidrokarbon
Kerentanan Hidrokarbon
Sangat rentan n dan iso-alkana
Kerentanan tinggi 1-,2-,5- dan 6- cincin sikloalkana, 1- cincin aromatik, dan senyawa
aromatik bersulfur Agak rentan
3- dan 4- cincin sikloalkana, 2- dan 3- cincin aromatik Sangat resisten
Tetra aromatik, stearin, triterpen dan senyawa aromatik yang mengandung napten
Resisten tinggi Penta aromatik, aspal dan resin
Sumber: Blackburn dan Hafker 1993
2.5. Slurry Bioreaktor
Kategori