Penelitian Skala Laboratorium HASIL DAN PEMBAHASAN

24

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Penelitian Skala Laboratorium

Penelitian skala laboratorium dilakukan selama 4 hari. Pemilihan waktu 4 hari didasarkan pada penelitian Yusup 2004 yang melakukan penelitian terhadap limbah cair minyak diesel, dimana waktu terbaik dalam proses bioremediasi limbah cair minyak bumi adalah 3 hari, oleh karena itu diduga waktu terbaik dalam proses bioremediasi limbah slurry minyak bumi adalah 4 hari. 4.1.1. Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen Padatan terhadap Degradasi Hidrokarbon TPH atau Total Petroleum Hydrocarbon merupakan salah satu parameter acuan keberhasilan proses bioremediasi limbah minyak diesel dan limbah lain yang juga merupakan turunan dari minyak bumi yang keberadaannya dalam limbah minyak bumi harus sesuai dengan kreteria nilai akhir yang diperkenankan untuk dibuang ke lingkungan sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku. Oleh karena itu TPH menjadi parameter dalam penentuan perlakuan terbaik pada penelitian ini. Matriks satuan-satuan percobaan dalam unit kode dan nilai asli serta nilai degradasi TPH, bakteri, pH, gas CH 4 , CO, dan CO 2 dengan menggunakan Rancangan Respon Permukaan pada percobaan skala laboratorium ditampilkan pada Lampiran 7. Pengujian data pengamatan terhadap respon degradasi TPH hasil percobaan skala laboratorium, memberikan persamaan permukaan respon seperti pada Persamaan 1. Y 1 = 33.746 + 1.096PP + 7.412TC – 0.018PP 2 – 0.424TC 2 + 0.009PPTC ...... 1 Keterangan: Y 1 = Respon terhadap degradasi TPH PP = Persen padatan TC = Tingkat cemaran dalam tanah Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 25 Persamaan model di atas memberikan informasi bahwa peningkatan persen padatan, tingkatan cemaran dalam tanah, dan interaksi keduanya akan memberikan pengaruh positif terhadap degradasi TPH, sedangkan peningkatan persen padatan dan tingkat cemaran dalam tanah secara kuadratik akan memberikan pengaruh negatif terhadap degradasi TPH. Koefisien-koefisen regresi degradasi TPH serta nilai – nilai distribusi t-student dan peluang nyatanya disajikan pada Lampiran 8. Koefisien regresi tingkat cemaran dalam tanah baik secara linier ataupun kuadratik menunjukkan pengaruh yang nyata terhadap degradasi TPH P TC |t| = 0.0223; P TCTC |t| = 0.0081, sedangkan persen padatan baik linier ataupun kuadratik dan interaksi persen padatan dan tingkat cemaran dalam tanah tidak berpengaruh nyata terhadap degradasi TPH. Hasil uji kesahihan model secara statistik objective validity pada Lampiran 8 menunjukkan bahwa model dugaan yang dikembangkan sesuai dan nyata. Hal ini tampak dari nilai P total model sebesar 0.0457 pada taraf signifikan 0.05. Penelusuran lebih lanjut menunjukkan bahwa model kuadratik secara nyata dapat menjelaskan data yang diperoleh P total model = 0.0215. Nilai koefisien determenasi R 2 sebesar 84.1 menunjukkan kesesuaian model, dimana sebesar 15.9 dari total keragaman tidak dapat dijelaskan oleh model. Gambar 9. Permukaan respon degradasi TPH Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 26 Berdasarkan persamaan 1, dengan menggunakan software STATISTICA v5.0, diperoleh bentuk permukaan respon pengaruh interaksi kedua faktor terhadap degradasi TPH seperti pada Gambar 9. yang menunjukkan bahwa degradasi TPH mencapai optimum. Degradasi TPH optimum sebesar 85.29 akan diperoleh dari kombinasi perlakuan persen padatan sebesar 32.62 persen dan tingkat cemaran dalam tanah 9.09 persen. Dalam mengolah slurry limbah minyak diesel dengan menggunakan bioreaktor, ternyata tingkat cemaran dalam tanah sangat mempengaruhi proses degradasi TPH. Peningkatan cemaran menjadi dua kali lipatnya akan menyebabkan senyawa yang bersifat toksik bagi mikroorganisme juga meningkat. Sel mikroorganisme diduga tidak akan kuat menahan sifat toksik dari sebagian komponen hidrokarbon minyak diesel, seperti hidrokarbon rantai pendek Ctiroreksoko, 1996 dan BTEX benzen, toluen, etilbenzen, xylen Rosenberg dan Ron, 1996. Tingkat cemaran minyak diesel yang tinggi pada slurry dapat menghambat proses degradasi hidrokarbon, karena minyak akan membentuk lapisan film di permukaan air yang akan menghambat difusi oksigen ke dalam air. Rendahnya kandungan oksigen di dalam air membuat proses insersi molekul oksigen ke dalam struktur rantai karbon terhambat sehingga reaksi degradasi secara keseluruhan pun akan terhambat Leahy dan Colwell, 1990. Rosenberg dan Ron 1996 mengemukakan bahwa biodegradasi hidrokarbon minyak diesel terjadi bila mikroorganisme menempel di permukaan butiran-butiran minyak karena enzim oksigenase dibutuhkan untuk memecah rantai karbon sifatnya terikat pada membran sel. Degradasi hidrokarbon pada persen padatan kurang dari 10 dan lebih dari 40 mengalami penurunan, hal ini disebabkan karena pada persen padatan kurang dari 10 fase perlakuan tidak dapat dikatakan sebagai fase slurry namun berupa fase cair sedangkan persen padatan lebih dari 40 persen sifatnya cenderung kental sehingga sulit untuk dilakukan agitasi menggunakan shaker sehingga kandungan oksigen pada keadaan ini sangat rendah. Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 27 4.1.2. Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen Padatan terhadap Pertumbuhan Populasi Bakteri Dalam penelitian ini bakteri yang digunakan selain berasal dari tanah, juga ditambahkan konsorsium bakteri PPEA Pseudomonas pseudomallei dan Enterobacter agglomerans yang telah diisolasi dari penelitian sebelumnya Zaki, 2005 dan konsorsium bakteri yang berasal dari kotoran hewan kuda, sapi dan kambing. Koefisien-koefisien regresi Log TPC bakteri serta nilai – nilai distribusi t-student dan peluang nyatanya disajikan pada Lampiran 9. Pengujian data pengamatan terhadap respon pertumbuhan konsorsium bakteri, memberikan persamaan permukaan respon seperti pada Persamaan 2. Y 2 = 4.974 + 0.073PP + 0.300TC – 0.002PP 2 – 0.019TC 2 + 0.002PPTC…......2 Keterangan: Y 2 = Respon terhadap pertumbuhan konsorsium bakteri log TPC bakteri PP = Persen Padatan TC = Tingkat Cemaran dalam Tanah Persamaan di atas memberikan informasi bahwa peningkatan persen padatan dan tingkat cemaran dalam tanah serta interkasi keduanya akan memberikan pengaruhi positif terhadap perubahan log TPC bakteri, sedangkan peningkatan persen padatan dan tingkat cemaran dalam tanah secara kuadratik akan memberikan pengaruh negatif terhadap perubahan log TPC bakteri. Gambar 10. Permukaan respon Log TPC bakteri Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 28 Berdasarkan Persamaan 2, dengan menggunakan software STATISTICA v5.0, diperoleh bentuk permukaan respon dari Log TPC bakteri seperti pada Gambar 10. yang menunjukkan bahwa permukaan respon Log TPC bakteri mencapai optimum. Total mikroorganisme yang aktif akan menentukan kemampuan mikroorganisme untuk mendegradasi polutan.Jumlah sel yang memungkinkannya untuk dapat mendegradasi senyawa hidrokarbon yaitu 1 x 10 6 cfug sampai 1 x 10 8 cfug Trinidade et al., 2002. Starter yang digunakan pada penelitian skala laboratorium diambil pada hari ke 14 dengan jumlah bakteri 6.4 x 10 6 . Sedangkan pertumbuhan bakteri selama penelitian tahap laboratorium berada antara 4.5 x 10 5 sampai 2.3 x 10 7 untuk ke-11 perlakuan dalam waktu empat hari penelitian. Pada saat pertumbuhan bakteri optimal, degradasi TPH pun berlangsung optimal Gambar 10, hal ini menunjukkan bahwa bakteri mampu mendegradasi hidrokarbon pada slurry limbah minyak bumi dengan baik. Pertumbuhan ini menunjukkan bahwa konsorsium bakteri yang digunakan mampu memanfaatkan sumber karbon yang berasal dari minyak diesel. Walaupun dalam minyak diesel banyak senyawa yang bersifat toksik seperti hidrokarbon rantai pendek Ctiroreksoko, 1996 dan BTEX benzena, toluena, etilbenzena, xilena Rosenberg dan Ron, 1996, konsorsium bakteri yang digunakan terbukti mampu memanfaatkan minyak diesel sebagai sumber karbon untuk pertumbuhannya. Pada degradasi minyak diesel dimana 90 komponennya tersusun atas hidrokarbon, maka enzim yang berperan adalah enzim-enzim oksigenase. Ada dua macam enzim oksigenase yaitu enzim monooksigenase dan dioksigenase. Monooksigenase sangat berperan dalam degradasi hidrokarbon alifatik, sedangkan dioksigenase pada hidrokarbon alisiklik. Kedua enzim ini berfungsi pada tahap awal degradasi, yaitu pada saat insersi molekul oksigen ke dalam struktur hidrokarbon. Pada n-alkana, insersi tersebut bisa terjadi pada gugus metil terminal maupun pada gugus metil subterminal. N-alkana dioksigenasi menjadi alkohol kemudian menjadi asam karboksilat. Apabila suatu senyawa organik telah terdegradasi sampai ke bentuk asamnya, reaksi selanjutnya berlangsung melalui Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 29 pemisahan dua unit karbon secara berkesinambungan. Reaksi tersebut merupakan reaksi umum pada metabolisme sel hidup dan dikenal dengan sekuen beta oksidasi Cookson, 1995. Gambar 11 dan 12 memperlihatkan degradsi n-alkana melalui insersi oksigen pada gugus metil terminal dan gugus metil subterminal. Gambar 11. Oksidasi n-alkana melalui oksidasi bertahap gugus metil terakhir Cookson, 1995 Gambar 12. Oksidasi n-alkana melalui oksidasi bertahap gugus metil subterminal Cookson, 1995 Karakteristik mikroorganisme yang bisa dimanfaatkan dalam degradasi hidrokarbon yaitu mampu menghasilkan enzim oksigenase yang dapat mengoptimalkan kontak antara mikroorganisme dengan hidrokarbon melalui interaksi hidrofobik antara permukaan sel mikroorganisme dengan hidrokarbon. Dengan demikian sifat hidrofobik dari permukaan sel menjadi kunci sukses penempelan mikroorganisme pada butiran hidrokarbon Rosenberg dan Ron, 1996 O= W-hidroksilasi CH 3 -CH 2 n -CH 3 CH 3 -CH 2 n -CH 2 OH CH 3 -CH 2 n -CHO CH 3- CH 2 n -COOH CH 3 -CH 2 n -CH 2 -O-C-CH 2 n -CH 3 HOCH 2- CH 2 n -COOH HOOC - CH 2 n -COOH -Oksidasi O= CH 3 -CH 2 n - CH 2 -O-C-CH 2 n - CH 3 O= CH 3 -CH 2 n - CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 n - CH 3 -Oksidasi CH 3 -CH 2 n - CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 n - CH 3 OH CH 3 -CH 2 n - CH 2 -C-CH 2 -CH 2 n - CH 3 CH 3 -CH 2 n - CH 2 OH + CH3-CH 2 n -CH 2 -COOH CH 3 -CH 2 n -COOH Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 30 4.1.3. Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen Padatan terhadap Perubahan pH Media Biodegradasi limbah minyak bumi dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan yang sangat penting dalam mengoptimalkan pertumbuhan dan daya kerja bakteri. Salah satu faktor tersebut adalah pH. Koefisien-koefisen regresi pH serta nilai – nilai distribusi t-student dan peluang nyatanya disajikan pada Lampiran 10. Pengujian data pengamatan terhadap respon pH, memberikan persamaan permukaan respon seperti pada Persamaan 3. Y 3 = 10.069 – 0.149PP – 0.173TC + 0.002PP 2 + 0.005TC 2 + 0.003PPTC….....3 Keterangan: Y 3 = Respon terhadap pH PP = Persen Padatan TC = Tingkat Cemaran dalam Tanah Gambar 13. Permukaan respon pH Dari Persamaan 3 dan Gambar 13 tersebut, tampak bahwa peningkatan tingkat cemaran dalam tanah dan persen padatan berpengaruh negatif terhadap perubahan pH, sedangkan persen padatan, tingkat cemaran dalam tanah secara kuadratik dan interaksi keduanya memberi pengaruh positif terhadap perubahan pH. Bakteri dapat tumbuh baik dan optimal karena kondisi lingkungan untuk pertumbuhan bakteri tersebut terpenuhi yaitu pada pH 7-9. Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 31 Tingkat keasaman pH nerupakan salah satu faktor yang mempengaruhi laju pertumbuhan bakteri, kemampuan bakteri dalam membangun sel, transportasi melalui membran sel dan keseimbangan reaksi katalis Cookson, 1995. Tingkat keasaman pH dapat berubah selama pertumbuhan mikroorganisme. Peningkatan pH dapat terjadi jika adanya proses reduksi nitrat membentuk amonia atau gas nitrogen, sedangkan penurunan pH terjadi bila terbentuknya asam-asam organik sebagai hasil proses fermentasi Tanner, 1997.

4.1.4. Pengaruh Tingkat Cemaran dalam Tanah dan Persen Padatan terhadap Pembentukan Gas

Dalam melakukan proses biodegradasi, mikroorganisme menghasilkan gas-gas yang bersifat volatil. Dalam penelitian ini gas yang berhasil diamati adalah CH 4 , CO, dan CO 2 . Koefisien-koefisen regresi gas serta nilai – nilai distribusi t-student dan peluang nyatanya gas CH 4 , CO, dan CO 2 disajikan pada Lampiran 11, 12, 13, dan koefisien-koefisen regresi gas serta nilai – nilai distribusi t-student dan peluang nyata gas dalam formulasi total C disajikan pada lampiran 14. Pengujian data pengamatan terhadap respon gas CH 4 , CO, dan CO 2 , memberikan persamaan permukaan respon seperti pada Persamaan 4, 5, dan 6 sedangkan pengujian data pengamatan terhadap respon gas dalam bentuk total C, memberikan persamaan permukaan respon seperti pada Persamaan 7. Y 4 = 0.035 – 0.003PP + 0.012TC + 0.00006PP 2 –0.0006TC 2 – 0.00003PPTC.4 Y 5 = 0.420 + 0.004PP – 0.059TC – 0.00003PP 2 + 0.003TC 2 – 0.0001PPTC….5 Y 6 = 1.137 + 0.017PP – 0.149TC – 0.0002PP 2 + 0.008TC 2 – 0.0007PPTC......6 Y 7 = 0.652 + 0.006PP – 0.077TC – 0.00005PP 2 + 0.004TC 2 – 0.0003PPTC.....7 Keterangan: Y 4 = Respon terhadap CH 4 Y 5 = Respon terhadap CO Y 6 = Respon terhadap CO 2 PP = Persen Padatan TC = Tingkat Cemaran dalam Tanah Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 32 Berdasarkan Persamaan 4, 5, 6 dan 7, dengan menggunakan software STATISTICA v5.0, diperoleh bentuk-bentuk permukaan respon dari perubahan gas seperti pada Gambar 14. Keempat gambar permukaaan respon menunjukkan bahwa permukaan respon bersifat saddle point. a b c Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 33 d Gambar 14. Permukaan respon Gas a CH 4 ; b CO; c CO 2 ; d Total C Pembentukan gas CO 2 disebabkan terjadinya proses aerobik didalam biodegradasi minyak diesel. Proses ini terutama dilakukan oleh bakteri aerob yaitu Pseudomonas pseudomallei. Menurut Holt et al., 1994 P. Pseudomallei merupakan bakteri aerobik garam negatif. Mampu menggunakan poli -hydroksi butirat sebagai sumber karbon cadangan. Sel bersifat motil oleh pergerakan flagella. Berbentuk batang, memiliki ukuran lebar 0.5-1.0 m dan panjang 1.5-5.0 m. Pembentukan gas CH 4 dihasilkan oleh bakteri Enterobacter agglomerans. E. agglomerans merupakan bakteri gram negatif, tidak membentuk spora, fakultatif anaerobik, dan chemoorganotrophic. Dalam kondisi aerob E. Agglomerans memiliki kemampuan mempergunakan asam asetat sebagai substratnya, dan asam asetat ini dapat digunakan E. Agglomerans untuk menhasilkan gas CH 4 Cookson, 1995. Gas CH 4 dan CO dihasilkan dari proses anaeob. Proses ini terjadi akibat semakin berkurangnya oksigen, dimana dengan habisnya oksigen, metaolisme akan dilanjutkan dengan proses denitrifikasi, fermentasi, sulfat reduksi dan metanogenik Cookson, 1995. Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m Click to buy NOW PD w w w .docu-track. co m 34

4.2. Penelitian Scale Up