b. Biofilter Merupakan perlakuan penggunaan kolom berjalur mikrobial untuk perlakuan
terhadap emisi udara c. Biostimulasi
Merupakan perlakuan stimulasi populasi mikroba asli dalam tanah danatau air tanah; dilakukan secara in situ atau ex situ
d. Bioreaktor Merupakan perlakuan biodegradasi dalam bejana container atau reaktor;
digunakan untuk perlakuan terhadap cairan atau bubur slurry e. Bioventing
Merupakan perlakuan tanah terkontaminasi oleh oksigen terhisap melalui tanah untuk menstimulasi pertumbuhan dan aktivitas mikroba
f. Pengomposan Merupakan perlakuan termofilik, aerobik, dimana bahan terkontaminasi dicampur
dengan pereaksi yang jumlahnya besar. g. Landfarming
Merupakan sistem perlakuan fase padat untuk tanah terkontaminasi, dilakukan secara in situ atau dalam suatu ruang terkonstruksi dalam tanah.
2.3. Biodegradasi Minyak Bumi Heavy Oil
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 bumi jenis heavy oil 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 bumi oleh mikroorganisme tergantung dari kemampuan adaptasi mikroorganisme tersebut terhadap lingkungannya. Rosenberg dan Ron 1996
mengemukakan bahwa degradasi hidrokarbon minyak bumi terjadi bila mikroorganisme menempel di permukaan butiran-butiran minyak karena enzim
oksigenase yang dibutuhkan untuk memecah rantai karbon yang sifatnya terikat pada membran sel.
Minyak bumi jenis heavy oil mengandung perbandingan karbon dan hidrogen yang rendah, tinggi residu karbon dan tinggi kandungan heavy metal,
sulphur and nitrogen. Hidrokarbon jenuh memiliki komponen terbesar 79 sedangkan hidrokarbon aromatik sebesar 19 dan sisanya resin sebesar 2.
Minyak bumi juga mengandung sejumlah VOCs seperti benzene, toluene, etilbenzena, xilena, dan C3-benzena.
Udiharto 1996 menyatakan bahwa minyak bumi terdiri atas komponen minyak dan bahan aditif. 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 bumi adalah hidrokarbon, oksida nitrogen, partikulat, benzene, dan karbon monoksida.
Hidrokarbon minyak bumi 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 β-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, faktor-faktor yang diperlukan untuk bioremediasi adalah :
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 oC. 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 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. 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.
Tabel 2. Klasifikasi senyawa hidrokarbon
Kerentanan Hidrokarbon
Sangat rentan Kerentanan tinggi
Agak rentan Sangat resisten
Resisten tinggi n dan iso-alkana
1-,2-,5- dan 6- cincin sikloalkana, 1- cincin aromatik, dan senyawa aromatik
bersulfur
3- dan 4- cincin sikloalkana, 2- dan 3- cincin aromatik
Tetra aromatik, stearin, triterpen dan senyawa aromatik yang mengandung
napten
Penta aromatik, aspal dan resin Sumber: Blackburn dan Hafker 1993
2.4. Slurry Bioreaktor
