Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan
Sinergi Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas
pseudomallei , Pseudomonas pseudoalcaligenes dan Bacillus sp)dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn
Bambang Yudono
1 , Sri Pertiwi Estuningsih
2
1. Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
2 Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sriwijaya
E-mail:yudonob@hotmail.com
Abstrak. Telah dilakukan penelitian kinetika degradasi minyak bumi dengan bakteri
konsorsium (Micrococcus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas pseudoalicaligenes
dan Bacillus sp) dan rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn Limau Sumatera Selatan.
Konsentrasi awal Total Petroleum Hidrokarbon (TPH) tanah terkontaminasi minyak bumi
diperoleh sebesar 88,88%. Untuk keperluan penelitian, tanah terkontaminasi tersebut
dikondisikan pada konsentrasi 2,5%; 5,0%; 7,5%; 10,0%; 12,5%; dan 15,0% dengan
menambahkan tanah segar, serbuk gergaji, dan nutrisi. Bioremidiasi dilakukan selama 84
hari dan setiap 14 hari dilakukan penyamplingan dengan parameter yang diamati adalah
Total Petroleun Hidrokarbon (TPH). Pada penelitian menunjukkan orde reaksi degradasi
minyak bumi adalah 0,8906. Identifikasi dengan GC-MS menunjukkan bahwa limbah
minyak bumi tersusun dari senyawa-senyawa hidrokarbon dengan rantai karbon C 15 -C 17 , C 18 - degradasi menghasilkan residu 100% pada C 22.
PENDAHULUAN
Sumatera Selatan merupakan salah satu propinsi di Indonesia yang memiliki banyak sumber daya minyak bumi. Sebagian besar limbah minyak bumi tersebut masih ditampung dalam suatu kolam penampungan limbah yang sangat sederhana tanpa perlindungan yang cukup memadai. Senyawa-senyawa hidrokarbon dalam Lumpur dapat menembus ke lapisan tanah, beresiko menyebabkan kontaminasi tanah dan air sekitarnya. Di sisi lain, hidrokarbon ringan dalam lumpur minyak mudah menguap dan dapat menyebabkan polusi udara.
Salah satu metode alternatif pengolahan limbah minyak bumi adalah dengan menggunanakan metode bioremidiasi. Bioremidiasi merupakan salah satu metode alternatif pengolahan limbah minyak bumi yang digunakan untuk pemulihan tanah tercemar hidrokarbon (Reardon et al., 2002). Bioremidiasi mengandalkan reaksi mikrobiologis di dalam tanah. Teknik ini mengkondisikan mikroba sedemikian rupa sehingga mampu mengurai senyawa hidrokarbon yang berada di dalam tanah. Limbah minyak bumi yang diuraikan oleh mikroba akan menghasilkan senyawa akhir yang lebih ramah lingkungan. Sedangkan proses bioremidiasi merupakan salah satu metode pengolahan tanah terkontaminasi yang relatif murah dan efektif dibandingkan dengan metode fisika maupun kimia lainnya dikarenakan proses ini memanfaatkan aktvitas bakteri dalam mengolah tanah terkontaminasi.
Bakteri pengolah minyak bumi tersebar, tidak hanya di lingkungan alam yang bersinggungan dengan minyak bumi, tetapi bakteri ini dapat di isolasi juga dari
Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi
Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei, Pseudomonas
pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn
Semirata 2013 FMIPA Unila tanah, hutan, ladang dan pada rumput. Dalam beberapa hal, lingkungan yang akan dilakukan bioremidiasi sudah terdapat bakteri indigenous, tetapi untuk mendapatkan hasil yang lebih baik perlu ditambahkan bakteri eksogenous yang lebih sesuai.
Selain bakteri konsorsium, rumput juga berpotensi sebagai agen remidiasi. Sistem perakaran yang luas pada rumput dapat memperluas bidang kontak antara bakteri dan akar rumput. Disamping itu, eksudat yang dihasilkan rumput dapat dimanfaatkan bakteri untuk pertumbuhan. Lin et al. (2004) menyatakan dalam fitoremidiasi sering digunakan rumput-rumputan karena memiliki perakaran serabut, asosiasi dengan mikroba tanah tinggi, serta tanah dalam lingkungan yang tidak mendukung, oleh sebab itu dalam penelitian dilakukan bioremidiasi terhadap limbah minyak bumi oleh bakteri konsorsium dan tanaman rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn.
METODOLOGI PENELITIAN Persiapan Media Perlakuan
Bioreaktor berisi tanah segar, 1% nutrient, 10% bulking agent yang berupa serbuk kayu dan residu minyak, sehingga TPH dalam bioreaktor sesuai dengan perlakuan (2,5%; 5,0%; 7,5%; 10%; 12,5%; 15%). Selanjutnya campuran tersebut diinokukasi dengan2,5% starter bakteri diaduk sampai homogen dan dimasukkan dalam ember dengan kapasitas masing- masing 10 kg.
Selanjutnya dilakukan pengaturan faktor lingkungan (aerasi, inkubasi pada suhu kamar, pH medium dijaga konstan pada 5,6-7 dengan kelembaban 40%).
Penanaman dan Pemeliharaan Rumput Eleusin Indica (L.) Gaertn
Penanaman rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn sebanyak 37,5 gram dilakukan setelah inokulasi starter. Pemeliharaan rumput selama 2 bulan dengan cara dsiram pada pagi hari. Selain itu dilakukan juga pengadukan bioreaktor di sekitar rumput setiap hari untuk menjaga agar limbah tidak mengendap dan menambnah aerasi untuk bakteri
Analisa Sampel Analisis Residu Limbah Minyak Bumi Dengan Gas Chromatography
Analisa sampel diambil residu sebanyak 10 mL hasil sokhletasi dari hasil pengukuran % TPH awal (To) dan pengukuran % TPH pada T
6 untuk konsentrasi tanah olahan sludge 7,5 %.
Masing-masing residu di encerkan dengan pelarut n-heksane pada labu takar 100 mL. Analisis residu minyak bumi dari proses bioremediasi dilakukan dengan gas chromatography (GC), menggunakan temperatur program sesuai Gambar 1 minyak bumi ditentukan berdasarkan fraksi temperaturnya sesuai metode Yudono (1994).
Gambar 1. Temperatur Program DalamAnalisis Gas Chromatography
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
Analisa DataHASIL DAN PEMBAHASAN
7.96
1.35 1.24 0.0904 -2.4033 0.8416
4.55
2.91
2.81 2.86 0.1413 -1.9572 1.5162
7.56
4.56
4.58 4.57 0.2488 -1.3913 2.0222
6.27
2.32
6.37 6.32 0.1363 -1.9933 2.0738
12.76
8.03
8.09 8.06 0.3917 -0.9373 2.5463
14.82
9.56
8.70 9.13 0.4742 -0.7462 2.6960
1.12
1
Penentuan order reaksi dan laju reaksi ditentukan dengan metode deferinsialdan integral
dan selanjutnya ditanami dengan rumput
Menentukan orde reaksi dilakukan dengan metode diferensial yaitu dari hasil pengukuran % TPH awal (T ) dan dari hasil pengukuran % TPH pada hari ke 84 (T
6
) untuk variasi konsentrasi tanah olahan sludge 0%, 2,5% ; 5% ; 7,5% ; 10% ; 12,5% ; 15%.
Menentukan konsentrasi laju dengan menggunakan metode integral dari hasil pengukuran % TPH T
1 (waktu inkubasi hari
ke-14) hingga % TPH T 6 .
Total petroleum hidrokarbon (TPH) diukur untuk mengertahui persentase senyawa hidrokarbon yang terdapat dalam minyak bumi. Pengukuran Total Petroleum terkontaminasi minyak bumi, yaitu sebesar 88,88%. Selanjutnya untuk keperluan penelitian ini konsentrasi TPH tanah terkontaminasi minyak bumi tersebut diencerkan menjadi 2,5%; 5,0%; 7,5%; 10,0%; 12,5% dan 15,0% selanjutnya diinkubasi dengan bakteri konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas
pseudomallei , Pseudomonas pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) 14 hari,
Eleusine Indica (L.) Gaertn. Masa inkubasi
Konsentrasi TPH (%) Laju reaksi Awal Akhir r ln r ln [TPH]
pada tahap pertama tersebut dimaksudkan untuk proses pengomposan dari bulking agent dan substrat yang cukup tersedia akan menginduksi bakteri menghasilkan enzim (enzim induktif) yang berperan dalam merombak substrat menjadi senyawa yang bermanfaat bagi kelangsungan hidup bakteri dan secara tidak langsung juga bermanfaat bagi pertumbuhan rumput
Eleusin Indica (L.) Gaertn. Rumput dapat
memanfaatkan hasil dehidrogenasi senyawa hidrokarbon yang berupa CO
2 dan H
2 O
serta energi untuk pertumbuhannya, sedangkan eksudat akar yang dihasilkan rumput dapat meningkatkan jumlah populasi bakteri rizosfer.
Penentuan Orde Reaksi Degraasi Tanah Terkontaminasi Minyak Bumi dengan Metode Diferensial
Orde reaksi degradasi sampel dapat ditentukan dengan menggunakan metode diferensial berdasarkan persetase konsentrasi TPH sampel terhadap laju degradasi. Orde reaksi ditentukan dengan membuat grafik hubungan antara ln [C] dan ln r sehingga dapat ditentukan tangen persamaan diferensialnya. Berdasarkan persamaan: ln r = ln k + ln [C], jika dibuat grafik hubungan antara ln [C] dan ln r, maka akan diperoleh grafik garis lurus dengan n adalah slope dan ln k adalah intersept. Konstanta reaksi akan lebih akurat ketika di ukur dengan menggunakan metode integrasi. Tabel 1. Data Laju Penurunan Konsentrasi TPH Dengan Bakteri Konsorsium + Rumput
2 Rata-rata % / minggu
- 1
8 4.50 1.1553
6 4.58 1.1572
4 4.35 1.1516
2 4.60 1.1578
7.55 1.2142
Rumput Gambar 3. Kinetika Degradasi Minyak Dengan Bakteri Konsorsium + Eleusin indica y = 0.904x - 3.2267 R 2 = 0.9915 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 ln [TPH] ln r y = -0.0073x + 1.2069 R 2 = 0.8552 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.2 1.21 1.22 2 4 6 8 C 10 Waktu (minggu) t- n+ 1 Waktu Ct (%) C t 0.096
Bumi Dengan Bakteri Konsorsium+
. Nilai intersept adalah 1,2069. Sehingga persamaan garis lurusnya adalah y = - 0,0073x + 1,2069 .
Nilai slope dari grafik pada gambar 2 adalah -0,0073 dimana menurut metode integrasi slope = - k, maka nilai konstanta reaksi degradasi adalah 0,0073 hari
Metode integrasi menunjukkan bahwa nlai slope merupakan nilai konstanta reaksi degradasi. Berdasarkan persamaan orde reaksi ln C = - kt + ln C , dibuat grafik hubungan ln TPH dan hari dari data hasil analisa penurunan TPH selama 84 hari, Grafik ditunjukkan pada Gambar 3.
14 hari dengan konsentrasi awal TPH sebesar 7,555% selama 0, 14, 28, 42, 56, 70 dan 84 hari. Penurunan % konsentrasi TPH dapat ditunjukkan oleh Tabel 2.
- kt
ln kt ................................(2) ln C = -kt + ln C ................................(3) Metode integrasi ditentukan dari data perhitungan (TPH)
c c o
..........................................(1) Dimana: C = Konsentrasi TPH awal
C = C e
Konstanta reaksi degradasi sampel dapat ditentukan dengan menggunakan metode integrasi. Rumus persamaan metode integrasi untuk kinetika reaksi ditunjukkan oleh persamaan berikut :
Penentuan Konstanta Reaksi Degradasi Limbah Minyak Bumi
0,904. Pada umumnya reaksi ddegradasi limbah minyak bumi mengacu pada orde reaksi satu (Basim et al., 2008) Sedangkan pada penelitian ini didapatkan orde reaksi adalah orde reaksi 0,904
Eleusin Indica (L.) Gaertn merupakan orde
Hasil perhitungan yang diperoleh berdasarkan persamaan ln r = ln k + n ln[C] didapatkan nilai korelasi sebesar 0,9915 dan slope sebesar 0,904. nilai korelasi yang diperoleh mendekati harga 1 sehingga dapat dikatakan grafik berupa garis lurus. Menurut metode diferensial nilai slope menunjukkan orde reaksi sehingga berdasarkan nilai ini maka orde reaksi degradasi tanah terkontaminasi minyak bumi oleh bakteri konsorsium dan rumput
Berdasarkan persamaan ln r = ln k + n ln [C], data pada Tabel 1 dapat ditentukan ln [C] dan ln r, kemudian dapat dibuat grafiknya seperti pada Gambar 2 dibawah ini.
Gambar 2. Grafik hubungan ln [C] dan ln r Konsorsium + Eleusin indica Penentuan Order Reaksi Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Dengan Bakteri
, Pseudomonas
pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn
Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi
Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei10 4.85 1.1637
Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi
,
Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei Pseudomonas
pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn
Analisis GC-MS Hidrokarbon Minyak BumiKromatografi gas
- – spektroskopi massa (GC-MS) adalah salah satu teknik yang dikombinasikan untuk menentukan satu metode analisis campuran bahan kimia. Kromatografi gas dapat memisahkan komponen campuran dan spektroskopi massa mencirikan masing
- – masing
(b) komponen yang dihasilkan.
Gambar 4. Kromatogram Degradasi Jika kondisi GC (suhu oven, kolom
Limbah Minyak Bumi (a). T , (b). T
6
tipe,dll) sama, suatu senyawa yang bakteri konsorsium dengan menggunakan diberikan akan keluar dari kolom dengan rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn waktu retensi yang hampir sama. Dengan
Berdasarkan Yudono (1994), didapat mengetahui waktu retensi suatu senyawa metodologi analisis kromatografi tersebut, kita dapat membuat beberapa berdasarkan temperatur program, hasil asumsi tentang identitas kompleks dari analisis residu senyawa hidrokarbon seperti senyawa yang diindentifikasi ( Yudono, pada Tabel 3 berikut; 1994).
Tabel 3 menunjukkan bahwa residu Dengan melihat aktivitas mikroba dalam senyawa hidrokarbon setelah proses mendegradasi sludge minyak bumi bioremediasi selama 84 hari yang tersisa dilakukan dengan memotong-motong adalah senyawa hidrokarbon dengan rantai komponen hidrokarbon alifatik yang atom C >22. senyawa hidrokarbon aromatik, sehingga
KESIMPULAN sludge minyak bumi tersebut akan
memperlihatkan perubahan komposisi Bioremidiasi menggunakan isolate fraksi hidrokarbon penyusunnya (Sharpley, bakteri konsorsium (Microccoccus sp, 1996).
Pseudomonas pseudomallei , Pseudomonas
Berdasarkan metodologi analisis
pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dapat
kromatografi dengan menggunakan menurunkan Total Petroleum Hidrokarbon temperatur program dan Menurut Yudono
(TPH) pada tanah terkontaminasi minyak (1994) maka diperoleh Gambar
4 bumi. kromatogram sebagai berikut :
Tabel 3.Temperature Senyawa Hidrokarbon
Range Range Range Senyawa T T akhir T Temp Hidrokarbon 9< 100< C10< 9-19 100-150 C11-C14
20-29 150-200 C15-C17 7,86 30-39 200-250 C18-C21 38,53 >40 >250 >C22 53,6 100 (a)
Bambang Yodono: Kinetika Degradasi Limbah Minyak Bumi Menggunakan Sinergi
,
Bakteri Konsorsium (Microccoccus sp, Pseudomonas pseudomallei Pseudomonas
pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan Rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn
Orde reaksi degradasi limbah minyak used for Ex situ Bioremediation of bumi oleh bakteri konsorsium Petroleum Contaminated Soil. Water Air (Microccoccus sp, Pseudomonas Soloil Pollut (2008) 192 : 221-226
pseudomallei Pseudomonas ,
Lin, C. H., Lerch, R. N., Garrett, H. E., &
pseudoalcaligenes dan Bacillus sp) dan
George, M. F. (2004). Incorporating rumput Eleusine Indica (L.) Gaertn adalah forage grasses in riparian buffers for orde 0,904 dengan nilai konstanta reaksinya bioremediation of atrazine, isoxaflutole
- 1 sebesar 0,0073 hari .
and nitrate in Missouri. Agroforestry Systems, 63 (1), 91-99.
SARAN Reardon, K. F., Mosteller, D. C., Rogers, J.
B., DuTeau, N. M., & Kee-Hong, K.
1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan (2002). Biodegradation kinetic of terhadap degradasi tanah terkontaminasi aromatic hydrocarbon mixtures by pure minyak bumi oleh bakteri dengan and mixed bacterial cultures. menambahkan variabel parameter,
Environmental Health Perspectives, selain variabel parameter Total 110(12), 1005 –1012. Petroleum Hidrokarbon (TPH).
Sharpley, JM. 1996. Elementary Petroleum
2. Memastikan uji lanjut identifikasi Microbiology. Gulf Publishing senyawa-senyawa yang terdapat dalam Company. Texas : 37 – 109. kromatogram GC-MS.
Yudono, B. 1994. An Investigation into The
DAFTAR PUSTAKA
Premature Cracking Asphaltic Pavements in Hot Arid Climate. Thesis Basim E., Abbasi, and D. S. Walid. 2008. School of Chemistry, University of
Kinetics of Indigenous Isolated Bacteria Bristol
Semirata 2013 FMIPA Unila