2005dhe

BIODEGRADASI HIDROKARBON MINYAK BUMI OLEH Bacillus sp. GALUR ICBB 7859 DAN ICBB 7865 DARI

EKOSISTEM AIR HITAM KALIMANTAN TENGAH DENGAN PENAMBAHAN SURFAKTAN

DIYAN HERDIYANTORO

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2005

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Juni 2005

Diyan Herdiyantoro NIM A225010091

ABSTRAK

DIYAN HERDIYANTORO. Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan. Dibimbing oleh DWI ANDREAS SANTOSA dan ANI SURYANI. Minyak dan gas bumi merupakan sumber energi utama untuk industri, transportasi dan rumah tangga. Selain manfaat yang diperoleh, kegiatan industri perminyakan dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Bioremediasi merupakan teknologi yang didasarkan kepada aktivitas mikroorganisme yang dapat mengurangi polutan-polutan yang mencemari lingkungan. Penggunaan surfaktan bersama dengan inokulasi bakteri terpilih telah diketahui dapat meningkatkan proses biodegradasi. Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji kemampuan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah dengan penambahan surfaktan dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi pada media minimal cair dan tanah yang tercemar minyak bumi. Pada 100 ml media minimal cair masing-masing isolat diinokulasikan hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 sel/ml, sedangkan pada 200 g campuran tanah dan minyak bumi (10% b/b) non-steril sejumlah 1.00 x 106 sel/g. Surfaktan Tween 80 digunakan pada dosis critical micelle concentration-nya, yaitu 0.015 ml/l.

Perlakuan inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan inokulasi ICBB 7865 disertai dengan penambahan surfaktan pada media minimal cair dapat meningkatkan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi.

Perlakuan inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan inokulasi ICBB 7865 pada tanah yang tercemar minyak bumi memberikan nilai total petroleum hydrocarbon (TPH) dan pH lebih rendah serta biodegradasi dan CO2-C lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa inokulasi bakteri. Perlakuan penambahan surfaktan memberikan nilai CO2-C lebih rendah dibandingkan dengan tanpa penambahan surfaktan pada hari ke-28 inkubasi. Interaksi perlakuan inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan tanpa penambahan surfaktan (B1S0), inokulasi ICBB 7865 dan penambahan surfaktan (B2S1), inokulasi ICBB 7859 dan penambahan surfaktan (B1S1) dan inokulasi ICBB 7865 dan tanpa penambahan surfaktan (B2S0) memberikan nilai CO2-C lebih tinggi dibandingkan dengan interaksi perlakuan tanpa inokulasi bakteri dan penambahan surfaktan (B0S1) dan tanpa inokulasi bakteri dan tanpa penambahan surfaktan (B0S0) pada hari ke-21 inkubasi.

ABSTRACT

DIYAN HERDIYANTORO. Crude Oil Biodegradation by Bacillus sp. Strain ICBB 7859 and ICBB 7865 from Black Water Ecosystem of Central Kalimantan and The Addition of Surfactant. Under supervision of DWI ANDREAS SANTOSA and ANI SURYANI. Petroleum is the source of energy for industrial, transportation and domestic activities. As an energy resource, it has many advantages but also can cause environmental pollution. Bioremediation is a technology based on microbial activities which can degrade environmental contaminants. Addition of surfactants along with bacterial inoculation have been reported to enhance the degradation process. The purpose of this research was to determine the effect of Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 and the addition of surfactant on the biodegradation of crude oil in liquid minimum medium and non-sterile oil contaminated soil.

In 100 ml of liquid minimum medium the inoculants were inoculated at the population density of 1.00 x 106 cells/ml while in 200 g of unsterilized soil and crude oil mixtured (10% wt/wt) 1.00 x 106 cells/g. The dosage of surfactant Tween 80 was at its critical micelle concentration, i.e. 0.015 ml/l.

Inoculation treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 in liquid minimum medium along with addition of surfactant enhanced crude oil biodegradation.

Inoculation treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and ICBB 7865 on oil contaminated soil resulted lower total petroleum hydrocarbon (TPH) and pH, and higher biodegradation and CO2-C production than without bacteria inoculation. However, addition of surfactant treatment resulted lower CO2-C production than without addition of surfactant at 28th day of incubation. Interaction treatments with Bacillus sp. strain ICBB 7859 and without addition of surfactant (B1S0), ICBB 7865 and addition of surfactant (B2S1), ICBB 7859 and addition of surfactant (B1S1) and ICBB 7865 and without addition of surfactant (B2S0) resulted higher CO2-C production than without bacteria inoculation and addition of surfactant (B0S1) and without bacteria inoculation and without addition of surfactant (B0S0) at 21st day of incubation.

Hak cipta milik Diyan Herdiyantoro, tahun 2005 Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotocopi,

mikrofilm dan sebagainya

BIODEGRADASI HIDROKARBON MINYAK BUMI OLEH Bacillus sp. GALUR ICBB 7859 DAN ICBB 7865 DARI

EKOSISTEM AIR HITAM KALIMANTAN TENGAH DENGAN PENAMBAHAN SURFAKTAN

DIYAN HERDIYANTORO

Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Sains pada Departemen Tanah

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2005

Judul Tesis : Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan

Nama : Diyan Herdiyantoro NIM : A225010091

Disetujui

Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. Dr. Ir. Ani Suryani, D.E.A. Ketua Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Ilmu Tanah Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr. Ir. Komaruddin Idris, M.S. Prof. Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, M.Sc.

Tanggal Ujian: 19 Mei 2005 Tanggal Lulus:

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap . (Q.S. Alam Nasyrah 94:6-8)

Kupersembahkan karya kecil ini kepada ayahanda Syafri Andi Pilliang dan ibunda Sri Hastuti serta seseorang yang telah hadir dalam hati yang mudah-mudahan dijanjikan Allah SWT untukku.

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis ini dengan judul Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. dan Ibu Dr. Ir. Ani Suryani, D.E.A. selaku pembimbing atas arahan dan motivasi yang diberikan selama pelaksanaan penelitian sampai penulisan tesis ini. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ibu Dr. Dra. Rahayu Widyastuti, M.Sc. selaku dosen penguji. Penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Ir. Dwi Andreas Santosa, M.S. selaku direktur Indonesian Center for Biodiversity and Biotechnology (ICBB) yang telah memberikan dukungan dana dan fasilitas selama penelitian berlangsung. Isolat yang digunakan dalam penelitian ini merupakan koleksi dari ICBB-Culture Collection of Microorganisms, http://www.icbb.org. Selain itu, ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada kepala dan staf Laboratorium Biologi Tanah yang telah memberikan izin dalam penggunaan laboratorium dan fasilitasnya dan membantu pelaksanaan penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayahanda Syafri Andi Pilliang, ibunda Sri Hastuti, adinda Rio Andrianto dan seluruh keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya serta sahabat penulis Budi Eko Cahyono, S.P. dan drh. Hellyne Rosalina yang selalu mendampingi penulis saat suka maupun duka. Ungkapan terima kasih diucapkan kepada Khairani Rahman, S.P. yang telah memberikan dukungan moril maupun materil yang tulus kepada penulis. Kepada Zumi Saidah, S.P., M.Si., kehadiranmu dalam hati mampu memberikan api semangat penulis dalam menyelesaikan pendidikan di sekolah pascasarjana ini.

Semoga tulisan ini bermanfaat.

Bogor, Juni 2005

Diyan Herdiyantoro

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Tanjung Karang pada tanggal 24 Oktober 1977 dari ayah Syafri Andi Pilliang dan ibu Sri Hastuti. Penulis merupakan putra pertama dari dua bersaudara.

Pendidikan dasar ditempuh di SDN Sukamaju I Cimahi dan lulus pada tahun 1990. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan ke SMPN 3 Cimahi dan lulus pada tahun 1993. Setelah itu penulis meneruskan ke SMAN 2 Cimahi dan lulus pada tahun 1996. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Ilmu Tanah, Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Ujian Seleksi Masuk IPB (USMI) dan lulus pada tahun 2001. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Dasar-Dasar Ilmu Tanah pada tahun ajaran 1999/2000 dan 2000/2001. Kemudian pada tahun yang sama penulis melanjutkan program S2 di Program Studi Ilmu Tanah, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Karya ilmiah berjudul Pengaruh Inokulasi Bakteri Perombak Hidrokarbon Minyak Bumi dan Penambahan Pupuk N dan P dalam Biodegradasi Limbah Minyak telah disajikan dalam Seminar Nasional di Jakarta pada bulan Juli 2003. Sebuah artikel telah diterbitkan dengan judul Effect of Inoculation of Hydrocarbon Degrading Bacteria and Addition of Nitrogen and Phosphor Inorganic Fertilizers on Crude Oil Waste Biodegradation pada Jurnal Ilmiah Pertanian GAKURYOKU Vol IX, No. 2, Th. 2003.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL .. xiv DAFTAR GAMBAR . xv DAFTAR LAMPIRAN .. xvii

PENDAHULUAN .. 1 Latar Belakang . 1 Tujuan Penelitian ................... 3 Hipotesis Penelitian 3 Manfaat Penelitian ... 3

TINJAUAN PUSTAKA ...................... 4 Karakteristik Minyak Bumi .................. 4

Minyak Bumi dan Pengilangan Minyak Bumi . 4 Sifat Fisik Minyak Bumi .................... 4 Sifat Kimia Minyak Bumi ............... 5

Pencemaran Tanah oleh Minyak Bumi ................ 6 Rembesan Limbah Alam .................. 6 Rembesan dan Tumpahan Minyak Bumi Akibat Kecelakaan .. 6 Pembuangan Limbah Minyak Bumi ......................................... 6

Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Manusia, Tumbuhan dan Hewan .......... 7

Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Manusia 7 Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Tumbuhan 7 Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Hewan .. 8

Dinamika Tumpahan Minyak Bumi di Tanah ... 9 Penyebaran .. 9 Penguapan ........................ 9 Pencucian . 10 Degradasi Secara Fotooksidasi .................. 10

Bioremediasi Minyak Bumi ... 10 Mikroorganisme Pendegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi ..... 12 Mekanisme Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi .............. 14 Faktor Lingkungan yang Mempengaruhi Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi .................. 16

Kadar Air .................... 16 Suhu .. 16 Oksigen . 17 pH Tanah .................... 17 Ketersediaan Nutrisi ... 17

Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah ................................. 18 Surfaktan ...................................................................................... 19

Sifat dan Karakteristik Surfaktan .............................................

19

Penggunaan Surfaktan dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi ............................................................................

20

BAHAN DAN METODE ........................ 22 Waktu dan Tempat Penelitian .. 22 Bahan dan Alat . 22 Pelaksanaan Penelitian .. 22

Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Nutrient Broth ........................................................................................

22 Penentuan Kurva Standar Populasi Bakteri ............................ 23 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi di Berbagai Konsentrasi Minyak Bumi pada Media Minimal Cair ............................................................................. 23 Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Minimal Cair .......................................................................................... 24 Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri dengan Penambahan Surfaktan pada Media Minimal Cair ........................................ 24 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi pada Media Minimal Cair ...............................

24 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dengan Penambahan Surfaktan pada Media Minimal Cair ...........................................................................

25 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dan Penambahan Surfaktan pada Tanah Tercemar Minyak Bumi ............................................................................ 25 Pengukuran Bobot Minyak Bumi (TPH) ................................... 26 Pengukuran pH Tanah ................. 28 Pengukuran CO2-C .. ... 28

HASIL DAN PEMBAHASAN . 29 Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Nutrient Broth ......... 29 Kurva Standar Populasi Bakteri ................................................. 29 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi di Berbagai Konsentrasi Minyak Bumi pada Media Minimal Cair ..

30 Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Minimal Cair ............ 31 Kurva Pertumbuhan Bakteri dengan Penambahan Surfaktan pada Media Minimal Cair .............................................................

33 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi pada Media Minimal Cair .....................................

34 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dengan Penambahan Surfaktan pada Media Minimal Cair .................................................................................

34 Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dan Penambahan Surfaktan pada Tanah Tercemar Minyak Bumi ...............................................................

35 Pengaruh Bakteri Terhadap Total Petroleum Hydrocarbon (TPH) .......................................................................................

35 Pengaruh Bakteri Terhadap Biodegradasi .............................. 37 Pengaruh Bakteri Terhadap pH ............................................... 37 Pengaruh Bakteri Terhadap CO2-C ......................................... 38 Pengaruh Surfaktan Terhadap CO2-C ..................................... 39

Pengaruh Interaksi Bakteri dan Surfaktan Terhadap CO2-C ... 40

KESIMPULAN DAN SARAN . 41 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................... 42 LAMPIRAN .......................................................................................... 48

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Hasil pengolahan minyak bumi dan kegunaannya .................... 4 2 Sifat fisik minyak bumi ............................................................... 5 3 Jenis-jenis teknologi bioremediasi ............................................. 11 4 Biaya pengolahan oil sludge pada berbagai metode

bioremediasi ............................................................................... 12 5 Total petroleum hydrocarbon (TPH), biodegradasi, kerapatan

optik dan pH di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair karena pengaruh Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 selama 15 hari inkubasi

30 6 Pengaruh bakteri terhadap bobot minyak bumi, biodegradasi,

pH dan kerapatan optik pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi ............................................................................... 34

7 Pengaruh bakteri dengan penambahan surfaktan Tween 80 terhadap bobot minyak bumi, biodegradasi, pH dan kerapatan optik pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi ...................................................................................... 35

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Penyebaran tumpahan minyak di permukaan tanah ................. 9 2 Penggunaan hidrokarbon minyak bumi oleh bakteri: (A)

penggunaan hidrokarbon terlarut, (B) kontak langsung bakteri dengan hidrokarbon pada antar muka air-minyak, (C) kontak langsung bakteri dengan butiran-butiran hidrokarbon yang terdispersi dalam larutan dan (D) peningkatan kelarutan hidrokarbon karena dihasilkan biosurfaktan .............................. 15

3 Kepala hidrofilik surfaktan yang terikat air ................................. 19 4 Jenis-jenis surfaktan .................................................................. 20 5 Surfaktan meningkatkan bioavailabilitas minyak terhadap

bakteri: (A) laju biodegradasi terbatas karena minyak tidak larut dan (B) peningkatan kelarutan minyak dan laju biodegradasi karena adanya misel surfaktan ............................ 21

6 Penetapan kurva standar populasi bakteri ................................. 23 7 Kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB

7865 pada media nutrient broth .. 29 8 Kurva standar populasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB

7865 ..................................... 29 9 Uji aktivitas Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865

dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi 30

10 Total petroleum hydrocarbon (TPH) akhir karena pengaruh Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi 31

11 Penentuan kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 pada media minimal cair .................... 31

12 Kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi . 32

13 Penentuan kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dengan penambahan surfaktan Tween 80 pada media minimal cair .......... .......... 33

14 Kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dengan penambahan surfaktan Tween 80 pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi . 33

15 Biodegradasi minyak bumi oleh Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dan dengan penambahan surfaktan Tween 80 pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi ..................... 35

16 Pengaruh bakteri terhadap TPH pada tanah tercemar minyak bumi ........................................................................................... 36

17 Pengaruh bakteri terhadap biodegradasi pada tanah tercemar minyak bumi .......... 37

18 Pengaruh bakteri terhadap pH pada tanah tercemar minyak bumi ........................................................................................... 38

19 Pengaruh bakteri terhadap CO2-C pada tanah tercemar minyak bumi ............................................................................... 38

20 Pengaruh surfaktan terhadap CO2-C pada tanah tercemar minyak bumi ............................................................................... 39

21 Pengaruh interaksi bakteri dan surfaktan terhadap CO2-C hari ke-21 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi .................... 40

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Ciri morfologi dan fisiologi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 .................................................................................. 49

2 Sifat fisik dan kimia Sangatta crude oil ...................................... 50 3 Komposisi media tumbuh bakteri dan surfaktan ........................ 51 4 Data bobot minyak bumi yang dapat diekstrak dari media

minimal cair dan media tanah .................................................... 52 5 Data penetapan kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB

7859 dan ICBB 7865 pada media nutrient broth ........................ 53 6 Hasil perhitungan populasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan

ICBB 7865 untuk kurva standar ................................................. 54 7 Data aktivitas bakteri di berbagai konsentrasi minyak bumi

pada media minimal cair ............................................................ 55 8 Data kurva pertumbuhan bakteri pada media minimal cair ........ 56 9 Data kurva pertumbuhan bakteri pada media minimal cair

dengan penambahan surfaktan Tween 80 ................................ 57 10 Data uji aktivitas bakteri pada media minimal cair ..................... 58 11 Data uji aktivitas bakteri pada media minimal cair dengan

penambahan surfaktan Tween 80 ............................................. 59 12 Data bobot minyak bumi hasil uji aktivitas bakteri dalam

biodegradasi hidrokarbon minyak bumi dan penambahan surfaktan Tween 80 pada tanah tercemar minyak bumi ............ 60

13 Data biodegradasi hasil uji aktivitas bakteri dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi dan penambahan surfaktan Tween 80 pada tanah tercemar minyak bumi ........................................ 61

14 Data pH hasil uji aktivitas bakteri dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi dan penambahan surfaktan Tween 80 pada tanah tercemar minyak bumi ........................................ 62

15 Data CO2-C hasil uji aktivitas bakteri dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi dan penambahan surfaktan Tween 80 pada tanah tercemar minyak bumi ........................................ 63

16 Analisis ragam pengaruh bakteri terhadap bobot minyak bumi pada media minimal cair setelah inkubasi 15 hari ..................... 64

17 Analisis ragam pengaruh bakteri terhadap biodegradasi minyak bumi pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi .................................................................................................... 64

18 Analisis ragam pengaruh bakteri terhadap pH pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi ......................................... 64

19 Analisis ragam pengaruh bakteri terhadap kerapatan optik pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi ..................... 64

20 Analisis ragam pengaruh bakteri dengan penambahan surfaktan Tween 80 terhadap bobot minyak bumi pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi ......................................... 65

21 Analisis ragam pengaruh bakteri dengan penambahan surfaktan Tween 80 terhadap biodegradasi minyak bumi pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi ..............................

65 22 Analisis ragam pengaruh bakteri dengan penambahan

surfaktan Tween 80 terhadap pH pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi .............................................................

65 23 Analisis ragam pengaruh bakteri dengan penambahan

surfaktan Tween 80 terhadap kerapatan optik pada media minimal cair setelah 15 hari inkubasi ......................................... 65

24 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap bobot minyak bumi hari ke-7 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ........................................................................................... 66




28 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap biodegradasi minyak bumi hari ke-7 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ................................................................ 67




32 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap pH hari ke-7 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ............... 68

33 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap pH hari ke-14 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ............. 68



36 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap CO2-C hari ke-7 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi ............ 69

37 Analisis ragam pengaruh bakteri dan surfaktan terhadap CO2-C hari ke-14 inkubasi pada tanah tercemar minyak bumi .......... 69



PENDAHULUAN

Latar Belakang

Minyak dan gas bumi merupakan sumber energi utama untuk industri, transportasi dan rumah tangga. Ekspor komoditi ini menyumbangkan devisa bagi negara (Kadarwati et al. 1996). Indonesia adalah salah satu penghasil minyak bumi terbesar (urutan ke-8 dari negara penghasil minyak dunia) dengan produksi sebesar 1.27 juta barel per hari pada tahun 2003 (Sabur 2003).

Aktivitas industri perminyakan (pengeboran, pengilangan, proses produksi dan transportasi) umumnya menghasilkan limbah minyak dan terjadi tumpahan baik di tanah maupun perairan (Udiharto 1996a). Limbah dan tumpahan tersebut akan semakin meningkat sejalan dengan meningkatnya aktivitas industri perminyakan di lapangan. Penanganan yang tidak tepat dapat menyebabkan pencemaran lingkungan dan berbahaya bagi makhluk hidup (Dibble & Bartha 1979; Bartha & Bossert 1984; Bossert & Bartha 1984; Mishra et al. 2001; Santosa 2003).

Dalam UU No. 23/1997 dan PP No. 18/1999 disebutkan bahwa limbah minyak bumi termasuk kategori bahan berbahaya dan beracun (B3). Produsen dilarang menyimpannya terlalu lama tanpa pengolahan. Selain itu, produsen diwajibkan segera mengolahnya menjadi komponen-komponen yang tidak berbahaya dalam waktu 90 hari sejak limbah dihasilkan (Mursida 2002; Santosa 2003).

Usaha penanggulangan pencemaran minyak bumi secara konvensional hasilnya kurang memuaskan. Membuang bahan pencemar dengan membenamkannya ke dalam tanah tidak menanggulangi masalah. Bahan tersebut dapat meresap ke air tanah dan mencemari perairan. Demikian juga dengan usaha pembakaran yang dapat mengakibatkan pencemaran udara (Kadarwati et al. 1996).

Alternatif lain yang dapat digunakan dalam penanggulangan pencemaran minyak bumi adalah teknologi bioremediasi yaitu menggunakan bakteri yang dalam aktivitasnya mampu memanfaatkan hidrokarbon minyak bumi sebagai sumber karbon dan energi kemudian mengubahnya menjadi CO2, H2O dan biomassa sel. Teknologi ini ramah lingkungan, efektif dan ekonomis. Penerapannya pada lingkungan yang tercemar minyak bumi diharapkan dapat

mengurangi konsentrasi limbah minyak yang ada dan membantu usaha penormalan kembali lingkungan tersebut (Dibble & Bartha 1979; Atlas 1981; Bossert & Bartha 1984; Udiharto et al. 1995; Udiharto et al. 2000; Yani et al. 2003). Dalam Kepmen No. 04/1995 disebutkan bahwa pengolahan limbah minyak bumi secara biologi harus dapat menurunkan konsentrasi hidrokarbon hingga mencapai ambang batas yang disyaratkan aman bagi lingkungan, yaitu 10 000 ppm (Edvantoro 2003).

Aktivitas bakteri dalam mendegradasi limbah minyak bumi tergantung kepada fisiologi bakteri dan kondisi beberapa parameter lingkungan setempat seperti pH, kelembaban, aerasi, temperatur dan ketersediaan nutrisi. Pemilihan inokulan yang sesuai dan menciptakan kondisi lingkungan yang optimal untuk bakteri dapat mempercepat proses biodegradasi sehingga memungkinkan terjadinya pengurangan konsentrasi hidrokarbon secara maksimal (Atlas 1981; Kadarwati et al. 1994; Udiharto 1996a; Udiharto et al. 2000).

Bioremediasi dapat dilakukan dengan menggunakan bakteri indigenous maupun menginokulasikan bakteri terpilih dari tempat lain (Udiharto et al. 2000; Mishra et al. 2001; Santosa 2003). Santosa et al. (2000) menyatakan bahwa ekosistem air hitam Kalimantan Tengah menyimpan potensi bakteri yang dapat digunakan untuk bioremediasi. Ekosistem air hitam tidak hanya penting karena jenis flora dan faunanya tetapi juga mikroorganismenya penting untuk dikembangkan karena berbagai kelompok bakteri mampu hidup pada kondisi ekstrim lingkungan tersebut.

Listiyawati (2004) dapat mengisolasi konsorsium bakteri perombak hidrokarbon minyak bumi dari ekositem air hitam Kalimantan Tengah. Hasil pengujian menggunakan konsorsium DNH-U 3877 pada skala laboratorium dalam penanganan limbah lumpur berminyak menunjukkan penurunan total petroleum hydrocarbon (TPH) dari 58 882 ppm menjadi 6 652 ppm dalam waktu 6 minggu. Dalam konsorsium tersebut terdapat 2 koloni bakteri yang dominan, yaitu Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865.

Karakteristik minyak bumi yang tidak larut dalam air dan terjerap pada partikel tanah dapat mengurangi bioavailabilitasnya terhadap bakteri sehingga menjadi faktor pembatas laju biodegradasi karena di lain pihak aktivitas bakteri dalam biodegradasi berlangsung pada antar muka air-minyak dalam larutan tanah (Atlas 1981; Volkering et al. 1995; Tiehm & Stieber 2001; Wick et al. 2001). Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut dengan mengaplikasikan surfaktan,

molekul yang mempunyai bagian hidrofilik dan hidrofobik yang mampu menurunkan tegangan antar muka air dan minyak (Volkering et al. 1995; Tiehm & Stieber 2001). Penggunaan surfaktan bersama dengan inokulasi bakteri terpilih telah diketahui dapat meningkatkan proses biodegradasi. Surfaktan, melalui proses dispersi, dapat meningkatkan kelarutan minyak dalam fase cairan sehingga permukaan minyak yang dapat didegradasi oleh bakteri bertambah (Van Dyke et al. 1991; Tiehm 1994; Liu et al. 1995;

Udiharto et al. 1995; Thibault et al. 1996; Sabagh & Atta 1999).

Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menguji kemampuan Bacillus sp. galur

ICBB 7859 dan ICBB 7865 yang diisolasi dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah dengan penambahan surfaktan dalam mendegradasi hidrokarbon minyak bumi.

Hipotesis Penelitian

Hipotesis dalam penelitian ini adalah inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 yang diisolasi dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah dengan penambahan surfaktan dapat meningkatkan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi.

Manfaat Penelitian

Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 serta penambahan surfaktan dapat dimanfaatkan dalam penanganan limbah dan rehabilitasi lingkungan yang tercemar hidrokarbon minyak bumi.

TINJAUAN PUSTAKA

Karakteristik Minyak Bumi

Minyak Bumi dan Pengilangan Minyak Bumi

Minyak bumi merupakan campuran kompleks hidrokarbon padat, cair dan gas yang merupakan hasil akhir penguraian bahan-bahan hewani dan nabati yang telah terpendam dalam kerak bumi dalam waktu lama dan mengandung sedikit senyawa nitrogen dan belerang (Atlas & Bartha 1981; Keenan et al. 1993). Minyak bumi yang dihasilkan di Indonesia bervariasi jenisnya dari ringan encer yang berwarna kecoklatan dan mengandung bagian-bagian ringan yang mudah disuling sampai pada jenis kental yang merupakan substansi setengah padat berwarna kehitaman dengan sedikit mengandung bagian ringan (Kontawa 1993). Menurut Keenan et al. (1993) pengilangan minyak bumi merupakan pemisahan senyawa organik seperti adanya di alam dan pengolahan beberapa diantaranya menjadi senyawa organik lain melalui pemisahan minyak kasar dengan penyulingan bertingkat menjadi kelompok-kelompok dengan interval titik didih yang berlainan. Hasil pengolahan minyak bumi dan kegunaannya disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1 Hasil pengolahan minyak bumi dan kegunaannya

No. Hasil Interval Ukuran Molekul Interval Titik Didih (C) Penggunaan

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Gas Eter petroleum Bensin Minyak tanah Minyak diesel Minyak pelumas Lilin parafin Aspal

C1-C5 C5-C7 C5-C12 C12-C16 C15-C18 > C16 > C20

-

-164-30 30-90

30-200 175-275 250-400

> 350 52-57

Residu

Bahan bakar gas Pelarut; binatu kimia (dry cleaning) Bahan bakar motor Minyak lampu; minyak kompor Bahan bakar mesin diesel Pelumasan Lilin; korek api Pelapis jalan

Sumber: Keenan et al. (1993).

Sifat Fisik Minyak Bumi

Hidrokarbon minyak bumi tidak larut atau hanya sedikit sekali larut dalam air tetapi sangat larut dalam pelarut non-polar (Keenan et al. 1993). Menurut Koesoemadinata (1980) dan Speight (1980) secara umum sifat-sifat fisik minyak bumi terdiri atas bobot jenis, titik didih, titik nyala dan nilai kalori (Tabel 2).

Tabel 2 Sifat fisik minyak bumi No. Sifat Fisik Keterangan 1.

2.

3.

4.

Bobot jenis

Titik didih

Titik nyala

Nilai kalori

Bobot jenis (specific gravity) adalah sifat fisik minyak bumi yang penting dan mempunyai nilai dalam perdagangan. Bobot jenis minyak bumi dinyatakan dalam derajat API (American Petroleum Institute) atau API gravity yang menunjukkan kualitas minyak bumi tersebut. Semakin kecil bobot jenisnya atau semakin tinggi derajat API maka minyak bumi itu memiliki nilai jual tinggi karena banyak mengandung bensin. Bobot jenis minyak bumi tergantung pada suhu dimana semakin tinggi suhu maka semakin rendah bobot jenisnya.

Titik didih (boiling point) minyak bumi berbeda-beda sesuai dengan derajat API-nya. Jika derajat API rendah maka titik didihnya tinggi karena minyak bumi tersebut banyak mengandung fraksi berat. Jika derajat API tinggi maka titik didihnya rendah dan lebih banyak mengandung fraksi ringan (bensin). Titik didih mempunyai arti penting untuk transportasi minyak bumi sehingga proses pembekuan dapat dicegah.

Titik nyala (flash point) adalah suhu dimana minyak bumi dapat terbakar karena suatu percikan api. Semakin tinggi derajat API maka titik didih dan titik nyalanya semakin rendah sehingga mudah terbakar karena percikan api. Titik nyala mempunyai arti sangat penting karena semakin rendah akan semakin berbahaya.

Nilai kalori (heat of combustion) adalah jumlah kalori yang ditimbulkan oleh 1 g minyak bumi yaitu dengan meningkatkan suhu 1 g air dari 3.5 C sampai 4.5 C. Terdapat hubungan antara bobot jenis dan nilai kalori yaitu bobot jenis minyak bumi antara 0.9 sampai 0.95 memberikan nilai kalori sebesar 10 000-10 500 kal/g. Pada umumnya minyak bumi mempunyai nilai kalori 10 000-10 800 kal/g.

Sumber: Koesoemadinata (1980) dan Speight (1980).

Sifat Kimia Minyak Bumi

Minyak bumi tersusun dari senyawa hidrokarbon (> 90%) dan senyawa non-hidrokarbon (Udiharto 1996a). Berdasarkan struktur molekulnya persenyawaan hidrokarbon digolongkan atas 4 jenis, yaitu parafin, olefin, naftalen dan aromatik (Kontawa 1993). Senyawa non-hidrokarbon minyak bumi disusun oleh senyawa organik yang mengandung belerang, nitrogen, oksigen dan logam organik yang terkonsentrasi dalam minyak fraksi berat dan residu (Udiharto 1996a). Menurut Kadarwati et al. (1994) hidrokarbon parafinik atau alifatik adalah senyawa hidrokarbon yang mempunyai rantai karbon dengan ikatan jenuh dan terbuka. Hidrokarbon naftenik atau sikloparafin adalah senyawa hidrokarbon dengan ikatan jenuh yang mempunyai rantai tertutup atau berbentuk cincin atau lingkar. Hidrokarbon aromatik merupakan senyawa hidrokarbon dengan molekul berbentuk cincin yang terdiri atas 6 atom karbon dengan ikatan rangkap bergantian.

Suatu persenyawaan hidrokarbon berbeda dari persenyawaan hidrokarbon lainnya karena perbedaan perbandingan bobot unsur-unsur karbon

dan hidrogen yang terdapat di dalamnya atau perbedaan susunan unsur-unsur karbon dan hidrogen di dalam molekul-molekul persenyawaan tersebut (Kontawa 1993).

Pencemaran Tanah oleh Minyak Bumi

Menurut Bossert dan Bartha (1984) jenis dan asal pencemaran minyak bumi di tanah dapat terjadi melalui beberapa hal berikut, yaitu rembesan limbah alam berupa minyak dan gas bumi, kecelakaan yang mengakibatkan rembesan atau tumpahan minyak dan pembuangan limbah minyak.

Rembesan Limbah Alam

Pelengkungan formasi geologi dapat menyebabkan minyak bumi meresap melalui celah-celah bebatuan menuju ke permukaan bumi walaupun tanpa proses pengeboran. Jumlahnya diperkirakan 600 000 ton per tahun akan masuk ke perairan dan pada lingkungan terestrial sekitar 245 000 ton minyak bumi tersebut akan terombak oleh aktivitas mikroorganisme. Selain itu, perombakan juga terjadi pada reservoir di dalam tanah dimana oksigen dan nutrisi mineral tersedia melalui infiltrasi. Melalui proses tersebut diperkirakan 10% deposit minyak hancur.

Rembesan dan Tumpahan Minyak Bumi Akibat Kecelakaan

Pada skala besar kecelakaan terjadi pada sumur-sumur bor minyak bumi dan pecahnya pipa-pipa pengangkutan minyak sedangkan pada skala kecil sering terjadi pada proses pengangkutan dengan mobil-mobil tanker dan bocornya katup atau kran-kran kilang minyak.

Pembuangan Limbah Minyak Bumi

Pembuangan limbah minyak dari pabrik pemurnian minyak bumi, dasar tanki penyimpanan dan operasi pembersihan tumpahan minyak akan menghasilkan lumpur berminyak (oil sludge) dimana faktor teknologi dan ekonomi sering menjadi kendala dalam penanganannya. Selain itu, pemanfaatan limbah minyak melalui penyemprotan ke jalan untuk menahan debu dan mengokohkan konstruksi pinggiran jalan dari erosi dengan cara mencampur aspal dan jerami dapat menyebabkan pencemaran air tanah karena terjadi rembesan minyak.

Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Manusia, Tumbuhan dan Hewan

Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Manusia

Menurut Udiharto (2000) tingkat toksisitas hidrokarbon minyak bumi dapat bersifat akut atau kronik. Toksisitas akut terjadi dalam jangka waktu yang relatif pendek dengan bahan yang berkontak di lingkungan cukup tinggi sedangkan toksisitas kronik terjadi dalam jangka waktu lama dengan bahan yang berkontak relatif lebih rendah. Pengaruh toksik akut pada umumnya menyerang sistem syaraf pusat. Sifat toksik yang kronik dapat mempengaruhi kerusakan sel sumsum tulang dan menyebabkan penyakit kanker.

Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Tumbuhan

Menurut Bossert dan Bartha (1984) tumpahan minyak bumi di permukaan tanah memberikan pengaruh negatif terhadap tumbuhan, yaitu toksisitas akibat kontak langsung atau tidak langsung karena adanya interaksi minyak dengan komponen abiotik dan mikroorganisme tanah.

Toksisitas kontak terjadi karena hidrokarbon melarutkan struktur membran lipid sel. Walaupun komponen minyak bumi bertitik didih rendah cepat hilang melalui evaporasi dan pencucian (pada tanah dengan kondisi lembab dan beraerasi baik), tetapi menyebabkan toksisitas kontak yang tinggi terhadap akar dan daun. Tingkatan toksisitas sebagai berikut: monoaromatik > olefin dan naftalen > parafin dimana setiap tingkatan berbanding lurus dengan peningkatan polaritas dan berbanding terbalik dengan penambahan bobot molekul (Bossert & Bartha 1984). Mason (1996) menyebutkan tumpahan minyak dapat menghambat laju fotosintesis karena mempengaruhi permeabilitas membran sel dan mengurangi penyerapan cahaya matahari oleh kloroplas. Pengaruh tidak langsung terjadi karena adanya kompetisi penggunaan nutrisi mineral dan oksigen antara akar tumbuhan dan mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon dan mendorong terbentuknya kondisi anaerobik sehingga dihasilkan senyawa fitotoksik seperti H2S. Selain itu, minyak dengan sifatnya yang hidrofobik dapat menyebabkan struktur tanah menjadi buruk sehingga membatasi kemampuannya dalam menyerap air dan udara (Bossert & Bartha 1984).

Kontaminasi hidrokarbon minyak bumi di permukaan tanah menyebabkan terhambatnya perkembangan tumbuhan. Mishra et al. (2001) melaporkan di

lokasi kilang minyak Mathura-India yang tercemar limbah minyak tidak ada vegetasi yang tumbuh. Bossert dan Bartha (1984) menyebutkan bahwa tanaman umbi-umbian seperti ubi jalar dan singkong sangat sensitif terhadap hidrokarbon minyak bumi sedangkan mangga, pisang dan tanaman yang mempunyai rhizoma lebih mampu beradaptasi. Konsentrasi hidrokarbon minyak bumi dalam jumlah sedang (1-5%) di atas permukaan tanah umumnya kurang merusak terhadap tumbuhan. Konsentrasi yang rendah (< 1%) kadang-kadang meningkatkan perkembangan tumbuhan. Hal ini mungkin disebabkan adanya bagian dari komponen hidrokarbon minyak bumi yang berfungsi sebagai hormon tumbuh (Bossert & Bartha 1984).

Pengaruh Pencemaran Minyak Bumi Terhadap Hewan

Inverterbrata tanah mempunyai kandungan lipid yang tinggi dan laju metabolisme yang cepat sehingga sangat sensitif terhadap toksisitas kontak dari minyak bertitik didih rendah. Hidrokarbon dengan titik didih yang lebih tinggi dan kurang fitotoksisitasnya dapat menyumbat stomata mikroartropoda sehingga menghambat proses respirasi. Hal tersebut dijadikan dasar dalam mengendalikan larva nyamuk dengan menggunakan minyak (Bossert & Bartha 1984). Amfibi lebih mudah terkena dampak negatif dari minyak karena kulitnya yang permeabel. Pada percobaan dengan menggunakan beberapa konsentrasi minyak, telur dapat menetas menjadi berudu tanpa dipengaruhi oleh konsentrasi minyak. Tetapi, perkembangan berudu terhambat pada konsentrasi minyak yang tinggi bahkan pada konsentrasi > 100 mg/l tidak ada berudu yang mengalami metamorfosa menjadi katak dewasa (Mason 1996). Tumpahan minyak bumi menyebabkan terganggunya perkembangbiakan burung karena lingkungan menjadi tidak sesuai untuk penetasan telur dan terdapatnya unsur beracun. Beberapa percobaan menunjukkan bahwa minyak yang diberikan pada kulit telur mallard (Anas platyrhynchos) menyebabkan telur tidak menetas karena terdapat komponen aromatik yang toksik bagi telur. Pada dosis 10 l, embrio menjadi abnormal yang ditandai dengan berubahnya bentuk paruh, susunan tulang dan bulu burung yang tidak lengkap (Mason 1996).

Dinamika Tumpahan Minyak Bumi di Tanah

Penyebaran

Penyebaran tumpahan minyak bumi di permukaan tanah ditentukan oleh beberapa faktor utama diantaranya volume tumpahan, kekentalan minyak, kontur lahan dan porositas tanah sedangkan beberapa faktor lain seperti tanaman penutup dan keadaan cuaca juga ikut menentukan penyebarannya. Penyebaran minyak secara horizontal menambah luasan lahan yang tercemar sedangkan pergerakan secara vertikal menyebabkan terkontaminasinya air tanah (Gambar 1) (Raisbeck & Mohtadi 1974; Somers 1974; MacKay & Mohtadi 1975; Van Loocke et al. 1975; McGill et al. 1981).

Gambar 1 Penyebaran tumpahan minyak di permukaan tanah (Bossert & Bartha 1984).

Penguapan

Menurut McGill et al. (1981) sebesar 20-40% minyak bumi akan mengalami proses penguapan dari tanah tercemar. Besarnya penguapan tergantung dari suhu, permukaan yang impermeabel dan vegetasi. Penguapan tertinggi terjadi bila kondisi kelembaban tanah rendah dan suhu lingkungan tinggi. Penguapan terjadi pada senyawa-senyawa hidrokarbon dengan bobot molekul rendah. Penguapan tidak berlangsung terus-menerus karena dalam minyak bumi terdapat senyawa hidrokarbon yang mempunyai bobot molekul lebih tinggi. Hidrokarbon dengan bobot molekul kurang dari C15 (titik didih < 250 C) lebih mudah menguap, antara C15-C25 (titik didih 250-400 C) menguap lebih lambat sedangkan lebih besar dari C25 sulit menguap (Mulyono 1989).

Pencucian

Pencucian hidrokarbon minyak bumi pada permukaan dan air tanah ditentukan oleh kelarutan minyak dalam fase cairan, tekstur tanah dan kuantitas-intensitas air hujan. Francke dan Clark (1974) melaporkan hanya 1.6% minyak hilang karena pencucian setelah hujan lebat pada minggu pertama percobaan.

Degradasi Secara Fotooksidasi

Tumpahan minyak bumi di atas permukaan impermeabel atau bebatuan akan mengalami degradasi secara fotooksidasi. Senyawa logam organik bertindak sebagai katalisator sedangkan senyawa mengandung sulfur menghambat proses tersebut. Proses fotooksidasi berjalan efektif oleh cahaya ultraviolet pada panjang gelombang < 400 nm (Clark & MacLeod 1977). Atlas dan Bartha (1981) menyebutkan tumpahan minyak yang terpapar sinar matahari selama 8 jam terdegradasi 0.2 ton per km2. Menurut Floodgate (1984) produk yang dihasilkan melalui fotooksidasi lebih mudah larut dan peka terhadap serangan mikroorganisme tetapi jika terjadi reaksi polimerasi akan terbentuk senyawa rekalsitran yang lebih tahan.

Bioremediasi Minyak Bumi

Bioremediasi merupakan bagian dari bioteknologi lingkungan yang memanfaatkan proses alami biodegradasi dengan menggunakan aktivitas mikroorganisme yang dapat memulihkan tanah, air dan sedimen dari kontaminasi terutama senyawa organik (Yani et al. 2003). Jenis-jenis teknologi bioremediasi disajikan pada Tabel 3.

Teknologi bioremediasi pada umumnya dapat dibedakan menjadi teknologi ex situ dan in situ. Teknologi ex situ adalah pengolahan yang mencakup pemindahan bahan yang terkontaminasi atau buangan limbah ke tempat lain untuk diolah lebih lanjut. Sebaliknya teknologi in situ mencakup pengolahan bahan yang terkontaminasi atau buangan limbah yang dilakukan tanpa memindahkan bahan-bahan tersebut ke tempat lain (Kadarwati et al. 1996).

Bioremediasi dapat mengatasi masalah-masalah yang tidak teratasi dengan cara-cara konvensional seperti secara mekanik, fisika dan proses kimia. Bioremediasi diharapkan dapat membersihkan lingkungan yang terkontaminasi

oleh campuran kompleks dari senyawa-senyawa organik seperti limbah kilang minyak (Kadarwati et al. 1996).

Tabel 3. Jenis-jenis teknologi bioremediasi No. Jenis Proses 1. Biostimulasi Penggunaan nutrien atau substrat seperti pupuk dan suplemen

pertumbuhan untuk menstimulasi mikroorganisme yang dapat melakukan bioremediasi.

2. Bioaugmentasi Penambahan kultur bakteri atau enzim pada media yang terkontaminasi.

3. Biofilter Memisahkan gas organik dengan melewatkan udara melalui kompos atau tanah yang mengandung mikroorganisme yang mampu mendegradasi gas. Teknik ini digunakan untuk memisahkan komponen volatil (VOCs) dari udara.

4. Bioreaktor Penanganan terhadap bahan yang terkontaminasi pada tanki besar yang mengandung organisme atau enzim.

5. Bioventing Teknik yang mirip dengan biostimulasi. Teknik ini dilakukan dengan menyemburkan oksigen ke dalam tanah untuk menstimulasi pertumbuhan mikroorganisme.

6. Pengomposan Teknik ini dilakukan dengan mencampur bahan terkontaminasi dengan kompos yang mengandung mikroorganisme bioremediasi. Campuran diinkubasi pada kondisi aerobik dan hangat.

7. Landfarming Penggunaan teknik farming tilling dan soil amandement untuk mendorong pertumbuhan mikroorganisme bioremediasi di lokasi terkontaminasi.

Sumber: Yani et al. (2003).

Ide yang mendasari bioremediasi adalah semua mikroorganisme mampu mengkonsumsi substrat dari alam untuk pertumbuhan dan metabolismenya. Bakteri, protista dan jamur sangat baik digunakan untuk mendegradasi molekul kompleks dengan memasukkan bahan tersebut ke dalam metabolismenya. Kemampuan untuk mendegradasi tergantung pada enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme. Minyak bumi dapat didegradasi oleh mikroorganisme karena kemampuannya menghasilkan enzim yang selektif terhadap minyak sebagai substratnya (Yani et al. 2003). Menurut Wisjnuprapto (1996) bioremediasi mempunyai keuntungan dan kerugian yang harus dipertimbangkan. Dua keuntungan utama adalah biaya investasi yang rendah (Tabel 4) dan efektif dalam mengolah polutan sampai pada tingkat yang dapat diterima oleh lingkungan. Kerugiannya adalah dalam hal perancangan dan operasi karena dengan bioremediasi sistemnya harus dikelola dengan sangat baik. Tetapi hal ini seimbang dengan biaya investasi yang rendah. Masalah lain adalah kemungkinan adanya hasil samping yang tidak dikenal yang dapat tersebar tanpa terdeteksi selama proses bioremediasi. Pemantauan lapangan, adanya pengetahuan tentang produk degradasi dan studi tentang pengolahan yang cukup memadai akan memberikan informasi untuk mencegah penyebaran hasil samping yang tidak diinginkan.

Tabel 4. Biaya pengolahan oil sludge pada berbagai metode bioremediasi Biaya/m3 Metode Pound Sterling US Dollar

Landfill Inggris Amerika Serikat

25-120 100-200

35-171 143-286

Thermal Ex situ In situ

100-500 75-300

143-715 107-429

Soil washing 35-100 50-72 Bioremediation 5-75 7-107

Sumber: Mursida (2002).

Penerapan bioremediasi sebagai teknik pengolahan limbah sudah semakin berkembang terutama karena alasan biaya operasional yang relatif murah dibandingkan dengan teknologi lain. PT Caltex Pacific Indonesia, Exxon Mobil Oil, Unocol, Vico dan Total telah menerapkan teknologi ini (Edvantoro 2003). Di PT Caltex Pacific Indonesia, bioremediasi dengan mengoptimalkan kondisi tanah untuk pertumbuhan bakteri indigenous menghasilkan konsentrasi TPH 1% dalam waktu 4 bulan (PT Caltex Pacific Indonesia 2003). Menurut Edvantoro (2003) pengolahan limbah menggunakan teknik bioremediasi pada prinsipnya dapat diterapkan di Indonesia selama pelaksanaan kegiatan pengolahannya memenuhi persyaratan teknis dan aman bagi lingkungan. Konsentrasi TPH akhir yang diperkenankan pada pengolahan limbah minyak bumi melalui teknik bioremediasi adalah 10 000 ppm.

Mikroorganisme Pendegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi

Keberhasilan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi tergantung kepada aktivitas mikroorganisme dan kondisi lingkungannya. Menurut Kadarwati et al. (1994) mikroorganisme yang banyak hidup dan berperan di lingkungan hidrokarbon minyak bumi sebagian besar adalah bakteri. Bakteri yang sesuai harus mempunyai kemampuan fisiologi dan metabolik untuk mendegradasi bahan pencemar (Udiharto et al. 2000). Menurut Miller (1995) bakteri mampu beradaptasi pada lingkungan hidrokarbon melalui beberapa cara, yaitu: (i) pembentukan bagian hidrofobik pada dinding sel sehingga meningkatkan afinitas sel terhadap hidrokarbon, (ii) dihasilkannya surfaktan ektraselular yang dapat meningkatkan kelarutan hidrokarbon dan (iii) modifikasi intraselular membran sitoplasmik yang dapat mengurangi toksisitas hidrokarbon terhadap bakteri.

Dalam beberapa hal, lingkungan yang akan dilakukan bioremediasi sudah terdapat bakteri indigenous tetapi untuk mendapatkan hasil yang lebih baik perlu ditambahkan bakteri eksogenous yang lebih sesuai (Noegroho 1999). Mishra et

al. (2001) menyatakan jika jumlah bakteri indigenous kurang dari 105 SPK/g tanah maka biodegradasi tidak berjalan maksimal sehingga perlu dilakukan penambahan bakteri eksogenous.

Atlas (1981) melaporkan sejumlah mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon minyak bumi, yaitu: (i) Bakteri: Pseudomonas, Achromobacter, Arthrobacter, Michrococcus, Nocardia, Vibrio, Acinetobacter, Brevibacterium, Corynebacterium, Flavobacterium, Leucothrix, Rhizobium, Spirillum, Alcaligenes, Xanthomonas, Cytophaga, Thermomicrobium dan Klebbsiella; (ii) Khamir: Candida, Rhodotorulla, Aurobasidium, Rhodosporidium, Saccharomyces, Sporobolomyces, Trichosporon dan Cladosprium; (iii) Fungi: Penicillium, Cunninghamella, Verticillium spp., Aspergillus, Mucoterales, Monilales, Graphium, Fusarium, Trichoderma, Acremonium, Mortierella, Gliocladium dan Sphaeropsidales; (iv) Algae: Protopheca dan (v) Cyanobacteria: Mierocoleus sp., Anabaena spp., Agmenellum sp., Coccochloris sp., Nostoc sp., Chlorella spp., Dunaalella sp., Ulva sp., Amphora sp., Chlamydomonas sp., Cylindretheca dan Petalonia.

Walker et al. (1975) melaporkan kemampuan alga (Protopheca zopfii) dalam mendegradasi minyak. Pada minyak motor senyawa aromatik terdegradasi lebih besar daripada senyawa hidrokarbon jenuh sedangkan pada minyak mentah senyawa hidrokarbon jenuh terdegradasi lebih besar daripada aromatik. Oetomo (1997) mengisolasi bakteri perombak hidrokarbon minyak bumi dari lingkungan laut Tanjung Priok yang tercemar minyak, yaitu Pseudomonas sp., Bacillus sp., Nocardia sp., Staphylocuccus sp., Vibrio sp. dan Mycobacterium sp. Pseudomonas sp. mempunyai kemampuan tertinggi dalam mendegradasi minyak bumi baik pada media air laut maupun air tawar.

Masitho (1999) mengisolasi Bacillus sp., Acinetobacter sp. 1 dan Acinetobacter sp. 2 dari ekosistem mangrove. Acinetobacter sp. 1 dapat mendegradasi hidrokarbon minyak bumi lebih baik dari kedua isolat lainnya.

Saidi et al. (1999) mengisolasi bakteri perombak minyak bumi dan solar dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah, yaitu Brevibacillus thuringiensis (Ah41-Ms1), Bacillus fusiformis (Pr61-Ms1), Bacillus fusiformis (Si201-Ms1), Klebsiella planticola (Bb171-Mb2), Bacillus thrungiensis (Si191-Mb1) dan Brevibacillus chossihinensis (Nn311-Mb2). Hasil pengujian bakteri terpilih pada media minimal cair setelah 10 hari inkubasi dapat meningkatkan produksi CO2-C

dan biodegradasi minyak serta menurunkan pH dan bobot minyak dimana nilai tertinggi ditunjukkan Bacillus fusiformis (Si201-Ms1) dan Bacillus fusiformis (Pr61-Ms1). Hasil pengujian bakteri terpilih pada tanah entisol yang ditambahkan minyak bumi dan solar dapat menurunkan pH, bobot minyak dan konsentrasi fenol dan meningkatkan produksi CO2-C serta biodegradasi minyak bumi. Mishra et al. (2001) melaporkan pengaruh inokulasi bakteri dalam proses bioremediasi in situ tanah terkontaminasi oil sludge dimana populasi bakteri indigenous rendah (103-104 SPK/g tanah). Plot A dan B diberi perlakuan inokulasi bakteri dan nutrisi. Hasilnya terjadi perombakan TPH sebesar 92% dan 82.7% selama 1 tahun sedangkan plot C sebagai kontrol hanya 14%. Pada akhir percobaan terjadi peningkatan daya memegang air dari 59 4% menjadi 71 3% karena telah terjadi penurunan konsentrasi minyak di dalam tanah. Tidak ada vegetasi yang tumbuh pada lahan tersebut tetapi 3 bulan setelah inokulasi mulai terlihat adanya vegetasi sejalan dengan meningkatnya kemampuan tanah memegang air.

Mekanisme Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi

Bakteri menggunakan hidrokarbon minyak bumi sebagai sumber karbon dan energi (Atlas 1981; Udiharto 1996a). Proses biodegradasi hidrokarbon minyak bumi akan menghasilkan CO2, H2O dan biomassa sel (Bossert & Bartha 1984).

Menurut Udiharto et al. (1995) selama aktivitas berlangsung bakteri mengeluarkan metabolit-metabolit ke dalam media berupa asam, surfaktan dan gas yang dapat mempengaruhi lingkungannya diantaranya asam menurunkan pH dan surfaktan menurunkan tegangan antar muka media. Penurunan tegangan antar muka media menyebabkan minyak terdispersi dan memperbesar kontak permukaan antara bakteri dan minyak sehingga akan terjadi peningkatan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi. Selain itu, biomassa yang dihasilkan merupakan akumulasi massa sel yang sebagian besar tersusun oleh protein. Protein dapat meningkatkan kesuburan tanah tercemar karena merupakan sumber pupuk nitrogen bagi lahan yang mendapatkannya. Sebelum biodegradasi berlangsung, hidrokarbon minyak bumi akan masuk ke dalam sitoplasma bakteri. Ada dua teori mekanisme masuknya hidrokarbon ke dalam sitoplasma. Pertama, hidrokarbon menjadi mudah larut

dan yang kedua terjadi adhesi antara butiran hidrokarbon dengan cairan dalam sel (Higgins & Gillbert 1977).

Proses selanjutnya, bakteri memproduksi enzim yang dapat mendegradasi hidrokarbon minyak bumi. Enzim mendegradasi senyawa tersebut dengan cara mengeksploitasi kebutuhan bakteri akan energi (Wisjnuprapto 1996). Menurut Kadarwati et al. (1994) dalam pertumbuhannya bakteri akan mengeluarkan enzim yang akan bergabung dengan substansi membentuk senyawa kompleks enzim-substansi, kemudian terurai menjadi produk lain. Enzim tidak habis dalam reaksi tersebut tetapi dilepaskan kembali untuk reaksi selanjutnya dengan substansi lainnya. Proses ini terjadi berulang-ulang sampai semua substansi yang tersedia terpakai.

Bentuk-bentuk penggunaan hidrokarbon minyak bumi oleh bakteri disajikan dalam Gambar 2.

Gambar 2 Penggunaan hidrokarbon minyak bumi oleh bakteri: (A) penggunaan hidrokarbon terlarut, (B) kontak langsung bakteri dengan hidrokarbon pada antar muka air-minyak, (C) kontak langsung bakteri dengan butiran-butiran hidrokarbon yang terdispersi dalam larutan dan (D) peningkatan kelarutan hidrokarbon karena dihasilkan biosurfaktan (Miller 1995).

Tingkat kemudahan hidrokarbon minyak bumi didegradasi oleh bakteri tergantung kepada struktur dan bobot molekulnya (Atlas 1989). Secara umum kemampuan biodegradasi naik dengan kenaikan panjang rantai (Kadarwati et al. 1996). Selama proses biodegradasi terjadi perombakan fraksi parafinik, naftenik dan aromatik. Parafinik merupakan fraksi yang paling mudah didegradasi sedangkan naftenik dan aromatik lebih sulit (Leahly & Colwell 1990).

Menurut Udiharto (1996a) kemampuan bakteri mendegradasi hidrokarbon minyak bumi berbeda-beda. Panjang rantai optimum untuk didegradasi antara 10-20 rantai karbon. Hidrokarbon dengan panjang rantai kurang dari 9 sulit didegradasi karena senyawa ini bersifat toksik tetapi beberapa bakteri tertentu (methanotrop) dapat mendegradasinya. Beberapa hasil percobaan menunjukkan bahwa: (i) hidrokarbon alifatik umumnya mudah didegradasi daripada aromatik,

(ii) hidrokarbon alifatik rantai lurus umumnya lebih mudah terdegradasi daripada rantai cabang. Introduksi cabang ke molekul hidrokarbon menghambat proses biodegradasi, (iii) hidrokarbon jenuh lebih mudah terdegradasi daripada yang tidak jenuh. Adanya ikatan dobel atau tripel antar karbon menghambat proses biodegradasi dan (iv) hidrokarbon alifatik rantai panjang lebih mudah didegradasi daripada rantai pendek.

Faktor Lingkungan yang Mempengaruhi Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi

Biodegradasi hidrokarbon minyak bumi merupakan proses yang kompleks dan tergantung kepada karakteristik minyak, komunitas mikroorganisme dan kondisi lingkungan (Rahayu & Noegroho 1999). Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi biodegradasi hidrokarbon minyak bumi yaitu: kadar air, suhu, oksigen, pH dan nutrisi yang tersedia (Atlas 1981; Cooney 1984; Skladany & Metting 1993; Kadarwati et al. 1994; Udiharto 1996a; Wisjnuprapto 1996).

Kadar Air

Kadar air sangat penting untuk proses metabolik bakteri pada limbah minyak karena bakteri hidup aktif pada antar muka minyak-air (Atlas 1981; Udiharto 1996a). Menurut Dibble dan Bartha (1979) kelembaban optimum untuk biodegradasi minyak di lingkungan tanah adalah 30-90% kapasitas penyangga air. Kelembaban yang terlalu rendah menyebabkan tanah menjadi kering sedangkan terlalu tinggi akan mengurangi penyediaan oksigen.

Suhu

Suhu lingkungan mempengaruhi kemampuan bakteri dalam mendegradasi hidrokarbon minyak bumi (Atlas 1975). Skladany dan Metting (1993) menyatakan bahwa suhu mempengaruhi reaksi-reaksi biokimia. Menurut Atlas (1981) biodegradasi minyak bumi berlangsung pada kisaran suhu yang luas tetapi tidak selalu menjadi faktor utama yang membatasi biodegradasi jika faktor lingkungan lain baik. Menurut Udiharto (1996a) berdasarkan suhu lingkungannya bakteri dapat digolongkan menjadi 3 kelompok, yaitu: (i) psikrofilik memerlukan suhu optimum antara 5-15 C, (ii) mesofilik memerlukan suhu optimum antara 25-40 C dan (iii) thermofilik memerlukan suhu optimum antara 45-60 C.

Proses bioremediasi umumnya menggunakan bakteri mesofilik sedangkan kelompok lain dapat digunakan pada kondisi khusus seperti

Corynebacterium yang diisolasi dari tanah di antartika yang tercemar minyak dapat aktif mendegradasi pada suhu 1 C. Bacillus stearothermophillus dapat tumbuh dan berkembang biak dalam medium thermofil (55 C) dengan minyak bumi sebagai sumber karbonnya (Udiharto 1993). Suhu optimum untuk mendapatkan laju biodegradasi yang tinggi antara 30-40 C (Huddleston & Cresswell 1976). Zo Bell (1969) mengemukakan bahwa laju biodegradasi lebih tinggi terjadi pada suhu 25 C daripada 5 C. Hasil penelitian Atlas (1975) menunjukkan bahwa senyawa parafin bercabang seperti pristan dapat didegradasi oleh bakteri pada suhu 10 C dan 20 C.

Oksigen

Biodegradasi hidrokarbon minyak bumi membutuhkan oksigen sebagai akseptor elektron karena dasar proses biodegradasi adalah oksidasi (Cooney 1984). Kekurangan oksigen menyebabkan biodegradasi menurun tajam. Idealnya 1 g oksigen digunakan untuk mendegradasi 3.5 g minyak bumi (Zo Bell 1969; Floodgate 1979).

Oksigen dapat disuplai melalui pengadukan tanah secara berkala atau dialirkan melalui pipa-pipa (Bewley 1996). Selain itu, Atlas (1981) menyatakan bahwa bioturbasi tanah oleh cacing dapat meningkatkan laju biodegradasi melalui penambahan ruang pori udara.

pH Tanah

pH tanah mempengaruhi laju biodegradasi baik secara langsung atau tidak langsung. Bakteri umumnya tumbuh dengan baik pada pH 6.0-8.0 (Udiharto 1996a). Secara tidak langsung mempengaruhi naik atau turunnya ketersediaan nutrisi khususnya fosfor (Bewley 1996). Menurut Dibble dan Bartha (1979) pH optimum untuk biodegradasi hidrokarbon minyak bumi oleh bakteri adalah 7.5-7.8 sedangkan fungi umumnya lebih toleran terhadap kondisi asam. Verstraete et al. (1976) melaporkan bahwa peningkatan pH dari 4.5 menjadi 7.4 pada tanah podsolik masam dapat meningkatkan biodegradasi senyawa alkana dan aromatik.

Ketersediaan Nutrisi

Minyak bumi sebagian besar terdiri atas campuran karbon dan hidrogen. Tumpahan minyak bumi menyebabkan terjadinya ketidakseimbangan rasio C:N pada area tumpahan. Menurut Koren et al. (2003) biodegradasi hidrokarbon

minyak bumi pada umumnya dibatasi oleh ketersediaan nitrogen. Jobson et al. (1974) menyatakan agar pertumbuhan bakteri tidak terhambat diperlukan sekitar 10 bagian karbon untuk setiap satu bagian nitrogen. Jika rasio C:N besar, misalnya 100:1 atau 1000:1, maka pertumbuhan bakteri dan pemanfaatan karbon akan terhambat. Adanya defesiensi nitrogen di areal tumpahan minyak akan diikuti oleh defesiensi fosfor yang juga merupakan faktor pembatas laju degradasi. Untuk memperbaiki ketidakseimbangan nutrisi yang disebabkan oleh jumlah karbon yang melimpah maka penambahan pupuk yang mengandung nitrogen dan fosfor perlu dilakukan.

Menurut Bragg et al. (1993) nitrogen merupakan unsur pokok protein dan asam nukleat yang berperan dalam pertumbuhan, perbanyakan dan pembentukan dinding sel. Fosfor merupakan komponen utama asam nukleat dan lemak sel membran yang berperan dalam proses pemindahan energi secara biologi. Dibble dan Bartha (1979) melaporkan C:N rasio 60:1 dan C:P rasio 800:1 merupakan rasio optimal kebutuhan bakteri dalam mendegradasi hidrokarbon minyak bumi. API (1980) merekomendasikan jumlah pupuk N dan P yang digunakan sebesar 500 kg N dan 50 kg P per 100 ton hidrokarbon minyak bumi dengan mempertimbangkan biaya dan keamanan lingkungan dari pengaruh penggunaan dosis pupuk tinggi yang dapat mencemari air tanah. Jobson et al. (1974) melaporkan penambahan 600 kg N per ha tidak hanya meningkatkan jumlah kultur campuran Flavobacterium dan Cytophaga sp. tetapi juga meningkatkan laju biodegradasi minyak.

Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah

Santosa et al. (2000) menyatakan bahwa ekosistem air hitam Kalimantan Tengah menyimpan potensi bakteri yang dapat digunakan untuk bioremediasi. Ekosistem ini merupakan pengembangan istilah dari sungai, danau dan rawa yang memiliki warna air hitam jernih, tidak berbau, terbentuk melalui proses alamiah yang berlangsung selama ribuan tahun, kaya akan bahan organik dan dipengaruhi baik langsung maupun tidak langsung oleh lahan gambut. Ekosistem air hitam tidak hanya penting karena jenis flora dan faunanya tetapi juga mikroorganismenya penting untuk dikembangkan karena berbagai kelompok bakteri mampu hidup pada kondisi ekstrim lingkungan tersebut.

Menurut Tim Amdal IPB (1996) ciri-ciri ekosistem air hitam Kalimantan Tengah adalah sebagai berikut: pH air atau sedimen 3-4, kandungan senyawa sulfida (H2S) dan fenol 1 000 kali dan 300 kali di atas baku mutu air, BOD rendah dengan COD yang tinggi sebesar 40-100 mg/l, mengandung minyak dan lemak sebesar 8.5-12.98 mg/l.

Eksplorasi dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah telah berhasil diisolasi Streptomyces penghasil xylanase (Zulfarina 1999), bakteri perombak minyak solar dan minyak bumi (Saidi et al. 1999), bakteri perombak fenol (Djamsari 2000), bakteri penghasil selulase ekstremofilik (Fikrinda 2000), bakteri asidofilik pengoksidasi besi dan sulfur (Nurseha 2000), Actinomycetes yang tahan terhadap Staphylococcus aureus dan E. coli KCCM 11823 (Indriasari 2000), bakteri penghasil -lactam (Neneng 2000) dan konsorsium bakteri perombak hidrokarbon minyak bumi (Listiyawati 2004).

Surfaktan

Sifat dan Karakteristik Surfaktan

Surfaktan (dari kata surface active agent) adalah senyawa yang dapat menurunkan tegangan permukaan air. Umumnya molekul surfaktan mengandung ujung ekor hidrofobik yang terdiri atas satu rantai hidrokarbon atau lebih (group alifatik atau aromatik) dan kepala hidrofilik (sulfonate, sulfate, amine atau polyoxyethylene). Surfaktan menurunkan tegangan permukaan air dengan cara mematahkan ikatan-ikatan hidrogen melalui peletakan kepala-kepala hidrofiliknya pada permukaan air sedangkan ekor-ekor hidrofobiknya terentang menjauhi permukaan air (Gambar 3) (EPA 1983; Fessenden & Fessenden 1989).

Gambar 3 Kepala hidrofilik surfaktan yang terikat air (Fessenden & Fessenden 1989).

Jumlah minimal surfaktan yang dibutuhkan untuk menurunkan tegangan permukaan disebut dengan critical micelle concentration (CMC). Pada konsentrasi ini akan terbentuk misel yang terdiri atas 10-200 molekul surfaktan (Volkering et al. 1995). Efektivitas surfaktan ditentukan dengan nilai CMC-nya. Suatu surfaktan dikatakan efektif bila dapat menurunkan tegangan permukaan air dari 72 dyne/cm menjadi sekitar 35 dyne/cm (Santosa 1995).

Berdasarkan sifat gugus hidrofiliknya maka surfaktan dikelompokkan menjadi anionik, kationik dan netral (Gambar 4). Sabun dengan gugus karboksilatnya adalah contoh surfaktan anionik. Benzalkonium klorida yang bersifat anti bakteri adalah surfaktan kationik. Surfaktan netral mengandung suatu gugus ion-ion seperti suatu karbohidrat yang dapat berikatan hidrogen dengan air (Fessenden & Fessenden 1989).

Gambar 4 Jenis-jenis surfaktan (Fessenden & Fessenden 1989).

Penggunaan Surfaktan dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi

Salah satu faktor yang membatasi laju biodegradasi hidrokarbon minyak bumi di tanah adalah karakteristik minyak yang tidak larut dalam air dan terjerap pada partikel tanah sehingga mengurangi bioavailabilitas polutan terhadap bakteri karena di lain pihak aktivitas bakteri dalam biodegradasi berlangsung pada antar muka air-minyak dalam larutan tanah (Atlas 1981; Volkering et al. 1995; Tiehm & Stieber 2001; Wick et al. 2001).

Salah satu cara untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan mengaplikasikan surfaktan, molekul yang mempunyai bagian hidrofilik dan hidrofobik yang mampu menurunkan tegangan permukaan air dan minyak melalui pengikatan bagian hidrofilik surfaktan dengan air dan bagian hidrofobik dengan minyak (Volkering et al. 1995; Tiehm & Stieber 2001). Surfaktan, melalui proses dispersi, dapat meningkatkan kelarutan minyak dalam fase cairan sehingga permukaan minyak yang dapat didegradasi oleh bakteri bertambah (Gambar 5) (Van Dyke et al. 1991; Tiehm 1994; Liu et al. 1995; Udiharto et al. 1995; Thibault et al. 1996; Sabagh & Atta 1999).

Volkering et al. (1995) menyatakan 3 mekanisme yang menyebabkan surfaktan dapat meningkatkan bioavailabilitas minyak terhadap bakteri, yaitu: (i) terjadi dispersi minyak dalam larutan karena penurunan tegangan antar muka air-minyak sehingga meningkatkan kontak area antara minyak dan bakteri, (ii) terjadi peningkatan kelarutan minyak ke dalam sel bakteri karena terbentuknya misel dan (iii) memfasilitasi pergerakan minyak dari pori-pori tanah ke larutan dengan cara menurunkan tegangan antar muka air di dalam pori-pori tanah.

Gambar 5 Surfaktan meningkatkan bioavailabilitas minyak terhadap bakteri: (A) laju biodegradasi terbatas karena minyak tidak larut dan (B) peningkatan kelarutan minyak dan laju biodegradasi karena adanya misel surfaktan (Tiehm & Stieber 2001).

Hal yang harus dipertimbangkan dalam penggunaan surfaktan adalah jenisnya harus mudah diurai oleh mikroorganisme, tidak toksik bagi lingkungan dan dalam hal meningkatkan biodegradasi hidrokarbon minyak bumi maka surfaktan tidak digunakan bakteri sebagai sumber karbon dan energi (Phillips & Stewart 1974; Atlas 1981; Bewley 1996; Tiehm & Stieber 2001; Edvantoro 2003).

Thibault et al. (1996) melaporkan bahwa inokulasi bakteri dan pemberian surfaktan Witconol SN70 pada tanah dengan kadar air kapasitas lapang dapat mendegradasi pyrene sebesar 80%. Selain itu, Yani et al. (2003) melaporkan bahwa inokulasi bakteri dan penambahan surfaktan menghasilkan laju biodegradasi tertinggi daripada biostimulasi atau bioaugmentasi sebesar 1.38 g minyak/kg tanah/hari.

BAHAN DAN METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan dari Februari 2004 sampai Januari 2005 di Laboratorium Biologi Tanah, Departemen Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan adalah isolat bakteri dari ekosistem air hitam Kalimantan Tengah, yaitu Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 koleksi Indonesian Center for Biodiversity and Biotechnology (ICBB) (Lampiran 1), minyak bumi (Sangatta crude oil) dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi (PPPTMGB) LEMIGAS Jakarta (Lampiran 2), surfaktan Tween 80, larutan fisiologis, nutrient broth, media minimal (Lampiran 3), KOH, HCl, penolptalin, metil oranye, heksan, toluena, metanol, akuades, pupuk urea dan SP-36 dan contoh tanah pasir.

Alat yang digunakan adalah autoklaf, laminar flow, inkubator, mesin pengocok, vortex, spektrofotometer, spatula, jarum ose, pipet, erlenmeyer, cawan petri, tabung reaksi, pH meter, hot plate, corong pemisah, kertas saring, pinggan porselin, oven, timbangan, toples kedap udara dan bak plastik.

Pelaksanaan Penelitian

Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Nutrient Broth

Kurva pertumbuhan isolat pada media nutrient broth ditentukan dengan mengukur kerapatan optik (620 nm) pada waktu tertentu. Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 masing-masing diambil 1 ose kemudian dimasukkan ke dalam 100 ml media nutrient broth dan dilakukan pengocokan. Kerapatan optik diukur pada jam ke: 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24 dan 48. Hasil pengukuran dibuat kurva dengan sumbu x adalah waktu inkubasi dan sumbu y adalah nilai kerapatan optik.

Penentuan Kurva Standar Populasi Bakteri

Kurva standar populasi menggambarkan hubungan antara nilai kerapatan optik suspensi bakteri (sumbu x) dengan jumlah satuan pembentuk koloni (SPK) bakteri per ml biakan (sumbu y). Kurva ini ditentukan dengan metode turbidimetrik (Gambar 6) (Hadioetomo 1993). Kurva standar yang diperoleh digunakan untuk menentukan jumlah bakteri sejenis untuk keperluan inokulasi pada suatu percobaan dengan populasi yang seragam. 1 ose 3 ml 3 ml 3 ml 3 ml 3 ml blanko

3 ml nutrient broth 1:1 1:2 1:4 1:8 1:16 kerapatan optik setiap pengenceran diukur 3 ml 100 ml 3 ml nutrient broth 3 ml 3 ml 3 ml kocok 24 jam 3 ml nutrient broth 1:1 1:2 1:4 1:8 1:16 0.5 ml s e r i p e n g e n c e r a n seri pengenceran 0.5 ml 0.5 ml 0.5 ml 0.5 ml 0.5 ml

10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6

4.5 ml garam fisiologis 0.1 ml 0.1 ml

nutrient broth agar plate count

Gambar 6 Penetapan kurva standar populasi bakteri.

Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi di Berbagai Konsentrasi Minyak Bumi pada Media Minimal Cair

Pengujian dilakukan untuk mengetahui kemampuan tumbuh bakteri dan kemampuan biodegradasi di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair. Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 ditumbuhkan dalam nutrient broth selama 24 jam dengan pengocokan kemudian diukur kerapatan optiknya. Setelah diketahui jumlah bakteri/ml biakan, kemudian masing-masing isolat diinokulasikan ke dalam 30 ml media minimal cair hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 SPK/ml.

Media minimal cair mengandung 10 000 ppm, 50 000 ppm dan 100 000 ppm minyak bumi. Pengujian dilakukan dengan pengocokan selama 15 hari. Pada akhir inkubasi dilakukan pengukuran pH, kerapatan optik, bobot minyak bumi (total petroleum hydrocarbon/TPH) dan persentase biodegradasi.

Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Minimal Cair

Kurva pertumbuhan bakteri pada media minimal cair ditentukan dengan mengukur kerapatan optik (550 nm) pada waktu tertentu. Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 ditumbuhkan dalam nutrient broth selama 24 jam dengan pengocokan kemudian diukur kerapatan optiknya. Setelah diketahui jumlah bakteri/ml biakan, kemudian masing-masing isolat diinokulasikan ke dalam 100 ml media minimal cair hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 SPK/ml. Kerapatan optik diukur pada hari ke: 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 dan 15. Selanjutnya dibuat kurva dengan sumbu x adalah waktu inkubasi dan sumbu y adalah nilai kerapatan optik. Selain itu juga dilakukan pengukuran pH media.

Penentuan Kurva Pertumbuhan Bakteri dengan Penambahan Surfaktan pada Media Minimal Cair

Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 masing-masing diambil 1 ose, ditumbuhkan dalam nutrient broth selama 24 jam dengan pengocokan kemudian diukur kerapatan optiknya. Setelah diketahui jumlah bakteri/ml biakan, kemudian masing-masing isolat diinokulasikan ke dalam 100 ml media minimal cair yang ditambahkan surfaktan Tween 80 pada dosis critical micelle concentration-nya (0.015 ml/l) hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 SPK/ml. Kerapatan optik diukur pada hari ke: 0, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 dan 15. Selanjutnya dibuat kurva dengan sumbu x adalah waktu inkubasi dan sumbu y adalah nilai kerapatan optik. Selain itu juga dilakukan pengukuran pH media.

Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi pada Media Minimal Cair

Pengujian dilakukan berdasarkan rancangan acak lengkap 1 faktor dan 5 kali ulangan. Perlakuan yang diujikan adalah B0 = tanpa inokulasi bakteri, B1 = inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan B2 = inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7865.

Model linear aditif dari perancangan percobaan sebagai berikut: Yij = + Bi + ij

Dimana: Yij nilai pengamatan pada inokulasi bakteri ke-i dan ulangan ke-j, merupakan rataan, sedangkan ij merupakan pengaruh acak pada inokulasi bakteri ke-i ulangan ke-j.

Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 masing-masing diambil 1 ose, ditumbuhkan dalam nutrient broth selama 24 jam dengan pengocokan kemudian diukur kerapatan optiknya. Setelah diketahui jumlah bakteri/ml biakan,

kemudian masing-masing isolat diinokulasikan ke dalam 100 ml media minimal cair hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 SPK/ml.

Pengujian dilakukan dengan pengocokan selama 15 hari. Pada akhir inkubasi dilakukan pengukuran pH, kerapatan optik, bobot minyak bumi (TPH) dan persentase biodegradasi.

Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dengan Penambahan Surfaktan pada Media Minimal Cair

Pengujian dilakukan berdasarkan rancangan acak lengkap 1 faktor dan 5 kali ulangan. Perlakuan yang diujikan adalah B0 = tanpa inokulasi bakteri, B1 = inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan B2 = inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7865.

Model linear aditif dari perancangan percobaan sebagai berikut: Yij = + Bi + ij

Dimana: Yij nilai pengamatan pada inokulasi bakteri ke-i dan ulangan ke-j, merupakan rataan, sedangkan ij merupakan pengaruh acak pada inokulasi bakteri ke-i ulangan ke-j.

Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 masing-masing diambil 1 ose, ditumbuhkan dalam nutrient broth selama 24 jam dengan pengocokan kemudian diukur kerapatan optiknya. Setelah diketahui jumlah bakteri/ml biakan, kemudian masing-masing isolat diinokulasikan ke dalam 100 ml media minimal cair yang ditambahkan surfaktan Tween 80 pada dosis critical micelle concentration-nya (0.015 ml/l) hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 SPK/ml.

Pengujian dilakukan dengan pengocokan selama 15 hari. Pada akhir inkubasi dilakukan pengukuran pH, kerapatan optik, bobot minyak bumi (TPH) dan persentase biodegradasi.

Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi dan Penambahan Surfaktan pada Tanah Tercemar Minyak Bumi

Pengujian dilakukan berdasarkan rancangan acak lengkap 2 faktor dan 3 kali ulangan. Untuk faktor yang berpengaruh nyata dilakukan uji lanjut Duncan (Mattjik & Sumertajaya 2002). Kedua faktor tersebut adalah: 1. Faktor bakteri (B) terdiri dari 3 taraf, yaitu: (i) B0 = tanpa inokulasi bakteri, (ii)

B1 = inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan (iii) B2 = inokulasi Bacillus sp. galur ICBB 7865.

2. Faktor surfaktan (S) terdiri dari 2 taraf, yaitu: (i) S0 = tanpa penambahan surfaktan dan (ii) S1 = penambahan surfaktan.

Model linear aditif dari perancangan percobaan sebagai berikut: Yijk = + i + j + ()ij + ijk

Dimana: Yijk nilai pengamatan pada faktor inokulasi bakteri taraf ke-i, faktor surfaktan taraf ke-j dan ulangan ke-k, merupakan rataan, i pengaruh utama faktor inokulas i bakteri, j pengaruh utama faktor surfaktan, ()ij merupakan komponen interaksi dari faktor inokulasi bakteri dan surfaktan sedangkan ijk merupakan pengaruh acak yang menyebar normal.

Sebelum diinokulasikan ke media tanah, Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 ditumbuhkan dalam 250 ml nutrient broth selama 24 jam dengan pengocokan. Kemudian diukur nilai kerapatan optiknya untuk menetapkan jumlah per ml biakan bakteri dengan menggunakan kurva standar. Selanjutnya masing-masing isolat diinokulasikan ke dalam tanah tercemar minyak bumi hingga mencapai kepadatan populasi 1.00 x 106 sel/g tanah. Surfaktan Tween 80 digunakan dengan dosis pada critical micelle concentration-nya (0.015 ml/l) pada kadar air kapasitas lapang.

Media yang digunakan adalah tanah tercemar minyak bumi non-steril sebesar 200 g yang merupakan campuran 180 g BKM tanah dan 20 g minyak bumi (10% b/b). Tanah dikondisikan optimum untuk pertumbuhan bakteri, yaitu dengan mengatur kadar air kapasitas lapang dan memberikan aerasi melalui pengadukan tanah 2 kali seminggu. Selain itu, ditambahkan pupuk urea dan SP-36 masing-masing 500 kg N dan 50 kg P per 100 ton hidrokarbon minyak bumi (API 1980). Parameter yang diukur adalah bobot minyak bumi (TPH) dan persentase biodegradasi, CO2-C dan pH tanah pada hari ke: 7, 14, 21 dan 28 inkubasi.

Pengukuran Bobot Minyak Bumi (TPH)

Pengukuran bobot minyak bumi didasarkan pada kelarutannya dalam pengekstrak heksan atau kloroform. Setelah ekstraksi, pelarut diuapkan dan bobot minyak bumi ditentukan secara gravimetri (Greenberg et al. 1992, diacu dalam Udiharto 1996b). Tahap pengukuran bobot minyak bumi dalam tanah sebagai berikut: - Contoh tanah 5 g + 2.5 ml akuades + 5 ml metanol + 0.15 g KOH + 2.5 ml

toluena. - Campuran direfluks selama 45 menit kemudian didinginkan dan disaring.

Hasil saringan dimasukkan ke dalam corong pemisah.

- Diekstrak dengan n-heksan. - Dikocok perlahan sampai larutan terpisah menjadi 2 bagian. - Bagian bawah yang berupa air dikeluarkan sedangkan bagian atas

ditampung dalam pinggan porselin. - Ekstrak dalam pinggan porselin diuapkan dari pelarutnya pada suhu 70 C

selama 1 jam. - Disimpan dalam eksikator dan ditimbang sampai bobotnya konstan. Tahap pengukuran bobot minyak bumi dalam media cair sebagai berikut: - Ditambahkan 10% v/v kloroform ke dalam tabung perlakuan kemudian

dimasukkan ke dalam corong pemisah dan dikocok perlahan selama 15 menit sampai larutan terpisah dua bagian.

- Bagian atas yang berupa air dikeluarkan sedangkan bagian bawah ditampung dalam pinggan porselin.

- Ekstrak dalam pinggan porselin tersebut dimasukkan ke dalam inkubator pada suhu 100 C selama 15 menit.

- Disimpan dalam eksikator selama 30 menit kemudian ditimbang sampai bobotnya konstan.

Bobot minyak bumi dihitung dengan menggunakan rumus: BM = x y

Dimana: BM = bobot minyak bumi (g), x = bobot pinggan porselin + bobot minyak bumi (g) dan y = bobot pinggan porselin (g).

Total petroleum hydrocarbon (TPH) dihitung dengan menggunakan rumus:

CBMTPH =

Dimana: TPH = total petroleum hydrocarbon (ppm), BM = bobot minyak bumi (mg atau l) dan C = bobot campuran minyak bumi dan media (kg atau l).

Persentase biodegradasi minyak bumi dihitung dengan menggunakan rumus:

( ) 100% =BMo

BMnBMoB

Dimana: %B = persen biodegradasi, BMo = bobot minyak bumi awal (g) dan BMn = bobot minyak bumi akhir (g).

Sebelum dilakuan pengukuran bobot minyak bumi pada masing-masing unit percobaan, terlebih dahulu dilakukan penentuan bobot minyak bumi yang

dapat diekstrak dari suatu unit percobaan (Lampiran 4). Pada media minimal cair ditentukan dengan mengukur bobot minyak bumi yang dapat diekstrak dari 1 g minyak bumi yang terkandung dalam 10 ml media minimal cair. Sedangkan pada media tanah ditentukan dengan mengukur 0.5 g minyak bumi yang terkandung dalam 5 g campuran minyak bumi dan tanah. Selanjutnya persentase minyak bumi yang dapat diekstrak dijadikan faktor pengali untuk bobot minyak bumi yang didapatkan dari masing-masing unit percobaan.

Pengukuran pH Tanah

Pengukuran pH tanah bertujuan untuk mengetahui kemampuan bakteri dalam menghasilkan metabolit berupa asam. Sebanyak 10 g tanah ditambahkan akuades dengan perbandingan 1:1 kemudian dikocok selama 30 menit. Selanjutnya pH tanah diukur dengan menggunakan pH meter.

Pengukuran CO2-C

Pengukuran CO2-C bertujuan untuk mengetahui tingkat aktivitas bakteri dalam menurunkan bobot minyak bumi. Tanah dimasukkan ke dalam toples kemudian diberi 2 tabung film berisi 5 ml 0.2 N KOH dan 10 ml air dan ditutup sampai kedap udara. Selanjutnya diinkubasi selama 3 hari pada hari ke: 7, 14, 21 dan 28 pada suhu ruang di tempat gelap. Hal yang sama dilakukan pada kontrol, yaitu toples tanpa tanah. Pada akhir inkubasi ditambahkan 2 tetes penolptalin ke dalam tabung film KOH kemudian dititrasi dengan HCl sampai warna merah hilang dan dicatat volume HCl yang diperlukan. Selanjutnya ditambahkan 2 tetes metil oranye dan dititrasi lagi dengan HCl sampai warna kuning berubah menjadi pink lalu volume HCl yang diperlukan dicatat. Menurut Anas (1989) jumlah CO2-C yang dihasilkan per kg tanah lembab per hari dihitung dengan rumus:

( )n

BKMtba

r

100012 =

Dimana: a = HCl contoh tanah (ml), b = HCl kontrol (ml), t = normalitas HCl (N), n = jumlah hari inkubasi dan BKM = bobot kering tanah (g).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kurva Pertumbuhan Bakteri pada Media Nutrient Broth

Kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 pada media nutrient broth disajikan pada Gambar 7. Data selengkapnya disajikan pada Lampiran 5.

00.1

0.20.3

0.4

0.50.6

0 2 4 6 8 10 12 24 48

Waktu Inkubasi (jam)

Ker

apat

an O

ptik

Bacillus sp. galurICBB 7859Bacillus sp. galurICBB 7865

Gambar 7 Kurva pertumbuhan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 pada media nutrient broth.

Gambar 7 memperlihatkan bahwa pada selang waktu 0-4 jam Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 mengalami fase adaptasi. Kedua isolat mengalami fase pertumbuhan eksponensial pada selang waktu 4-24 jam dan mengalami fase pertumbuhan stasioner pada selang waktu 24-48 jam.

Kurva Standar Populasi Bakteri

Kurva standar populasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 disajikan pada Gambar 8, yaitu memperlihatkan persamaan regresi linear antara satuan pembentuk koloni (SPK) dan kerapatan optiknya. Data selengkapnya disajikan pada Lampiran 6.

y = 9E+07x - 363693

0.00E+00

1.00E+07

2.00E+07

3.00E+07

4.00E+07

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Kerapatan Optik

SPK

/ml

y = 4E+08x - 6E+06

0.00E+00

5.00E+07

1.00E+08

1.50E+08

2.00E+08

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Kerapatan Optik

SPK

/ml

Gambar 8 Kurva standar populasi Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865.

Bacillus sp. galur ICBB 7859 Bacillus sp. galur ICBB 7865

Uji Aktivitas Bakteri dalam Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi di Berbagai Konsentrasi Minyak Bumi pada Media Minimal Cair

Kemampuan Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair selama 15 hari inkubasi disajikan pada Gambar 9 dan Tabel 5. Data selengkapnya disajikan pada Lampiran 7.

Gambar 9 Uji aktivitas Bacillus sp. galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dalam biodegradasi hidrokarbon minyak bumi di berbagai konsentrasi minyak bumi pada media minimal cair

2005dhe

Documents

Transcript of 2005dhe