Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

1. Pendahuluan

Minyak dan gas bumi sampai saat ini masih merupakan sumber

energi yang menjadi pilihan utama untuk digunakan pada industri,

transportasi dan rumah tangga. Peningkatan akan permintaan minyak bumi

di seluruh dunia telah mengakibatkan pertumbuhan dan ekspansi pada

kegiatan eksplorasi dan pengolahan minyak mentah di berbagai negara,

termasuk Indonesia. Namun demikian, kita selalu dihadapkan pada dilema

antara peningkatan produksi dengan pelestarian sumberdaya alam

lingkungan serta dampak yang ditimbulkan dari proses produksi tersebut.

Hal ini berarti perkembangan industri baik pengolahan minyak bumi

maupun industri yang menggunakan minyak bumi, ternyata merupakan

salah satu sumber pencemar lingkungan (Astri Nugroho, 2006).

Industri minyak bumi memiliki potensi sebagai sumber dampak

terhadap pencemaran air, tanah dan udara baik secara langsung maupun

tidak langsung. Minyak yang merembes ke dalam tanah dapat

menyebabkan tertutupnya suplai oksigen dan meracuni mikroorganisme

tanah sehingga mengakibatkan kematian mikroorganisme tersebut.

Tumpahan minyak di lingkungan dapat mencemari tanah dan perairan

hingga ke daerah sub-surface dan lapisan aquifer air tanah. Jumlah tanah

yang terkontaminasi minyak bumi yang dihasilkan dalam proses produksi

minyak telah meningkat ribuan ton setiap tahun di Indoesia (Bambang

Yudono et al. 2009).

Chator dan Somerville (1978), menjelaskan bahwa pencemaran

minyak bumi di tanah merupakan ancaman yang serius bagi kesehatan

manusia. Minyak bumi yang mencemari tanah dapat mencapai lokasi air

tanah, danau atau sumber air yang menyediakan air bagi kebutuhan

domestik maupun industri sehingga menjadi masalah serius bagi daerah

yang mengandalkan air tanah sebagai sumber utama kebutuhan air bersih

atau air minum. Pencemaran minyak bumi memiliki potensi sebagai

sumber dampak terhadap pencemaran air, tanah dan udara baik secara

langsung maupun tidak langsung, meskipun dengan konsentrasi

1

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

hidrokarbon yang sangat rendah dapat berpengaruh terhadap bau dan rasa

air tanah.

Beberapa senyawa organik yang terbentuk di alam dapat

didegradasi oleh mikroorganisme bila kondisi lingkungan menunjang

proses degradasi tersebut. Artinya, pencemaran lingkungan oleh polutan-

polutan organik dapat dengan sendirinya dipulihkan. Namun pada

beberapa lokasi terdapat senyawa organik alami yang resisten terhadap

biodegradasi sehingga senyawa tersebut akan terakumulasi di dalam perut

bumi (Atlas, R.M., 1981). Hidrokarbon minyak bumi merupakan

kontaminan yang paling luas yang mencemari lingkungan. Kecelakaan

tumpahan minyak yang terjadi sering mengakibatkan kerusakan

lingkungan yang serius. Tingkat pencemaran yang berat mampu

membunuh berbagai jenis organism air atau tanah dan menyebabkan

lingkungan mengalami kerusakan yang bersifat permanen (Prince et. al.

2003).

Pengelolaan limbah pada kegiatan industri minyak pada dasarnya

adalah untuk menyelamatkan lingkungan dari kemungkinan penurunan

kualitas lingkungan. Limbah minyak merupakan kotoran minyak yang

terbentuk dari proses pengumpulan dan pengendapan kontaminan minyak.

Limbah minyak mengandung minyak, zat padat, air, dan logam berat.

Limbah minyak ini merupakan bahan pencemar yang dapat menimbulkan

dampak negatif bagi lingkungan oleh sebab itu harus segera ditanggulangi.

Berbagai upaya yang dilakukan untuk mengatasi pencemaran lingkungan

dengan perbaikan pada sistim penambangan, pengolahan, penyaluran

minyak dan pengolahan limbah. Upaya pencegahan tumpahan minyak di

lingkungan dapat dilakukan dengan mengusahan sekecil mungkin

tumpahan yang dapat terjadi (Dessy, Y., 2002).

Ketika minyak masuk ke lingkungan laut, maka minyak tersebut

dengan segera akan mengalami perubahan secara fisik dan kimia. Diantara

proses tersebut adalah membentuk lapisan (slick formation), menyebar

(dissolution), menguap (evaporation), polimerasi (polymerization),

emulsifikasi (emulsification), emulsi air dalam minyak ( water in oil

2

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

emulsions ), emulsi minyak dalam air (oil in water emulsions), foto oksida,

biodegradasi mikorba, sedimentasi, dicerna oleh plankton dan bentukan

gumpalan.

Lapisan minyak yang terdispersi dipermukaan air lingkungan akan

mengganggu kehidupan organisme dalam air. Hal ini disebabkan oleh

Lapisan minyak pada permukaan air akan menghalangi difusi oksigen dari

udara ke dalam air sehingga jumlah oksigen yang terlarut di dalam air

menjadi berkurang. Kandungan oksigen yang menurun akan mengganggu

kehidupan hewan air. Adanya lapisan minyak pada permukaan air juga

akan menghalangi masuknya sinar matahari ke dalam air sehingga

fotosintesis oleh tanaman air tidak dapat berlangsung. Akibatnya, oksigen

yang seharusnya dihasilkan pada proses fotosintesis tersebut tidak terjadi.

Kandungan oksigen dalam air jadi semakin menurun. Tidak hanya hewan

air saja yang terganggu akibat adanya lapisan minyak pada permukaan air

tersebut, tetapi burung air pun ikut terganggu karena bulunya jadi lengket,

tidak bisa mengembang lagi terkena minyak. Selain dari pada itu, air yang

telah tercemar oleh minyak juga tidak dapat dikonsumsi oleh manusia

karena seringkali dalam cairan yang berminyak terdapat juga zat-zat yang

beracun, seperti senyawa benzene, senyawa toluene dan lain sebagainya.

Penanganan kondisi lingkungan yang tercemari minyak bumi dapat

dilakukan secara fisika, kimia, dan biologi. Penanganan secara fisika

biasanya dilakukan pada langkah awal yaitu dengan mengisolasi secara

cepat sebelum tumpahan minyak menyebar kemana-mana. Metode fisika

yang dapat digunakan ialah dengan mengambil kembali minyak bumi

yang tumpah dengan oil skimmer. Penanganan secara kimia lebih mudah

dilaksanakan yaitu tinggal mencari bahan kimia yang mampu

mendegradasi minyak bumi. Sedangkan penanganan limbah secara

biologi antara lain dengan

Melalui tulisan ini untuk dapat diperoleh gambaran sejauh mana

bakteri laut Indonesia mampu mendegradasi fenantren, maka dilakukan

penelitian ini.

3

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

2. Tinjauan Pustaka

2.1 Komponen Pencemar Air

Komponen pencemar air dapat berupa bahan buangan padat,

organik, anorganik, olahan bahan makanan, cairan berminyak, zat kimia,

dan panas.

1. Bahan buangan padat/butiran.

a) Pelarutan bahan buangan padat menyebabkan perubahan warna.

Larutan pekat dan berwarna gelap mengurangi penetrasi sinar matahari

ke dalam air, fotosintesis dalam air terganggu sehingga jumlah oksigen

terlarut berkurang dan akan berpengaruh terhadap kehidupan

organisme dalam air.

b) Pengendapan bahan buangan padat akan menutupi permukaan dasar

air, menghalangi fotosintesis, menutupi sumber makanan dan telur

ikan di dasar air, sehingga jumlah ikan berkurang.

c) Pembentukan koloidal yang melayang dalam air menyebabkan keruh

dan menghalangi sinar matahari, fotosintesis terganggu dan jumlah

oksigen terlarut berkurang sehingga mempengaruhi kehidupan dalam

air.

2. Bahan buangan organik.

Berupa limbah yang dapat membusuk/terdegradasi oleh

mikroorganisme. Menyebabkan jumlah mikroorganisme bertambah dan

tumbuh bakteri patogen yang merugikan. Limbah ini dapat diproses

menjadi pupuk/kompos.

3. Bahan buangan anorganik.

Berupa limbah yang tidak dapat membusuk dan sulit didegradasi

oleh mikroorganisme sehingga dapat meningkatkan jumlah ion logam

dalam air. Limbah ini berasal dari industri yang melibatkan unsur logam

Pb, As, Cd, Hg, Cr, Ni, Ca, Mg, Co, misalnya pada industri kimia,

elektronika, elektroplating. Ion logam Ca dan Mg menyebabkan air sadah

yang mengakibatkan korosi pada alat besi, menimbulkan kerak/endapan

pada peralatan proses seperti tangki/bejana air, ketel uap, dan pipa

4

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

penyalur. Ion logam Pb, As, Hg bersifat racun sehingga air tidak dapat

untuk minum.

4. Bahan buangan olahan bahan makanan (termasuk bahan organik).

Jika bahan mengandung protein dan gugus amin akan terdegradasi

menjadi senyawa yang mudah menguap dan berbau busuk sehingga air

mengandung mikroorganisme dan bakteri patogen.

5. Bahan buangan cairan berminyak.

Tidak larut dalam air, mengapung dan menutupi permukaan air. Jika

mengandung senyawa volatil akan menguap. Terdegradasi oleh

mikroorganisme dalam waktu lama.

Bahan ini mengganggu karena:

a) Menghalangi difusi oksigen dari udara ke dalam air.

b) Menghalangi sinar matahari sehingga fotosintesis terganggu.

c) Ikan di permukaan dan burung air terganggu, bulu burung lengket dan tak

bisa mengembang.

d) Air tak dapat dikonsumsi karena mengandung zat beracun seperti benzena,

dan senyawa toluena.

6. Bahan buangan zat kimia, misalnya:

a) Sabun, deterjen, shampoo, dan bahan pembersih lainnya. Bahan ini

mengganggu lingkungan karena:

i. Menaikkan pH air. Jika memakai bahan non-pospat menaikkan pH

menjadi 10,5 – 11.

ii. Bahan antiseptik yang ditambahkan akan dapat

membunuh/mengganggu mikroorganisme. Sebagian jenis

sabun/deterjen tak dapat terdegradasi.

b) Bahan pemberantas hama/insektisida. Bersifat racun dan tak dapat/sulit

terdegradasi (beberapa minggu sampai beberapa tahun). Insektisida

sering dicampur dengan senyawa minyak bumi sehingga permukaan

air akan tertutupi minyak.

5

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

c) Zat pewarna. Bersifat racun dan cocarcinogenik (merangsang /

penyebab tumbuhnya kanker) dan dapat mempengaruhi kandungan

oksigen dan pH dalam air. Zat warna mengandung senyawa kimia

berbahaya chromogen dan auxsochrome.

d) Larutan penyamak kulit. Mengandung ion logam Cr, tidak dapat untuk

air minum. Sebagai pengganti Cr untuk bahan penyamak dipakai

enzym. Bersama lemak dan sisa kulit, enzym akan didegradasi

menghasilkan senyawa yang mudah menguap dan berbau busuk (hasil

peruraian protein dan senyawa amin). Populasi mikroorganisme akan

bertambah dan memungkinkan berkembang biaknya bakteri patogen

yang berbahaya.

e) Zat radioaktif. Penggunaan radiasi zat radioaktif di berbagai bidang

(pertanian, peternakan, kedokteran, hidrologi, farmasi, pertambangan,

industri) akan terbawa air ke lingkungan. Akibat radiasi dapat merusak

sel tubuh dan genetik.

6

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

Hubungan antara bahan pencemar yang berupa gas, bahan terlarut,

dan partikulat terhadap lingkungan perairan dan kesehatan manusia dapat

ditunjukkan secara skematik sebagai berikut :

Gambar 1. Bagan Pengaruh Beberapa Jenis Bahan Pencemar terhadap

Lingkungan Perairan.

2.2 Bioremediasi

Bioremediasi memiliki konsep dasar pendaurulangan seluruh

material organik. Bakteri pengurai spesifik dapat diisolasi dengan

menebarkannya pada daerah yang terkontaminasi dan dengan

menambahkan nutrisi serta ketersediaan oksigen dapat mempercepat

penurunan polutan. Proses bioremediasi bergantung pada kemampuan

mikroorganisme yang digunakan dan sistem yang dioperasikan. Proses

bioremediasi akan bekerja maksimal pada pH dan suhu optimum serta

tersedianya oksigen yang cukup bagi mikroorganisme. Tanah sering diolah

atau diperlakukan dengan teknologi fase padat. Hal ini biasanya dilakukan

dengan menempatkan tanah yang sudah digali ke dalam suatu sistem

wadah. Perlakuan fase padat berguna untuk tanah yang terkontaminasi

minyak bumi (Crawford & Crawford 1996). Menurut Eweis et al. (1998),

7

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

beberapa kelebihan teknik bioremediasi adalah murah, dapat

menghilangkan toksisitas dari senyawa pencemar berbahaya, sederhana,

dan bioremediasi secara in situ dapat dilakukan dengan aman. Faktor-

faktor yang memengaruhi efektivitas proses bioremediasi ialah keadaan

lingkungan, fisik, dan kimia. Faktor lingkungan meliputi suhu, pH,

ketersediaan oksigen, nutrisi, dan kelembapan. Faktor fisik terdiri atas

ketersediaan air, kesesuaian jumlah mikroorganisme dengan senyawa

pencemar, dan tersedianya suatu akseptor yang sesuai, misalnya oksigen.

Sementara faktor kimia terdiri atas bentuk struktur kimia dari senyawa

pencemar yang akan memengaruhi sifat fisik dan kimia pencemar tersebut

(Eweis et al. 1998).

2.3 Senyawa Hidrokarbon

1. Hidrokarbon Alifatik

Mikroorganisme pedegradasi hidrokarbon rantai lurus dalam

minyak bumi ini jumlahnya relatif kecil dibanding mikroba pendegradasi

hidrokarbon aromatik. Di antaranya adalah Nocardia, Pseudomonas,

Mycobacterium, khamir tertentu, dan jamur. Mikroorganisme ini

menggunakan hidrokarbon tersebut untuk pertumbuhannya. Penggunaan

hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobik (menggunakan

oksigen). Tanpa adanya O2, hidrokarbon ini tidak didegradasi oleh

mikroba (sebagai pengecualian adalah bakteri pereduksi sulfat).

Langkah pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh oleh

mikroorganisme meliputi oksidasi molekuler (O2) sebagai sumber reaktan

dan penggabungan satu atom oksigen ke dalam hidrokarbon teroksidasi.

Reaksi lengkap dalam proses ini terlihat pada gambar 1.

8

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

Gambar 1. Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik

2. Hidrokarbon Aromatik

Banyak senyawa ini digunakan sebagai donor elektron secara

aerobik oleh mikroorganisme seperti bakteri dari genus Pseudomonas.

Metabolisme senyawa ini oleh bakteri diawali dengan pembentukan

Protocatechuate atau catechol atau senyawa yang secara struktur

berhubungan dengan senyawa ini. Kedua senyawa ini selanjutnya

didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs

(siklus asam sitrat), yaitu suksinat, asetil KoA, dan piruvat. Gambar 2

menunjukkan reaksi perubahan senyawa benzena menjadi catechol.

9

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

Gambar 2. Reaksi degradasi hidrokarbon aromatik

2.4 Biodegradasi Minyak Bumi

Biodegradasi minyak bumi merupakan suatu proses yang

kompleks. Proses ini bergantung pada komunitas mikroba, kondisi

lingkungan, dan senyawa yang akan diurai. Dalam proses tersebut terjadi

penguraian hidrokarbon oleh bakteri yang telah beradaptasi dengan baik di

lingkungan tersebut (Udiharto et al. 1995).

Degradasi minyak bumi dapat dilakukan dengan memanfaatkan

mikroorganisme seperti bakteri, beberapa khamir, jamur, sianobakteria,

dan alga biru. Mikroorganisme ini mampu menguraikan komponen

minyak bumi karena kemampuannya mengoksidasi hidrokarbon dan

menjadikan hidrokarbon sebagai donor elektronnya.

Di dalam minyak bumi terdapat dua macam komponen yang dibagi

berdasarkan kemampuan mikroorganisme menguraikannya, yaitu

komponen minyak bumi yang mudah diuraikan oleh mikroorganisme dan

komponen yang sulit didegradasi oleh mikroorganisme. Komponen

minyak bumi yang mudah didegradasi oleh bakteri merupakan komponen

terbesar dalam minyak bumi atau mendominasi, yaitu alkana yang bersifat

lebih mudah larut dalam air dan terdifusi ke dalam membran sel bakteri.

10

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

Jumlah bakteri yang mendegradasi komponen ini relatif banyak karena

substratnya yang melimpah di dalam minyak bumi. Isolat bakteri

pendegradasi komponen minyak bumi ini biasanya merupakan

pengoksidasi alkana normal.

Komponen minyak bumi yang sulit didegradasi merupakan

komponen yang jumlahnya lebih kecil dibanding komponen yang mudah

didegradasi. Hal ini menyebabkan bekteri pendegradasi komponen ini

berjumlah lebih sedikit dan tumbuh lebih lambat karena kalah bersaing

dengan pendegradasi alkana yang memiliki substrat lebih banyak. Isolasi

bakteri ini biasanya memanfaatkan komponen minyak bumi yang masih

ada setelah pertumbuhan lengkap bakteri pendegradasi komponen minyak

bumi yang mudah didegradasi.

2.5 Faktor Pembatas Biodegradasi

Kemampuan sel mikroorganisme untuk melanjutkan

pertumbuhannya sampai minyak bumi didegradasi secara sempurna

bergantung pada suplai oksigen yang mencukupi dan nitrogen sebagai

sumber nutrien. Seorang ilmuwan bernama Dr. D. R. Boone menemukan

bahwa nitrogen tetap merupakan nutrien yang paling penting untuk

degradasi bahan bakar. Selain itu keaktifan mikroorganisme pendegradasi

hidrokarbon juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan seperti temperatur

dan pH. Kondisi lingkungan yang tidak sesuai menyebabkan mikroba ini

tidak aktif bekerja mendegradasi minyak bumi. Sebagai contoh,

penambahan nutrien anorganik seperti fosfor dan nitrogen untuk area

tumpahan minyak meningkatkan kecepatan bioremediasi secara signifikan.

2.6 Bakteri Hidrokarbonoklastik

Mikroorganisme, terutama bakteri yang mampu mendegradasi

senyawa yang terdapat di dalam hidrokarbon minyak bumi disebut bakteri

hidrokarbonoklastik. Bakteri ini mampu mendegradasi senyawa

hidrokarbon dengan memanfaatkan senyawa tersebut sebagai sumber

karbon dan energi yang diperlukan bagi pertumbuhannya. Mikroorganisme

ini mampu menguraikan komponen minyak bumi karena kemampuannya

11

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

mengoksidasi hidrokarbon dan menjadikan hidrokarbon sebagai donor

elektronnya. Mikroorganisme ini berpartisipasi dalam pembersihan

tumpahan minyak dengan mengoksidasi minyak bumi menjadi gas karbon

dioksida (CO2), bakteri pendegradasi minyak bumi akan menghasilkan

bioproduk seperti asam lemak, gas, surfaktan, dan biopolimer yang dapat

meningkatkan porositas dan permeabilitas batuan reservoir formasi klastik

dan karbonat apabila bakteri ini menguraikan minyak bumi.

Bakteri hidrokarbonoklastik diantaranya adalah Pseudomonas,

Arthrobacter, Alcaligenes, Brevibacterium, Brevibacillus, dan Bacillus.

Bakteri-bakteri tersebut banyak tersebar di alam, termasuk dalam perairan

atau sedimen yang tercemar oleh minyak bumi atau hidrokarbon. Kita

hanya perlu mengisolasi bakteri hidrokarbonoklastik tersebut dari alam

dan mengkulturnya, selanjutnya kita bisa menggunakannya sebagai

pengolah limbah minyak bumi yang efektif dan efisien, serta ramah

lingkungan.

2.7 Penanggulangan Pencemaran Limbah Minyak Bumi

Ir. Ginting Perdana Dalam bukunya yang berjudul “Sistem

Pengelolaan Lingkungan dan Limbah Industri”, menerangkan bahwa pada

umumnya, teknik bioremediasi in-situ diaplikasikan pada lokasi tercemar

ringan, lokasi yang tidak dapat dipindahkan, atau karakteristik kontaminan

yang volatil. Sedangkan Bioremediasi ex-situ merupakan teknik

bioremediasi dimana lahan atau air yang terkontaminasi diangkat,

kemudian diolah dan diproses pada lahan khusus yang disiapkan untuk

proses bioremediasi. Beberapa teknik penanggulangan tumpahan minyak

diantaranya in-situ burning, penyisihan secara mekanis, bioremediasi,

penggunaan sorbent, penggunaan bahan kimia dispersan, dan washing oil.

In-situ burning adalah pembakaran minyak pada permukaan laut,

sehingga mengatasi kesulitan pemompaan minyak dari permukaan laut,

penyimpanan dan pewadahan minyak serta air laut yang terasosiasi.

Teknik ini membutuhkan booms (pembatas untuk mencegah penyebaran

minyak) atau barrier yang tahan api. Namun, pada peristiwa tumpahan

12

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

minyak dalam jumlah besar sulit untuk mengumpulkan minyak yang

dibakar. Selain itu, penyebaran api sering tidak terkontrol. Penyisihan

minyak secara mekanis melalui 2 tahap, yaitu melokalisir tumpahan

dengan menggunakan booms dan melakukan pemindahan minyak ke

dalam wadah dengan menggunakan peralatan mekanis yang disebut

skimmer.

3. Materi dan Metode

Studi penelitian ini dilakukan di area pelabuhan Kumai,

Kalimantan Tengah. Sampel air laut tercemar diambil pada kedalaman

sekitar 2 meter dari pelabuhan Kumai Kalimantan Tengah. Bahan kimia

seperti fenantren ditambahkan sebagai nutrien pengkayaan digunakan

minyak mentah. Beberapa medium yang digunakan adalah swp broth yang

mengandung (NH4NO3, K2HPO4, Fe(III) sitrat, ekstrak yeast). Selain itu

digunakan medium agar-ONR7 yang mengandung NaCl, Na2SO4,

TAPSO, KCl, NH4Cl, Na2HPO4.7 H2O, NaBr, NaHCO3, H3BO3, NaF,

MgCl2, CaCl2, SrCl2 dan FeCl24H2O. Purifikasi dilakukan dengan

menggunakan medium marine-agar (2116 difco) yang mengandung yeast

peptone, casamino acid, dekstrose, soluble starch, sodium pyruvate dan

agar. Pelarut organik yang digunakan adalah diklorometan (Merck),

heksan (Merck), etil asetat (Merck). Peralatan yang digunakan untuk

identifikasi produk konversi adalah GC-Mass dengan kolom kapiler.

Tahapan yang dilakukan pada studi ini antara lain, isolasi mikroba,

uji tingkat biodegradasi, Isolasi bakteri pendegradasi, uji tingkat

biodegradasi, pemisahan senyawa hasil biodegradasi dan analisa produk

biodegradasi.

Isolasi Mikroba. Sampel air laut sebanyak 4 mL di tambahkan

nutrien fenantren 1000 ppm dan 1mL medium swp. Selanjutnya diinkubasi

selama 2-4 minggu menggunakan “shaker incubator” suhu 30oC.Sesudah 2

minggu larutan fermentasi diinokulasi kedalam media agar-onr7 dengan

konsentrasi 10-1 dan 10-2. Sebelum diinkubasi dilakukan sublimasi dengan

uap fenantren standar pada permukaan agar. Mikroba positif pendegradasi

13

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

fenantren ditunjukkan dengan adanya zona bening disekitar koloni.

Selanjutnya dilakukan isolasi dan purifikasi.

Uji Tingkat Biodegradasi. Sebelumnya dibuat prakultur isolat

dalam 4mL medium “marine broth”, kemudian diinkubasi selama 2 hari,

sebanyak 3mL larutan prakultur ditambahkan kedalam 300mL medium

“marine broth” yang mengandung minyak mentah (1mL) dan diinkubasi

pada “rotary shaker” suhu 30oC. Sesudah 6 hari, kultur dipanen dan

disentrifuse untuk mendapatkan sel bakteri. Sel dipisahkan dari

“supernatant” dan ditimbang berat basahnya. Selanjutnya pellet bakteri

dilarutkan dalam 4 mL buffer fosfat pH 7,5 mL. Sebanyak 1 mL larutan

inokulum (1,08mg/mL) ditambahkan kedalam 150 mL medium ONR-7

yang masing-masing mengandung PAH fenantren 1000 ppm. Sebagai

kontrol abiotik digunakan medium ONR-7 yang mengandung PAH tanpa

diinokulasi dengan bakteri. Masing-masing eksperimen dilakukan secara

duplo. Kultur diinkubasi pada “rotary shaker” suhu 30oC, dan dilakukan

pengukuran pertumbuhan dengan spektrometer UV/visible panjang

gelombang 660 nm. Pemanenan dua kali dalam seminggu dilakukan untuk

mendeteksi konsentrasi fenantren yang tersisa. Kultivasi dihentikan ketika

grafik pertumbuhan sudah mengalami penurunan. Preparasi sampel yang

digunakan untuk analisis GC/GC-Mass dilakukan sebagai berikut,

sebanyak 5 mL larutan kultur diekstrak dengan diklorometan, kemudian

diambil fasa organiknya, selanjutnya untuk menghilangkan kandungan air

ditambahkan natrium sulfat. Fase organik dipekatkan hingga volume akhir

1 mL. Contoh siap dianalisis menggunakan GC dan GCMass. Analisis

“Gas Chromatography” dilakukan untuk mengetahui konsentrasi fenantren

sisa biodegradasi.Metode yang digunakan adalah metode Anonimous

1989. Detektor yang digunakan adalah FID, dengan kolom kapiler (HP1)

silika panjang 12 m, diameter 0,2 mm, tebal film 0,33 μm. Suhu oven

60oC kemudian dinaikkan hingga 280oC. Kecepatan alir 6mL/menit,

didiamkan selama 15 menit. Suhu detektor 300oC dan suhu injektor

240oC. Sebagai gas pembawa digunakan hidrogen.

14

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

Pemisahan Senyawa Hasil Biodegradasi. Untuk menentukan

struktur senyawa hasil konversi, dilakukan pemanenan terhadap kultur

Pseudomonas sp KalP3b22 pada hari ke-29. Larutan kultur selanjutnya

diekstrak dengan pelarut diklorometan, kemudian dievaporasi dan ekstrak

difraksinasi menggunakan kromatografi kolom. Kromatografi kolom silika

gel dengan elusi gradien heksan-etil asetat digunakan untuk memisahkan

fraksifraksi produk konversi. Selanjutnya fraksi-fraksi hasil kromatografi

kolom dianalisis menggunakan kromatografi lapis tipis untuk menentukan

fraksi produk konversi. Sebagai penampak noda digunakan sinar UV.

Analisis Produk Biodegradasi. Untuk mengetahui produk konversi

hasil degradasi maka dilakukan analisis spektrofotometer infra merah dan

analisis GC-Mass. Fraksi–fraksi hasil pemisahan dengan kromatografi

kolom silika gel sesudah dikeringkan diambil sedikit dan dicampur dengan

serbuk KBr dan dihaluskan kemudian langsung dimasukkan “sample

plate” dan dilakukan pengukuran.

4. Hasil dan Pembahasan

Isolasi Bakteri Pendegradasi. Dari hasil skrining bakteri

pendegradasi fenantren, diperoleh isolat dengan warna krem yang

memberikan zona pada uji sublimasi dengan fenantren. Gambar 1 berikut

di bawah ini adalah profil dari isolat pendegradasi terpilih KalP3b22.

Identifikasi dengan analisis 16SrDNA dari isolat tersebut menunjukkan

jenis Pseudomonas sp KalP3b22.

Uji Biodegradasi. Analisis konsentrasi sisa fenantren hasil

biodegradasi Pseudomonas sp KalP3b22, dilakukan dengan menggunakan

Kromatografi Gas. Gambar 2 berikut adalah profil biodegradasi fenantren

oleh bakteri tersebut. Degradasi fenantren berlangsung cepat pada 2 hari

pertama kultivasi, dimana terjadi penurunan konsentrasi hingga 44,4%.

Selanjutnya hingga hari ke-29 penurunan konsentrasi fenantren mencapai

59,5%. Hasil tersebut membuktikan bahwa metabolisme fenantren pada

bakteri Pseudomonas sp KalP3b22 maksimal pada 2 hari kultivasi, pada

hari selanjutnya metabolisme fenantren sangat lambat. Hingga hari ke-29,

15

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

bakteri ini tidak mampu mendegradasi fenantren secara total. Sehingga

untuk mendegradasi hidrokarbon secara sempurna, diperlukan optimasi

baik dari segi lingkungan (pH, nutrien, oksigen, suhu) maupun dari

mikrobanya sendiri dilakukan rekayasa genetika dan penggunaan

konsorsium .

Analisis Produk Konversi. Pemisahan senyawa hasil fermentasi

menggunakan kromatografi kolom menghasilkan 4 fraksi. Fraksi 1

menggunakan eluen heksan 100%, fraksi 2 heksan:etil asetat (5:1), fraksi 3

heksan:etil asetat (4:1) dan fraksi 4 heksan:etil asetat (1:1). Analisis TLC

fraksi 1 dan 2 mempunyai waktu retensi sama dengan fenantren (0,6),

sedangkan fraksi 3 dan 4 mempunyai waktu retensi (0,3). Terhadap fraksi

16

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

tersebut dilakukan analisis GC-Mass. Di bawah ini adalah profil GC

senyawa hasil biodegradasi fenantren oleh bakteri Pseudomonas sp

kalp3b22. Analisis kromatogram GC-Mass senyawa hasil biodegradasi

fenantren menunjukkan 2 puncak penting, puncak 1 pada waktu retensi

15,16 menit dan puncak 2 pada waktu retensi 21,55 menit. Analisis spektra

massa menggunakan internal standar menunjukkan bahwa senyawa

dengan waktu retensi 15,16 menit adalah naftalenol sedangkan senyawa

dengan waktu retensi 21,55 menit adalah fenantren. Gambar 4 di bawah

ini merupakan spektra massa senyawa naftalenol.

Dari profil fragmentasi senyawa hasil biokonversi didapatkan

“base peak”m/z 144 yang menunjukkan berat molekul 1-naftalenol.

Puncak ion dengan m/z 115

17

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

Gambar tersebut menunjukkan hilangnya ion =C-OH pada gugus

naftalenol, selanjutnya diikuti dengan hilangnya 2 atom C menghasilkan

puncak ion pada m/z 89. Pecahnya seluruh cincin aromatik ditandai

dengan hilangnya molekul =HC-CH= ,sehingga muncul ion molekul

dengan m/z 63. Dari hasil analisis tersebut memberikan bukti bahwa

bakteri Pseudomonas sp Kalp3b22 mampu mendegradasi fenantren

menjadi senyawa naftalenol. Gambar 5 berikut adalah struktur fenantren

dan 1-naftalenol. Jalur metabolik biodegradasi fenantren dengan naftalen

pada bakteri tertentu sangat berhubungan satu sama lain, sehingga

pembentukan senyawa turunan naftalen dalam hal ini naftalenol pada

metabolisme fenantren dapat terjadi. Selain itu Kiyohara juga melaporkan

bahwa jalur metabolisme fenantren pada jamur juga melibatkan serangan

naftaloksidatif pada posisi “K-region” fenantren, yang selanjutnya dapat

terbentuk senyawa turunan naftalen.

5. Kesimpulan

Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa bakteri laut asal

Kumai pseudomonas sp KalP 3b22 merupakan jenis yang potensial untuk

dikembangkan menjadi bakteri biodegradator PAH. Dengan model

molekul fenantren terbukti bakteri ini mampu mendegradasi hingga tahap

18

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

pembukaan cincin aromatik. Penelitian genetika, “functional gene” dan

enzimologi sangat diperlukan untuk mengetahui kemampuan

pendegradasiannya secara menyeluruh.

19

Manajemen Kualitas Air – Biodegradasi Limbah Minyak dengan Menggunakan Bakteri

DAFTAR PUSTAKA

Herdiyantoro, D. 2005. Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi oleh Bacillus sp. Galur ICBB 7859 dan ICBB 7865 dari Ekosistem Air Hitam Kalimantan Tengah dengan Penambahan Surfaktan. IPB Press

Syafrizal1, Devitra Saka Rani1,*, Sri Astuti Rahayu1. Pemanfaatan Surfaktan dalam Pengolahan Limbah Berminyak secara Bioproses. Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi ”LEMIGAS”, Jakarta Selatan

Murniasih T. , et al. 2007. Biodegradasi Fenantren Oleh Bakteri Laut Pseudomonas sp KalP3b22 Asal Kumai Kalimantan Tengah. MAKARA, SAINS, VOL. 13, NO. 1, APRIL 2009: 77-80

Nursyirwani dan Amolle, K. C. 2007. Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Hidrokarbonoklastik dari Perairan Dumai dengan Sekuen 16S rDNA. Jurusan Ilmu Kelautan, Faperika, Universitas Riau, Pekanbaru 28293

Yani, M. dan Akbar, Y. Tanpa tahun. Proses Biodegradasi Minyak Diesel oleh Campuran Bakteri Pendegradasi Hidrokarbon. Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor

Zam, S. I. Tanpa tahun. Optimasi Konsentrasi Inokulum, Rasio C:N:P Dan Ph Pada Proses Bioremediasi Limbah Pengilangan Minyak Bumi Menggunakan Kultur Campuran. Jurusan Pertanian Fakultas Pertanian dan Peternakan UIN Sultan Syarif Kasim Riau

20