Perjanjian No.: III/LPPM/2019-01/21-P

PROSES PENGOLAHAN LIMBAH LOGAM

DENGAN METODE BIOSORPSI ALGA HIJAU

Disusun Oleh:

Anastasia Prima Kristijarti, S.Si., M.T.

Ir. Y.I.P. Arry Miryanti, M.Si.

Kevin Cleary Wanta, S.T., M.Eng.

Catherine

Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat

Universitas Katolik Parahyangan

2019

2

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................................ 1

DAFTAR ISI ..................................................................................................................... 2

ABSTRAK ........................................................................................................................ 4

BAB 1. PENDAHULUAN ............................................................................................... 5

1.1. Latar Belakang .................................................................................................... 5

1.2. Urgensi dan Rencana Temuan/Inovasi Penelitian .............................................. 6

1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................................ 8

1.4. Target Luaran ...................................................................................................... 8

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 9

2.1. Biosorpsi ............................................................................................................. 9

2.2. Mikroalga sebagai agen Biosorpsi ...................................................................... 11

2.3. Pertumbuhan Mikroalga. ................................................................................... 12

2.4. Mekanisme Biosorpsi menggunakan Mikroalga ……………………………... 13

2.5. Faktor yang mempengaruhi Biosorpsi ………………………………………… 13

2.6. Chlorella sp. …………………………………………………………………… 14

2.7. Kultivasi mikroalga …………………………………………………………… 16

2.8. Penelitian Tentang Biosorpsi Logam Tembaga Menggunakan Chlorella sp ….. 16

2.9. Logam Berat ....................................................................................................... 18

2.10. Tembaga .............................................................................................................. 19

BAB 3. METODE PENELITIAN .................................................................................... 31

3.1. Rancangan Penelitian .......................................................................................... 31

3.2. Bahan dan Alat ................................................................................................... 32

3.2.1. Bahan ........................................................................................................... 32

3.2.2. Alat .............................................................................................................. 32

3.3. Prosedur Kerja Utama ......................................................................................... 32

3.4. Metode Analisa ................................................................................................... 32

3.4.1. Analisis Sampel Cair dan Sampel Padat ...................................................... 32

3.4.2. Analisis Data ................................................................................................ 33

3.5. Variabel Penelitian .............................................................................................. 34

3

BAB 4. HASIL DAN DISKUSI ....................................................................................... 24

BAB 5. KESIMPULAN………………………………………………………………… 28

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 29

4

ABSTRAK

Proses pengolahan limbah logam harus dilakukan karena berbahaya bagi lingkungan.

Proses biosorpsi limbah sintetik CuSO4 dengan menggunakan mikroalga Chlorella sp.

diharapkan dapat diaplikasikan pada limbah industri dan juga digunakan untuk menentukan

parameter perancangan bioreaktor. Proses biosorpsi dilakukan secara batch dengan variabel

pH (2–5) dan konsentrasi larutan (20–80 ppm) Kondisi operasi yang menghasilkan persentase

removal tertinggi (96,1%) dengan konsentrasi ion logam Cu2+ 40 ppm dengan pH 5.

Kata kunci: biosorpsi, Chlorella sp., limbah tembaga

5

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pertumbuhan industri di Indonesia semakin meningkat setiap tahunnya. Persentase

pertumbuhan industri di Indonesia dicatat oleh Badan Pusat Statistik (BPS). Pada kuartal III

tahun 2017, BPS mencatat pertumbuhan industri pengolahan non migas sebesar 5,49 %.

Persentase ini meningkat dibandingkan dengan kuartal II dan I tahun 2017 yang masing-

masing sebesar 4,76% dan 3,89%. Sektor industri pengolahan non migas termasuk industri

logam dasar, industri makanan dan minuman, industri mesin dan perlengkapan, serta industri

alat transportasi. Lebih jauh BPS menyatakan bahwa pertumbuhan industri ini lebih tinggi

dibandingkan dengan pertumbuhan ekonomi di Indonesia yang memiliki persentasetase

sebesar 5,06. Pada Seminar Nasional Outlook Industri 2018, kementerian perindustrian

menargetkan pertumbuhan industri pengolahan non-migas pada tahun 2018 sebesar 5,67%.

Jumlah industri di Indonesia berbanding lurus terhadap jumlah limbah yang dihasilkan.

Semakin banyak jumlah industri maka jumlah limbah industri juga akan meningkat. Limbah

yang berasal dari industri dapat berupa limbah cair, padat, dan gas. Limbah industri,

khususnya limbah cair mengandung bahan-bahan yang berbahaya seperti logam berat. Oleh

karena itu, limbah yang langsung dibuang ke lingkungan tanpa diolah terlebih dahulu akan

mengakibatkan dampak negatif baik bagi lingkungan maupun masyarakat. Pengolahan

limbah dapat dilakukan baik secara kimia, fisika maupun biologi. Pengolahan fisika dan

kimia sudah banyak diaplikasikan di industri namun kedua jenis pengolahan limbah ini

memiliki harga yang mahal baik dari segi alat maupun bahan yang digunakan dan

menghasilkan lumpur (Volesky, 2000).

Alternatif pengolahan limbah yang lebih murah namun efektif adalah pengolahan

secara biologi dengan memanfatkan mikroorganisme dalam prosesnya. Pengolahan limbah

secara biologi memiliki kelebihan yaitu ramah lingkungan (limbah hasil pengolahan secara

biologi ketika dibuang ke lingkungan tidak akan merusak lingkungan). Pengolahan limbah

secara biologi yang umumnya dijumpai pada industri adalah dengan menggunakan lumpur

aktif. Pada metode ini, mikroorganisme akan membentuk flok sehingga dapat mengurangi

kandungan logam dalam limbah. Namun, penggunaan lumpur aktif memiliki kekurangan

yaitu menimbulkan bau jika jumlah lumpur terlalu banyak. Biosorpsi merupakan alternatif

pengolahan limbah secara biologi yang masih jarang ditemukan di Indonesia sehingga

6

diperlukan pemahaman yang lebih dalam mengenai proses ini. Biosorpsi memanfaatkan

material biologis seperti bakteri, jamur, dan alga dalam menghilangkan logam berat yang

terdapat pada limbah industri. Biosorpsi menjadi salah satu pilihan yang patut

dipertimbangkan karena memiliki banyak kelebihan seperti biaya operasi yang rendah,

meminimalkan penggunaan bahan kimia, tidak menghasilkan lumpur, dan efisiensi yang

tinggi (Kotrba, 2011).

Pada penelitian ini dilakukan biosorpsi tembaga menggunakan mikroalga. Pemanfaatan

alga sebagai biosorben memiliki banyak kelebihan seperti memiliki efisiensi yang tinggi,

dapat diregenerasi, tidak dihasilkan lumpur, hanya dibutuhkan sedikit bahan kimia (Brinza,

dkk., 2007), dan alga memiliki laju pertumbuhan tinggi sehingga harga biosorben alga

menjadi murah (Borowitzka, 1999). Mikroalga yang digunakan pada penelitian adalah

mikroalga Chlorella vulgaris. Chlorella vulgaris yang telah digunakan dalam proses

biosorpsi dapat digunakan lebih lanjut untuk pembuatan biodiesel (Rajanrena, dkk., 2016).

Logam tembaga dipilih karena logam ini termasuk kedalam jenis logam esensial yaitu logam

yang dalam jumlah kecil dibutuhkan oleh makhluk hidup namun dalam jumlah besar

berdampak negatif bagi makhluk hidup (Badan POM RI, 2010). Jumlah logam tembaga

dalam jumlah yang kecil dapat dimanfaatkan tubuh untuk melancarkan proses produksi sel

darah, menjalankan sistem saraf, menjaga sistem imun, menguatkan tulang, dan mengobati

beberapa penyakit seperti anemia (Yana, 2015). Sebaliknya, jumlah logam yang terlalu besar

dapat menyebabkan iritasi pada hidung, mulut, mata, sakit kepala, sakit perut, pusing,

muntah, diare, kerusakan hati, ginjal, dan bahkan kematian. Dengan menggunakan teknik

biosorpsi, diharapkan terjadi penurunan jumlah logam berat pada industri sehingga limbah

yang dibuang ke lingkungan tidak berbahaya jika digunakan oleh manusia maupun makhluk

hidup yang berada di perairan.

1.2. Urgensi dan Rencana Temuan/Inovasi Penelitian

Topik utama dari penelitian ini terletak pada permasalahan lingkungan, seperti limbah

dan berhubungan pula pada bagaimana penyediaan air bersih. Ide penelitian ini muncul tidak

hanya didasarkan pada permasalahan lingkungan yang terjadi di kalangan masyarakat umum,

seperti DAS Citarum, Jawa Barat saja. Akan tetapi, ide penelitian ini juga sejalan dengan

Rencana Induk Riset Nasional Tahun 2017–2045 dan Rencana Induk Penelitian Universitas

Katolik Parahyangan 2016–2019. Pada Rencana Induk Riset Nasional Tahun 2017–2045,

salah satu tema riset yang perlu dikembangkan adalah terkait teknologi dan manajemen

lingkungan (dari fokus riset Kebencanaan) sedangkan salah satu topik risetnya adalah

7

eksplorasi ramah lingkungan. Tidak hanya itu, UNPAR sebagai salah satu lembaga akademik

juga memiliki fokus penelitian pada bidang teknologi. Pengolahan limbah dan/atau

penyediaan air bersih sangat berhubungan dengan bidang–bidang lain, seperti bidang pangan,

kesehatan, dan lainnya. Dengan demikian, topik penelitian yang diajukan pada proposal ini

menjadi sangan penting untuk dipelajari dan dikembangkan.

Topik penelitian ini dirancang dengan road map penelitian yang disajikan pada Gambar

1.1. Rencana temuan jangka panjang pada penelitian ini adalah suatu teknologi pengolahan

limbah berbasis biologis (alga) yang dapat diterapkan pada industri kimia atau Instalasi

Pengolahan Air Limbah (IPAL) sehingga limbah industri yang akan dibuang ke lingkungan

sudah sesuai dengan baku mutu lingkungan di setiap wilayah. Rencana temuan ini sangat

penting untuk menjamin kelangsungan kehidupan manusia yang lebih baik lagi.

Gambar 1.1. Road Map Penelitian Pengolahan Limbah dengan Metode Biosorpsi

Pada proposal penelitian tahun 2019 ini, fokus penelitian akan terfokus pada aplikasi

metode biosorpsi dengan menggunakan (mikro)alga hijau, seperti Chlorella sp. terhadap

limbah sintetik logam. Penelitian yang telah dirancang telah melalui proses studi pustaka

yang cukup dan didukung dengan percobaan pendahuluan sebagai data/informasi awal dan

pendukung tingkat keberhasilan penelitian ini. Penggunaan limbah sintetik bertujuan untuk

mendapatkan berbagai kondisi operasi optimum yang kemudian akan digunakan pada saat

penggunaan limbah industri sebagai objek penelitian berikutnya. Tidak hanya itu, data yang

8

diperoleh dari penelitian ini diharapkan pula dapat memberikan gambaran terkait parameter

desain bioreaktor yang menjadi target jangka panjang penelitian ini.

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Dalam jangka pendek,

a. mempelajari pengaruh beberapa kondisi operasi dalam proses biosorpsi limbah

logam sintetik dengan menggunakan Chlorella sp.;

b. menentukan kondisi operasi optimum dalam proses biosorpsi limbah logam sintetik

dengan menggunakan Chlorella sp.

2. Dalam jangka panjang,

a. mendesain bioreaktor yang sesuai untuk proses biosorpsi limbah industri;

b. mengaplikasikan teknologi di industri/IPAL.

1.4. Target Luaran

Penelitian yang dilakukan ini diharapkan dapat dipublikasikan dalam jurnal internasional

dan/atau prosiding pada pertemuan nasional/internasional.

9

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Biosorpsi

Biosorpsi adalah penghilangan suatu senyawa (ion logam berat) dari limbah

berdasarkan kemampuan material biologis untuk mengikat / menyerap senyawa tersebut

(Veglio, dkk., 1997). Material biologis yang digunakan untuk proses biosorpsi umumnya

disebut biosorben. Dua sumber utama biosorben yaitu biosorben dari produk samping industri

fermentasi (bakteri dan jamur) dan biosorben alga dari lautan (Naja, dkk., 2011). Biosorben

yang digunakan dapat berupa sel hidup maupun sel mati. Biosorben yang berupa sel hidup

adalah biosorben yang ditumbuhkan dalam suatu medium (kultivasi) dan langsung digunakan

dalam proses biosorpsi sedangkan biosorben yang berupa sel mati berasal dari biosorben

yang dikultivasi dan dikeringkan kemudian digunakan dalam proses biosorpsi

(Suhendrayatna, 2001).

Beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam mengaplikasikan biosorpsi dalam

penghilangan senyawa:

a) Harga biosorben harus serendah mungkin agar proses biosorpsi secara keseluruhan

menjadi lebih murah. Sumber biosorben yang digunakan dapat berasal dari limbah

industri yang sudah tidak digunakan kembali (Veglio, 1996).

b) Regenerasi biosorben untuk mengurangi biaya bahan baku yang digunakan (Veglio,

1996).

c) Kemampuan adsorpsi yang tinggi dan jumlah yang cukup (Macek, 2011)

Biosorpsi merupakan salah satu alternatif yang dapat digunakan untuk menggantikan

proses konvensional misalnya dalam proses penghilangan ion logam dari larutan. Beberapa

metode konvensional untuk menghilangkan logam dari larutan adalah (Gardea-Torresdey,

dkk., 1997):

1. Phytofiltration adalah suatu metode yang digunakan untuk mencegah polutan organik

yang terdapat pada limbah masuk ke dalam air tanah menggunakan kemampuan filtrasi

tumbuhan yang dapat melakukan adsorpsi atau absorpsi terhadap polutan (Razzaq,

2017).

2. Presipitasi logam dilakukan dengan menambahkan koagulan, seperti polimer sehingga

terjadi pengendapan.

10

3. Metode osmosis dilakukan dengan memisahkan logam berat menggunakan membran

semipermeabel pada tekanan di atas tekanan osmotik yang disebabkan padatan terlarut

yang terdapat pada limbah.

4. Pertukaran ion adalah proses yang terjadi antara biosorben dan logam dengan

menggunakan alat penukar ion. Pada proses ini, ion logam dari larutan akan ditukar

dengan ion dari resin (Ahalya, dkk., 2003).

Metode biosorpsi memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan metode

pengolahan limbah logam secara konvensional, terutama dalam hal ekonomi dan lingkungan

yang lebih baik (Tabel 2.1). Demikian pula biosorben yang dapat digunakan pada proses

biosorpsi antara lain bakteri, jamur, dan alga (Tabel 2.2).

Tabel 2.1 Kekurangan dan Kelebihan Metode Konvensional (Volesky, 2000) dan Biosorpsi

Metode Konvensional Kekurangan Kelebihan

Presipitasi kimia dan

filtrasi

Pemisahan sulit, tidak efektif,

menghasilkan lumpur

Mudah dan murah

Oksidasi dan reduksi

kimia

Dibutuhkan bahan kimia, reaksi

lambat, sensitif

Elektrokimia Mahal dan hanya dapat dilakukan

untuk konsentrasi tinggi

Pembaruan logam

Osmosis Tekanan tinggi, dapat terbentuk

kerak, mahal

Dihasilkan effluent murni

Pertukaran ion Harga resin yang mahal Efektif, dihasilkan effluent

murni, dan pembaruan logam

Adsorpsi Harga adsorben yang mahal dan

kurang efektif

Metode yang paling umum

digunakan

Evaporasi Dibutuhkan energi yang besar,

mahal, dan menghasilkan lumpur

Dihasilkan effluent murni

Biosorpsi - Bergantung dengan tingkat

toksisitas logam terhadap sel

- Membutuhkan nutrien

- Logam tidak dapat langsung

dipisahkan dengan biosorben

(Suhendrayatna, 2001)

Harga murah (Veglio, dkk.,

1996), biaya operasi rendah,

meminimalkan penggunaan

bahan kimia, ramah

lingkungan, tidak

menghasilkan lumpur, dan

efisiensi tinggi (Kotrba,

2011)

11

Tabel 2.2 Kekurangan dan Kelebihan Biosorben yang Digunakan pada Biosorpsi

Biosorben Kelebihan Kekurangan

Bakteri

- Memiliki kapasitas biosorpsi yang tinggi

(Yun, dkk., 2011)

- Harga biomassa yang murah (Naja,

dkk.,2011)

- Biaya operasi yang tinggi karena

diperlukan imobilisasi biomassa

(Naja, dkk., 2011)

- Tidak dapat digunakan kembali

apabila digunakan pada tekanan

yang tinggi karena kekuatan

mekanis bakteri yang rendah

(Yun, dkk., 2011)

Jamur - Biomassa dapat diperoleh dengan mudah

dan murah (Kapoor, dkk., 1995)

- Dapat ditumbuhkan dengan menggunakan

media pertumbuhan yang murah dan teknik

fermentasi yang mudah [Kuyucak (1990)

dalam Kapoor, dkk., (1995)]

- Dapat diregenerasi dan digunakan kembali

(Viraraghavan, dkk., 2011)

- Memiliki kekuatan mekanis yang

rendah (Viraraghavan, dkk.,

2011)

- Diperlukan imobilisasi biomassa

sebelum digunakan

(Viraraghavan, dkk., 2011)

Alga - Dapat digunakan untuk konsentrasi logam

yang tinggi

- Efisiensi tinggi

- Biomassa dapat diregenerasi dan

digunakan kembali

- Tidak dihasilkan lumpur

- Hanya diperlukan sedikit bahan kimia

(untuk regenerasi biomassa)

- Murah

- Dapat dilakukan dalam kondisi aerobik

maupun anaerobik

- Dapat dilakukan dalam kondisi kontinu

maupun diskontinu (Brinza, dkk., 2007)

- Memiliki laju pertumbuhan tinggi

(Borowitzka, 1999)

Perlu dilakukan imobilisasi

terhadap alga (Brinza, dkk., 2007)

2.2. Mikroalga sebagai Agen Biosorpsi

Alga merupakan kelompok makhluk hidup yang sangat bervariasi dan terdiri dari

organisme yang dapat melakukan fotosintesis tetapi tidak termasuk dalam kingdom

tumbuhan. Alga dapat bersifat uniselular, kolonial, atau multiselular. Ukuran alga juga

berbeda-beda mulai dari alga yang berukuran mikroskopik sampai berukuran makroskopik.

Mikroalga atau yang biasa dikenal dengan nama fitoplankton merupakan tumbuhan

renik yang memiliki diameter 3-30 μm (Romimohtarto, 2004). Mikroalga hidup di seluruh

wilayah perairan baik tawar maupun laut. Organisme ini merupakan produsen primer perairan

yang memiliki kemampuan berfotosintesis seperti tumbuhan tingkat tinggi lain (Kawaroe,

2010). Mikroalga termasuk ke dalam golongan eukariotik dan memiliki pigmen fotosintetik

12

hijau (klorofil), coklat (fikosantin), biru kehijauan (fikobilin), dan merah (fikoeritrin).

Morfologi mikroalga dapat berbentuk uniseluler maupun multiseluler tetapi belum ada

pembagian tugas yang jelas pada sel-sel komponennya. Hal ini yang membedakan mikroalga

dari tumbuhan tingkat tinggi (Romimohtarto, 2004). Mikroalga memiliki beberapa manfaat

antara lain sebagai sumber makanan sehat, sebagai biofilter untuk menghilangkan polutan

dari air limbah, dan digunakan untuk kepentingan farmasi dan kosmetik (Borowitzka, 1999).

2.3. Pertumbuhan Mikroalga

Pertumbuhan mikroalga dibagi menjadi lima tahap, antara lain:

a. Fasa adaptasi/lag phase

Pada fasa ini, mikroalga berusaha menyesuaikan diri dengan lingkungan/medium baru.

Mikroalga berusaha merombak materi dalam medium agar dapat digunakan sebagai

nutrisi. Bentuk kurva lurus karena tidak ada proses pertumbuhan mikroalga hanya terjadi

seleksi terhadap mikroalga yang dapat mencerna nutrisi yang dapat hidup.

b. Fasa logaritimik/exponential phase

Fasa dimana mikroalga sudah dapat menggunakan nutrisi dalam mediumnya. Pada fasa

ini, mikroalga banyak tumbuh dan membelah diri sehingga jumlahnya meningkat cepat

sehingga bentuk kurva meningkat tajam.

c. Fasa pertumbuhan diperlambat/deceleration phase

Fasa ini dimulai pada akhir fasa eksponential oleh karena pertumbuhan mikroalga yang

cepat tidak diimbangi oleh keberadaan nutrisi. Penyebab lain yang dapat memperlambat

pertumbuhan mikroalga adalah terjadinya inhibisi karena terakumulasinya produk

metabolit sekunder (senyawa yang dihasilkan mikroalga sebagai nutrisi pada lingkungan

yang buruk).

d. Fasa stasioner/steady phase

Pada fasa ini, jumlah substrat yang terbatas akan menurukan laju pertumbuhan sehingga

laju pertumbuhan sama dengan laju kematian sehingga kurva merupakan garis lurus.

e. Fasa kematian/dying phase

Fasa kematian terjadi apabila tidak ada nutrisi yang dapat mencukupi kebutuhan

mikroalga. Umur sel menjadi salah satu alasan terjadinya fasa ini karena pertahanan sel

terhadap lingkungan semakin berkurang.

Menurut Fachrullah (2011), pertumbuhan mikroalga dipengaruhi beberapa faktor, yaitu

faktor eksternal dan faktor internal. Faktor eksternal yang dimaksud adalah kondisi

lingkungan tempat mikroalga bertumbuh seperti pH, suhu, oksigen, karbon dioksida, cahaya,

13

dan nutrisi. Faktor eksternal akan berpengaruh terhadap faktor internal mikroalga, yaitu

metabolisme mikroalga. Semakin baik kondisi lingkungan, maka semakin baik pula

metabolisme mikroalga sehingga laju pertumbuhan mikrolga juga semakin cepat.

2.4. Mekanisme Biosorpsi Menggunakan Mikroalga

Menurut Suhendrayatna (2001), proses biosorpsi logam berat umumnya terdiri dari dua

mekanisme, antara lain:

a. Passive uptake

Passive uptake dapat terjadi pada sel hidup maupun mati. Proses ini terjadi ketika ion

logam berat mengikat dinding sel dengan dua cara, yaitu (1) terjadi pertukaran ion di

mana ion seperti Na, Mg, dan Ca pada dinding sel alga akan digantikan oleh ion-ion

logam berat dan (2) terjadi formasi kompleks antara ion-ion logam berat dengan gugus

fungsional, seperti carbonyl, amino, thiol, hydroxy, phosphate, dan hydroxy-carboxyl

yang berada pada dinding sel alga. Proses ini bersifat bolak baik dan cepat.

b. Active uptake

Active uptake hanya dapat terjadi pada sel hidup. Mekanisme ini terjadi seiring dengan

konsumsi ion logam yang digunakan untuk pertumbuhan mikroorganisme. Proses ini

dapat dihambat oleh suhu yang rendah, tidak tersedianya sumber energi dan penghambat

metabolisme sel lainnya. Di sisi lain, biosorpsi logam berat dengan sel hidup bersifat

terbatas karena akumulasi ion dapat menyebabkan racun terhadap mikroorganisme

sehingga pertumbuhan mikroorganisme menjadi terhambat. Oleh karena itu, pemilihan

mikroorganisme menjadi penting karena hanya mikroorganisme yang tahan terhadap

logam yang dapat bertahan.

2.5. Faktor yang Mempengaruhi Biosorpsi

Beberapa faktor yang mempengaruhi proses biosorpsi adalah:

a. Waktu Biosorpsi

Waktu biosorpsi akan berpengaruh terhadap konsentrasi akhir logam. Semakin lama

waktu biosorpsi maka konsentrasi akhir logam akan semakin kecil karena kontak antara

logam dan biomassa semakin lama sehingga proses biosorpsi juga berjalan dengan lebih

sempurna (Hidayati, dkk., 2013). Waktu biosorpsi dibagi menjadi dua tahap, yaitu

biosorpsi yang terjadi secara cepat pada awal biosorpsi diikuti dengan waktu equilibrium

yang lama pada akhir biosorpsi karena pada awal biosorpsi masih banyak logam yang

tersedia sedangkan pada akhir biosorpsi jumlah logam akan menurun (Sun, dkk., 2012).

14

b. Konsentrasi biosorben

Konsentrasi biosorben merupakan faktor yang penting dalam biosorpsi karena semakin

sedikit biosorben yang digunakan maka semakin sedikit pula logam yang dapat diserap

(Dhankar, dkk., 2011). Hal ini disebabkan karena semakin sedikit biosorben yang

digunakan membuat semakin sedikitnya sisi aktif biosorben. Namun, pada jumlah

biomassa yang tinggi, terbentuk agregat yang menghalangi permukaan alga sehingga

kapasitas adsorpsi menurun (Donmez, dkk., 1998).

c. Konsentrasi Logam

Semakin tinggi konsentrasi logam yang digunakan, maka efisiensi biosorpsi akan

semakin menurun. Hal ini disebabkan karena peningkatan jumlah ion logam akan

meningkatkan persaingan antar ion logam untuk dapat berikatan dengan biomassa dan

kurangnya sisi aktif biomassa untuk mengikat logam. Sebaliknya, pada konsentrasi logam

yang rendah, jumlah sisi aktif biosorben akan meningkat sehingga proses biosorpsi

berjalan dengan efektif (Akar, dkk., 2006).

d. Derajat keasaman (pH)

Alga sebagai biosorben memiliki pHzpc sebesar 3, di atas pH ini alga memiliki muatan

negatif sehingga dapat berikatan dengan logam yang bermuatan positif (Donmez, dkk.,

1998). Selain itu, semakin tinggi nilai pH maka semakin banyak jumlah ligan seperti

gugus karboksilat dan gugus fungsional yang tersedia sehingga alga bermuatan negatif

dan dapat berikatan dengan logam yang bermuatan positif (Al-Rub, dkk., 2005).

2.6. Chlorella sp.

Chrorella sp. berasal dari kata chloros yang memiliki arti hijau dan ella yang

memiliki arti mikroskopik (Safi, dkk., 2014). Chrorella sp. adalah jenis alga hijau yang

berbentuk uniseluler. Jenis alga hijau ini dapat tumbuh dalam freshwater (danau, sungai) dan

terdapat secara melimpah di pantai. Chlorella sp. berukuran 3-10 µm dan dapat berkembang

biak dengan spora. Dinding sel Chlorella sp. memiliki kandungan 22,6% selulosa (Fraile,

dkk., 2006). Selain selulosa, Chlorella sp. juga kaya akan polisakarida yang bermanfaat

dalam pengikatan logam berat (Algix). Chlorella sp. memiliki kandungan protein yang besar

yaitu 55% dari berat kering (Safi, dkk., 2014). Oleh karena kandungan protein yang besar,

mikroalga Chlorella sp. dapat digunakan sebagai suplemen makanan baik bagi manusia

maupun hewan (Becker, 2006). Selain itu, mikroalga Chlorella sp. dapat digunakan sebagai

bahan baku biodiesel karena kandungan triacylglycerol mikroalga yang mencapai 20-50%

berat sel kering. Triacylglycerol ini akan dicampurkan dengan metanol sehingga

15

menghasilkan gliserol dan biodiesel. Selain itu, pertumbuhan mikroalga yang cepat membuat

produksi biodiesel meningkat (Rajanrena, dkk., 2016).

Dinding sel Chlorella sp. bersifat keras dan kaku sehingga digunakan sebagai pelindung

sel dari lingkungan yang keras (Safi, dkk., 2014). Dinding sel alga bervariasi seiring fasa

pertumbuhan sel. Pada awal masa pertumbuhan, dinding sel alga bersifat rapuh dan seiring

berjalannya waktu, dinding sel akan semakin dewasa dan bertambah tebal (17-21 nm)

(Yamamoto, dkk., 2004).Chlorella sp. bereproduksi secara aseksual dan cepat sehingga

dalam waktu 24 jam, satu sel Chlorella sp. dapat berkembangbiak dengan autosporulation.

Dalam reproduksi Chlorella sp., 1 sel induk dapat menghasilkan 4 sel anakan yang berada di

tumbuh sel induk. Setelah proses reproduksi selesai, sel induk akan pecah dan sel anakan

akan keluar dari tubuh sel induk (Yamamoto, dkk., 2005). Proses pembentukan sel anakan

pada Chlorella sp.ditampilkan pada Gambar 2.3. Bentuk sel Chlorella sp. ditampilkan pada

Gambar 2.4.

Gambar 2.2. Pembentukan Sel Anakan pada Chlorella sp. : (a) Fasa pertumbuhan awal (b)

Fasa pertumbuhan akhir (c) Pemisahan kloroplas (d) Pemisahan protoplas awal (e)

Pemisahan protoplas akhir (f) Fasa pematangan sel anakan (g) Fasa penetasan

(Yamamoto, dkk., 2005)

Gambar 2.3. Bentuk Sel Chlorella sp. (Algae Research and Supply)

16

2.7. Kultivasi Mikroalga

Tujuan kultivasi adalah mendapatkan kelimpahan sel yang tertinggi dalam periode

waktu yang singkat. Karakteristik utama yang diperlukan dalam seleksi mikroalga adalah

spesies yang memiliki:

a. toleransi terhadap perubahan temperatur, salinitas, dan intensitas cahaya,

b. ketahanan terhadap predator, penyakit, dan kontaminan,

c. toleransi terhadap kandungan nutrien yang tinggi,

d. siklus hidup yang memungkinkan untuk kultivasi.

Kultivasi mikroalga akan tumbuh dengan baik apabila kondisi medium memiliki

kandungan nutrien dan komposisi logam yang sama dengan perairan alami. Pada kultivasi,

media ditambahkan dengan nutrien makro, mikro, vitamin, dan komposisi logam yang dapat

memperlancar proses fotosintesis. Walaupun kondisi lingkungan di alam dan kondisi

kultivasi berbeda tetapi dengan spesies yang memenuhi kriteria di atas, kultivasi dapat

berjalan dengan baik. Metode kultivasi bergantung kepada besar kecilnya volume medium,

lokasi kultivasi (di dalam ruangan atau di luar ruangan), jenis bahan kimia yang digunakan

(pro analisis atau teknis), pengolahan air, dan kemurnian bibit. 3 jenis kultivasi mikroalga,

yaitu:

a. Fotoautotrof yang memperoleh energi dari karbon dioksida dan cahaya,

b. Heterotrof yang tidak membutuhkan cahaya dan karbon dari komponen organik seperti

gula,

c. Miksotropik yang dapat mereproduksi selnya baik dalam lingkungan gelap maupun

terang.

Kultivasi pada skala laboratorium dilakukan untuk mempertahankan bibit dari strain

unggulan tetap berada pada kondisi terjaga dan terkendali sehingga pertuhmbuhan mikroalga

maksimum. Kultivasi skala laboratorium membutuhkan pupuk dan vitamin pro analisis agar

kondisi sel mikroalga dapat berkembang secara maksimum. Selain itu, perlu dilakukan

sterilisasi terhadap semua komponen yang berkaitan dengan kultivasi seperti bibit, alat,

pupuk, dan wadah karena pada kultivasi skala laboratorium, mudah terjadi kontaminasi

antara spesies dengan wadah, alat, dan pupuk.

2.8. Penelitian Budidaya Mikroalga Chlorella sp.

Budidaya mikroalga Chlorella sp. dapat dilakukan pada beberapa medium, yaitu

benneck, BG-11, walne (Wirosaputro, 2002 dalam Wijoseno, 2011), dan modified optimized

culture medium (OCM) (Arroyo, dkk., 2011). Sel Chlorella sp. diletakkan pada erlenmeyer

17

dan dimasukkan pada shaker dengan pengadukan sebesar 150-200 rpm pada suhu ruang.

Pada medium juga diberi pasokan CO2 yang kontinu menggunakan laju aerasi sebesar,

mikroalga juga diberi cahaya yang cukup selama kultivasi (Yeh, dkk., 2011). Berat sel kering

Chlorella sp. ditentukan dengan cara melakukan sentrifugasi terhadap kultur pada 3.000 rpm

selama 15 menit kemudian kultur dicuci dengan menggunakan akuades lalu kultur

dikeringkan pada suhu 80-100˚C menggunakan oven selama 24 jam. Pertumbuhan Chlorella

sp. diamati selama 6 hari dengan menggunakan spektrofotometer UV/Vis pada panjang

gelombang 540-680 nm (Liang, dkk., 2009 dan Arroyo, dkk., 2011). Spektrofotometer

adalah metode yang digunakan untuk mengukur kemampuan suatu komponen untuk

mengabsorpsi cahaya dengan mengukur intensitas cahaya yang dapat dipancarkan melewati

larutan (Vo, 2015). Prinsip dasar spektrofotometer adalah menganalisis konsentrasi

berdasarkan kekeruhan dibandingkan dengan larutan blanko. Spektrofotometer UV-Vis

memiliki rentang panjang gelombang 200-750 nm di mana sinar UV memiliki panjang

gelombang 200-400 nm dan sinar tampak memiliki panjang gelombang 400-750 nm

(Rohman, 2007). Dalam spektrofotometer ini, absorpsi dan transmisi suatu komponen dapat

ditentukan dengan mengamati warna larutan yang digunakan (Vo, 2015). Spektrofotometri

menggunakan hukum Lambert Beer yang mengatakan bahwa terdapat hubungan yang linear

antara absorbansi dan konsentrasi larutan (Nateri, 2009). Perhitungan konsentrasi logam

menggunakan spektrofotometer dilakukan dengan menggunakan kurva standar. Kurva

standar dibuat dengan mengalurkan absorbansi terhadap konsentrasi logam yang telah

diketahui konsentrasinya secara pasti. Karakteristik beberapa kondisi kultivasi ditunjukkan

pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Karakteristik Beberapa Kondisi Kultivasi (Yeh, dkk., 2011)

Kondisi Kultivasi Sumber Energi Sumber Karbon Contoh Sumber

Karbon

Phototrophic Cahaya Karbon inorganik CO2 atau NaHCO3

Heterotrophic Karbon organik Karbon organik Glukosa

Photoheterotrophic Cahaya Karbon organik Glukosa

Mixotrophic Cahaya dan karbon

organik

Karbon organik dan

Karbon inorganik CO2 dan glukosa

18

2.9. Logam Berat

Logam adalah unsur yang dapat mengalirkan listrik, memiliki warna yang metalic,

lunak dan elasitis, membentuk kation, dan memiliki oksida [Atkins, P., (1997) dalam Duffus

(2002)]. Logam berat umumnya dipahami sebagai logam yang beracun namun sebenarnya

istilah logam berat tidak memiliki arti yang pasti dan diakui oleh badan resmi seperti IUPAC.

Logam berat berasal dari dua sumber yaitu proses alamiah seperti pelapukan secara kimiawi

atau hewan yang membusuk dan aktivitas manusia seperti limbah industri (Fachrullah, 2011).

Menurut badan POM (Pengawas Obat dan Makanan) RI (2010), berdasarkan tingkat

toksisitas logam berat, logam berat dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu logam berat

esensial dan logam berat nonesensial. Logam berat esensial adalah logam berat yang

dibutuhkan oleh organisme dalam jumlah tertentu namun dalam jumlah yang besar akan

berdampak negatif. Zn, Cu, Fe, Co, Mn, dan Se termasuk ke dalam logam berat esensial.

Logam berat nonesensial adalah logam berat beracun yang tidak dibutuhkan oleh organisme.

Jika jenis logam berat ini masuk ke tubuh organisme, maka akan tumbuk efek negatif bagi

kesehatan seperti efek alergi, kerusakan organ tubuh bagian dalam maupun luar, kanker,

bahkan kematian. Jenis logam berat ini tidak dapat rusak dan tidak dapat berubah menjadi

bentuk lain. Contoh logam berat nonesensial adalah Hg, Cd, Pb, Sn, Cr (VI), dan As. Sumber

dan dampak negatif beberapa jenis logam berat ditampilkan pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Sumber dan Dampak Negatif Beberapa Jenis Logam Berat

Logam

Berat Sumber Dampak Negatif

Kadmium Asap rokok, industri baterai, industri

peleburan, industri logam campuran

(alloy), dan electroplating(WHO,

2011).

Kerusakan ginjal dan tulang (Forster,

dkk., 2003), berukurangnya hemoglobin

(anemia), osteoporosis, kanker paru-

paru, kanker prostat, dan kanker

lambung (WHO, 2011).

Tembaga Industri pertambangan, pestisida, dan

industri metalurgi (WHO, 2011).

Kerusakan saluran gastrointestinal,

mual, muntah, anemia, sulit bernapas,

dan hematuria (WHO, 2011).

Arsenik Produk samping peleburan tembaga,

zinc, dan timbal, pembakaran bahan

bakar, pestisida, pengawet kayu (WHO,

2011).

Sulit menelan, muntah, diare, perubahan

warna kulit, kanker kulit, kanker ginjal,

koma, dan kematian (WHO, 2011).

Merkuri Industri pertambangan, industri

pengilangan emas dan bijih perak

(United States Department of Labor),

kosmetik, industri cat (Jarup, 2003)

Kerusakan paru-paru, depresi, tremor,

gelisah (Jarup, 2003), kerusakan saraf

dan ginjal secara permanen (United

States Department of Labor)

Timbal Peralatan memasak, industri baterai,

industri peleburan, industri kaca, dan

industri pertambangan (Jarup, 2003)

Pusing, kerusakan saraf, anemia,

kerusakan ginjal, kanker lambung, dan

kanker paru-paru (Jarup, 2003)

19

2.10. Tembaga

Tembaga merupakan logam kemerahan yang terletak pada golongan 11 tabel periodik.

Logam ini merupakan konduktor panas dan listrik yang baik. Tembaga dihasilkan melalui

proses pertambangan, produksi logam, produksi kayu, dan produksi pupuk fosfat (Amazine).

Tembaga umumnya digunakan untuk peralatan listrik, konstruksi atap dan pipa, mesin

penukar panas, dan digabung dengan logam lain membentuk alloy. Tembaga merupakan

logam yang bersifat elastis dan tidak keras. Tembaga membentuk senyawa dengan bilangan

oksidasi +1 dan +2. Tembaga (I) atau cuprous adalah senyawa diamagnetic yang tidak

berwarna. Beberapa jenis tembaga yang digunakan dalam industri berupa campuran senyawa

logam tembaga dengan logam lain seperti cuprous oxide (Cu2O) yang digunakan sebagai

pigmen berwarna merah. Tembaga (II) yang digunakan dalam industi umumnya berupa

cupric oxide (CuO) yang digunakan sebagai pigmen berwarna biru (The Editors of

Encyclopaedia Britannica). Selain karena proses industri, tembaga juga dihasilkan oleh

peristiwa alami seperti pelapukan tanaman dan kebakaran hutan. Senyawa tembaga yang

terikat di tanah atau terserap ke dalam sumber air dapat menimbulkan ancaman kesehatan.

Tembaga sebenarnya merupakan salah satu logam yang penting bagi kesehatan manusia.

Namun, jumlah logam yang terlalu besar akan menyebabkan masalah kesehatan. Jumlah

logam yang terlalu besar dapat menyebabkan iritasi pada hidung, mulut, mata, sakit kepala,

sakit perut, pusing, muntah, diare, kerusakan hati, ginjal, dan bahkan kematian. Pada tanah

dengan kandungan tembaga yang tinggi, hanya sejumlah kecil tanaman yang bisa bertahan

hidup karena tembaga akan menimbulkan dampak negatif pada aktivitas mikroorganisme dan

cacing tanah (Amazine). Sifat kimia dan fisika logam tembaga ditampilkan pada Tabel 2.5.

dan Tabel 2.6.

Tabel 2.5. Sifat Kimia Logam Tembaga (Lenntech)

Sifat Kimia Nilai Satuan

Nomor atom 29

Nomor massa 63,546 g/mol

Elektronegativitas 1,9

Vanderwaals radius 0,128 Nm

Ionic radius 0,096 Nm

Isotop 6

Energi ionisasi pertama 743,5 kJ/mol

Energi ionisasi kedua 1.946 kJ/mol

Potensial standar + 0,522 V ( Cu+/ Cu ) ;

+ 0,345 V (Cu2+/ Cu )

.

20

Tabel 2.6. Sifat Fisika Logam Tembaga (Lipowsky, dkk., 2007)

Sifat Fisika Nilai Satuan

Lattice constant 0.3608 Nm

Densitas 8.959 g/cm3

Titik leleh 1083 °C

Panas penguapan 4770 J/g

Fusion heat 214 J/g

Titik didih 2595 °C

Spesific heat 0.38 J/g

Viskositas dinamik 4 mN

Modulus Young 100000-130000 N/m

Konduktivitas panas >385 W/m.K

Konduktivitas listrik 59.62 MS/m

Tegangan permukaan 1.185 N/m

21

BAB 3

METODE PENELITIAN

Seperti yang telah dijelaskan pada Bab 1, studi/penelitian kali ini merupakan tahapan

awal dari tujuan jangka panjang dalam usaha pengembangan metode biosorpsi dengan alga

hijau untuk pengolahan limbah. Gambar 1.1. telah menunjukkan bahwa studi pustaka dan

percobaan pendahuluan telah dilakukan pada tahun 2018. Pada tahun 2019, topik utama

penelitian ini akan terfokus pada pemanfaatan metode biosorpsi dengan menggunakan larutan

sintetik (yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah sintetik tembaga sulfat). Gambar

3.1. merupakan diagram fishbone proyek penelitian ini dan terlihat bahwa hasil penelitian ini

diharapkan dapat ditentukan kondisi operasi optimum dalam proses biosorpsi untuk limbah

sintetik.

Gambar 3.1. Diagram Fishbone Penelitian

3.1. Rancangan penelitian

Secara umum, penelitian ini dibagi menjadi 3 (tahap), yaitu tahap persiapan bahan baku

(khususnya mikroalga Chlorella sp.), tahap biosorpsi, dan tahap analisis. Penelitian ini akan

dilakukan di Laboratorium Teknik Pangan dan Bioproses, Jurusan Teknik Kimia, Universitas

Katolik Parahyangan.

22

3.2. Bahan dan Alat

3.2.1. Bahan

Bahan utama yang digunakan adalah mikroalga Chlorella sp., padatan tembaga sulfat

(CuSO4.5H2O), pupuk walne, dan pupuk f2 sebagai nutrisi, air demin, larutan HCl, larutan

NaOH, dan larutan NH3.

3.2.2. Alat

Rangkaian alat utama yang digunakan dalam penelitian ini disajikan pada Gambar 3.2.

Keterangan:

1. Lampu

2. Erlenmeyer

3. Sumbat karet

4. Aerator

Gambar 3.2. Rangkaian Alat Proses Biosorpsi

3.3. Prosedur Kerja Utama

Tahap biosorpsi merupakan tahapan utama dalam penelitian ini di mana alur percobaan

disajikan pada Gambar 3.3.

3.4. Metode Analisa

3.4.1. Analisis Sampel Cair

Pada penelitian ini, beberapa proses pengujian terhadap sampel cair dilakukan dengan

menggunakan alat instrumen UV–vis spektrofotometer.

4

1

3

2

4

23

Larutan CuSO4 disiapkan sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan.

Larutan CuSO4 tersebut dicampurkan dengan 5 mL mikroalga sesuai dengan kepadatan sel

3.800 sel/mL.

Larutan diatur kondisinya sesuai pH yang diinginkan dengan larutan NaOH dan HCl.

Rangkai alat percobaan seperti pada Gambar 3.2.

Sampel cair diambil pada selang waktu tertentu.

Sampel kemudian dipisahkan antara padat–cair dengan menggunakan centrifuge dengan

kecepatan 10.000 rpm selama 5 menit pada suhu 4oC,

Fasa cair (supernatant) diambil dan kemudian dianalisis dengan menggunakan UV–vis

spektrofotometer.

Gambar 3.2. Tahap Biosorpsi dengan Menggunakan Chlorella sp.

3.4.2. Analisis Data

Data analisa yang telah diperoleh dari proses analisis sampel dengan menggunakan alat UV-

vis spektrofotometer diolah hingga diperoleh nilai persentase removal. Persentase removal

ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:

% 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 =𝐶𝑜−𝐶𝑒

𝐶𝑜𝑥100% (3.1)

di mana Co merupakan konsentrasi logam awal (ppm) dan Ce merupakan konsentrasi logam

setelah biosorpsi (ppm).

3.5. Variabel Penelitian

Variabel bebas merupakan variabel yang akan diamati/dipelajari dalam suatu studi penelitian.

Pada penelitian kali ini, variabel bebas yang digunakan adalah:

a. pH : 2, 3, 4, dan 5

b. konsentrasi larutan : 20, 40, 60, dan 80 ppm

24

BAB 4

HASIL DAN DISKUSI

Limbah sintetis dibuat dengan melarutkan CuSO4.5H2O, sehingga diperoleh ion logam

Cu2+. Biosorpsi ion logam tembaga (II) (Cu2+) dilakukan oleh Chlorella vulgaris. Parameter

yang diukur dalam penelitian ini adalah konsentrasi awal dan akhir ion logam Cu2+ serta pH

larutan.

4.1. Pertumbuhan Chlorella vulgaris

Pembiakan inokulum Chlorella vulgaris dilakukan pada medium pertumbuhan walne

(ugoplankton) dengan aerasi dan pencahayaan (LED 9000 lux). Kurva pertumbuhan

Chlorella vulgaris diperoleh dalam waktu 7 hari, dan diamati lima fasa pertumbuhan.

Gambar 4.1. Kurva pertumbuhan Chlorella vulgaris pada medium pertumbuhan walne

Pada gambar 4.1. menggambarkan fasa lag terjadi pada hari ke-0 sampai hari ke-1 yang

merupakan fasa adaptasi, pada fasa ini pertumbuhan sel sangat rendah karena sel beradaptasi

dengan lingkungan baru setelah proses inokulasi (Kawaroe, 2010). Selanjutnya fasa

eksponensial ditandai dengan terjadinya pertumbuhan yang signifikan, sel membelah diri

dengan cepat, dan keadaan pertumbuhan seimbang antara nutrien dan kenaikan sel Chlorella

vulgaris (Maulana, 2012; Musa et al., 2013; Zerli, 2016). Penurunan laju pertumbuhan sel

terjadi pada hari ke-3 dimana sel membelah sangat perlahan. Hal ini terjadi karena adanya

kompetisi yang tinggi diantara sel terhadap nutrien yang terbatas. Tidak seimbangnya jumlah

nutrien dengan populasi sel mengakibatkan sebagian mikroalga dapat tumbuh dan membelah

10.4

27.6

57.2

101.4111.6

55

0102030405060708090

100110120

0 1 2 3 4 5 6 7

Jum

lah S

el (

x1

03

sel/

ml)

Hari

25

(Harnadiemas, 2012). Pada hari ke-4 terjadi fasa stasioner, pada fase ini terjadi keseimbangan

antara pertumbuhan dan kematian sel (Harnadiemas, 2012). Kandungan nutrien dalam media

telah habis dan terjadi persaingan diantara sel (Kawaroe, 2010; Bachtiar, 2007). Fasa kematian

pada hari ke-5, ditandai dengan penurunan jumlah sel yang cepat.

Gambar 4.2 Pertumbuhan Chlorella vulgaris pada medium Walne dengan variasi pH

Proses pertumbuhan mikroalga Chlorella vulgaris dipengaruhi beberapa kondisi lingkungan

yang dapat mempengaruhi proses pertumbuhan selnya. Salah satu faktor yang mempengaruhi

pertumbuhan mikroalga adalah pH. Pada umumnya pH optimum Chlorella vulgaris pada kisaran

pH 5-8. Menurut (Miyachi, 1992) Chlorella vulgaris dapat tumbuh baik pada kisaran pH 4,9-7,3

akan tetapi dapat tumbuh pada pH 2,1-4,9, karena Chlorella vulgaris memiliki dinding sel yang

tebal. Kisaran pH pertumbuhan Chlorella vulgaris menurut (Odum, 1971; Miyachi, 1992) dapat

dijadikan parameter pemilihan pH yang cocok untuk pertumbuhan Chlorella vulgaris dalam

proses biosorpsi Cu2+. Pada penelitian kali ini memakai Cu2+ dalam proses biosorpsi yang

dilakukan sehingga kisaran pH yang digunakan adalah 2-5 karena pada pH diatas 5 larutan Cu2+

akan mengalami pengendapan sebelum proses biosorpsi dilakukan.

4.2. Kurva pertumbuhan dan Biosorpsi Ion Logam Cu2+

Kurva pertumbuhan dan persentase removal terhadap waktu pada berbagai konsentrasi awal

ion logam Cu2+ dapat dilihat pada Gambar 4.3. Penetapan kadar logam ion logam Cu2+ dapat

dilakukan dengan metode spektrofotometri, penelitian adsorpsi ion logam Cu2+ dilakukan pada

pH 5 berdasarkan kurva pertumbuhan Chlorella vulgaris tertinggi pada percobaan pendahuluan.

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Jum

lah

Sel

(x1

03

sel/

ml)

Hari

pH 2

pH 3

pH 4

pH 5

26

Gambar 4.3. Kurva tumbuh dan Persentase removal pada berbagai Konsentrasi Ion Cu2+

Hasil pengamatan menunjukkan bahwa sel Chlorella vulgaris mengalami proses pertumbuhan

dan adsorpsi hampir secara bersamaan. Pada gambar 4.3. menunjukan kurva pertumbuhan dan

persentase removal terhadap waktu pada berbagai konsentrasi awal ion logam Cu2+. Berdasarkan

hasil grafik pada konsentrasi rendah 20 dan 40 ppm, fasa logaritmik meningkat lebih cepat

daripada konsentrasi 60 dan 80 ppm. Hal ini menunjukan bahwa pada konsentrasi ion logam Cu2+

hingga 40 ppm merupakan konsentrasi maksimum dari sel Chlorella vulgaris untuk dapat hidup

dan berkembang biak. Karena pada konsentrasi 60 dan 80 ppm, terlihat sel tidak mengalami

pertumbuhan. Selama pertumbuhannya Chlorella vulgaris berperan sebagai absorben dan

melakukan adsorpsi ion logam Cu2+. Proses adsorpsi dapat terjadi karena sel sebagai material

biologis (biosorben) dan ion Cu2+ memiliki afinitas yang tinggi, sehingga ion mudah terikat pada

biosorben. Pengikatan ion logam Cu2+ yang berada dalam suatu larutan yaitu dengan cara

pertukaran ion dimana ion-ion pada dinding sel Chlorella vulgaris digantikan oleh ion-ion logam

Cu2+ (Martins, et al, 2006). Kompleksitas ion logam Cu2+ yang bermuatan positif berinteraksi

dengan pusat aktif yang bermuatan negatif pada permukaan dinding sel atau dalam polimer

ekstraseluler, seperti protein dan polisakarida sebagai sumber gugus fungsi berperan penting

dalam mengikat ion logam Cu2+ (Ratnawati, Ermawati, & Naimah, 2010).

0 10 20 30 40 50 60

0

20

40

60

80

100

120

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

% r

emo

val

Jum

lah

Sel

(x1

03

sel

/ml)

Jam

[Cu2+ 20 ppm) Jumlah Sel [Cu2+ 40 ppm) Jumlah Sel

[Cu2+60 ppm) Jumlah Sel [Cu2+80 ppm) Jumlah Sel

[Cu2+ 20 ppm) %removal [Cu2+ 40 ppm) %removal

[Cu2+60 ppm) %removal [Cu2+80 ppm) %removal

27

Sebagian besar mekanisme penyisihan/removal ion logam berat oleh mikroorganisme

adalah proses pertukaran ion yang mirip pertukaran ion pada resin. Mekanisme ini dapat dibagi

atas tiga cara, yakni: berdasarkan metabolisme sel (proses yang tergantung pada metabolisme dan

proses yang tidak tergantung pada metabolisme sel); berdasarkan posisi ion logam berat yang di

sisihkan/di removal (akumulasi ekstraselular/presipitasi, akumulasi intraseluler dan penyerapan

oleh permukaan sel); dan berdasarkan cara pengambilan ion logam berat (Sinly dan Johan, 2007).

Gambar 4.4. Persentase removal pada berbagai Konsentrasi Awal Ion Logam Cu2+

Data penelitian diperoleh persentase removal terendah yaitu 9% pada konsentrasi Cu2+ 80

ppm. Hal ini disebabkan karena pada konsentrasi diatas 400 ppm, sel tidak dapat berkembang

biak, sehingga tidak terbentuk sel yang akan berperan sebagai biosorben untuk mengadsopsi ion

logam Cu2+. Sel tidak dapat mentoleransi konsentrasi ion logam dengan jumalah yang tinggi.

Pada konsentrasi Cu2+ 60 ppm, persentase removal mencapai 33%. Hal sebaliknya terjadi pada

konsentrasi Cu2+ 40 ppm, menghasilkan persentase removal yang paling tinggi yaitu 96%. Lebih

tinggi daripada konsentrasi Cu2+ 20 ppm.

Proses penyerapan Cu2+ yang dilakukan oleh Chlorella vulgaris terdapat dua metode yaitu

penyerapan dengan cara pertukaran ion dan melakukan pengikatan ion logam Cu2+. Menurut

(Pearson,1963), ion logam Cu2+ merupakan asam daerah batas yang terletak antara keras-lunak

karena tidak adanya perbedaan yang tajam antara keras dan lunak yang dapat bereaksi dengan

gugus fungsi yang terdapat di dinding sel Chlorella vulgaris seperti gugus fungsi hidroksil yang

bersifat basa. Gugus fungsi pada dinding sel berinteraksi kuat dengan Cu2+, sehingga Cu2+ mudah

di serap oleh dinding sel. Proses adsorpsi sel menyerap logam Cu dengan melalui permukaan

selnya.

63

96

33

9

0

20

40

60

80

100

120

%removal %removal %removal %removal

[Cu2+ 20 ppm) [Cu2+ 40 ppm) [Cu2+60 ppm) [Cu2+80 ppm)

28

BAB 5

KESIMPULAN

Kesimpulan dari penelitian ini adalah kondisi operasi yang menghasilkan persentase removal

tertinggi (96,1%) dalam proses adsorpsi ion logam Cu2+ menggunakan Chlorella vulgaris

adalah saat konsentrasi awal larutan ion logam Cu2+ sebesar 40 ppm dengan pH 5.

29

DAFTAR PUSTAKA

Ahalya N., Ramachandra T.V., Kanamadi R.D., Biosorption of Heavy Metals [Journal]. -

India : Research Journal of Chemistry And Environment, 2003. - 4 : Vol. 7.

Akar, T.,Tunali, S., Biosorption characteristics of Aspergillus flavus biomass for removal of

Pb(II) and Cu(II) ions from an aqueous solution - Turkey , 2006. - 15 : Vol. 97.

Aksu, Z., Acikel, U., Kutsal, T., Investigation of Simultaneous Biosorption of Copper(II) and

Chromium(VI) on Dried Chlorella Vulgaris from Binary Metal Mixtures: Application of

Multicomponent Adsorption Isotherms. - Turkey : Taylor & Francis, 2006. - 3 : Vol. 34.

Algix, Chlorella Application Brief. - March 28, 2018. - http://algix.com/tag/chlorella-

vulgaris/.

Al-Rub, Biosorption of copper on Chlorella vulgaris from single,binary and ternary metal

aqueous solutions.- United Arab Emirates : Elsevier, 2005. - 2 : Vol. 41.

Amazine, Tembaga (Cu): Fakta, Sifat, Kegunaan & Efek Kesehatannya. - April 18, 2018. -

https://www.amazine.co/28270/tembaga-cu-fakta-sifat-kegunaan-efek-kesehatannya/.

Andersen R. A., Algal Culturing Techniques: Academic Press, 2005. - Vol. 1.

Arroyo, T.,Mixotrophic cultivation of Chlorella vulgaris and its potential application for the

oil accumulation from non-sugar materials. - USA : Elsevier, 2011. - 4 : Vol. 35.

Badan POM RI, Mengenal Logam Beracun. - Jakarta , 2010.

Becker E. W., Micro-algae as a source of protein. - Germany, 2006. - 2 : Vol. 25.

Becker E. W. Microalgae: Biotechnology and Microbiolog, Britain : Cambridge University

Press, 1994.

Bhattacharaya, S. K.,Effect of Cobalt on Methanogenesis. - London : Taylor & Francis,

2010. - 3 : Vol. 16.

Borowitzka, M. A. Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tubes and

fermenters. - Australia : Elsevier, 1999. - 1-3 : Vol. 70.

Brewer, M., Concise Encyclopedia of Biochemistry. - New York : Van Nostrand Reinhold,

1983.

Brinza, L., Dring, M. J., Gavrilescu, M. Marine Micro and Macro Algal Species as

Biosorbents for Heavy Metals. - United Kingdom, 2007. - 3 : Vol. 6.

Chojnacka. K., Biosorption and bioaccumulation in practice. New York : Nova Science

Publishers, Inc., 2009.

Dhankar, R.,Hooda, A., Fungal Biosorption- An Alternative To Meet The Challenges of

Heavy Metal Pollution in Aqueous Solutions. India : Taylor&Francis, 2011. - 5 : Vol. 32.

30

Donmez, C.G., A Comparative Study on Heavy Metal Biosorption Characteristics of Some

Algae. Turkey : Process Biochemistry, 1998. - 9 : Vol. 34.

Dostalek, P., Chapter 12 Immobilized Biosorbents for Bioreactors and Commercial

Biosorbents // Microbial Biosorption of Metals . - New York : Springer, 2011.

Duffus, J. H., "Heavy Metals"-A Meaningless Term? // Pure and Applied Chemistry. - United

Kingdom, 2002. - Vol. 75.

Dwidjoseputro Dasari-Dasar Mikrobiologi. - Jakarta : Djambatan, 1998.

Fachrullah, M.R., LAJU PERTUMBUHAN MIKROALGA PENGHASIL BIOFUEL JENIS

Chlorella sp. DAN Nannochloropsis sp. YANG DIKULTIVASI MENGGUNAKAN

AIR LIMBAH HASIL PENAMBANGAN TIMAH DI PULAU BANGKA. - Bogor :

Institut Pertanian Bogor, 2011.

Forster, C.F., Wase, D.A.J., Biosorption of Heavy Metals : An Introduction// Biosorbents for

metal ions. - London : Taylor & Francis, 2003.

Fraile A., Chemistry and Ecology. - Spain : Taylor & Francis, 2006. - 1 : Vol. 21.

Gardea-Torresdey J.L., Phytofiltration of hazardous cadmium, chromium, lead, and zinc ions

by biomass of Medicago sativa (Alfalfa). - USA : Journal of Hazardous Materials,

1997. - 1-3 : Vol. 57.

Gonzalez, Fe., Chapter 7 Algal Biosorption and Biosorbents// Microbial Biosorption of

Metals. - New York : Springer, 2011.

Grigoryev, Y., Cell Counting with a Hemocytometer: Easy as 1, 2, 3 // BitesizeBio. -

December 8, 2014. - April 19, 2018. - https://bitesizebio.com/13687/cell-counting-with-

a-hemocytometer-easy-as-1-2-3/.

Hawkes, S. J., What Is a “Heavy Metal”? ACS Publications, 1997.

Hidayati, Suyono, Y., KINETIKA ADSORPSI LOGAM Zn MENGGUNAKAN

BIOMASSA Pseudomonas - Pontianak, 2013.

Huang, C., Huang, C.P., Morehart, A.L., Proton Competition In Cu(II) Adsorption by Fungal

Mycelia. - USA : Pergamon Press, 1991. - 11 : Vol. 25.

Huang, C., Huang C., and Morehart, A., The Removal of Cu(II) from Dilute Aqueous

Solutions by Saccharomyces Cerevisiae. - USA : Pergamon Press, 1990. - 4 : Vol. 24.

Jarup, L., Hazards of heavy metal contamination. - London : Department of Epidemiology

and Public Health, Imperial College, 2003. - 1 : Vol. 68.

k33n, Hackbiosys. - January 26, 2016. - April 12, 2018. -

https://hackbiosys.org/2016/01/26/portable-visible-spectrophotometer/.

31

Kapoor, A., Viraraghavan, T., Fungal Biosorption- An Alternative Treatment Option for

Heavy Metal Bearing Wastewater Review - Canada : Elsevier, 1995. - 3 : Vol. 53.

Kapoor, A., Viraraghavan, T., Cullimore, D. R., Removal of heavy metals using the fungus

Aspergillus niger– Canada,1999. - 1 : Vol. 70.

Kawaroe, M.,Mikroalga Potensi dan Pemanfaatannya untuk Produksi Bio Bahan Bakar. -

Bogor : IPB Press, 2010. - Vol. 1.

Kotrba, P., Chapter 1 Microbial Biosorption of Metals-General Introduction // Microbial

Biosorption of Metals . - New York : Springer, 2011.

Kuchitsu, K., Detection and characterization of acidic compartments (vacuoles) in Chlorella

vulgaris 11h cells by 31P-in vivo NMR spectroscopy and cytochemical techniques. -

Japan : Springer-Verlag, 1987. - 2 : Vol. 148.

Kuroda, K., Ueda, M., Microbial Biosorption of Metals. - New York : Springer, 2011.

Kuyucak, N., Volesky, B., Biosorbents For Recovery Of Metals From Industrial Solutions. -

Canada : Kluwer Academic Publishers, 1988. - 2 : Vol. 10.

Lenntech, Chemical properties of copper - Health effects of copper - Environmental effects of

copper. - April 18, 2018. - https://www.lenntech.com/periodic/elements/cu.htm.

Levinson, R., Atomic absorption spectrometry. - The Education Department, The Royal

Society of Chemistry. - April 26, 2018.

Lewis, R. J., Hawley's Condensed Chemical Dictionary. - New York,1993. - Vol. 12.

Liang, Y., Sarkany, N., Cui, Y., Biomass and lipid productivities of Chlorella vulgaris under

autotrophic, heterotrophic and mixotrophic growth conditions. Springer Netherlands,

2009. - 7 : Vol. 31.

Lipowsky, H., Arpaci E., Copper in the Automotive Industry. - Jerman : WILEY-VCH

Verlag GmbH & Co. KGaA, 2007.

Loukidou, M.X., Diffusion Kinetic Study of Chromium (VI) Biosorption by Aeromonas

caviae. - Greece : American Chemical Society, 2004. - Vol. 43.

LPPM UNPAR, 2016, Rencana Induk Penelitian Universitas Katolik Parahyangan 2016 –

2019.

Lu, W.,Biosorption of Lead,Copper, and Cadmium By An Indigenous Isolate Enterobacter

sp. J1 Possessing High Heavy-Metal Resistance. - Taiwan, 2006. - 1-3 : Vol. 134.

Macek, T., Mackova, M., Chapter 2 Potential of Biosorption Technology// Microbial

Biosorption of Metals . - New York : Springer, 2011.

32

Mahardani, D., Putri, B., Hudaidah, S., Pengaruh Salinitas Berbeda Terhadap Pertumbuhan

dan Kandungan Karotenoid Dunaliella sp. Dalam Media Ekstrak Daun Lamtoro

(Leucaena leucocephala). - Bandar Lampung, 2017. - 1 : Vol. 7.

Maria, F., hemocytometer cell counting with a hemocytometer. - April 19, 2018. -

https://www.hemocytometer.org/hemocytometer-protocol/.

Merdekawati, W., Karwur, F. F., Susanto, A. B., KAROTENOID PADA ALGAE: KAJIAN

TENTANG BIOSINTESIS, DISTRIBUSI SERTA FUNGSI KAROTENOID. -

Salatiga : Biologi UNJ Press, 2017. - 1 : Vol. 13.

Muzzarelli, R.A.A., Chitin and Its Derivatives: New Trends of Applied Research. - Italy :

Elsevier, 1982. - 1 : Vol. 3.

Naja, G., Volesky, B., Chapter 3 The Mechanism of Metal Cation and Anion Biosorption //

Microbial Biosorption of Metals . - New York : Springer, 2011.

Nakajima, A., Cooper Biosorption by Chemically Treated Micrococcus Luteus Cells. -

Japan : Kluwer Academic Publishers, 2001. - 4 : Vol. 17.

Nateri, A.S.,Prediction of Dye Concentrations in a Three-Component Dye Mixture Solution

by a PCA-Derivative Spectrophotometry Technique. - Iran : Wiley Online Library, 2009.

Novianti, T., Zainuri, M., Widowati, I., STUDI TENTANG PERTUMBUHAN

MIKROALGA Chlorella Vulgaris YANG DIKULTIVASI BERDASARKAN SUMBER

CAHAYA YANG BERBEDA. - Semarang : Universitas Diponegoro, 2017. - 1 : Vol. 2.

Rajanrena, J.R., Ismai, H. M.,Investigation of Chlorella vulgaris microalgae as a source for

renewable fuel. - Malaysia , 2016. - 1 : Vol. 8.

Razzaq, R., Phytoremediation: An Environmental Friendly Technique - A Review. - 2017. -

Maret 2018. - https://www.omicsonline.org/open-access/phytoremediation-an-

environmental-friendly-technique--a-review-2380-2391-

1000195.php?aid=90287&view=mobile#53.

RISTEKDIKTI, 2017, Rencana Induk Riset Nasional Tahun 2017 – 2045.

Rohman, A., Kimia Farmasi Analisis: Spektrofotometri UV dan tampak (Visibel). -

Yogyakarta : Pustaka Pelajar, 2007.

Romimohtarto K., Meroplankton Laut: Larva Hewan Laut yang Menjadi. - Jakarta, 2004.

Safi, C.,Morphology, Composition, Production, Processing and Applications. - France :

Elsevier, 2014. - Vol. 35.

Sag, Y.,Kutsal, T., Application of Absorptioin Isotherms To Chromium Adsorption On

Z.Ramigera. - Turkey : Kluwer Academic Publishers, 1989. - 2 : Vol. 11.

33

Sahin, Y., Ozturk, A., Biosorption of Chromium (VI) Ions From Aquous Solution By The

Bacterium Bacillus Thuringiensis. - Turkey , 2005. - 5 : Vol. 40.

Say, R., Yilmaz, N., Denizli, A., Removal of Chromium (VI) Ions From Synthetic Solutions

by the Fungus Penicillium Purpurogenum. - 2004.

Scott, J.A., Palmer, S.J., Sites of cadmium uptake in bacteria used for biosorption. - Lousiana,

USA : Springer, 1989. - 2 : Vol. 33.

Siegel, S.M., Siegel, B.Z., Clark, K. E., Bio-corrosion: Solubilization and Accumulation of

Metals by Fungi. - USA : Kluwer Academic Publishers, 1982. - 3 : Vol. 19.

Srinath, T., Chromium (VI) Biosorption and Bioaccumulation By Chromate Resistant

Bacteria. - India : Chemosphere, 2001. - 4 : Vol. 48.

Sud, D., Mahajan, G., Kaur, M.P., Agricultural waste material as potential adsorbent for

sequestering heavy metal ions from aqueous solutions – A review. - India : Science

Direct, 2007. - 14 : Vol. 99.

Suhendrayatna Bioremoval Logam Berat Dengan Menggunakan Microorganisme:Suatu

Kajian Kepustakaan (Heavy Metal Bioremoval by Microorganisms: A Literature Study)//

Seminar on-Air Bioteknologi untuk Indonesia Abad 21. - Japan, 2001.

Sun, J.,Heavy Metal Removal Through Biosorptive Pathways // Advances in Water

Treatment and Pollution Prevention / book auth. Sharma Sanjay K. and Sanghi Rashmi. -

New York : Springer, 2012.

Tan, T., Cheng, P., Biosorption of Metal Ions With Penicillium Chrysogenum. - Beijing :

Humana Press, 2003. - 2 : Vol. 104.

Teknik Kimia ITB, Modul Teknik Fermentasi. - April 13, 2018. -

https://www.slideshare.net/junajunedjunot/fer-teknikfermentasi.

The Editors of Encyclopaedia Britannica, Copper chemical element. - April 18, 2018. -

https://www.britannica.com/science/copper.

Townsley, C. C., Ross. I. S., Copper Uptake In Aspergillus Niger During Batch Growth adn

In Nongrowing Mycelial Suspensions. - United Kingdom : Academic Press, 1986. - 4 :

Vol. 10.

Tunali, S., Cabuk, A., Akar, T., Removal of Lead and Copper Ions From Aqueous Solutions

by Bacterial Strain Isolated From Soil. - Turkey, 2005. - 3 : Vol. 115.

United States Department of Labor. - https://www.osha.gov/SLTC/metalsheavy/.

Veglio, F., Beolchini, F., Removal of Metals by Biosorption: A Review. - Italy, 1997. - 3 :

Vol. 44.

34

Veglio, F., Beolchini, F., Gasbarro, A., Biosorption of toxic metals: an equilibrium study

using free cells of Arthrobacter sp.. - Italy : Process Biochemistry, 1996. - pp. 99-105 :

Vol. 32.

Vijayaraghavan, K., Yun Y.S., Bacterial Biosorbents and Biosorption. - Chonju :

ScienceDirect, 2008. - 3 : Vol. 26.

Viraraghavan, T., Srinivasan, A., Chapter 6 Fungal Biosorption and Biosorbents // Microbial

Biosorption of Metals. - New York : Springer, 2011.

Vo, K., Chemistry LibreTexts. - July 22, 2015. - March 26, 2018. -

https://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Kinetics/Reaction

_Rates/Experimental_Determination_of_Kinetcs/Spectrophotometry.

Volesky, B., Biosorbents for metal recovery. - Cambridge : Elsevier publications, 1987. -

Vol. 5.

Volesky, B., Detoxification of Metal-Bearing Effluents: Biosorption for the Next Century. -

Canada , 2000. - 2-3 : Vol. 59.

Wang, J., and Chen, C., Biosorbents for heavy metals removal and their future. - China :

Elsevier, 2008. - 2 : Vol. 27.

Washington State University, myNutrition. - April 13, 2018. -

https://mynutrition.wsu.edu/nutrition-basics/.

Webster, Webster’s Third New International Dictionary of the English language

unabridged. - USA : Springfield, 1986.

WHO, ADVERSE HEALTH EFFECTS OF HEAVY METALS IN CHILDREN. - October

2011. - April 13, 2018. - http://www.who.int/ceh/capacity/heavy_metals.pdf.

Wijoseno, T., UJI PENGARUH VARIASI MEDIA KULTUR TERHADAP TINGKAT

PERTUMBUHAN DAN KANDUNGAN PROTEIN, LIPID, KLOROFIL, DAN

KAROTENOID PADA MIKROALGA. - Depok : Universitas Indonesia, 2011.

Yamamoto, M., Regeneration and Maturation of Daughter Cell Walls in the Autospore-

Forming Green Alga Chlorella Vulgaris (Chlorophyta, Trebouxiophyceae). - Tokyo :

Springer-Verlag, 2004. - 4 : Vol. 117.

Yamamoto, M., Kurihara, I., Kawano, S., Late type of daughter cell wall synthesis in one of

the Chlorellaceae. - Japan : Springer-Verlag, 2005. - 6 : Vol. 221.

Yana, Y., 17 Manfaat Tembaga dalam Kehidupan Sehari-hari dan kesehatan. - 2015. - May 9,

2018. - https://www.google.co.id/amp/s/manfaat.co.id/17-manfaat-tambaga-dalam-

kehidupan-sehari-hari-kesehatan/amp.

35

Yeh, K.L., Chang, J.S., Effects of cultivation conditions and media composition on cell

growth and lipid productivity of indigenous microalga Chlorella vulgaris ESP-31. -

Taiwan : Elsevier, 2011.

Yun, Y.S., Vijayaraghavan, K., Won, S.W., Chapter 5 Bacterial Bisorption and Biosorbents //

Microbial Biosorption of Metals . - New York : Springer, 2011.

Zhou, Ming., Kinetic and Equilibrium Studies of Cr (VI) Biosorption by Dead Bacillus

Licheniformis Biomass. - China : Springer Netherlands, 2007. - 1 : Vol. 23.