1
AKTIVITAS ISOLAT BAKTERI AEROB DARI LUMPUR AKTIF PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DALAM MENDEGRADASI LIMBAH ORGANIK
BATARA NUR ADITYANTO
DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
2
ABSTRAK BATARA NUR ADITYANTO. Aktivitas Isolat Bakteri Aerob dari Lumpur Aktif Pengolahan Limbah Cair dalam Mendegradasi Limbah Organik. Dibimbing oleh DEDE SETIADI dan IMAN RUSMANA. Limbah cair industri mengakibatkan dampak negatif bagi lingkungan. Bioremediasi merupakan salah satu cara untuk mendegradasi limbah dengan menggunakan mikrob. Oleh sebab itu perlu diketahui spesies dan kinerja mikrob dekomposer yang mampu mendegradasi limbah organik. Pada penelitian ini dilakukan isolasi dan identifikasi terhadap bakteri dominan yang berasal dari kolam aerasi PT East Jakarta Industrial Park. Bakteri ditumbuhkan pada media padat selektif dengan komposisi limbah cair dan agar-agar. Bakteri dominan diidentifikasi menggunakan biolog kit. Isolat dan lumpur aktif diinokulasi ke dalam limbah cair pada dua buah wadah berbeda., selanjutnya dilakukan uji chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), padatan tersuspensi, amonia, nitrat, dan nitrit. Hasil uji parameter tersebut dibandingkan dengan kontrol dan efisiensi ditentukan menggunakan rumus efisiensi. Bakteri dominan hasil isolasi ialah Acinetobacter sp. Isolat bakteri tersebut mampu menurunkan konsentrasi COD dan BOD dengan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan lumpur aktif. Selain itu kinerja isolat efisien dalam menurunkan konsentrasi padatan tersuspensi limbah cair. Kinerja lumpur aktif terhadap konsentrasi nitrat dan nitrit menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi daripada kinerja isolat bakteri. Dengan demikian kinerja isolat bakteri efisien dalam merombak bahan organik, walaupun pada beberapa parameter kinerja lumpur aktif lebih baik.
ABSTRACT BATARA NUR ADITYANTO. Activity of Aerobic Bacterium Isolate from Activated Sludge of Waste Water Treatment in Degrading Organic Waste. Supervised by DEDE SETIADI and IMAN RUSMANA. Industrial wastewater can cause a negative impact on the environment. Bioremediation is one method to degrade industrial waste using microorganisms. Activity analysis of microbial decomposers for wastewater degradation is needed to carry out. The isolates were isolated from sludge sample, from aeration pond of waste water treatment plan at PT East Jakarta Industrial Park. The bacteria were grown on selective media composed with wastewater. The dominant bacterium was identified by using Biology Kit assay. The isolate and activated sludge were inoculated into different containers of wastewater media. Then, COD, BOD, suspended solid, ammonia, nitrate and nitrite of the culture were measured. The result of each parameters were compared with control and degradation efficiency of isolate was determined. Based on their characteristics, the bacteria was identified as Acinetobacter sp. The results showed that the efficiency activity of the isolate was higher than that of sludge activity in decreasing of COD and BOD. In addition, the isolate was efficient to decrease the concentrations of wastewater suspended solid. The decreasing of the nitrate and nitrite concentrations by activated sludge activity was higher than isolate activity.
3
AKTIVITAS ISOLAT BAKTERI AEROB DARI LUMPUR AKTIF PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DALAM MENDEGRADASI LIMBAH ORGANIK
BATARA NUR ADITYANTO
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
4
Judul Skripsi Organik Nama NIM
: Aktivitas Isolat Bakteri Aerob dari Lumpur Aktif Pengolahan Limbah Cair dalam Mendegradasi Limbah : Batara Nur Adityanto : G34102046
Menyetujui,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Ir. Dede Setiadi, MS NIP 130 779 509
Dr. Ir. Iman Rusmana, MSi NIP 131 956 713
Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
5
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada ALLAH SWT atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan dari bulan April 2006 sampai dengan Agustus 2006 ini ialah bioremediasi, dengan judul Aktivitas Isolat Bakteri Aerob dari Lumpur Aktif Pengolahan Limbah Cair dalam Mendegradasi Limbah Organik. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Dede Setiadi, MS dan Bapak Dr. Ir. Iman Rusmana, Msi selaku pembimbing, serta Ibu Dr. Okky Setyawati Dharmaputra sebagai Wakil Komisi Pendidikan. Disamping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Ir. Gunawan dan Bapak Pin Asisten Kepala Divisi Pengolahan Air Limbah PT East Jakarta Industrial Park beserta staf Waste Water Treatment Process Department. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, adik-adikku serta Layla atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2007
Batara Nur Adityanto
6
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 3 Oktober 1984 dari ayah Tri Pudjiantoro dan ibu Ngesti Rahayu. Penulis merupakan putra pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2002 penulis lulus dari SMU Negeri 54 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Biologi, Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten mata kuliah Mikrobiologi Dasar pada tahun ajaran 2004/2005, serta mata kuliah Biologi Dasar pada tahun ajaran 2005/2006. Pada tahun 2005 penulis melaksanakan Praktik Lapangan dengan judul Kendali Mutu Kertas di Paper Machine A Department PT Indah Kiat Pulp & Paper, Serang.
7
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................................................................ vi DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................................... vi PENDAHULUAN............................................................................................................................. 1 Latar Belakang ............................................................................................................................. 1 Tujuan Penelitian .......................................................................................................................... 1 BAHAN DAN METODE ................................................................................................................. 1 Limbah Organik dan Lumpur Aktif ............................................................................................. 1 Isolasi dan Identifikasi Bakteri ..................................................................................................... 1 Uji Aktivitas Degradasi ................................................................................................................ 2 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) ................................................................................. 2 Analisis Biochemical Oxygen Demand (BOD) ............................................................................ 2 Analisis Padatan Tersuspensi ....................................................................................................... 2 Analisis Amonia ........................................................................................................................... 2 Analisis Nitrat .............................................................................................................................. 2 Analisis Nitrit ............................................................................................................................... 3 HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................................................................... 3 Isolasi dan Identifikasi Bakteri ..................................................................................................... 3 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) ................................................................................. 3 Analisis Biochemical Oxygen Demand (BOD) ............................................................................ 4 Analisis Padatan Tersuspensi ....................................................................................................... 5 Analisis Amonia ........................................................................................................................... 5 Analisis Nitrat .............................................................................................................................. 7 Analisis Nitrit ............................................................................................................................... 7 SIMPULAN ...................................................................................................................................... 7 SARAN ............................................................................................................................................. 7 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................................... 8 LAMPIRAN ...................................................................................................................................... 9
8
DAFTAR TABEL Halaman 1 Konsentrasi COD hasil uji penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif terhadap inlet limbah cair ................................................................................. 2 Konsentrasi BOD hasil uji penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif terhadap inlet limbah cair................................................................................................. 3 Konsentrasi padatan tersuspensi setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif ................................................................................................................... 4 Konsentrasi amonia setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif ...........
4 5 6 6
5 Konsentrasi nitrat setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif .............. 6
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Foto mikrograf dan foto tiga dimensi morfologi sel Acinetobacter sp .............
10
2 Standar baku mutu limbah cair untuk industri .................................................. 11 3 Skala diameter partikel-partikel terlarut dan tersuspensi dalam air alam .......... 12
9
PENDAHULUAN Latar Belakang Akibat negatif dari perkembangan industri ialah limbah yang dihasilkan, yang apabila tidak dikendalikan dapat mencemari lingkungan. Limbah merupakan buangan hasil produksi yang kehadirannya pada waktu dan tempat tertentu tidak dikehendaki lingkungan karena memiliki pengaruh yang merugikan (Saeni 1989). Sedangkan menurut keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup nomor 51/MENLH/10/1995 limbah cair adalah limbah dalam wujud cair yang dihasilkan oleh kegiatan industri dan dibuang ke lingkungan. Limbah cair diduga dapat menurunkan kualitas lingkungan. Limbah mengandung bahan pencemar yang bersifat racun dan berbahaya. Limbah ini dikenal dengan limbah B3 (Bahan Beracun dan Berbahaya). Bahan ini menurut SK Menteri Perin. 148/ M/ SK/ 4/ 1985 adalah bahan yang termasuk dalam satu golongan atau lebih dari : bahan beracun, bahan peledak, bahan mudah terbakar, bahan oksidator/reduktor, bahan yang mudah meledak dan terbakar, bahan bertekanan, bahan korosif atau yang menyebabkan iritasi dan bahan radioaktif. Sedangkan menurut PP 18 tahun 1999 B3 adalah sisa suatu usaha atau kegiatan lain yang mengandung bahan berbahaya dan beracun yang karena sifat dan konsentrasinya atau jumlahnya, baik secara langsung maupun tidak langsung dapat mencemarkan atau merusak lingkungan hidup, kesehatan, kelangsungan hidup manusia serta makhluk hidup lainnya. Oleh sebab itu, diperlukan suatu fasilitas pengolahan limbah agar limbah yang dibuang memenuhi standar baku yang telah ditetapkan pemerintah, sehingga tidak mencemari dan merusak lingkungan hidup. Salah satu cara untuk mendegradasi limbah yang ramah lingkungan ialah menggunakan teknologi bioremediasi. Bioremediasi adalah penggunaan agen-agen biologik untuk menetralkan tanah dan air tercemar menjadi zat-zat yang tidak berbahaya bagi lingkungan atau kesehatan manusia (Waluyo 2005). Bioremediasi bertujuan memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun seperti karbon dioksida dan air (Mellor et al. 1996). Saat ini bioremediasi menjadi proses utama dalam sistem pengolahan limbah karena dapat mengurangi penggunaan bahan kimia yang memiliki efek samping negatif (Gintings 1992).
Pada limbah cair terdapat bahan organik yang dapat bersifat toksik di perairan. Sisa bahan organik yang terakumulasi akan menimbulkan terbentuknya senyawa metabolit yang toksik terhadap organisme di perairan seperti amonia, nitrit, nitrat, dan hidrogen disulfida (Widiyanto 2002). Senyawa tersebut pada akhirnya akan mengganggu proses pertumbuhan organisme yang ada pada lingkungan sekitar. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menguji aktivitas bakteri aerob dominan pada limbah cair dalam menurunkan kandungan senyawa organik, sehingga bakteri tersebut dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi pengelolaan sistem perairan yang terpolusi limbah organik dan perairan budidaya air.
BAHAN DAN METODE Limbah Organik dan Lumpur Aktif Limbah organik yang digunakan pada penelitian ini ialah sampel limbah cair hasil produksi dan lumpur aktif. Limbah cair diperoleh dari ceruk saluran instalasi pengolahan limbah (IPAL), sedangkan sampel lumpur aktif didapat dari kolam aerasi PT East Jakarta Industrial Park (EJIP). Lumpur aktif tersebut digunakan sebagai sumber bakteri aerob yang akan diisolasi dan sebagai pembanding terhadap aktivitas isolat saat uji aktivitas degradasi. Isolasi dan Identifikasi Bakteri Media padat untuk pertumbuhan bakteri dibuat dengan mencampur bahan baku agaragar sebanyak 20 g dalam setiap satu liter limbah cair. Apabila pertumbuhan bakteri kurang optimal, maka pada media padat dapat ditambahkan nutrient broth sebagai nutrisi tambahan sebanyak 20 persen dari total bahan baku media. Media tersebut selanjutnya disterilisasi dalam autoklaf selama 15 menit pada tekanan 1 atm dan suhu 121 0C kemudian dituang ke dalam cawan Petri berdiameter 10 cm (20 ml per cawan). Isolasi bakteri dilakukan dengan cara mengencerkan 0.1 ml sampel lumpur aktif terlebih dahulu secara serial hingga 10-3 sebanyak dua ulangan. Selanjutnya sampel tersebut dituang ke media padat dengan metode cawan sebar, kemudian diinkubasi selama empat hari pada suhu 37 0C. Koloni bakteri yang tumbuh dominan diamati morfologi koloninya. Koloni bakteri tersebut dimurnikan dengan menggunakan metode
10
cawan gores. Isolat yang diperoleh diamati morfologi, motilitas, dan dilakukan uji pewarnaan gram (Hadioetomo 1983). Identifikasi isolat menggunakan biolog kit untuk mengetahui genus dan spesies isolat tersebut. Uji Aktivitas Degradasi Percobaan ini menggunakan teknik bioaugmentasi yang merupakan proses bioremediasi dengan cara penambahan bakteri dominan ( Mellor et al. 1996). Tahap pertama disiapkan dua buah wadah, yaitu bak. Masingmasing wadah diisi dengan sampel limbah cair, kemudian dilakukan analisis BOD, COD, SS, NO3,- NO-2, dan amonia. Tahap selanjutnya salah satu sampel diberi perlakuan penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif yang telah disterilisasi, sedangkan sebagai pembanding sampel limbah yang lain diberi penambahan lumpur aktif tanpa sterilisasi. Inkubasi dilakukan selama tiga hari. Hasil uji parameter antara kedua perlakuan tersebut dibandingkan dan ditentukan efisiensinya dengan rumus sebagai berikut:
sampel dimasukkan ke dalam botol BOD hingga penuh sempurna, lalu tutup botol dibuka dan dipipet 2 ml MnSO4 ke dalam sampel. Berikutnya 2 ml Na-Azida dimasukkan ke dalam sampel dan botol ditutup erat-erat, lalu dikocok. Endapan yang terbentuk dibiarkan selama dua menit dan kemudian dikocok lagi. Setelah itu dipipet 2 ml H2SO4 ke dalam sampel dan asam ini dibiarkan turun hingga leher botol BOD, kemudian dikocok hingga endapan terlarut. Sebanyak 50 ml sampel yang telah diberi perlakuan dipipet ke dalam labu Erlenmeyer, kemudian dititrasi dengan larutan Na-tiosulfat 0.025 N, hingga terjadi perubahan warna menjadi kuning muda. Kemudian diberi amilum 2 ml dan titrasi dilanjutkan hingga warna biru hilang. Volume titran yang digunakan dicatat untuk menentukan dissolved oxigen (DO) (APHA 1980). Analisis Padatan Tersuspensi (SS) Uji parameter SS menggunakan spektrofotometer tipe DR 2010 pada program P 630 dan panjang gelombang 810 nm dengan akuades sebagai blanko (APHA 1980).
(a - b) Efisiensi =
x 100% a
a: konsentrasi parameter sebelum perlakuan b: konsentrasi parameter setelah perlakuan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) Analisis COD dilakukan dengan metode titrasi ferro amonium sulfat (FAS) (APHA 1980). Sebanyak 10 ml larutan K2Cr2O7 dan 5 mg HgSO4 dimasukkan ke dalam labu Erlenmeyer 250 ml yang telah berisi 20 ml sampel disertai penambahan batu didih. Selanjutnya dilakukan pengocokkan agar campuran tersebut homogen. Tahap berikutnya labu Erlenmeyer yang berisi campuran tersebut diletakkan pada kondensor reflux selama dua jam dan diberi penambahan 30 ml asam sulfat pekat. Setelah itu dilakukan proses pendinginan dan penambahan tiga tetes indikator ferroin. Tahap akhir ialah dilakukan titrasi FAS terhadap campuran. Proses tersebut ditandai dengan terjadinya perubahan warna pada titik akhir titrasi dari hijau biru menjadi merah bata. Volume FAS yang terpakai dicatat untuk penentuan nilai COD. Analisis Biochemical Oxygen Demand (BOD) Tahap awal yang dilakukan ialah standarisasi Na-tiosulfat. Selanjutnya 300 ml
Analisis Amonia Tahap pertama ialah membuat kurva kalibrasi larutan baku amonium klorida 5 ppm. Larutan baku tersebut ditera hingga 50 ml, lalu ditambahkan 1 ml pereaksi Nessler dan dibiarkan 10 menit agar terbentuk warna. Absorbansi larutan diukur pada panjang gelombang 430 nm. Selanjutnya sampel disaring dengan milipore dan dipipet sebanyak 50 ml ke dalam gelas piala, kemudian ditambahkan 1 ml pereaksi Nessler. Larutan tersebut dikocok hingga homogen dan dibiarkan 10 menit. Absorbansi larutan diukur pada panjang gelombang 430 nm (APHA 1980). Analisis Nitrat Tahap pertama ialah membuat kurva kalibrasi larutan standar N-NO3 dengan konsentrasi berkisar antara 0.1-1.0 mg L-1 , lalu larutan standar ditera hingga 50 ml. Sebanyak 5 ml larutan standar dimasukkan ke dalam tabung reaksi yang diletakkan pada wadah berisi air dingin. Sebanyak 1 ml NaCl dan 5 ml H2SO4 dipipet ke dalam tabung reaksi, lalu dikocok dan didiamkan sampai larutan menjadi dingin. Kemudian diberi 0.5 ml larutan brusin-asam sulfanilat, lalu campuran tersebut dikocok. Selanjutnya tabung reaksi diletakkan pada penangas air dengan suhu 95oC selama 20 menit, setelah itu
11
didinginkan. absorbansi diukur pada panjang gelombang 410 nm. Setelah kalibrasi sampel disaring dengan milipore dan ditambahkan 1 ml natrium arsenit. Selanjutnya 5 ml sampel dipipet ke dalam tabung reaksi. Tahap selanjutnya sama seperti pembuatan kalibrasi (APHA 1980). Analisis Nitrit Tahap pertama ialah membuat kurva kalibrasi dengan mengencerkan larutan standar N-NO2 5 ppm hingga 50 ml, lalu ditambah 1 ml sulfanilamid dan 1 ml N-(1naftil) etilendiamin dihidroklorida, kemudian absorbansinya diukur pada panjang gelombang 543 nm. Sebanyak 50 ml sampel (pH 7) yang telah disaring ditambahkan 1 ml sulfanilamid dan 1 ml N-(1-naftil) etilendiamin dihidroklorida lalu didiamkan 10 menit serta diukur absorbansinya pada panjang gelombang 543 nm (APHA 1980). HASIL DAN PEMBAHASAN Isolasi dan Identifikasi Bakteri Dari isolasi dan identifikasi dihasilkan isolat bakteri yang dapat tumbuh subur pada media limbah cair dan merupakan isolat yang dominan dengan populasi 1,74 X 108 sel/ml, yaitu Acinetobacter sp. Isolat tersebut mempunyai bentuk koloni bundar licin, tidak beraturan, tepian menyebar, bewarna putih sedikit krem, dan termasuk gram negatif. Sel bakteri hasil isolasi ialah berbentuk batang. Kelompok Acinetobacter merupakan bakteri aerob, bentuk batang, motil, dan gram negatif (Prashanth dan Badrinath 2000). Foto mikrograf dan foto tiga dimensi morfologi sel Acinetobacter sp. disajikan pada Lampiran 1. Bakteri berperan dalam siklus materi di dalam air (Pelczar dan Chan 1986). Mikrob tersebut merupakan produksi primer bahan organik dan di bawah kondisi tertentu mampu memecah senyawa organik (Waluyo 2005). Peran mikrob pada siklus materi dalam air dengan memecah bahan organik (Rosenberg 1993), juga dapat menghasilkan senyawasenyawa anorganik, yang berguna untuk fiksasi nitrogen, nitrifikasi, denitrifikasi, oksidasi sulfur, dan reduksi sulfat (Waluyo 2005). Laju dekomposisi bahan-bahan organik oleh bakteri bervariasi bergantung pada komponen dan kondisi lingkungan (Waluyo 2005). Hal ini membuktikan bahwa isolat tersebut mampu memanfaatkan bahan organik sebagai sumber karbon dan donor elektron untuk sintesis bahan-bahan sel serta menghasilkan energi untuk kehidupannya
(Waluyo 2005). Bahan-bahan organik tersebut diubah oleh mikrob menjadi senyawa dengan energi lebih rendah. Remineralisasi substrat organik merupakan proses utama bakteri dalam mengubah bahan-bahan di dalam air dan seluruh proses biodegradasi oleh bakteri berlangsung secara enzimatis (Waluyo 2005). Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) Hasil uji COD terhadap limbah cair PT EJIP menunjukkan bahwa ada perbaikan kualitas limbah cair melalui penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif. Hal ini dapat dilihat dengan menurunnya konsentrasi COD inlet air limbah jika dibandingkan dengan tanpa adanya perlakuan (Tabel 1). Konsentrasi COD tersebut merupakan ukuran atau indikator bagi pencemaran air oleh zat-zat organik yang secara kimia dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air (McKinney 1965). Oleh sebab itu konsentrasi COD mengindikasikan jumlah oksigen yang diperlukan untuk mengurai seluruh bahan organik yang terkandung dalam air dinyatakan oleh Boyd (1990) dalam Hariyadi (2004). Dari hasil analisis COD inlet limbah cair tanpa penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif diperoleh konsentrasi COD yang ratarata lebih rendah dari standar PT EJIP, yaitu 294.32 mg l-1. Hal ini disebabkan limbah cair tersebut pada umumnya telah diolah terlebih dahulu oleh pabrik-pabrik yang ada di kawasan EJIP sebelum dikirim ke instalasi pengolahan air limbah (IPAL) PT EJIP. Dengan demikian memudahkan PT EJIP dalam mengolah limbah cair tersebut agar pada saat dibuang telah memenuhi standar baku mutu pemerintah (Lampiran 2). Konsentrasi COD hasil penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif memiliki nilai lebih rendah jika dibandingkan dengan limbah cair dalam kondisi normal. Hal ini disebabkan perlakuan tersebut diberi aerasi pada saat tahap adaptasi mikrob yang dapat menurunkan konsentrasi COD (Gintings 1992) dan menggunakan mikrob yang mampu merombak bahan-bahan organik yang tersuspensi dalam limbah cair pada kondisi yang sesuai dengan syarat pertumbuhannya (Purwati 1990). Hal ini membuktikan bahwa bahan organik dan kandungan metabolit toksik mampu didegradasi oleh isolat bakteri yang terkandung pada lumpur aktif sebagai mikrob dekomposer yang mampu hidup pada daerah dengan kondisi ekstrim.
12 Tabel 1 Konsentrasi COD hasil uji penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif terhadap inlet limbah cair Perlakuan 1
Hari ke2
3
Kontrol (mg l-1)
323.23
262.06
297.67
294.32
Isolat bakteri (mg l-1)
231.12
215.78
227.33
224.74
23.64
800
246.15
235.41
238.57
240.04
18.44
800
-1
Lumpur aktif (mg l )
Rata-rata
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 800
Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
Mekanisme dekomposisi tersebut dapat dilakukan baik dalam kondisi aerobik maupun anaerobik melalui proses self purification (Widiyanto 1999). Sedangkan hasil dari penambahan isolat bakteri menunjukkan konsentrasi COD yang lebih rendah dibandingkan dengan penambahan lumpur aktif (Tabel 1). Menurut Ginting (1992) dalam air limbah pada umumnya tidak hanya satu spesies mikrob yang hidup, tetapi bermacammacam, bakteri yang paling dominan berperan sebagai pengurai. Oleh sebab itu isolat bakteri merupakan kultur murni yang dapat memanfaatkan bahan organik untuk tumbuh dan berkembang (Freeman 1984). Dengan demikian isolat mampu memanfaatkan senyawa metabolit toksik sebagai sumber energi atau donor elektron dalam metabolismenya (Widiyanto 1999). Selain itu membuktikan bahwa berbagai faktor, yaitu nutrisi, tingkat toksisitas, pH, suhu, dan aerasi sesuai dengan yang dibutuhkan isolat (Sugiharto 1987). Sedangkan lumpur aktif merupakan kultur campuran yang terdiri atas berbagai spesies mikrob sehingga tiap-tiap spesies bakteri mempunyai sifat dan bentuk berbeda serta kemungkinan adanya interaksi yang menghasilkan persaingan (Waluyo 2005). Oleh sebab itu dapat menyebabkan kurang optimalnya proses degradasi bahan organik yang sangat bergantung pada bentuk dan sifat mikrob serta bentuk, sifat, kadar air, dan susunan media (Waluyo 2005). Efisiensi yang diperoleh melalui penambahan isolat bakteri terhadap kondisi normal limbah cair ialah 23.64 persen sedangkan jika diberi lumpur aktif efisiensi dapat mencapai 18.44 persen. Sehingga dapat disimpulkan bahwa melalui penambahan bakteri konsentrasi COD perairan dapat menurun. Analisis Biochemical Oxygen Demand Hasil analisis BOD5 terhadap inlet limbah cair PT EJIP menunjukkan adanya perbaikan
kualitas, yaitu melalui penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif (Tabel 2). Menurut Alaerts (1987) uji BOD merupakan suatu analisis empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang benar-benar terjadi di dalam air. Oleh sebab itu konsentrasi BOD menunjukkan jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan hampir semua zat organik yang terlarut dan sebagian zat-zat organik yang tersuspensi dalam air (McKinney 1965). Sehingga konsentrasi BOD berkaitan langsung dengan aktivitas mikrob serta sangat dipengaruhi oleh oksigen terlarut dan bahan organik (Metcalf 1991). Konsentrasi BOD5 inlet limbah cair yang diberi perlakuan penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif memiliki nilai rata-rata lebih rendah jika dibandingkan dengan konsentrasi BOD5 tanpa perlakuan (Tabel 2). Namun secara umum, konsentrasi limbah cair baik yang normal maupun dengan tambahan perlakuan masih dibawah ambang batas standar PT EJIP. Rendahnya konsentrasi BOD5 walau dalam kondisi normal tanpa perlakuan disebabkan karena pabrik-pabrik di kawasan PT EJIP telah mengolah terlebih dulu limbahnya sebelum disalurkan ke IPAL milik PT EJIP untuk tahapan selanjutnya. Sedangkan penurunan konsentrasi BOD5 yang dihasilkan dari penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif disebabkan oleh proses aerasi terhadap inlet limbah cair pada saat tahap adaptasi mikrob (Gintings 1992) serta adanya aktivitas mikrob yang mampu mengoksidasi semua bahan-bahan organik pada kondisi yang sesuai dengan pertumbuhannya (Freeman 1984). Dari hasil uji BOD terhadap inlet limbah cair dengan perlakuan penambahan isolat bakteri didapatkan rata-rata konsentrasi BOD lebih rendah jika dibandingkan dengan melalui perlakuan penambahan lumpur aktif (Tabel 2). Hal tersebut memperlihatkan adanya efisiensi yang lebih baik melalui penambahan isolat bakteri terhadap proses pengolahan limbah cair, terutama degradasi bahan-bahan organik (Waluyo 2005). Efisiensi penurunan konsentrasi
13
Tabel 2 Konsentrasi BOD hasil uji penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif terhadap inlet limbah cair Perlakuan Hari keRata-rata Efisiensi Standar EJIP 1 2 3 (persen) Kontrol (mg l-1)
97.65
81.54
107.89
95.69
-1
70.53
64.66
77.13
70.77
25.68
800
-1
76.11
69.27
81.33
75.57
21.02
800
Isolat bakteri (mg l ) Lumpur aktif (mg l )
800
Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
BOD melalui penambahan isolat bakteri jika dibandingkan dengan kondisi normal ialah sebesar 25.68 persen, sedangkan apabila diberi lumpur aktif menghasilkan efisiensi sebesar 21.02 persen. Kultur biakan murni dari mikrob dominan pada habitatnya memiliki korelasi positif antara jumlah dan biomassa sel-sel aktif serta konsumsi substrat. (Waluyo 2005). Namun dalam kultur campuran populasi mikrob, hubungan tersebut tidak selalu benar disebabkan tidak semua keberadaan bakteri memerlukan nutrien yang sama, bergantung pada kualitas dan konsentrasi bahan-bahan organik yang dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan seperti temperatur air, reaksi, kandungan garam, dan tekanan hidrostatik sehingga kapasitas konsumsi mikrob menjadi berbeda-beda (Waluyo 2005). Dengan demikian isolat bakteri tersebut merupakan mikrob dominan pada limbah cair yang mampu memanfaatkan bahan organik sebagai nutrisi untuk tumbuh serta beradaptasi dengan lingkungan sebagai substrat sehingga dapat lebih optimal dalam mendegradasi bahan organik dibandingkan dengan lumpur aktif yang terdiri atas campuran populasi mikrob. Selain itu peningkatan efisiensi dengan penambahan bakteri disebabkan bakteri tersebut memiliki kemampuan biotransformasi khusus (Mellor et al. 1996). Analisis Padatan Tersuspensi Konsentrasi padatan tersuspensi inlet limbah cair menurun dengan adanya penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif, walaupun tidak terlalu signifikan (Tabel 3). Penurunan konsentrasi tersebut dapat disebabkan oleh adanya aktivitas bakteri baik isolat maupun lumpur aktif dalam merombak bahan organik yang tersuspensi sebagai bahan dasar untuk energi (Gintings 1992). Karena pada dasarnya padatan tersuspensi tersebut dapat terdiri atas zat padat tersuspensi yang bersifat inorganis dan organis (McKinney 1965).
Namun kehadiran bakteri juga mempengaruhi konsentrasi padatan tersuspensi karena ukuran sel bakteri termasuk kedalam kategori partikel tersuspensi halus (McKinney 1965). Hal inilah yang menyebabkan konsentrasi padatan tersuspensi tidak terlalu berkurang. Skala diameter partikel-partikel terlarut dan tersuspensi dalam air alam disajikan pada Lampiran 3. Konsentrasi padatan tersuspensi limbah cair jika diberi isolat bakteri lebih rendah jika dibandingkan dengan pemberian lumpur aktif, karena walaupun memiliki kemampuan yang hampir sama dalam merombak bahan organik, lumpur aktif tidak hanya terdiri bakteri tetapi juga padatan tersuspensi lain yang tercampur sebagai satu kesatuan (Rompas 1998). Sehingga walaupun lumpur aktif mengandung bakteri perombak bahan organik, namun lumpur aktif tersebut juga membawa padatan tersuspensi yang potensial meningkatkan konsentrasi padatan tersuspensi. Dengan demikian diperlukan perlakuan khusus untuk menurunkan konsentrasi padatan tersuspensi di dalam limbah cair tidak hanya melalui aktivitas mikrob, tetapi juga dengan perlakuan secara fisika dan kimia (Gintings 1992). Analisis Amonia Hasil analisis kandungan amonia pada inlet limbah cair meningkat karena adanya penambahan isolat dan lumpur aktif (Tabel 4). Keadaan ini dapat disebabkan akumulasi bahan organik yang dirombak oleh bakteri dengan hasil sampingan berupa amonia (Reynold 1982). Menurut Gintings (1992) nitrogen dalam limbah cair terdapat dalam bentuk organik dan oleh bakteri diubah menjadi amonia, sedangkan menurut Alaerts (1987) amonia dalam air permukaan berasal dari air seni dan tinja serta dari oksidasi bahan organik secara mikrobiologis yang berasal dari air alam atau buangan industri dan penduduk. Konsentrasi amonia limbah cair yang ditambahkan isolat sedikit lebih tinggi jika dibandingkan melalui penambahan lumpur aktif. Isolat bakteri mampu merombak bahan
14
Tabel 3 Konsentrasi padatan tersuspensi setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif Perlakuan 1 -1
Kontrol (mg L ) -1
Isolat bakteri (mg L )
Hari ke2
rata-rata 3
120
257
204
194
94
214
173
160
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 500
17.52
-1
108 236 197 180 5.26 Lumpur aktif (mg L ) Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
500 500
Tabel 4 Konsentrasi amonia setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif Perlakuan 1
Hari ke2
Rata-rata 3
Kontrol (mg L-1)
0.12
0.64
0.14
0.30
Isolat bakteri (mg L-1)
0.48
0.47
0.44
0.46
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 1
-0.53
1
Lumpur aktif (mg L ) 0.34 0.46 0.42 0.41 -0.37 Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
1
-1
Tabel 5 Konsentrasi nitrat setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif Perlakuan 1
Hari ke2
Rata-rata
Kontrol (mg L-1)
0.79
0.53
0.3
0.54
Isolat bakteri (mg L-1)
0.61
0.47
0.42
0.50
3
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 20
21.85
20
Lumpur aktif (mg L ) 0.33 0.29 0.36 0.33 38.88 Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
20
-1
Tabel 6 Konsentrasi nitrit setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif Perlakuan -1
Kontrol (mg L ) -1
Isolat bakteri (mg L )
1
Hari ke2
Rata-rata
0.26
0.053
0.1
0.14
0.12
0.127
0.11
0.12
3
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 1
14.00
1
Lumpur aktif (mg L ) 0.09 0.047 0.14 0.10 28.57 Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
1
-1
organik melalui proses hidrolitik deaminasi sehingga dapat menghasilkan senyawa sampingan berupa amonia (Waluyo 2005). Lumpur aktif yang terdiri atas berbagai spesies bakteri juga berkontribusi terhadap bertambahnya konsentrasi amonia walaupun hanya sedikit karena ada beberapa bakteri yang terkandung pada lumpur aktif juga mampu merombak N-organik. Menurut Mas’ud (1993) bakteri merupakan faktor penting tahap pertama penguraian senyawa N-organik dalam bahan organik dan senyawa N-kompleks lainnya, sedangkan
menurut Waluyo (2005) sejumlah bakteri proteolitik dalam air limbah dapat menggunakan protein sebagai makanannya dengan memecah polipeptida dan oligopeptida menjadi asam amino oleh enzim peptidase, kemudian asam amino tersebut digunakan untuk sisntesis bahan-bahan sel atau deaminasi dengan membebaskan amonia, proses demikian disebut amonifikasi. Kadar amonia pada limbah cair dapat diturunkan melalui proses aerasi secara intensif sehingga ion amonium akan terurai menjadi ion nitrat yang dapat diasimilasi (Darjamuni 2003)
15
Analisis Nitrat Konsentrasi nitrat yang terkandung di dalam limbah cair menurun dengan penambahan lumpur aktif dan isolat bakteri (Tabel 5). Menurunnya konsentrasi nitrat dapat disebabkan oleh aktivitas bakteri, baik oleh isolat maupun yang terkandung dalam lumpur aktif. Rata-rata konsentrasi nitrat melalui penambahan isolat bakteri lebih tinggi jika dibandingkan dengan penambahan lumpur aktif. Efisiensi yang dihasilkan melalui penambahan isolat bakteri sebesar 21.85 persen, sedangkan melalui penambahan lumpur aktif sebesar 38.88 persen. Isolat bakteri dan lumpur aktif merupakan bakteri aerob namun dapat mereduksi nitrat. Isolat bakteri selain mampu merombak bahan organik juga dapat mereduksi nitrat. Menurunnya konsentrasi nitrat dapat disebabkan oleh aktivitas isolat bakteri dalam memanfaatkan nitrat sebagai sumber N. Acinetobacter dapat menggunakan nitrat dan amonia sebagai sumber N (Prashanth dan Badrinath 2000). Kemampuan dalam mereduksi nitrat oleh bakteri yang terkandung pada lumpur aktif disebabkan karena bakteri memiliki enzim nitrat reduktase yang ada di periplasma (Nap) dan enzim nitrat reduktase yang ada di membran plasma (Nar) (Moreno-Vivian et al. 1999). Dengan memiliki enzim nitrat reduktase tersebut maka bakteri yang terdapat pada lumpur aktif dapat mereduksi nitrat pada kondisi aerob dan anaerob. Sedangkan isolat bakteri yang bersifat aerob, nitrat diubah menjadi nitrit dalam keadaan aerob oleh Nap karena Nap ada di periplasma, sehingga nitrat tidak perlu ditransfer ke membran plasma untuk diubah menjadi nitrit. Dengan demikian salah satu penyebab kinerja isolat bakteri tidak maksimal dalam mereduksi nitrat ialah karena pada kondisi aerob reduksi nitrat hanya dilakukan oleh enzim Nap. Analisis Nitrit Pada analisis kandungan nitrit di limbah cair, diperoleh hasil konsentrasi nitrit yang lebih rendah dari kondisi normal inlet limbah cair melalui penambahan lumpur aktif dan isolat bakteri. Rata-rata konsentrasi nitrit di dalam limbah cair melalui penambahan isolat lebih tinggi jika dibandingkan dengan
penambahan lumpur aktif (Tabel 6). Efisiensi yang dihasilkan melalui penambahan isolat ialah sebesar 14 persen, sedangkan melalui penambahan lumpur aktif sebesar 28.57 persen. Menurunnya konsentrasi nitrit menunjukkan ada beberapa bakteri yang terkandung pada lumpur aktif mampu memanfaatkan energi dari oksidasi nitrit menjadi nitrat dalam proses nitrifikasi (Waluyo 2005). Selain itu pada lumpur aktif mungkin terdapat juga spesies bakteri yang memiliki enzim pereduksi nitrit dalam keadaan aerob. Menurut Zumft (1997) enzim nitrit reduktase berperan mereduksi nitrit menjadi nitrit oksida dan enzim ini terdapat pada membran periplasma. Faktor lain yang dapat mempengaruhi penurunan konsentrasi nitrit ialah kehadiran oksigen yang mempercepat oksidasi dan sifat nitrit yang tidak bisa bertahan lama (Winata et al. 2000) dan merupakan keadaan sementara proses oksidasi antara amonia dan nitrat (Alaerts 1987). SIMPULAN Melalui penambahan isolat bakteri, konsentrasi berbagai parameter kandungan bahan organik menurun, terutama COD dan BOD. Penambahan isolat bakteri menghasilkan efesiensi sebesar 23.64 persen untuk menurunkan konsentrasi COD, sedangkan efesiensi yang dihasilkan untuk menurunkan konsentrasi BOD ialah 25.68 persen. Isolat bakteri juga mampu menurunkan konsentrasi padatan tersuspensi dengan efesiensi sebesar 17.52 persen. Parameter kandungan N-anorganik juga menurun seperti nitrat dengan efesiensi sebesar 21.85 persen. Menurunnya nitrat mengindikasi isolat mampu mereduksi nitrat pada kondisi aerob. Bakteri dominan yang berhasil diisolasi tersebut adalah Acinetobacter sp., dengan morfologi batang, motil, dan gram negatif. Dengan demikian isolat mampu mendegradasi bahan organik walaupun pada beberapa parameter, kinerja lumpur aktif lebih baik. SARAN Penelitian lebih lanjut hendaknya dilakukan terhadap kinerja Acinetobacter sp. dalam mendegradasi limbah organik dengan cara memadukan aktivitas Acinetobacter sp. dan lumpur aktif secara bersamaan, agar kinerja mendegradasi limbah cair lebih baik.
16
Selanjutnya aplikasi secara langsung di lapangan. DAFTAR PUSTAKA Alaerts G. 1987. Metode Penelitian Air. Surabaya: ITS Pr. [APHA] American Public Health Association. 1980. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. Ed ke-15. Washington DC: APHA. Darjamuni. 2003. Siklus nitrogen di laut [disertasi]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Freeman AM. 1984. Air and Water Pollution Control. New York: McGraw-Hill. Gintings P. 1992. Mencegah dan Mengendalikan Pencemaran Industri. Jakarta: Pustaka Sinar Harapan. Hadioetomo RS. 1983. Mikrobiologi Dasar dalam Praktek. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. Hariyadi. 2004. BOD dan COD sebagai parameter pencemaran air dan baku mutu air limbah. J Ilm Das 7: 13-17. Mas’ud P. 1993. Telaah Kesuburan Tanah. Ed ke-10. Bandung: Angkasa. McKinney R. 1965. Microbiology for Sanitary Engineers. New York: McGrawHill. Mellor E, Landin P, O’Donovan C, Connor D. 1996. Microbiology of in situ bioremediation. Environ Sci Technol 12: 60- 64. Metcalf E. 1991. Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse. Ed ke-3. New York: McGraw-Hill. Moreno-Vivian C, Cabello P, Luque MM, Blasco R, Castillo F. 1999. Prokaryot nitrate reduction: molecular properties and functional distinction among bacterial nitrate reductases. J Bacteriol 181: 6573-6584. Pelczar MJ, Chan ECS. 1986. Dasar-dasar Mikrobiologi. Volume ke-1,2. Hadioetomo RS. Imas T, Tjitrosomo SS, Angka SL, penerjemah; Jakarta: UI Pr. Terjemahan dari: Elements of Microbiology. Prashanth K, Badrinath S. 2000. Simplified phenotypic tests for identification of Acinetobacter sp. and their antimicrobial susceptibility status. J Med Microbiol.49:773-778.
Purwati S. 1990. Teori Pengolahan Air Limbah Industri Pulp dan Kertas. Jakarta: Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Industri Selulosa, Departemen Perindustrian RI. Reynold TD. 1982. Unit Operation and Processes In Environmental Engineering. California: Book Cole. Rompas MR. 1998. Kimia Lingkungan. Ed ke1. Bandung: Tarsito. Rosenberg E. 1993. Microorganism to Combat Pollution. Boston: Kluwer Academic. Saeni MS. 1989. Kimia Lingkungan. Bogor: Pusat Antar Ilmu Hayat. Sugiharto. 1987. Dasar-dasar Pengolahan Air Limbah. Jakarta: UI Pr. Waluyo L. 2005. Mikrobiologi Lingkungan. Malang: UMM Pr. Widiyanto T. 2002. Kajian suksesi dan distribusi mikrob dekomposer serta agen bioremediasi senyawa metabolit toksik pada perairan. J Biol Indones 68: 80-86. Winata A, Siswoyo, Mulyono T. 2000. Perbandingan kandungan P dan N total dalam air sungai di lingkungan perkebunan dan persawahan. J Ilm Das 1: 24-28. Zumft W. 1997. Cell biology and molecular basis of denitrification. Mol Biol Rev 61:533-616.
17
.
LAMPIRAN
18
Lampiran 1 Foto mikrograf dan foto tiga dimensi morfologi sel Acinetobacter sp.
Sumber: http://www.Sciencedirect.com/microbiology/eugine. html [2 Nov 2007]
19
Lampiran 2 Standar baku mutu limbah cair bagi kawasan industri Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No : 03/MENLH/1998 Tanggal : 15 Januari 1998 BAKU MUTU LIMBAH CAIR BAGI KAWASAN INDUSTRI
PARAMETER
KADAR MAKSIMUM BEBAN PENCEMARAN (mg/l) MAKSIMUM (kg/hari.Ha) BOD 5 50 4.3 COD 100 8.6 TSS 200 17.2 pH 6.0 – 9.0 DEBIT LIMBAH CAIR MAKSIMUM 1 L per detik per Ha lahan kawasan yang terpakai
Ditetapkan di : Jakarta Pada tanggal : 15 Januari 1998
Menteri Negara Lingkungan Hidup
Ttd Sarwono Kusumaatmadja
Salinan sesuai dengan aslinya Asisten IV Menteri Negara Lingkungan Hidup Bidang Pengembangan, Pengawasan dan Pengendalian
ttd. Hambar Martono
20
Lampiran 3 Skala diameter partikel-partikel terlarut dan tersuspensi dalam air alam
Sumber: Kriteria dan Standar Kualitas Air Nasional, Direktorat Penyelidikan Masalah Air, Jakarta, Maret 1981 (241/LA-18/1981).
21
22
