By: Nimas Mayang Sabrina S., STP, MP, MSc
Outline -> Sejarah -> Mikroba Lingkungan -> Bioremediasi
2800 SM
India, Kepulauan Orkney (Scotland), Pulau Crete dan Lembah Eufrat telah membuat saluran pembuangan limbah cair rumah tangga.
Awal Masehi
Roma membangun tandon air bersih dengan saluran dari pipa timah.
Awal abad 4M
Roma telah didirikan jamban umum di pusat-pusat aktivitas penduduk.
Abad 6 M
Kertas toilet (tisu) sudah digunakan di Cina.
2500 SM
Pipa berbahan logam digunakan di Mesir dan 2000 SM di istana Knossos Crete.
• 1665 Robert Hooke menggunakan lensa sederhana untuk melihat sel mati dari tutup botol (gabus). • 1676 Anthony van Leuwenhoeck mampu melihat benda menggunakan mikroskop sederhana hingga perbesaran ~300-500. • 1841 Ignaz Semmelweis (Austria) memulai karir untuk dokter rumah sakit bersalin, dan menyadari kematian ibu dan anak setelah persalinan 18% berasal dari infeksi darah oleh streptococcus. ---pelopor sanitasi. • 1859 Louis Pasteur menggunakan tabung gelas leher angsa yang menghubungkan udara luar dengan bejana berisi kaldu yang sudah direbus.
1970-an, dikenalkan mikrobiologi lingkungan dengan pokok tinjauan pada kesehatan masyarakat dan lingkungan dan terus berkembang hingga mencakup bidang yang luas dan berkait dengan bidang ilmu lainnya. Hurst et al. (1997) mendefinisikan bahwa mikrobiologi lingkungan merupakan studi tentang keberadaan mikroba pada lingkungan alami maupun buatan. Maier et al. (1999) mikrobiologi lingkungan didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari pengaruh penerapan mikroba pada lingkungan, aktivitas, kesehatan dan kesejahteraan manusia.
Ekologi Mikroba •
Bidang yang erat terkait dan seringkali dipersepsikan sama dengan mikrobiologi lingkungan yaitu: EKOLOGI MIKROBA Ekologi mikroba yaitu ilmu yang mempelajari interrelasi atau interaksi antara mikroba dengan lingkungannya baik lingkungan biotik maupun abiotik.
Outline -> Sejarah -> Mikroba Lingkungan -> Bioremediasi
Mikroba yang paling banyak berperan dalam lingkungan
Mikroba Lingkungan 1. Archaea merupakan bakteri yang dapat hidup pada kondisi yang ekstrim A. Mikroba Termofilik •Organisme prokariot (bakteri, alga hijau-biru) lebih toleran terhadap temperatur tinggi dibanding eukariot •Termofil: organisme yg tumbuh pd >55o C •Termofil ekstrim : Tumbuh di atas 75o C •Termofil moderat : temp 55 - 75o C
Mikroba Lingkungan B. Mikroba Barofilik Lingk tekanan hidrostatik tinggi umumnya ditemukan di perairan dalam dan di pengeboran sumur dalam Di lingkungan akuatik, tekanan meningkat +1 atm untuk setiap 10 m kedalaman Pd bbrp sumur minyak bumi, tekanan mencapai 400 atm dan temp 60 – 105o C Mikroba barofilik : mikroba yg hidup di lingk dgn tekanan tinggi * tekanan 400 – 500 atm : barofilik * tekanan 1 - < 400 atm : eurybaric / baroduric (barotolerant) Pseudomonas bathycetes mampu mentoleransi tekanan 1.000 atm
Mikroba Lingkungan C. Mikroba Xerofilik • Mikroba : bakteri, yeast, fungi, alga selain mikroba halofilik ekstrim • Laju pertumb mikroba xerofilik biasanya lebih lambat dan waktu germinasi spora lebih pendek drpd mikroba non-xerofilik • Torulopsis halonitratophila yg diisolasi dr fermentasi kecap mrpk yeast halofilik , obligat pd 30o C tetapi dia juga ditemukan halotolerant pd 20o C • Jadi sifat2 mikroba spt ini bervariasi dlm temp dan aw
Mikroba Lingkungan D. Mikroba Halofilik Ekstrim Contoh bakteri halofilik ekstrem yg tumbuh dalam NaCl jenuh adl archaebacteria Gram-- Halobacterium dan Halococcus. Konsentrasi NaCl minimum 2,5 – 3.0 M dan optimal 4 – 5 M NaCl Kedua bakteri diatas tidak autolisis meskipun pd medium dgn konsentrasi garam rendah atau dalam akuades. Struktur permukaan sel yang kaku dan tebal mengandung polisakarida dgn rasio 1/3 sampai ½ drpd struktur Polisakarida tersusun dr asam uronat dari glukosamin dan galaktosamin, dan asam uronat diduga memiliki fungsi yg sama dengan asam muramat dalam dinding sel eubacteria
Mikroba Lingkungan 2. Fungi
• Cendawan : organisma berfilamen, non-fotosintetik, merupakan organisma heterotrofik, eukaryotik. Struktur satuan selulernya berupa hifa yang merupakan bentukan seperti benang tubular, tunggal. • Dinding sel cendawan tersusun oleh khitin mikrofibril semikristalin yang terpadu dengan mathriks amorf glukan, mungkin juga protein • Secara umum talus cendawan terdiri dari 2 bagian yaitu miselium dan spora. Sebagaimana diutarakan di atas bahwa miselium tersusun oleh jalinan hifa. • Dalam lingkungan berfungsi sebagai dekomposer
Kerusakan buah strawberry akibat fungi
Mikroba Lingkungan 3. Simbiosis antara: Jamur Bakteri Organisme tingkat tinggi
Interaksi infeksi
bakteri-tumbuhan,
Agrobacterium tumefaciens (kiri), pembentukan bintil akar akibat interaksi Rhizobium-tumbuhan (tengah dan kanan).
Koloni mikroba dari tanah pada perakaran tumbuhan yang berbeda
Interaksi tumbuhan Rhododendron dengan lichene
Lichene pada permukaan batuan
Lichene pada permukaan batuan
Outline -> Sejarah -> Mikroba Lingkungan -> Bioremediasi
Limbah pencemar di lingkungan
Berbagai metode penanggulangan limbah pencemar • Secara fisik • Secara kimiawi • Secara biologi – Bioteknologi pengolahan limbah pencemar (Bioremediasi)
Bioremidiasi Bioremediasi merupakan suatu upaya pemulihan kondisi lingkungan dengan menggunakan aktivitas biologis untuk mendegradasi dan/atau menurunkan toksisitas dari berbagai senyawa pencemar. Mikroorganisme dari kelompok bakteri, khamir, dan kapang merupakan kelompok utama yang berperan penting dalam bioremediasi limbah pencemar di lingkungan This Powerpoint is hosted on www.worldofteaching.com Please visit for 1000+ free powerpoints
Bioremidiasi Teknologi bioremediasi oleh mikroba merupakan hasil pemikiran yang sistematik dari integrasi berbagai bidang ilmu, antara lain mikrobiologi, ekologi, fisiologi, biokimia, dan genetika yang dipadukan dengan menggunakan prinsip rekayasa untuk memaksimumkan reaksi metabolik mikroba yang diinginkan dalam pemulihan lingkungan yang tercemar. Pemahaman tentang mikrobiologi dan lingkungannya merupakan faktor penting dalam perkembangan teknologi biodegradasi. Kunci utama penentu keberhasilan pengolahan limbah pencemar di lingkungan secara biologi adalah mengetahui faktor-faktor yang berinteraksi dalam biodegradasi itu sendiri.
Advantages of bioremediation • • • • • • •
Can be done on site Keeps site disruption to a minimum Eliminates transportation cost and liabilities Eliminates waste permanently Eliminates long term liability Biological systems, often less expensive, are used Can be coupled with other treatment techniques into a treatment train
Bioremediasi didasarkan pada suatu pemahaman atas tiga prinsip utama yaitu: (1)
pengetahuan tentang fisiologi mikroba meliputi proses metabolisme yang mengarah pada detoksifikasi senyawa berbahaya dan pengendalian genetik mikroba yang mengontrol fungsi-fungsi tersebut;
(2) pengetahuan tentang ekologi mikroba yang meliputi struktur dan fungsi dari komunitas mikroba di alam; (3) pengetahun tentang kerekayasaan (engineering) yaitu caracara aplikasi proses-proses metabolisme mikroba di alam sesuai dengan yang diinginkan.
Bioremediasi mempunyai dua tujuan yaitu menstimulasi pertumbuhan mikroba baik yang indigenus yaitu mikroba asli maupun non indigenus non indigenus atau mikroba yang sengaja dimasukkan dari luar ke daerah yang terkontaminasi, dan menciptakan kondisi lingkungan yang sesuai untuk meningkatkan intensitas kontak langsung antara mikroba dengan senyawa kontaminan di lingkungan baik yang terlarut maupun yang terikat oleh partikel untuk mengalami biotransformasi, biodegradasi, bahkan sampai biomineralisasi.
Keberhasilan bioremediasi bergantung pada banyak faktor diantaranya • karakteristik substrat pencemar yang akan didegradasi oleh mikroba. • keanekaragaman mikroba indigenus dan non indigenus potensial pendegradasi limbah pencemar, • faktor biotik dan abiotik lingkungan yang mempengaruhi aktivitas biodegradasi limbah pencemar
Aplikasi kajian mikroba dalam bioremediasi limbah pencemar di lingkungan meliputi : • Eksplorasi mikroba potensial dari lingkungan alami terutama dari kawasan tercemar. • Isolasi, karakterisasi, dan identifikasi mikroba potensial pendegradasi limbah pencemar. • Uji aktivitas mikroba dalam mendegradasi limbah pencemar. • Pengukuran faktor-faktor yang memengaruhi proses degradasi oleh mikroba • Studi mekanisme interaksi mikroba dengan substrat pencemar • Pencarian kondisi optimum yang dibutuhkan oleh mikroba dalam mendegradasi limbah pencemar.
Aplikasi kajian mikroba dalam bioremediasi limbah pencemar di lingkungan meliputi : • Deteksi hasil metabolisme dari proses biodegradasi. • Eksplorasi gen-gen yang bertanggung jawab dalam proses biodegradasi.
• Pengembangan metode pembuatan konsorsium mikroba potensial pendegradasi limbah pencemar • Pengembangan metode inokulasi mikroba potensial ke lingkungan tercemar.
• Monitoring viabilitas dan aktivitas mikroba (indigenus dan non indigenus) dalam mendegradasi limbah pencemar.
Hasil penelitian Aplikasi metode bioremediasi dalam penanggulangan pencemaran memberikan hasil yang bervariasi – Memacu – Menghambat ??? – Tidak berpengaruh ???
Bioremediasi tetap merupakan alternatif yang paling aman meskipun membutuhkan biaya yang mahal
Bioremediation technologies can be broadly classified as : – Ex situ technique • Are those treatment modalities which involve the physical removal of the contaminated material to another area (possibly within the site) for treatment • Examples : Bioreactors, land farming, composting, some form of solid phase treatment
– In situ technique • Involve treatment of the contaminated material in place • Examples : Bioventing for the treatment of contaminated soils and biostimulation of indigenous aquifer microorganism
Bioremediation treatment technologies Treatments
Definition
Bioaugmentation Addition of bacterial cultures to a contaminated medium; frequently used in bioreactors and ex situ systems Biofilters
Use of microbial stripping columns to treat air emission
Biostimulation
Stimulation of indigenous microbial populations in soils and/ or ground water; may be done in situ or ex situ Biodegradation in a container or reactor; may be used to treat liquids or slurries
Bioreactors Bioventing
Methods of treating contaminated soils by drawing oxygen through the soil to stimulate microbial growth and activity
Bioremediation treatment technologies Treatments Composting
Land farming
Definition Aerobic, thermophilic treatment process in which contaminated materials is mixed with a bulking agent; can be done using static piles, aerated piles, or continuously fed reactor Solid-phase treatment systems for contaminated soils; may be done in situ or in a constructed soil treatment cell
Pencemaran di lingkungan Bioremediasi Biodegradasi
Mikroorganisme
Jenis substrat
Faktor lingkungan yang menjamin Survival mikroba dan interaksinya
Monitoring
Metode bioremediasi
Metode bioremediasi in situ
Tahapan bioremediasi tanah
Tahapan bioremediasi tanah
Eksplorasi mikroba potensial • Eksplorasi mikroba potensial yang dapat digunakan sebagai agen dalam bioremediasi umumnya dilakukan pada lingkungan yang terkontaminasi oleh limbah pencemar baik di tanah maupun di perairan. • Kegiatan tersebut diarahkan selain untuk mendapatkan koleksi isolat mikroba indigenus juga untuk mengurangi kemungkinan terjadinya interaksi negatif ketika dilakukan penambahan mikroba potensial tersebut ke suatu lingkungan tercemar.
