EVALUASI KONSENTRASI SENYAWA UJI PADA PROSEDUR OPERASIONAL STANDAR BIODEGRADASI BAHAN KIMIA DENGAN METODE BOTOL TERTUTUP
EPI ERPINA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ABSTRAK EPI ERPINA. Evaluasi Konsentrasi Senyawa Uji pada Prosedur Operasional Standar Biodegradasi Bahan Kimia dengan Metode Botol Tertutup. Dibimbing oleh MUHAMAD FARID dan ZAINAL ALIM MAS’UD. Pengujian biodegradasi bahan kimia oleh Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) dibagi menjadi pengujian ready dan inherent biodegradation. Metode botol tertutup adalah salah satu metode dalam pengujian ready biodegradation. Konsentrasi senyawa uji dan jumlah sel mikroorganisme menjadi faktor penentu dalam metode ini. Untuk mendapatkan kurva biodegradasi yang sesuai dengan kriteria OECD, konsentrasi senyawa uji yang disarankan pada prosedur operasional standar botol tertutup adalah 2−10 mg/L. Penelitian dilakukan untuk mengevaluasi konsentrasi senyawa uji tersebut dengan menjadikan jumlah sel mikroorganisme sebagai peubah tetap. Nilai persen biodegradasi dihasilkan dari nisbah antara nilai kebutuhan oksigen biologi (BOD) dengan nilai kebutuhan oksigen kimia (COD). Nilai BOD diperoleh dari pengujian oksigen terlarut dengan metode Winkler, sedangkan nilai COD diperoleh dari metode refluks tertutup. Berdasarkan hasil pengamatan, persen biodegradasi senyawa uji dengan konsentrasi 1 dan 2 mg/L menunjukkan kenaikan yang lebih baik dibandingkan konsentrasi yang lebih tinggi. Kurva persen biodegradasi pada konsentrasi 3−10 mg/L mengalami penurunan pada hari ke-10. Konsentrasi yang lebih tinggi dapat menjadi inhibitor, apabila konsentrasi tersebut atau hasil degradasinya meracuni mikroorganisme dalam inokulum. Penurunan persen biodegradasi juga dapat terjadi karena nitrifikasi.
ABSTRACT EPI ERPINA. Evaluation of The Test Substance Concentration in Standard Operational Procedur of Chemical Biodegradation Using Closed Bottle Method. Supervised by MUHAMAD FARID and ZAINAL ALIM MAS’UD. Chemical biodegradation test by The Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) is divided into ready biodegradation and inherent biodegradation tests. One of the ready biodegradation methods is closed bottle method. The significant factors in this method are the test substance concentration and the number of microorganism cells. In this method, to get the biodegradation curve according to OECD criteria, the concentrations of test substance suggested are between 2 mg/L and 10 mg/L. This research was carried out to evaluate the test substance concentration with number of microorganism cells was set as a constant variable. Biodegradation percent is the ratio of biochemical oxygen demand (BOD) to chemical oxygen demand (COD). The BOD value was resulted by analyzing the dissolved oxygen using Winkler method, and the COD value was resulted from closed reflux method. Biodegradation percent of test substance with 1 mg/L and 2 mg/L concentrations showed a better increment of biodegradation percent than the higher concentrations did. The curve of the biodegradation percent of 3−10 mg/L concentrations decuated at the tenth day. A higher concentrations can be inhibitor if these concentrations or the biodegradation products poison microorganism in inoculum. Nitrification is another cause of descending the biodegradation.
EVALUASI KONSENTRASI SENYAWA UJI PADA PROSEDUR OPERASIONAL STANDAR BIODEGRADASI BAHAN KIMIA DENGAN METODE BOTOL TERTUTUP
EPI ERPINA
Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Judul
: Evaluasi Konsentrasi Senyawa Uji pada Prosedur Operasional Standar Biodegradasi Bahan Kimia dengan Metode Botol Tertutup Nama : Epi Erpina NIM : G44201013
Disetujui,
Pembimbing I,
Drs. Muhamad Farid NIP 132002064
Pembimbing II,
Dr. Ir. Zainal Alim Mas’ud, DEA NIP 131578815
Diketahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor,
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 131578806
Tanggal lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini yang berjudul Evaluasi Konsentrasi Senyawa Uji pada Prosedur Operasional Standar Biodegradasi Bahan Kimia dengan Metode Botol Tertutup berhasil diselesaikan. Penelitian dilaksanakan sejak bulan Maret 2006 di Laboratorium Terpadu, Departemen Kimia IPB. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Drs. Muhammad Farid dan Bapak Dr. Ir. Zainal Alim Mas’ud, DEA selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada staff di Laboratorium Terpadu yang telah banyak membantu. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Mulyadi Rio (suami), bapak, ibu, serta seluruh keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya. Terima kasih penulis ucapkan kepada teman yang senantiasa memberi dukungan, Tati (rekan kerja), Tina, Santi, Wati, Halimatus, Emil, Eka, Dina, Anis, Novi, Laili, dan pengurus AlGhifari. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2007
Epi Erpina
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sukabumi pada tanggal 5 Oktober 1982 dari ayah Syamsudin dan ibu Nawangsih. Penulis merupakan putri ketiga dari empat bersaudara. Tahun 2001 penulis lulus dari SMU Negeri 1 Sukabumi dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Penulis melakukan kegiatan praktik lapang pada tahun 2004 di PDAM Tirta Pakuan Kota Bogor. Judul yang dipilih adalah Analisis Kualitas Air ZAMP. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten di mata kuliah Pendidikan Agama Islam pada tahun ajaran 2002/2003 dan 2003/2004, asisten praktikum Kimia Organik 1 tahun ajaran 2004/2005, asisten praktikum Kimia Pangan tahun ajaran 2005/2006. Pada tahun 2004 penulis menjadi pengajar di bimbingan belajar Ampuh ILNA, tahun 2005 sampai sekarang pengajar di SMK Pandutama, tahun 2006-sekarang pengajar di bimbingan belajar Primagama dan di Bimbingan Belajar Brilian Insani. Bulan Maret 2007, penulis menikah dengan Mulyadi Rio, A.Md dari Departemen Ilmu Komputer IPB.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... vii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................. vii PENDAHULUAN ........................................................................................................ 1 TINJAUAN PUSTAKA Ekolabel ........................................................................................................... 1 Biodegradasi .................................................................................................... 2 Metode Botol Tertutup .................................................................................... 3 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ................................................................................................ 5 Pengujian Biodegradasi dengan Metode Botol Tertutup................................. 5 Pengujian DO dengan Metode Winkler .......................................................... 5 Standardisasi Na2S2O3.5H2O 0.0250 N ........................................................... 5 Pengujian COD................................................................................................ 6 Standardisasi FAS 0.1N .................................................................................. 6 HASIL DAN PEMBAHASAN Kurva Biodegradasi......................................................................................... 6 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan.......................................................................................................... 8 Saran ................................................................................................................ 8 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 8 LAMPIRAN.................................................................................................................. 10
vii
DAFTAR GAMBAR 1
Halaman Hubungan antara persen biodegradasi dan waktu degradasi dengan kontrol anilina............................................................................................. 2
2
Hubungan antara pengambilan oksigen atau nilai COD, ThOD dan Waktu ...................................................................................................................... 5
3
Perbandingan antara persen biodegradasi berbagai konsentrasi bahan uji dan waktu dengan inokulum lumpur Palabuhan Ratu............................................. 6
4
Perbandingan antara persen biodegradasi bahan uji 1 mg/L dan waktu dengan inokulum lumpur Palabuhan Ratu dan Sunda Kelapa ............................... 7
5
Perbandingan antara persen biodegradasi bahan uji 2 mg/L dan waktu dengan inokulum lumpur Palabuhan Ratu dan Sunda Kelapa ................................. 7
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1
Deskripsi kajian biodegradasi OECD dan EU ........................................................ 11
2
Perbandingan penggunaan 6 metode ready biodegradation ................................... 11
3
Strategi OECD untuk pengujian biodegradasi ........................................................ 12
4
Perbandingan kondisi uji pada 6 metode ready biodegradation ............................ 12
5
Hubungan antara ready biodegradation, inherent degradation dan pengambilan oksigen
13
6
Metode pembuatan pereaksi DO dan COD ............................................................. 13
7
Perhitungan nilai BOD, COD dan persen biodegradasi .......................................... 14
8
Alur kerja penelitian ................................................................................................ 15
9
Data rekap persen biodegradasi sampel uji dengan inokulum lumpur Palabuhan Ratu terhadap waktu .............................................................................. 15
PENDAHULUAN Di era perdagangan bebas sekarang ini, pemilihan produk oleh konsumen tidak hanya memperhatikan harga dan mutu, namun faktor lingkungan menjadi hal yang penting. Bahkan saat ini produk-produk yang ramah lingkungan memiliki nilai jual yang tinggi di pasaran. Oleh karena itu, selain kinerja produk, harga, dan ketersediaan bahan baku, produsen harus memperhatikan keamanan produk terhadap lingkungan dari awal hingga akhir produksi hingga dipasarkan. Tahun 1977 di Jerman, dibentuk program ekolabel pertama di dunia, yang diberi nama Blue Angel. Ekolabel adalah upaya produsen dalam memberikan informasi kepada konsumen mengenai dampak lingkungan yang ada dalam suatu produk tertentu. Keberhasilan Blue Angel telah mengilhami pengembangan dan penerapan program ini di berbagai negara. Saat ini terdapat sekurang-kurangnya 27 program ekolabel di berbagai negara. Senyawa kimia banyak digunakan dalam berbagai produk yang dipakai oleh masyarakat. Penggunaan senyawa kimia pada produk dapat berupa bahan baku, zat aditif, pewarna, bahan aktif, dan lain-lain. Detergen, dispersan, dan surfaktan adalah beberapa jenis produk yang banyak dikonsumsi oleh konsumen. Ada 4 data utama yang harus dipenuhi suatu senyawa kimia yaitu toksisitas terhadap mamalia, toksisitas terhadap lingkungan perairan, biodegradasi, dan bioakumulasi (FEA 1999). Senyawa kimia yang baik adalah yang dapat terdegradasi di alam dan tidak toksik terhadap lingkungan. Sebelum suatu senyawa kimia digunakan dalam berbagai produk, sebaiknya dilakukan penapisan awal dengan menggunakan metode yang sesuai agar produk yang dihasilkan mudah terdegradasi. Metode pengujian bahan kimia telah distandardisasi di seluruh dunia. OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) telah menghasilkan panduan pengujian untuk mencegah perbedaan pengujian dalam memenuhi persyaratan yang sama terhadap bahan yang sama oleh berbagai negara (Bapedal 2000). Pengujian biodegradasi bahan kimia oleh OECD dibagi menjadi dua jenis, yaitu ready dan inherent biodegradation (Lampiran 1). Ada 6 metode dalam pengujian ready biodegradation, yaitu metode dissolved organic carbon (DOC) die-away, metode penapisan OECD modifikasi, metode evolusi CO2, metode respirometri manometrik,
metode botol tertutup, dan metode Ministry of International Trade and Industri (MITI). Penelitian ini menggunakan metode botol tertutup karena mudah dilakukan dibandingkan metode lain juga dapat memberikan uji positif terhadap bahan volatil, bahan yang larut dalam air, bahan yang larut dalam minyak, dan bahan-bahan yang mudah menyerap (Lampiran 2). Sampel yang diuji adalah bahan kimia organik. Ada 2 hal yang menjadi faktor penentu dalam metode botol tertutup, yaitu konsentrasi sampel uji dan jumlah sel mikroorganisme. Penelitian bertujuan untuk mengevaluasi konsentrasi sampel uji pada prosedur operasional standar metode botol tertutup dengan menjadikan jumlah sel mikroorganisme (inokulum) sebagai peubah tetap sehingga diharapkan kurva biodegradasi yang diperoleh dapat memenuhi kriteriakriteria yang telah ditentukan dalam OECD.
TINJAUAN PUSTAKA Ekolabel Ekolabel adalah label, tanda, atau sertifikat pada suatu produk yang memberikan keterangan kepada konsumen bahwa produk tersebut dalam daur hidupnya menimbulkan dampak lingkungan negatif yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan produk lainn yang sejenis yang tidak bertanda ekolabel. Daur hidup produk mencakup perolehan bahan baku, proses pemuatan, distribusi, pemanfaatan, pembuangan, dan daur ulang (PT Mutu Agung Lestari 2006). Sertifikasi Ekolabel Indonesia dikembangkan berdasarkan acuan yang telah berkembang, yakni ISO 14024 (environmental labels and declarations - Type I ecolabelling Principles and guidelines), UU No 2 tahun 1997 tentang pengelolaan lingkungan hidup, UU No 8 Tahun 1999 tentang perlindungan konsumen dan baku mutu lingkungan, konvensi internasional dan standar-standar terkait dengan produk. Beberapa kelembagaan dan pihak terkait yang berkepentingan, yakni Kementerian Negara Lingkungan Hidup yang merumuskan penerapan ekolabel di Indonesia, Badan Standardisasi Nasional yang mengesahkan kriteria ekolabel, Komite Akreditasi Nasional yang mengakreditasi lembaga sertifikasi ekolabel (LSE), dan LSE yang mengevaluasi dan menerbitkan sertifikat ekolabel (PT Mutu Agung Lestari 2006).
2
Penerapan sertifikasi ekolabel produkproduk dalam negeri telah dikampanyekan sejak tahun 2004. Namun, hingga kini belum satu pun produk dalam negeri yang telah memiliki pengakuan ramah lingkungan dalam proses produksi dari hulu hingga hilir. Tim skema ekolabel Indonesia baru berhasil menyusun kriteria ekolabel untuk lima jenis produk manufaktur, antara lain serbuk detergen pencuci sintetik, tekstil dan produk tekstil, kertas cetak, produk kulit jadi, dan sepatu kulit (Hendra 2005).
bahan kimia pada ISO 9408 menunjukkan hubungan persen biodegradasi terhadap waktu degradasi dapat dilihat pada Gambar 1.
Biodegradasi Biodegradasi adalah dekomposisi bahan kimia oleh mikroorganisme. Istilah ini sering dihubungkan dengan pengolahan limbah atau bioremediasi. Biodegradasi merupakan kebalikan dari proses fotosintesis. Fotosintesis adalah konversi dari CO2 dan H2O dengan bantuan cahaya matahari, sedangkan biodegradasi adalah proses yang mengonversi bahan organik kembali menjadi CO2 dan H2O melalui kegiatan mikroorganisme (Loonen et al. 2006). Secara umum, biodegradasi terjadi secara alamiah baik di air, tanah, maupun sedimen. Hal ini disebabkan mikroorganisme pada lingkungan tercemar dapat beradaptasi terhadap kondisi ekstrem untuk mendegradasi polutan (JIS 2005). Bahan kimia organik dibedakan berdasarkan kemampuannya didegradasi, yaitu readily biodegradable, inherently biodegradable, dan non biodegradable (EC 2000). Istilah ready biodegradation didefinisikan untuk bahan yang kemampuan degradasinya tinggi (OECD 2003). Uji ini dilakukan dalam kondisi aerob dan gelap, dengan kisaran konsentrasi senyawa yang diujikan 2100 mg/L. Biodegradasi diukur dengan beberapa parameter pendukung seperti DOC, kebutuhan oksigen biokimia (BOD), jumlah CO2 yang dihasilkan (OECD 2005) dan pengambilan oksigen (EPA 1998). Inherent biodegradation dalam OECD (2003) didefinisikan untuk bahan yang sulit didegradasi. Bahan inherently biodegradable menunjukkan biodegradasi lebih dari 70% dalam pengujian OECD 302 C, biodegradasi mencapai 2060% setelah mencapai 28 hari dalam seri pengujian OECD 301 untuk ready biodegradation, atau biodegradasi mencapai 60% dalam ISO 14593. Biodegradasi diikuti pengambilan oksigen oleh mikroorganisme. Pengujian
Gambar
1
Hubungan antara persen biodegradasi dan waktu degradasi dengan kontrol anilina (OECD 2003).
Metode Pengujian Biodegradasi Standardisasi pengujian kemampuan biodegradasi suatu bahan organik dikembangkan oleh beberapa organisasi termasuk OECD, ISO (International Standard Organization), EC (European Commission), US-EPA (United States-Environmental Protection Agency) dan ASTM (Torang 2003). Pada umumnya strategi pengujian biodegradasi pada OECD bisa dilihat pada Lampiran 3. Standar pengujian untuk menentukan kemampuan ready biodegradation suatu bahan organik sudah dikembangkan oleh OECD (Pedoman pengujian 301A-F), EU (Pengujian C.4), dan US-EPA. Kondisi pengujian yang digunakan antara lain konsentrasi maksimum senyawa uji (1100 mg/L), senyawa uji adalah karbon dan sumber energi, jumlah sel mikroorganisme (104108sel/mL), suhu uji kurang dari 25 °C, periode pengujian selama 28 hari dengan jendela 10 hari untuk degradasi, dan pass levels 70% (DOC) atau 60% (kebutuhan O2 atau pelepasan CO2) (Torang 2003). Pengujian ready biodegradation oleh OECD dibagi menjadi 6 metode, anatara lain; metode metode DOC die-away, metode penapisan OECD modifikasi, metode evolusi CO2, metode respirometri manometrik, metode botol tertutup, dan metode MITI.
