III. METODE PENELITIAN 3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian Kegiatan isolasi bakteri perombak zat warna tekstil sampai pengolahan air limbah tekstil pada bioreaktor dan uji toksisitas dilaksanakan di laboratorium bioteknologi lingkungan Indonesian Center for Biodiversity and Biotechnology ( ICBB) bogor, laboratorium mikrobiologi Jurusan Pendidikan Biologi dan laboratorium biokimia Jurusan Pendidikan Kimia UNDIKSHA Singaraja-Bali. Identifikasi bakteri hasil isolasi dilakukan di laboratorium mikrobiologi Fakultas Kedokteran Hewan IPB dan Pengamatan pembentukan biofilm pada batu vulkanik menggunakan scanning electron microscope dilakukan di laboratorium pengujian material Pusat Penelitian Metalurgi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong, Kabupaten Tangerang, Provinsi Banten. Kegiatan penelitian dilaksanakan selama 15 bulan yaitu, mulai Mei 2007 sampai Agustus 2008. Lumpur untuk isolasi bakteri diambil dari instalasi pengolahan air limbah tekstil di industri pencelupan tekstil CV. Mama & Leon Kabupaten Tabanan dan Sungai
Badung,
Denpasar,
Provinsi
Bali
yang
menjadi
tempat
aliran
pembuangan limbah tekstil. Titik pengambilan sampel pada CV. Mama & Leon dibagi menjadi tiga lokasi yaitu, pada bak penampungan limbah awal (tanpa pengolahan), bak pengolahan dan pada saluran pembuangan akhir menuju sungai. Lumpur Sungai Badung diambil secara komposit yaitu lumpur diambil di beberapa lokasi badan sungai yang dijadikan tempat muara akhir pembuangan limbah tekstil. Lumpur diambil pada setiap lokasi sebanyak 100-250 gram kemudian digabung menjadi satu. Lumpur yang telah digabung tersebut diambil 100 gram untuk dijadikan sampel pada tahap isolasi bakteri. Batu vulkanik yang digunakan sebagai media pengamobil atau pelekatan bakteri diambil dari lereng Gunung Batur Kecamatan Kintamani, Kabupaten Bangli, Provinsi Bali. 3.2. Alat dan Bahan Penelitian Alat-alat yang digunakan untuk mengisolasi bakteri adalah tabung ulir, autoklaf, cawan petri, erlenmeyer, inkubator, laminar air flow cabinet, pH meter, neraca analitik, batang penebar, jarum ose, vortex, dan shaker. Alat-alat yang digunakan untuk mengukur parameter kualitas air limbah adalah spektofotometer UV-Vis tipe UV-1700 Pharmaspec, scanning electron microscope tipe JSM 6390A, pH meter, refluks, zentrifugasi rotofix 32, seperangkat alat titrasi dan
39
neraca analitik. Peralatan yang digunakan untuk pengolahan air limbah tekstil meliputi erlenmeyer, reaktor terbuat dari kaca, aerator, keran air dan selang. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah lumpur limbah tekstil, media pendukung (material support) berupa batu vulkanik dengan diameter 0,10,2 cm. Bahan-bahan kimia yang digunakan untuk pertumbuhan mikrob meliputi amonium sulfat, kalium dihidrogen posfat, magnesium sulfat heptahidrat, feroamonium sitrat, kalsium klorida dihidrat, yeast extract, asam borak, seng sulfat heptahidrat, mangan klorida tetrahidrat, nikel klorida heksahidrat, natrium molibdat dihidrat, tembaga (II) klorida dihidrat, zat warna remazol red, remazol yellow, remazol black, remazol blue dan glukosa. Struktur kimia zat warna remazol yang digunakan disajikan pada Gambar 17. NaO 3SOCH2CH2O2SCH 2CH2HNOC
Cl
H
N N=N
OH
NaO 3S
NH 2 O
N
NH
N=N
N
Remazol red (C.I. Reactive red 198)
NaO 3SOCH2CH2SO2
N=N
N
SO3Na
SO3Na SO2CH2CH2OSO3Na
SO3Na
N
Remazol blue (C.I. Reactive blue 238)
SO3Na
HO
HOC
N
SO3Na
OCH3 N=N C C
NH 2 NaO 3SOCH2CH2SO2
N=N
CH3 OCH3 SO3Na SO2CH2CH2OSO3Na
Remazol black B (C.I. Reactive black 5)
Remazol yellow (C.I. Reactive yellow 17)
Gambar 17 Struktur kimia zat warna reaktif azo yang digunakan untuk penelitian 3.3. Rancangan Penelitian Penelitian dilakukan secara bertahap dimulai dari isolasi dan identifikasi bakteri potensial perombak zat warna tekstil dan uji aktivitas perombakan pada variasi kondisi lingkungan (pH, konsentrasi glukosa, konsentrasi zat warna dan
40
lama waktu inkubasi). Bakteri-bakteri potensial dan kondisi lingkungan optimum yang
diperoleh
dari
perlakuan
tersebut
selanjutnya
diaplikasikan
pada
pengolahan limbah tekstil buatan dalam reaktor anaerob-aerob. Proses pengolahan limbah tekstil buatan pada reaktor menggunakan sistem pertumbuhan tersuspensi dan pertumbuhan terlekat sedangkan bakteri yang digunakan adalah kultur tunggal dan konsorsium. Parameter yang diamati adalah warna, pH, Bau, TDS, TSS, nitrat, nitrit, BOD dan COD pada selang waktu 1 sampai 4 hari inkubasi. Sistem pengolahan limbah terbaik yang diperoleh diaplikasikan pada pengolahan limbah tekstil yang diambil dari industri pencelupan tekstil. Hasil pengolahan limbah dengan sistem kombinasi anaerobaerob tersebut dianalisis kualitas limbahnya dan dibandingkan dengan baku mutu limbah menurut KepMen LH No. 51/MENLH/10/1995. Disamping itu, dilakukan uji toksisitas akut menggunakan Daphnia magna. ISO 66431, merekomendasikan Daphnia magna sebagai hewan uji untuk toksisitas akut limbah perairan tawar karena sangat sensitif terhadap perubahan kondisi perairan, mudah dikultur dan cara ujinya sederhana. Secara garis besar, tahapan dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir rancangan penelitian pada Gambar 18.
41
Tahap 1. Isolasi dan Identifikasi Bakteri Homogenisasi lumpur dengan garam visiologis
Kultivasi pada media cair berisi zat warna
Seleksi
Identifikasi
Isolat
Genus bakteri
Tahap 2. Uji aktivitas perombakan Uji aktivitas pada variasi pH
Uji aktivitas pada variasi lama inkubasi
Uji aktivitas pada variasi konsentrasi zat warna
Kondisi optimum perombakan
Uji aktivitas pada variasi glukosa
Isolat unggul
Tahap 3. Pengolahan limbah tekstil buatan Pengolahan limbah tekstil buatan tahap anaerob
Pertumbuhan terlekat
Pertumbuhan tersuspensi
Sistem pengolahan anaerob dengan isolat terbaik
Konsorsium
Kultur tunggal
Pengolahan lanjutan limbah tekstil buatan tahap aerob
Analisis warna, pH, bau, TDS, TSS, nitrat, nitrit, klorida, BOD dan COD
Sistem pengolahan aerob dengan isolat terbaik
Tahap 4. Aplikasi sistem pengolahan kombinasi anaerob-aerob untuk pengolahan limbah dari industri pencelupan tekstil Pengolahan limbah tekstil dalam reaktor anaerob-aerob
Analisis warna, pH, Bau, TDS, TSS, nitrat, nitrit, klorida, BOD dan COD
Uji toksisitas akut KepMen LH No.51/MENLH/10/1995
Gambar 18 Diagram alir rancangan penelitian
42
3.4 Pelaksanaan Penelitian 3.4.1 Isolasi dan Identifikasi Bakteri Perombak Zat Pewarna Tekstil 1. Kultivasi dan Seleksi Bakteri Suspensi sampel untuk tujuan isolasi dibuat dengan cara memasukkan sebanyak 1 gram lumpur ke dalam tabung reaksi dan ditambahkan larutan garam fisiologis hingga volume 10 mL, kemudian dihomogenisasi menggunakan vortex. Sebanyak 1 mL suspensi tersebut dimasukkan ke dalam tabung reaksi lain dan ditambahkan larutan garam fisiologis hingga volume 10 mL dan dihomogenisasi kembali. Bakteri yang terkandung pada suspensi kemudian ditumbuhkan pada kondisi anaerob menggunakan tabung ulir dan kondisi aerob menggunakan erlenmeyer. Komposisi media cair yang digunakan adalah mengikuti metode isolasi yang telah dilakukan Khehra et al. (2006). Dalam satu liter media cair tersebut terdiri dari (NH4)2SO4 (1,0 g), KH2PO4 (1,0 g), Na2HPO4 (3,6 g), MgSO4.7H2O (1,0 g), Fe(NH4)sitrat (0,01 g), CaCl2.2H2O (0,1 g), 0,05% yeast extract dan 10 mL larutan trace element. Satu liter trace element terdiri dari ZnSO4.7H2O (10,0 mg), MnCl2.4H2O (3,0 mg), CoCl2.6H2O (1,0 mg), NiCl2.6H2O (2,0 mg), Na2MoO4.2H2O (3,0 mg), H3BO3 (3,0 mg), CuCl2.2H2O (1,0 mg). Kultivasi dan Seleksi Bakteri pada Kondisi Anaerob Kultivasi bakteri pada kondisi anaerob dilakukan dengan memindahkan sebanyak 1 mL suspensi sampel secara aseptik ke dalam tabung ulir ukuran 10 mL yang berisi 1/3 bagian media cair, zat warna remazol red 50 mg/L yang telah disterilkan. Ke dalam tabung ulir tersebut ditambahkan kembali media cair secara perlahan-lahan sampai penuh dan ditutup rapat. Biakan dalam tabung ulir diinkubasi pada suhu 30oC dalam inkubator sampai tumbuh koloni yang ditandai pudarnya warna. Bakteri yang tumbuh, selanjutnya dilakukan seleksi dengan menumbuhkan kembali secara bertahap pada media cair dengan kandungan zat warna remazol red yang lebih tinggi yaitu 100, 150, 200, 250, 300, 350, dan 400 mg/L. Selanjutnya dilakukan isolasi bakteri dengan cara yang sama yang ditumbuhkan pada media cair yang mengandung zat warna remazol yellow, remazol blue, remazol black dan campuran keempat zat warna remazol tersebut.
43
Kultivasi dan Seleksi Bakteri pada Kondisi Aerob Kultivasi bakteri pada kondisi aerob dilakukan dengan memindahkan sebanyak 1 mL suspensi sampel secara aseptik ke dalam erlenmeyer ukuran 100 mL yang telah berisi 5 mL media cair dan zat warna remazol red 50 mg/L yang telah disterilkan. Selanjutnya ditambahkan kembali media cair secara perlahan sampai volume 10 mL. Biakan dalam erlenmeyer ditutup rapat dan diinkubasi pada suhu 30oC sambil digojog menggunakan shaker sampai tumbuh koloni yang ditandai munculnya kekeruhan. Bakteri yang tumbuh, diseleksi dengan cara menumbuhkan kembali ke dalam erlenmeyer lain yang berisi media cair yang sama dengan kandungan zat warna remazol red yang lebih tinggi yaitu 50, 100 dan 150 mg/L. Selanjutnya dilakukan isolasi bakteri dengan cara yang sama yang ditumbuhkan pada media cair yang mengandung zat warna remazol yellow, remazol blue, remazol black dan campuran keempat zat warna tersebut. 2. Pemurnian Bakteri Hasil Isolasi Pemurnian Bakteri pada Kondisi Anaerob Bakteri anaerob yang tumbuh pada perlakuan masing-masing zat warna reaktif azo dimurnikan dengan teknik agar tuang. Sebanyak 1 mL suspensi dituangkan ke dalam cawan petri dan selanjutnya diisi media cair dan agar steril dalam kondisi hangat (suhu sekitar 40oC). Selanjutnya cawan petri ditutup rapat dan digoyang-goyangkan kemudian dimasukkan ke dalam toples kaca dan disemprot dengan gas nitrogen. Toples ditutup rapat hingga kondisi kedap udara, selanjutnya diinkubasi selama 2 hari. Pemurnian Bakteri pada Kondisi Aerob Bakteri yang tumbuh pada perlakuan masing-masing zat warna reaktif azo dimurnikan dengan teknik penyebaran dalam media agar. Media cair yang berisi agar disterilisasi menggunakan autokalf, selanjutnya didinginkan sampai suhu kira-kira 40oC. Media cair tersebut dituangkan dalam cawan petri, kemudian sebanyak 1 mL suspensi disebar ke dalam cawan petri menggunakan batang penyebar. Cawan petri ditutup rapat dan diinkubasi pada suhu 30oC.selama 2 hari
44
3. Identifikasi Bakteri Hasil Isolasi Penentuan Gram Sel bakteri hasil isolasi dioleskan pada kaca obyektif. Olesan
difiksasi
panas secara hati-hati, selanjutnya ditetesi pewarna ungu kristal, dibiarkan selama 1 menit lalu dibilas dengan akuades. Olesan ditetesi kembali menggunakan larutan iodium dan dibiarkan selama 2 menit lalu dibilas dengan etanol 95% selama 30 detik, kemudian dicuci dengan akuades. Olesan ditetesi larutan safranin dan dibiarkan selama 30 detik selanjutnya dibilas dengan akuades. Olesan diamati dengan mikroskop, bakteri Gram positif akan berwarna ungu sedangkan Gram negatif berwarna merah muda. Pengujian Aktivitas Biokimia Bakteri yang telah dimurnikan dilakukan pengujian aktivitas biokimia untuk menentukan genus bakteri tersebut.
Uji aktivitas biokimia yang dilakukan
meliputi uji katalase, oksidase, uji karbohidrat, uji sitrat, uji urease, uji VogesProskaeur, hidrolisis gelatin dan casein, dekorboksilasi arginin, dan uji pembentukan indol. Hasil uji aktivitas biokimia dari masing-masing bakteri selanjutnya
dianalisis merujuk
pada
Bergey’s
Manual of Determinative
Bacteriology ( Holt et al. 1994) 3.4.2 Efisiensi Perombakan Zat Warna pada Kondisi Anaerob Diberbagai Kondisi Lingkungan 1. Efisiensi Perombakan Zat Warna pada Variasi pH Sebanyak 1 mL suspensi dimasukkan ke dalam tabung ulir 10 mL yang 1/3 bagiannya berisi media cair, 200 mg/L zat warna remazol red dan 2 g/L glukosa yang telah disterilkan. Campuran tersebut diatur pada pH 5 dengan menambahkan larutan HCl. Tabung ulir diisi kembali media cair secara perlahan hingga penuh dan ditutup rapat, selanjutnya diinkubasi pada suhu 30oC selama 5 hari. Setelah 5 hari, diambil 10 mL untuk disentrifugasi pada 2.790 x g selama 30 menit kemudian diukur konsentrasinya menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum untuk remazol red 526 nm. Selanjutnya dilakukan perlakuan variasi pH 6, 7, 8 dan 9 dan perlakuan menggunakan zat warna remazol yellow, remazol blue, remazol black serta campuran keempat zat warna tersebut. Masing-masing zat warna yang diuji dilakukan optimasi absorbansi maksimum dan diperoleh panjang gelombang maksimum untuk
45
remazol yellow 424 nm, remazol red 526 nm, remazol black 598 nm, remazol blue 602,5 nm dan campuran keempat zat warna dengan rasio berat yang sama adalah 579,5 nm. Penentuan efisiensi perombakan masing-masing zat warna dilakukan dengan cara membandingkan jumlah (konsentrasi) zat warna yang terombak terhadap konsentrasi zat warna mula-mula dan dikalikan 100 persen. 2 Efisiensi Perombakan Zat Warna pada Variasi Konsentrasi Glukosa Sebanyak 1 mL suspensi dimasukkan ke dalam tabung ulir 10 mL yang 1/3 bagiannya berisi media cair, 200 mg/L zat warna remazol red dan 1 g/L glukosa yang telah disterilkan. Campuran diatur pada pH optimum yang diperoleh dari perlakuan perombakan zat warna pada variasi pH. Campuran ditambahkan kembali media cair secara perlahan hingga penuh dan di tutup rapat kemudian diinkubasi pada suhu 30oC selama 5 hari. Setelah 5 hari, diambil sebanyak 10 mL untuk disentrifugasi pada 2.790 x g selama 30 menit. Konsentrasi zat warna diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 526 nm. Selanjutnya dilakukan perlakuan variasi penambahan 0, 2, 3 dan 4 g/L glukosa dan perlakuan menggunakan zat warna remazol yellow, remazol blue, remazol black dan campuran dari keempat zat warna tersebut. Efisiensi perombakan masing-masing zat warna ditentukan dengan cara membandingkan jumlah (konsentrasi) zat warna yang terombak terhadap konsentrasi zat warna mulamula dan dikalikan 100 persen. 3 Efisiensi Perombakan Zat Warna pada Variasi Konsentrasi Zat Warna Sebanyak 1 mL suspensi dipindahkan secara aseptik ke dalam tabung ulir ukuran 10 mL yang 1/3 bagian berisi media cair, 50 mg/L zat warna remazol red yang telah disterilkan. Campuran ditambahkan glukosa steril dengan konsentrasi optimum yang diperoleh dari perlakuan perombakan pada variasi konsentrasi glukosa. Campuran dalam tabung ulir diatur pada pH optimum yang diperoleh dari perlakuan perombakan pada variasi pH. Tabung ulir ditambahkan kembali media cair secara perlahan-lahan hingga penuh dan ditutup rapat, selanjutnya diinkubasi pada suhu 30oC selama 5 hari. Setelah 5 hari, diambil 10 mL untuk disentrifugasi pada 2.790 x g selama 30 menit. Konsentrasi zat warna diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 526 nm. Selanjutnya dilakukan perlakuan variasi konsentrasi zat warna yaitu 100, 150, 200, 250, 300, 350 dan 400 mg/L. Disamping itu, dilakukan juga perlakuan
46
perombakan zat warna remazol yellow, remazol blue, remazol black dan campuran dari keempat zat warna tersebut pada variasi konsentrasi. Efisiensi perombakan masing-masing zat warna ditentukan dengan cara membandingkan jumlah (konsentrasi) zat warna yang terombak terhadap konsentrasi zat warna mula-mula dan dikalikan 100 persen. 4 Efisiensi Perombakan Zat Warna pada Variasi Lama Waktu Inkubasi Sebanyak 1 mL suspensi bakteri dimasukkan ke dalam tabung ulir ukuran 10 mL yang 1/3 bagiannya berisi media cair, glukosa dan zat warna remazol red dengan konsentrasi optimum yang diperoleh dari perlakuan perombakan pada variasi konsentrasi glukosa dan zat warna. Campuran diatur pada pH optimum kemudian ditambahkan kembali dengan media cair secara perlahan hingga penuh dan ditutup rapat. Campuran tersebut selanjutnya diinkubasi pada suhu 30oC selama 1 hari. Setelah 1 hari, diambil 10 mL untuk disentrifugasi pada 2.790 x g selama 30 menit kemudian diukur konsentrasi zat warna menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 526 nm. Selanjutnya dilakukan perlakuan variasi lama waktu inkubasi 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 hari. Disamping itu, dilakukan perlakuan variasi lama waktu inkubasi untuk perombakan zat warna remazol yellow, remazol blue, remazol black dan campuran dari keempat zat warna tersebut. Efisiensi perombakan zat warna ditentukan dengan cara membandingkan konsentrasi zat warna yang dirombak terhadap konsentrasi mula-mula dan dikalikan 100 persen. 3.4.3. Pengolahan Limbah Tekstil Buatan Limbah tekstil buatan (artifisial) dibuat dengan cara mencampurkan zat warna remazol red, remazol blue, remazol yellow dan remazol black dengan perbandingan berat yang sama dan konsentrasi total 200 mg/L. Pengolahan limbah tekstil buatan dilakukan dengan dua tahap, yaitu tahap pengolahan pada kondisi anaerob dan tahap pengolahan pada kondisi aerob dengan masingmasing tahap menggunakan proses pertumbuhan tersuspensi (sel bebas)) dan proses pertumbuhan terlekat (sel teramobil). Bakteri yang digunakan pada tahap pengolahan kondisi anaerob adalah bakteri kultur tunggal yang menghasilkan efisiensi perombakan paling tinggi pada zat warna remazol yellow, remazol red, remazol black, remazol blue dan remazol campuran serta konsorsium bakteri yang merupakan campuran dari kelima bakteri tersebut. Hasil pengolahan limbah
47
tekstil buatan tahap anaerob selanjutnya diukur penurunan konsentrasi zat warna menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimumnya. Hasil pengolahan pada kondisi anaerob kemudian diolah lebih lanjut pada kondisi aerob dengan menggunakan bakteri kultur tunggal dan konsorsium hasil isolasi dari lumpur Sungai Badung. 3.4.3.1. Pengolahan Limbah pada Kondisi Anaerob 1. Pengolahan Menggunakan Proses Pertumbuhan Tersuspensi Rancangan Bioreaktor Unit pengolahan limbah tekstil buatan menggunakan proses pertumbuhan tersuspensi terdiri dari 3 bak yang terbuat dari kaca, yaitu bak pengisi, bak pengolah anaerob dan bak penampung efluen. Bak pengisi mempunyai volume 9.600 mL dengan dimensi panjang (20 cm), lebar (16 cm) dan tinggi (30 cm) sedangkan bak pengolah (reaktor anaerob) dan bak penampung efluen mempunyai dimensi yang sama yaitu ukuran panjang x lebar x tinggi internalnya adalah 10 x 5,5 x 20 cm dengan volume total 1.100 mL. Rancangan reaktor pengolahan limbah tekstil disajikan pada Gambar 19.
Bak pengisi
Keran
Penampung gas Reaktor anaerob Bak penampung
Gambar 19 Rancangan bioreaktor anaerob untuk perombakan limbah tekstil menggunakan proses pertumbuhan tersuspensi . Proses Pengolahan Limbah Bak pengolah anaerob dibuat seri sebanyak 6 buah yang berturut-turut berisi bakteri yang memberikan efisiensi terbaik pada perombakan masingmasing zat warna dan konsorsium bakteri (campuran dari kelima bakteri tersebut). Limbah tekstil buatan pada bak pengisi ditambahkan 50 mL media cair dan 2 g glukosa per liter limbah. Limbah diatur pada pH sekitar 7, kemudian dialirkan ke masing-masing reaktor anaerob yang telah berisi 100 mL kultur
48
bakteri secara upflow selama 1 jam sampai mendekati penuh. Masing-masing bak pengolah anaerob berisi sekitar 900 mL limbah tekstil buatan dan didiamkan selang waktu 4 hari untuk terjadinya proses perombakan warna. Hasil pengolahan anaerob dilakukan pengukuran konsentrasi zat warna setiap hari selama 4 hari. Hasil perombakan warna yang efisiensinya tinggi dianalisis parameter kualitas limbah yang meliputi pH, bau, TSS, TDS, nitrat, nitrit, BOD dan COD. Pengolahan limbah tekstil buatan dengan proses pertumbuhan tersuspensi diulang tiga kali. 2. Pengolahan Menggunakan Proses Pertumbuhan Terlekat Rancangan Bioreaktor Unit Pengolahan limbah tekstil buatan menggunakan proses pertumbuhan terlekat juga terdiri dari 3 bak yang terbuat dari kaca, yaitu bak pengisi, bak pengolah dan bak penampung. Bak pengisi mempunyai volume sebesar 9.600 mL dengan dimensi panjang (20 cm), lebar (16 cm) dan tinggi (30 cm). Bak pengolah (reaktor anaerob) dengan volume total 1540 mL dengan dimensi ukuran panjang x lebar x tinggi internalnya masing-masing 11 x 7 x 20 cm. Setelah ditambahkan batu vulkanik 757 gram, volume efektif reaktor untuk limbah adalah 900 mL. Bak penampung efluen dengan volume yang sama dengan bak pengolah anaerob.
Bak pengisi
Keran Batu vulkanik
Penampung gas Reaktor anaerob Bak penampung
Gambar 20 Rancangan bioreaktor anaerob untuk perombakan limbah tekstil menggunakan proses pertumbuhan terlekat Prinsip pengolahan dimulai dari ekualisasi limbah tekstil pada pH 7 dan ditambahkan nutrisi kemudian dialirkan melalui keran pengalir secara upflow ke bak pengolah anaerob yang berisi bakteri teramobil pada batu vulkanik. Setelah bak anaerob mendekati penuh dibiarkan selama 4 hari. Jumlah zat warna yang
49
terombak diukur setiap hari selama 4 hari menggunakan spektrofotometer UVVis pada panjang gelombang maksimum. Amobilisasi Bakteri Anaerob pada Batu Vulkanik Batu vulkanik yang digunakan sebagai media pengamobil diambil dari lereng Gunung Batur, Kintamani, Bali. Batu vulkanik dihancurkan sedemikian rupa untuk memperoleh ukuran dengan diameter berkisar 0,1-0,2 cm. Batu vulkanik dicuci dengan akuades sebanyak 3 kali, dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama 1 jam dan selanjutnya disterilisasi menggunakan autoklaf pada suhu 121oC selama 15 menit. Ke dalam 6 buah reaktor anaerob masingmasing diisi 757 gram batu vulkanik steril yang digunakan sebagai media tempat pelekatan bakteri. Bakteri yang diamobilkan pada masing-masing bioreaktor adalah bakteri yang memberikan efisiensi terbaik pada perombakan zat warna remazol yellow, remazol red, remazol black, remazol blue, remazol campuran dan konsorsium bakteri. Amobilisasi bakteri pada batu vulkanik mengikuti metode yang telah dilakukan Castilla et al. (2003), yaitu sebanyak 100 mL kultur bakteri ditumbuhkan dalam reaktor anaerob selanjutnya ditambahkan media tumbuh dan dibiarkan selama 3 hari. Setelah 3 hari cairan dalam bioreaktor dialirkan ke luar melalui keran untuk mengeluarkan bakteri yang tidak terikat pada batu vulkanik. Pengamatan visual permukaan batu vulkanik sebelum dan setelah diamobilisasi dengan bakteri menggunakan scanning electron microscope. Penentuan Jumlah Sel Teramobil Pada Batu Vulkanik Penentuan jumlah sel teramobil pada batu vulkanik dilakukan dengan cara melepaskan sel yang terlekat pada batu vulkanik kemudian ditentukan jumlah koloni menggunakan metode total
plate count (TPC). Pelepasan sel yang
terlekat menggunakan metode yang telah dilakukan Taoufik et al. (2004), yaitu 25 gram batu vulkanik yang telah diamobilisasi dengan bakteri dimasukkan ke dalam tabung reaksi dan ditambahkan 5 mL air steril kemudian divortex selama 2 menit. Cairan dituangkan dan batu vulkanik ditambahkan kembali 5 mL air steril dan divortex selama 2 menit. Cairan digabung, kemudian diambil sebanyak 1 mL untuk diencerkan sampai 1010 kali selanjutnya ditumbuhkan pada media agar menggunakan cawan petri dan diinkubasi selama dua hari. Jumlah koloni bakteri yang tumbuh dalam media agar dihitung menggunakan metode TPC.
50
Proses Pengolahan Limbah Dalam Bioreaktor Volume efektif bioreaktor anaerob untuk limbah adalah 900 mL atau 58,44%(v/v). Limbah tekstil buatan pada bak pengisi ditambahkan 50 mL media cair dan 2 g glukosa per liter limbah, kemudian dialirkan ke dalam 6 buah reaktor yang disusun secara seri. Teknik pengaliran limbah ke bak pengolah secara upflow dengan laju alir sekitar 15 mL/menit selama 1 jam. Selanjutnya, limbah dalam bak pengolah anaerob didiamkan selama 4 hari untuk terjadinya proses perombakan warna. Konsentrasi zat warna hasil pengolahan anaerob diukur setiap hari selama 4 hari menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Limbah hasil pengolahan diukur parameter kualitas limbah meliputi pH, bau, TSS, TDS, nitrat, nitrit, BOD dan COD. Pengolahan limbah tekstil buatan dengan proses pertumbuhan terlekat diulang tiga kali. Kontrol Perlakuan Adsorpsi Limbah Tekstil Menggunakan Batu Vulkanik Sebanyak 50 mL limbah tekstil buatan yang telah ditambahkan media cair dimasukkan ke dalam erlenmeyer ukuran 100 mL yang berisi 17 gram batu vulkanik steril. Campuran tersebut didiamkan selama 4 hari, kemudian diambil sebanyak 10 mL untuk disentrifugasi pada 2.790 x g selama 30 menit. Konsentrasi zat warna diukur setiap hari selama 4 hari menggunakan spektrofotometer UV-Vis. 3.4.3.2. Pengolahan Lanjutan pada Kondisi Aerob Pengolahan limbah tektil buatan pada tahap anaerob yang menghasilkan kualitas limbah terbaik diulang 3 kali. Hasil pengolahan tersebut digabung dan selanjutnya digunakan sebagai sampel untuk pengolahan tahap aerob. Pengolahan tahap aerob menggunakan bakteri dari lumpur Sungai Badung yang terdiri dari 5 kultur tunggal dan 1 konsorsium bakteri. Lima bakteri kultur tunggal tersebut merupakan bakteri yang tumbuh baik pada media cair yang berisi zat warna remazol yellow, remazol red, remazol black, remazol blue dan remazol campuran sedangkan konsorsium bakteri adalah campuran dari kelima bakteri kultur tunggal tersebut. Pengolahan tahap aerob menggunakan proses pertumbuhan tersuspensi dilakukan dalam erlenmeyer ukuran 500 mL. Bakteri yang menghasilkan efisiensi perombakan tinggi dicobakan untuk mengolah limbah dengan proses pertumbuhan terlekat.
51
Pengolahan Menggunakan Proses Pertumbuhan Tersuspensi Ke dalam 6 buah buah erlenmeyer 500 mL masing-masing diisi 250 mL sampel limbah hasil proses pengolahan anaerob. Masing-masing erlenmeyer ditambahkan 5 mL nutrisi dengan konsentrasi 10% dari yang digunakan pada tahap anaerob kemudian diatur pH hingga 7. Campuran tersebut ditambahkan 10 mL kultur bakteri, kemudian diinkubasi sambil diaerasi menggunakan aerator. Pengolahan dilakukan perlakuan variasi waktu tinggal limbah 1; 2 dan 3 hari. Air limbah hasil pengolahan diukur pH, bau, TSS, TDS, BOD, COD, nitrat, nitrit dan warna. Pengolahan Menggunakan Proses Pertumbuhan Terlekat Bakteri yang digunakan untuk mengolah limbah pada kondisi aerob dengan proses pertumbuhan terlekat adalah bakteri dengan aktivitas perombakan tinggi yang diperoleh dari pengolahan aerob proses pertumbuhan tersuspensi. Pengolahan lanjutan dengan proses pertumbuhan terlekat terdiri dari 3 tahapan yaitu, tahap amobilisasi bakteri aerob pada batu vulkanik, penentuan jumlah koloni yang teramobil pada batu vulkanik dan pengolahan limbah. Amobilisasi Bakteri Aerob pada Batu Vulkanik Sebanyak 148 gram batu vukanik dimasukkan ke dalam erlenmeyer ukuran 500 mL kemudian ditambahkan 50 mL kultur bakteri aerob dan 150 mL media tumbuh. Campuran tersebut didiamkan selama 3 hari sambil diaerasi menggunakan aerator. Setelah 3 hari, cairan dituang untuk mengeluarkan bakteri yang tidak terlekat pada batu vulkanik. Pengamatan visual terhadap permukaan struktur batu vulkanik setelah diamobilisasi dengan bakteri menggunakan scanning electron microscope. Penentuan Jumlah Sel Teramobil pada Batu Vulkanik Sel yang teramobil pada batu vulkanik dilepaskan dan ditentukan jumlah koloninya menggunakan metode TPC. Pelepasan sel menggunakan modifikasi metode yang dilakukan oleh Tauofik et al. (2004). Sebanyak 25 gram batu vulkanik yang telah diamobilisasi dengan bakteri dimasukkan ke dalam tabung reaksi dan ditambahkan 5 mL air steril kemudian divortex selama 2 menit. Cairan dituangkan dan batu vulkanik ditambahkan kembali 5 mL air steril dan divortex selama 2 menit. Cairan digabung kemudian diambil sebanyak 1 mL untuk
52
diencerkan sampai 1010 kali selanjutnya ditumbuhkan pada media agar menggunakan cawan petri dan diinkubasi selama dua hari. Jumlah koloni bakteri yang tumbuh dalam media agar dihitung menggunakan metode TPC. Proses Pengolahan Limbah Ke dalam erlenmeyer ukuran 500 mL yang berisi bakteri teramobil pada batu vulkanik ditambahkan 250 mL limbah hasil pengolahan anaerob dan 15 mL nutrisi dengan konsentrasi 10% dari nutrisi yang digunakan pada pengolahan anaerob. Pengolahan dilakukan perlakuan variasi waktu tinggal limbah 1; 2 dan 3 hari sambil diaerasi menggunakan aerator. Air limbah hasil pengolahan diuji pH, bau, TSS, TDS, BOD, COD, nitrat, nitrit dan warna. Kualitas hasil pengolahan limbah tekstil buatan dengan proses pertumbuhan terlekat dibandingkan dengan hasil pengolahan proses tersuspensi. Hasil pengolahan terbaik selanjutnya digunakan untuk mengolah limbah yang diambil dari industri pencelupan tekstil. 3.4.4. Pengolahan Limbah Tekstil Sistem Kombinasi Anaerob-Aerob Air limbah tekstil diambil dari industri pencelupan tekstil CV. Mama & Leon yang berlokasi di Kabupaten Tabanan, Provinsi Bali. Air limbah yang digunakan adalah air limbah tekstil yang belum mengalami pencampuran dan pengolahan. Air limbah tekstil diolah dengan sistem kombinasi anaerob-aerob dengan proses pertumbuhan terlekat menggunakan konsorsium bakteri atau kultur tunggal dengan efisiensi perombakan terbaik yang diperoleh pada perlakuan pengolahan limbah tekstil buatan. Perancangan Bioreaktor Unit Pengolahan limbah tekstil sistem kombinasi anaerob-aerob terdiri dari 4 bak yang terbuat dari kaca yaitu, bak pengisi volume 9.600 mL dengan dimensi panjang (20 cm), lebar (16 cm) dan tinggi (30 cm), bak pengolah anaerob (reaktor anaerob) dengan volume total 1.540 mL dengan dimensi ukuran panjang x lebar x tinggi internalnya masing-masing 11 x 7 x 20 cm. Setelah ditambahkan batu vulkanik 757 gram, volume efektif bioreaktor untuk limbah adalah 900 mL, bak pengolah aerob (reaktor aerob) dan bak penampung efluen berdimensi yang sama dengan bak pengolah anaerob.
53
Penampung gas Reaktor anaerob Bak pengisi Limbah dan nutrisi
Batu vulkanik Aerator Efluen Reaktor aerob
Gambar 21 Rancangan bioreaktor pengolahan limbah tekstil sistem kombinasi anaerob-aerob menggunakan proses pertumbuhan terlekat Proses Pengolahan Limbah Limbah pada bak pengisi ditambahkan 50 mL media cair dan glukosa sebanyak 2 g/L, kemudian dikondisikan pada pH 7 dengan menambahkan HCl. Limbah dialirkan ke bak pengolah anaerob secara upflow dengan laju alir sekitar 15 mL/menit selama 1 jam. Proses perombakan anaerob dibiarkan selama 3 hari kemudian dialirkan ke bak pengolah aerob dan dibiarkan 3 hari sambil diaerasi. Setelah waktu pendiaman 3 hari, limbah dialirkan ke bak penampung dan dilakukan analisis kualitas limbah. Pengolahan limbah tekstil dengan sistem kombinasi anaerob-aerob diulang tiga kali. 3.4.5. Uji Kualitas Hasil Pengolahan Limbah Tekstil Uji kualitas limbah hasil pengolahan ditujukan untuk menilai efisiensi pengolahan limbah tekstil menggunakan sistem kombinasi anaerob-aerob dan kelayakan air limbah hasil pengolahan untuk dibuang ke lingkungan. Parameter kualitas limbah yang diukur meliputi beberapa parameter fisika dan kimia serta tingkat toksisitas akut terhadap hewan uji Daphnia magna. 1. Uji Parameter Fisika dan Kimia Parameter kimia dan fisika kualitas limbah yang diukur mengacu pada baku mutu kualitas air yang termuat pada KepMen LH No. 51/MENLH/10/1995 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri. Parameter kualitas limbah yang diuji dan metode pengukurannya disajikan pada Tabel 5.
54
Tabel 5 Parameter kualitas air limbah yang diukur dan metode pengukurannya No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Parameter pH Warna Bau Residu terlarut Residu tersuspensi BOD COD NO3 sebagai N NO2 sebagai N Klorida
Satuan CU mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
Metode Pengukuran Elektrokimia Spektrofotometri Organoleptik Gravimetri Gravimetri Titrasi Winkler Refluks Brusin sulfanilat Sulfanilat Titrasi argentometri
2. Uji Toksisitas Akut Uji
toksisitas
hasil
pengolahan
limbah
tekstil
dilakukan
dengan
mempergunakan hewan uji Daphnia magna yang berdasarkan rekomendasi ISO 66431. Penggunaan Daphnia magna memiliki kemudahan dalam pelaksaan uji di laboratorium karena mudah dikultur, berukuran kecil dan sensitif terhadap perubahan kondisi air. Pelaksanaan uji toksisitas dilakukan dengan cara membuat seri konsentrasi limbah 100%; 50%; 25%; 12,5% dan 6,25% sebanyak 50 mL. Masing-masing limbah ditambahkan 10 ekor Daphnia magna selanjutnya diamati amobilitasnya setelah dilakukan penggojogan selama 15 detik. Pengamatan dilakukan dalam waktu paparan 48 jam. Data amobilitas Daphnia magna (%) dikoreksi terhadap amobilitas pada kontrol dengan rumus Abbot:
P=
PO − PC 1 − PC
dengan P = persentase Daphnia magna yang amobil setelah dikoreksi, PO adalah persentase Daphnia magna yang amobil karena perlakuan, dan PC adalah persentase Daphnia magna yang amobil pada kontrol. Nilai PC tak boleh lebih dari 10%. Perhitungan nilai EC50 pada pengamatan 48 jam untuk sampel limbah sebelum dan sesudah pengolahan ditentukan metode pendekatan regresi linear seperti yang telah dilakukan oleh Lestariningsih (2005). 3.5 Analisis Data Data yang diperoleh dalam penelitian ini adalah data kualitatif tentang genus bakteri perombak zat warna tekstil, data kuantitatif berupa efisiensi perombakan zat warna tekstil diberbagai kondisi lingkungan dan data kuantitatif tentang beberapa parameter kualitas air limbah sebelum dan setelah dilakukan
55
pengolahan. Efisiensi perombakan zat warna tekstil pada setiap proses ditentukan dengan rumus : efisiensi =
(A − B ) x 100% , A
dengan A adalah nilai sebelum proses, B adalah nilai sesudah proses. Data efisiensi perombakan zat warna tekstil diberbagai kondisi lingkungan (pH, konsentrasi glukosa, konsentrasi zat warna dan lama waktu inkubasi) dianalisis menggunakan uji ANOVA untuk mengetahui pengaruh faktor kondisi lingkungan
tersebut
terhadap
efisiensi
perombakan
zat
warna
tekstil
menggunakan bakteri. Analisis terhadap kualitas hasil pengolahan dilakukan dengan membandingkan semua parameter kualitas limbah yang diukur dengan baku
mutu
kualitas
limbah
cair
industri
menurut
KepMen
LH
No.
51/MENLH/10/1995. Jika parameter kualitas limbah berada di bawah baku mutu, maka sistem pengolahan yang digunakan untuk mengolah limbah tekstil berlangsung efektif dan efisien. Penilaian toksisitas akut terhadap limbah menggunakan Daphnia magna berdasarkan klasifikasi nilai EC50 untuk limbah tekstil menurut Coleman dan Qureshi, (1985). Nilai EC50 dengan skala EC50>100% = tidak toksis, EC50 >75100% = toksisitas ringan, EC50 >50-75% = toksik, EC50 >25-50% toksisitas sedang dan EC50 <25% sangat toksik
