KUANTITAS MIKROB PADA PANDUAN OPERASIONAL STANDAR PENGUJIAN BIODEGRADASI DENGAN METODE BOTOL TERTUTUP
TATI RACHMAWATI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
ABSTRAK TATI RACHMAWATI. Kuantitas Mikrob pada Panduan Operasional Standar Pengujian Biodegradasi 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 konsentrasi mikrob menjadi faktor penentu dalam metode ini. Untuk mendapatkan kurva biodegradasi yang sesuai dengan kriteria OECD, konsentrasi mikrob yang disarankan pada prosedur operasional standar botol tertutup adalah 0.05-5 mg/L (104-106 sel/L). Penelitian dilakukan untuk mengevaluasi konsentrasi mikrob yang digunakan dengan menjadikan konsentrasi senyawa uji sebagai peubah tetap. Nilai persen biodegradasi dihasilkan dari nisbah antara nilai kebutuhan oksigen biologi (BOD) dan nilai kebutuhan oksigen kimia (COD). Nilai BOD diperoleh dari pengujian oksigen terlarut dengan metode Winkler, sedangkan konsentrasi mikrob diperoleh dari metode cawan tuang dan turbidimetri. Berdasarkan hasil pengamatan, konsentrasi terbaik yang dapat menghasilkan kurva biodegradasi yang memenuhi persyaratan untuk inokulum Palabuhan Ratu 0.2 mL/L (0.24 × 105 sel/L), 0.5 mL/L (0.65 × 105 sel/L), 0.6 mL/L (0.72 × 105 sel/L), dan 5 mL/L (6.5 × 105 sel/L) sedangkan untuk inokulum Pelabuhan Sunda Kelapa 1 mL/L (1.18 × 105 sel/L) dan 5 mL/L (5.9 × 105 sel/L).
ABSTRACT TATI RACHMAWATI. Microbe Quantity in Standard Operational Procedure for 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 concentration of microbe. In this method, to get the biodegradation curve according to OECD criteria, the concentrations of microbe suggested are between 0.05 mg/L to 5 mg/L (104-106 cells/L). This research was carried out to evaluate the microbe concentration with concentration of test substance was set as a constant variable. Biodegradation percent is the ratio of biochemical oxygen demand (BOD) with chemical oxygen demand (COD). BOD value was resulted by analyzing the dissolved oxygen using Winkler method, and concentration microbe was resulted from plate count and turbidity measurement. The better microbe concentrations which result the best increasement biodegradation curve at Palabuhan Ratu were 0.2 mL/L (0.24 × 105 sel/L ), 0.5 mL/L (0.65 × 105 sel/L), 0.6 mL/L (0.72 × 105 sel/L), dan 5 mL/L (6.5 × 105 sel/L) while at Pelabuhan Sunda Kelapa were 1 mL/L (1.18 × 105 sel/L) and 5 mL/L (5.9 × 105 sel/L). .
KUANTITAS MIKROB PADA PANDUAN OPERASIONAL STANDAR PENGUJIAN BIODEGRADASI DENGAN METODE BOTOL TERTUTUP
TATI RACHMAWATI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
Judul
: Kuantitas Mikrob pada Panduan Operasional Standar Pengujian Biodegradasi dengan Metode Botol Tertutup Nama : Tati Rachmawati NIM
: G44201072
Menyetujui: Pembimbing I,
Pembimbing II,
Drs. Muhamad Farid NIP 132 002 064
Dr. Ir. Zainal Alim Mas’ud, DEA NIP 131 578 815
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hashiem, DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini yang berjudul Kuantitas Mikrob pada Panduan Operasional Standar Pengujian Biodegradasi dengan Metode Botol Tertutup berhasil diselesaikan. Penelitian dilaksanakan sejak bulan Maret 2006 di Laboratorium Terpadu, 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 staf di Laboratorium Terpadu yang telah banyak membantu. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada almarhum bapak, mama, serta seluruh keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya. Terima kasih penulis ucapkan kepada teman yang senantiasa memberi dukungan, Epi (rekan kerja), Liesca, Dian, dan Mifta. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Mei 2008
Tati Rachmawati
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 10 Agustus 1981 dari ayah Alm. Ahmad Rivai dan ibu Nong Nani. Penulis merupakan putri ketiga dari lima bersaudara. Pada tahun 2000 penulis lulus dari SMU Negeri 21 Jakarta. Di Tahun 2001 penulis diterima di IPB pada Program Studi Kimia, Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Penulis melakukan kegiatan praktik lapangan pada tahun 2004 di Balai Besar Penelitian PascaPanen. Judul yang dipilih adalah Efektivitas Obat Nyamuk Bakar pada Berbagai Komposisi Bahan Aktif. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif di Dewan Perwakilan Mahasiswa Tingkat Persiapan Bersama Institut Pertanian Bogor (DPM TPB IPB 2001-2002) sebagai sekretaris komisi Pengembangan Sumber Daya dan Kesejahteraan Mahasiswa, Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam sebagai staf Departemen Kajian Strategis dan Kaderisasi pada tahun 2002-2003 dan sebagai staf divisi kaderisasi Departemen Pengembangan Sumber Daya Mahasiswa pada tahun 2003-2004, Redaktur Majalah Islam Nuansa di tahun 2004. Penulis pernah menjadi asisten mata kuliah Pendidikan Agama Islam di Institut Pertanian Bogor selama satu semester pada tahun 2004 dan asisten praktikum Kimia Pangan tahun ajaran 2005/2006. Pada tahun 2005 penulis menjadi staf pengajar di bimbingan belajar dan privat Ampuh ILNA, tahun 2006 pengajar di bimbingan belajar Basic, dan sekarang menjadi pengajar privat.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL...........................................................................................................vii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................vii DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................................vii PENDAHULUAN ..........................................................................................................1 TINJAUAN PUSTAKA Inokulum.........................................................................................................1 Biodegradasi Ready ........................................................................................2 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ...............................................................................................3 Metode ............................................................................................................3 HASIL DAN PEMBAHASAN Konsentrasi Mikrob pada Inokulum ...............................................................5 Laju Biodegradasi...........................................................................................6 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan.........................................................................................................7 Saran ...............................................................................................................7 DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................................7 LAMPIRAN....................................................................................................................9
DAFTAR TABEL Halaman 1 Perbandingan aplikasi 6 metode biodegradasi ready ................................................... 2 2 Persen biodegradasi senyawa standar .......................................................................... 3 3 Konsentrasi mikrob yang digunakan pada pengukuran biodegradasi ......................... 5
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Pertumbuhan mikrob..................................................................................................5 2 Biodegradasi natrium benzoat....................................................................................6 3 Biodegradasi natrium asetat .......................................................................................6 4 Biodegradasi dengan inokulum Palabuhan Ratu........................................................7 5 Biodegradasi dengan inokulum Sunda Kelapa ..........................................................7 6 Perbandingan kinerja inokulum Palabuhan Ratu dengan Sunda Kelapa ..................7
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Alur Kerja Penelitian ..................................................................................................10 2 Prosedur pembuatan pereaksi-pereaksi Metode Winkler............................................11 3 Perhitungan nilai COD................................................................................................11 4 Perhitungan nilai BOD................................................................................................12 5 Perhitungan % biodegradasi .......................................................................................12 6 Perhitungan mikrob......................................................................................................12
PENDAHULUAN Senyawa kimia banyak digunakan dalam berbagai produk yang dipakai masyarakat. Penggunaan senyawa kimia pada produk dapat berupa bahan baku, zat aditif, pewarna, bahan aktif, dan lain-lain. Detergen, dispersan, dan surfaktan adalah beberapa contoh produknya yang banyak dikonsumsi oleh konsumen. Senyawa kimia yang baik adalah yang mampu terdegradasi di alam dan tidak toksik terhadap lingkungan. Sebelum suatu senyawa kimia digunakan dalam berbagai produk dilakukan penapisan awal dengan menggunakan metode yang sesuai agar diketahui persentase biodegradasi senyawa tersebut. Biodegradasi merupakan degradasi polutan ataupun senyawa kimia oleh mikroorganisme. Secara umum, biodegradasi terjadi secara alamiah baik di air, tanah, maupun sedimen. Biodegradasi berdasarkan sifat mikroorganimenya dibagi menjadi dua, yaitu biodegradasi aerob dan anaerob. Biodegradasi bahan kimia organik dibedakan menjadi 2, yaitu biodegradasi primary dan ultimate (EU 2004). Persentase biodegradasi senyawa kimia menjadi acuan yang sangat penting untuk dapat diterimanya senyawa tersebut di pasaran. European Community (EC) membuat regulasi terkait persentase senyawa kimia yang dapat diterima di pasaran. Persentase minimum yang diterima untuk biodegradasi primary adalah 80% sedangkan untuk biodegradasi ultimate adalah 60% (EU 2004). Biodegradasi ultimate dibagi menjadi biodegradasi ready dan inheren (OECD 2005). Metode pengujian dalam biodegradasi ready menurut OECD 2005 ada enam metode. Metode botol tertutup adalah salah satu dari enam metode tersebut. Prinsip pengujian metode ini menggunakan pengukuran oksigen terlarut. Metode ini dapat digunakan pada senyawa kimia yang sukar ataupun mudah larut, volatil, dan mudah teradsorbsi. Faktor penentu dalam metode ini yaitu konsentrasi senyawa kimia yang diuji dan konsentrasi mikroorganisme (inokulum) yang ditambahkan pada senyawa kimia. Penelitian yang dilakukan ditujukan untuk menentukan konsentrasi mikrob yang sesuai sehingga diperoleh kurva biodegradasi yang memenuhi persyaratan OECD serta membandingkan kinerja mikrob di dua daerah yang berbeda. Sumber, konsentrasi, dan perlakuan awal inokulum adalah faktor-faktor yang
memengaruhi persentase biodegradasi. Menurut OECD 1992, konsentrasi inokulum yang digunakan pada metode botol tertutup adalah 0.5 sampai dengan 5 mL efluen per liter medium (104-106 sel/L). Konsentrasi optimum diperoleh melalui uji coba pada kisaran konsentrasi yang ditentukan. Penambahan konsentrasi senyawa kimia dan konsentrasi inokulum yang tepat akan menghasilkan degradasi yang baik yang ditunjukkan dengan perolehan kurva biodegradasi yang memenuhi kriteria-kriteria yang telah ditentukan. Dari hasil penelitian ini akan didapatkan standar operasional metode botol tertutup yang dapat bermanfaat untuk penapisan senyawa-senyawa kimia yang digunakan pada berbagai produk. Alur kerja penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1.
TINJAUAN PUSTAKA Inokulum Inokulum adalah salah satu faktor yang penting yang memengaruhi dalam pengukuran biodegradasi. Ada 3 hal yang harus diperhatikan mengenai inokulum, yaitu sumber, jumlah, dan perlakuan awal inokulum. Inokulum harus bersumber dari lingkungan, densitas selnya harus 106/L, dan pada perlakuan awalnya, inokulum tidak harus dimasukkan ke dalam senyawa yang di uji (OECD 1995). Inokulum yang mengandung mikroorganisme dapat diambil dari lumpur aktif, limbah buangan, efluen sekunder, air permukaan, dan tanah atau campurannya. Inokulum diambil harus dalam kondisi segar dan aerob (EPA 1998). Inokulum dikondisikan terlebih dahulu pada lingkungan pengujian dengan memperhatikan suhu dan pH serta di aerasi selama 5–7 hari. Pengkondisian awal kadang dapat meningkatkan ketelitian metode uji (OECD 1992). Pengambilan sampel lumpur aktif ini harus memperhatikan beberapa segi (Hadi 2005), antara lain lokasi dan jumlah titik pengambilan sampel, parameter mutu lingkungan, ukuran, jumlah, dan volume sampel, homogenitas sampel, dan waktu pengambilan sampel. Penentuan lokasi dan titik pengambilan sampel lumpur harus memperhatikan fasilitas untuk menuju lokasi dan aksesibilitas ke titik pengambilan. Parameter mutu lingkungan yang harus diperhatikan saat pengambilan lumpur adalah pH dan suhu lingkungan setempat. Pengukuran itu sangat
2
berguna sebagai bahan interpretasi data hasil pengujian di laboratorium. Ukuran, jumlah, dan volume sampel sangat bergantung pada parameter yang akan diuji, metode pengujian yang digunakan, dan distribusi polutan di lingkungan. Lumpur aktif yang di ambil dari lingkungan tidak banyak dan diencerkan saat digunakan pada metode botol tertutup. Sampel lumpur diambil sebanyak 1 L dari permukaan air dan 1 L dari bagian tanah atas pantai yang kontak dengan atmosfir (JIS 2005). Sampel yang betul-betul homogen harus mempunyai komposisi yang sama pada setiap titik dan setiap saat, maka sangat sulit diperoleh. Sampel dari lingkungan yang homogen diharapkan dapat mewakili mutu lingkungan yang sesungguhnya. Homogenitas sampel dari lingkungan bergantung pada distribusi analit pada medium yang ada. Apabila sampel dari lingkungan menunjukkan keseragaman secara visual, pengambilan sampel sesaat dapat dilakukan dengan asumsi bahwa sampel tersebut cukup homogen. Namun, jika secara visual terdapat ketidakseragaman, pengambilan sampel gabungan dapat dilakukan. Penetapan jumlah titik pengambilan sampel sangat penting untuk menentukan apakah lumpur tersebut mewakili lokasi pengambilan sampel lumpur. Pengambilan sampel lumpur diambil dari 10 titik atau lebih sekitar lokasi pengambilan sampel. Pendekatan dalam menentukan waktu pengambilan sampel adalah dengan mengasumsikan saat medium lingkungan yang akan diambil sampelnya cukup homogen atau konstan sehingga sampel dapat mewakili kondisi yang disyaratkan. Biodegradasi Ready 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 CO2 dan H2O dengan bantuan cahaya matahari, sedangkan biodegradasi adalah proses konversi bahan organik kembali menjadi CO2 dan H2O melalui aktivitas mikroorganisme (Loonen et al. 2006). Biodegradasi ready didefinisikan sebagai metode biodegradasi untuk bahan yang kemampuan degradasinya tinggi (OECD 2003). Bahan yang termasuk readily biodegradable menunjukkan nilai karbon organik terlarut (DOC) yang hilang mencapai 70%, penurunan oksigen atau pembentukan CO2 mencapai 60%, nisbah kebutuhan oksigen
biokimiawi (BOD5)/ThOD atau BOD5/COD lebih besar dari 0.5. Pengujian biodegradasi ready dilakukan dalam kondisi aerob dan gelap, dengan kisaran konsentrasi senyawa yang diujikan 2–100 mg/L. Biodegradasi diukur dengan beberapa parameter pendukung seperti DOC, BOD, jumlah CO2 yang dihasilkan (OECD 2005), dan pengambilan oksigen (EPA 1998). OECD memiliki 6 metode yang dapat digunakan untuk biodegradasi ready. Enam metode yang dapat digunakan dalam uji biodegradasi ready dipaparkan pada panduan uji (TG) OECD No. 301 A–F, yaitu metode DOC die-away (301-A), metode penapisan OECD termodifikasi-DOC-die-away (301-B), metode pelepasan CO2 (301-C), metode respirometri manometrik (301-D), metode botol tertutup (301-E), dan metode Ministry of International Trade and Industri, Japan (MITI) (301-F) (OECD 2005). Keenam metode ini digunakan juga oleh United States Environmental Protection Agency (US EPA) yang terdapat pada OPPTS 835.3110 (EPA 1998). Pemilihan metode yang digunakan untuk analisis didasarkan pada hasil uji pendahuluan terhadap senyawa kimia yang diuji. Uji pendahuluan ini meliputi uji kelarutan, tekanan uap, dan sifat adsorbsi. Informasi mengenai kemurnian dan komponen utama yang terkandung dalam senyawa kimia yang diuji diperlukan untuk menginterpretasi hasil yang diperoleh. Keenam uji biodegradasi ready dapat digunakan untuk senyawa kimia yang memiliki kelarutan dalam air sekurangnya 100 mg/L walaupun senyawa tersebut tidak atsiri dan tidak teradsorbsi. Pemilihan metode berdasarkan karakteristik senyawa kimia dapat dilihat pada Tabel 1 (OECD 1992) Tabel 1 Perbandingan aplikasi 6 metode biodegradasi ready Metode
301A 301B 301C
Metode analisis
DOC DOC Respirometri: pelepasan CO2 301D Konsumsi oksigen 301E DO 301F Konsumsi oksigen Sumber: OECD (1992)
Kelarutan
+
Bahan kimia Kemudahan menguap -
Adsorb si
+/+/+
+
+/-
+
+/+
+ +/-
+ +
