PENANGANAN LIMBAH PLASTIK DENGAN TEKNOLOGI PIROLISIS DAN BIODEGRADASI DENGAN BAKTERI PESUDOMONAS SP 1Rusdianto Hamid, 2Muhammad Natsir Djide, 2Roslinda Ibrahim Program Studi Teknik Lingkungan, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin 2Dosen Pengajar Prodi Teknik Lingkungan, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin e-mail:
[email protected]
1Mahasiswa
Abstrak
Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, di mana material mentah akan mengalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas. Pirolisis dilakukan di dalam sebuah reaktor dengan pengurangan atmosfer (hampa udara) pada temperatur hingga 800oC. Limbah plastik melalui proses pirolisis mampu diubah menjadi feedstock petrokimia seperti nafta, liquid dan wax seperti hidrokarbon dan gas serta minyak dasar untuk pelumas. proses pengolahan sampah plastik dengan proses pirolisis memiliki kelemahan yaitu tidak efisien pada pembuatan reaktor dalam skala besar hal ini diakibatkan oleh terjadinya bubling, chanelling, dan kurang ekonomis sehingga masih menyisakan residu. Untuk mengatasi kelemahan proses pirolisis diperlukan proses tambahan untuk mendegradasi secara sempurna sampah plastik hasil sisa dari proses pirolisis. Metode yang digunakan adalah dengan biodegradasi menggunakan bakteri Pseudomonas sp. Pseudomonas Sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Hasil percobaan pirolisis pada suhu 300oC dan 400oC penurunan massa yang paling tinggi berada pada waktu operasi 60 menit dan suhu 400oC dengan penurunan massa sebesar 82,3651%. Untuk mendegradasi residu pirolisis dilakukan dengan bakteri pseudomonas sp yang telah diisolasi dari lingkungan tercemar hidrokarbon. Berdasarkan hasil biodegradasi dengan metode kolom Winogradsky, penurunan massa residu pirolisis sebanyak 2,2411% selama satu bulan. Sehingga penurunan massa limbah plastik hasil kombinasi teknologi pirolisis dan biodegradasi adalah sebesar 82,3651%. Kata kunci: limbah plastik, pirolisis, biodegradasi, Pseudomonas sp Abstract
Pyrolysis is the chemical decomposition of organic material with a heating process with less or no oxygen or other reagents, in which the raw material will undergo breakdown of the chemical structure into the gas phase. The pyrolysis performed in a reactor with a reduction atmosphere (not air) at temperatures up to 800 o C. Plastic waste through the pyrolysis process is able to be converted into petrochemical feedstock such as naphtha, liquid and gas hydrocarbons and wax as well as base oils for lubricants. processing of plastic waste by pyrolysis process has the disadvantage of inefficient on a large scale manufacture of reactors in this case caused by the occurrence of bubling, channeling, and less economical so that still leaves a residue. To overcome the disadvantages of the pyrolysis process required an additional process to completely degrade plastic waste residual result of the pyrolysis process. The method used is by biodegradation using bacteria Pseudomonas sp. Pseudomonas sp is hydrocarbonoclastic bacteria capable of degrading various types of hydrocarbons. The experimental results pyrolysis at temperatures of 300 oC and 400 oC highest loss of mass is at the operating time of 60 minutes and the temperature of 400 oC with a mass reduction of 82.3651%. To degrade the pyrolysis residue is done by bacteria Pseudomonas sp which has been isolated from hydrocarbon contaminated environments. Based on the results of biodegradation by Winogradsky column method, pyrolysis residual mass loss as much as 2.2411% for a month. So that the mass reduction of plastic waste pyrolysis technology and the result of a combination of biodegradation amounted to 82.3651%. Keywords: plastic waste, pyrolysis, biodegrade, Pseudomonas sp
PENDAHULUAN Sampah plastik merupakan masalah tersendiri yang di hadapi dalam penanganan persampahan, hal ini dikarenakan sampah plastik tersusun atas polimer hidrokarbon dengan ikatan rantai yang tidak mudah diurai oleh alam baik secara fisika, kimia, maupun biologi, sehingga di butuhkan waktu yang sangat lama untuk mengurai sampai plastik. Menurut Gnanavel et al. (2014) penguraian sampah plastik di alam memerlukan waktu yang relatif sangat lama tergantung pada kedaan lingkungan maupun struktur kimia polimer limbah plastik, sedangkan produksi sampah plastik Indonesia mencapai 175.000 ton per hari, hal ini tentu akan menimbulkan masalah serius bagi lingkungan, baik untuk generasi sekarang bahkan untuk generasi yang akan datang. Perlu adanya alternatif proses daur ulang yang lebih menjanjikan dan berprospek ke depan. Salah satunya mengonversi sampah plastik menjadi minyak. Hal ini bisa dilakukan karena pada dasarnya plastik berasal dari minyak bumi, sehingga tinggal dikembalikan ke bentuk semula. Selain itu plastik juga mempunyai nilai kalor cukup tinggi, setara dengan bahan bakar fosil seperti bensin dan solar. Beberapa penelitian seputar konversi sampah plastik menjadi produk cair berkualitas bahan bakar telah dilakukan dan menunjukkan hasil yang cukup prospektif untuk dikembangkan. Perlu dicari data-data kinetika pirolisis dan penentuan kondisi operasi yang sesuai. Data-data itu berguna untuk rancang bangun reaktor pirolisis, namun penggunaan pirolisis dalam skala tempat pembuangan akhir (TPA) dianggap masih kurang efisien, hal ini diakibatkan oleh aliran udara panas yang mengangkut potongan hidrokarbon menjadi tidak merata, perekahan polimer plastik menjadi tidak sempurna serta diperlukan proses pemanasan
yang tinggi dengan waktu yang lama, sehingga metode pirolisis dianggap kurang efisien. Pseudomonas sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrokarbon. Keberhasilan bakteri Pseudomonas dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat pencemaran hidrokarbon membutuhkan pemahaman tentang mekanisme interaksi antara bakteri Pseudomonas sp dengan senyawa hidrokarbon (Anonymous, 2010). TINJAUAN PUSTAKA Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan organik melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya. Pirolisis dilakukan di dalam sebuah reaktor pengurangan atmosfer (hampa udara) pada temperatur hingga 800oC (Ramadhan, 2013). Limbah plastik melalui proses pirolisis mampu diubah menjadi feedstock petrokimia seperti nafta, liquid dan wax seperti hidrokarbon dan gas serta minyak dasar untuk pelumas. Teknik pirolisis telah digunakan sejak awal tahun 1930 di Jerman untuk peningkatan residu hidrogenasi yang diperoleh dari pencairan/pelelehan batubara. Keunggulan nyata dari pirolisis dibandingkan dengan pembakaran (incineration), yaitu dapat mereduksi gas buang hingga 20 kali. Disisi lain, produk pirolisis dapat dimanfaatkan lebih fleksibel dan penanganannya lebih mudah. Proses pirolisis sampah plastik merupakan teknologi konversi termokimia yang masih perlu dikembangkan. Selain itu, keterbatasan data-data kinetik untuk penentuan persamaan laju termal dekomposisi secara menyeluruh. Proses perengkahan limbah plastik menjadi energi umunya menggunakan
reaktor kataltik terfluidisasi atau fluidized bed reaktor (FBR). Dalam reaktor, terjadi kontak antar fluida gas dengan limbah plastik. Kontak ini akan menyebabkan terbawanya material hidrokarbon yang telah mengalami cracking atau perengkahan. Pada reaktor dengan skala besar proses kontak antara fluida gas dengan limbah plastik, sering terjadi penyebaran fluida gas yang tidak merata saat proses kontak berlangsung. Hal ini disebabkan karena adanya penggelembungan (bubbling), penorakan (sluwing) dan saluran-saluran fluida yang terpisah (channeling) (Satrio, 2008). Channeling adalah tidak meratanya penyebaran fluida pada seluruh permukaan limbah plastik, sehingga menyebabkan hanya sebagian dari limbah plastik yang berkontak dengan fluida. Hal ini dapat mengakibatkan penurunan kualitas yield yang diperoleh selama proses pirolisis limbah plastik. Selain ketiga faktor tersebut, faktor lain yang berpengaruh adalah kecepatan minimum fluidisasi yang didefinisikan sebagai kecepatan minimal yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi terjadi (Satrio, 2008). Kecepatan fluidisasi mempengaruhi kontak antara fluida yang digunakan dalam proses konversi dengan limbah plastik. Kontak yang terjadi menyebabkan ikatan antara molekul fluida dengan molekul hidrokarbon dari hasil cracking lirnbah plastik, yang selanjutnya diolah menjadi energi. Pada penelitian yang dilakukan Miller et al. (2005), bahan baku berupa polyethylene dipanaskan hingga mencapai suhu 800 0 C sampai 1000 o c sehingga menyebabkan polyethylene mencair dan mengalami cracking menjadi komponen hidrokarbon. Konversi yang diperoleh pada penelitian tersebut adalah 60% yang terdegradasi. Konversi yang diperoleh belum optimal, hal ini dimungkinkan karena terjadi channeling pada reaktor dan
kecepatan minimum fluidisasi yang digunakan tidak sesuai dengan kebutuhan proses tersebut. Untuk mengatasi permasahalan diatas di perlukan proses tambahan untuk mendegradasi secara sempurna sampah plastik hasil sisa dari proses pirolisis. Metode yang digunakan adalah dengan biodegradasi menggunakan bakteri Pseudomonas sp. Pseudomonas Sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Bakteri dalam aktifitas hidupnya memerlukan moelekul karbon sebagai salah satu sumber nutrisi dan energi untuk melakukan metabolisme dan perkembangbiakannya. Secara khusus, kelompok mikroba yang mampu menggunakan sumber karbon yang berasal dari senyawa hidrokarbon disebut mikroba hidrokarbonoklastik (Nugroho, 2006). Pseudomonas sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrokarbon. Keberhasilan bakteri Pseudomonas dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat pencemaran hidrokarbon membutuhkan pemahaman tentang mekanisme interaksi antara bakteri Pseudomonas sp dengan senyawa hidrokarbon (Anonymous, 2010). Pseudomonas sp menggunakan hidrokarbon alifatik untuk pertumbuhannya. Penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobik (menggunakan oksigen). Tanpa adanya oksigen, hidrokarbon ini tidak didegradasi. Langkah pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh oleh Pseudomonas sp. meliputi oksidasi molekuler (O2) sebagai sumber reaktan dan penggabungan satu atomoksigen ke dalam
hidrokarbon teroksidasi. Reaksi lengkap dalam proses ini dapat dilihat pada gambar 1
Gambar 1 Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik Alkana, alkohol primer, dan komponen lain menginduksi seluruh aktifitas pengoksida alkana pada Pseudomonas sp yang membawa plasmid OCT (octane degrade) dan CAM-OCT (camphoroctane degrade). Induksi ini dihambat oleh kerja rifampin (sintetik dari antibiotic rifamisisn) dan menunjukkan bahwa induksi merupakan hasil dari sintesis protein alkana hidroksilase (Nugroho, 2006) METODE
B. TAHAP PIROLISIS Jenis limbah plastik yang akan dipirolisis adalah plastik dengan jenis PP (PolyPropylene) sebanyak 200 gram, LDPE (Low Density Poly Ethelene) sebanyak 200 gram dan PET (PolyEthelene Terephtalate) sebanyak 600 gram. Sebelum diproses, plastik terlebih dahulu di keringkan dan dibersihkan dari bahan pengotor, sampah plastik yang telah dikeringkan selanjutnya dipotong-potong dalam ukuran rata-rata 1-2 cm2. Kemudian ditimbang dengan berat awal (π0 ) 1000 gram, kemudian masukkan sampah kering plastik kedalam reaktor. Kemuadian proses pemanasan reaktor dijalankan dan ditunggu hingga suhu yang ingin dipelajari. Setelah mencapai suhu yang ditentukan, maka pada saat itu waktu dihitung sebagai waktu awal (to), setelah itu pemanasan dilanjutkan dan dilakukan penimbangan pada neraca sebagai massa residu padat (ππ‘ ). Selanjutnya dilakukan proses pirolisis dengan jenis sampel sama seperti proses sebeumnya, akan tetapi pada proses ini hanya mengambil data tambahan untuk mencarari massa residu padat saat mencapai konstan (πβ ) pada waktu dan suhu yang akan di pelajari, kemudian proses dihentikan dan waktu dihitung sebagai waktu maximum (Ο).
A. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN Penelitian ini berlangsung selama bulan November 2015 β Juni 2016 yang dilaksanakan di tiga tempat berbeda sesuai dengan percobaannya, yaitu di Laboratorium Kualitas Air Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin (Unhas), Laboratorium Kimia Dasar Fakultas Teknik Unhas dan Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Farmasi Unhas.
Penentuan nilai konversi volatile matter (ππ ) atau devolatilization degree dihitung berdasarkan persamaan (3). πΏπ = [ππ β ππ ]/[ππ β πβ ] Dengan : π0 = massa awal pada saat pemanasan (gram) ππ‘ = massa residu padat saat suhu yang dinginkan (gram) πβ = massa residu padat t=Ο pada suhun isothermal (gram)
C. PROSES BIODEGRADASI Uji biodegradasi plastik yang digunakan dalam penelitian adalah metode Kolom Winogradsky. Kolom ini merupakan miniatur kolom buatan yang berisi tanah atau sedimen, yang dapat menjadi salah satu metode pengayaan kultur yang menunjukkan ekologi mikroorganisme pada suatu ekosistem serta stratifikasi donor elektron masing-masing lapisan. Siapkan sampel hasil residu sampah plastik dari proses pirolisis, kemudian sebelum ditimbang menggunakan timbangan analitik digital, pastikan sampel dalam keadaan kering dan bersih dari bahan pengotor, kemudian sterilkan sampah plastik dengan menggunakan alkohol 90% dan catat data berat kering awal (π0 ). Proses degradasi ini menggunakan metode Winogradsky Column dengan botol air mineral steril volume 1,5 L yang berjumlah 2 botol (bagian leher botol terpotong), satu botol digunakan sebagai kontrol perbandingan yaitu jenis plastik yang sama tetapi tanpa melalui proses pirolisis. Masing-masing botol tersebut diisi dengan 750 g sampel tanah yang telah diambil sebelumnya. Pada lapisan kedua ditambahkan Mineral Salt Medium (MSM) atau media minimal steril sebanyak 100 ml. Kemudian dimasukkan potongan plastik dengan pisau steril hingga tercelup pada substrat tanah sepenuhnya. Proses degradasi menggunakan metode ini dilakukan selama satu bulan dan dihitung berat kering plastik tiap Satu minggu. Pengukuran kehilangan berat plastik dilakukan dengan cara menghitung selisih berat potongan plastik sebelum didegradasi dan setelah proses degradasi. Potongan plastik yang sudah terpisah dengan biofilm disterilisasi dengan alkohol 90% dan dikeringanginkan. Setelah kering, potongan plastik dimasukkan kedalam oven selama 40 menit pada suhu 150 Β°C. Potongan plastik yang telah dioven ditimbang berat keringnya.
Lakukuan hal yang sama pada percobaan kontrol. Berikut rumus perhitungan persentase kehilangan berat plastik. Kehilangan berat =
ππ β ππ Γ100% ππ
Dengan: ππ : Berat kering sebelum degradasi (gram) ππ : Berat kering setelah degradasi (gram)
HASIL DAN PEMBAHASAN A. PENURUNAN MASSA LIMBAH PLASTIK PADA PROSES PIROLISIS Berdasarkan hasil percobaan pirolisis yang dilakukan di Laboratorium Kualitas Air Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin diperoleh hasil yang dapat dilihat pada tabel 1 sebagai berikut: Tabel 1. Data Hasil Percobaan Pirolisis Limbah Plastik No
Suhu (oC)
Waktu (Menit)
Massa Awal (gram)
Massa Residu Padat (gram)
1 2 3 4 5 6
300 300 300 400 400 400
20 40 60 20 40 60
1000 1000 1000 1000 1000 1000
620,32 520,84 254,91 430,22 250,31 198,76
Massa residu padat (gram) t=Ο 307,17 257,39 130,01 217,17 128,17 107,11
Waktu operasi sangat berpengaruh pada produk yang akan dihasilkan karena, semakin lama waktu proses pirolisis berlangsung, maka produk yang dihasilkan (minyak, tar dan gas) semakin naik. Kenaikan itu sampai waktu tak hingga (Ο) yaitu waktu yang diperlukan sampai hasil padatan residu, tar, dan gas mencapai konstan. Nilai Ο dihitung sejak proses isothermal berlangsung. Tetapi jika melebihi waktu optimal maka karbon akan teroksidasi oleh oksigen (terbakar) menjadi karbondioksida dan abu. Nilai Ο sangat sulit untuk di amati pada percoabaan karena sifat moelekul plastik yang tidak seragam dan
Penurunan Massa (%)
keterbatasan reaktor, sehingga nilai πβ dianggap berada pada setengah atau mendekati setengah massa residu padat pada waktu dan suhu yang ditentukan. Berikut merupakan grafik penurunan massa plastik akibat pirolisis 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
y = 25.836x - 11.573 RΒ² = 0.8255 80 75
75 57
48 y = 23.348x - 18.271 RΒ² = 0.9538
38
0 0
20
40
60
Waktu Operasi (menit) Suhu 300 Β°C
Suhu 400 Β°C
Linear (Suhu 300 Β°C)
Linear (Suhu 400 Β°C)
Gambar 2 Grafik hubungan antara waktu dan
persentase penurunan massa Grafik diatas menunjukkan bahwa waktu operasi pirolisis berbanding lurus dengan laju persentase penurunan massa pada limbah plastik. Persentase penurunan massa terendah terjadi pada waktu operasi 20 menit dengan penurunan massa sebesar 37,968% dan penurunan massa tertinggi terjadi pada waktu operasi 60 menit dengan penurunan massa sebesar 80,124% Menurut Konversi massa limbah plastik atau konversi volatile matter (Xs) di hitung berdasarkan nilai π0 , ππ‘ dan πβ . Untuk menghitung konversi, massa plastik dalam reaktor (residu padat sisa porses pirolisis). Nilai (π0 β ππ‘ ) adalah massa yang tervolatilisasi pada plastik tiap saat dan total massa yang bisa tervolatilisasi adalah (π0 β πβ ). Berdasarkan hasil perhitungan Volatile Matter dapat dilihat pada tabel 2 Ramadhan (2013) hal ini diakibatkan semakin lama proses pirolisis berlangsung
maka ikatan rantai hidrokarbon sampah plastik dapat merekah dan terputus akibat terjadi kontak dengan panas dan tekanan pada reaktor menjadi senyawa hidrokarbon yang lebih pendek dan menjadi produk pirolisis seperti minyak, gas, dan tar. B. PENGARUH WAKTU DAN SUHU TERHADAP KONSERVASI VOLATILE MATTER LIMBAH PLASTIK Konversi massa limbah plastik atau konversi volatile matter (Xs) di hitung berdasarkan nilai π0 , ππ‘ dan πβ . Untuk menghitung konversi, massa plastik dalam reaktor (residu padat sisa porses pirolisis). Nilai (π0 β ππ‘ ) adalah massa yang tervolatilisasi pada plastik tiap saat dan total massa yang bisa tervolatilisasi adalah (π0 β πβ ). Tabel 2 Data Hasil Perhitungan Volatile Matter Pirolisis Volatile Matter (πΏπ )
πβ π]
No
Suhu (oC)
Waktu (Menit)
1 2 3
300 300 300
20 40 60
0,5480 0,6452 0,8564
0,8493 0,8817 0,9521
4 5 6
400 400 400
20 40 60
0,7278 0,8599 0,8974
0,9093 0,9533 0,9658
[π β (π β πΏπ )
Berdasarkan tabel 2 terlihat bahwa konversi volatil sampah plastik (Xs) sangat dipengaruhi oleh waktu pirolisis. Semakin lama waktu proses pada reaktor piorolisis, maka kesempatan dari volatile matter melakukan dekomposisi berlangsung lebih lama dan Xs semakin naik. Begitu juga dengan variasi suhu, semakin tinggi suhu yang digunakan maka semakin besar pula fraksi volatile matter. Pengaruh waktu terhadap Xs pada berbagai variasi suhu dapat meberikan ilustrasi mengenai langkah reaksi yang berperan. Berikut merupakan grafik laju volatile matter pada percobaan pirolisis
1.05
y = 0.0283x + 0.8863 RΒ² = 0.9059
[1-(1-Xs)^1/3]
1 0.95330293 7
0.95 0.9
0.90928213 4 0.88174591 4
0.85
0.96578525 9 0.95214504 4 y = 0.0514x + 0.7916 RΒ² = 0.9565
sehingga frekuensi tumbukan (π0 ) dan tenaga pengaktif (E) meningkat, akibatnya konstante laju dekomposisi (k) bertambah besar. C. TAHAP ISOLASI DAN INOKULASI BAKTERI
0.84933774 0.8 0.75 20
40
60
Waktu Oporasi (menit)
Suhu 300 Β°C
Suhu 400 Β°C
Linear (Suhu 300 Β°C)
Linear (Suhu 400 Β°C)
Gambar 3 Pengaruh waktu operasi terhadap laju volatile matter
Grafik diatas menujukkan bahwa waktu operasi pirolisis sangat berpengaruh terhadap laju volatile matter atau fraksi yang terdekomposisi pada limbah plastik. Hal ini diakibatkan karena semakin lama waktu operasi mengakibatkan kesempatan proses perekahan rantai hidrokarbon limbah plastik semakin lama, sehingga dapat mengakibatkan laju dekomposisi semakin cepat dan semakin banyak rantai hidrokarbon yang terdekomposisi. Berdasarkan grafik 4.6 hubungan antara [1-(1-Xs)(1β3)] dengan waktu operasi berbentuk linear dengan tangen arah [ππ ] atau [(π0 . π)/(πβ ). π], menurut Mulyadi (2010) hal ini dapat membuktikan bahwa reaksi kimia yang berperan, sehingga kita dapat mengkorelasikan dengan baik data terhadap model homogen semu berdasarkan model kinetika reaksi heterogen, sehingga anggapan bahwa mekanisme reaksi mengikuti model reaksi homogen semu dapat dibenarkan. Seperti halnya pengaruh waktu, kenaikkan suhu pirolisis juga menyebabkan bahan yang tervolatilisasi semakin besar, sehingga fraksi yang terdekomposisi (Xs) naik. Kenaikan itu, terjadi karena gerakan molekul-molekul volatil matter bertambah
Proses isolasi dan inokulasi pada bakteri Pseudomonas sp dilakaukan pada daerah yang terpapar bahan pencemar oli bekas yang cukup tinggi. Tujuan isolasi dan inokulasi pada percobaan ini adalah untuk membuktikan keberadaan bakteri Pseudomonas sp pada lingkungan yang mengandung kadar pencemaran hidrokarbon yang cukup tinggi, sehingga kita dapat membuktikan bahwa bakteri Pseudomonas sp dapat menggunakan karbon yang berasal dari limbah oli bekas sebagai sumber karbonnya. Hasil percobaan isolasi dan inokulasi yang dilakukan di Laboratorium menunjukkan keberadaan bakteri Pseudomonas sp pada medium selektif CETA setelah melalui tahap inkubasi yang ditandai dengan terjadinya flouresensi saat medium di masukkan kedalam enkas dan terlihat pada mikroskop saat pewarnaan gram. Menurut Nugroho (2006) hal ini diakibatkan Pseudomonas sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai senyawa hidrokarbon termasuk limbah tumpahan minyak bumi, plastik dan produk senyawa hidrokarbon lainnya.
(a) (b) Gambar 4 Hasil Isolasi dan Inokulasi; (a) Bakteri Pseudomonas sp pada medium CETA saat di sinari UV (b) Tampilan mikroskop bakteri Pseudomonas sp saat dilakukan pewarnaan gram
RESDIDU PLASTIK BAKTERI METODE
Plastik yang merupakan polimer rantai panjang dan berulang sulit untuk didegradasi. Mikroorganisme berperan dalam degradasi biologis suatu polimer Komponen molekul kompleks tersebut dipecah menjadi komponen yang lebih sederhana akan digunakan dalam metabolisme menghasilkan sumber energi. Terkait hal tersebut, metode Kolom Winogradsky diharapkan dapat mengoptimalisasi biodegradasi, ditambah lagi limbah plastik telah melewati tahap pirolisis yang mengakibatkan susunan rantai hidrokarbon limbah plastik menjadi lebih rapuh dan lebih mudah didegradasi Sistem pengayaan ini akan membentuk formasi pertumbuhan mikroorganisme dengan kemampuan berbeda dalam menggunakan sumber karbon sederhana sebagai sumber energi. Pada wadah kolom diisi tanah dari tempat pembuangan sampah warga yang berada di pekarangan sebagai inokulum dan Tryticae Selective Broth (TSB) dan di susun seperti pada gambar 4 adalah medium minim sumber karbon. Sebagai sumber karbon dalam penelitian ini adalah limbah plastik yang dibenamkan dalam tanah sampah.
Hasil perhitungan penurunan massa biodegradasi residu pirolisis limbah plastik dapat dilihat pada tabel 3 berikut. Tabel 3 Data Hasil Perhitungan Penurunan Massa Biodegradasi Residu Pirolisis Limbah Plastik Waktu Massa Massa Penurunan Penurunan (Hari) Awal Akhir Massa Massa (gram) (gram) (%) (gram) 7 10,0253 9,9562 0,0691 0,6897 14 10,0253 9,9233 0,0329 1,0174 21 10,0253 9,8600 0,0633 1,6484 30 10,0253 9,8006 0,0594 2,2411 RATA-RATA 1,3992 0,0562
Berdasrkan tabel 4.9 terlihat bahwa terjadi penurunan massa limbah plastik pembanding, meskipun penurunan massa yang terjadi sangat kecil dengan rata-rata penurunan massa perbulan sebesar 0,0241 gram perminggu dan terjadi penurunan massa hingga 0,8981% selama sebulan. Berikut merupakan gambaran grafik perbandingan penurunan massa residu pirolisis limbah plastik dengan limbah plastik biasa sebagai kontrol. 2.5
Persentase Penurunan Massa (%)
D. BIODEGRADASI PIROLISIS LIMBAH MENGGUNAKAN Pseudomonas sp DENGAN KOLOM WINOGRADSKY
2.2411
2
1.6484 y = 0.5285x + 0.0779 RΒ² = 0.9835
1.5
1.0174 1
0.5
0.8981
0.6897 0.3247
0.3628
0.4903 y = 0.1848x + 0.057 RΒ² = 0.8259
0 7
14
21
39
Waktu Biodegradasi (Hari) Residu Pirolisis Limbah Plastik Limbah Plastik Biasa Sebagai Kontrol Linear (Residu Pirolisis Limbah Plastik) Linear (Limbah Plastik Biasa Sebagai Kontrol)
Gambar 5 Uji Biodegrdasi Limbah Plastik Menggunkan Kolom Winogradsky
Gambar 6 Grafik Persetase Perbandingan Penurunan Massa Residu Pirolisis Limbah Plastik dengan Limbah Plastik Biasa Sebagai Kontrol. Grafik di atas menunjukkan proses pirolisis pada limbah plastik sangat berpengaruh
terhadap kemampuan bakteri Pseudomonas sp dalam mendegradasi limbah plastik. Menurut Harayama et al., 1999 dalam Nugroho, 2006. Fraksi alifatik yang memiliki rantai bercabang hanya dapat didegradasi oleh bakteri yang memiliki enzim-enzim oksidasi yang khusus menangani percabangan itu. Kondisi rantai hidrokarbon pada limbah plastik residu pirolisis menjadi lebih mudah untuk digunakan oleh bakteri Pseudomonas sp sebagai sumber karbonnya. Hal ini dikarenakan bakteri Pseudomonas sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik, yaitu bakteri yang mempunyai kemampuan untuk menggunakan senyawa hidrokarbon sebagai sumber karbonnya. Selain itu kemampuan bakteri Pseudomonas sp dalam memproduksi senyawa biosurfaktan mengakibatkan proses biodegradasi tidak hanya terjadi pada dinding sel (ekstarseluler) tetapi juga terjadi biodegradasi didalam sel (intraseluler) sehingga proses biodegaradsi menjadi sangat optimum. Selain itu grafik diatas menggambarkan bahwa plastik dapat didegradasi dengan waktu yang relatif sangat singkat dengan menjaga kondisi lingkungan dan populasi mikroba hidrokarbonoklastik seperti pada Kolom Wonogradsky. Menurut Beerstecher 1954, dalam Sharpley 1966 150.000 spsesies mikroba yang dikenal, terdapat lebih dari 100 spesises mikroba yang mampu menggunakan hidrokarbon sebagai sumber karbon dan energi, dan diantaranya terdapat hubungan yang saling menguntungkan. Mikroba yang banyak hidup dan berperan di lingkungan yang mengandung hidrokarbon adalah bakteri, sedangkan kehadiran jenis yang lain tidak terlalu dominan tetapi cukup berperan yaitu fungi, ragi, alga dan aktinomisetes. Sehingga penelitian ini yang hanya menggunkan satu jenis mikroba hidrokarbonoklastik dapat mendegradasi limbah plastik secara efisien sehingga dapat memberikan prospek bahwa limbah plastik dapat didegradasi dengan
sangat cepat secara alami dibandingkan dengan beberapa teori dan tanggapan yang sudah ada. E. EFISIENSI DEGRADASI LIMBAH PLASTIK DENGAN MENGOMBINASIKAN TEKNOLOGI PIROLISIS DAN BIODEGRADASI DENGAN BAKTERI Pseudomonas sp Berdasarkan hasil penelitian pada proses pirolisis dan biodegradasi, didapatkan hasil yang memuaskan pada kedua proses tersebut, sehingga dengan mengombinasikan teknologi pirolisis dan biodegradasi dengan menggunakan bakteri Pseudomonas sp sangat berpotensi dalam mengatasi masalah persampahan. Hasil penelitian pirolisis menunjukkan suhu dan waktu optimum operasi terjadi pada suhu 400 oC dengan waktu operasi selama 60 menit dengan persentase punurunan massa sebesar 80,124%, sedangkan hasil penelitian biodegradasi dengan bakteri Pseudomonas sp menggunakan kolom Winogradsky menunjukkan persentase penurunan massa sebesar 2,2411% selama satu bulan. Sehingga dengan mengombinasikan teknologi pirolisis dengan biodegradasi menggunakan bakteri Pseudomonas sp dapat mendegradasi limbah plastik sebesar 82,3651% selama satu bulan. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian pirolisis dan biodegradasi dengan bakteri Pseudomonas sp menggunakan kolom Winogradsky maka terdapat kesimpulan sebagai berikut: 1. Waktu dan suhu efisien pirolisis berdasarkan penurunan massa limbah plastik adalah pada suhu 400oC dengan waktu operasi 60 menit, dengan penurunan massa sebesar 82,3651%.
2. Hubungan antara konversi vollatile matter terhadap waktu dan suhu operasi adalah berbentuk linear maka hal ini dapat membuktikan bahwa reaksi kimia yang berperan, sehingga kita dapat mengkorelasikan dengan baik data terhadap model homogen semu berdasarkan model kinetika reaksi heterogen, sehingga anggapan bahwa mekanisme reaksi mengikuti model reaksi homogen semu dapat dibenarkan. 3. Bakteri Pseudomonas sp dapat ditemukan pada lingkungan yang tercemar hidrokarbon cukup tinggi berdasarkan hasil isolasi dan inokulasi 4. Berdasarkan uji biodegradasi dengan bakteri Pseudomonas sp menggunakan kolom Wonogradsky, penurunan massa limbah plastik sebesar 2,2411% selama satu bulan 5. Penurunan massa limbah plastik dengan mengombinasikan teknologi pirolisis dan biodegradasi dengan bakteri Pseudomonas sp sebesar 82,3651%. DAFTAR PUSTAKA Anonymous. 2010. Pemanfaatan Bakteri Pemecah Minyak (Online). http://jurnal.dikti.go.id/jurnal/detil/id /0:23592/q/pengarang:%20Dessy, Diakses tanggal 8 Agustus 2016 pukul 20:00 WITA. Anonymous. 2011. Bakteri Pseudomonas sp Untuk Bioremediasi Akibat Pencemaran MinyakBumi(Online).https://aguskris noblg.wordpress.com/2011/12/30/pe manfaatan-bakteri-pseudomonasuntuk-bioremediasi-akibatpencemaran-minyak-bumi/. (Diakses tanggal 8 Agustus 2016 pukul 20:30 WITA)
Azwar. 1990. Pengantar Ilmu Kesehatan Lingkungan. Yayasan Mutiara: Jakarta. Beerstecher, E.Jr., 1954. The Inhibition of Bacterial Growth with 5methyltryptophan, J. Bacteriol. 68(2), 152-155. Budiyantoro, C.,2010, Thermoplastik dalam Industri. Teknika Media: Surakarta. Chandra, Budiman. 2006. Pengantar Kesehatan Lingkungan. Penerbit Buku Kedokteran EGC: Jakarta Environmental Protection Agency (EPA), 1999. Washington Gnanavel et al. 2014. Degradation of Polyetilane In The Natural Environment. Coimbatore Institute of Technology: Tamil Nadu. Gritter, R.J., Bobbit, J.M., dan Swharting, A.E. 1991. Pengantar Kromatografi. Edisi Kedua. Penerbit ITB: Bandung Harayama, Mark J dan Hammer Jr, Mrak. 1996. Waterand Wastewater Technology. Prentice Hall: New Jersey Hermawan, N.C., dan Sucipto, Haryo. 2005. Mesin Perajang Plastik. Laporan Tugas Akhir: Program Studi D3 Teknik Mesin Produksi ITS: Surabaya Kumar S., Panda, A.K., dan Singh, R.K., 2011, A Review on Tertiary Recycling of High-Density Polyethylene to Fuel, Resources, Conservation and Recycling Vol. 55 893β 910. Leahy, J.G dan R.R Colwell. 1990, Microbial Degradation of Hydrocarbons in the Environments. Microbiological Reviews 54 (3), 205-315.
Lehninger, A. L. 1988. Dasar-Dasar Biokimia Jilid 1. Erlangga : Jakarta. Leisinger, dkk. 1981. Microbiological Degradation of Xenobiotic and Recalsitrant Coumpound. Academici Press: London. Miller,S.J., Shah, N., and Huffman,G.P,.2005,βConversion of Waste Plastic to Lubrican Base Oilβ, American Chemical Society, 19 (4), 1580-1586. Manik,
K.E.S, Lingkungan Jakarta.
2003. Hidup.
Pengelolaan Djambatan:
Mulyadi, E., 2010 βKinetika Reaksi Katalitik Dekomposisi Gambutβ, Semnas Hasil Penelitian Balitbang prov Jatim, ISBN 978-979-10-8. Nishino, J., Itoh, M., Ishimori, T,. Kubota, N., and Uemichi, Y., 2003, βDevelopment of a Catalic Cracking Process for Converting Waste Plastic to Petrochemicalsβ, J. Mater. Cycle. Waste Manag., 5, 89-83. Notoatmodjo, Soekidjo. 2003. Pendidikan Dan Perilaku Kesehatan. Rineka Cipta: Jakarta. Nugroho, Astri. 2006. Bioremediasi Hidrokarbon Minyak Bumi. Graha Ilmu: Yogyakarta Pahlevi, M.R., 2012. Sampah Plastik (file:///I:/Artikel%20plastic%20to%2 0oil/twit-sampah-plastik.html) di akses 1 Agustus 2016 Ramadhan, A., dan Ali, M., 2013. Pengolahan Sampah Plastik Menjadi Minyak Menggunakan Proses Pirolisis, Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan Vol. 4 No. 1.
Republik Indonesia.2008. Undang Undang Nomor 18 tentang Pengelolaan Sampah. Lembaran Negara RI Tahun 2008, No. 115. Sekretariat Negara: Jakarta. Rodiansono, Trisunaryanti, W., dan Triyono,2007, Pembuatan, dan Uji Aktivitas Katalis NiMo/Z pada Reaksi Hidrorengkah Fraksi Sampah Plastik menjadi Fraksi Bensin, Berkala MIPA,17,2. Reksosoebroto, S. 1990. Hygine Sanitasi. APK-TS: Jakarta.
dan
Rosenberg, et al. 1992. Teori dan Soal Kimia Dasar. Erlangga: Jakarta. Satrio, 2008, Modul Fluidisasi, Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Ageng Tirtayasa: Cilegon, Banten Sharpley, J.M. 1966. Elementary Petroleum Microbiology. Gulf Publishing Company: Texas. Sheehan, D. 1997. Bioremediation Protocols. Humana Press: New Jersey Slamet, Juli Soemirat. 2007. Kesehatan Lingkungan. Gadjah Mada University Press: Yogyakarta. Soemirat, juli 1994. Kesehatan Lingkungan. Gadjah Mada University Press: Yogyakarta Surono.U.B., 2013, Berbagai Metode Konversi Limbah Plastik Menjadi Bahan Bakar Minyak, Jurnal Teknik, Vol.3 No.1. Tchobanoglous, Vigil dan Theisen. 1993. Integreted Solid Waste Management, Engineering Principles and
Management Issues. McGraw-Hill, Inc Wahyudi,I., 2001.Pemanfaatan Blotong Menjadi Bahan Bakar Cair dan Arang Dengan Proses Pirolisis. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP UPN βveteranβ: Jatim
