Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 3 Juli 2005
PENGARUH HARDNES PADA BAJA YANG TERENDAM DALAM AIR LAUT YANG MENGANDUNG BAKTERI PEREDUKSI SULFAT (SRB) Jalaluddin
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh
Baja adalah bahan kontruksi yang paling banyak digunakan, tetapi rawan terhadap lingkungan, terutama bakteri pereduksi sulfat (SRB), dapat mereduksi sulfat menjadi sulfida dan menyebabkan kualitas baja menjadi menurun akibat berinteraksi dengan lingkungan. Inhibitor merupakan salah satu metoda yang efektif untuk mengendalikan kekerasan baja akibat dipengaruhi oleh SRB. Inhibitor-inhibitor yang diharapkan efektif untuk mengendalikan kekerasan baja dalam lingkungan yang mengandung SRB adalah Glutaraldehid, yang sudah dikenal sebagai inhibitor yang dapat menginhibisi baja dalam lingkungan asam dan mampu menghambat metabolisme bakteri, dipilih sebagai inhibitor yang diuji dalam penelitian ini. Hasil analisa XRD pada produk baja yang terbentuk di permukaan spesimen, menunjukkan bahwa besi sulfida telah terbentuk, ini membuktikan bahwa reaksi baja dipengaruhi oleh metabolisme SRB, sehingga mempengaruhi kekuatan baja. Glutaraldehid cukup efektif sebagai biosida untuk SRB, dan dapat mengendalikan kekerasan baja. Keywords : Hardness,Glutaraldehid, SRB LATAR BELAKANG Kekerasan baja sangat dipengaruhi oleh kerusakan atau kegagalan material yang disebabkan oleh reaksi material tersebut dengan lingkungan . Baja adalah bahan kontruksi yang paling rawan dalam lingkungan atmosfer , air, air laut, dalam tanah yang tidak atau mengandung bakteri. Kekerasan baja yang dipercepat oleh bakteri dapat terjadi pada dasar tangki timbun BBM, dasar dan dinding bak air laut sebagai media pendingin , dan pada struktur yang terlapisi biofilm. Salah satu jenis bakteri yang sudah dikenal dapat meningkatkan kerusakan logam oleh lingkungan adalah bakteri pereduksi sulfat (sulphate reducing bacteria). Proses perusakan baja akibat bakteri pereduksi sulfat merupakan proses secara tidak langsung, karena SRB dengan bantuan hidrogen 22mereduksi ion sulfat (SO4 ) menjadi ion sulfida (S ), yang kemudian akan bereaksi dengan ion besi 2+ (Fe ) menghasilkan besi sulfida yang berwarna hitam. Senyawa FeS merupakan produk yang tidak bersifat pelindung atau protektif. Jika hidrogen yang digunakan pada reaksi metabolisme SRB berasal dari reaksi katodik baja, maka dapat diperkirakan bahwa laju kerusakan baja akan dipercepat oleh aktivitas metabolisme bakteri pereduksi sulfat. Karena metabolisme SRB yang dapat meningkatkan laju kerusakan baja sehingga kekerasan baja menjadi menurun, melibatkan atom-atom H, maka kerusakan baja oleh SRB dapat dihambat dengan penambahan inhibitor yang mampu menghambat reaksi katodik yang menghasilkan Hadsorp . Untuk mengenalikan kekerasan baja oleh SRB, maka laju pertumbuhan dan populasi SRB juga harus dikurangi. Pada umumnya, biosida yang mampu membunuh atau menghambat pertumbuhan bakteri terdiri dari 118
senyawa organik. Berdasarkan pertimbangan diatas, maka jenis inhibitor organik yang dipilih pada penelitian ini adalah glutaraldehid , salah satu jenis biosida yang larut dalam air dan dapat menghambat pertumbuhan SRB, serta sudah dikenal sebagai inhibitor yang ampuh baja dalam lingkungan asam. Untuk mengetahui pengaruh glutaraldehid terhadap kekerasan baja maupun sebagai biosida terhadap SRB dalam lingkungan air laut, maka perlu dilakukan penelitian tentang hal tersebut. Tujuan Penelitian Pengaruh hardness baja yang terendam dalam air laut yang mengandung SRB TINJAUAN PUSTAKA Bakteri Pereduksi Sulfat (SRB) Bakteri pereduksi sulfat adalah bakteri yang dapat memanfaatkan energi dari reduksi sulfat menjadi sulfida. Mengingat sifatnya anaerob, maka bakteri ini aktif terutama pada peralatan yang ditanam didalam tanah. Dalam lingkungan yang mengandung oksigen juga dapat terjadi kondisi anaerob, yaitu daerah yang terletak dibawah endapan-endapan yang terbentuk selama proses berlangsung. SRB adalah organisma yang obligat anaerob, namun dapat bertahan hidup dalam waktu yang cukup lama pada kondisi aerasi yang baik bila tersedia nutrisi yang berlimpah. Keberadaannya dapat diketahui dengan karakteristik baunya. SRB termasuk mikro organisnma mesofilik karena hidup optimal pada temperatur 25 – o 40 C, meskipun beberapa spesies bakteri dapat o hidup dalam rentang temperatur 4–75 C. SRB dapat berkembang dalam lingkungan dengan rentang pH = 5,5 – 8,5 , namun SRB pada umumnya lebih suka berada dalam lingkungan yang agak basa.
Pengaruh Hardnes pada Baja yang Terendam dalam Air Laut yang Mengandung Bakteri Pereduksi Sulfat (SRB) Jalaluddin
2.3 Mekanisme Kerusakan logam oleh bakteri Oleh SRB Proses perusakan baja oleh bakteri pereduksi sulfat berlangsung dalam lingkungan anaerob. Spesies SRB yang paling banyak ditemukan dalam peristiwa mikrobiologi ialah Desulfovibrio Desulfuricans. (27) Menurut Kuhr dan Vlugt mekanisme kerusakan baja oleh SRB berlangsung dengan tahapan reaksi sebagai berikut: reaksi anodik 4 Fe
4 Fe
dissosiasi air 8 H2O
8H
+
reaksi katodik 8 H + 8 e depolarisasi oleh SRB SO4 Fe
2+
3 Fe
2+
2+
2-
+ S
+ 8e
+
+ 8 OH
-
8H 2-
2-
+ 8H
S + 4 H2O
FeS
+ 6OH
-
3 Fe(OH)2
METODOLOGI PENELITIAN
Reaksi keseluruhan: 4 Fe + SO4
2-
+ 4H2O
-
3.1
3 Fe(OH)2 + FeS + 2 OH
2.4 Glutaraldehid dapat menegendalikan kekerasan baja Glutaraldehid adalah suatu substansi yang bila ditambahkan kedalam suatu lingkungan dalam
Persiapan sampel
jumlah kecil, dapat menurunkan laju kekerasan logam dalam lingkungan. Glutaraldehide adalah salah satu bahan penghambat yang mudah larut dalam air, alkohol dan benzene, tidak peka terhadap sulfur dan compatible dengan bahan kimia lain, toleran terhadap garam-garam dan kesadahan. Glutaraldehid ini dapat bereaksi dengan ammonia, gugus amine primer, dan oxygen scavenger. Glutaraldehide mempunyai rumus kimia OHC(CH2)3CHO atau disebut juga 1,5 – Pentanadial, dengan berat molekul 100,13 g/mol Glutaraldehid merupakan biosida yang sangat penting, mempunyai dua gugus fungsional, yang mampu bereaksi atau mengikat dua gugus amin, yang terhubung dengan jembatan karbon. Walaupun kemampuan glutaraldehid sebagai biosida meningkatnya pH, namun stabilitas kimia dari larutan glutaraldehide dalam lingkungan alkali kurang baik, (1) sehingga membatasi kemungkinan aplikasinya .
Langkah-langkah Pelaksanaan percobaan Diagram alir penelitian Pengaruh hardness baja yang terendam dalam air laut yang mengandung SRB. ditunjukkan pada gambar 3.1:
Pembiakan SRB
Perhitungan SRB
Persiapan air laut
Populasi
Perendaman
Glutaraldehid
Pengukuran Hardnes
Penyusunan laporan
Gambar 3.1. Diagram Alir Percobaan
119
Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 3 Juli 2005
Kebutuhan Alat Percobaan dilakukan menggunakan gelas kimia bertutup yang berisi air laut , SRB dan glutaraldehid dalam konsentrasi yang divariasikan. Spesimen baja digantungkan di dalamnya. Skema alat uji perendaman ditunjukkan pada Gambar 3.2 . 3.2
Keterangan: A : Sampel B : Penggantung terbuat dari gelas C : Gelas kimia
Gambar 3.2 Skema Susunan Alat Perendaman
HASIL PEMBAHASAN 4.1
Kurva Pertumbuhan Bakteri Pertumbuhan bakteri SRB dalam medium B. Postgate dengan perbandingan volume bahan makanan terhadap volume inokulum 4:1 digambarkan sebagai fungsi waktu pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Pertumbuhan Bakteri Pereduksi Sulfat Hari
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Jumlah bakteri sel/ml
0,00
2,00E+ 02
2,55E+ 02
7,32E+ 05
7,32E+ 05
7,00E+ 05
6,21E+ 03
4,32E+ 02
3,36E+0 2
Berdasarkan Tabel 4.1. di atas terlihat bahwa fasa tumbuh terjadi pada hari ke-2 sampai hari ke – 3, sedangkan fasa exponensial terjadi pada hari ke- 3 sampai hari ke- 4. Fasa stasioner terjadi pada hari ke 4 hingga hari ke 5, dilanjutkan dengan fasa kematian setelah hari ke 5. Oleh karena itu SRB yang ditanam kedalam medium air laut yang digunakan dalam pengujian kekerasan (dengan cara perendaman) diambil dari inokulum pada hari ke 3, dengan pertimbangan bahwa pertumbuhan bakteri tersebut masih dalam fasa eksponensial. 4.2
Pengaruh Konsentrasi SRB Terhadap Kekerasan Baja Hubungan kekerasan baja waktu perendaman, tanpa dan dengan menggunakan glutaraldehid dapat kita lihat pada Tabel 4.2 ;
120
Pengaruh Hardnes pada Baja yang Terendam dalam Air Laut yang Mengandung Bakteri Pereduksi Sulfat (SRB) Jalaluddin
Tabel 4.2. Hasil Uji kekerasan Baja
No
Media
Uji kekerasan HRC
8
Air laut + 3,5x 10 SRB/100ml (3M) 8
2
Air laut + 3,5x 10
3
Air laut + 3,5x10
4
Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (3M) 8 Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (6 M) 8 Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (9M 8 Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (3M) 8 Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (6 M) 8 Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (9 M) 8 Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (3 M) 8 Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (6 M) 8 Air laut + 3,5x10 Glutaraldehid (9 M)
8
SRB/100ml (6M)
79
SRB/100ml (9M)
78
8
5 6 7 8 9 10 11 12
82
SRB/100ml +50 ppm
86
SRB/100ml +50 ppm
86,5
SRB/100ml +50 ppm
87
SRB/100ml +100ppm
86.5
SRB/100ml +100 ppm
87
SRB/100ml +100 ppm
88
SRB/100ml +150 ppm
88,5
SRB/100ml +150 ppm
90
SRB/100ml +150 ppm
98
Tabel 4.2 memperlihatkan bahwa, kekerasan baja dalam air laut menurun apabila waktu perendaman bertambah dengan konsentrasi SRB dalam air laut. Pengendalian kekerasan baja dapat terjadi pada sistem yang ditambah glutaraldehid untuk waktu perendaman > 3 minggu.. Mekanisme kekerasan baja dapat dijelaskan. Makin besar konsentrasi glutaraldehid makin cepat membunuh bakteri sehingga populasi SRB dapat diantisipasi. mengingat bahwa bentuk serangan baja oleh SRB adalah sanagat kuat sehingga menebabakan kehilangan berat semakin cepat sehingga dapat mempengaruhi kekerasan baja tersebut. Kekerasan baja dalam air laut ditambah SRB dengan dan tanpa inhibitor, meningkat dengan waktu perendaman. Dari hasil perhitungan MPN , diketahui bahwa populasi SRB berkurang dengan waktu perendaman. Dengan penambahan glutaraldehid , SRB hampir tereliminasi setelah waktu perendaman 3 minggu. Berdasarkan data-data tersebut, dapat disimpulkan bahwa metabolisme SRB yang dibiakkan dalam medium B. Postgate lebih banyak menghasilkan H2S dari pada senyawa sulfida yang lain, sehingga laju korosi baja meningkat walaupun populasi SRB berkurang. Produk korosi baja oleh H2S berupa endapan FeS yang kurang protektif dilingkungan asam. sehingga proses korosi terus berlanjut.
4.3.
Pengaruh Glutaraldehid terhadap Populasi SRB Pengaruh glutaraldehid terhadap populasi bakteri dalam lingkungan air laut yang ditambah SRB dapat dilihat pada Gambar 4.1. 100000000 Populasi SRB (SRB/m l)
1
10000000 1000000 100000 10000 1000 100 10 1 0
2
4 6 Waktu (m inggu)
8
10
0 ppm glutaraldehid + 3,5 X 10^6 SRB/ml 0 ppm glutaraldehid + 9,9 X 10^7 SRB/ml 50 ppm glutaraldehid + 3,5 x 10^6 SRB/ml 50 ppm glutaraldehid + 9,9 x 10^7 SRB/ml 100 ppm glutaraldehid + 3,5 x 10^6 SRB/ml 100 ppm glutaraldehid + 9,9 x 10^7 SRB/ml 150 ppm glutaraldehid + 3,5 x 10^6 SRB/ml 150 ppm glutaraldehid + 9,9 x 10^7 SRB/ml
Gambar 4.6 Kurva hubungan konsentrasi glutaraldehid terhadap populasi SRB dalam media air laut + 3,5 x 10 6 SRB/ml dan 9,9 x 10 7 SRB/ml
121
Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 3 Juli 2005
Dari hasil perhitungan MPN SRB terlihat bahwa populasi SRB dalam air laut berkurang secara signifikan dengan waktu perendaman. Penambahan glutaraldehid dalam sistem dapat mengurangi populasi SRB dengan waktu perendaman. Glutaraldehid sebagai biosida dicapai pada konsentrasi 150 ppm, dimana SRB dapat dieliminasi seluruhnya dalam waktu perendaman 3 minggu, 6 untuk konsentrasi awal SRB 3,5 x 10 /ml . Penurunan populasi SRB dalam air laut tanpa Glutaraldehid menunjukkan bahwa SRB telah mencapai fasa kematian pada waktu perendaman 3 minggu. Nutrien yang ada dalam air laut alami serta sampel baja karbon yang direndam, ternyata tidak mampu memperpanjang masa kehidupan SRB. Penambahan glutaraldehid (yang ternyata efektif sebagai biosida ) telah mempercepat kematian SRB. 4.4
Pengaruh Kekerasan Baja Sampel baja karbon yang telah direndam dalam air laut mengandung SRB, setelah dikeringkan tampak seluruhnya tertutup oleh produk berwarna coklat. Jika lapisan ini dihilangkan, pada lapisan bawah terdapat padatan yang berwarna hitam . Pada permukaan spesimen yang direndam dalam air laut + SRB dapat merusak baja secara merata dan sumuran. Pada permukaan spesimen yang direndam dalam air laut + SRB + glutaraldehid 150 ppm , kerusakan baja terlihat mulai menurun.Fenomena ini menunjukkan bahwa konsentrasi glutaraldehid 150 ppm belum mencukupi. 5. KESIMPULAN 1. Glutaraldehid mampu mengendalikan kekerasan baja dengan cara menginhibisi baja pada waktu perendaman 3 Minggu dan dosis glutaraldehid 150 ppm dan konsentrasi awal SRB 3,5 x 10^6/ml. 2. Kekerasan baja dalam air laut lebih dipengaruhi oleh aktivitas bakteri, karena reaksi dapat berlangsung secara kontinyu. 3. Kekerasan baja dapat diantisipasi dengan menggunakan glutaraldehid sebagai biosida terhadap SRB. DAFTAR PUSTAKA 1. Bessems, E. (1983), Biological Aspect of the Assesment of Biocides ,The Metals Society, London.
2.
Herbert, B.N., F. D. J. Stott (1980), The Effects of Pressure and Temperature on Bacteria in Oilfield Water Injection Systems, The Metals Society, London
3.
Clubley , B.G. (1988), Chemical Inhibitors for Corrosion Control, Ciba –Geigy Industrial Chemicals, Royal Society of Chemistry, Manchester.
122
4.
Douglas, B., Mellwaine, John Diemer (1998), The Efficacy of Glutaraldehyde Against Legionella Harboring Protozoa, Journal Corrosion
5.
Grainger,J.M., Lynch, J.M. (1983), Microbiological & Methods for Environmental Biotechnology, Academic Press, Inxc, Florida.
6.
Hamilton, W.A. (1983) The Sulphate Reducing Bacteria : Their Phisiology and Consequent Ecology, The Metals Society, London.
7.
P. Bos , J.G. Kuenen (1983), Microbiology of Sulfur – Oxidizing Bacteria., The Metals Society, London.
8.
R.C.Tapper ., J.R.Smith , I.B.Beech (1997), The Effect of Glutaraldehyde on The Development Of Marine Bioflms Formed on Surfaces AIASI 304 Stainless Steel, Journal Corrosion.
9.
R.G. Eagar, J. Leder, J.P. Stanley, A.B. Theis (1998), The Use of Glutaraldehyde for Microbiological Control in Waterflood Systems., Material Perfomance.
10. Storer, Roberta A. (1997), Annual Book of ASTM Standards, Metal Test Methods and Analytical Procedures, Volume 03.02, Wear and Erosion; Metal Corrosion , ASTM 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428.
11. Winarno FG, Fardiaz Sukandi (1980), Pengantar Teknologi Pangan, PT.Gramedia, Jakarta.
