PERUBAHAN SENYAWA HIDROKARBON SELAMA PROSES BIOREMEDIASI TANAH TERCEMAR MINYAK BUMI MENGGUNAKAN KROMATOGRAFI GAS SPEKTROFOTOMETRI MASSA
AWAN KARLIAWAN
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK AWAN KARLIAWAN. Perubahan Senyawa Hidrokarbon Selama Proses Bioremediasi Tanah Tercemar Minyak Bumi Menggunakan Kromatografi Gas Spektrofotometri Massa. Dibimbing oleh CHARLENA dan ROZA ADRIANY. Penanggulangan pencemaran yang disebabkan tumpahnya minyak bumi dapat menggunakan mikrooganisme pendegradasi minyak. Pada penelitian ini perubahan senyawa hidrokarbon hasil degradasi oleh bakteri T2M diteliti dengan menggunakan Kromatografi Gas Spektrofotometri Massa (GCMS). Tanah yang telah dicampur dengan minyak bumi sebanyak 5 % (b/b) ditambahkan isolat bakteri T2M. Perubahan senyawa hidrokarbon dan total petroleum hidrokarbon (TPH) diteliti setiap 2 minggu. Pengukuran TPH dilakukan dengan menggunakan metode gravimetri dengan menggunakan pelarut n-heksana. Preparasi untuk GCMS dilakukan dengan ekstraksi soxhlet. Ekstraksi dilakukan selama 4 jam dengan menggunakan pelarut aseton:n-heksan (1:1) sebanyak 300 ml. Ekstrak sampel dikeringkan dengan rotarievaporator dan diukur menggunakan GCMS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penurunan TPH paling besar terjadi pada tanah yang tidak disterilkan dan ditambahkan isolat bakteri T2M dengan TPH akhir sebesar 0.28 % dan persen degradasi sebesar 93.30%. Tanah yang tidak ditambahkan bakteri memiliki nilai TPH akhir sebesar 2.11% dan persen degradasi 52.37%. Tanah yang disterilkan dan ditambahkan bakteri memiliki nilai TPH akhir sebesar 0.37 % dan persen degradasi sebesar 90.17%, sedangkan yang tidak ditambahkan bakteri sebesar 1.37 % serta persen degradasi sebesar 74.54%. Perubahan senyawa hidrokarbon selama proses degradasi terjadi pada hidrokarbon rantai panjang menjadi hidrokarbon dengan rantai karbon yang lebih pendek. Hal ini dapat dilihat dari berkurangnya persen area sampel pada data kromatogram. Tanah yang tidak disterilkan dan ditambahkan bakteri menunjukkan perubahan yang paling besar dengan tidak terdeteksinya senyawa hidrokarbon rantai panjang pada akhir perlakuan.
ABSTRACT AWAN KARLIAWAN. Change of hydrocarbon Compounds During Bioremediation Processes of Soils Polluted by Crude Oil Using Gas Chromatography Mass Spectrophotometry. Supervised by CHARLENA and ROZA ADRIANY. Pollution handling that caused by crude oil contamination can use crude oil degrading microorganism. In this reseach change of hydrocarbon compounds degraded by bacteria were investigated with gas chromatography mass spectrophotometry (GCMS). The soils mixed with 5 % (b/b) crude oil was added with T2M bacteria isolated. The change of hydrocarbon compounds and total petroleum hydrocarbon (TPH) were measured every two weeks. TPH mesurement worked by gravimetry method with nhexane solvent. Preparation for GCMS worked by soxhlet extraction. Extraction finished for 4 hours with 300 ml aseton:n-hexane (1:1) solvent. The extract dried by rotaryevaporator and measured with GCMS. The result of this reseach show that the biggest TPH decrease happened in nonsterilized soils and added bacteria with finally TPH 0.28 % and 93.3 % degradation. Soils were not added by bacteria had finally TPH 0.37 % and 90.17 % degradation. The soils were sterilized and added by bacteria had finally TPH 0.37 % and 90.17 % degradation, even the soils were sterilized and were not added by bacteria had finally TPH 1.37 % and 74.54 % degradation. The change hydrocarbon compounds during degradation process happened to long chain hydrocarbon became shorter hydrocarbon chain. This is showed by the decrease of percent area on chromathograme. The soils were not sterilized and added by bacteria showed the biggest changing because long chain hydrocarbon at the finally measurement were not detected.
PERUBAHAN SENYAWA HIDROKARBON SELAMA PROSES BIOREMEDIASI TANAH TERCEMAR MINYAK BUMI DENGAN MENGGUNAKAN KROMATOGRAFI GAS SPEKTROFOTOMETRI MASSA
AWAN KARLIAWAN
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 2009
Judul : Perubahan Senyawa Hidrokarbon Selama Proses Bioremediasi Tanah Tercemar Minyak Bumi Dengan Menggunakan Kromatografi Gas Spektrofotometri Massa Nama : Awan Karliawan NIM : G44204016
Menyetujui, Pembimbing I
Pembimbing II
Dra. Charlena, MS NIP 1967122219940302002
Dra. Roza Adriany, MS NIP 330005228
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 196103281986011002
Tanggal lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas ridho, rahmat, dan karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2008 ini ialah Perubahan Struktur Hidrokarbon Selama Proses Bioremediasi Tanah Tercemar Minyak Bumi Dengan Menggunakan Kromatografi Gas Spektrofotometri Massa. Terima kasih penulis ucapkan kepada ibu Dra. Charlena, MS dan ibu Dra. Roza Andriany, MS selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan, semangat, dan ilmu yang diberikan kepada peneliti selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih tak terhingga juga disampaikan kepada kedua orang serta seluruh keluarga yang memberikan dorongan semangat, bantuan materi, kesabaran, dan kasih sayang kepada penulis. Terima kasih tak lupa penulis ucapkan kepada Randy, Ibu Rika, Bapak Syawal, Bapak Mulyadi, Bapak Sabur, Bapak Eman, Ibu Yeni, Bapak Rafi atas segala fasilitas dan kemudahan yang telah diberikan. Terima kasih penulis sampaikan kepada Rahmat, Nita, Ihsan, Dewi, Romi, Andre, Dedy, yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan semuanya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Juli 2009 Awan Karliawan
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Ciamis pada tanggal 23 Desember 1985 dari ayah Dayat Hidayat dan ibu Idah Jubaidah. Penulis merupakan putra kesembilan dari sebelas bersaudara. Tahun 2004 penulis lulus dari MAN Cipasung Tasikmalaya dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia TPB pada tahun ajaran 2006/2007 dan asisten praktikum mata kuliah Kimia Anorganik 2 pada tahun ajaran 2007/2008. Tahun 2007 penulis melaksanakan praktik lapangan di Badan Tenaga Nuklir Nasional (Batan). Selain itu, pada tahun 2006 penulis aktif sebagai pengurus Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) di Departemen Kewirausahaan.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL.......................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN...............................................................................................
vi
PENDAHULUAN ......................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Produk dan Limbah Minyak Bumi........................................................................ Mikroorganisme Pendegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi ................................. Faktor-Faktor Pendukung Biodegradasi ............................................................... Bioremediasi......................................................................................................... Kromatografi Gas Spektofotometri Massa (GCMS) ............................................
1 2 3 4 5
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan ..................................................................................................... Prosedur ................................................................................................................
6 6
HASIL DAN PEMBAHASAN pH ......................................................................................................................... Kadar Air.............................................................................................................. Suhu...................................................................................................................... Total petroleum hidrokarbon (TPH)..................................................................... Perubahan Senyawa Hidrokarbon ........................................................................
7 8 8 8 10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan............................................................................................................... Saran.....................................................................................................................
13 13
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................
13
LAMPIRAN ...............................................................................................................
14
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5 6
Daftar pembagian kode sampel...................................................................... Nilai luas area senyawa hidrokarbon yang terdeteksi pada tanah A .............. Nilai luas area senyawa hidrokarbon yang terdeteksi pada tanah B .............. Nilai luas area senyawa hidrokarbon yang terdeteksi pada tanah C .............. Nilai luas area senyawa hidrokarbon yang terdeteksi pada tanah D .............. Daftar senyawa hidrokarbon yang tidak terdeteksi di akhir pengukuran.......
7 11 11 12 12 12
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Jalur oksidasi n-alkana melalui oksidasi bertahap gugus metil terakhir ........ Jalur degradasi hidrokarbon alifatik melalui oksidasi subterminal Skema konfigurasi alat GCMS ...................................................................... Bagan alat kromatografi gas .......................................................................... Kurva perbandingan pH tanah ....................................................................... Kurva nilai TPH tanah A selama 4 bulan ..................................................... Kurva nilai TPH tanah B selama 4 bulan ..................................................... Kurva nilai perbandingan persen degradasi ................................................... Kurva nilai TPH tanah C selama 4 bulan ...................................................... Kurva nilai TPH tanah D selama 4 bulan .....................................................
2 2 5 5 8 9 9 9 10 10
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bagan alir penelitian ...................................................................................... Penentuan kadar air........................................................................................ Penentuan nilai pH......................................................................................... Penentuan nilai suhu ...................................................................................... Penentuan nilai TPH ...................................................................................... Perubahan luas area hidrokarbon tanah A selama 4 bulan............................. Perubahan luas area hidrokarbon tanah B selama 4 bulan............................. Perubahan luas area hidrokarbon tanah C selama 4 bulan............................. Perubahan luas area hidrokarbon tanah D selama 4 bulan............................. Data kromatogram GCMS .............................................................................
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
PENDAHULUAN Hidrokarbon minyak bumi merupakan kontaminan yang paling luas yang mencemari lingkungan. Kecelakaan tumpahan minyak yang terjadi sering mengakibatkan kerusakan lingkungan yang serius (Prince et. al. 2003). Oleh karena itu, pemerintah melalui PP no 85 Tahun 1999 menyatakan bahwa tumpahan minyak bumi termasuk limbah berbahaya dan beracun (B3). Dalam pengaturan tersebut ditegaskan bahwa setiap produsen yang menghasilkan limbah B3 hanya diizinkan menyimpan limbah tersebut paling lama 90 hari sebelum diolah dan perlu dilakukan perlakuan tertentu sehingga tidak mencemari lingkungan sekitarnya (Sumastri 2004). Penanganan kondisi lingkungan yang tercemari minyak bumi dapat dilakukan melalui metode fisika, kimia, dan hayati. Penanganan secara kimia dan fisika merupakan cara penanganan cemaran minyak bumi yang membutuhkan waktu yang relatif singkat, tetapi metode ini dapat menyebabkan kerusakan lingkungan. Metode fisika yang dapat digunakan ialah dengan mengambil kembali minyak bumi yang tumpah dengan oil skimmer. Metode ini dapat dilakukan jika minyak bumi yang tumpah belum menyebar kemana-mana. Jika minyak bumi telah mengendap dan menyebar sulit dilakukan dengan metode ini (Prince et.al. 2003). Penanganan dengan metode kimia ialah dengan mencari bahan kimia yang mempunyai kemampuan mendispersi minyak, tetapi pemakaian senyawa kimia hanya bersifat memindahkan masalah. Di satu pihak perlakuan dispersan dapat mendispersi minyak bumi sehingga menurunkan tingkat pencemaran, tetapi di lain pihak penggunaan dispersan telah dilaporkan bersifat sangat toksik pada biota laut (Fahruddin 2004). Alternatif yang terakhir dalam menanggulangi dampak pencemaran lingkungan oleh minyak bumi ialah dengan menggunakan jasa makhluk hidup yang lebih dikenal dengan bioremediasi. Bioremediasi merupakan teknologi dengan memanfaatkan mikroorganisme untuk mengatasi masalah pencemaran lingkungan. Pendegradasi hidrokarbon yang telah dilaporkan di antaranya ialah bakteri, jamur, dan fungi (Atlas 1992). Penggunaan bakteri untuk mendegradasi hidrokarbon minyak bumi memiliki kelebihan, yaitu murah, efektif, dan aman bagi lingkungan (Sumastri 2004). Penelitian yang dilakukan Ni’mah (2005) menunjukkan bahwa bakteri dengan kode isolat
T2M memiliki kemampuan degradasi hidrokarbon tertinggi dibandingkan degradasi yang dilakukan oleh bakteri dengan kode isolat A11 dan BTi. Parameter yang digunakan pada penelitian tersebut ialah total petroleum hidrokarbon (TPH) dan pH. Senyawa hidrokarbon hasil degradasi hidrokarbon oleh bakteri tersebut belum diteliti lebih lanjut. Oleh karena itu, perubahan senyawa hidrokarbon hasil degradasi bakteri perlu diteliti agar dapat diketahui sejauh mana bakteri dapat mendegradasi senyawa hidrokarbon yang terdapat dalam tanah tercemari minyak bumi Penelitian ini bertujuan menentukan perubahan senyawa hidrokarbon selama proses bioremediasi minyak bumi dengan menggunakan GCMS. Instrumen tersebut dapat memberikan data yang akurat mengenai komposisi senyawa yang terdapat dalam sampel.
TINJAUAN PUSTAKA Produk dan Limbah Minyak Bumi Minyak bumi maupun produknya merupakan campuran senyawa organik yang terdiri atas senyawa hidrokarbon dan non hidrokarbon. Senyawa hidrokarbon merupakan komponen terbesar dari minyak bumi (lebih dari 90%), sedangkan sisanya berupa senyawa non hidrokarbon. Senyawa hidrokarbon merupakan senyawa organik yang terdiri atas karbon dan hidrogen. Senyawa ini dapat digolongkan dalam tiga kategori, yaitu: (1) hidrokarbon alifatik (alkana, alkena, dan alkuna), (2) hidrokarbon alisiklik (siklo alkana, siklo alkena, siklo alkuna), (3) hidrokarbon aromatik (senyawa aromatik tersubstitusi maupun tidak) (Udiharto 1996). Alkana merupakan hidrokarbon rantai lurus yang memiliki ikatan kimia tunggal diantara atom karbon. Alkana dapat berupa rantai lurus, rantai bercabang, atau struktur cincin. Salah satu sifat yang paling penting dari alkana yaitu bersifat volatil dan dapat dibiodegradasi. Umumnya volatilitas alkana akan semakin berkurang seiring bertambah panjangnya rantai. Sikloalkana merupakan rantai hidrokarbon yang dihubungkan oleh ikatan karbon membentuk sebuah cincin. Rantai tunggal sikloalkana sedikit volatil meskipun tingkat volalilitas menurun seiring bertambahnya ukuran dan jumlah rantai, sikloalkana dapat
