TESIS
POTENSI KONSORSIUM MIKROBA DALAM MENINGKATKAN EFEKTIVITAS PROSES PENGOLAHAN LIMBAH CAIR BIR
PUTU NIA ANGGRAENI
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014
TESIS
POTENSI KONSORSIUM MIKROBA DALAM MENINGKATKAN EFEKTIVITAS PROSES PENGOLAHAN LIMBAH CAIR BIR
PUTU NIA ANGGRAENI NIM 1192261004
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI ILMU BIOLOGI PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014
i
POTENSI KONSORSIUM MIKROBA DALAM MENINGKATKAN EFEKTIVITAS PROSES PENGOLAHAN LIMBAH CAIR BIR
Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Ilmu Biologi Program Pasca Sarjana Universitas Udayana
PUTU NIA ANGGRAENI NIM 1192261004
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI ILMU BIOLOGI PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2014 ii
Lembar Pengesahan
TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL 03 JULI 2014
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP.,Ph.D NIP. 196304241989031003
Dr. Dra. Retno Kawuri, M.Phil NIP. 196101121988032002
Mengetahui Ketua Program Studi Ilmu Biologi Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Prof. Dr. Ir. I Wayan Kasa, M.Rur.Sc. NIP. 19460703 198011 1 001
Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S.(K) NIP. 19590215 198510 2 001
iii
Tesis Ini Telah Diuji Pada Tanggal 03 Juli 2014
Panitia Penguji Tesis Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No: 2016/UN14.4/HK/2014, Tanggal 01 Juli 2014
1. Ketua
: Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D.
Anggota : 2. Dr. Dra. Retno Kawuri, M.Phil. 3. Dr. Ir. Yenni Ciawi 4. Prof. Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, M.Si 5. Drs. Yan Ramona, M.App.Sc, Ph.D.
iv
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT Saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama
: PUTU NIA ANGGRAENI
NIM
: 1192261004
Program Studi : Ilmu Biologi JudulTesis
: POTENSI KONSORSIUM MIKROBA DALAM MENINGKATKAN EFEKTIVITAS PROSES PENGOLAHAN LIMBAH CAIR BIR
Dengan ini menyatakan bahwa tesis ini bebas plagiat. Apabila kemudian hari terbukti plagiat dalam tulisan ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan Mendiknas RI No. 17 Tahun 2010 dan Peraturan Perundang-undangan yang berlaku.
Denpasar, 03 Juli 2014 Yang membuat pernyataan
(PUTU NIA ANGGRAENI)
v
UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul ”Potensi Konsorsium Mikroba dalam Meningkatkan Efektivitas Proses Pengolahan Limbah Cair Bir”. Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mencapai derajat S-2 pada Program Studi Ilmu Biologi Pasca Sarjana Universitas Udayana. Dalam penyusunan tesis ini, penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan, serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP., Ph.D., selaku dosen pembimbing I atas segala bimbingan, saran, dukungan, serta waktu selama penulis melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini. 2. Dr. Dra. Retno Kawuri, M.Phil., selaku pembimbing II atas segala bimbingan, saran, dukungan, serta waktu selama penulis melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini. 3. Dr. Ir. Yenni Ciawi, Prof. Dr. I Wayan Budiarsa Suyasa, M.Si dan Drs. Yan Ramona, M.App.Sc, Ph.D atas masukan dan saran untuk menyempurnakan penulisan tesis ini. 4. Rektor Universitas Udayana, Prof. Dr. dr. Ketut Suastika, Sp. PD. KEMD atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana
vi
5. Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana Prof. Dr. A. A. Raka Sudewi, Sp.S(K), atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana. 6. Ketua Program Studi Ilmu Biologi Program Pascasarjana Universitas Udayana Prof. Dr. Wayan Kasa, M.Rur.Sc., atas bimbingan yang diberikan selama mengikuti perkuliahan. 7. Seluruh dosen dan staf pegawai Program Studi S2 Ilmu Biologi Universitas Udayana atas saran, bimbingan, arahan, semangat, serta kemudahan yang diberikan selama penulis menjadi mahasiswa. 8. Seluruh keluarga Bapak I Ketut Sumiartha, SH dan Ibu Ni Ketut Agustini serta adik Devin dan Kovin yang telah sabar memberikan doa, motivasi dan dukungan untuk penulis baik secara materi maupun spiritual. 9. Seluruh teman-teman S2 Program Studi Biologi angkatan 2011, Andry, Kak Leni, Kak Septa, Kak Gafar serta teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas segala dukungan, doa dan semangat yang diberikan selama penulis melakukan penelitian dan pembuatan tesis ini. 10. Pimpinan dan staf Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Suwung-Bali Bali, atas semangat dan dukungan penuh yang telah diberikan selama penulis melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan berbagai kritik dan saran dalam penyempurnaan tesis ini.
vii
Semoga tesis ini dapat berguna dan bermanfaat bagi ilmu pengetahuan, pembaca, serta bagi mahasiswa S2 Program Studi Ilmu Biologi Universitas Udayana. Denpasar, Juni 2014
Penulis
viii
ABSTRAK
POTENSI KONSORSIUM MIKROBA DALAM MENINGKATKAN EFEKTIVITAS PROSES PENGOLAHAN LIMBAH CAIR BIR Penelitian tentang proses pengolahan limbah cair bir ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas konsorsium mikroba dalam mengolah limbah cair bir berdasarkan parameter pencemar BOD, COD, dan TSS. Penelitian dilakukan selama 7 bulan dari bulan Mei sampai bulan November 2013 di Laboratorium Mikrobiologi Jurusan Biologi FMIPA UNUD Bukit Jimbaran dan Laboratorium Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) Suwung-Bali. Penelitian ini diawali dengan isolasi konsorsium mikroba dari tanah yang telah tercemar limbah cair bir yang dilanjutkan dengan seleksi potensi mikroba terbaik dalam mengolah limbah cair bir. Pada bagian akhir, hasil seleksi mikroba terbaik diuji secara konsorsium dalam mengolah limbah cair bir berdasarkan parameter pencemar BOD, COD, dan TSS. Kombinasi konsorsium mikroba yang paling efektif menurunkan nilai TSS, BOD, dan COD adalah kombinasi campuran (isolat NGS4 teridentifikasi sebagai Cronobacter sp., isolat NGS5 teridentifikasi sebagai Pseudomonas fluorescent, dan isolat NGS7 teridentifikasi sebagai Aeromonas sp.) Setelah 12 hari masa pengolahan nilai COD, BOD, dan TSS berturut-turut adalah 633,69 ± 48,18 dengan laju degradasi sebesar 66,06%; 199,09 ± 87,82 dengan laju degradasi sebesar 78,91%; dan 848,9 ± 206,61 dengan laju degradasi sebesar 90,50%.
Kata kunci: Limbah cair bir, Degradasi, Konsorsium Mikroba, BOD, COD, TSS
ix
ABSTRACT
POTENTIAL OF BACTERIAL CONSORTIUM TO INCREASE THE EFFECTIVENESS OF BEER WASTE WATER TREATMENT
The main objective of this research was to determine the effectiveness of microbial consortia in beer waste water treatment by pollutant parameters BOD, COD, and TSS. The project was conducted for 7 months from May to November 2013 at the Laboratory Microbiology of the Department of Biological Science, Udayana University and Laboratory Wastewater Treatment Plant (IPAL) SuwungBali. The research was initiated with the isolation of soil microbial consortium that has been contaminated by beer waste water, followed by the selection of the best potential microbial beer wastewater treatment. At the end, the selection of the best microbial consortium was tested in beer wastewater treatment based on pollutant parameters namely biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD) and total suspended solid (TSS). The most effective combination of microbial consortia to reduce the value of TSS, BOD, and COD is the mixed culture combination, namely isolates NGS4 identified is Cronobacter sp., isolates NGS5 identified is Pseudomonas fluorescent, and isolates NGS7 identified is Aeromonas sp.. After 12 days of treatment the value of the COD, BOD and TSS are 633,69±48,18 with degradation rate 66,06%; 199,09±87,82 with degradation rate 78,91%; and 848,9±206,61 with degradation rate 90,50% respectively. Key words: beer wastewater, degradation, bacterial consortium, BOD, COD, TSS
x
DAFTAR ISI
Halaman SAMPUL DALAM...................................................................................................... i PRASYARAT GELAR..............................................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN.......................................................................................
iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI..........................................................................
iv
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT........................................................................
v
UCAPAN TERIMAKASIH ......................................................................................
vi
ABSTRAK.................................................................................................................
ix
ABSTRACT...............................................................................................................
x
DAFTAR ISI................................................................................................................ xi DAFTAR TABEL....................................................................................................... xv DAFTAR GAMBAR.................................................................................................... xvi DAFTAR LAMPIRAN............................................................................................. xviii BAB I PENDAHULUAN.........................................................................................
1
1.1
Latar Belakang.............................................................................................
1.2
Rumusan Masalah............................................................................................ 4
1.3
Tujuan Penelitian............................................................................................. 4
1.4
Manfaat Penelitian............................................................................................ 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA.....................................................................................
1
5
2.1
Pencemaran Air............................................................................................
5
2.2
Limbah Industri Bir......................................................................................
6
2.3
Teknik-Teknik Pengolahan Limbah............................................................... 8
2.4
Parameter Pencemar...................................................................................... 10
xi
2.5
Konsorsium Mikroba..................................................................................... 13
2.6
Mikrorganisme Pendegradasi Limbah Bir.................................................... 14
2.7
Mekanisme Pendegradasi Limbah Bir.......................................................... 16
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP, DAN HIPOTESIS PENELITIAN...... 17 3.1 Kerangka Berpikir............................................................................................. 17 3.2 Konsep Penelitian............................................................................................. 18 3.3 Hipotesis Penelitian.........................................................................................
19
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN................................................................... 20 4.1 Rancangan Penelitian......................................................................................... 20 4.2 Lokasi dan Waktu Penelitian..............................................................................21 4.3 Ruang Lingkup Penelitian...................................................................................21 4.4 Penentuan Sumber Data.................................................................................. 21 4.5 Variabel Penelitian..............................................................................................21 4.5.1 Identifikasi dan klasifikasi variabel........................................................21 4.5.2 Definisi operasional variabel...................................................................22 4.6 Bahan Penelitian.................................................................................................23 4.7 Instrumen Penelitian...........................................................................................24 4.8 Prosedur Penelitian............................................................................................ 24 4.8.1 Sampling air limbah............................................................................... 24 4.8.2 Penyiapan media nutrien agar (NA)..................................................... 24 4.8.3 Penyiapan media cair buatan................................................................ 25 4.8.4 Isolasi bakteri………………..................................................................25 4.8.5 Pengukuran pertumbuhan sel bakteri.................................................... 26
xii
4.8.6 Seleksi isolat bakteri berdasarkan uji kemampuannya dalam merombak limbah cair bir dengan parameter BOD, COD, dan TSS… 27 4.8.7 Pengukuran COD pada limbah............................................................ 28 4.8.8 Pengukuran BOD pada limbah……………........................................ 29 4.8.9 Pengukuran TSS pada limbah.............................................................. 30 4.8.10 Pengukuran pH pada limbah cair bir................................................... 31 4.8.11 Pengukuran suhu pada limbah cair bir.................................................. 31 4.8.12 Identifikasi bakteri................................................................................ 32 4.9 Analisis Data.......................................................................................................32 BAB V HASIL PENELITIAN..................................................................................
34
5.1 Isolasi Bakteri dan Fase Pertumbuhan Sel Bakteri Berdasarkan Nilai Optical Density (OD) Selama Inkubasi..............................................................34 5.2 Efektivitas Bakteri Terhadap Perubahan Kadar COD, BOD, TSS, pH dan Suhu Limbah Uji Selama Pengolahan dengan Berbagai Perlakuan Kombinasi Konsorsium Mikroba.................................................................. 5.2.1
5.2.2
37
Uji potensi 11 isolat bakteri terhadap perubahan kadar COD, BOD, TSS, pH dan suhu limbah uji selama pengolahan.............................
37
Uji potensi bakteri konsorsium terhadap perubahan kadar COD, BOD, TSS, pH dan suhu limbah uji selama pengolahan..................
45
BAB VI PEMBAHASAN……..................................................................................
56
6.1 Isolasi Bakteri dan Fase Pertumbuhan Sel Bakteri Berdasarkan Nilai Optical Density (OD) Selama Inkubasi..............................................................56 6.2 Efektivitas Bakteri Terhadap Perubahan Kadar COD, BOD, TSS, pH dan Suhu Limbah Uji Selama Pengolahan dengan Berbagai Perlakuan Kombinasi Konsorsium Mikroba.................................................................. 6.2.1
Uji potensi 11 isolat bakteri terhadap perubahan kadar COD, BOD, TSS, pH dan suhu limbah uji selama pengolahan.............................
xiii
58
58
6.2.2
Uji potensi bakteri konsorsium terhadap perubahan kadar COD, BOD, TSS, pH dan suhu limbah uji selama pengolahan..................
61
BAB VII SIMPULAN DAN SARAN........................................................................... 67 7.1 Simpulan......................................................................................................... 67 7.2 Saran…............................................................................................................ 67 DAFTAR PUSTAKA................................................................................................
68
LAMPIRAN....................................................................................................................74
xiv
DAFTAR TABEL Halaman 2.1 Karakteristik Limbah Cair Industri Bir.............................................................. 7 5.1 Karakteristik Morfologi Koloni Bakteri........................................................... 34 5.2 Hasil Uji Kit Microgen TM GN-ID A+B Panel............................................... 44 5.3 Klasifikasi Isolat NGS4, NGS5, dan NGS7.................................................... 45 5.4 Persentase Perubahan Nilai COD Limbah Setelah Perlakuan Selama 12 Hari................................................................................................................
48
5.5 Persentase Perubahan Nilai BOD Limbah Setelah Perlakuan Selama 12 Hari................................................................................................................
50
5.6 Persentase Perubahan Nilai TSS Limbah Setelah Perlakuan Selama 12 Hari................................................................................................................
52
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 3.1
Bagan Konsep Penelitian.................................................................................
Gambar 4.1
Bagan Rancangan Penelitian............................................................................. 20
Gambar 5.1
Rerata Kurva Pertumbuhan 11 Isolat Bakteri Selama Inkubasi yang Diukur Menggunakan Spektrofotometer........................................................................ 36
Gambar 5.2
Perubahan Nilai COD dengan Perlakuan 11 Isolat Bakteri pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari …..............................................................
38
Perubahan Nilai BOD dengan Perlakuan 11 Isolat Bakteri pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari.....................................................................
39
Gambar 5.3
18
Gambar 5.4
Perubahan Nilai TSS dengan Perlakuan 11 Isolat Bakteri pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari........................................................................ 40
Gambar 5.5
Perubahan Nilai pH dengan Perlakuan 11 Isolat Bakteri pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari....................................................................... 42
Gambar 5.6
Perubahan Nilai Suhu dengan Perlakuan 11 Isolat Bakteri pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari.......................................................................... 43
Gambar 5.7
Tiga Isolat Bakteri Terbaik dari Hasil Seleksi Berdasarkan Kemampuan Mendegradasi Limbah Cair Bir dengan Parameter Pencemar (COD, BOD, dan TSS)…........................................................................................................... 43
Gambar 5.8
Hasil Pewarnaan Gram Isolat NGS4, NGS5 dan NGS7...................................... 44
Gambar 5.9
Perubahan Nilai COD dengan Perlakuan Kombinasi Konsorsium Mikroba pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari.........................................
46
Gambar 5.10 Perubahan Nilai BOD dengan Perlakuan Kombinasi Konsorsium Mikroba pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari.........................................
49
Gambar 5.11 Perubahan Nilai TSS dengan Perlakuan Kombinasi Konsorsium Mikroba pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari…......................................
51
Gambar 5.12 Perubahan Nilai pH dengan Perlakuan Kombinasi Konsorsium Mikroba pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari.......................................
53
xvi
Gambar 5.13 Perubahan Nilai Suhu dengan Perlakuan Kombinasi Konsorsium Mikroba pada Pengolahan Limbah Cair Bir Selama 12 Hari........................................... 54
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1.
Baku Mutu Limbah Cair Bir Berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor: KEP-51/MENLH/10/1995 Tentang Baku Mutu 2 Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri Tanggal 23 Oktober 1995.......................... 74
2.
Limbah Cair Bir..............................................................................................
3.
Hasil Isolasi Bakteri............................................................................................. 76
4.
Uji Efektivitas Potensi Konsorsium Bakteri...................................................
77
5.
Analisis ANOVA 1 arah pada 11 Isolat Bakteri dengan Respon Kadar COD................................................................................................................
28 78
6.
Analisis ANOVA 1 arah pada 11 Isolat Bakteri dengan Respon Kadar BOD................................................................................................................
20 79
7.
Analisis ANOVA 1 arah pada 11 Isolat Bakteri dengan Respon Kadar TSS..................................................................................................................
20 80
8.
Analisis ANOVA 1 arah pada 11 Isolat Bakteri dengan Respon Kadar pH....................................................................................................................
20 81
9.
Analisis ANOVA 1 arah pada 11 Isolat Bakteri dengan Respon Kadar 20 Suhu.................................................................................................................... 82
10.
Analisis ANOVA 1 Arah Pada Kombinasi Konsorsium Mikroba dengan 20 Respon Kadar COD............................................................................................. 83
11.
Analisis ANOVA 1 Arah Pada Kombinasi Konsorsium Mikroba dengan 20 Respon Kadar BOD............................................................................................. 84
12.
Analisis ANOVA 1 Arah Pada Kombinasi Konsorsium Mikroba dengan 20 Respon Kadar TSS............................................................................................. 85
13.
Analisis ANOVA 1 Arah Pada Kombinasi Konsorsium Mikroba dengan Respon Kadar pH.............................................................................................
14.
Analisis ANOVA 1 Arah Pada Kombinasi Konsorsium Mikroba dengan 20 Respon Kadar Suhu............................................................................................. 87
xviii
75
20 86
15.
Nilai Kurva Pertumbuhan dengan OD (optical density).................................
20 88
16.
Standarisasi FAS..............................................................................................
97
17.
Hasil Pengukuran COD untuk 11 Isolat Mikroba.............................................. 98
18.
Hasil Pengukuran COD untuk Kombinasi Konsorsium Mikroba...................
19.
Standarisasi Natrium Tiosulfat (Na2S203).........................................................107
20.
Hasil Pengukuran BOD untuk 11 Isolat Mikroba.............................................. 108
21.
Hasil Pengukuran BOD untuk Kombinasi Konsorsium Mikroba...................... 113
22.
Hasil Pengukuran TSS untuk 11 Isolat Mikroba.............................................. 114
23.
Hasil Pengukuran TSS untuk Kombinasi Konsorsium Mikroba....................... 119
24.
Hasil Pengukuran pH untuk 11 Isolat Mikroba................................................ 120
25.
Hasil Pengukuran pH untuk Kombinasi Konsorsium Mikroba......................... 126
26.
Hasil Pengukuran Suhu untuk 11 isolat mikroba............................................. 127
27.
Hasil Pengukuran Suhu untuk Kombinasi Konsorsium Mikroba...................... 133
28.
Hasil persentase efektivitas penurunan kadar COD, BOD, TSS, Suhu, dan pH....................................................................................................................
xix
106
118 134
20
20
