SKRIPSI LOGO BIOREMEDIASI AIR LAUT TERKONTAMINASI MINYAK BUMI DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI PSEUDOMONAS AERUGINOSA oleh: 1.Lusiana Riski Yulia 2308 100 050 2.Bindanetty Marsa 2308 100 054 Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M. Eng. LABORATORIUM PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI JURUSAN TEKNIK KIMIA, FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2012
Poin : Pendahuluan Tinjauan Pustaka Metodologi Hasil Penelitian Kesimpulan & Saran
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Minyak Bumi
Tumpahan Minyak di Laut
BIOREMEDIASI AIR LAUT TERKONTAMINASI MINYAK BUMI DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI PSEUDOMONAS AERUGINOSA
Remediasi Fisika
Remediasi Kimia
Bioremediasi
Pseudomonas aeruginosa
Rumusan Masalah 1. Tingkat pencemaran (tumpahan minyak) di laut Indonesia masih tinggi sejalan dengan meningkatnya aktivitas industri permiyakan
2. Pencemaran minyak di laut sangat merusak ekosistem di laut
3. Mikroorganisme Pseudomonas aeruginosa memiliki potensi dalam mendegradasi hidrokarbon 2
Batasan Masalah 1. Penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium. 2. Teknologi bioremediasi yang digunakan adalah bioreaktor. 3. Proses bioremediasi secara batch 4. Jenis mikroba yang digunakan adalah Pseudomonas aeruginosa. 5 .Pengaruh aktivitas bakteri Pseudomonas aeruginosa terhadap kadar TPH dan BTX dalam air laut yang tercemar, serta pengaruh tersebut pada media aerasi dan tanpa-aerasi. 3
Tujuan Penelitian Mengetahui pengaruh perbandingan konsentrasi kontaminan terhadap konsentrasi mikroorganisme pada degradasi kadar TPH dan BTX yang terkandung dalam air laut tercemar minyak bumi dengan menggunakan Pseudomonas aeruginosa. Mengetahui pengaruh aerasi dan tanpa-aerasi pada degradasi kadar TPH dan BTX dalam proses bioremediasi. 4
Manfaat Penelitian
1
• Mendapatkan alternatif teknologi pengolahan limbah yang ramah lingkungan dengan sistem bioreaktor yang memanfaatkan mikroba sebagai pereduksi bahan berbahaya yang terkandung dalam minyak bumi sehingga dapat mengatasi pencemaran lingkungan akibat tumpahan minyak bumi di air laut.
2
• Memperoleh informasi dasar tentang pemanfaatan bakteri pseudomonas aeruginosa sebagai pengurai hidrokarbon minyak bumi dalam proses bioremediasi dan diharapkan dapat diaplikasikan di lapangan dalam proses bioremediasi.
3
• Memberikan manfaat di bidang pengelolaan lingkungan khususnya air laut dengan penerapan teknik bioremediasi. 5
TINJAUAN PUSTAKA
Minyak Bumi campuran kompleks hidrokarbon padat, cair dan gas yang merupakan hasil akhir penguraian bahan-bahan hewani dan nabati yang telah terpendam dalam kerak bumi dalam waktu lama. Location of refinery
TPH
Komposisi
Hydrocarbon fractions (% of total)
(%)
Saturates
Aromatics
Resins
Asphaltenes
Ontario
18.8
49.6
32.7
10.3
7.4
Quebec
9.3
48.7
25.6
10.2
15.5
dari berbagai
Western Canada
20.2
21.2
47.8
9.6
21.4
sumber
Eastern Canada
20.9
46.4
33.5
10.8
9.3
Western USA
17.1
45.4
37.8
3.9
12.9
pengilangan
Eastern USA
15.5
44.3
43.7
6.7
5.4
minyak :
Latin America
15.1
51.3
18.9
14.9
14.9
South East Asia
33.7
44.7
40.8
6.5
8
Middle East
8.3
38.3
45.5
6.9
9.3
Sumber:Ward et al., 2003
minyak bumi
6
Total Petroleum Hidrokarbon (TPH) Hidrokarbon Minyak Bumi Non -Hidrokarbon
TPH = Campuran senyawa organik yang terdiri atas hidrogen dan karbon (C5-C36) yang berasal dari minyak bumi.
Unsur-unsur logam Belerang Nitrogen Oksigen dll
Produk Petroleum Hydrocarbon merupakan gabungan lebih dari 250 senyawa hidrokarbon. 7 7
Senyawa Hidrokarbon Hidrokarbon Alifatik Jenuh
Alisiklik Tidak Jenuh
Alkana (Parafin)
Alkena (Olefin)
Alkuna
CnH2n+2
CnH2n
CnH2n-2
Jenuh Sikloalkana (Napten) CnH2n
Aromatik Tidak Jenuh
Cincin tunggal
Cincin Ganda
Sikloalkena
CnH2n-6
CnH2n-12
Contoh :
BTX 8 7
Benzene, Toluene, dan Xylene (BTX) senyawa aromatik monosiklik dalam jumlah kecil dalam hidrokarbon, namun pengaruhnya sangat besar terhadap pencemaran perairan. Benzene Toluene
Kelarutan BTX di dalam air dan sifat racunnya lebih besar dibanding dengan hidrokarbon parafinik Ambang batas kandungan benzena dalam air minum adalah 0,005 mg/l (Zhou dan Crawford, 1995), sedangkan pada air tawar adalah 0,3 mg/l (Dowd, 2005).
97
Dampak Pencemaran Minyak di Laut
10
Baku Mutu Air Laut Untuk Perairan Pelabuhan dan Biota Laut Parameter pH Salinitas
Suhu Oksigen Terlarut (DO) BOD5 Lapisan Minyak Minyak dan Lemak Poliaromatik Hidrokarbon (PAH) Hidrokarbon Total
Satuan ‰
ºC mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l
Baku Mutu Perairan Biota Laut Pelabuhan 6,5 - 8,5 7 - 8,5 Alami Alami Coral : 33-34 Mangrove : s/d 34 Lamun : 33-34 alami 28-32 >5 20 Nihil Nihil 5 1 0,003 1 11 11
Sumber : Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Tahun 2004
Dispersan Cleaners Soil oxidizer
BIOREMEDIASI
Menggunakan alat - alat tertentu Tanpa melibatkan pemakaian zat kimia atau mikroorganisme Metode pembakaran
REMEDIASI KIMIA
REMEDIASI FISIKA
Penanganan Tumpahan Minyak
Alamiah Menggunakan mikroorganisme In situ, exsitu ataupun kombinasinya Biostimulasi Bioaugmentasi 12
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Bioremediasi dan Biodegradasi 1. Temperatur
Nutrisi
4. Bentuk fisik 5.
2. Keadaan Fisik Kelarutan Minyak Bumi
Oksigen
minyak di dalam air
3. pH
Surfaktan 7.
Tekanan
Luas Permukaan Minyak yang tersedia bagi 6. kolonisasi Bakteri pendegradasi 13
Pseudomonas aeruginosa mampu menggunakan lebih dari 75 senyawa organik yang berbeda sebagai sumber karbon dan energi . mudah tumbuh pada berbagai media pembiakan karena kebutuhan nutrisinya sangat sederhana. Dapat menggunakan respirasi aerobik (dengan oksigen) maupun anaerobik pada nitrat atau akseptor elektron alternatif lainnya. dapat beradaptasi dan berkembang di tanah, air sungai, air laut, limbah air, sedimen dan ladang minyak (oil fields). tumbuh dengan optimal pada suhu 37ºC serta pada pH media antara 6,09,0. (Environment Canada Health Canada, 2011) Pseudomonas aeruginosa dapat tumbuh pada air garam hingga salinitas 50‰ (Hanan l. Malkawi, 2009). 14
Penelitian Sebelumnya No Nama Peneliti Jurnal/Tahun/Judul Hasil Penelitian 1 Ira Yuni Skripsi ITS/2006/Studi Variasi penambahan Pantiwardhani Kemampuan Bakteri konsentrasi inokulum Pseudomonas Pseudomonas aeruginosa aeruginosa Pada sebesar 5%(v/v) dan Biodegradasi Polutan perbandingan nutrien C:N:P = 100:10:1 memberikan hasil Organik Dalam Air Terproduksi (Limbah degradasi polutan organik terbaik, yang dinyatakan Pertambangan Minyak) dengan penyisihan COD, yakni sebesar 81,74% dengan waktu inkubasi selama tujuh hari 15
Penelitian Sebelumnya No 2
Nama Jurnal/Tahun/Judul Hasil Peneliti Penelitian Rengathavasi J.BIOL.ENVIRON.S Pertumbuhan dan Thavasi, CI. / 2007/ Effect of biodegradasi maksimal Singaram crude oil oleh Salinity, Temperature, Jayalakshmi, Pseudomonas aeruginosa pH and Crude Oil Thangavel terjadi pada temperatur Concentration on Balasubrama 38°C, pH 8 , salinitas 35 Biodegradation of nian dan ‰ dan konsentrasi minyak Crude Oil by Ibrahim M. bumi 2,0 % (w/v). Pseudomonas Banat aeruginosa 16
Penelitian Sebelumnya No 3
Nama Jurnal/Tahun/Judul Hasil Peneliti Penelitian Uji tingkat biodegradasi Tutik MAKARA SAINS, Murniasih, Vol 13, No.1/2009/ terhadap senyawa fenantren Yopi, dan Biodegradasi dari isolate terpilih Budiawan Fenantren Oleh Pseudomonas sp Kalp3b22 terbukti dapat Bakteri Laut mendegradasi Fenantren Pseudomonas sp KalP3b22 Asal sebesar 59,5% selama 29 hari kultivasi Kumai Kalimantan Tengah 17
Penelitian Sebelumnya No 4
Nama Jurnal/Tahun/Judul Peneliti Penelitian Abdul JKAU: Eng.Sci, Vol 21 Rahim A. No.1 pp:39Al53/2010/Biological Zahrani Treatment of dan Hidrocarbon Gaber Contaminants: M.A.Idris Petroleum Hydrocarbon uptake by Pseudomonas alkanolytica
Hasil Uji tingkat biodegradasi Dodecane (C12H26) dapat dicapai lebih dari 90% dalam waktu 10 hari menggunakan strain ini
18
METODOLOGI
Kondisi Operasi dan Variabel Penelitian • Waktu bioremediasi hingga konsentrasi mencapai baku mutu air laut Kondisi oC • Temperatur : 27-30 Operasi • pH :6–8 • Rasio C:N :P : (100:10:1) rasio massa • Konsentrasi kontaminan: 1000 dan 1500 ppm minyak bumi Variabel • Konsentrasi mikroba : (0%, 1%, 3%) (v/v) pada fase log • Aerasi : dengan DO > 2 mg O2/l • Non-aerasi 19
Besaran Yang Diukur Besaran yang diukur Temperatur pH DO (dissolve oxygen) Populasi Mikroba TPH BTX
Waktu pengukuran Sehari sekali Sehari sekali Awal operasi, beberapa kali selama operasi Awal operasi dan tiap 3 hari sekali Awal operasi dan tiap 1 minggu sekali Awal operasi dan tiap 1 minggu sekali
20
Prosedur Penelitian Proses Bioremediasi secara Batch Crude oil : Pusdiklat Migas Cepu Pseudomonas aeruginosa : Lab.Mikrobiologi Universitas Airlangga
Prosedur Percobaan : Tahap Persiapan ~ Pengembangan Kultur ~ Peremajaan Bakteri dan pembuatan starter ~ Preparasi media air laut buatan (ASTM D1141-90, salinitas 35 ‰) ~ Preparasi Reaktor Tahap Bioremediasi
21
Diagram Alir Penelitian Minyak bumi
Air laut buatan
Pencampuran sesuai perlakuan tingkat konsentrasi cemaran minyak (1000 dan 1500 ppm) Perlakuan aerasi sesuai variable yang ditetapkan (Non-aerasi & Aerasi > 2 mg O2/l
A
Penambahan Starter (Nutrient + Suspensi bakteri 0,1 dan 3 % v/v pada kondisi fase log)
Analisa awal TPH, BTX, populasi mikroba,DO, BOD dan COD
Diagram Alir Penelitian A
Proses Bioremediasi (hingga mencapai baku mutu)
Analisa pH,suhu, DO,TPH, BTX, populasi mikroba
Analisa Akhir Analisa TPH, BTX, populasi mikroba
Gambar Alat 3 1
Keterangan : 1. Reaktor 2. Sparger 3. Tubing Line aeration 4. Aerator 4 2
Non- aerasi
Aerasi DO > 2 mgO2 / l 24
Gambar Alat
Bioreaktor
HASIL PENELITIAN
Hasil Penelitian dan Pembahasan
TPH (Total Petroleum Hidrokarbon) Populasi bakteri Pseudomonas aeruginosa selama waktu bioremediasi BTX (Benzene, Toluene, dan Xylene)
TPH (Total Petroleum Hidrokarbon) 1600
1000
1400 1200 TPH (mg/l)
TPH (mg/l)
800
1000
600 400
800 600 400
200
200 0 0
7
14
21
28
0 0
7
waktu (hari) BR 1 (0% v/v PA, NA) BR 3 (1% v/v Pa, NA) BR 5 (3% v/v Pa, NA)
14
21
28
waktu (hari) BR 2 ( 0% v/v Pa, A) BR 4 (1% v/v Pa, A) BR 6 (3% v/v Pa, A)
1000 ppm minyak bumi
BR 7 (0%v/v Pa, NA) BR 9 (1%v/v Pa,NA) BR 11 (3%v/v Pa, NA)
BR 8 (0%v/v Pa,A) BR 10 (1%v/v Pa,A) BR 12 (3%v/v Pa,A)
1500 ppm minyak bumi
Bioreaktor Semakin 6 mencapai besar jumlah bakumikroba yangBioreaktor ditambahkan 12 maka mencapai laju baku mutu pada haridegradasi ke-21 TPH akan semakin mutu cepat pada hari ke-28
26
35
TPH (mg/l)
Pengaruh konsentrasi cemaran minyak terhadap degradasi TPH 15001388 1400 1300 1200 1100 1000899 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
508
121
7 BR 6 (1000 ppm)
168 32 14 Waktu (hari)
38 0
3.4
21
28
BR 12 (1500 ppm)
Perbandingan cemaran minyak terhadap degradasi TPH pada penambahan 3% v/v P.aeruginosa Semakin besar konsentrasi cemaran minyak bumi maka semakin lama waktu yang dibutuhkan mikroba untuk mendegradasi TPH hingga mencapai baku mutu air laut.
27
% Biodegradasi TPH akhir
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
79.605% 70.905%
12.249% 15.099%
1
2
3
4
5
Bioreaktor
1000 ppm Bioreaktor 4 dan 6 dapat mencapai baku mutu.
6
99.76%
99.65%
100.00% % Biodegradasi TPH
% Bidegradasi Akhir
100.00%
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
64.28%
57.78%
12.43%
15.87%
7
8
9
10
11
Bioreaktor
1500 ppm Bioreaktor 10 dan 12 dapat mencapai baku mutu.
28
12
Pengaruh Aerasi dan Non-aerasi pada Degradasi TPH 100.0%
% Biodegradasi TPH
100%
100.0% 79.6%
80%
70.9%
60% 40% 20%
12.2%15.1%
0% 0% v/v Pa Non-Aerasi
1% v/v Pa Waktu (hari)
3% v/v Pa Aerasi
Perbandingan % Biodegradasi TPH pada akhir proses bioremediasi untuk variabel konsentrasi cemaran minyak 1000 ppm pada kondisi aerasi dan non-aerasi Bioreaktor dengan media teraerasi memiliki persen biodegradasi TPH yang jauh lebih tinggi dari media tanpa aerasi.
29
Jumlah sel P.aeruginosa (sel/ml)
Jumlah sel P. aeruginosa (sel/ml)
Populasi bakteri Pseudomonas aeruginosa selama waktu bioremediasi 2.50E+07 2.00E+07 1.50E+07 1.00E+07 5.00E+06 0.00E+00 0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
2.5E+07 2.0E+07 1.5E+07 1.0E+07 5.0E+06 0.0E+00 0
3
6
9
12
waktu (hari) BR 1 (0% v/v Pa, NA) BR 3 (1%v/v Pa, NA) BR 5 (3% v/v, NA)
BR 2 (0% v/v Pa, A) BR 4 (1% v/v Pa, A) BR 6 (3% v/v Pa,A)
1000 ppm
15
18
21
24
27
30
33
Waktu (hari) BR 7 (0% v/v Pa, NA) BR 9 (1%v/v Pa, NA) BR 11 (3% v/v Pa, NA)
BR 8 (0%v/v Pa, A) BR 10 (1% v/v Pa, A) BR 12 (3% v/v Pa, A)
1500 ppm
30
36
2.5E+07
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
2.0E+07 1.5E+07 1.0E+07 5.1E+06 8.0E+04 0
3
6
9
12 15 Waktu (hari)
TPH
18
Jumlah sel bakteri P.aeruginosa (sel/ml)
TPh (mg/l)
TPH, Populasi P.aeruginosa vs waktu
21
Jumlah sel
Hubungan TPH dan jumlah sel bakteri Pseudomonas aeruginosa terhadap waktu pada bioreaktor 6 (3 % v/v Pa, Aerasi, 1000 ppm minyak bumi)
31
TPH, Populasi P.aeruginosa vs waktu pada fase log y = 2E+06x + 5E+06
TPH (mg/l)
800
2.0E+07
600
1.5E+07
400
1.0E+07 y = -73.34x + 821.1
200
5.0E+06
Jumlah sel bakteri P.aeruginosa (sel/ml)
2.5E+07
1000
0.0E+00
0 0
3 TPH
6 Waktu (hari)
9 Jumlah sel
Hubungan TPH dengan jumlah sel bakteri P.aeruginosa terhadap waktu pada fase log bioreaktor 6 (3 % v/v Pa, Aerasi, 1000 ppm minyak bumi) Kenaikan rate pertumbuhan bakteri pada fase log diikuti dengan penurunan kadar TPH
3
BTX (Benzene, Toluene, Xylene) 60 Kadar Toluene (mg/l)
Benzena
25 20 15 10 5
Toluene
50 40 30 20 10 0
0 0
Waktu (hari) 14 7 BR 1 (0% v/v Pa, NA) BR 2 (0% v/v Pa, A) BR 3 (1% v/v Pa, NA) BR 4 (1% v/v Pa, A) BR 5 (3% v/v Pa, NA) BR 6 (3% v/v Pa, A) 50 Kadar Xylene ( mg/l)
Kadar Benzena (mg/l)
30
Hasil terbaik Bioreaktor 6
0
21
7 BR 1 (0% v/v Pa, NA) BR 3 (1% v/v Pa, NA) BR 5 (3% v/v Pa, NA)
Waktu (hari) 14 BR 2 (0% v/v Pa, A) BR 4 (1% v/v Pa, A) BR 6 (3% v/v Pa, A)
Xylene
40 30 20 10 0 0
7
Waktu (hari) 14 BR 1 (0% v/v Pa, NA) BR 2 (0% v/v Pa, A) BR 3 (1% v/v Pa, NA) BR 4 ( 1% v/v Pa, A) BR 5 (3% v/v Pa, NA) BR 6 (3% v/v Pa, A)
21
1000 ppm Minyak bumi
21
BTX (Benzene, Toluene, Xylene) 120 Kadar Toluena (mg/l)
Benzena
40 30 20 10
Toluene
100 80 60 40 20 0
0 0
7
14 21 Waktu (hari) BR 7 (0% v/v Pa, NA) BR 8 (0% v/v Pa, A) BR 9 (1% v/v Pa, NA) BR 10 (1% v/v Pa, A) BR 11 (3% v/v Pa, NA) BR 12 (3% v/v Pa, A) 100 Kadar Xylene (mg/l)
Kadar Benzena (mg/l)
50
Hasil terbaik Bioreaktor 12
0
28
7
14 21 Waktu (hari) BR 7 (0% v/v Pa, NA) BR 8 (0% v/v Pa, A) BR 9 (1% v/v Pa, NA) BR 10 (1% v/v Pa, A) BR 11 (3% v/v Pa, NA) BR 12 (3% v/v Pa, A)
28
Xylene
80 60 40 20 0 0
7 BR 7 (0% v/v Pa, NA) BR 9 (1% v/v Pa, NA) BR 11 (3% v/v Pa, NA)
14 Waktu (hari)
21 BR 8 (0% v/v Pa, A) BR 10 ( 1% v/v Pa, A) BR 12 (3% v/v Pa, A)
28
1500 ppm Minyak bumi
Rate Degradasi BTX 60
y = -3.658x + 46.56
Benzene
Kadar (mg/l)
50 40 30
y = -3.126x + 39.94
20 y = -1.739x + 21.77
10 0 Toluene
0
2
4
Benzena Linear (Benzena)
6 8 Waktu (hari) Toluene Linear (Toluene)
10
12 Xylene Linear (Xylene)
Perbandingan laju degradasi benzena, toluene dan xylene pada bioreaktor 6 (3% v/v P.aeruginosa, Aerasi, 1000 ppm minyak bumi)
35
14
KESIMPULAN & SARAN
Kesimpulan Berdasarkan data dan hasil analisa pada penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Semakin besar prosentase bakteri Pseudomonas aeruginosa yang ditambahkan maka akan meningkatkan persen biodegradasi TPH, rate penurunan TPH pada fase log yang dinyatakan sebagai nilai slope serta mempercepat degradasi BTX. 2. Konsentrasi cemaran minyak bumi mempengaruhi waktu biodegradasi TPH dan BTX, yaitu semakin tinggi konsentrasi cemaran maka akan memperlama waktu biodegradasi TPH dan BTX.
Kesimpulan 3. Perlakuan dengan media teraerasi menghasilkan persen biodegradasi TPH dan BTX yang lebih tinggi dibandingkan media tanpa aerasi. 4.Hasil yang terbaik untuk persen biodegradasi TPH dan BTX adalah bioreaktor dengan penambahan Pseudomonas aeruginosa 3% (v/v), media teraerasi dan cemaran minyak 1000ppm dengan hasil biodegradasi TPH 100% dalam waktu 21 hari dan penurunan kadar BTX sebesar 100% dalam waktu 14 hari.
Saran Perlu kiranya dilakukan penelitian dengan menggunakan air laut yang sesungguhnya sebagai penerapan proses bioremediasi air laut yang tercemar minyak bumi oleh Pseudomonas aeruginosa. Perlu dilakukan penelitian mengenai degradasi Ethyl Benzena oleh Pseudomonas aeruginosa. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai aktivitas mikroorganisme Pseudomonas aeruginosa dalam degradasi senyawa hidrokarbon pada proses bioremediasi
LOGO
