Rev Modul Bioremediasi

8/15/2019 Rev Modul Bioremediasi

1/30

BIOREMEDIASITIM PENGAJAR BIOTEKNOLOGI PERTANIAN II

2011

by: Pujawati Suryatmana & Reginawanti Hindersyah, 2011 Page 1


2/30

Peta Konsep


MASALAH LAHAN

JENIS

TEKNOLOGI REHABILITAS SECARA

BIOREMEDIASI

Miko!"io#e$e%i &itoe$e%ia

Bioposes%a'a$

Tipe&itoe$%ia

Tekno'o(i%a'a$

PROSESBIOREMEDIASI

1 'i$"a) $in*ak "+$i


3/30

I. PENDAHULUAN

Saat ini lahan pertanian semakin sempit, ditambah dengan adanya masalah lain yaitu pencemaranakibat limbah berbahaya yang berasla dari berbagai kegiatan industry. Oleh karena itu penanganan lahan tercemar saat ini merupakan issue hangat dan sangat penting menjadi

perhatian untuk segera direhabilitasi. Salah satu teknologi yang dianggap murah dan ramahlingkungan adalah melalui teknologi bioremediasi. Kajian yang akan dibahas dalam bab inimenyangkut antara lain 1) Jenis,jenis kontaminan yang dapat ditangani dengan teknologi bioremediasi, 2) Konsep dasar dan Proses bioremediasi berlangsung !) "eknologi dan systemyang dapat dilakukan dalam proses bioremediasi. #) $ioproses biodegradasi polutan organic%hidrokarbon minyak bumi) &) Penyisihan logam berat dan ') (itoremediasi.

$ioremediasi merupakan teknik aplikasi berdasarkan prinsip2 proses biologis untuk membersihkan atau mengurangi senyaa*senyaa polutan berbahaya di dalam tanah, air tanahdan perairan. +einisi lain, bioremedoasi adalah -etode untuk mengurangi senyaa polutan berbahaya secara biologis %ookson, 2//'). 0gen biologis yang berperan antara lain bakteri,

aktinomycet, yeast, ungi, 0lgae dan tumbuh2an.Proses bioremediasi memerlukan regulasi dan manipulasi proses untuk meningkatkan eektiitassistem. Optimasi dan pengontrolan terhadap organisme yang berperan dalam transormasikontaminan target memerlukan keahlian dari beberapa disiplin ilmu secara terintegrasi. lmudasar dan ilmu rekayasa engineering terlibat dalam bioremediasi, karena keberhasilan bioremediasi diperlukan pengetahuan tentang mekanisme, kinetika dan interaksi microbial dalam proses transormasi senyaa target dan rekayasa system.

II. JENIS_JENIS KONTAMINAN YANG DAPAT DIBIOREMEDIASI

Senyaa kontaminan adalah adalah senyaa yang keberadaanya tidak diharapkan karenamembahayakan lingkungan dan manusia. Oleh karena itu pada umumnya katagori tanahterkontaminasi adalah tanah yang mengandung senyaa*senyaa berbahaya diatas ambang batas yang ditentukan dan dapat membahayakan lingkungan dan manusia.

"ipe kontamina utama yang dapat diremediasi secara biologis %bioremediasi) 3%Sumber 4.S.5P0/6.7!//1) 3 !! 8 petroleum, 29 8 creosot, 22 8 sol:ent, 7 8 pestisida,&8 lain*lain3seperti logam berat.

"uggas nndi:idu 3


28%

22%

9%

8%

http://en.wikipedia.org/wiki/Fungihttp://en.wikipedia.org/wiki/Fungi


4/30

III. KONSEP DASAR DALAM BIOREMEDIASI

Proses biologi untuk remediasi tanah atau disebut bioremediasi lahan terkontaminasi tergantung pada satu atau lebih dari # proses dasar, seperti dibaah ini yang meliputi 3

1. $iodegradasi2. "ransormasi secara biologi3. 0kumulasi biologis menjadi biomassa.4. -obilisasi dan imobilisasi kontaminan

"able 1. Konsep +asar Proses $ioremediasi %6athanael et al., 2//2)

Proses` Deskripsi

$iodegradasi +ekomposisi suatu senyaa menjadi subunit kimia yang lebih kecilsederhana melalui aktiitas organism, hususnya mikroorganisme seperti bakteri dan jamur.

"ransormasi Kon:ersi suatu kontaminan toksik menjadi berkurang siat toksiknyaataudan menjadi bentuk kurang mobil %mobilitas berkurang), contoh,mikroba yang dapat melepaskan ion sulide dapat mengendapakanmengikat beberapa jenis logam berat

$ioakumulasi 0kumulasi kontaminan di dalam jaringan organisme, yang dapatdiekploitasi menjadi konsentrat kontaminan dalam biomassa

-obilisasi -obilisasai senyaakontaminan dari tanah terkontaminasi menjadi bentuk larutan atau gas, yang selanjutnya dapat dipisahkan dari tanah areaterkontaminasi yang selanjutnaya diproses dihancurkan

Pener!i"n se#"r" $e%i& rin#i '"ri proses(proses 'i"!"s "'"$"& )

Bio'er"'"si ) menggambarkan proses dekomposisi senyaa organic menjadi senyaa kimiayang lebih sederhana atau menjadi sub unit yang lebih kecil melalui oleh akti:itas metabolismmikroorganisme. $iodegrdasi seringkali melibatkan system en;im baik system ekstarseluler en;im , yaitu proses biodegradasi berlangsung di luar dan endoseluler en;im denganmengabsorbsi substrat dan proses biodegrdasi berlangsung di dalam sel.ontoh 3 beberapa jenis bakteri dan ungi menggunakan en;im untuk melepaskan ion radikal bebas atau ion peroksid yangdapat memecah senyaa organic terutama senyaa yang tidak larutdalam air. $iodegradasi umumnya dapat berlangsung dalam kondisis aerob dan anaerob. 0pabiladi dalam suatu system reactor terdapat oksigen terlarut yang cukup, system tersebut berada

dalam kondisi aorobik dan akan mendukung :iabilitas mikroorganisme aerob tetapi akanmenghambat aktiitas mikroorganisme anaerob.


5/30

"5 %@2C!).Secara prinsip mikroorganisme tanah %bakteri, ungi dan actinomycete) sangat berperan dalam proses biodegradasi, dalam perkembangan saat ini para peneliti interes terhadap prospek tanaman dan alage sebagai agen biodegadasi senyaa polutan. $iodegradasi senyaa kontaminan dapat berlangsung melalui ! rute3

1. Kontaminan sebagai substart utama2. -elalaui jalur co*metabolisme!. -elalui penggunaan aseptor electron.

0pa yang dimaksud Substrat utama %primary substarte) D adalah kontamianan yang secaralangsung digunakan oleh mikroorganisme sebagai sumber karbon untuk menghasilkan energyatau sebagai nutrisi utama untuk memacu :iabilitas dan pertumbuhanSedangkan ko*metabolisme adalah senyaa organic yang secara bersamaan terdegradasi akibathasil aktiitas mikroorganisme yang menggunakan substrat lain. ontoh oksidasi metana %gas)yang mendegradasi beberapa jenis pelarut organik alkana yang mengandung klorin. Sejumlahsenyaa organic seperti tetrachloroethane %P5) proses degradasinya tidak menghasilkan energy bagi mikroorganisme.

$eberapa kasus dibaah kondisis anaerob komponen P5 dapat terdegrdasi bukan sebagaisumber karbon atau enerji tetapi digunakan sebagai aseptor electron, yaitu senyaa tersebutdireduksi selama konersi bahan organic lain. Eugus hlorin dissishkan dari molekul sol:entmenjadi ion chlorine selama proses degradasi bahan organic, proses ini mengacu sebagai prsesdehalorespirasi.


6/30

di tanah, akan tetapi kapasitas sorsbsi sangat tergantung pada umur akar %life time of the roots).Kontaminan dimobilisasi akar selama proses degradasi berlangsung. Kontaminan juga dapatdiimobilisasi melalaui proses sorbsi oleh bahan organic tanah. ontoh P0@ akan diabsorbasi olehhumus secara irre:ersible.

Ak,+,$"si kontaminan secara biologis %bioakumulasi) melalui tanaman dan ungi merupakanenomena yang telah diketahui. Penggunaan tanaman sebagai akumulator logam sangat potensialsebagai agen remediator. $eberap tanaman mamapu mengakumulasikan kontamanin logam pada jaringan daun dan pucuk. Kemamapuan ini digunakan sebagai agent biologis untuk penyisihanlogam berat di tanah terkontaminasi. +engan pendekatan yang sama kemamapuan tanamandalam sorbsi dan akumulasi digunakan untuk mengatasi masalah lumpur limbah atau atmosir yang mengandung logam berat tinggi.

4ntuk meningkatkan eisiensi proses bioremediation , ada beberapa rekayasa proses yang dapatdilakukan, antara lain3

1. Bios!i+,$"si) pen"+%"&"n %ios!i+,$"n- melibatkan penambahan nutrisi, oksigen danmengatur kelembaban, penasmbshsn jenis stimulant seperti :itamin, suraktan dll, yang bertujuan untuk menstimulasi aktiitas jasad renik di dalam lahan*tercemar yang bertujaununtuk meningkatkan proses.

2. Bio",+en!"!ion) melibatkan penambahan Gkultur*kulturG spesiik dari organisma*organismayang berperan secara spesiik dan telah teruji kemampuannya.

!. Rek""s" 'esin dan rekayasa bioproses untuk optimasi system.#. Rek""s" ene!ik", untuk meningkatkan kemamapuan agent hayati utama dalam

bioremediasi.

$iostimulation dalam proses bioremediasi pada umumnya juga menyertai, bioaugmentation.$iostimulation sering diterapakan untuk memperoleh kondisis optimum $ioaugmentation telahdiketahui sangat berguna dalam beberapa kasus spesiik, contoh untuk memudahkan penurunankonsentrasi le:el bahan pelarut yang mengandung klorin anaerob seperti pada P5 , di alamumumnya populasi indigenous yang sesuai sangat rendah populasi dan eektiitasnya.

(aktor*aktor penting yang diperlukan untuk mendukung proses diatas adalah mikroorganismeyang eekti , tersedianya sumber enerji dan aseptor electron, kelembaban, p@, nutrisi,temperatur optimum. 4ntuk memperoleh perorma metode bioremediasi maka integrasi danrekayas optimasi serta rekaya design system sangat diperlukan

I/. SISTEM DALAM BIOREMEDIASI

Sistem bioremediasi yang akan digunakan tergantung pada jenis limbah atau kontaminanyang akan diolah. 0da dua system dasar yang sering digunakan, yaitu bioremediasi Solid -Slurry phase dan Liquid phase.

by: Pujawati Suryatmana & Reginawanti Hindersyah, 2011 Page


7/30

I/.0. Sis!e+ %iore+e'i"si Solid - Slurry phase

Proses pengolahan Cimbah Solid dan slurry phase terdiri dari 2 metode utama yaitu L"n'*"r+in - Ko+pos!in '"n S$,rr re"#!ors. +alam metode Komposting dibagai ke dalam beberap system yaitu Hindro system, Static Pile Sistem dan n*:essel Sistem.

1. Land Tretment

0dalah proses bioremediasi yang berlangsung di ;ona tanah bagian atas %upper soil ;ona)atau berlangsung di dalam biotreatment cell % Biocell ). -etode ini dikenal sebagai Candarming. +igunakan secara luas dan telah diaplikasikan pada polutan seperti yang telahdigambarkan pada Eambar 1. 0lat*alat yang digunakan dalam system Cand treatment adalah alat*alat pertanian.Konsep dasar system ini adalah penggunaan inokulum ingenous tanah dan optimasi

kondisi system. Oleh karaena itu +esign land "reatment perlu dilakukan untuk mengoptimasikan kondisis selama proses biodegradasi atau transormasi berlangsung.-etode ini ber:ariasi dari mulai yang sederhana sampai menggunakan teknologi tinggi.

Permasalahn limbah pada permukaan tanah apabila pengolahan dilakukan secaralangsung atau dibiarkan secara alami akan terhadap berisiko terjadinya leaching yangmengalir ke lapisan subsurace, oleh karena itu regulasi dan rekayasa system diperlukanuntuk mencegah eek negati:e lanjut. Kontaminan disebarkan merata pada ketinggiansekitar /,& m diatas permukaan area yang telah disediakan. 0rea kulti:asi harusdilengkapi dengan lapaisan membran atau bahan yang impermeable untuk mencegahleachit mengalir lapaisan subsurace. 4ntuk menampung leachet biasanya dipersiapakansuatu kanal yang akan menampung lecheat . "anah terkontaminasi secara reguler diolahuntuk suplay Oksigen. Sementar kelembaban diatur sesuai kondisi optimum yangdiperlukan dan nutrisi anorganik harus ditambahakan melalaui asiltas irigasi yang telahdisiapkan.untuk meningkatakan aktiitas mikroorganisme pendegradasi indigenous.%Eambar 7.1/) .

Optimasi system dapat dilakuakn melalui pengolahan tanah , optimasi aerasi,kelembaban dan kecukupan nutrisi. 6utrisi yang sangat diperlukan adalah 6 dan P.ontoh untuk proses bioremediasi hidrokarbon


8/30

2. Metode omposting-etode composting menggunakan campuran kompos atau bahan organik sebagaitambahan nutrisi, dan biostimulan untuk mengaktikan mikroorganisme pendegradasi.Komposisi rasio antara kompos dan tanah terkontaminasi biasanya sekitar 1 3 9. +engankelembaban sekitar &/ * '/ 8 kapasitas lapang. Penambahan bulking agent seringkalidiperlukan untuk meningkatkan porositas. -etode composting dapat dibagi ke dalam !design sistem yaitu Hindro system, static pile system dan in*:esel system.

a. !indro"s system."anah terkontaminasi atau sludge dicamapurkan dengan bulkingagent selanjutnya campuran didistribusiak dalam bentuk alur memanjang. dimensimaksimum alur berkisar antara #*& t tinggi tumpukan dan 1/*12 t lebar. #adateknik "indro" merupakan teknik :ariasi sistem dari metode composting. "anahterkontaminasi di tempatkan di atas lapaisan material organic seperti limbah organic

seperti potongan kayu. Kompos sering digunakan untuk meningkatkan aerasi danmemperbaikai struktur tanah. Pembalikan dan pengelolaan perlu dilakukan secara periodic untuk menjaga kecukupan oksigen atau meningkatkan aerasi. %gambar 7.11)

Figure 9.11 !indro" treatment$ %or"ich$ &' (reproduced by permissionof Shanks$ &').

by: Pujawati Suryatmana & Reginawanti Hindersyah, 2011 Page "


9/30

b. Sistem pile static. Static pile system menggunakan aliran udara untuk mempertahanaerasi yang diperlukan selama proses berlangsung. ompost pile dikonstruksi padaketinggian sekiatr 2/ t tumpukan.

"anah terkontaminasi yang telah digali ditempatkan dalam bentuk tumpukan statis di

suatu area tertentu tanpa pembalikan atau pengadukan secara periodic. Oleh karenaitu nutrisi dialirkan melalui system jaringan pipa yang telah dirancang sedemikianrupa untuk menyebarkan nutrisi keseluruh biopile. Kondisi tumpukan %Pile) dikontroldan dioptimasikan langsung melalui aerasi dan suplay air melalui pipa internal yangtelah terpasang %Eambar 7.12

#. Biore+e'i"si +en,n"k"n Biore"#!or 1slurry phase2

$ioreaktor remediasi basanya digunakan untuk tanah terkontaminasi dalam bentuk slurry %tanah terkontamanasi dengan kandungan air diatas '/ 8). Oleh karena itutanah terkontaminasi perlu terlebih dahulu dilakukan pre*treatment antara lain partikel tanah atau kerikil berukuran diatas # mm harus dipisahakan terlebih dahulu,selanjutnaya dilakukan penmabhan air untuk membentuk slurry.


10/30

Figure 9.13 #ilot-scale bioreactor$ the %etherlands (reproduced by permission

of *+, Milieutechniek B..$ !aal"ik).

I/.3. Bioremediasi Liquid- Phase .

$ertujuan untuk mengolah limbah dalam bentuk cair. Proses ini menggunakan jenis reaktor yang umum dipergunakan antara lain3 *ctivated Sludge S$


11/30

4. 3 K,"n!i*ik"si per!,+%,&"n %io+"ss"

$ila sejumlah sel*sel hidup ditambahkan ke dalam suatu larutan nutrien esensial pada suhu dan p@ yang sesuai, maka sel akan tumbuh. Proses*proses pertumbuhan yang menarik perhatian inimempunyai dua maniestasi yang berbeda menurut morologi mikroorganisme yang bersangkutan. 4ntuk organisme bersel tunggal yang tumbuh membelah diri, peningkatan

biomassa akan disertai dengan peningkatan jumlah sel yang ada %Shuler dan Kargi, 2//2).4ntuk mengukur proses pertumbuhan biomassa dapat dilakukan dengan teknik yang umumdipergunakan yaitu3° @emasitometer ° "urbidimetri° Perhitungan koloni %olony ounting )° /luorescent diasetate %(+0)

+engan metode penghitungan langsung tidak dapat membedakan antara sel*sel yang hidupmaupun yang mati. +emikian juga dengan teknik turbidimetri, yang didasarkan atas adanya

reduksi transmisi cahaya yang sejalan dengan meningkatnya bahan tersuspensi. "idak hanya selyang mati yang menyebabkan kekeruhan tetapi juga kotoran*kotoran lain dalam larutan dapatmenimbulkan pengukuran yang salah. Sumber kesalahan lain adalah densitas optik suspensi selmerupakan ungsi linear biomassa hanya untuk nilai*nilai densitas yang rendah. Kesalahan*kesalahan pada teknik turbidimetri diperkecil dengan teknik /luorescent 2iacetate %(+0).+engan teknik ini biomassa direaksikan dengan bahan kimia tertentu dimana en;im yangdimiliki oleh biomassa akan bereaksi menghasilkan arna berlouresensi. Harna inilah yangdibaca dengan teknik turbidimetri. Pengukuran kuantitas biomassa dengan turbidimeter dipergunakan secara luas sebab dapat dikerjakan dengan cepat dan mudah pada pengukuranlangsung selama proses produksi atau online measurement %appuccino dan Sherman, 179I).

4.3.Kine!ik" per!,+%,&"n +ikroor"nis+e '"$"+ Batch Reactor.

Kur:a pertumbuhan di dalam eactor Batch pada inter:al aktu tertentu dianggap sebagaikur:a ideal, yang memberikan gambaran adanya ase lag, ase log, ase stationer, dan asekematian deklinasi.

Caju pertumbuhan maksimum spesiik suatu spesies mikroba direpresentasikan terjadi pada aseeksponensial, dapat digambarkan melalui kinetika -onod %Schul;, 177#) dengan persamaannyasebagai berikut3

S '

S

S

m

+=

µ

µ ..........................................................................................%:*1)

dimana 3 adalah laju pertumbuhan spesiik,

m adalah laju pertumbuhan spesiik maksimum,S adalah konsentrasi substrat,K s adalah nilai tetapan jenuh substrat.



12/30

Persamaan -onod dapat digambarkan seperti pada Eambar &. 12.

G"+%"r 3. 03. H,%,n"n "n!"r" 5 '"n S p"'" pers"+""n Mono'

1Gr"' '"n Li+- 06782

6ilai konstanta laju pertumbuhan spesiik merupakan ungsi dari konsentrasi aal nutrien pembatas pertumbuhan. Semakin tinggi konsentrasi aal substrat tersebut maka semakin besar konstanta laju pertumbuhan spesiik. Selanjutnya akan mencapai konsentrasi substrat tertentu,laju pertumbuhan spesiik mulai mendekati asimtot tertentu yang merupakan nilaimaksimumnya. Setelah laju pertumbuhan spesiik mendekati nilai maksimumnya maka nilainyamenjadi konstan dan tidak tergantung pada konsentrasi substrat %Erady dan Cim, 179/).

0da tiga kondisi sehubungan dengan Eambar &. 12., yaitu31. Konsentrasi substrat S jauh lebih tinggi daripada harga K s.

+alam kondisi ini harga K s dapat diabaikan, sehingga persamaan menjadi3 m % Blackman equation)......................................................%:*2)Kondisi ini menunjukkan baha laju reaksi konstan dan akan sama dengan lajureaksi maksimum.


13/30

!. Konsentrasi substrat S memiliki harga yang sama dengan Ks. maka3

m

m

S S

S µ

µ µ

2

1=+

= .........................................................................%:*')

Salah satu teknik untuk menentukan nilai Ks dan m adalah dengan linearisasi persamaan monod dan diplotkan ke dalam sebuah kur:a. Salah satu transormasidari persamaan -onod adalah persamaan Line"eaver-Burk . $entuk linear persamaan -onod berdasarkan persamaan Line"eaver-Burk adalah3

m

S

m

'

S µ µ µ .

111+= ...................................................................................%:*I)

Plot antara µ

1 terhadap

S

1 yang di perlihatkan pada Eambar &. 1!. memberikan suatu

persamaan garis regresi linier, dimana nilai Ks dapat dicari dari slope atau kemiringan garis yangdibentuk sedangkan nilai m dapat dicari dari intercept nya.Ks menunjukkan ainitas sel terhadap substrat dimana nilai K s merupakan konsentrasi substrat pada saat L m. 0pabila sel mikroba memiliki ainitas tinggi terhadap substrat yangditunjukkan dengan nilai K s yang rendah maka energi akti:asi yang dibutuhkan mikroba untuk tumbuh juga rendah.

G"+%"r 4. 09. Line"ris"si pers"+""n Mono' 'en"n +en,n"k"n Line:e";er(B,rk

p$o! 1S#&,$


14/30

+imana 3 adalah jumlah sel per :olume media, t adalah aktu dan k merupakan proportionality constant atau yang disebut juga sebagai laju pertumbuhan spesiik.Persamaan %:. 9) dapat diintegralkan dalam periode aktu antara t / dan t dimana jumlah selmeningkat dari 3 4 sampai 3 3

∫ ∫ =

t 5

5o

dt k

3

d3

/

...............................................................................%:*7)

menjadi kt 3

3 =

/

ln ...........................................................................%:*1/)

atau 3 3 4 ekt .............................................................................%:*11)

%Schul;, 177#).

Caju penggunaan substrat serta laju pertumbuhan mikroba dapat dipengaruhi oleh adanyasenyaa penghambat atau inhibitors. $agaimana senyaa penghambat ini mempengaruhi lajureaksi dan pertumbuhan mikroba masih membingungkan bagi para ahli. +alam beberapa kasus,inhibitors mempengaruhi kinerja en;im dalam mengurai substrat yang menyebabkan laju penggunaan substrat terhambat. Selain itu ada inhibitors yang mempengaruhi kinerja dan ungsidari sel mikroba, misalnya terganggunya sistem pernaasan %transport elektron pada metabolismeaerobik) yang menyebabkan eek tidak langsung berupa terhambatnya penggunaan substrat.

Pertumbuhan dan pembentukan produk berkaitan dengan penggunaan substrat. +i dalam konsep bioremediasi senyaa polutan melalui cara biodegradasi akan berkaitan dengan kinetika penggunaan substrat. Polutan yang akan didegradasi harus berperan sebagai satu*satunya substrat

yang digunakan mikroba untuk pertumbuhannanya. 0pabila di dalam satu sistem biodegradasisuatu senyaa polutan mengandung senyaa substrat lain yang lebih mudah digunakan sebagaisubstrat, biasanya proses degradasi senyaa polutan target akan terhambat.

Caju biodegradasi dalam sistem curah atau batch dapat direpresentasikan sebagai laju penggunaan substrat persatuan :olume. Secara sederhana laju penggunaan sibstrat berbanding proporsional dengan laju pertumbuhan , sedangkanp pertumbuhan berkorelasi dengan jumlah biomasa yang dihasilkan %MN) %Hang et al. 17I7)

r s 1MNs % 6) 1 . S . ..%:*12) MNs Ks Q S

r s laju penggunaan substrat maksimum spesiik MNs Produksi biomassa perkonsentrasi substrat.

6 laju pertumbuhan maks spesiik > ? biomassa aal



15/30

@"#!ors "**e#!in %iore+e'i"!ion o* pe!ro$e,+ pro',#!sPetroleum biodegradation in soil ecosystems is related to the mo:ement and distribution o the oil insoil en:ironment, and the ability o microbes to degrade the ''ntaminant. /at'rs aeting the rate ' hydr'arb'n bi'degradati'n in s'is

inude: 1 the ty)e and am'unt ' hydr'arb'ns )resent, 2 s'i tem)erature, 3

nutrients, 4 s'i )H, 5 aerati'n, water atiity, ! the ty)e and )')uati'n ' hydr'arb'n degrading mir''rganisms )resent 'r intr'dued int' 'ntaminated

s'i, and " 'ntaminant m'biity. he mani)uati'n and ')timi6ati'n ' these

at'rs is needed t' neutrai6e the eets ' (eibig7s (aw ' the 8inimum

9ragun, 1##". his aw states that the rate ' bi''gia )r'esses 9suh as

gr'wth 'r metab'ism is imited by the at'r )resent at its minimum ee

9ragun, 1##".

; maj'r at'r aeting the rate ' bi'degradati'n is the 'nentrati'n '

hydr'arb'ns in a s'i system. 'we, 1##0. /urther, and

treatment usuay re?uires an e=tensie and area, and ')erating at 'w PH

'nentrati'ns w'ud n't be )ratia. 9@un+im A. >h'+shi, 2003

9.0.7. E**e#! o* %,$kin "en!s

0ddition o bulking agents including seage sludge, compost, or alternati:e carbon sources canacilitate degradation o organic contaminants because they play a 12r'e in su))ementing nutrients, )r'iding a arb'n s'ure, aerating a

'ntaminated s'i, and retaining m'isture 'ntent. Sewage sudge and 'm)'st

may 'ntain an abundane ' nitr'gen and 'rgani matter 9Bam+''ng et a.,

2002, thus ma+ing 'm)'sting ' hydr'arb'n 'ntaminated s'is an eetie

aid in bi'remediati'n. Cn the 'm)'sting ' 'ntaminated s'i, 'rgani

amendments inuding manure, yard wastes, and ''d )r'essing wastes are

'ten added t' su))ement the am'unt ' nutrients and readiy degradabe

'rgani matter in s'i 9Bam+''ng et a., 2002. he rati' ' 'ntaminated s'i t''rgani amendments sh'ud be determined beause an ina))r')riate rati' may

retard 'r inhibit mir'bia atiity 9Bam+''ng et a., 2002. ; 2:1 rati' '

'ntaminated s'i t' 'rgani amendment 9'm)'st and'r sewage sudge was

the ')timum rati' t' inrease the rate ' hydr'arb'n degradati'n in 'ne study

9Bam+''ng et a., 2002. ;dditi'nay, reying ' remediated s'i as a mir'bia



16/30

in'uum and 'rgani amendments 'r eetie 'm)'sting has been

dem'nstrated 9;dm'n et. a. 2001, Hwang et a. 92001.

on!o& so"$

So"$ 0. Sebuah percobaan tentang penggunaan hidrokarbon sebagai satu*satunta substrat %S) oleh petrobacter % #seudomonas sp) pada reaktor curah %batch reactor) diperoleh hasil sebagai berikut

Haktuinkubasi%jam)

$iomassa %)%gl)

@idrikarbon %S)%gl)

& /./& 2#I7 /.1& 2#/1# /.#& 22&19 1.2/ 17&22 2.9/ 1!/2# !.#/ 1//2' !.9/ I&!/ #.1& #/!& #.2/ 2&

+ari data tersebut dapat dilihat hubungan perubahan konsentrasi substrat %R S) dan biomassasebagai ungsi dari aktu.

a. "entukan laju pertumbuhan maN spesiik% 6) b. "entukan hasil biomassa maksimum %MmN)

c. "entukan laju penggunaan substrat

Pene$es"i"n 3

Haktuinkubasi%jam)

$iomasa%) %gl))

@asil hitungCn o

@asilhitung

R

@idrikarbon%S) %gl)

@asil hitungR S

& /./& / / 2#I /7 /.1& 1./77 /.1 2#/ I1# /.#& 2.17I /.# 22& 22

19 1.2/ !.1I9 1.1& 17& &222 2.9/ #./2# 2.I& 1!/ 11I2# !.#/ #.217 !.!& 1// 1#I2' !.9/ #.!!/ !.I& I& 1I2!/ #.1& #.#2/ #.1/ #/ 2/I!& #.2/ #.#!/ #.1& 2& 222



17/30

a. ada dua cara penyelesaian untuk menentukan laju pertumbuhan maksimum spesiik 31. ara 1 Selama ase ekponensial laju pertumbuhan adalah ddt 6. % ddt

meningkat berbanding lurus dengan )

5 10 15 20 25 30 35

-3

-2

-1

0

1

2

B

l n

X / X

0

t

$uat kur:a pertumbuhan Cn antara biomassa terhadap aktu, tentukan *"seeksponesi"$n" %tanda panah), dengan. Persamaan ddt 6 dalam bentuk

persamaan garis menjadi t 3 3 t µ += /lnln , maka laju pertumbuhan

spesdiik adalah 6 ln t = ln o % t2 * t1) Cn 22 = ln& 1I /.2!' jam

2. ara ke 23 Penentuan Caju pertumbuhan maks spesiik adalah produksi biomassa selama ase ekponensial. Caju pertumbuhan eksponensial adalah ddt

dalam bentuk persamaan garis menjadi t 3 3 t µ += /lnln .Penyajian secara logaritmik tsb menghasilkan garis lurus dan oeisien arah kur:aln / terhadap aktu adalah laju pertumbuhan spesiik maks atau 6 /.2!&& jam. Cihat gambar dibaah hasil ekstrapolasi data ase ekponensial

by: Pujawati Suryatmana & Reginawanti Hindersyah, 2011 Page 1!


18/30

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

0

1

2

3

4

Y = 0.23547 X - 1.10273

Y = X + a

B

Data1B

L n

X / X

0

t

b.@asil biomassa maks adalah peningkatan biomassa ungsi dari penggunaan subtrat

MNs % = /) %S/ = S) atau MNs * R RS

MNs * R RS * %#.2/ * /./&) %2& *2#I)T

U #.1& 222V /./19I g biomassa g Substrat)

0rtinya dengan menggunakan substrat 1 gram hidrokarbon akan menghasilkan biomassasebanyak /./19I g dalam aktu !/ jam.

b. Caju penggunaan substrat adalah

r s 1MNs % 6) %1 /. /19I)N %/.2!& N /./&) /.'29 g hidrokarbon liter jam

on!o& So"$ 3. +ari percobaan biodegradasi hidrokarbon %@) aliatik oleh #etrobacter dalamreactor batch . @asil analsis menunjukkan karakteristik pertumbuhan seperti pada tabel

Konsentrasisubstrat%gl)

Caju pertumbuhanspesiik %jam*1)

1 /./&2 /.1&

! /.#&& 1.!&

I.& 1.!11/ 1.!/

"entukan 3a. Caju pertumbuhan maksimum % 6m) petrobacter

by: Pujawati Suryatmana & Reginawanti Hindersyah, 2011 Page 1"


19/30

b. konstanta kejenuhan substrat %Ks). 0pa artinya.D

Pene$es"i"n )

Salah satu teknik untuk menentukan nilai Ks dan m adalah dengan linearisasi persamaan monod

m

m

S S

S

µ

µ

µ 21

=+= dan diplotkan ke dalam sebuah kur:a. Salah satu transormasi dari persamaan-onod adalah persamaan Line"eaver-Burk . $entuk linear persamaan -onod berdasarkan persamaan Line"eaver-Burk adalah3

m

S

m

'

S µ µ µ .

111+=

Plotkan antara µ

1 terhadap

S

1, %lihat gambar) maka akan memberikan suatu persamaan garis

regresi linier, dimana nilai Ks dapat dicari dari slope atau kemiringan garis yang dibentuk,sedangkan nilai m dapat dicari dari intercept nya.

-aka tentukan µ

1 dan

S

1

KonsentrasiSubstrat

%gl)

%jam*1) µ

1

S

1

1 /./& 2/ 12 /.1& '.'I /.&! /.#& 2.22 /.!!& 1.!& /.I# /.2/I.& 1.!1 /.I' /.1!1/ 1.!/ /.II /.1/

by: Pujawati Suryatmana & Reginawanti Hindersyah, 2011 Page 1#

1

S

1

$

s$

m

1$m

-

1s


20/30

0 5 10 15 20

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1/ µ

Y = 0.04374 X + 0.14951

= 1/ µm

+ Ks

/µm

B

Data1B

1

/

µ

1/S

Cinearisasi Line"eaver-Burk dari +ata

+ari hasil linierisasi didapat nilai 1 6m /./#!I# dan nilai Ks 6m /.1#7&1.-aka nilai 6m 1 /./#!I# 22.9' g biomassa 1 kg hidrokarbon jam atau 22.9' jam.

Sedangkan nilai Ks %/.1#7&1) N 6m %/.1#7&1) N %22.9') !.#1I9 gl .Ks menunjukkan ainitas sel terhadap substrat dimana nilai K s merupakan konsentrasi substrat pada saat L m. Jadi artinya pada saat kondisi konsentrasi substrat %hidrokarbon) sebesar !.#1I9 gl baru dicapai L laju maksimum pertumbuhan Petrobacter. Pertumbuhan petrobacter pada kondisi dibaah Ks akan terhambat. +engan demikian karakteristik Petrobacte tersebutmampu memanaatkan hidrokarbon diatas !.#1I9 gl.



21/30

/I. @ITOREMEDIASI

0gen hayati yang dapat digunakan dalam $ioremediasi selain mikroorganisme adalah tanaman.-etode ini termasuk ke dalam teknik (itoremediasi .

"anaman dapat digunakan sebagai agen bioremediasi melalui proses mekanisme antara lain 3

1. -obilisasi kontaminan3 dengab cara memproduksi senyaa organik sebagai ligan untuk logam berat. -erubah p@, potensial redoks.

2. 0dsorbsi dan atau translokasi kontaminan , contoh akumulasi logam berat .!. -eningkatkan memelihara kondisi lingkungan mikroba pendegradasi, seperti mensuplay

nutrisi, kelembaban.#. -endorong aktiitas degradsi kontaminan sisekitar permukaan akar

$erdasarkan mekanisme proses diatas maka (itoremediasi dikelompokan menjadi %Pi:et;,2//1) 3

1. -elalaui proses Der"'"si 3 bertujuan untuk mendestruksi atau meubah kontamianorganic. Prosess +egradasi kontaminan terutaman senyaa organik akibat aktiitastanaman yang dapat berlangsung di dalam jaringan tanaman melalui prosesmetaboliknya atau di luar jaringan tanaman melalui aktiitas en;imatik dan senyaaekskret tanaman. Oleh karena itu dibagi 2 mekanisme 33 0). 'ntaminants by Phy't'degradati'n

9htt):www.une).'r.j)iet

2. -elalui proses Ak,+,$"si 3 digunakan untuk proses penyisisihan kontaminana organicatau logam berat

0). (itoekstraksi 3 proses penyisihan kontaminan dengan mengakumulusikankontaminan . Pemanaatan tanaman untuk menyerap kontaminan terutama jenisCogam, yang akan diserap oleh akar dan diakumulasikan di dalam biomassatanaman



22/30

4ptake o -etals %6ickel) by PhytoeNtraction %http3.unep.or.jpietc)

2.$).


23/30

/II. PROSES BIOREMEDIASI LIMBAH MINYAK BUMI

.0. Mek"nis+e %io'er"'"si sen":" &i'rok"r%on

Sejumlah besar genus bakteri dan jamur memiliki kemampuan dalam mendegradasi polutanorganic yang melibatkan rangkaian proses em;imatik. Proses en;imatik dalam biodegradasiadalah oksidasi yang dikatalis oleh en;im oksigenase dan en;im peroksidase. 5n;im oksigenase berperan dalam proses substitusi molekul oksigen ke dalam substrat. Oksigen ini dibutuhkanoleh mikroorganisme pada dua tempat metabolisme yaitu pada saat inisiasi aal penyerangansubstrat dan di saat akhir proses respirasi %(ritsche dan @orichter, 2///) %Eambar . 1).

Proses biodegradasi atau reduksi senyaa kimia komplek dengan katalisator biologis didasarkanatas dua proses yaitu pertumbuhan dan ko*metabolisme. Polutan organik dipergunakan sebagaisumber karbon dan energi untuk pertumbuhan. "ujuan akhir dari proses ini adalah mineralisasi

dari polutan organik. Sedangkan ko*metabolisme diartikan sebagai perombakan polutan organik dengan hadirnya substrat pertumbuhan kedua yang dijadikan sebagai sumber karbon dan energiutama.

G"+%"r . 0. Proses ,+,+ '"$"+ %io'er"'"si sen":" &i'rok"r%o 1@ri!s#&e '"n

Ho*ri#&!er- 38882



24/30

.0. ". Bio'er"'"si &i'rok"r%on A$i*"!ik

Proses degradasi alkana menurut Schindler dan $uhler %179#), terjadi setelah mikroorganismemelakukan pengambilan senyaa tersebut. 0da tiga cara utama pengambilan alkana oleh selmikroorganisme yaitu3

1. Kontak langsung melalui pelekatan sel*sel pada tetes*tetes minyak yang besar. @al initerjadi ketika mikroorganisme mengekskresikan bahan*bahan pengemulsi. $ahan pengemulsi tersebut dapat menurunkan tegangan interface dan meningkatkan luasdaerah interface sehingga transport hidrokarbon dan pertumbuhan sel menjadi lebih baik %6oordman, 1777). #seudomonas dapat hidup dalam media yang mengandungsubstrat heNadecane.

2. Kontak langsung melalui droplet-droplet minyak yang sangat kecil pada permukaan sel.-ikroorganisme yang memiliki ainitas rendah terhadap hidrokarbon lebih eekti mendegradasi bentuk submikron daripada bentuk droplet . Caju pertumbuhan spesiik maksimum dari mikroorganisme dapat diperoleh apabila hidrokarbon dalam mediakultur berbentuk submikron.

-ekanisme pembentukan emulsi dan pengambilan hidrokarbon oleh mikroorganismeditunjukkan dalam Eambar . 2.

G"+%"r . 3. Pen"r,& R&"+no$ipi' '"$"+ uptake &i'rok"r%on o$e& Pseudomonas spp

1@ri!s#&e '"n Ho*ri#&!er- 38882.

!. Pengambilan hidrokarbon yang terlarut di dalam asa cair. Kelarutan n*alkana dalamair menurun sesuai peningkatan berat molekulnya. Senyaa alkana yang memiliki jumlah atom karbon kurang dari 1/ lebih bersiat toksik karena tingkat kelarutannyayang tinggi sehingga dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme dengan merusak membran lipida pada sel bakteri %5eis dkk., 1779). Oleh karena itu diperlukan petrobacter yang adapti terhadap kondisi toksik



25/30

ontoh 3 hasil penelitian yang menunjukkan kemampuan konsorsium petrobacter hasil seleksiyang mampu mendegrdasi limbah minyak bumi. -inyak bumi umumnya mengandung jenidhidrokarbin diatas #/ jenis, oleh karena itu diperlukan konsordim yang dapat mendegradasikeragaman jenis hidrokarbon dan adapati terhadap cekaman lingkungan yang toksik

Eambar I.!. Komponen limbah minyak bumi sebelum terdegradasi mengandung #I komponen jenis hidrokarbon

1.Eambar I.#. Komponen limbah minyak bumi seteelah terdegradas oleh konsorsium petrobacter.Komponen hidrokarbon secara kualitati dan kuantitati menurun secara digniikan.%Suryatmana ,2//').



26/30

/III. PROSES BIOREMEDIASI LOGAM BERAT

Secara alami, tanah mengandung berbagai macam C$ yang berasal dari mineral tanah.Peleburan logam, pembakaran bahan bakar osil, industri elektroteknik, dan industri kimiaseperti produksi batere, pigmen, cat, pulp serta polimer %0lloay, 177&c) serta aplikasi pupuk

%hien et al ., 177&) dapat meningkatkan konsentrasi logam tanah. $eberapa unsur hara mikro berupa logam maupun C$ bersiat esensial untuk beberapa proses biokimia adalah besi, seng,tembaga, kobalt, mangan, dan kromium. Cogam berat yang ditemukan sebagai polutan tanahadalah antimoni, arsenik, kadmium, tembaga, kromium, kobalt, emas, timah, mangan, merkuri,molibdenum, nikel, selenium, perak, talium, uranium, :anadium, dan seng %0lloay, 177&a).

C$ di dalam tanah tidak didegradasi baik secara kimia maupun biologis, sehingga C$ tidak dapat dihilangkan. Keberadaan logam dapat berubah secara re:ersibel dari tidak larut menjadilarut, bergantung pada bilangan oksidasi atau :alensinya. Potensi logam ataupun logam beratuntuk meracuni tanaman terjadi pada tanah yang mengandung sedikit bahan organik, memilikikapasitas tukar kation rendah dan kejenuhan basa rendah, serta memiliki reaksi tanah di baah #yaitu p@ di mana kebanyakan logam menjadi tersedia untuk tanaman %Juarkar et al ., 1772).

BIOREMEDIASI OLEH MIKROBA

7.0.Per,%"&"n Ke$"r,!"n Lo"+ O$e& B"k!eri

ontoh klasik bakteri yang mengubah kelarutan logam adalah bakteri pereduksi sulatThiobacillus yang dalam satu reaksi redoks mengoksidasi sulat dan mereduksi Wn, Pb, dan (emenjadi bentuk sulida yang tidak larut pada p@ sangat rendah %Fisca et al ., 1797). -elalui proses yang sama, bakteri 2esulfotomaculum orientis $$ 12/# menurunkan konsentrasi Pb,d, dan r tanah karena C$ diendapkan sehingga menurunkan ketersediaan C$ %"abel 1).

Perubahan kelarutan C$ oleh beberapa bakteri terdapat di "abel 2.

"abel 1. Kandungan C$ tersedia tanah dengan ekstrak amonium asetat setelah aplikasi 2.7rientis $$ 12/#

Cogam $eratCogam $erat tersedia %mg kg*1)

"anpa bakteri +engan 2. 7rientis $$ 12/#Pb /,&1 /,!!d /,!/ /,2'r /,1& /,//

Sumber3 0dji, 2//'

"abel 2. Perubahan kelarutan C$ oleh bakteri tanahC$ -ekanisme perubahan kelarutan $akteri Pustaka-n -nQ2 %larut) menjadi -nQ# dalam

bentuk -nO2 %tidak larut) 'lebsiella$ #seudomonas$

Bacillus, orynebacterium0leNander, 17II

4 4Q# %larut) direduksi menjadi 4O%tidak larut)

Thiobacillus King et al ., 1779

d d2Q direduksi menjadi dPO# %tidaklarut)

#seudomonas pelarutosat

(itriatin X@indersah, 2//7



27/30

7.3.Biosorpsi LB o$e& %io+"ss" +ikro%"

$iosorpsi adalah penghilangan komponen C$ dari larutan melalui material biologis.$iomassa hidup atau mati maupun produk sel seperti polisakarida dapat digunakan untuk

menghilangkan C$. 6amun proses ini lebih cocok digunakan di perairan. 4ntuk pertanian, proses ini dapat diterapkan di saluran*saluran irigasi atau pesaahan. -ekanisme utama biosorpsi oleh C$ adalah reaksi elektrostatik antara muatan negati di dinding sel mikroba ataumuatan negati produk sel mikroba dengan muatan positi C$. $eberapa mikroba yang dapatmengadsorpsi C$ terdapat di "abel 2.

"abel 2. $iosorpsi C$ oleh mikroba

Sistem mikroba Cogam $erat Kapasitas biosorpsihlorella pyrenoidosa %lioilisasi biomassa) opper 1.&/ 8 %berat kering)

hlorella vulgaris %sistem imobilisasi) admium /./! 8 %berat kering) #seudomonas stut0eri %sel hidup) hromate #seudomonasn fluorescens %sel hidup) d, 6i, u, Wn 'lebsiella penumoniae %sel mati) u, Pb, Wn *0otobacter sp. CK-1 %5ksopoilisakarida) Y admium /,2 8 %berat kering) *spergillus niger %sel hidup) Wn 1!,I mg g*1

*spergillus ory0ae %sel hidup) d &,/ mg g*1

#hanerochaete chrysosporium %sel hidup) Pb 9!,& mg g*1

Saccharomyces cerevisiae %sel hidup) r '/ mg g*1

#enicillium spp %I2 atau 1/&o, 1& menit) Pb meningkat *spergillus niger %1 - 6aO@, 12//, ' jam) Wn meningkat

Sumber3 Hase and (orster, 2//! Y@indersah %2//9)

7.9.J"+,r Ber*i$"+en '"$"+ Biore+e'i"si

+i tanah masam, mobilitas dan ketersediaan logam toksik akan meningkat. Jamur berilamen yang dominan di tanah masam berperan penting dalam pengendalian mobilitas dantoksisitas logam. $eberapa mekanisme yang dikembangkan jamur dalam proses transormasilogam dari bentuk larut menjadi tidak larut atau sebaliknya adalah3

1. PelarutanPelarutan yang menurunan ketersediaan C$ terjadi terutama melalui asam organik. +alam

bioremediasi pelarutan menyebabkan logam tercuci ke proil tanah bagian baah. Jamur berilamen dan ragi yang memobilisasi logam adalah antara lain anggota genus *lternaria$ Botrytis$ #enicillium$ andida$ ephalosporium$ haetomium$ ladosporium$ /usarium$

Monilia$ Saccharomyces$ Mucor$ #a5illus$ #homa$ hi0octonia$ hi0opus$ Sclerotium$ danTrichoderma %$randl, 2//1).

Pelarutan logam di komunitas jamur tanah alami dapat terjadi komponen o !%PO#)2, WnOatau Wn!%PO#) %Eadd, 2//1). Jamur tanah *spergillus niger melarutkan piromorit %Pb&%PO#)!l

by: Pujawati Suryatmana & Reginawanti Hindersyah, 2011 Page 2!


28/30

sehingga tanaman yang ditanam di atas tanah yang mengandung mineral tersebut menggunakanosat mengakumulasi Pb dari batuan itu %Eadd., 2//1).

2. mobilisasimobilisasi logam oleh jamur, termasuk mikori;a, adalah suatu proses biosorpsi logam atau

akumulasi melalui ikatan kimia danatau isik logam ke gugus ungsi dinding sel %"obin, 2//1)

atau intrasel %Eadd, 2//1) . katan ini tidak berubah selama sel hidup, tetapi akan didenaturasisaat sel mati %"obin, 2//1). mobilisasi oleh ungi mikori;a berhubungan erat denganitoremediasi karena akumulasi logam berat di tanaman dapat merupakan akibat dari keberadaanmikori;a. mobilisasi ini mengurangi ketersediaan logam dan mencegah translokasi logam ketanaman %-eharg, 2//1).!. "ransormasi

Sejumlah spesies jamur baik yang uniseluler maupun berilamen dapat mentransormasilogam, metalloid dan organometal melalui reduksi, metilasi dan dealkilasi %$randl, 2//1).


29/30

DA&TAR P-STAKA

;e, dan Pa'' B. 91##5. Methode in Applied Soil Microbiology and Biochemistry . Har'urt @rae & >'m)any,Pubishers. ;ademi Press. ('nd'nSandieg' Bew E'r+ @'st'n

Sydney '+y' 'r'nt'.

>a))uin', F.A., dan Sherman, B. 91#"!: Microbiology: a Laboratory Manual.

R'+and >'mmunity >'ege, State Gniersity ' Bew E'r+. he

@enjamin>ummings Pubishing >m)any in. GS;

>heremisin', P.B., dan 8'ressi ;.>., 91#"0: Environmental Assesment & Impact

Statement Handbook ;nn Harb'r Siene. 8ihigan. Gnited State '

;meria.

>''+s'n Fr. F.. 91##5: Bioremediation engineering: !esign and Application.

8Araw-Hi, Cn. GS;.


30/30

Shuer, 8.(., dan argi. /. 92002: Bioprocess Engineering. Basic /oncepts, 2nd

.urre @.R., Fames F.., >.. (eah.,

dan Patm're. R.;. 91##2: Bioreactor !esign and "roduct 0ield.

@utterw'rth-Heinemann. ('nd'n

Rev Modul Bioremediasi

Documents

Transcript of Rev Modul Bioremediasi