APLlKASI KONSORSIUM MIKROBA UNTUK MEREMEDIASITANAH TERKONTAMINASI TIMBAL DARI LIMBAH

PROSES DEINKING INDUSTRI KERTAS

Krisna Septiningrum a, Henggar Hardiani a

a Balai Besar Pulp dan Kertas, BandungJ1. Raya Dayeuhkolot No. 132 Bandung 40258

Telp 022-5202980, Fax. 022-5202871* e-mail: krisnabio@yahoo.co.id

Diterima : 02 Maret 2011, Revisi Akhir: 21 November 2011

ABSTRACT

APPLICATION OF MICROBE CONSORTIUM FOR REMEDIATION OF LEADCONTAMINATED SOIL FROM DEINKING PROCESS IN PAPER INDUSTRY

Lead contaminated soil bioremediation using microbial consortium has been conducted onlaboratorioum scale. Four types of lead accumulating bacteria, PG 65-06 (A): PG 97-02 (E): MR1.12-05 (C) and Al (D) with a ratio of I:I:!:! is used as microbial consortium. The study wasconducted in 60 days with microbial inoculum variation of 5%, 10%, 15% (v/w) and the addition of5% microbial inoculum with rice straw as bulking agents. Observations were conducted every 10days which concentration of Pb, microbial activity, physico-chemical properties of soil before andafter bioremediation as parameters. The addition of microbial consortium was proficient to remediatelead contaminated soil with a higher rate than the addition of 5% microbial inoculum with rice straw,which characterized by decreasing concentrations of soluble-exchangeable lead into residuals lead.The optimal condition occured in 40 days of incubation for addition of microbial inoculum 10% (v/w),and 50 days incubations for addition of 5% microbial inoculum with rice straw. The additions of ricestraw enhanced indigenous microbial activity indicated by increasing quantity of soil microbes and CO2production compared to addition of microbial inoculum. Characteristics of contaminated soil that hasbeen remediated by microbes' consortium improved because the content of the soil macronutrients andmicro nutrients in remediated soil was better than previous.

Key words: bioremediation, lead, microbes consortium, deinking

ABSTRAK

Bioremediasi tanah yang terkontaminasi timbal (Pb) menggunakan konsorsium mikroba telahdilakukan pada skala laboratorium. Empat jenis bakteri pengakumulasi Pb, PG 65-06 (A): PG 97-02-.....(B): MR l.12-05 (C) dan Al (D) dengan perbandingan 1:1:1:1 digunakan sebagai konsorsium mikroba.Penelitian dilakukan selama 60 hari dengan variasi penambahan inokulum mikroba 5%,10%,15% (v/w)dan penambahan inokulum 5%+ jerami padi sebagai bulking agents. Pengamatan dilakukan setiap 10 harisekali dengan parameter konsentrasi logam Pb, aktivitas mikroba tanah, serta analisis sifat fisika-kimiatanah pada awal dan akhir proses bioremediasi. Penambahan konsorsium mikroba dapat mempercepatproses remediasi logam Pb pada tanah terkontaminasi dibandingkan dengan konsorsium mikroba5%+jerami, yang ditandai dengan menurunnya konsentrasi logam Pb dari fase tertukarkan menjadi faseresidual. Perubahan fase tersebut optimal pada waktu inkubasi 40 hari pada penambahan inokulum10% (v/w) dan pada waktu inkubasi 50 hari pada penambahan mikroba 5%+jerami. Penambahanjeramimeningkatkan aktivitas mikroba indigenous yang ditunjukkan dengan meningkatnya jumlah mikrobatanah dan produksi CO2 yang dihasilkan dibandingkan penambahan inokulum mikroba. Karakteristiktanah terkontaminasi yang telah diremediasi oleh konsorsium mikroba menjadi lebih baik karenakandungan unsur hara tanah baik makro maupun mikro meningkat dibandingkan sebelum diremediasi.

Kata kunci : bioremediasi, Pb, konsorsium mikroba, de inking

89

PENDAHULUANLimbah sludge IPAL dari proses deinking

mengandung logam berat yang berasal daritinta yang larut dalam air limbah (Gottschinget al., 2000) sehingga diklasifikasikan sebagailimbah B3 dari sumber yang spesifik (PeraturanPemerintah No. 1811999 dan 8511999 tentangPengelolaan Bahan Berbahaya dan Beracun (B3)).PerMen-LH No. 33 Tahun 2009 menyatakansemua industri diwajibkan untuk melakukanpemulihan lahan terkontaminasi limbah B3apabila membuang limbahnya secara timbunanterbuka. Salah satu logam berat dari prosesdeinking yang dapat mengkontaminasi tanahadalah timbal (Pb). Hardiani (2008) menyatakantanah terkontaminasi limbah tersebutmengandungPb sejumlah 22 mg/kg, kandungan Pb dalamtanah ini cukup tinggi jika dibandingkan denganpersyaratan logam Pb dalam tanah yaitu 20 mg/kg(Alloway, 1995). Oleh karena itu perlu dilakukanpemulihan (remediasi) tanah terkontaminasipada lokasi bekas timbunan tersebut agar lahanyang tercemar dapat digunakan kembali untukberbagai kegiatan secara aman.Pb merupakan logam yang tidak terlalu mobil

pada tanah dan biasanya tertahan beberapasentimeter di permukaan tanah (Wasay et al,2002), namun Pb dapat bermigrasi secara vertikalpada jenis tanah dan pH tertentu sehinggaberdampak pada sumber air tanah (Wasay et al.,2002). Kemampuan tanah dalam meng-adsorbPb meningkat tergantung dari beberapa faktoryaitu derajat keasaman (PH) tanah, KapasitasTukar Kation (KTK), kandungan organik tanah,potensial redoks dan kandungan fosfat dalamtanah. Adsorbsi Pb sangat tinggi pada tanah yangbertekstur liat. Logam ini dapat di7absorb dalam.jbentuk mangan oksida atau ferioksida sebelumdimobilisasi. Senyawa Pb bersifat larut dan tidakterlalu larut dalam air, selain itu kelarutan logamPb juga dipengaruhi oleh pH. Pb mudah larut padapH rendah dan pH tinggi (Wasay et al, 2002).Proses remediasi logam Pb saat ini dilakukan

secara fisika-kimia dengan menggunakan metodeenkapsulasi atau vitrivikasi yang membutuhkanbiaya tinggi. Prinsip dasar dari remediasilogam Pb adalah membuat logam tersebutimmobil sehingga kemampuan tertukarkanlogam Pb menurun (Yoon, 2005). Bioremediasimerupakan salah satu metode yang menjanjikandan lebih ekonomis untuk membersihkan tanahatau air yang telah terkontaminasi logam berat

Aplikasi Konsorsium Mikrobauntuk Meremediasi Tanah ... : Krisna Septiningrum, dkk.

dibandingkan dengan metode lainnya (Chatterjeeet al., 2008).Proses bioremediasi ini dapat dilakukan

dengan menggunakan konsorsium mikrobaatau mikrofiora seperti bakteri, jamur dan ragi.Mikroba tanah tersebut berpengaruh secaralangsung terhadap mobilitas logam dalamtanah yaitu dengan cara meningkatkan ataumenurunkan mobilitas logam dalam tanah.Beberapa mekanisme yang dapat digunakanadalah biosorpsi, bioakumulasi, detoksifikasi,produksi asam atau agen pengkhelat sepertisiderofor, transformasi redoks, pembentukanpeptida dan protein yang berikatan dengan logam,presipitasi organik dan anorganik, transpor aktif,dan intracellular compartmentalization (Gadd,2010). Beberapa faktor yang berpengaruhterhdap proses bioremediasi tersebut adalahyaitu aktivitas mikroba, nutrisi (N dan P), pH,sumber energi (donor elektron), tekstur tanah,suhu, senyawa organik, kelembaban air, inhibitoratau metabolit dan mineral tanah (Mamik, 2004;Chatterjee, et al., 2008).Konsorsium mikroba adalah sekumpulan

mikroba yang bekerja sama dalam suatukelompoksehingga mempunyai kemampuan lebih untukmendegradasi suatu senyawa organik. Mikrobadalam konsorsium mempunyai peluang yangbesar untuk memperoleh energi dan bertahanhidup, karena dapat saling memanfaatkankoenzim atau ekosoenzim yang diekskresikanoleh mikroba lainnya, selain itu mikroba lainnyadapat menguraikan substrat yang telah didegradasisebelumnya oleh suatu mikroba. Notodarmojo(2005) menuturkan beberapa keuntunganmenggunakan konsorsium mikroba adalah (1)dapat melakukan degradasi secara berurutan, (2)konsorsium dapat menghasilkan enzim atau zatyang dibutuhkan, (3) dapat meningkatkan lajudegradasi substrat secara keseluruhan, (4) dapatmempermudah oksidasi, karena dapat mencarijalur secara termodinamik paling mudah.Beberapa mikroba seperti Pseudomonas

marginalis, Bacillus megaterium,Plectonema boryanum, Saccharomycescerevtsiae, Bradyrhizobium joponicum,Desulfosporosinus orientis dan Pseudomonasstutzeri diketahui mampu meremediasi Pbpada tanah terkontaminasi (Margareth danMangkoedihardjo, 2010). Suhendrayatna (2001)menyatakan Chlorella vulgaris (alga); Eckloniaradiata (alga); Phellinus badius (fungi); Pin usradiata (fungi); Saccharomyces cerevisie dapat

90

Turnal Selulosa. Vo!. I. No. 2. Desel11ber 2011 : 89 - 101

mereduksi logam Pb berturut-turut sebesar 83;100; 50; 21 dan 34% dengan metode passiveactive. Faktor paling berperan dalam proses iniadalah protein dan polisakarida akan membentukikatan kovalen dengan gugus amino dan guguskarbonil. Mikroba lainnya yaitu Phanerochaetachrysosporium diketahui dapat mereduksiPb aktif pada tanah terkontaminasi denganpenambahan jerami sebagai bulking agents padaskala bioreaktor (Huang et al. 2005). Mikrobatersebut menstabilkan logam Pb dengan caramengubah logam Pb aktif menjadi inaktif setelahdiremediasi selama 60 hari, sehingga Pb beradadalam fase tidak tersedia dalam tanah untuktanaman, akibatnya jumlah Pb yang diakumulasioleh tanaman dapat tereduksi. Penelitian lain yangdilakukan oleh Margareth dan Mangkoedihardjo(2010) menunjukkan kompos yang ditambahkanBacillus substilis dengan perbandingan 1:1 dapatmereduksi Pb pada tanah dengan konsentrasi25mg/kg dalam waktu 2-3 minggu.Emy et al. (2003) menyatakan empat jenis

mikroba dari genus Bacillus yaitu PG 65-06, PG97-02, MR 1.12-05 dan A 1 diketahui mampumengakumulasi logam Pb dalam tubuhnya.Keempat mikroba ini tumbuh subur pada mediayang mengandung Pb dengan konsentrasi 662,4ppm. Untuk mengetahui kemampuan mikrobatersebut dalam meremediasi tanah terkontaminasilimbah deinking, maka perIu dilakukan penelitianmengenai bioremediasi tanah terkontaminasiPb dengan menggunakan konsorsium mikrobayang terdiri dari empat jenis mikroba tersebut.Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan sebagaialtematif pengembangan teknologi pengolahanlimbah ramah lingkungan dan dapat digunakansebagai metode pemulihan tanah terkontaminasilogam berat Pb. Kemampuan mikroba tersebutdapat dijadikan sebagai informasi 'bagi industripulp dan kertas untuk memecahkan permasalahpemulihan pembuangan sludge yang mengandunglogam berat.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan pada penelitian iniadalah tanah terkontaminasi yang berasal darilahan pembuangan sludge yang telah tertimbunselama 3-5 tahun. Tanah timbunan ini diambil dari

91

pabrik kertas proses deinking pada KecamatanGresik-Jawa Timur. Contoh tanah diambil secaraacak dengan cara memetak 2 x 2m pada kedalamansekitar 1 m. Contoh tanah tersebut kemudiandicampurkan, dikeringkan secara alami, diserbuklalu disaring menggunakan saringan nylon denganmesh 2 mm. Tanah terse but lalu diinkubasiselama 1 minggu agar tanah yang digunakanrelatif homogen (Mamik, 2004). Mikroba yangdigunakan dalam penelitian adalah campurandari beberapa jenis bakteri pengakumulasi logamPb yaitu PG 65-06 (A): PG 97-02 (B); MR 1.12-05 (C) dan A I (D) dengan perbandingan 1:1:1:1.Kultur tersebut diperoleh dari Balai BesarLitbang Bioteknologi dan Sumberdaya GenetikaPertanian, Bogor. Medium yang digunakan untukmenumbuhkan mikroba adalah pepton glukosaekstrak (PGE) cair. Komposisi medium PGE perL adalah pepton 4 g; glukosa 2 g; ekstrak ragi 1g; dan bakto agar 15 g (sebagai pemadat). pHmedium diatur menjadi 7 dengan menggunakanNaOH 5 M. Selain itu juga digunakan jerami padisebagai bulking agents.Peralatan utama yang digunakan dalam

penelitian ini adalah reaktor bioremediasi, yangterdiri dari rangkaian reaktor skala laboratoriumdengan ukuran tinggi 30 cm x diameter 10 cm,CO2 removal trap, dan plastik penangkap CO2(Gambar 1). Selain itu juga digunakan HoribaGas Analyzer untuk pengukur gas CO2, autoclave,laminar air flow, shaker, sentrifuse, peralatangelas untuk menyiapkan inokulum mikroba danmenguji parameter-parameter yang diukur padapenelitian ini, serta AAS untuk mengukur kadarPb pada tanah terkontaminasi dan tanah yangtelah diremediasi.

Gambar 1. Rangkaian Reaktor SkalaLaboratorium untuk Percobaan Bioremediasi

Metode

Penelitian dilakukan secara ex-situ pada skalalaboratorium, tahapan percobaan dapat dilihatpada Gambar 2. Tahapan percobaan tersebutmeliputi karakterisasi tanah terkontaminasilimbah proses deinking, pembuatan inokulummikroba, percobaan bioremediasi dan pengujian.1. Karakterisasi tanah terkontaminasi limbahproses deinking meliputi analisis logam Pbpada tanah terkontaminasi dan analisis sifatfisika-kimia tanah. Parameter logam yangdiuji adalah Pb. Metoda analisa mengacu padaStandard Methods for The Examination ofWater and Wastewater, APHA, 21st Edition,2005 diukur dengan menggunakan Direct AirAcetylene Flame Methods, AAS. Sedangkananalisis fisika-kimia tanah meliputi tekstur, pH,C, N, CIN rasio, kandungan fosfat sebagai Pps(Olsen), K, KTK, Kejenuhan Basa (KB) danunsur hara. Analisis dilakukan di LaboratoriumPenguji, Badan Penelitian dan PengembanganPertanian Hortikultura, Lembang.

2. Pembuatan inokulum mikroba dilakukansesuai dengan metode pada penelitian yangdilakukan oleh Hardiani (2011)

Aplikasi Konsorsium Mikrobauntuk Mel'emediasi Tanah ... : Krisna Septiningrum, dkk.

3. Percobaan bioremediasi. Desain eksperimenyang digunakan adalah dengan rancangandasar acak faktorial dengan jumlahpengulangan 3 kali. Perlakuan pertamaadalah penambahan jerami padi sebagaibulking agents, sedangkan perlakuan keduaadalah tanpa penambahan jerami. Perlakuanpertama terdiri dari dua faktor yaitu:a. Faktor pertama adalah waktu inkubasidengan 6 tarafyaitu 10,2030,40,50 dan60 hari.

b. Faktor kedua adalah jumlah inokulumdengan 3 taraf yaitu kontrol (-) yaitutanah terkontaminasi tanpa inokulumdan jerami, kontrol jerami dan inokulum5%+jerami (l :6, v/v)

Perlakuan kedua terdiri dari dua faktor yaitu:a. Faktor pertama adalah waktu inkubasidengan 6 tarafyaitu 10,2030,40,50 dan60 hari.

b. Faktor kedua adalah jumlah inokulumdengan 4 tarafyaitu kontrol (-), inokulum5%, 10% dan 15% (v/w)

4. Parameter uji yang diamati selamapercobaan berlangsung dan pada akhirpercobaan yaitu:

Tanah terkontaminasi limbah Pembuatan inokulum mikroba PG 65-06

proses de inking(A); PG 97-02 (B); MR 1.12-05 (C); Al

(D)

~ ~Karakterisasi: - Aktivasi mikroba 1 -3 (Medium PGE)Analisis logam - 24 jam, 37°C, 150 rpm, kondisi gelapAnalisis sifat fisika-kimia - Perhitungan koloni monokultur dantanah konsorsium mikroba

"I Percobaan Bioremediasi I-J,

Variasi penambahan inokulum: Kontrol (-), 5%, 10%, 15% (v/w)Variasi penambahan bulking agents (1:6, v/v): Kontrol (-), kontroljerami,jerami +

inokulum 5%Variasi waktu inkubasi: 10,20,30,40,50,60 hari

Parameter uji:Fraksinasi logam Pb

(tertukarkan dan residuali -+\ Evaluasi DataAktivitas mikroba (jumlah koloni, '-- ---1

jumlah CO2 yang dihasilkanAnalisis sifat fisika-kimia tanah

Gambar 2. Diagram Alir Penelitian Bioremediasi

92

[umal Selulosa, VD/. 1, No. 2, Desember 2011 : 89 - 101

a. Fraksinasi logam Pb (tertukarkan danresidual) yang ditentukan menurutmetode ekstraksi berurutan (Amanda,2010)

b. Aktivitas mikroba. Parameter imdilakukan dengan menghitung jumlahkoloni mikroba dengan menggunakanmetode TPC (Total Plate Count) danpengenceran bertingkat, serta mengukurjumlah CO2 hasil metabolism mikrobayang dihasilkan pada plastik penangkapCO2, Jumlah CO2 yangdihasilkandiukur dengan menggunakan HoribaGas Analyzer.

c. Analisis sifat fisika-kimia tanah meliputitekstur, pH, C, N, CIN rasio, kandungan

fosfat sebagai Pps (Olsen), K, KTK,Kejenuhan Basa (KB) dan unsur hara.Analisis dilakukan di LaboratoriumPenguji, Badan Penelitian danPengembangan Pertanian Hortikultura,Lembang.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Tanah Terkontaminasi LimbahProses Deinking

Analisis tanah terkontaminasi limbah prosesdeinking sebelum proses biorernediasi dapatdilihat pada Tabel I.

Tabell. Hasil Analisis Sifat Fisika Kimia Tanah Terkontaminasi

Kriteria KuaJifikasi TanahTanah (Pusat Penelitian Tanah, 1983)

No Parameter Terkontaminasi Sangat SangatRendah

Rendah Sedang TinggiTinggi

TeksturPasir, % 20Debu, % 21Liat, % 59

4,5-5,55,6-6,5

6,6-7,57,6-8,5

>8,52 pH 7,10 (agak (agak

masammasam)

(netral)alkal is)

(alkali)

3 Nitrogen (N), % 0,15 <0,1 0,1-0,2 0,21-0,5 0,51-0,75 >0,75

Karbon (C), % 2,97 <1,00 1,0-2,0 2,01-3,0 3,01-5,0 >5,00

Rasio (C/N) 19 <0,5 5,0-10,0 11-15 16-25 >25

4 Pps Olsen, ppm 38,70 <10 10-25 26-45 45-60 >60

5Kalium (K), K20 159,20 8 12 21 36 58mg/IOOg ~"

Kapasitas Tukar6 Kation (KTK), 37,55 <6 6-12 12-25 25-40 >40

me/IOOg

7Nilai Kejenuhan

123 <20 20-35 36-50 51-70 >70Basa (KB), %

8Unsur hara(me/100g)

Ca 40,33 <2 2-5 6-10 11-20 >20

Mg 5,37 <0,4 0,4-1,0 1,1-2,0 2,1-8,0 >8,0

K 0,44 <0,1 0,1-0,2 0,3-0,5 0,6-1,0 >1,0

Na 0,21 <0,1 0,1-0,3 0,4-0,7 0,8-1,0 >1,0

Sumber data: Laboratorium Penguji, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Hortikultura, Lembang, 20J 0

93

Hasil analisis tersebut dibandingkan dengankisaran nilai untuk kualifikasi tanah menurut PusatPenelitian Tanah (1983), menunjukkan bahwaanalisis tekstur tanah terkontaminasi didominasifraksi liat 59% (>55%), berarti tanah tersebutmempunyai tekstur liat. Tanah terkontaminasimempunyai pH netral dengan nilai pH 7,1, nilaipH akan mempengaruhi ketersediaan dan sifatmeracun unsur logam terhadap mikroba. Tanahterkontaminasi memiliki KTK tanah tinggi yaitusebesar 37,55 me/lOOg. Hasil analisis unsur haramenunjukkan bahwa tanah memiliki kandunganunsur hara esensial K, Ca, P dan Mg cukup tinggi,namun memiliki kandungan N yang rendah jikadibandingkan dengan standar kualifikasi tanah.Selanjutnya ditinjau dari nilai C/N rasio, tanahmemiliki nilai C/N tinggi yaitu sebesar 19.Kondisiini menunjukkan bahwa bahan organik yang ada ditanah kemungkinan sudah termineralisasi karenakandungan karbon yang sudah rendah (2,97%).Berdasarkan kandungan unsur hara tersebut,maka penambahan nutrisi pada percobaanbioremediasi tidak perlu dilakukan, karena tanahsudah cukup mengandung makronutrisi danmikronutrisi yang diperlukan oleh mikroba untukmelakukan aktivitas hidupnya.Hasil analisis logam berat dari tanah

terkontaminasi menunjukkan tanah mengandungPb 61,8% lebih tinggi daripadasludge yaitu sebesar63,1 mg/kg (Hardiani, 2011). Meningkatnyakandungan logam pada tanah terkontaminasimenunjukkan bahwa logam telah terkonsentrasidalam tanah karena sudah terkontaminasi cukuplama (3-5 tahun), akibatnya senyawa organik yangada telah termineralisasi sehingga kandunganlogam berat pada tanah meningkat. Kandungan Pb

10,00 x9,50

.~ 9,00c 8,50~'" 8,00.,u

'"c 7,50..,7,00

6,50

0 10 20 30 40 50Waktu inkubasi (Hari ke·)

-+- KontrolH .•••••• inokulum 5% .••.•..••inokulum 10% ~inokulum 15%

Aplikasi Konsorsium Mikrobauntuk Meremediasi Tanah ... : Krisna Septiningrum, dkk.

ini pada dasamya sudah melebihi batasan level Ayaitu <50 kg/kg (background level) yang ditetapkanoleh Menteri Lingkungan dan Kehutanan (MEFQ)di Quebec (MEFQ, 1994 dalam Wasay et al.,2002) namun masih dibawah level B (150 mg/kg) dan level C (600 mg/kg) yang membutuhkanpenelitian dan proses cleaning sebelum dibuang ditanah. Meskipun masih berada pada level B dan C,logam Pb dikategorikan sebagai bahan berbahayadan beracun (B3) sehingga keberadaan logamberat tersebut dalam tanah perlu mendapatkanperhatian yang serius karena 1. bersifat racun bagipertumbuhan, metabolisme tanaman (Shah danNongkynrih, 2007) dan berpotensi karsinogenik;2. bersifat mobil pada tanah liat pada pH tertentu(Wasay et al., 2002); 3. mempunyai sifat akumulatifdalam tubuh manusia (Notodarmojo, 2005).

Aktivitas Mikroba Tanah

Untuk mengetahui aktivitas mikroba tanahselama percobaan berlangsung maka dilakukanperhitungan jumlah mikroba tanah dan jumlahCO2 yang dihasilkan. Jumlah mikroba tanahselama percobaan untuk perlakuan tanpapenambahan jerami dan penambahan jeramidapat dilihat pada Gambar 3A dan 3B.

A. Jumlah Mikroba Tanah

Salah satu faktor keberhasilan bioremediasilogam berat adalah aktivitas mikroba tanah.Berdasarkan hal tersebut maka perlu dilakukanvariasi penambahan jumlah inokulum untukmendapatkan jumlah inokulum optimal dalamproses remediasi logam Pb.

a 8,40

8,20C 8,00.;;;~ 7,80;: 7,60.,~ 7,40.3 7,20

7,006,80

o 10

b

6020 30 40 50Waktu inkubasi (Hari ke-)

60

-+-Kontroll·!

-.- Jerami + inokulum 5%

___ komrol ieraml

-+- inokulum 5%

Gambar 3. Jumlah Mikroba dalam Reaktor Bioremediasia. Perlakuan tanpa Penambahan Jeramib. Perlakuan dengan Penambahan Jerami

94

lurnal Selulosa, Vo/. 1. No. 2, Desember 2011 : 89 - 101

Jumlah inokulum awal konsorsium mikroba yangdigunakan dalam penelitian ini adalah 109 CFU/ml(log cell density 9,1). Inokulum tersebut merupakanhasil konsorsium 4 jenis bakteri yaitu PG 65-06 (A),PG 97-02 (B), MP 1.12-05 (C) dan Al (D) denganperbandingan 1:1:1:1(v/v). Keempat bakteri tersebutdigunakan dalam penelitian ini karena diketahuimampu mengakumulasi logam Pb dalam selnya(Erny et al., 2003). Selama percobaan tidak dilakukanvariasi perbandingan bakteri yang digunakan karenahanya ingin mengetahui kemampuan keempat jenisbakteri dalam meremediasi logam Pb. Mikroba yangdigunakan pada percobaan ini berupa bakteri karenadapat berkembang biak dengan baik di lingkunganterkontaminasi dan lebih mampu bertahan hiduppada lingkungan dengan keterbatasan C, N dansubstrat karena memiliki aktivitas metabolik yanglebih baik dibandingkan mikroba lainnya (Mamik,2004).Untuk perlakuan tanpa penambahan jerami,

secara umum hasil percobaan menunjukkanjumlahmikroba tanah untuk penambahan inokulum 5%,10% dan 15% lebih tinggijikadibandingkandengankontrol (-). Jumlah mikroba tanah pada perlakuankontrol negatif meningkat tajam pada hari ke-l0dan 30 kemudian menurun sampai dengan harike-60. Jumlah mikroba tanah pada perlakuaninokulum 5% cenderung meningkat tajam sampaidengan hari ke-30 kemudian cenderung stabilsampai dengan hari ke-60. Sedangkan untukperlakuan penambahan inokulum 10% dan 15%,jumlah mikroba tanah menurun tajam pada hari ke-10 kemudian cenderung stabil sampai dengan akhirpengamatan. Penurunan jumlah mikroba tanahpada penambahan inokulum 10% dan 15% padahari ke-l 0jika dibandingkan dengan kontrol negatifdisebabkan karena mikroba yang ditambahkan ke

a3,501

3,00

2,50

'0::: 2,00.l'!§ 1,5014'1,00

0,50

10 20 30 40Waktu Inkubasi [Hart]

50 60

~Kontrol ~lnokulumS% _lnokuluml0% _lnokulum15%

dalam reaktor (extraneous microbes) masih dalammasa adaptasi dan belum mampu berkompetisidengan mikroba indigenous yang sudah ada padatanah terkontaminasi. Selain itu karena kondisilingkungan yang kurang mendukung pertumbuhanmikroba karena adanya penurunan kadar air didalam reaktor akibat adanya evaporasi selamapercobaan berlangsung.Untuk perlakuan penambahan jerami, jumlah

mikroba tanah untuk perlakuan kontrol jeramidan jerami+inokulum 5% cenderung lebihtinggi jika dibandingkan dengan kontrol negatif.Untuk perlakuan kontrol jerami, jumlah mikrobatanah menurun tajam sampai dengan hari ke-20,kemudian meningkat tajam sampai dengan hari ke-60. Hal yang berbeda ditunjukkan pada perlakuanpenambahan jerami+inokulum 5%, jumlahmikroba tanah cenderung meningkat seiringdengan waktu inkubasi. Jumlah mikroba tanahuntuk perlakuan penambahan jerami+inokulum 5%lebih tinggijika dibandingkan dengan penambahaninokulum 5% namun cenderung sebanding denganpenambahan inokulum 10% dan 15%. Jumlahmikroba tanah pada perlakuan penambahanjeramimeningkat karena jerami meningkatkan porositastanah akibatnya aerasi tanah semakin baik, jikaaerasi tanah meningkat maka ketersediaan oksigendi dalam tanah cenderung meningkat akibatnyamikroba dapat melakukan aktivitas hidupnyalebih baik sehingga mampu berproduksi untukmeningkatkan populasinya dalam tanah.

B. Produksi Gas CO2

Pengaruh perlakuan tanpa penambahan jeramidan penambahan jerami terhadap produksi CO2dapat dilihat pada Gambar 4A dan 4B.

25,00 1I

20,00 _J

b

~ 15,00;::,8E 10,00 -

o 10 20 30 40Waktu Inkubasi (Harl)

50 60

~Kontrol ~lnokulum5% -ll-KontrolJerami _Jeraml+lnokulumS%

Gambar 4. Produksi CO2 dalam Reaktor Bioremediasia. Perlakuan tanpa Penambahan Jeramib. Perlakuan dengan Penambahan Jerami

95

Produksi CO2 dapat digunakan untukmengetahui aktivitas mikroba karena gas CO2merupakan produk akhir dari respirasi mikroba,semakin tinggi produksi CO2 menunjukkanaktivitas mikroba dalam bioreaktor semakinbaik. Secara umum, penambahan inokulum dapatmeningkatkan produksi CO2 jika dibandingkandengan kontrol negatif kecuali pada hari ke-40pada penambahan inokulum 15% dan hari ke-55untuk penambahan inokulum 5% dan 15%.Untuk penambahan inokulum 5%, produksi

CO2 yang dihasilkan berfluktuasi namuncenderung lebih tinggi jika dibandingkan dengankontrol negatif. Pada penambahan inokulum 10%,produksi CO2 meningkat sampai dengan hari ke-20 kemudian cenderung menurun sampai denganhari ke-45 kemudian meningkat sampai denganhari ke-60. Kecenderungan serupa terjadi padaperlakuan dengan inokulum 15%, produksi CO2awalnya cukup besar rata-rata 2,88 mg CO/hari(waktu inkubasi hari ke-5) meningkat menjadi 2,39mg CO/hari (hari ke 30), selanjutnya menurundan cenderung konstan sampai dengan hari ke60, yaitu sebesar 1,24 mg CO/hari. Po la produksiCO2 pada perlakuan tanpa penambahan jerami iniseiring dengan pola pertumbuhan mikroba selamapercobaan berlangsung untuk seluruh penambahaninokulum yang digunakan pada percobaan.Secara umum, jumlah CO2 yang diproduksi

untuk perlakuan penambahan jerami cenderunglebih tinggi j ika dibandingkan dengan perlakuantanpa jerami (kontrol negatif dan inokulum 5%)serta memiliki po la yang serupa baik untukkontrol jerami maupun jerami+inokulum 5%.Produksi CO2 pada kontrol jerami meningkatsejumlah 5 kali (3,72 mg CO/hari) jikadibandingkan dengan kontrol negatif (0,66 mg

21 I aI20 K.. <,

~19

"- "-..s 18 "'- '\ -::--... <;.;;;17~ \ "''''

~16

\ '"15 \...../~14

13

0 10 20 30 40 SO 60

Waktu Inkubasi (Harl)

.-.- Kontrol: Tanah tanpa Inokulum -.-Tanah + inokulum 5%

-+- Tanah + inokulum 10% ~Tanah + Inokulum 15%

Aplikasi Konsorsium Mikrobauntuk Meremediasi Tanah ... : Krisna Septiningl'um, dkk.

CO/hari) setelah diinkubasi se lama 5 hari. CO2yang diproduksi meningkat cukup tajam padahari ke-15, menu run pada hari ke-20, mencapaimaksimal pada hari ke-25, lalu menurun dancenderung konstan sampai dengan akhir inkubasi.Kecenderungan yang serupa juga ditunjukkanpada perlakuan penambahan jerami+inokulum5%, CO2 yang diproduksi meningkat sekitar 550%pada hari ke-5 yaitu 1,44 mg CO/hari menjadi8,04 mg CO/hari. Produksi CO2 meningkat dari8,04 mg CO/hari pada waktu inkubasi hari ke-5menjadi 16,97 mg CO/hari pada hari ke 30,selanjutnya menurun dan cenderung konstansampai dengan hari ke-60 (3,72 mg CO/hari).Po la produksi CO

2untuk perlakuan penambahan

jerami ini seiring dengan pertumbuhan mikrobatanah selama percobaan berlangsung terutamauntuk perlakuan konrol jerami. Secara umumdapat dikatakan penambahanjerami memberikanpengaruh positifterhadap aktivitas mikroba tanahpada reaktor yang ditandai dengan meningkatnyaproduksi CO2 yang dihasilkan.

Pengaruh Konsorsium Mikroba (PerlakuanTanpa Penambahan Jerami) dalam RemediasiLogam Pb

Kunci keberhasilan bioremediasi Pb olehaktivitas mikroba ditunjukkan dengan adanyaperubahan fase logam dari aktif menjadi inaktif.Perubahan ini diketahui dari konsentrasi Pb padafase tertukarkan (Pb aktif) dan konsentrasi Pb padafase residual (pb tidak aktif) (Huang et al., 2005).Pengaruh jumlah inokulum (5%; 10% dan 15%)pada tanah terkontaminasi Pb tanpa penambahanjerami pada fase tertukarkan dan fase residualdapat dilihat pada Gambar 5A dan 5B.

22

20

18

~ 16..s14

~ 12

j 10

8

6

4

0 20 6030 40 so10

Waktu Inkubasi (Had)

-+- Kontrol : Tanah tanpa Inokulum •....•...•Tanah + inokulum 5%

~Tanah + inokulum 10% --e-Tanah + Inokulum 15%

Gambar 5. Pengaruh Perlakuan Tanpa Jerami pada Konsentrasi Pb pada Beberapa Fase. a. Fase Tertukarkanb. Fase Residual

96

Tt/rnal Selt/losa, Vol. 1, No, 2, Desember 2011 : 89 - 101

Secara umum diketahui bahwa penambahaninokulum mikroba dapat mengubah Pb darifase aktif menjadi tidak aktif jika dibandingkandengan kontrol negatif, hal ini diketahui darimeningkatnya konsentrasi Pb pada fase residualjika dibandingkan dengan konsentrasi pada fasetertukarkan. Hal ini sesuai dengan pemyataanChatterjee, et al. (2008) bahwa kecepatanbioremediasi pada tanah terkontaminasi akanmeningkat j ika ditambahkan mikroba atau denganmenyediakan lingkungan yang sesuai untukkehidupan mikroba. Pada kontrol negatif, prosesremediasi logam Pb juga terjadi, namun denganwaktu inkubasi yang lebih lambat dan konsentrasiyang lebih rendah jika dibandingkan denganpenambahan inokulurn. Hal ini menunjukkanmikroba indigenous tanah pada dasamya dapatmeremediasi logam Pb secara alamiah. Hal inisesuai dengan pemyataan Chatterjee, et al. (2008)yaitu efektivitas remediasi kontaminan secaraalamiah tergantung pada miroba indigenoustanah namun terjadi pada kecepatan yang rendah.Pada penambahan inokulum 5%, konsentrasi

Pb pada fase tertukarkan mulai menurun padahari ke-20 kemudian cenderung konstan sampaidengan hari ke-60. Sedangkan untuk logam Pbpada fase inaktif, konsentrasi Pb pada fase residualmulai meningkat pada hari ke-30 kemudianberfiuktuatif namun cenderung meningkat seiringdengan lamanya waktu inkubasi yang digunakan.Adanya ketidakseiringan antara Pb pada fase aktifdan inaktif kemungkinan disebabkan Pb beradapada fase lainnya seperti terikat karbonat, terikatorganik atau terikat Fe-Mn (Amanda, 2010).Untuk penambahan inokulum 10%,

konsentrasi logam Pb pada fase tertukarkanmenurun tajam sejak hari ke-l0 kemudiancenderung konstan sampai akhir waktu inkubasi,hal ini seiring dengan meningkatnya konsentrasilogam Pb residual, Konsentrasi Pb pada faseresidual cenderung lebih tinggijika dibandingkandengan kontrol negatif, penambahan inokulum5% dan 15%. Sedangkan untuk penambahaninokulum 15%, konsentrasi logam Pb pada fasetertukarkan cenderung meningkat pada hari ke-10 kemudian menurun tajam sampai dengan harike-30, lalu konstan sampai akhir waktu inkubasi,hal ini seiring dengan konsentrasi logam Pb padafase residual.Jika dihubungkan dengan kondisi lingkungan

di dalam reaktor, peningkatan konsentrasi Pbpada fase residual untuk seluruh perlakuandapat terjadi karena pH lingkungan yang

cenderung menu run dan mendekati netral dariawal inkubasi sampai dengan hari ke-60 (datatidak ditampilkan). pH awal inkubasi adalah7,96, kemudian mendekati netral di hari ke-40 ,kemudian cenderung stabil sampai dengan harike-60 (pH berada pada rentang 6,92-7,2). Halini sesuai dengan pemyataan Wasay et al. (2002)bahwa kelarutan logam Pb meningkat jika pHmendekati 8 dan pada pH 6-8 Pb berada dalambentuk Pb organik dan tidak terlarut.Hasi 1peneli tian menun jukkan proses remediasi

logam Pb secara optimal terjadi pada penambahaninokulum 10% dengan waktu inkubasi 40 hari.Hal ini ditunjukkan dengan meningkatnyakonsentrasi logam Pb pada fase residual sampaidengan akhir waktu inkubasi yang seiring denganmenurunnya konsentrasi logam Pb pada fasetertukarkan. Hal serupa pada dasarnya jugaterlihat pada penambahan inokulum 15%, namunkonsentrasi Pb pada fase residual cenderungmenurun sampai dengan akhir waktu inkubasijika dibandingkan dengan penambahan inokulum10%. Selain itu kondisi lingkungan di dalamreaktor yaitu pH untuk penambahan inokulum10% menurun tajam sehingga mendekati netralpada hari ke-40 kemudian cenderung stabil (datatidak ditampilkan).

Pengaruh Jerami dalam Remediasi Logam Pb

Pada penelitian ini dilakukan penambahanjerami sebagai bulking agents yang bertujuanuntuk meningkatkan porositas tanah sehinggadapat meningkatkan aktivitas mikroba tanah.Perlakuan ini dilakukan karena hasil penelitiansebelumnya menunjukkan bahwa logam Pbpada fase tertukarkan dapat berpindah ke faseresidual dalam waktu 42 hari dengan adanyapenambahan bulking agents (Huang et al., 2005).Pengaruh jerami (kontrol jerami, inokulum5%+jerami dibandingkan dengan kontrolnegatifdan penambahan inokulum 5%) pada tanahterkontaminasi Pb pada fase tertukarkan dan faseresidual dapat dilihat pada Gambar 6A dan 6B.Secara umum penambahan jerami dapat

menunmkan konsentrasi Pb pada fase tertukarkanjika dibandingkan dengan kontrol negatif.Konsentrasi Pb pada penambahan inokulum5%+jerami pada fase tertukarkan menurunsejumlah 20% selama waktu inkubasi 40 harijika dibandingkan dengan kontrol negatif. Halini menunjukkan jerami dapat meningkatkanproses remediasi Pb karena porositas tanah