skripsi bioremediasi air laut terkontaminasi...
TRANSCRIPT
LOGO
Dosen Pembimbing :Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M. Eng.
oleh:1.Lusiana Riski Yulia 2308 100 0502.Bindanetty Marsa 2308 100 054
BIOREMEDIASI AIR LAUT TERKONTAMINASI MINYAK BUMI DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI
PSEUDOMONAS AERUGINOSA
LABORATORIUM PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRIJURUSAN TEKNIK KIMIA, FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA
2012
SKRIPSI
Poin :Pendahuluan
Tinjauan Pustaka
Metodologi
Hasil Penelitian
Kesimpulan & Saran
PENDAHULUAN
BIOREMEDIASI AIR LAUT
TERKONTAMINASI MINYAK BUMI
DENGAN MENGGUNAKAN
BAKTERIPSEUDOMONAS
AERUGINOSA
Latar Belakang
Pseudomonas aeruginosa
Minyak Bumi
Remediasi Fisika
Remediasi Kimia
Tumpahan Minyakdi Laut
Bioremediasi
Rumusan Masalah1. Tingkat pencemaran (tumpahan minyak) di
laut Indonesia masih tinggi sejalan dengan meningkatnya aktivitas industri permiyakan
2. Pencemaran minyak di laut sangat merusakekosistem di laut
3. Mikroorganisme Pseudomonas aeruginosamemiliki potensi dalam mendegradasihidrokarbon
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 adalahPseudomonas 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
4
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.
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
6
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.
6
Location of refinery TPH Hydrocarbon fractions (% of total)(%) Saturates Aromatics Resins Asphaltenes
Ontario 18.8 49.6 32.7 10.3 7.4Quebec 9.3 48.7 25.6 10.2 15.5
Western Canada 20.2 21.2 47.8 9.6 21.4Eastern Canada 20.9 46.4 33.5 10.8 9.3
Western USA 17.1 45.4 37.8 3.9 12.9Eastern USA 15.5 44.3 43.7 6.7 5.4Latin America 15.1 51.3 18.9 14.9 14.9
South East Asia 33.7 44.7 40.8 6.5 8Middle East 8.3 38.3 45.5 6.9 9.3
Komposisi minyak bumi dari berbagai
sumber pengilangan
minyak :
Sumber:Ward et al., 2003
Total Petroleum Hidrokarbon(TPH)
77
TPH = Campuran senyawa organik yang terdiri atas hidrogen dan karbon (C5-C36) yang berasal dari minyak bumi.
Produk Petroleum Hydrocarbon merupakan gabungan lebih dari 250 senyawa hidrokarbon.
Minyak Bumi
Hidrokarbon
Non -Hidrokarbon Unsur-unsur logam Belerang Nitrogen Oksigen dll
Senyawa Hidrokarbon
Hidrokarbon
Alifatik
Jenuh
Alkana(Parafin)
CnH2n+2
TidakJenuh
Alkena(Olefin)
CnH2n
Alkuna
CnH2n-2
Alisiklik
Jenuh
Sikloalkana(Napten)
CnH2n
TidakJenuh
Sikloalkena
Aromatik
Cincintunggal
CnH2n-6
CincinGanda
CnH2n-12
78
Contoh :BTX
79
senyawa aromatik monosiklik dalam jumlah kecil dalam hidrokarbon, namun pengaruhnya sangat besar terhadap pencemaran perairan.
Benzene Toluene
Kelarutan BTX di dalam air dan sifatracunnya lebih besar dibandingdengan hidrokarbon parafinik
Benzene, Toluene, dan Xylene (BTX)
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).
Dampak Pencemaran Minyak di Laut
10
Parameter SatuanBaku Mutu
Perairan Pelabuhan
Biota Laut
pH - 6,5 - 8,5 7 - 8,5Salinitas ‰ Alami Alami
Coral : 33-34Mangrove : s/d 34
Lamun : 33-34Suhu ºC alami 28-32Oksigen Terlarut (DO) mg/l - >5BOD5 mg/l - 20Lapisan Minyak - Nihil NihilMinyak dan Lemak mg/l 5 1Poliaromatik Hidrokarbon (PAH) mg/l - 0,003Hidrokarbon Total mg/l 1 -
Baku Mutu Air Laut Untuk Perairan Pelabuhan
dan Biota Laut
1111Sumber : Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Tahun 2004
Penanganan Tumpahan Minyak
Menggunakanalat - alattertentuTanpa
melibatkanpemakaian zatkimia ataumikroorganismeMetode
pembakaran
DispersanCleanersSoil oxidizer
12
AlamiahMenggunakan
mikroorganismeIn situ, exsitu
ataupunkombinasinyaBiostimulasiBioaugmentasiR
EMED
IASI
FIS
IKA
REM
EDIA
SI K
IMIA
BIO
REM
EDIA
SI
Faktor-Faktor yang MempengaruhiBioremediasi dan Biodegradasi
Luas Permukaan Minyak yang tersedia bagi
kolonisasi Bakteri
pendegradasi
Kelarutan minyak di dalam air
Bentuk fisik
Nutrisi
Oksigen
pH
KeadaanFisik
Minyak Bumi
Temperatur 4.
5.
1.
7.
3.
2.
TekananSurfaktan6.
13
Pseudomonas aeruginosa
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 6,0-
9,0. (Environment Canada Health Canada, 2011)Pseudomonas aeruginosa dapat tumbuh pada air garam hingga salinitas
50‰ (Hanan l. Malkawi, 2009). 14
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 akseptorelektron alternatif lainnya.
Penelitian Sebelumnya
15
No Nama Peneliti Jurnal/Tahun/Judul Penelitian
Hasil
1 Ira Yuni Pantiwardhani
Skripsi ITS/2006/Studi Kemampuan Bakteri
Pseudomonas aeruginosa Pada
Biodegradasi Polutan Organik Dalam Air
Terproduksi (Limbah Pertambangan Minyak)
Variasi penambahan konsentrasi inokulum
Pseudomonas aeruginosasebesar 5%(v/v) dan
perbandingan nutrien C:N:P = 100:10:1 memberikan hasil degradasi polutan organik terbaik, yang dinyatakan
dengan penyisihan COD, yakni sebesar 81,74% dengan waktu
inkubasi selama tujuh hari
Penelitian Sebelumnya
16
No Nama Peneliti
Jurnal/Tahun/Judul Penelitian
Hasil
2 RengathavasiThavasi, Singaram
Jayalakshmi, Thangavel
Balasubramanian dan
Ibrahim M. Banat
J.BIOL.ENVIRON.SCI. / 2007/ Effect of
Salinity, Temperature, pH and Crude Oil Concentration on Biodegradation of
Crude Oil by Pseudomonas
aeruginosa
Pertumbuhan danbiodegradasi maksimal
crude oil olehPseudomonas aeruginosa
terjadi pada temperatur38°C, pH 8 , salinitas 35
‰ dan konsentrasi minyakbumi 2,0 % (w/v).
Penelitian Sebelumnya
17
No Nama Peneliti
Jurnal/Tahun/Judul Penelitian
Hasil
3 Tutik Murniasih, Yopi, dan Budiawan
MAKARA SAINS, Vol 13, No.1/2009/
Biodegradasi Fenantren Oleh
Bakteri Laut Pseudomonas spKalP3b22 Asal
Kumai Kalimantan Tengah
Uji tingkat biodegradasi terhadap senyawa fenantren
dari isolate terpilih Pseudomonas sp Kalp3b22
terbukti dapat mendegradasi Fenantren sebesar 59,5% selama 29
hari kultivasi
Penelitian Sebelumnya
18
No Nama Peneliti
Jurnal/Tahun/Judul Penelitian
Hasil
4 Abdul Rahim A.
Al-Zahrani
dan Gaber
M.A.Idris
JKAU: Eng.Sci, Vol 21 No.1 pp:39-
53/2010/Biological Treatment of Hidrocarbon
Contaminants: Petroleum
Hydrocarbon uptake by Pseudomonas
alkanolytica
Uji tingkat biodegradasi Dodecane (C12H26) dapat dicapai lebih dari 90%
dalam waktu 10 hari menggunakan strain ini
METODOLOGI
Kondisi Operasi dan Variabel Penelitian
• Waktu bioremediasi hingga konsentrasi mencapai baku mutu air laut
• Temperatur : 27-30oC • pH : 6 – 8• Rasio C:N :P : (100:10:1) rasio massa
Kondisi Operasi
• Konsentrasi kontaminan: 1000 dan 1500 ppmminyak bumi
• Konsentrasi mikroba : (0%, 1%, 3%) (v/v)pada fase log
• Aerasi : dengan DO > 2 mg O2/l• Non-aerasi
Variabel
19
Besaran Yang Diukur
Besaran yang diukur Waktu pengukuranTemperatur Sehari sekalipH Sehari sekaliDO (dissolve oxygen) Awal operasi, beberapa kali selama operasiPopulasi Mikroba Awal operasi dan tiap 3 hari sekaliTPH Awal operasi dan tiap 1 minggu sekaliBTX Awal operasi dan tiap 1 minggu sekali
20
Prosedur Penelitian Proses Bioremediasi secara Batch Crude oil : Pusdiklat Migas Cepu Pseudomonas aeruginosa : Lab.Mikrobiologi Universitas AirlanggaProsedur Percobaan : Tahap Persiapan
~ Pengembangan Kultur~ Peremajaan Bakteri dan pembuatan starter~ Preparasi media air laut buatan
(ASTM D1141-90, salinitas 35 ‰)~ Preparasi Reaktor
Tahap Bioremediasi21
Diagram Alir Penelitian
Minyak bumi
Perlakuan aerasi sesuai variable yang ditetapkan (Non-aerasi &
Aerasi > 2 mg O2/l
Pencampuran sesuai perlakuan tingkatkonsentrasi cemaran minyak (1000 dan 1500 ppm)
Penambahan Starter (Nutrient + Suspensi
bakteri 0,1 dan 3 % v/v pada kondisi fase log)
Air laut buatan
A
Analisa awal TPH, BTX, populasi mikroba,DO, BOD
dan COD
Diagram Alir Penelitian
Analisa Akhir
Proses Bioremediasi(hingga mencapai baku mutu)
Analisa pH,suhu, DO,TPH, BTX, populasi
mikroba
Analisa TPH, BTX, populasi mikroba
A
Gambar Alat
24
Keterangan :1. Reaktor2. Sparger3. Tubing Line aeration4. Aerator
Non- aerasi AerasiDO > 2 mgO2 / l
1
3
4
2
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)
0
200
400
600
800
1000
0 7 14 21 28
TPH
(mg/
l)
waktu (hari)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)
1000 ppm minyak bumi 1500 ppm minyak bumi
26
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 7 14 21 28 35
TPH
(mg/
l)
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)
Bioreaktor 6 mencapai bakumutu pada hari ke-21
Bioreaktor 12 mencapai bakumutu pada hari ke-28
Semakin besar jumlah mikroba yang ditambahkan maka lajudegradasi TPH akan semakin cepat
Pengaruh konsentrasi cemaran minyakterhadap degradasi TPH
899
12132 0
1388
508
16838 3.4
0100200300400500600700800900
100011001200130014001500
0 7 14 21 28
TPH
(mg/
l)
Waktu (hari)BR 6 (1000 ppm) BR 12 (1500 ppm)
Perbandingan cemaran minyak terhadap degradasi TPH pada penambahan 3% v/v P.aeruginosa
27
Semakin besar konsentrasi cemaran minyak bumi maka semakin lama waktu yang dibutuhkan mikroba untuk mendegradasi TPH hingga
mencapai baku mutu air laut.
% Biodegradasi TPH akhir
12.249% 15.099%
70.905%
100.00%
79.605%
100.00%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
1 2 3 4 5 6
% B
ideg
rada
si A
khir
Bioreaktor
12.43% 15.87%
57.78%
99.65%
64.28%
99.76%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
7 8 9 10 11 12
% B
iode
grad
asi T
PHBioreaktor
1000 ppm 1500 ppm
28
Bioreaktor 4 dan 6 dapatmencapai baku mutu.
Bioreaktor 10 dan 12 dapatmencapai baku mutu.
Pengaruh Aerasi dan Non-aerasi padaDegradasi TPH
12.2%
70.9%79.6%
15.1%
100.0% 100.0%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0% v/v Pa 1% v/v Pa 3% v/v Pa
% B
iode
grad
asiT
PH
Waktu (hari)Non-Aerasi Aerasi
Perbandingan % Biodegradasi TPH pada akhir proses bioremediasi untuk variabel konsentrasi cemaran minyak 1000 ppm pada kondisi
aerasi dan non-aerasi
29
Bioreaktor dengan media teraerasi memiliki persen biodegradasi TPH yang jauh lebih tinggi dari media tanpa aerasi.
Populasi bakteri Pseudomonas aeruginosa selama waktu bioremediasi
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Jum
lah
sel P
. aer
ugin
osa
(sel
/ml)
waktu (hari)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, NA) BR 6 (3% v/v Pa,A)
0.0E+00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
2.5E+07
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Jum
lah
sel P
.aer
ugin
osa
(sel
/ml)
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)
1000 ppm 1500 ppm
30
TPH, Populasi P.aeruginosa vs waktu
8.0E+04
5.1E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
2.5E+07
0100200300400500600700800900
1000
0 3 6 9 12 15 18 21
Jum
lah
sel b
akte
ri P.
aeru
gino
sa
(sel
/ml)
TPh
(mg/
l)
Waktu (hari)TPH 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 waktupada fase log
y = -73.34x + 821.1
y = 2E+06x + 5E+06
0.0E+00
5.0E+06
1.0E+07
1.5E+07
2.0E+07
2.5E+07
0
200
400
600
800
1000
0 3 6 9
Jum
lah
sel b
akte
ri P.
aeru
gino
sa (s
el/m
l)
TPH
(mg/
l)
Waktu (hari)TPH 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)
3
Kenaikan rate pertumbuhan bakteri pada fase log diikuti denganpenurunan kadar TPH
BTX (Benzene, Toluene, Xylene)
0
5
10
15
20
25
30
0 7 14 21
Kad
ar B
enze
na (m
g/l)
Waktu (hari)
Benzena
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)
0
10
20
30
40
50
60
0 7 14 21
Kad
ar T
olue
ne (m
g/l)
Waktu (hari)
Toluene
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)
0
10
20
30
40
50
0 7 14 21
Kad
ar X
ylen
e ( m
g/l)
Waktu (hari)
Xylene
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)
1000 ppmMinyak bumi
Hasil terbaikBioreaktor 6
BTX (Benzene, Toluene, Xylene)
1500 ppmMinyak bumi
0
10
20
30
40
50
0 7 14 21 28
Kad
ar B
enze
na (m
g/l)
Waktu (hari)
Benzena
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)
0
20
40
60
80
100
120
0 7 14 21 28
Kad
ar T
olue
na (m
g/l)
Waktu (hari)
Toluene
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)
0
20
40
60
80
100
0 7 14 21 28
Kad
ar X
ylen
e (m
g/l)
Waktu (hari)
Xylene
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)
Hasil terbaikBioreaktor 12
Rate Degradasi BTX
y = -1.739x + 21.77
y = -3.658x + 46.56
y = -3.126x + 39.94
0
10
20
30
40
50
60
0 2 4 6 8 10 12 14
Kad
ar (m
g/l)
Waktu (hari)Benzena Toluene XyleneLinear (Benzena) Linear (Toluene) Linear (Xylene)
Perbandingan laju degradasi benzena, toluene dan xylene pada bioreaktor 6
(3% v/v P.aeruginosa, Aerasi, 1000 ppm minyak bumi)
Benzene
Toluene
35
KESIMPULAN & SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan data dan hasil analisa pada penelitian dapat diambilkesimpulan sebagai berikut:1. Semakin besar prosentase bakteri Pseudomonas aeruginosa yang
ditambahkan maka akan meningkatkan persen biodegradasiTPH, rate penurunan TPH pada fase log yang dinyatakan sebagainilai slope serta mempercepat degradasi BTX.
2. Konsentrasi cemaran minyak bumi mempengaruhi waktubiodegradasi TPH dan BTX, yaitu semakin tinggi konsentrasicemaran maka akan memperlama waktu biodegradasi TPH danBTX.
Kesimpulan
3. Perlakuan dengan media teraerasi menghasilkan persenbiodegradasi TPH dan BTX yang lebih tinggi dibandingkanmedia 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 minyak1000ppm dengan hasil biodegradasi TPH 100% dalam waktu21 hari dan penurunan kadar BTX sebesar 100% dalam waktu14 hari.
Saran
Perlu kiranya dilakukan penelitian dengan menggunakan airlaut yang sesungguhnya sebagai penerapan proses bioremediasiair laut yang tercemar minyak bumi oleh Pseudomonasaeruginosa.
Perlu dilakukan penelitian mengenai degradasi Ethyl Benzenaoleh Pseudomonas aeruginosa.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai aktivitasmikroorganisme Pseudomonas aeruginosa dalam degradasisenyawa hidrokarbon pada proses bioremediasi
LOGO