BIOSTIMULASI DAN BIOAUGMENTATIONUNTUK BIOREMEDIASI LIMBAH HIDROKARBON

SERTA ANALISIS KEBERLANJUTAN

HENNY PAGORAY

SEKOLAH PASCASARJANAINSTITUT PERTANIAN BOGOR

2009

ABSTRACT

Henny Pagoray, Biostimulation and Bioaugmentation of BioremediationHydrocarbon Wastes and the Sustainability Analysis. Supervised by Erliza Noor,Linawati Hardjito, Zainal Alim M, Bibiana Widiyawati L. The workshop wastes usually consists the mixture of lubricant oil, diesel oil,and gasoline which spill and contaminate soil. To overcome this problem it can bedone by implementing bioremediaton. The application of this technology isexpected to be sustainable in term of ecological, economical, and social aspects.The research objectives were to optimize the degradation of total petroleumhydrocarbon (TPH) by biostimulation and bioaugmentation, and to analyzebioremediation sustainability in term of ecological, economical, and socialaspects. The biostimulation was done by adding compost at concentration of 10 %,20 %, 30 % of contaminated soil. The bioaugmentation was done by adding amixture of bacteria consisted of Arthrobacter simplex, Mycobacterium phlei, andPseudomonas aeruginosa. Those techniques were optimized by using ResponseSurface Methodology (RSM). Futhermore the bioremediation sustainability wasexamined by applying multidimensional scaling method. The result showed that adding compost and bacteria at concentration of21.28 % and 11.38 %, respectively gave the highest hydrocarbon degradation thatwas 83.43 %. The TPH content after twelve weeks of treatment was 0.83 %, thisvalue complied the government regulation that shoud be less than 1 %. Thesustainability analysis indicated that the bioremediation was sustanable in termof ecological, economical and social aspects.

Keywords: biostimulation, bioaugmentation , bioremediation, sustainability

BIOSTIMULASI DAN BIOAUGMENTATIONUNTUK BIOREMEDIASI LIMBAH HIDROKARBON

SERTA ANALISIS KEBERLANJUTAN

HENNY PAGORAY

DisertasiSebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor

Pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan LingkunganSekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor

SEKOLAH PASCASARJANAINSTITUT PERTANIAN BOGOR

2009

Judul Disertasi : Biostimulasi dan Bioaugmentation untuk Bioremediasi Limbah Hidrokarbon serta Analisis KeberlanjutanNama : Henny PagorayNRP : P062030051

Disetujui :

Komisi Pembimbing

Dr.Ir.Erliza Noor Dr.Ir.Linawati Hardjito, M.Sc. Ketua Anggota

Dr.Ir. Zainal Alim Masud, DEA. Prof. Dr.Bibiana Widiyati Lay, M.Sc. Anggota Anggota

Diketahui :

Ketua Program Studi Dekan Sekolah PascasarjanaPengelolaan Sumberdaya Alam Institut Pertanian Bogordan Lingkungan

Prof. Dr.Ir. Surjono Hadi Sutjahjo,MS. Prof.Dr.Ir. Khairil A.Notodiputro, MS

Tanggal Ujian : 11 September 2009 Tanggal lulus :

Penguji pada ujian tertutup : Prof. Dr.Ir. Surjono Hadi Sutjahjo,MS. Dr. M. Yani

Penguji pada ujian terbuka : Dr. Ir. Nono Saribanon, M.Si. Dr. Ir. Etty Riani, M.Si.

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Biostimulasi danBioaugmentation untuk Bioremediasi Limbah Hidrokarbon serta AnalisisKeberlanjutan adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing danbelum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumberinformasi yang berasal atau yang dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidakditerbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalamDaftar Pustaka dibagian akhir disertasi ini.

Bogor, September 2009

Henny PagorayNIM P062030051

RINGKASAN

Workshop (bengkel) merupakan salah satu tempat pemeliharaan danperbaikan alat-alat transportasi. Kegiatan workshop menghasilkan buangan limbahberupa minyak pelumas, minyak diesel dan gasolin. Apabila masuk kelingkungan, maka berpengaruh terhadap ekosistem. Secara umum tanah yangterkontaminasi hidrokarbon diolah dengan metode biologi. Pengolahan secarabiologi dengan memanfaatkan mikroba sebagai pengolah limbah (bioremediasi)mengurangi bahan pencemar yang ada di lingkungan.

Keberhasilan proses biodegradasi banyak ditentukan oleh kinerja mikrobayang dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan antara lain suhu, pH, kandunganair, dan ketersediaan nutrien. Pada dasarnya semua mikroba memerlukan karbonsebagai sumber energi untuk aktivitasnya. Pada kondisi sumber C telah tersediadari hidrokarbon, maka senyawa lain menjadi faktor pembatas yaitu N dan P.Kadar unsur tersebut banyak menentukan pertumbuhan mikroba. Kompos dapatdigunakan sebagai sumber mikroba dan bulking agent untuk bioremediasi. Untukmengevaluasi keberlanjutan proses bioremediasi yang dihasilkan dari aplikasiteknik bioremediasi, perlu dilakukan analisis keberlanjutan. Penerapan metodebioremediasi diharapkan sesuai dengan konsep keberlanjutan dilihat dari dimensiekologi, ekonomi dan sosial.

Penelitian ini bertujuan untuk:1. Memperoleh kondisi optimal degradasi TPH dengan biostimulasi

kompos dan bioaugmentation menggunakan bakteri Arthrobacter simplex,Mycobacterium phlei dan Pseudomonas aeruginosa.

2. Melakukan analisis keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon darihasil identifikasi atribut, ditinjau dari dimensi ekologi, ekonomi dansosial.

Penelitian optimasi degradasi total petroleum hidrokarbon dilaksanakan dilaboratorium Teknologi Hasil Perikanan (THP) FPIK IPB, yaitu dengan perlakuanbiostimulasi kompos dan bioaugmentation dengan penambahan bakteriArthrobacter simplex, Mycobacterium phlei, Pseudomonas aeruginosa. Tahapawal dilakukan penelitian pendahuluan yaitu penambahan kompos 10 % w/w; 20% w/w; 30 % w/w; dan inokulan dalam bentuk cair 5 % v/w; 10 % v/w; 15 %v/w. Perlakuan yang terbaik dilanjutkan dengan penelitian optimasi menggunakanmetode respons surface methods (RSM), dengan perlakuan 30 % kompos + 15 %inokulan; 10 % kompos + 15 % inokulan; 30 % kompos + 5 % inokulan; 10 %kompos + 5 % inokulan; 20 % kompos + 10 % inokulan; 34.14 % kompos + 10 %inokulan; 5.86 % kompos + 10 % inokulan; 20 % kompos + 17.07 % inokulan; 20% kompos + 2.93 % inokulan. Kemudian dilakukan analisis keberlanjutanbioremediasi limbah hidrokarbon. Analisis keberlanjutan dilakukan di lokasipengolahan limbah bengkel Kaltim Prima Coal (KPC) Kalimantan Timur.Tahapan penelitian dilanjutkan dengan penyusunan atribut dimensi ekologi,ekonomi, sosial budaya, dan dianalisis dengan metode multidimensional scaling. Hasil analisis faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap bioremediasiyaitu: kadar air tanah berada pada kisaran 12.52 % - 21.08 %, masih berada padakondisi yang sesuai untuk pertumbuhan mikroba. pH tanah 6.1 7.0 pada batasyang sesuai, sehingga organisme dapat bekerja dengan baik untuk mendegradasiTPH. Suhu lingkungan 26C 27C sesuai untuk pertumbuhan mikroba. Rasio

C:N:P (%) yang ada dalam tanah setelah dianalisis yaitu (90:10:0.1) mampumendegradasi TPH di bawah baku mutu (1%) yaitu 5.15 % menjadi 0.83 % padaminggu ke 12. Pada kompos teridentifikasi bakteri Azotobacter sp., Micrococcusroseus, Pseudomonas aeruginosa, Micrococcus agalis, Mycobacterium sp.,Nocardia sp., Bacillus cereus, termasuk jenis bakteri yang mampu mendegradasihidrokarbon. Hasil Analisis optimasi degradasi TPH dari bioremediasi yang dilakukanmemberikan respon maksimum. Pengolahan data menggunakan SAS diperolehnilai optimum untuk degradasi TPH pada kombinasi perlakuan kompos 21.28 %dan bakteri 11.38 % yang mampu mendegradasi TPH 83.43 % pada minggu ke 12di bawah 1 % sesuai KepMen LH Nomor 128 tahun 2003. Hasil bioremediasilimbah hidrokarbon di lapangan selama 3 bulan, TPH 1.5 % turun 1.0 %terdegradasi 33.33 %. Hasil ini menjelaskan bahwa biostimulasi kompos danbioaugmentation yang dilakukan di laboratorium dapat mempercepat degradasiTPH, dibandingkan dengan bioremediasi yang dilakukan di lapangan. Hasil analisis indeks keberlanjutan bioremediasi untuk limbah hidrokarbondimensi ekologi 83.87, ekonomi 55.24, dan sosial 76.76, nilai tersebut lebih besardari 50 yang artinya termasuk kategori berkelanjutan.

@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2009Hak Cipta dilindungi Undang-undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpamencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untukkepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunanlaporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipantersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPBDilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karyatulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas kasih

dan limpahan berkatnya, sehingga penulisan disertasi ini dapat diselesaikan

dengan judul Biostimulasi dan Bioaugmentation untuk Bioremediasi Limbah

Hidrokarbon serta Analisis Keberlanjutan, yang merupakan salah satu syarat

penyelesaian pendidikan program Doktor (S3) pada Program Studi Pengelolaan

Sumberdaya Alam dan Lingkungan (PSL), Sekolah Pascasarjana Institut

Pertanian Bogor.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr.Ir. Erliza Noor selaku ketua

komisi pembimbing, Ibu Dr.Ir. Linawati Hardjito, M.Sc., Bapak Dr.Ir. Zainal

Alim Mas'ud, DEA., dan Ibu Prof.Dr. Drh. Bibiana W.Lay, M.Sc. selaku anggota

komisi pembimbing atas segala perhatian dan bimbingannya sejak penyusunan

proposal, penelitian, hingga selesai penyusunan disertasi ini.

Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Rektor dan Dekan Sekolah

Pascasarjana Institut Pertanian Bogor beserta seluruh staf, atas kesempatan yang

diberikan kepada penulis untuk melanjutkan studi hingga selesai penulisan

disertasi ini. Kepada Ketua Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan

Lingkungan Bapak Prof. Dr.Ir. Surjono H. Sutjahyo, MS, atas motivasi dan

dorongan mulai dari awal diterima sebagai mahasiswa hingga penyelesaian

disertasi ini.

Terima kasih kepada Ibu Dr.Ir.Linawati Hardjito, M.Sc. yang telah

membantu peneliti untuk melakukan penelitian di Laboratoriun Bioteknologi

Perairan Departemen Teknologi Hasil Perairan (THP) Fakultas Perikanan IPB.

Kepada Bapak Prof. Dr.Ir. Surjono H. Sutjahyo, MS. dan Bapak Dr. M. Yani yang

telah memberikan saran dan perbaikan pada ujian tertutup, Ibu Dr. Ir. Nonon

Saribanon M.Si., dan Ibu Dr.Ir. Etty Riani, M.Si., sebagai penguji pada ujian

terbuka.

Terima kasih kepada rekan-rekan S3 PSL angkatan 2003, rekan S2 THP

angkatan 2005 atas kerjasamanya di Laboratorium THP FPIK IPB dan kepada

semua pihak yang tidak dapat disebut, penulis mengucapkan banyak terima kasih

atas segala bantun dan kerjasamanya.

Pada kesempatan ini juga diungkapkan terima kasih kepada Orang tua, July

Pagoray dan Helena Pirade, mertua Wihelmina M.T., atas kasih sayang dan doa

yang tak henti-hentinya di panjatkan kepada yang Maha Kuasa. Ungkapan terima

kasih kepada suami terkasih Dr. Ir. Taufan Purwokusumaning Daru MP., yang

selalu memberikan dukungan dan doa, serta anak-anakku terkasih F.A.Yudhistira

Yogapratama dan Anastasia S.A.Dwiputri, semoga pengorbanan selama kedua

orang tuanya mengikuti pendidikan dapat memberikan buah kebahagian bagi

mereka.

Pada akhirnya penulis harapkan agar karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi

yang membaca dan membutuhkan informasi yang berhubungan dengan disertasi

ini.

Bogor, September 2009

Henny Pagoray

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jeneponto, Sulawesi Selatan pada tanggal 5 Desember

1965 dari pasangan July B. Pagoray dan Helena Pirade. Penulis merupakan anak

pertama dari lima bersaudara. Penulis lulus di sekolah menengah atas (SMA

Negeri 2) Makassar tahun 1984, tahun 1988 menyelesaikan studi di Universitas

Hasanuddin pada Fakultas Perternakan Jurusan Perikanan, tahun 1998

menyelesaikan studi di Universitas Gadjah Mada Yogyakarta pada program S2

program studi Ilmu Lingkungan. Pada tahun 2003 diterima sebagai mahasiswa

program S3 Pascasarjana Institut Pertanian Bogor pada program studi Pengelolaan

Sumberdaya Alam dan Lingkungan (PSL). Penulis bekerja sebagai staf pengajar

di Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan (FPIK) Universitas Mulawarman,

Samarinda Kalimantan Timur sejak tahun 1990 sampai sekarang.

xii

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ..... xiv

DAFTAR GAMBAR ........ xv

DAFTAR LAMPIRAN .... xvii

PENDAHULUAN ....... 1

Latar Belakang ....... 1 Kerangka Pemikiran ....... 4 Perumusan Masalah ........... 4 Tujuan Penelitian ..... 5 Hipotesis Penelitian ............. 5 Manfaat Penelitian ....... 6 Novelty (Kebaruan) ......... 6

TINJAUAN PUSTAKA ............... 8

Limbah Hidrokarbon ....... 8 Pengolahan Limbah dengan Bioremediasi ........... 10 Biodegradasi Hidrokarbon ....... 13 Mikroba Pendegradasi Hidrokarbon .. ....... 15 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Biodegradasi ................ 17 Bioremediasi dengan Kompos ............. 19 Bioremediasi Berkelanjutan ................... 21

Rapid Appraissal (RAP) Bioremediasi Limbah Hidrokarbon (BLH) dengan Metode Multidimensional Scaling (MDS) ................................ 23 Teori Respon Surface Methodology (RSM) ............... 26

METODE PENELITIAN .................... 30

Tempat dan Waktu Penelitian .................. 30 Bahan dan Alat ........... 30 Tahapan Penelitian .................................... 30

HASIL DAN PEMBAHASAN ........................... 42

Penelitian Pendahuluan .................................................................................. 42 Bioremediasi Skala Laboratorium ............................ .................................... 46 Optimasi degradasi Total Petroleum Hidrokarbon................................. 54 Bioremediasi Limbah Hidrokarbon serta Analisis Keberlanjutan ................ 59

PEMBAHASAN UMUM ........................................................................................ 70

xiii

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................... 74 Kesimpulan ........................ 74 Saran .................. 74

DAFTAR PUSTAKA .................. 75

LAMPIRAN ........................................................................................................... 82

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

1. Review metode bioremediasi berbagai hidrokarbon ......................................... 14

2. Review penelitian bioremediasi kompos untuk limbah hidrokarbon ............ 20

3. Hasil penelitian menggunakan metode multidimensial scaling .... 25

4. Central composite design (CCD) ...................................................................... 29

5. Kisaran dan taraf peubah uji optimasi bioremediasi .... 36

6. Matriks satuan percobaan pada optimasi proses bioremediasi rancangan

komposit fraksional .. 37

7. Atribut-atribut dan skor keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon ........ 39

8. Hasil analisis TPH, pH, N total dan P total sebelum bioremediasi ..... 42

9. Hasil analisis TPH, pH, N total dan P total setelah bioremediasi ...... 43

10. Atribut setiap dimensi untuk analisis keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon ........................................................................................................ 43

11. Kandungan unsur hara kompos sampah kota .................................................... 44

12. Hasil identifikasi bakteri pada kompos, tanah yang ditambahkan minyak dan diaklimatisasi selama 1 bulan ..................................................................... 45

13. Total petroleum hidrokarbon (TPH) pada penelitian pendahuluan ................. 45

14. Hasil analisis rasio C:N:P pada bioremediasi limbah hidrokarbon ................... 51

15. Hasil identifikasi bakteri pada kompos dan tanah .............................................. 53

16. Degradasi total petroleum hidrokarbon (TPH) selama 16 minggu ..................... 55

17. Hasil analisis ragam pengaruh kompos dan bakteri terhadap degradasi TPH pada minggu XII ................................................................................................. 56

18. Atribut setiap dimensi untuk analisis keberlanjutan bioremediasi kompos untuk limbah hidrokarbon ............................................................................................ 59

19. Hasil analisis nilai stress dan koefisien determinasi keberlanjutan bioremediasi untuk limbah hidrokarbon (BLH) ..................................................................... 67

20. Hasil analisis Monte Carlo untuk nilai BLH dan masing-masing dimensi pada selang kepercayaan 95 % .. 67

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Kerangka berfikir penelitian bioremediasi limbah hidrokarbon dengan biostimulasi dan bioaugmentation dalam rangka menciptakan lingkungan yang berkelanjutan .......................................................................................... 72. Skema biodegradasi metana dengan mikroba ........... 13

3. Tiga dimensi Response surface................................ 27

4. Tahapan penelitian bioremediasi limbah hidrokarbon dengan biostimulasi dan bioaugmentation dalam rangka menciptakan lingkungan yang berkelanjutan ........................................................................................... 32

5. Tahapan analisis Rap-BLH menggunakan MDS dengan modifikasiRapfish............................................................................................................. 41

6. Kadar air tanah (%)pada awal dan minggu XII proses bioremediasi limbah hidrokarbon ..................................................................................................... 47

7. pH tanah pada awal dan minggu XII proses bioremediasi limbah hidrokarbon ..................................................................................................... 47

8. Suhu lingkungan selama proses bioremediasi limbah hidrokarbon ................ 48

9. C-organik (%) tanah pada awal dan minggu XII proses bioremediasi limbah hidrokarbon ....................................................................................................... 49

10. N total (%)tanah pada awal dan minggu XII proses bioremediasi limbah hidrokarbon ..................................................................................................... 50

11. P total (ppm) tanah pada awal dan minggu XII proses bioremediasi limbah hidrokarbon ...................................................................................................... 50

12. Grafik degradasi TPH (%) selama 16 minggu pengamatan ......... 52

13. Permukaan respon degradasi TPH minggu XII ................... 56

14. Grafik degradasi TPH (%) per empat minggu selama 16 minggu pengamatan 58

15. Hasil analisis keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon dimensi ekologi ................... 61

16. Hasil analisis sensitivitas bioremediasi limbah hidrokarbon dimensi ekologi ............................................................................................................ 62

17. Hasil analisis keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon dimensi ekonomi ..................... 64

18. Hasil analisis sensitivitas bioremediasi limbah hidrokarbon dimensi ekonomi .......................................................................................................... 64

19. Hasil analisis keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon dimensi

xvi

sosial .................................................................................................................. 65

20. Hasil analisis sensitivitas bioremediasi limbah hidrokarbon dimensi sosial ................................................................................................................. 66

21. Nilai indeks keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon dimensi ekologi, ekonomi dan sosial ................ 66

22. Analisis Monte Carlo nilai indeks keberlanjutan dimensi ekologi .... 68

23. Analisis Monte Carlo nilai indeks keberlanjutan dimensi ekonomi .. 69

24. Analisis Monte Carlo nilai indeks keberlanjutan dimensi sosial . 69

25. Hasil analisis keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon dimensi ekonomi dengan menggunakan data laboratorium .............................................. 72

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1. Kadar minyak dalam tanah yang di bioremediasi ........ 83

2. Total petroleum hidrokarbon ....................................................................... 84

3. Degradasi total petroleum hidrokarbon TPH (%) selama penelitian .......... 85

4. Data hasil pengukuran pH tanah .................................................................. 86

5. Hasil analisis ragam pengaruh kompos dan bakteri terhadap degradasi TPH Pada minggu ke 4 menggunakan software SAS ............................................ 87

6. Hasil analisis ragam pengaruh kompos dan bakteri terhadap degradasi TPH Pada minggu ke 8 menggunakan software SAS ............................................ 87

7. Hasil analisis ragam pengaruh kompos dan bakteri terhadap degradasi TPH Pada minggu ke 12 menggunakan software SAS ............................................. 88

8.. Hasil analisis ragam pengaruh kompos dan bakteri terhadap degradasi TPH Pada minggu ke 14 menggunakan software SAS ............................................ 88

9. Hasil analisis ragam pengaruh kompos dan bakteri terhadap degradasi TPH Pada minggu ke 16 menggunakan software SAS .......................................... 89

10. Hasil identifikasi bakteri .............................................................................. 90

11. C-organik, N-total dan P total tanah yang terkontaminasi limbah bengkel.... 97

12. Kadar air tanah .............................................................................................. 98

13. Total Plate Count (TPC) ................................................................................ 99

14. Atribut keberlanjutan bioremediasi untuk limbah hidrokarbon ..................... 100

15. Hasil analisis TPH dengan gas kromatografi .................................................. 101

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pembangunan berkelanjutan saat ini menjadi suatu konsep pembangunan

yang telah diterapkan oleh banyak negara di dunia dalam mengelola sumberdaya

alam dari kerusakan lingkungan dan kepunahan. Konsep ini berlaku untuk seluruh

sektor pembangunan termasuk pengelolaan lingkungan agar tidak terjadi

kerusakan lingkungan yang diakibatkan oleh adanya buangan (limbah) dari suatu

kegiatan. Salah satu kegiatan yang akan disorot pada penelitian ini yaitu limbah

bengkel (workshop) berupa campuran hidrokarbon yaitu minyak pelumas, gasolin

dan diesel.

Operasi bengkel sebagai tempat pemeliharaan dan perbaikan alat-alat

transportasi, menghasilkan limbah hidrokarbon berupa ceceran minyak pelumas,

minyak diesel dan gasolin (Tiwary 2001). Limbah bengkel ini apabila terbuang

ke lingkungan menyebabkan pencemaran di tanah.

Secara umum tanah yang terkontaminasi oleh limbah minyak yang

mengandung hidrokarbon, dapat diolah melalui proses fisik, kimia maupun

biologi. Pengolahan secara fisik seperti insinerasi (pembakaran) dan kimia

(penggunaan bahan kimia) umumnya membutuhkan biaya yang besar dan

menimbulkan polutan sekunder, dibandingkan pengolahan secara biologi

(Pedersen & Bourguin 1995; Crawford & Crawford 1996; Fermor et al. 2001).

Pengolahan secara biologi dengan memanfaatkan mikroba pada pencemaran tanah

(bioremediasi) merupakan alternatif pengolahan yang memiliki kelebihan dari

segi lingkungan yaitu efektif, biaya rendah dan proses ramah lingkungan

(Udiharto 1996; Kitts & Kaplan. 2004).

Metode bioremediasi yang dilakukan dengan penambahan nutrien atau

dikenal dengan biostimulasi, digunakan untuk mendegradasi pencemar limbah

minyak mentah (petroleum), dengan penambahan N dan P ((Schinner & Margesin

2001; Obbard & Ran 2003; Head et al. 2004; Kitts & Kaplan 2004). Metode

biostimulasi, bioaugmentation (penambahan mikroba) pada pencemaran minyak

bumi (Komar & Irianto 2000; Wijayaratih 2001; Dickson & Odokuma 2003;

Rosenberg et al. 2003). Proses bioremediasi dilakukan dengan pengomposan dan

biopile (Suortti et al. 2000), pengomposan dengan sampah biologis (Ryckeboer et

2al. 2003). Pada proses pengolahan secara biologi, hal yang harus diperhatikan

selain karakteristik limbah, juga kondisi-kondisi yang mempengaruhi aktifitas

bakteri (Zulfitri 1994). Hasil penelitian di atas memperlihatkan bahwa bahwa

peran mikroba sangat membantu untuk mempercepat proses biodegradasi

hidrokarbon.

Penelitian dari Bosser & Bartha (1984), menemukan beberapa mikroba

(bakteri) yang hidup di lingkungan minyak bumi, antara lain dari genera

Alcaligenes, Arthrobacter, Acinetobacter, Nocardia, Achromobacter, Bacillus,

Flavobacterium, dan Pseudomonas. Penelitian lain menemukan beberapa isolat

bakteri dari tanah yang terkontaminasi limbah minyak pelumas teridentifikasi

beberapa jenis mikroba yaitu: Bacillus megaterium, Pseudomonas diminuta,

Gluconobacter cerenius, Pasteurella caballi (Suortti et al. 2000).

Keberhasilan proses biodegradasi juga sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor

lingkungan antara lain suhu, pH, kandungan air di tanah, dan ketersediaan nutrien.

Pada dasarnya semua mikroba memerlukan karbon sebagai sumber energi untuk

aktifitasnya. Pada kondisi sumber C telah tersedia dari hidrokarbon, maka

senyawa lain menjadi faktor pembatas yaitu N dan P. Kadar kedua unsur ini turut

menentukan aktifitas pertumbuhan mikroba.

Kompos yang berasal dari sampah kota dapat digunakan sebagai sumber

mikroba dan bulking agen untuk bioremediasi. Kompos juga berperan

memperbaiki sifat kimia tanah seperti pH, kelembaban, struktur tanah dan

berperan sebagai sumber nutrien, dengan demikian memperbaiki lingkungan tanah

terkontaminasi bagi aktifitas mikroba asli maupun introduksi (Farmor et al. 2001).

Beberapa penelitian dengan menggunakan kompos terbukti dapat

memperbaiki tanah terkontaminasi polutan. Penelitian Mahro & Kasner (1996)

menyatakan bahwa penambahan kompos pada tanah yang terkontaminasi limbah

minyak dapat mengurangi kandungan bahan pencemar hidrokarbon dalam tanah.

Pengomposan tanah terkontaminasi khlorofenol dengan penambahan inokulan dan

penambahan nutrien memperlihatkan bahwa 80 % terdegradasi selama 2 bulan

(Laine & Jorgensn 1997). Penambahan 0.25 % urea dan bioaugmentation Bacillus

dapat mengurangi kandungan toluen hingga 97.05 % (Komar & Irianto 2000).

Penambahan pupuk 400 kg-1ha-1minggu-1 selama 6 (enam) minggu dapat

3menurunkan kandungan hidrokarbon di tanah hutan tropik (Dickson & Odokuma

2003).

Hasil penelitian diatas menjelaskan teknik bioremediasi untuk campuran

berbagai hidrokarbon. Pada penelitian ini ditelaah jenis limbah dari bengkel yang

merupakan campuran berbagai jenis hidrokarbon (minyak pelumas, minyak diesel

dan gasolin) dan diolah secara biologi dengan biostimulasi kompos sampah kota

dan bioaugmentation jenis Arthrobacter simplex, Mycobacterium phlei dan

Pseudomonas aeruginosa.

Penelitian yang dilakukan di laboratorium untuk mengetahui proses

degradasi dari limbah hidrokarbon, sedangkan untuk mengetahui keberlanjutan

dari bioremediasi limbah hidrokarbon dilakukan di lapangan. Penelitian lapangan

perlu dianalisis lebih lanjut dengan analisis keberlanjutan. Atribut yang digunakan

yaitu dari dimensi ekologi, ekonomi dan sosial budaya diolah menggunakan

metode multi variable non-parametrik yang disebut multidimensional scaling

(MDS). Penggunaan metode ini dalam mengevaluasi masalah pencemaran

hidrokarbon dengan bioremediasi belum pernah dilakukan. Penggunaan metode

diantaranya dilakukan pada bidang perikanan (RAPFISH), pertanian (RAP-CLS),

peternakan (RAP-SIBUSAPO), kehutanan (RAP-INSUSFORMA). Metode

multidimensional scaling (MDS) yang digunakan pada penelitian ini disebut

RAP-BLH (Rapid Appraisal Bioremediasi Limbah Hidrokarbon).

Penggunaan kompos untuk bioremediasi antara lain pada limbah

hidrokarbon dapat mendegradasi dan meningkatkan penurunan hidrokarbon.

Kompos sampah kota didapati berbagai mikroba yang mampu mendegradasi

limbah hidrokarbon. Oleh karena itu untuk mempercepat degradasi dari limbah

hidrokarbon dilakukan optimasi biostimulasi kompos dan bioaugmentation dari

jenis bakteri Arthrobacter simplex, Mycobacterium phlei dan Pseudomonas

aeruginosa. Jenis bakteri ini sudah digunakan sebelumnya untuk mendegradasi

minyak bumi. Untuk meningkatkan keberlanjutan bioremediasi yang dilakukan

dilapangan diharapkan menggunakan metode dengan biostimulasi kompos dan

bioaugmentation.

4Kerangka Pemikiran

Limbah minyak terdiri dari berbagai komponen hidrokarbon dari kegiatan

bengkel berupa tumpahan, ceceran atau buangan dari minyak bekas pakai, minyak

dari alat transportasi, ceceran minyak pelumas, minyak diesel dan gasolin.

Pembuangan limbah hidrokarbon menyebabkan pencemaran di tanah. Pengolahan

limbah hidrokarbon secara biologi yaitu dengan metode bioremediasi (KepMen

LH Nomor 128 tahun 2003) diantaranya dilakukan dengan biopile, landfarming

dan composting. Metode biopile membutuhkan biaya yang lebih besar jika

dibandingkan dengan metode composting, sedangkan metode landfarming

membutuhkan lahan yang luas dan sulit dikontrol. Penggunaan kompos dianggap

murah dan mudah. Kompos mengandung berbagai mikroorganisme. Pada proses

bioremediasi, kompos berfungsi sebagai sumber inokulan, dan menyediakan

tambahan unsur hara seperti N dan P untuk meningkatkan pertumbuhan mikroba.

Selanjutnya mikroba merombak bahan pencemar hidrokarbon melalui proses

kimia dengan bantuan enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroba tersebut.

Proses degradasi dari limbah hidrokarbon, selain melalui penambahan

kompos sampah kota, juga dapat dilakukan penambahan mikroba dari jenis

Arthrobacter simplex, Mycobacterium phlei dan Pseudomonas aeruginosa. Jenis

mikroba tersebut umum digunakan sebagai pendegradasi minyak mentah. Pada

penelitian ini dilakukan kajian penggunaan kompos sampah kota dan penambahan

mikroba diatas untuk mendegradasi limbah bengkel. Degradasi limbah

hidrokarbon di dalam tanah ini diupayakan dalam rangka mempertahankan

keberlanjutan sumberdaya alam (tanah).

Perumusan Masalah

Penggunaan mikroba untuk mendegradasi limbah hidrokarbon telah banyak

digunakan. Untuk mempercepat proses degradasi limbah tersebut, maka

biostimulasi kompos merupakan salah satu alternatif yang dapat mempercepat

proses degradasi. Kompos merupakan sumber inokulan dan bulking agent untuk

tanah. Oleh karena itu maka dilakukan penelitian ini untuk mengkaji upaya

pengolahan limbah hidrokarbon dengan mengoptimalkan penggunaan kompos

dan bioaugmentation mikroba. Penanganan yang tepat berdampak positif terhadap

5lingkungan. Oleh karena itu perlu dilakukan analisis keberlanjutan untuk menilai

efek penanganan limbah terhadap ekologi, ekonomi dan sosial budaya yang

merupakan lingkungan global.

Berdasarkan uraian tersebut, dapat dirumuskan permasalahan penelitian ini :

1. Apakah biostimulasi kompos dan bioaugmentation dengan penambahan

bakteri Arthrobacter simplex, Mycobacterium phlei dan Pseudomonas

aeruginosa dapat mempercepat degradasi bahan pencemar hidrokarbon.

2. Bagaimana keberlanjutan secara ekologi, ekonomi dan sosial, dari proses

bioremediasi untuk limbah hidrokarbon.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Memperoleh kondisi optimal biodegradasi hidrokarbon dengan biostimulasi

kompos dan bioaugmentation bakteri Arthrobacter simplex, Mycobacterium

phlei dan Pseudomonas aeruginosa.

2. Melakukan analisis keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon ditinjau

dari dimensi ekologi, ekonomi dan sosial.

Hipotesis Penelitian

Hipotesis yang akan dibuktikan pada penelitian ini yaitu :

1. Biostimulasi kompos dan bioaugementation dengan penambahan bakteri

Arthrobacter simplex, Mycobacterium phlei dan Pseudomonas aeruginosa

dapat mempercepat degradasi hidrokarbon.

2. Metode multidimensional scaling (MDS) dapat digunakan untuk menilai

keberlanjutan bioremediasi limbah hidrokarbon .

6Manfaat Penelitian

1. Hasil penelitian dapat digunakan untuk menangani tanah terkontaminasi

limbah hidrokarbon yang berasal dari bengkel, dan juga sebagai informasi

bagi pihak berkepentingan dalam hal penanganan limbah dari bengkel.

2. Memberi informasi nilai keberlanjutan secara ekologi, ekonomi, dan sosial

dari bioremediasi limbah hidrokarbon.

3. Memberikan kontribusi bagi pengembangan ilmu, khususnya dalam

pengelolaan sumberdaya alam dan lingkungan.

Novelty

Kebaruan penelitian ini adalah: bioremediasi limbah hidrokarbon dari

bengkel dengan mengoptimalkan biostimulasi kompos dan bioaugmentation,

serta analisis secara komprehensif yaitu keberlanjutan bioremediasi limbah

hidrokarbon dengan pendekatan secara kualitatif dan kuantitatif.

7Kerangka Berpikir

Keterangan : *) tidak dilakukan

Workshop (bengkel)

Pencemaran tanah

Bioremediasi

Efektifitas teknologi

Biostimulasi kompos danbioaugmentation

Gambar 1. Kerangka berpikir penelitian biostimulasi danbioaugmentation untuk bioremediasi limbah

hidrokarbon serta analisis keberlanjutan

Bioremediasi berkelanjutan

Pengolahan limbah

Limbah (hidrokarbon)

Biologi Fisik dan Kimia*)

Composting Landfarming*)Biopile*)

8 TINJAUAN PUSTAKA

Limbah Hidrokarbon

Limbah minyak bumi dapat berupa tumpahan, ceceran atau buangan dari

minyak bumi maupun produk-produknya, minyak bekas pakai, dan limbah

minyak yang terkandung dalam limbah alat-alat mesin dari kegiatan industri

maupun rumah tangga (Udiharto 1996). Umumnya minyak bumi maupun

produknya merupakan campuran kompleks senyawa organik yang terdiri atas

senyawa hidrokarbon 50 sampai 95 %, dan sisanya non hidrokarbon misalnya

nitrogen, belerang, oksigen dan logam (Speight 1980). Limbah minyak yang

mengandung hidrokarbon apabila masuk ke lingkungan merupakan bahan

pencemar yang berbahaya.

Limbah yang dihasilkan pada tempat pemeliharaan dan perbaikan alat-alat

transportasi (Workshop) dapat berupa minyak pelumas, minyak diesel dan gasolin.

Hidrokarbon minyak bumi merupakan senyawa organik yang terdiri dari

rangkaian atom karbon dan hidrogen, dengan jumlah tertentu dan digolongkan

menjadi tiga jenis, yaitu hidrokarbon alifatik, hidrokarbon alisiklik, dan

hidrokarbon aromatik (Speight 1980). Fraksi hidrokarbon gasolin (C5 C12),

minyak diesel (C15 C18) dan minyak pelumas (C16 C25) (Wood et al. 1992).

Hidrokarbon alifatik atau disebut juga parafin adalah senyawa yang

mempunyai rantai atom karbon terbuka. Hidrokarbon alifatik terdiri dari alkana,

alkena dan alkuna. Hidrokarbon alisiklik adalah senyawa yang umumnya

berbentuk cincin, bersifat stabil dan tahan terhadap oksidasi. Hidrokarbon alisiklik

terdiri atas sikloalkana, sikloalkena dan sikloalkuna. Hidrokarbon aromatik

merupakan senyawa yang sangat kompleks, termasuk diantaranya senyawa-

senyawa aromatik dengan substitusi mono, di dan poli alkil maupun tanpa

substitusi. Pada minyak bumi senyawa ini jumlahnya lebih sedikit dibandingkan

dengan parafin atau naftalena. Seperti halnya sikloalkana, hidrokarbon aromatik

mempunyai cincin sederhana atau tunggal, sebagai contoh benzen terdiri dari 6

(enam) atom karbon yang berikatan ganda dan tunggal serta cincin ganda seperti

naftalen (Speight 1980). Keberadaan senyawa tersebut dalam limbah akan

menyebabkan degradasi kualitas lingkungan. Pencemaran hidrokarbon

9berpengaruh terhadap manusia, hewan dan tumbuhan (Schlegel 1994; Connel &

Miller 1995).

Metode pengolahan limbah minyak dapat dilakukan secara fisik, kimia dan

biologi. Secara fisik yaitu dengan sistem pembakaran (insinerator), secara kimia

dengan penambahan bahan kimia, dan biologi dengan memanfaatkan mikroba

yang mendegradasi bahan pencemar. Pada pembakaran mengakibatkan

pencemaran udara oleh karena menghasilkan gas hidrokarbon (HC),

karbonmonoksida (CO) berpengaruh terhadap lingkungan, sedangkan proses

kimia digunakan bahan kimia, juga memberi dampak terhadap lingkungan dan

umumnya membutuhkan biaya besar. Pengolahan limbah secara fisik yaitu

dengan insinerator membutuhkan biaya $250 $800 per cubic yard, 35 -

100 m-3 tanah (Pedersen 1995; Crawford & Crawford 1996; Udiharto 1996;

Fermor et al. 2001). Untuk itu penanganan secara biologi dengan memanfaatkan

mikroba sebagai pengolah limbah diharapkan merupakan alternatif yang efektif,

biaya rendah ($40 $100 per cubic yard, dan 5 75 m-3 tanah) dan proses

ramah lingkungan (Udiharto 1996; Fermor et al. 2001; Kitts & Kaplan 2004).

Salah satu metode yang digunakan untuk mengolah limbah workshop pada

tanah menggunakan mikroba disebut bioremediasi. Bioremediasi merupakan

proses penting untuk pemulihan lingkungan tercemar oleh berbagai bahan

pencemar termasuk limbah minyak dari bengkel. Metode ini telah digunakan

untuk mendegradasi limbah minyak pelumas, solar pada sedimen (Schinner &

Margesin 2001; Obbard & Ran 2003).

Lingkungan secara alamiah mengandung beraneka ragam mikroba.

Penanganan limbah dengan bantuan mikroba dapat dilakukan dengan

memanfaatkan mikroba yang berada di lingkungan tercemar. Mikroba diharapkan

dapat menguraikan atau mendegradasi bahan organik kompleks menjadi bahan

lebih sederhana dan aman bagi lingkungan (senyawa hidrokarbon dengan bantuan

mikroba akan berubah menjadi karbondioksida, air dan energi).

10

Pengolahan Limbah dengan Bioremediasi

Bioremediasi menurut Crawford & Crawford (1996) merupakan proses

biodegradasi yang produktif menghilangkan bahan berbahaya (B3) yang ada di

lingkungan dan dapat mengancam kehidupan manusia, dan biasanya terdapat pada

tanah, air dan sedimen. Swannell et al. (1996) mendefinisikan bioremediasi

sebagai usaha untuk mengatasi pencemaran lingkungan dengan melakukan

penambahan-penambahan materi atau hara pada lingkungan yang terkontaminasi

sehingga proses biodegradasi alami dapat ditingkatkan. Menurut Capone & Bauer

(1992), bioremediasi dapat dilakukan dengan menambahkan mikroba non-

indigenous, yang disebut dengan bioaugmentation atau dengan penambahan

nutrien untuk meningkatkan kemampuan mikroba indigenous, yang disebut

dengan biostimulasi. Sedangkan Fauzi & Sai'd (1996) menyatakan bioremediasi

merupakan proses penyehatan (remediasi) secara biologis terhadap komponen

lingkungan, tanah dan air yang telah tercemar oleh senyawa senobiotik (asing di

alam) dan bersifat rekalsitran (sulit didegradasi), sehingga senyawa tersebut

memiliki ketahanan yang tinggi di alam. Pada saat ini teknologi bioremediasi

banyak dimanfaatkan untuk menangani limbah senyawa hidrokarbon seperti oil

sludge, poly aromatic hidrocarbon (PAHs), minyak tanah, gasolin, dan minyak

diesel.

Upaya bioremediasi dengan penambahan nutrien dan mikroba secara umum

sudah banyak dilakukan terutama pada hidrokarbon spesifik. Untuk mempercepat

proses degradasi bahan pencemar hidrokarbon di tanah, penambahan kompos

dapat dilakukan, selain sebagai sumber inokulan juga sumber nutrien dalam tanah.

Penambahan nutrien dan mikroba mempercepat terjadinya degradasi bahan

pencemar hidrokarbon. White et al. (1999) menjelaskan bahwa penambahan

nutrisi menyebabkan perubahan ekologi mikroba yang dapat mempercepat proses

bioremediasi. Lee & Merlin (1999) menyatakan bahwa kelarutan nitrogen dalam

sedimen berpengaruh terhadap proses biodegradasi dan keberhasilan

bioremediasi. Bioremediasi pada tanah yang tercemar oleh bahan diesel di area

parkir rekreasi ski di Pegunungan Alpine yang dilakukan oleh Schinner &

Margesin (2001), dilakukan penambahan senyawa nitrogen, pospor dan kalium

mampu menurunkan kandungan total petroleum hidrokarbon sebesar 48 % selama

11

78 hari. Selanjutnya dikatakan bahwa mikroba mempunyai kemampuan

menurunkan kadar bahan pencemar organik, dan metode ini telah terbukti efisien,

ekonomis, dan ramah lingkungan. Head et al. (2004), melakukan bioremediasi

untuk mendegradasi hidrokarbon di daerah Pantai Mudflat secara biostimulasi

dengan penambahan pupuk yang mengandung senyawa nitrogen dan phospor

menyatakan mampu menurunkan 99.7 % hidrokarbon selama 3 (tiga) bulan.

Kitts & Kaplan (2004) melakukan bioremediasi di ladang minyak Guadalupe

dengan penambahan nutrien yang mengandung phospat dan ammonia, total

petroleum hidrokarbon yang terdegradasi 98 % selama 168 hari. Rosenberg et al.

(2003) menyatakan bahwa bioremediasi petroleum dapat dilakukan dengan

penambahan nutrien (berasal dari kotoran burung) sebagai sumber nitrogen dan

dilakukan penambahan mikroba yang diisolasi dari kompos (kotoran burung)

mampu mendegradasi 48 %. Secara umum, kebutuhan terpenting untuk

pelaksanaan bioremediasi yang dirangkum oleh Wisjnuprapto (1996) adalah:

a. Adanya mikroba yang melaksanakan proses, dan mampu memproduksi

enzim yang dapat mendegradasi bahan kimia beracun (senyawa sasaran).

b. Sumber energi dan akseptor elektron, karena mikroba memperoleh

energi dari reaksi-reaksi redoks yang berlangsung.

c. Kelembaban yang cukup, pH, dan suhu yang sesuai, serta tersedianya

cukup nutrien untuk pertumbuhan sel mikroba.

Keuntungan menggunakan bioremediasi dalam mengeleminasi senyawa

hidrokarbon antara lain:

a) Dapat dilakukan secara ex-situ ataupun in-situ

b) Biaya yang dibutuhkan relatif lebih kecil ($40 $100 per cubic yard, dan

5 75 m-3 tanah), bila dibandingkan dengan penanganan secara

fisik dan kimia ($250 $800 per cubic yard, pencucian 35 - 100

m-3 tanah, Pedersen 1995; Crawford & Crawford 1996; Udiharto 1996 &

Fermor et al. 2001).

c) Resiko selama proses dapat dieliminasi (metode ramah lingkungan dan

tidak menimbulkan kerusakan)

Proses bioremediasi juga memiliki kelemahan, yaitu membutuhkan lokasi

area tertentu, perlunya kriteria perlakuan untuk memperoleh proses optimal dan

12

tidak semua bahan pencemar (bahan kimia) dapat diolah secara bioremediasi.

Pengawasan yang intensif selama proses berlangsung juga merupakan kelemahan

proses bioremediasi.

Teknologi bioremediasi dapat dilakukan dengan:

a. Bioaugmentation : penambahan kultur bakteri terhadap medium yang

terkontaminasi). Bakteri merupakan organisme yang umum digunakan

dalam bioaugmentasi untuk merombak bahan pencemar yang terdapat

dalam limbah. Contoh: bioremediasi limbah minyak di Cepu dengan

menggunakan bakteri Bacillus (Komar & Irianto 2000).

b. Biofilter : memisahkan gas organik dengan melewatkan udara melalui

suatu carrier yang dapat berupa kompos atau tanah yang mengandung

mikroba yang mampu mendegradasi bahan pencemar yang dilewatkan.

Contoh : bioremediasi bahan pencemar gasolin BTEX dengan biofilter

kompos (Vandergheynst et al. 2003).

c. Biostimulasi (stimulasi populasi mikroba asli dalam tanah dan/ atau air

tanah, yang dilakukan secara in situ atau ex situ) dengan penambahan

nutrien seperti phospor, nitrogen yang merupakan pemicu pertumbuhan.

Keberadaan sejumlah kecil bahan pencemar juga dapat difungsikan

sebagai pemicu untuk mengaktifkan enzim. Contoh: bioremediasi

minyak mentah di pantai dengan biostimulasi nitrogen dan phospor

(Head et al. 2004).

d. Bioslurry : pengolahan tanah yang mengandung bahan pencemar

hidrokarbon dengan menggunakan konsorsium bakteri pendegradasi

hidrokarbon pada bioreaktor dalam bentuk slurry. Proses ini dilakukan

pada kolam yang berfungsi sebagai bioreaktor.

e. Bioventing : teknik ini mirip dengan biostimulasi, dilakukan dengan

menyemburkan oksigen melalui tanah untuk menstimulasi pertumbuhan

mikroba. Cara ini banyak digunakan pada tanah yang tercemar limbah

minyak bumi.

f. Pengomposan: Teknik ini dilakukan dengan mencampur bahan yang

terkontaminasi dengan kompos yang mengandung mikroba. Contoh :

13

bioremediasi minyak diesel dengan menggunakan kompos sampah

biologis ( Ryckeboer et al. 20003).

g. Landfarming: penggunaan teknik ini untuk mendorong pertumbuhan

mikoba dengan cara tanah tercemar disebarkan pada lahan terbuka.

Contoh teknik ini digunakan untuk membersihkan sejumlah besar

tumpahan minyak dalam tanah (Yani & Fauzi 2005)

Biodegradasi Hidrokarbon

Biodegradasi secara garis besar didefenisikan sebagai pemecahan senyawa

organik oleh mikroba membentuk biomassa dan senyawa yang lebih sederhana

yang akhirnya menjadi air, karbondioksida atau metana (Alexander 1994).

Biodegradasi hidrokarbon didefinisikan sebagai suatu proses yang memanfaatkan

aktifitas mikroba untuk mengubah senyawa hidrokarbon yang kompleks menjadi

senyawa yang lebih sederhana dengan hasil akhir berupa karbondioksida, air, dan

energi. Reaksi sebagai berikut:

mikroorganisme

CnHn + O2 CO2 + H2O + Energi

Proses degradasi limbah oleh mikroba memerlukan kondisi yang sesuai

untuk pertumbuhan mikroba. Secara umum mikroba memerlukan energi untuk

membentuk sel baru, untuk mikroba pendegradasi hidrokarbon dibutuhkan

oksigen untuk proses degradasi. Selanjutnya dijelaskan bahwa beberapa kasus

pencemaran air tanah dapat disebabkan oleh senyawa organik beracun misalnya

hidrokarbon dalam bentuk total petroleum hidrokarbon. Senyawa organik yang

beracun dapat juga didegradasi secara biologis dengan memanfaatkan enzim

(misalnya enzim metana monooksigenase) yang dihasilkan mikroba seperti

disajikan pada Gambar 2.

Gambar 2. Skema biodegradasi metana oleh mikroba

14

Proses biodegradasi hidrokarbon alifatik seperti alkana (metana) dalam

reaksinya membutuhkan oksigen, sehingga reaksi oksidasi dapat berlangsung

lebih cepat. Pada proses, mikroba menghasilkan enzim berfungsi sebagai

katalisator, seperti metana monooksigenase, metanol dehidrogenase, formaldehid

dehidrogenase dan format dehidrogenase. Dalam biodegradasi ini, metana akan

diubah menjadi metanol, formaldehid mejadi asam format dan karbondioksida

(Lehninger 1991).

Biodegradasi minyak merupakan suatu proses yang kompleks dan

tergantung komunitas mikrobanya, kondisi lingkungan dan kandungan minyak

yang akan didegradasi. Dalam proses tersebut akan terjadi penguraian

hidrokarbon oleh mikroba yang telah beradaptasi dengan baik di lingkungan

tersebut. Menurut Citroreksoko (1996) bahwa kemampuan biodegradasi terhadap

beberapa senyawa berbeda-beda. Secara umum bioremediasi limbah hidrokarbon

dilakukan pada skala pilot dan laboratorium dan waktu bioremediasi pada kisaran

3 bulan (90 hari) sampai 168 hari, dan minyak yang terdegradasi 48 % sampai

dengan 99.7 %. Beberapa hasil penelitian bioremediasi hidrokarbon disajikan

pada Tabel 1.

Tabel 1. Review metode bioremediasi berbagai hidrokarbon.HasilNo. Bahan Metode Skala

Waktu DegradasiReferensi

1. Minyakmentah dipantai

BiostimulasiN,P

pilot 3 bulan 99.7 % Head et al.2004.

2. Minyakbumidi hutantropis

Biostimulasidanbioaugmenatsi

pilot 9 minggu 86 % Dicksonet al.2003.

3. Oli padanutrienpantai

Penambahannutrien N,P,K

Lab. 45 hari 95 %alifatik

Obbard &Ran 2003

4. Minyakdisel(solar)

BiostimulasiN,P,K

pilot 78 hari 48 % TPH Schinner &Margesin.2001

5. Petroleum(C10 C32)

Biostimulasidengan N,P

pilot 168 hari 98 % TPH Kitts &Kaplan 2004.

6. minyakpelumaspada tanah

Bioremediasimetode biopile,pengomposan,nutrien

pilot 150 hari 73 % Suortti et al.2000

dilanjutkan

15

Tabel 1 lanjutan7. Minyak

dieselPengomposandengan sampahbiologis

pilot 12 minggu 85 % Ryckeboeret al.2003.

8. GasolineBTEX

Biofilterdengan kompos

Lab. 4 bulan 85 % Vandergheynet al. 2003.

9. Toluena,pengeboranminyakCepu

BioremediasipenambahanmikrobaBacillus danpupuk urea

Lab. 4 minggu 97.05 % Komar &Irianto 2000

10. Naftalen PenggunaanbakteriPseodomonas,dari UnitPengolahanMinyakPertamina

Lab. 28 hari 1362 ppm728.6 ppm;

813 ppm 837.2 ppm

WijayaratihY 2001.

11. Detoksifikasi tanahtercemarlumpurminyak

BiostimulasiN,PUji toxitdenganpenanamanjagung

Pilot 85 hari 97.8%,jagungtumbuhpadakandungan< 1.3 %

Lemigas2002.http://www.lemigaserdm.go.id/kode/536.2002

12. Pyrene Bioaugmentasi(penambahanmikroba)

Lab. 20 hari 61.5 % Lai et al.2004

Mikroba Pendegradasi Hidrokarbon

Mikroba pendegradasi hidrokarbon dapat ditemukan pada tanah dan air.

Pada umumnya hidrokarbon akan digunakan sebagai sumber energi pada aktivitas

mikroorganisme. Mikroba indigenus di lingkungan tercemar hidrokarbon mampu

mendegradasi hidrokarbon karena mikroba mampu menghasilkan enzim

pendegradasi hidrokarbon. Enzim tersebut berfungsi sebagai biokatalisator pada

biodegradasi (Bartha & Atlas 1987).

Dari hasil penelitian yang dikemukakan oleh Bosser & Bartha (1984), telah

ditemukan mikroba yang hidup di lingkungan minyak bumi, yaitu antara lain dari

genera Alcaligenes, Arthrobacter, Acinetobacter, Nocardia, Achromobacter,

Bacillus, Flavobacterium, dan Pseudomonas. Oetomo (1997) menemukan jenis

mikroba yang mampu mendegradasi minyak bumi yaitu; Pseudomonas sp.,

Bacillus sp., Nocardia sp., Mycobacterium. Penelitian lain menemukan beberapa

isolat mikroba dari tanah yang terkontaminasi limbah oli teridentifikasi beberapa

16

jenis yaitu: Bacillus megaterium, Pseudomonas diminuta, Gluconobacter

cerenius, Pasteurella caballi (Suortti et al. 2000). (Komar & Irianto 2000)

melakukan bioremediasi dengan penambahan Bacillus sp., mampu mendegradasi

tanah tercemar toluene; Wijayaratih (2001) melakukan bioremediasi dengan

mikroba Pseudomonas sp., mampu mendegradasi senyawa hidrokarbon naftalen;

Hardjito (2003) melakukan degradasi minyak bumi dengan mikroba Arthrobacter

simplex, dan Pseudomonas aeruginosa.

Isolat bakteri Flavobacterium sp. mampu mendegradasi 57 % suplemen

minyak mentah dalam 12 hari percobaan dan bahan yang terdegradasi yaitu

fluorobenzen, diklorinasi hidrokarbon, fenol, biofenil di poliklorinasi. Jenis

bakteri Azoarcus sp. mampu mendegradasi benzena, toluen, ethylbenzena dan

komponen xylen (Atlas & Bartha 1987). Biodegradasi hidrokarbon aromatik

seperti fenol dan naftalen didominasi oleh bakteri Pseudomonas, Bacillus,

Mycobacterium, Arthrobacter sp.dan Acinetobacter (Alexander 1994). Crawford

& Crawford (1996) mendeteksi jenis mikroba yang mampu mendegradasi

hidrokarbon aromatik yaitu Pseudomonas, Bacillus , Nocardia, Mycobacterium,

Arthrobacter; Acinotobacter; Flavobacteria. Kitts & Kaplan (2004) melakukan

bioremediasi total petroleum hidrokarbon di ladang minyak Guadalupe dan

menemukan jenis bakteri yang dominan terdiri dari Flavobacterium,

Pseudomonas dan Azoarcus sp.

Jenis dan jumlah mikroba berpengaruh terhadap degradasi hidrokarbon.

Menurut Schinner & Margesin (2001) bahwa pada awal penelitian jumlah

mikroba yang ditemukan adalah (6.5 0.4) x 107 CFU ml-1 dan pada akhir

penelitian baik pada tanah yang dipupuk maupun tidak dipupuk jumlah mikroba

adalah (2.7 1.7) x 106 dan (1.5 0.5) x 106 CFU ml-1. Kitts & Kaplan (2004),

jumlah bakteri ditemukan selama 3 (tiga) minggu studi 1.7 x 107 sampai dengan

1.3 x 108 CFU g-1, setelah itu menurun dan pada akhir penelitian (minggu ke 24)

naik lagi menjadi 1.0 x 108 CFU g-1. Fahruddin (2006) mendegradasi benzene

menggunakan mikroba Pseudomonas dan terdegradasi sebesar 96 % dengan

jumlah mikroba 300 x 104 CFU ml-1. Dari hasil ini terlihat bahwa jumlah mikroba

yang ditemukan termasuk cukup dan mampu menpercepat degradasi limbah

hidrokarbon.

17

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Biodegradasi

Faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi biodegradasi hidrokarbon

diantaranya adalah, suhu, pH, kadar air, nutrisi yang tersedia dan komposisi

minyak serta kemampuan mikroba untuk melakukan biodegradasi.

Suhu

Suhu sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan dan aktifitas dari mikroba.

Kemampuan mikroba dalam biodegradasi minyak bumi ditentukan juga oleh

kondisi suhu lingkungan. Suhu pertumbuhan optimum mikroba dikelompokkan

sebagai psikrofil (0- 30C), mesofil (25-40C ) dan termofil (50C atau lebih )

(Chan & Pelczar 1986). Dalam suatu proses degradasi suhu berpengaruh terhadap

sifat fisik dan kimia komponen-komponen bahan pencemar. Suhu rendah

memperlambat tingkat penguapan hidrokarbon dan beberapa kasus dapat

menimbulkan sifat toksik terhadap mikroba. Mikroba tanah dan air umumnya

bersifat mesofil yaitu suhu 25-40C , dan dari golongan ini kebanyakan digunakan

untuk penanggulangan pencemaran minyak bumi (Udiharto 1996).

Oksigen

Gas-gas utama yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba ialah oksigen dan

karbondioksida. Mikroba memperlihatkan keragaman yang luas dalam hal respon

terhadap oksigen bebas. Menurut Chan & Pelczar (1986); Wheeler & Volk

(1988), mikroba dapat dibagi menjadi beberapa kelompok umum berdasarkan

kebutuhan oksigen yaitu aerobik (mikroba yang membutuhkan oksigen),

anaerobik (tumbuh tanpa oksigen), anaerobik fakultatif (tumbuh pada keadaan

aerobik dan anaerobik) dan mikroaerofilik (tumbuh terbaik bila ada sedikit

oksigen atmosferik).

pH

pH suatu medium merupakan ukuran keasaman atau kebasaan. pH adalah

ukuran aktifitas kadar ion hidrogen (Wheeler & Volk 1988), pH optimum

pertumbuhan bagi kebanyakan mikroba adalah pada kisaran 6.5 7.5 (Chan &

18

Pelczar 1986). Alexander (1994) menyatakan bahwa untuk degradasi hidrokarbon

kisaran pH terbaik adalah pada 6.0 8.0.

Kadar air

Kadar air sangat penting untuk hidup, tumbuh dan aktivitas metabolik dari

mikroba. Tanpa air mikroba tidak dapat hidup dalam limbah minyak, mikroba

hidup aktif di interfase antara minyak dengan air. Kadar air harus berada pada

kondisi optimum yakni 10 25 %, agar transfer gas untuk proses oksigenase

dapat berjalan dengan baik (Fermiani 2003). Jika kandungan air terlalu tinggi

akan berakibat sulitnya oksigen untuk masuk ke dalam tanah .

Nutrisi

Mikroba dalam hidup dan pertumbuhannya memerlukan nutrisi atau

makanan sebagai sumber energi. Hidrokarbon minyak bumi akan dikonsumsi

oleh mikroba sebagai sumber karbon dan energi (Oetomo1997). Unsur-unsur

karbon beserta nitrogen dan phosfor yang tersedia dalam lingkungan akan

digunakan mikroba untuk pertumbuhan. Pada pencemaran minyak yaitu dengan

konsentrasi hidrokarbon yang tinggi akan terjadi ketidakseimbangan nutrisi.

Unsur karbon yang berlebihan perlu diseimbangkan dengan penambahan unsur

yang lain seperti nitrogen dan phosfor.

Nitrogen merupakan unsur pokok protein dan asam nukleat yang berperan

dalam pertumbuhan, perbanyakan sel dan pembentukan dinding sel. Beberapa

mikroba dapat menggunakan nitrogen dari atmosfer, tetapi kebanyakan

memperoleh nitrogen dalam bentuk terlarut di air. Beberapa senyawa kimia

sumber nitrogen yang banyak digunakan adalah amonium sulfat, amonium

phosfat dan amonium klorida (Nakayama 1982).

Phosfor merupakan komponen utama asam nukleat dan lemak sel membran

yang berperan dalam proses pemindahan energi secara biologi. Kebanyakan

phosfor yang siap diasimilasi adalah berbentuk fosfat yang terdapat pada pupuk.

phosfor selain penting untuk pertumbuhan mikroba, juga untuk pembentukan

asam amino, transpor energi dan pembentukan senyawa dalam reaksi metabolisme

(Baker&Herson 1994). Pemberian sumber phosfor pada biodegradasi hidrokarbon

19

mempunyai hubungan dengan penggunaan sumber nitrogen. Alexander (1994)

menyatakan perbandingan N dan P yang optimum untuk aktivitas mikroorganisme

adalah 5:1. Apabila limbah minyak digunakan sebagai sumber carbon dan energi,

nitrogen dan phosfor diperlukan pada perbandingan 5:1 atau 10:1. Obbard and

Ran (2003), C:N:P ratio 100:10:1 lebih baik jika dibandingkan dengan ratio C:N:P

100:1.1:0.05.

Bioremediasi dengan Kompos

Kompos adalah bahan-bahan organik yang telah mengalami proses

pelapukan karena adanya interaksi antara mikroorganisme (bakteri) yang bekerja

di dalamnya (Murbandono 2001). Bahan-bahan organik dapat berasal dari

dedaunan, rumput, jerami, sisa-sisa ranting dan dahan, kotoran hewan, dan lain-

lain.

Bahan organik yang telah mengalami pengomposan mempunyai peranan

penting bagi perbaikan mutu dan sifat tanah yaitu: memperbaiki struktur tanah;

memperbesar kemampuan tanah untuk menampung air; memperbaiki drainase dan

atau tata udara tanah sehingga kandungan air mencukupi dan suhu tanah lebih

stabil; meningkatkan pengaruh positif dari pupuk buatan (sebagai penyeimbang

bila pupuk buatan membawa efek yang negatif); dan mempertinggi daya ikat

tanah terhadap zat hara (Murbandono 2001). Kompos selain berfungsi

memperbaiki mutu dan sifat tanah juga dapat digunakan untuk memperbaiki tanah

yang terkontaminasi dengan berbagai polutan organik (Fermor et al. 2001).

Selanjutnya dijelaskan bahwa penimbunan kompos dengan penambahan nutrisi

dapat meningkatkan aktifitas penguraian oleh mikroflora asli dari tanah yang

terkontaminasi.

Aplikasi bioremediasi menggunakan kompos mempunyai beberapa

keunggulan dan lebih ekonomis dibanding dengan teknik bioremediasi lainnya,

sehingga teknologi bioremediasi kompos lebih disenangi dan diminati (US-EPA

1997;1998). Beberapa keunggulan menggunakan kompos antara lain:

1. Kompos mempunyai keragaman populasi mikroba yang terlibat dalam proses

degradasi yakni sekitar 5 10 kali lebih banyak dibandingkan dengan

kandungan mikroba dalam tanah yang subur.

20

2. Tingginya aktifitas mikroba dalam proses yakni sekitar 20 40 kali lebih aktif

dalam hal aktifitas dehidrogenasi dibanding dengan aktifitas dalam tanah yang

subur.

3. Kompos tidak mengandung hama dan penyakit serta tidak membahayakan

pertumbuhan atau produk tanaman.

4. Kompos dapat meningkatkan daya tahan tanaman terhadap penyakit.

5. Kompos tidak mengakibatkan pencemaran dalam tanah, air ataupun udara.

6. Kompos merupakan absorben yang sangat baik untuk senyawa-senyawa

organik maupun anorganik.

Bioremediasi dengan cara pengomposan telah digunakan untuk berbagai

jenis polutan seperti pencemar klorofenol di tanah. Bioremediasi kompos

menurunkan klorofenol hingga 80 % (44 mg kg-1 turun menjadi 10 mg kg-1)

(Laine and Jorgensen 1997). Pada tanah tercemar diazinon, penggunaan kompos

limbah media jamur dapat mendegradasi diazinon hingga 97,5 % (Jumbriah

2006). Secara umum bioremediasi limbah hidrokarbon dengan penambahan

kompos dilakukan pada skala pilot dan laboratorium membutuhkan waktu

bioremediasi antara 3 hingga 5 bulan mampu mendegradasi 25 % sampai dengan

97.5 %. Beberapa penelitian bioremediasi kompos disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2: Review penelitian bioremediasi kompos untuk limbah hidrokarbon

HasilNo. Bahan Metode SkalaWaktu Degradasi

Referensi

1. Minyakpelumaspada tanah

Bioremediasidengan biopile,pengomposan,penambahannutrien

Pilot 150 hari 73 % yaitu2400 mg kg-1menjadi 700mg kg-1

Suorttiet al. 2000.

2. Minyakdisel

Pengomposandengan sampahbiologis

pilot 12 minggu 85 % Ryckeboeret al.2003.

3. GasolinBTEX

Biofilterdengan kompos

Lab. 4 bulan 85 % Vanderg-heynstet al. 2003.

4. Klorofenol Bioremediasikompos

Pilot 2 bulan, 80 %(44 mg kg-1menjadi10 mg kg-1)

Laine &Jorgrnson1997.

dilanjutkan

21

Tabel 2 lanjutan5. Diazinon Bioremediasi

kompos limbahjamur

Lab. 28 hari 97,5% Jumbriah2006. Tesis

6. BahanpeledakTNT

Bioremediasipengomposan

Pilot 95 hari 92 %direduksi

Fermoret al. 2001.

7. Minyakbumi

Bioremediasidenganpengomposan,bioaugmentation

Lab. 80 jam 25 % TPHtereduksi,sedangkanpenambahanmikrobatereduksi55 %

Fermoret al. 2001

8. PAH Bioremediasidenganpengomposan,bioaugmentation

Pilot 3 bulan 55 % Fermoret al. 2001

9. Pestisida Bioremediasidenganpengomposanpotongan daundan rumput

pilot 50 hari 47 % 2,4 Dmengalamimineralisasi

Fermoret al. 2001

10 Pyrene Bioremediasikompos

Lab. 20 hari 80 % adanyakompos dantanpakompos< 5 %.

Mahro &Kasner1993

Bioremediasi Berkelanjutan

Pada pelaksanaan bioremediasi yaitu penyehatan lingkungan dengan

menggunakan mikroba, merupakan suatu metode yang digunakan untuk

mengurangi adanya bahan pencemar di lingkungan. Lingkungan yang tercemar

oleh suatu bahan pencemar akan berpengaruh terhadap keberlanjutan sumberdaya

alam.

Konsep pembangunan berkelanjutan pertama kali diperkenalkan oleh the

World Commission on Environment and Development (WCED) pada tahun 1987

dengan judul Our Common Future (Kay & Alder 1999). Dalam laporan

tersebut terkandung definisi pembangunan berkelanjutan yaitu pembangunan yang

dapat memenuhi kebutuhan saat ini tanpa membatasi peluang generasi mendatang

untuk memenuhi kebutuhannya. Disini mengandung prinsip justice of fairness

yang bermakna manusia dari berbagai generasi yang berbeda mempunyai tugas

22

dan tanggung jawab satu terhadap yang lain seperti layaknya berada di dalam satu

generasi.

Konsep pembangunan berkelanjutan akan ada perpaduan antara dua kata

yang kontradiktif yaitu pembangunan (development) yang menuntut perubahan

dan pemanfaatan sumberdaya alam, dan berkelanjutan (sustainability) yang

berkonotasi tidak boleh mengubah di dalam proses pembangunan berkelanjutan.

Persekutuan antara kedua kepentingan ini pada dasarnya mengembalikan

developmentalis dan environmentalis back to basic yaitu oikos dimana

kepentingan ekonomi dan lingkungan hidup disetarakan (Saragih & Sipayung

2000). Selanjutnya Kay and Alder (1999) mengemukakan adanya tiga tema yang

terkandung dalam definisi pembangunan berkelanjutan yaitu: integritas

lingkungan, efisiensi ekonomi, dan keadilan kesejahteraan (equity). Pendapat ini

sesuai dengan yang dikemukakan oleh Munasinghe (1993) bahwa pembangunan

dikatakan berkelanjutan jika memenuhi tiga dimensi, yaitu: secara ekonomi dapat

efisien serta layak, secara sosial berkeadilan, dan secara ekologis untuk

kelestarian lingkungan (ramah lingkungan). Konsep berkelanjutan secara umum

dapat dikelompokkan ke dalam empat dimensi yaitu ekologi, sosial ekonomi,

sosial politik, hukum dan kelembagaan (Dahuri et al. 1996; Kay & Alder (1999).

Sedangkan Susilo (2003) menyatakan bahwa bukan pengelompokan aspek besar

tersebut yang penting tetapi atribut atau kriteria dari setiap aspek yang penting.

Pembangunan berkelanjutan dari dimensi ekologi memberikan penekanan

pada pentingnya menjamin dan meneruskan kepada generasi mendatang sejumlah

kuantitas modal alam (natural capital) yang dapat menyediakan hasil

berkelanjutan secara ekonomi dan jasa lingkungan termasuk keindahan alam.

Konsep lain yang masih berkaitan dengan hal tersebut adalah konsep pemanfaatan

sumberdaya tidak boleh melebihi jumlah yang dapat diproduksi atau dihasilkan

dalam kurun waktu yang lama.

Untuk menjamin keberlanjutan dari bioremediasi limbah hidrokarbon pada

tanah dalam jangka panjang dan lintas generasi, maka penerapan konsep

pembangunan berkelanjutan perlu dilakukan sebagai tanggung jawab dari generasi

sekarang terhadap hak-hak generasi yang akan datang. Penerapan konsep

pembangunan berkelanjutan menjadi lebih komprehensif untuk menjelaskan

23

pengertian dari suatu kegiatan dikatakan berkelanjutan. Oleh karena itu

bioremediasi limbah hidrokarbon pada tanah dikatakan berkelanjutan jika

memenuhi kriteria lebih besar dari 50 untuk masing-masing dimensi yaitu

ekologi, ekonomi, dan sosial budaya.

Bioremediasi dikatakan memenuhi dimensi ekologi dalam konsep

pembangunan berkelanjutan jika limbah hasil bioremediasi memenuhi baku mutu,

dan tidak toksik. Atribut yang dapat digunakan untuk mencerminkan

keberlanjutan dimensi ini adalah pemanfaatan limbah hasil bioremediasi,

pemanfaatan lahan sekitarnya, kondisi tanah secara fisik (suhu, kelembaban),

kimia (pH, total petroleum hidrokarbon, nutrien N dan P) dan secara biologi yaitu

jumlah, dan jenis mikroba.

Bioremediasi dikatakan memenuhi dimensi ekonomi dalam konsep

pembangunan berkelanjutan jika bahan pencemar hasil bioremediasi dapat

dimanfaatkan. Dengan demikian atribut yang dapat digunakan untuk

mencerminkan keberlanjutan dimensi ini adalah bahwa dengan hilang atau

berkurangnya limbah tersebut maka tanah hasil bioremediasi dapat memberikan

nilai ekonomi. Lahan bekas bioremediasi akan memberikan nilai ekonomi jika

dibandingkan dengan lahan yang tercemar.

Bioremediasi dikatakan memenuhi dimensi sosial dalam konsep

pembangunan berkelanjutan antara lain adalah pemahaman masyarakat terhadap

lingkungan, kerjasama masyarakat dalam pengolahan limbah, tidak terjadi konflik

sosial. Untuk itu bioremediasi dikatakan berkelanjutan apabila ketiga dimensi

tersebut memenuhi standar yaitu indeks keberlanjutan lebih dari 50, setelah

dianalisis secara multidimensional.

Rapid Appraissal (RAP) Bioremediasi Limbah Hidrokarbon (BLH) dengan Metode Multidimensional Scaling (MDS)

Rapid Appraissal (RAP) merupakan suatu teknik multi disiplin untuk

mengevaluasi keberlanjutan berdasarkan sejumlah atribut/indikator yang mudah

untuk di skoring (Fauzi & Anna 2005). Rap-BLH merupakan singkatan dari rapid

appraissal bioremediasi limbah hidrokarbon, akan dikembangkan pada penelitian

ini.

24

Rapid appraissal awalnya merupakan teknik yang dikembangkan (di

University of British Columbia Canada) untuk sumberdaya perikanan secara

multidisipliner. Metode ini termasuk sederhana dan fleksibel dengan menampung

kreativitas dalam pendekatannya terhadap suatu masalah. Metode ini memasukkan

pertimbangan-pertimbangan melalui penentuan atribut yang pada akhirnya

menghasilkan skala prioritas (Fauzi & Anna 2005).

Rapid appraissal merupakan teknik penilaian secara cepat terhadap status

kelestarian sumber daya dengan melihat komponen yang terkait (Supangat 2006).

Sejumlah komponen yang terkait dapat dibandingkan dengan melihat atribut dari

setiap dimensi. Atribut dari setiap dimensi yang akan dievalusi dapat dipilih untuk

merefleksikan keberlanjutan, serta dapat diperbaiki atau diganti ketika informasi

terbaru diperoleh (Fauzi & Anna 2005). Ordinasi dari setiap atribut digambarkan

dengan menggunakan Multidimesional Scaling (MDS).

Multidimesional scaling (MDS) pada dasarnya merupakan teknik statistik

yang mencoba melakukan transformasi multidimensi ke dalam dimensi yang lebih

rendah (Fauzi & Anna 2005). Metode ini dapat menangani data non-parametric,

dan juga dikenal sebagai metode ordinasi dalam ruang (dimensi) yang diperkecil

(ordination in reduce space). Ordinasi sendiri merupakan proses yang berupa

plotting titik obyek (posisi) disepanjang sumbu-sumbu yang disusun menurut

hubungan tertentu atau dalam sebuah sistem grafik yang terdiri dari dua atau lebih

sumbu (Legendre 2003). Melalui metode ordinasi, keragaman (dispersion) multi

dimensi dapat diproyeksikan di dalam bidang yang lebih sederhana dan mudah

dipahami.

Menurut Susilo (2003) atribut-atribut pembangunan berkelanjutan dari

setiap dimensi tersebut dapat dianalisis dan digunakan untuk menilai secara cepat

status keberlanjutan pembangunan sektor tertentu dengan menggunakan metode

multi variable non-parametrik yang disebut multidimensional scaling (MDS).

Metode ini belum pernah digunakan untuk menganalisis keberlanjutan

bioremediasi limbah hidrokarbon. Metode ini pernah digunakan untuk

mengevaluasi pembangunan perikanan yang dikenal dengan RAPFISH (The rapid

appraisal of the status of fisheries) (Kavanagh 2001; Fauzi & Anna 2005).

Keberlanjutan usaha tani pola padi sawah-sapi potong terpadu (Rap-CLS)

25

Suwandi 2005, indeks keberlanjutan pembangunan pulau-pulau kecil disebut

RAPSMILE (rapid appraisal os small islands development) (Susilo 2003), dan

untuk menghitung indeks keberlanjutan dari pengembangan sistem budidaya sapi

potong disebut Rap-SIBUSAPO (rapid appraisal sistem budiadaya sapi potong)

(Mersyah 2005), Model pengelolaan sumberdaya hutan berkelanjutan di sebut

Rap-Insusforma (rapid appraisal indeks sustainable for forestry management

(Marhayudi 2006), seperti tercantum pada Tabel 3.

Tabel 3. Hasil penelitian yang menggunakan metode multidimensional Scaling (MDS).No. Judul Penelitian Hasil Peneliti

1. Evaluasi statuskeberlanjutansumberdaya perikanan:aplikasi pendekatanRapfish (studi kasusperairan pesisir DKIJakarta)

Keberlanjutan sumberdayaperikanan yang dikelompokkanke dalam 5 dimensi yaitu ekologi,ekonomi, sosial, teknologidanetika. Atribut yang sensitifberpengaruh terhadap statuskeberlanjutan masing-masingdimensi adalah: 1. dimensiekonomi:marketable right, sectoremployment, dan other income; 2.Dimensi social: education level,environmental knowledge, fishingincome; 3. dimensi teknologi;selective gear, on-board handlingice dan gear;4. Dimensi etika:just management, illegalfishing;5. Dimensi ekologi: rangecollapse, change in level, dan sizeof fish caught.

Fauzi& Anna (2005)

2. Keberlanjutanpembangunan pulau-pulau kecil: Studi kasusKelurahan Pulaupanggang, Pulau Pari,Kepulauan Seribu, DKIjakarta

Pembangunan Pulau-Pulau kecilbelum berkelanjutan dilihat darilima dimensi yang dikaji(ekologi, ekonomi, sosial,teknologi, hukum dankelembagaan. Dimensi ekonomimemiliki nilai keberlanjutan yangpaling rendah.

Susilo (2003)

3. Desain systembudidaya sapi potongberkelanjutan untukmendukungpelaksanaan otonomidaerah di KabupatenBengkulu Selatan

Sistem budidaya sapi potongtermasuk kategori cukupberkelanjutan. Dari lima dimensiyang dikaji (ekologi,ekonomi,sosial, teknologi, hukum dankelembagaan) didapatkan bahwadimensi ekonomi memiliki nilaikeberlanjutan yang tertinggi danyang terendah adalah sosial.

Mersyah(2005)

dilanjutkan

26

Tabel 3 lanjutan4. Model pengelolaan

sumberdaya hutanberkelanjutan di wilayahperbatasan KalimantanBarat

Indeks keberlanjutan pengeolaansumberdaya hutan termasukdalam kategori kurangberkelanjutan dilihat dari dimensiekologi, ekonomi, sosial,teknologi, hukum, kelembagaan.Nilai indeks terendah yaitudimensi teknologi.

Marhayudi(2006)

5 Indeks KeberlanjutanPengembangan KawasanSentra Produksi Jerukdengan Rap-CITRUSStudi Kasus di KabupatenAgam, Sumatera Barat

Indeks keberlanjutanpengembangan kawasan sentraproduksi jeruk dari dimensiekologi dan sosial berkelanjutan,sedangkan untuk dimensiekonomi, teknologi, kelembagaantidak berkelanjutan

Iswari (2008)

Fauzi & Anna (2005) menyatakan bahwa prosedur rapid appraisal indeks

keberlanjutan sumberdaya dilakukan melalui lima tahapan yaitu : (1) Analisis

terhadap data sektor yang diteliti melalui studi literatur dan pengamatan

dilapangan;(2) Melakukan skoring dengan mengacu pada literatur dengan

menggunakan Excell; (3) Melakukan analisis MDS dengan software SPSS

(statistical products and solution services) untuk menentukan ordinasi dari nilai

stress melalui ALSCAL (alternating lest squares approach to scaling); (4)

Melakukan rotasi untuk menentukan posisi sumberdaya pada ordinasi bad dan

good dengan excel dan visual basic; (5) Melakukan sensitivity analysis dan Monte

Carlo Analysis untuk memperhitungkan aspek ketidakpastian.

Pendekatan multidimensional telah banyak digunakan untuk analisis

ekologis. Pendekatan ini juga telah dikembangkan untuk analisis lingkungan

dimana salah satu metode yang digunakan adalah metode multidimensional

scaling (Susilo 2003). Secara umum penelitian analisis indeks keberlanjutan

dengan menggunakan metode multidimensional scaling dapat digunakan untuk

mengetahui nilai keberlanjutan dari suatu kegiatan.

Teori Respon Surface Methodologi (RSM)

Response surface methodology (RSM) adalah kumpulan teknik matematika

dan statistik yang digunakan untuk membentuk model dan menganalisis problem

dalam suatu respon yang dipengaruhi oleh beberapa peubah dan bertujuan untuk

mengoptimasi respon ini. Teknik ini digunakan untuk menjawab pertanyaan-

27

pertanyaan: (1) bagaimana pengaruh pemberian input terhadap respon; (2)

keadaan bagaimana dari input yang akan memberikan suatu hasil yang secara

bersamaan memenuhi spesifikasi yang diharapkan; (3) pada nilai input berapa

akan memberikan hasil maksimum untuk respon tertentu. RSM tidak menangani

faktor acak, dan digunakan apabila perlakuan yang diberikan tarafnya kuantitatif

(Lorenzen et al. 1993).

Sebagai contoh seorang insinyur kimia mengharapkan untuk mendapatkan

level dari temperatur (x1) dan tekanan (x2) yang dapat memaksimumkan hasil (y)

dari suatu proses. Hasil dari proses adalah fungsi dari level temperatur dan

tekanan yang dapat ditulis sebagai : y = f (x1,x2)+ ?, dimana ? adalah galat (error)

yang dapat diobservasi dari respon y. Jika ekspektasi untuk respon dinyatakan

oleh E (y)= f (x1,x2)= ?, maka surface (permukaan) dinyatakan oleh ? = f (x1,x2)

yang dikenal sebagai response surface, atau dengan perkataan lain response

surface adalah fungsi regresi dalam regresi ganda (Montgomery 1991). Untuk

mengvisualisasikan bentuk dari response surface, maka dapat digambarkan

kountur dari response surface seperti disajikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Gambar tiga dimensi response surface

28

Response surface methodology (RSM) bentuk hubungan antara respon dan

peubah bebasnya tidak diketahui. Langkah pertama dalam RSM adalah untuk

mendapatkan suatu pendugaan yang cocok untuk fungsi yang sebenarnya antara

respon dan himpunan peubah bebasnya. Untuk pendugaan ini biasanya digunakan

suatu polinomial ordo rendah (low-order polynomial). Jika respon telah

dimodelkan dengan baik oleh fungsi linear dari peubah bebasnya, maka fungsi

yang diduga adalah model ordo pertama dan kedua :

y = ?0 + ?1x1 + ?2x2 + ......... + ?kxk + ?. Persamaan (1).

y= ?0 + ? ?1x1 + ??2x2 + ... +? ??kxk + ?. Persamaan (2).

Hampir semua persoalan RSM menggunakan salah satu dari kedua model

ini. Model polinomial bukan satu-satunya model untuk menduga hubungan fungsi

yang sebenarnya, tetapi untuk wilayah yang relatif kecil maka model polinomial

dapat digunakan dengan baik.

RSM bertujuan menentukan titik operasi optimum. Bila daerah optimum

telah diperoleh maka model yang lebih luas dapat dibentuk, dan analisis dapat

menuju daerah optimum lokal. Pada Gambar 3 terlihat bahwa analisis response

surface dapat dibayangkan seperti mendaki sebuah lembah, dimana pada puncak

lembah terdapat titik respon maksimum. Jika optimum pada titik respon

minimum, maka dapat dibayangkan seperti menurun lembah.

Karakter dari RSM, setelah menemukan titik stationer, menentukan apakah

titik stasioner merupakan titik respon maksimum atau minimum atau titik pelana

(saddle point), dan juga untuk mempelajari respon yang cukup sensitif terhadap

variabel-variabel x1, x2, ..., xk. Cara yang paling mudah untuk menentukan hal

tersebut dengan meneliti contor plot dari model yang telah dibuat. Bila hanya ada

dua atau tiga peubah proses (x), maka membentuk dan menginterpretasikan contor

plot relatih mudah.

CCD (central composite design) digunakan untuk model ordo kedua. CCD

adalah rancangan yang sangat efisien untuk model ordo kedua. Ada dua parameter

dalam rancangan harus ditentukan yaitu nilai ? (1.414) dari percobaan dan nilai

titik pusat nc (0). CCD dapat dilihat pada Tabel 4.

29

Tabel 4. Central Composite Design (CCD)

Code VariableRunX1 X2

1 -1 -12 -1 13 1 -14 1 1 5 0 06 0 07 0 08 1.414 09 -1.414 010 0 1.41411 0 -1.414

Metode response surface ini telah digunakan untuk menganalisis

bioremediasi tanah tercemar diazinon (Jumbriah 2006), dan penggunaan surfaktan

linear alkilbenzena sulfonat (LAS) dan nisbah C/N pada bioremediasi tanah

tercemar limbah minyak bumi (Dewi 2005). Hasil penelitian Jumbriah (2006),

bakteri yang terdapat dalam kompos mampu mendegradasi diazinon sebesar

97.5%. Bentuk permukaan respon dari pengaruh interaksi ketiga faktor (waktu,

jumlah kompos, dan konsentrasi diazinon) terhadap penurunan diazinon dapat

diketahui bahwa dengan bertambahnya waktu dan jumlah kompos yang lebih

tinggi maka penurunan diazinon juga semakin besar. Interaksi antara waktu

dengan jumlah kompos mencapai titik optimum penurunan konsentrasi diazinon.

Dari perlakuan ini diketahui interaksi ketiga faktor akan mempengaruhi optimum

penurunan konsentrasi diazinon.

Kemudian metode ini juga digunakan oleh Dewi (2005) terhadap analisis

optimasi dan hasil analisis bahwa permukaan respon degradasi TPH optimum

diperoleh dengan penambahan surfaktan 1.57 % dan nisbah C/N sebesar 40:4.109

mol mampu mendegradasi TPH sebesar 82.2 % selama 42 hari. Dari perlakuan ini

diketahui interaksi antara ketiga faktor (waktu, surfaktan dan nisbah C/N) akan

mempengaruhi optimasi penurunan konsentrasi TPH.

30

METODE PENELITIAN

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Bioteknologi Perairan Departemen

Teknologi Hasil Perairan (THP) Fakultas Perikanan IPB dari bulan Januari

Agustus 2007. Penelitian analisis keberlanjutan dari proses bioremediasi

dilakukan di lokasi bioremediasi limbah bengkel KPC Kalimantan Timur pada

bulan Nopember Desember 2007.

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu tanah segar, limbah bengkel

(minyak pelumas bekas, minyak diesel bekas dan gasolin), aquades, tripton, NaCl,

yeast extract, agar, pepton, alkohol untuk sterilisasi, kloroform, heksan, gel silika,

kompos dari sampah kota, bakteri.

Alat yang digunakan yaitu: erlenmeyer, gelas ukur, tabung reaksi, cawan

petri, jarum ose (lup inokulasi), vortex, inkubator, ruang aseptik, aluminium foil,

kapas, timbangan analisis, bunsen, kertas label, lampu bunsen, tabung ependorf

steril, korek api, hot plate, oven, shaker, botol, magnetic stirrer, thermometer, pH

indikator (pH 4.0 7.0).

Tahapan Penelitian

Penelitian pendahuluan

Penelitian pendahuluan ditujukan untuk mengetahui kondisi eksisting

pengolahan limbah bengkel (metode bioremediasi). Karakteristik awal dari tanah

yang tercemar limbah bengkel diambil dari data sekunder (laporan hasil uji TPH)

di lokasi pengolahan limbah bengkel Kaltim Prima Coal (KPC). Bioremediasi

yang dilakukan di lapangan yaitu metode landfarming dengan bioaugmentation

(penambahan bakteri Petro petrio), bioremediasi dilakukan selama 3 (tiga) bulan.

Penelitian limbah bengkel pada skala laboratorium dilakukan dengan

menggunakan kompos sampah kota (Galuga, Bogor) dan bioaugmentation.

Bakteri yang digunakan merupakan inokulan dari campuran Arthrobacter simplex,

Mycobacterium phlei dan Pseudomonas aeruginosa koleksi Laboratorium

31

Bioteknologi THP FPIK IPB. Inokulan dikultur dengan menggunakan media

yeast extract 5 g l-1, pepton 5 g l-1, glukosa 1 g l-1, pH media 7. Inokulan

dimasukkan kedalam erlenmeyer yang berisi media, dilakukan secara aseptik,

diinkubasi selama 24 jam. Jumlah inokulan yang digunakan pada penelitian yaitu

5 % v/w, 10 % v/w dan 15 % v/w. Penelitian dilakukan selama 1 (satu) bulan.

Kemudian dilanjutkan dengan optimasi degradasi TPH menggunakan kompos dan

bakteri selama 16 minggu. Pada penelitian dilakukan analisis terhadap tanah.

Parameter yang dianalisis yaitu: suhu, pH, kadar air tanah, C,N,P, bobot minyak,

TPH dan jenis mikroba.

Bioremediasi skala laboratorium

Pada penelitian ini sudah diketahui karakteristik awal dari tanah yang

terkontaminasi oleh minyak pelumas, minyak diesel dan gasolin yang

mengandung hidrokarbon. Kemudian dilakukan bioremediasi terhadap tanah yang

tercemar limbah hidrokarbon. Metode yang digunakan yaitu biostimulasi kompos

dan bioaugmentation. Kompos yang digunakan dianalisis terlebih dahulu jenis

mikroba. Tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 4.

Kompos digunakan untuk menstimulasi tanah yang tercemar. Langkah-

langkah penelitian:

1. Tanah segar sebanyak 5 kg dimasukkan ke dalam bak plastik

2. Perlakuan yang diberikan yaitu: minyak 15 % v/w (minyak pelumas 60%+

disel 20% + gasolin 20%) ; kompos 10 %, 20 %, 30 % (w/w) ; dan inokulan

5 % (v/w), 10 %(v/w), 15 % (v/w).

3. Melakukan pengadukan secara manual untuk memberikan kandungan oksigen,

3 kali seminggu, dan penyemprotan air untuk menjaga kelembaban tanah

kali/minggu.

5. Pengambilan sampel tanah untuk menghitung jumlah mikroba (populasi

mikroba) dua minggu sekali. Untuk pengamatan suhu ruang setiap hari , pH

setiap dua minggu , kadar air tanah pada awal dan akhir. Identifikasi mikroba

dilakukan pada awal dan akhir penelitian.

6. Pengambilan sampel tanah untuk analisis bobot minyak yaitu setiap 2 minggu

dan untuk analisis TPH setiap bulan (4 minggu sekali) selama 16 minggu.

32

Tahapan Peneltian 1

Tahapan II

Tahapan III

Gambar 4. Tahapan penelitian biostimulasi dan bioaugmentation untukbioremediasi limbah hidrokarbon seta analisis keberlanjutan

Inokulan (%):5, 10, 15

Kompos (%):10, 20, 30 Mikroba

koleksi labTHP

Tanah (5 kg)+ TPH 5.15 % (simulasiLab.)

identifikasibakteri

Analisis suhu/hari,pH , bobot minyak/2 minggu selama 16minggu, Analisis TPH/ 4 minggu selama 16 minggu

Analisis suhu/hari,pH, kadar air, bobot minyak/2 minggu/TPH selama 1 bulan

Identifikasibakteri

Optimalisasi + kompos (%): 10; 20; 30 + inokulan(%): 5; 10; 15

Penurunan TPH Optimal

Analisis MDSBioremediasi limbah hidrokarbonyang berkelanjutan

Mulai

Kondisi diworkshop (survey)

Perlakuandapat dilihatpada Tabel 6

Selesai

TPH,pH,N,P, atributsecara ekologi, ekonomi

dan sosial

33

Metode Analisis

Parameter yang dianalisis yaitu: Suhu, pH, kadar air tanah, C, N, P, bobot

minyak,TPH, jumlah populasi dan jenis mikroba. Selama penelitian parameter

yang diamati: Suhu, pH, bobot minyak dan jumlah populasi mikroba, sedangkan

untuk analisis TPH per empat minggu .

Suhu

Suhu adalah merupakan salah satu faktor ekologis yang sangat berpengaruh

terhadap pertumbuhan dan penyebaran hewan (merupakan faktor pembatas).

Pengukuran suhu dilakukan dengan menggunakan thermometer raksa.

Pengamatan dilakukan pada setiap hari (mulai dari awal sampai akhir penelitian).

pH

pH tanah dapat diukur dengan menggunakan kertas lakmus (pH indikator).

5 g tanah dimasukkan dalam botol, ditambahkan 5 ml air destilasi, dikocok selama

10 menit dan diamkan selama 5 menit. Kertas lakmus dicelupkan dengan hati-hati

pada cairan bening di atas lumpur tanah. Warna kertas lakmus disesuaikan

dengan daftar warna di kotak lakmus dan dicatat pHnya. pH tanah diukur pada

setiap perlakuan setiap 2 minggu.

Kadar air (kelembaban)

Kadar air total tanah adalah kadar air tanah yang diperoleh dengan jalan

pengeringan tanah kering udara dalam oven pada suhu 105 C sehingga bobotnya

tetap (Dasar-dasar Ilmu Tanah 1996). Contoh tanah ( 10 g) dimasukkan kedalam

botol yang bersih dan kering, kemudian dimasukkaan kedalam oven pada suhu

105 C selama 24 jam.

Unsur Hara

N Total dianalisis dengan metode Kjeldahl, kadar karbon dengan metode

Walkley and Black (Black et al. 1965) dan kadar phosphor dengan metode Bray

and Kurtz (Black et al. 1965).

34

Metode Gravimetri

Penentuan berat minyak dalam tanah.

Tanah sebanyak 5 gram, dimasukkan ke dalam erlenmeyer dan ditambahkan

dengan 15 ml kloroform (CHCl3), kemudian ditutup dan diaduk menggunakan

shaker pada 200 rpm selama 30 menit. Setelah itu disaring dengan kertas saring

ukuran sedang dengan bantuan corong dan ditampung hasil ekstraksinya ke dalam

botol yang sudah diketahui beratnya (y). Hasil ekstraksi disimpan hingga seluruh

kandungan chlo