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