dinamika pertumbuhan bakteri pereduksi sulfat dan thiobacillus

Jurnal Alam dan Lingkungan, Vol.4 (7) Agustus 2013
ISSN 2086-4604
DINAMIKA POPULASI BAKTERI PADA SEDIMEN YANG
DIPERLAKUKAN DENGAN AIR ASAM TAMBANG
Fahruddin dan As’adi Abdullah
Jurusan Biologi, F.MIPA, Universitas Hasanuddin, Makassar 90245
[email protected]
ABSTRAK
Limbah air asam tambang (AAT) merupakan limbah pertambangan dapat menggangu
lingkungan karena mengandung asam sulfat yang tinggi. Penanggulangan AAT selama ini
dilakukan dengan motode kimiawi dengan penambahan kapur, tapi hasilnya tidak efektif.
Aplikasi metode biologis dengan adalah alternatif yang baik dan ramah lingkungan, untuk
pengolahan limbah AAT yaitu dengan menggunakan bahan organik sedimen yang secara
alami terdapat banyak bakteri pereduksi sulfat.Tujuan utama penelitian ini adalah
menggunakan sedimen sebagai sumber inokulum bakteri untuk mereduksi sulfat. Kegiatan
utama penelitian ini mencakup: Sampel air yang terkontaminasi air asam dikarakterisasi
meliputi: C-organik, P-total, N-total, dan total bakteri. Perlakuan dibuat dalam kolom
bioreaktor dengan komposisi terdiri dari sedimen dan kompos. Selama proses inkubasi
dilakukan pengamatan: jumlah BPS, jumlah total mikroba. Berdasarkan dari hasil
penelitian terjadi pertumbuhan mikroba memiliki pola pertumbuhan yang sama pada
semua perlakuan, kecuali pada pertumbuhan BPS yang relatif lebih tinggi pada perlakuan
sedimen pantai. Pada mikroba Thiobacillus ferrooxidans pada keempat perlakuan secara
spesifik pola pertumbuhan mikroba terus mengalami penurunan yang mirip dengan pada
total mikroba.
Kata kunci: inokulum mikroba, sedimen, air asam tambang
yang baik dan bijaksana, karena akan
mengurangi pencemaran lingkungan
seminimal mungkin. Salah satu alternatif
yang banyak dikaji sekarang adalah
pengolahan AAT secara biologis dengan
menggunakan bakteri pereduksi sulfat
(BPS) untuk mendekontaminasi sulfat.
Selain
itu,
BPS
juga
mampu
menurunkan konsentrasi logam melalui
proses pengendapan logam. Secara
alami, pada sedimen wetland terdapat
banyak BPS dan nutrien, sehingga tidak
perlu lagi diinokulasikan bakteri dari
luar dan penambahan nutrien. Selain itu,
juga ditambahkan kompos, secara alami
terdapat fungi yang menghasilkan
karbohidrat sebagai makanan bagi
bakteri. Diharapkan dengan cara ini,
BPS akan efektif meningkatkan reduksi
PENDAHULUAN
Kegiatan
pertambangan
menghasilkan
limbah,
dapat
menyebabkan dampak pada lingkungan
yaitu pencemaran: air permukaan, air
tanah, udara. Hal ini menyebabkan
kerusakan pada flora dan fauna, bahkan
mengganggu kesehatan manusia. Salah
satu
limbah pertambangan
yang
berbahaya adalah cairan asam sulfur
yang dapat menurunkan pH air di bawah
3 dan melarutkan ion – ion logam. Asam
sulfur yang terbentuk dari kegiatan
pertambangan dikenal dengan air asam
tambang (AAT) atau acid rock drainage.
Karena
sifatnya
asam,
dapat
mempengaruhi
aktifitas
organisme
termasuk mikroba (Mills, 2002).
Kajian
bioteknologi
untuk
pengolahan AAT merupakan langkah
39
Jurnal Alam dan Lingkungan, Vol.4 (7) Agustus 2013
sulfat dan pengendapan logam berat
dalam AAT (Suyasa 2002; May 2007).
AAT yang terbentuk akibat
oksidasi mineral yang mengandung besi
sulfur, seperti FeS2 dan FeS oleh
oksidator seperti air, oksigen dan
karbondioksida dengan bantuan katalis
bakteri Thiobacillus ferrooxidans dan
produk-produk lain sebagai akibat dari
reaksi oksidasi teresebut. Bahan mineral
yang dioksidasi adalah FeS2 dan bakteri
Thiobacillus ferrooxidans menggunakan
sulfur sebagai sumber energi dan
memperoleh kebutuhan nutrisi dari
atmosfire dan mineral seperti sulfur dan
fosfor. Bakteri ini berfungsi sebagai
agen yang mempercepat terjadinya
reaksi oksidasi Fe2+ menjadi Fe3+ dan
ion sulfat (Callander dan Barford, 1983).
Sehubungan dengan hal tersebut,
maka dilakukan analisis populasi bakteri
pada
sedimen
wetland
yang
diperlakukan dengan limbah air asam
tambang.
ISSN 2086-4604
H2SO4, K2Cr2O7, H3PO3, Na2SO4HgO, NaOH-Na2SO4, HCl, Metil
Merah, HNO3, HClO4, HNO3, dan
bahan
kimia
lainnya
yang
diperlukan.
B. Alat
Alat yang digunakan meliputi:
gelas tabung reaksi, cawan petri, gelas
piala, botol sampel, pH meter,
timbangan, oven, inkubator, mikropipet,
sentrifus, otoklaf, laminar air flow dan
alat-alat lainnya yang mendukung
penelitian ini.
Metode Kerja
A. Pengambilan Sampel
Contoh air asam tambang (AAT)
diambil dari lokasi pertambangan,
dimasukkan dalam botol sampel ukuran
1 liter yang telah disterilkan. Sedimen
wetland meliputi: sedimen bakau
diambil dari hutan mangrove di Tallo,
Makassar; sedimen sawah diambil dari
lahan persawahan Kabupaten Maros;
sedimen rawa diambil dari rawa depan
Perumnas Antang; dan sedimen pantai
diambil dari pantai Tanjung Bunga,
Makassar. Semua sedimen dimasukan
dalam wadah plastik tertutup, kemudian
disimpan dalam lemari pendingin pada
suhu 20C.
METODE PENELITIAN
Bahan dan Alat
A. Bahan
- Air asam tambang, sedimen
wetland: sawa, rawa, pantai, dan
bakau
- Media Pertumbuhan total mikroba
adalah Luria Bertani dengan
komposisi: 10 Pepton, 5 yeast
extract, 5 NaCl (g/l) pada pH 7,2.
- Media pertumbuhan BPS: Laktat
300 ml, 2 MgSO4 7H2O, 1 NH4Cl,1
CaSO4, 1 Yeast ekstrak,
0,5
KH2PO4, 0,5 FeSO4 7H2, 1 Asam
akkorbat (g/l).
- Media pertumbuhan Thiobacillus
ferroxidants : 0,4 MgSO4 7H2O,
0,4 (NH4)2SO4, 0,04 KH2PO4 (g/l).
- Bahan – bahan kimia yang
diperlukan
untuk
analisis
karakterisasi sampel meliputi :
B. Karakterisasi Sedimen
Setiap jenis sedimen wetland
yang digunakan dalam perlakuan,
dilakukan
karakterisasi
yang
dimaksudkan untuk mengetahui kondisi
awal bagi proses reduksi sulfat AAT.
Karbon organik total diukur dengan
metode TOC meter (Nur, 1989), kadar
nitrogen total menggunakan Micro
Kjehldahl (Black et al.1965), kadar
fosfor total dengan metode Stanus
Khlorida (Greenberg et al.,1985).
40
Jurnal Alam dan Lingkungan, Vol.4 (7) Agustus 2013
ISSN 2086-4604
C. Pembuatan Perlakuan
Perlakuan dibuat dalam suatu
wadah tertutup yang dilengkapi dengan
pipa kecil untuk pengambilan cuplikan.
Dalam wadah tersebut diberikan
sedimen wetland, kemudian diberikan
AAT dengan perbandingan 1: 3 (b/v).
Inkubasi dilakukan selama 50 hari pada
suhu
ruangan.
Selama
inkubasi
dilakukan pengamatan setiap 5 hari yang
meliputi: dinamika pertumbuhan BPS
metode most probale number (Atlas.
1993); total mikroorganisme metode
plate count (Jutono, 1992); dan jumlah
Thiobacillus ferrooxidans (Sugio et al.,
1988).
Tabel 1. Kadar C, P dan N pada sedimen
wetland
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Pendahuluan
Penggunaan
wetland
dalam
pengolahan AAT memiliki potensi
sebagai sumber inokulum bakteri
pereduksi sulfat (BPS) dalam mereduksi
sulfat terlarut yang bisa memulihkan
tingkat keasaman badan air menjadi pH
6-7. Di samping peningkatan pH akan
memicu terjadinya pengendapan logam
berat sehingga akan menghilangkan
pencemaran logam berat yang terlarut
dalam perairan.
Sebelum
dibuat
perlakuan
dilakukan analisis pendahuluan pada
keempat jenis wetland yang meliputi
analisis karbon organik, total fosfor,
total nitrogen yang disajikan pada Tabel
1. Sedangkan analisis pendahuluan pada
air asam diperoleh warna AAT
berdasarkan kekeruhan adalah bening
kecoklatan, kandungan sulfat dideteksi
dengan berdasarkan nilai OD yaitu 0,98
dan pH 3,2.
Analisis Pertumbuhan Mikroba
Berdasarkan pengamatan yang
terlihat pada Gambar 1 menunjukkan
keempat perlakuan jumlah mikroba total
sampai pada hari ke 5 mengalami
peningkatan terutama pada perlakuan
mangrove, kemudian terus mengalami
penurunan sampai akhir inkubasi yakni
hari ke 50. Hal ini terkait dengan
pengaruh kondisi lingkungan yang
kurang baik untuk pertumbuhan
sebagian mikroba heterotrop. Pengaruh
lingkungan
tersebut
antara
lain
perubahan pH yang drastis, jumlah
nutrien yang tersedia, serta hasil
metabolik yang dikeluarkan mikroba itu
sendiri
bersifat
menghambat
pertumbuhan
mikroba.
Walaupun
perubahan pH terjadi mulai pada saat
perlakuan awal yaitu hari ke 0 tetapi
pada hari ke 5 masih memperlihatkan
jumlah mikroba tetap tumbuh, karena hal
ini keberadaan mikroba yang relatif
masih banyak adalah karena masa
adaptasi terhadap perubahan pH
tersebut, yang tidak survive perlahan
akan mati dan jumlahnya mulai
berkurang sesuai dengan grafik.
Jenis
Sedimen
Mangrove
Rawa
Sawah
Pantai
Corganik
(%)
31,94
72.22
34,65
26,68
Ptotal
(%)
0,14
0,14
0,03
0,08
Ntotal
(%)
0,26
1,24
2,13
0,45
Hasil analisis tersebut digunakan
untuk mengetahui kondisi awal nutrien
dalam proses pengolahan limbah
tambang yang dipengaruhi oleh tiga
unsur utama yaitu karbon, fosfor dan
nitrogen.
41
Jurnal Alam dan Lingkungan, Vol.4 (7) Agustus 2013
ISSN 2086-4604
180
BPS
160
250
Jumlah Mikroba/ml
Jumlah mikroba/ml
300
BPS
200
TM
150
TF
100
50
TM
140
TF
120
100
80
60
40
20
0
0
0
5
10 15
A
20
25 30
35 40
45 50
300
BPS
Jumlah Mikroba/ml
Jumlah Mikroba/ml
0
TM
250
TF
200
150
100
50
10
15 20
25 30 35
Hari
40
45 50
160
BPS
140
TM
120
TF
100
80
60
40
20
0
0
0
C
5
B
Hari
5
10 15
20
25 30
Hari
35 40
45
50
0
D
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Hari
Gambar 1. Pertumbuhan populasi mikroba: bakteri pereduksi sulfat (BPS), total mikroba (TM)
dan Thiobacillus ferrooxidans (TM) pada asam tambang dengan perlakuan sedimen
A. rawa; B. sawah; C. Mangrove; dan D. pantai.
Pada
mikroba
Thiobacillus
ferrooxidans pada keempat perlakuan
secara spesifik pola pertumbuhan
mikroba terus mengalami penurunan
yang mirip dengan pada total mikroba,
walaupun ada peningkatan sampai pada
hari ke lima, karena peningkatan pH
yang belum berarti bagi pertumbuhan
bakteri
Thiobacillus
ferroxidans
sehingga masih terus tumbuh, kecuali
pada hari ke 10 sampai pada akhir
inkubasi hari ke 50 terus mengalami
penurunan
jumlah
bakteri
ini.
Pengurangan
jumlah
bakteri
Thiobacillus ferroxidans karena adanya
peningkatan pH diatas persyaratan
pertumbuhan yaitu pH 3 - 4. Sebaliknya
terjadi pada kelompok bakteri BPS
relatif terus mengalami peningkatan
pertumbuhan dari awal inkubasi sampai
pada akhir inkubasi.
Pertumbuhan BPS diikuti dengan
adanya peningkatan pH yaitu sejak ke 0
sampai
akhir
inkubasi.
Faktor
pertumbuhan BPS adalah terutama pada
pH dan ketersediaan organik sederhana
pada pertumbuhan BPS. Dalam sedimen
juga terdapat sumber karbon bagi BPS,
yang dirombak terlebih dahulu agar
terurai menjadi senyawa – senyawa
organik sederhana. Penggunaan wetland
dalam hal ini adalah bertujuan untuk
mempercepat penguraian, ditambahkan
lumpur aktif yang diambil dari sediment
lumpur aktif atau yang kaya dengan
bakteri pereduksi sulfat (BPS).
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan dari hasil penelitian
tentang analisis populasi bakteri pada
empat jenis sedimen wetland yang
42
Jurnal Alam dan Lingkungan, Vol.4 (7) Agustus 2013
diperlakukan dengan air asam tambang,
maka
dapat
disimpulkan
bahwa
pengamatan
pertumbuhan
mikroba
memiliki pola pertumbuhan yang sama
pada semua perlakuan, kecuali pada
pertumbuhan BPS yang relatif lebih
tinggi pada perlakuan sedimen pantai.
Greenberg, A. E., P. R. Trussell and L.
S. Clesceri. 1985. Standard
Methods for the Examination of
Water and Wastewater. American
Public
Health
Association.
Washington.
Jutono. 1992. Penuntun Mikrobiologi
Umum. Gadjah Mada Press.
Yogyakarta.
May, L. M. 2007. Acid Mine Drainage.
Idaho International Engineering
and Enviromental Laboratory.
www.Inel.gov [ 22 Januari 2007].
Mills,
C.
2002.
The
Role
Microorganisms in Acid Rock
Drainace. www. Enviromine.com
[15 Februari 2007].
Nur, M. A. 1989. Tehnik Penuntun
Praktikum Kimia. Pusat Antar
Universitas, Bioteknologi. Institut
Pertanian Bogor, Bogor.
Sugio, T., T. Katagiri, M. Moriyama, Y.
L. Zhen, K. Inagaki, and T. Tano.
1988. Existence of a New Type
of Sulfite Oxidase Which Utilizer
Ferric Ions as an Electron
Acceptor in Thiobacillus
ferrooxidans.
Suyasa, I.W. B. 2002. Peningkatan pH
dan Pengendapan Logam Berat
Terlarut Air Asam Tambang
(AAT) dengan Bakteri Pereduksi
Sulfat dari Ekosistem Air Hitam
Kalimantan. Disertasi. Institut
Pertanian
Bogor.
Bogor.
Saran
Disarankan dari
perlu mengkaji lebih
beberapa meter yang
setiap jenis sedimen
mempengaruhi
ISSN 2086-4604
penelitian ini,
jauh tentang
terdapat pada
wetland yang
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Pimpinan
Lembaga
Penelitian
Universitas
Hasanuddin atas bantuan dana BOPTN
untuk terlaksananya penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Atlas, R. M. 1993. Hand Book of
Microbiologycal Media. CRC.
Press. Inc. Boca Raton. Florida.
Black, C.A., D. D. Evans, J. L. White,
L.E. Ensminger, F.E. Clarck and
R.R. Dinauer. [Editor]. 1965.
Methods
of
Soil
Analysis.
American Society of Agronomy,
Inc. Wisconsin.
Callander, I. J. and J. P. Barford. 1983.
Precipitation, Chelation and the
Avalaibility of Metals and
Nutrients in Aerobic Digestion.
Applications Biotechnol. Bioeng.
25: 1959 – 1972.
43
Jurnal Alam dan Lingkungan, Vol.4 (7) Agustus 2013
44
ISSN 2086-4604