Pemanfaatan Mikroba Untuk Penanganan Limbah

m.k. Kuliah Dasar Teknologi Mikrobial
Pemanfaatan Mikroba Untuk
Penanganan Limbah/ Pencemaran
Lingkungan
Departemen Teknologi Industri Pertanian
Fateta IPB
Pemanfaatan Mikroba Untuk Penanganan
Limbah/ Pencemaran Lingkungan
BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN : Eksplorasi potensi
biodiversitas (keanekaragaman) mikroorganisme,
meliputi :
1. aplikasi mikroorganisme untuk peningkatan kualitas
lingkungan
2. pencarian/penemuan mikroorganisme yang
mempunyai potensi metabolik untuk aplikasi industri
3. Rekayasa genetika untuk mendapatkan m.o yang dpt
mendegradasi limbah tertentu
Keuntungan penggunaan mikroorganisme :
1. mempunyai biodiversitas metabolik yang sangat
besar bahkan mencakup kemampuan
memetabolisme polutan seperti petroleum dan
hidrokarbon terklorinasi
2. dapat direkayasa secara genetik shg dpt
mendegradasi limbah bahkan yang sangat berbahaya
Saat ini dikembangkan gabungan penanganan polutan
oleh m.o dengan philoremediation (penanganan
polutan dg tanaman).
Pemanfaatan mikroba untuk penanganan
limbah
Jenis Limbah :
1. Gas
2. Cair
3. Padat
LIMBAH GAS
Teknik yang dapat digunakan : biofilter dan bioscrubber
Dengan penyerapan gas / bahan berbahaya dan berbau 
degradasi oleh mikroorganisme
Bahan pengisi
Air
Udara bersih
Limbah
gas
Humidifier
BIOFILTER
Bisa digunakan untuk gas yang bersifat volatile organic compounds
(VOCs)
Bahan pengisi biofilter : berpori dan mudah basah (mis : kompos,
gambut, potongan kayu, arang, dll) ditambah m.o atau m.o yang
berasal dari kompos tsb  lama kelamaan membentuk biofilm
KELEBIHAN BIOFILTER :
1. Sederhana dan murah
2. Luas permukaan internal yang tinggi membuat biofilter
ideal untuk menghilangkan polutan yang tidak mudah
larut seperti hidrokarbon
3. Dapat diinokulasi dengan m.o yang dpt mendegradasi
senyawa xenobiotik misalnya chloromethane
KEKURANGAN :
1. Memerlukan area yang luas
2. Tidak mungkin dilakukan pengontrolan pH
3. Bahan pengisi seperti kompos juga menghasilkan bau
BIOFILM : kumpulan mikroorganisme yang ditandai
dengan adanya matriks pengikat dan pelindung
1. Yang merugikan : biofilm dalam pipa (menyebabkan
clogging dan corrosion); di lantai dpt menyulitkan
pembersihan
2. Yang menguntungkan : sewage treatment of waste
water (biofilm filter) : kumpulan bakteri yang dapat
mendegradasi bahan organik ( removal BOD) ;
biofilm yang berisi protozoa dan porifera dpt
mengurangi total padatan tersuspensi.
3.
PERKEMBANGAN BIOFILM
APLIKASI LAINNYA BIOFILM : PADA SEPTIC TANK
Nutrien, pengontrolan pH
Udara
bersih
Lumpur aktif
Limbah
gas
Udara
Unit Pengolahan Limbah cair
BIOSCRUBBER
Limbah cair
1. Air buangan industri
Jumlah dan komposisi ditentukan oleh bahan / produk
& proses pengolahan.
2. Air buangan komunal (misal : sekolah, rumah sakit dll)
LIMBAH PADA UMUMNYA DIOLAH MELALUI 3 metode :
1. Fisika (penyaringan, dll)
2. Kimia (pengendapan dg penambahan bahan kimia, dll)
3. Biologi (terutama untuk bahan limbah organik) : bisa
secara aerobik atau anaerobik
AEROBIK :
• Trickling filter
• Tower
• Rotating disc
• Rotating drums
• Activated sludge (lumpur aktif)
ANAEROBIK :
• Septic tanks
• Digester anaerobic
• Anaerobic filter
TRICKLING FILTER
DEFINISI-DEFINISI :
1. BOD5 : Biological Oxygen Demand (5 day incubation) :
konsentrasi bahan organik biodegradable dalam
limbah cair = jumlah O2 yang digunakan oleh m.o untuk
mendegradasi bahan organik
2. Sludge : kumpulan mikroba dalam lumpur aktif
3. Nitrification : konversi amonium menjadi nitrate oleh
bakteri autotrof. Merupakan bagian penting pada tahap
penghilangan nitrogen secara biologis dalam
pengolahan limbah cair
4. Denitrification : reduksi nitrate menjadi N2.
5. Anaerobik : absennya O2 dalam cairan, potensial
redoks dibawah nol, fermentasi, reduksi sulfat dan
methanogenesis terjadi
Prinsip pengolahan limbah cair dengan lumpur aktif :
Bahan organik terlarut + O2
biomassa +CO2+HNO3+H3PO4
M.O terkumpul dalam floc bakteri dengan diameter 0.1
mm. Setelah beberapa hari oleh gaya gravitasi, maka floc
mikroba akan mengendap dan air bersih dialirkan
Biasanya pengolahan biologis digabungkan dg teknik
fisik/kimia, mis : limbah cair  lumpur aktif 
koagulasi/flokulasi penyaringan dengan pasir
ozonisasi  penyaringan dengan biologically granulated
activated carbon filter  air bersih yang dapat digunakan
untuk proses
Teknologi penanganan limbah B3
Bioremediasi
BIOREMEDIASI : teknologi penanganan polutan yang
menggunakan sistem biologi untuk mengkatalisis destruksi
atau transformasi limbah bahan beracun berbahaya menjadi
berkurang tingkat bahayanya
Prinsip bioremediasi : proses biodegradasi alamiah oleh
mikroorganisme terhadap polutan dan oksidasi polutan
organik menjadi CO2, H2O, NO3- dan komponen inorganik
lainnya.
Terdiri dari :
1. Monitoring proses biodegradasi alamiah (intrinsic
bioremediation)
2. Melakukan modifikasi lingkungan seperti pengaplikasian
nutrien dan aerasi (biostimulation)
3. Penambahan mikroorganisme (bioaugmentation)
Biostimulation : dilakukan jika populasi mikroorganisme di alam
cukup besar hanya perlu tambahan bantuan (stimulasi) misalnya
: tambah nutrient (contoh nitrat); tambah aerasi agar m.o dpt
mendegradasi polutan dg lebih cepat
Bioaugmentation : dilakukan jika populasi m.o di alam kecil
sehingga perlu ditambah m.o ( yang telah diadaptasikan melalui
penelitian laboratorium ) untuk mengatasi polutan
Cara penanganan :
1. In site (in situ) : langsung di area yang terkena polutan
2. Ex site (ex situ) : ada 2 yaitu landfarming dan bioreactor
Landfarming : Area(tanah) terkontaminasi polutan ditempatkan
di area lain kira-kira sedalam 18 inchi lalu ditambah
mikroorganisme, aerasi, dan pengontrolan RH, suhu, dll
Bioreactor : yang terkena polutan ditempatkan dlm bioreactor,
ditambah m.o, aerasi, pengontrolan suhu, RH, nutrient, dll
Mikroorganisme untuk bioaugmentasi biasanya dari
golongan fungi atau konsorsium m.o yang sudah
diadaptasikan ke polutan:
1. White rot fungus Phanerochaete (dapat mendegradasi
DDT, TNT, benzopyrene, plastik polyethylene)
2. Pseudomonas sp : untuk degradasi TCE
(trichloroethylene)
3. Burkholderia (Pseudomonas) cepacia G4 : untuk
degradasi TCE
Saat ini penelitian juga difokuskan pada rekayasa genetika
untuk mendapatkan m.o yang mampu mendegradasi
polutan tertentu.
BIOSTIMULASI, contoh :
1. Menambah N, P
2. Menambah co-substrat : menginjeksikan methane
untuk mendegradasi trichloroethylene karena polutan
tsb didegradasi oleh enzim dari m.o dg adanya kosubstrat
3. Menambah akseptor elektron : oksidasi bahan
organik di dalam tanah yang kelarutan O2nya sangat
kecil  bioventing (injeksi udara) atau penambahan
nitrate
4. Menambah surfaktan : hidrokarbon dan non aqueous
phase liquid tidak dapat dicerna oleh m.o 
penambahan surfaktan akan mencampurkan senyawa
hidrofobik ke dalam fase air
IN SITU BIOREMEDIATION
In Situ bioremediation
Pump, aeration,
addition of
nutrient
Well
Groundwater
Dissolved compound
eg BTEX
Aquifer
EX SITU BIOREMEDIATION (BIOREACTOR)
Keuntungan bioremediasi secara ekonomi
Aplikasi
Biaya pengolahan
fisik/kimia
Biaya Bioremediasi
Tanah terkontaminasi
petroleum – hidrokarbon
Tanah terkontaminasi
trichloroethane
Kontaminan campuran
Excavation- off site
disposal, $3 juta
Pump and treat, $20 juta
Bioventing on site $ 0.2
juta
Bioventing, $2 juta
Kontaminan campuran,
BTEX dan arsenic
In situ bio treatment, $ 5
juta
Pump and treat, capping, In situ biostimulation,
oxygen sparging,
$50 juta
bioventing, imobilization
of metals, $2 juta
Chlorinated hydrocarbon
Excavation, $15 juta
Marine oil spill
Pump and treat, $25 juta
Physical washing, $ 1,1
juta per km
BTEX = benzene, toluene, ethylbenzene,xylenes
Bioventing, $2 juta
Biostimulation through
fertilizer addition, $
0,005 juta/km
CONTOH PENGOLAHAN LIMBAH PADAT : BIOGAS
Pembuatan gas metan
Ada 3 grup bakteri yang berperan
1) Grup bakteri yang mengubah substrat (protein, lemak,
karbohidrat)
asam-asam organik, alkohol, hidrogen,
CO2.
2) Grup bakteri yang mengubah bahan-bahan yang dihasilkan
pada btr (1)
asam asetat, H2, CO2.
3) Grup bakteri yang mengubah bahan-bahan hasil pada btr (2)
metan dan CO2.
Bakteri pembentuk asam antara lain :
Bacteroides, Clostridia, Bifidobacteria, Enterobacteria,
Streptococci.
Bakteri pembentuk metan
Kondisi proses pada pembentukan metan :
- Suhu 30 – 37.5º C (bakteri mesofilik)
- Suhu 49 - 51º C (bakteri thermofilik)
- pH 6.7 – 7.4
Sifat-sifat bakteri pembentuk metan antara lain :
1) Pada dinding sel tidak terdapat murein.
2) Sitoplasma membran terdiri dari lipid isoprenoid.
3) Berisi koenzim yang tidak terdapat pada bakteri
lain (misal koenzim M, 2-mercaptoethanesulfonic
acid).
Hasil samping biogas : pupuk cair
bakteri
Substra t
(protein, KH,
lem ak)
Ia
Asam am ino
gula
gliserol
asam lema k
bakteri
Hidrog en
Co 2
asam asetat
NH4-,HPO4-2,H2S, dll
Ib
As. Propionat
as.butirat
alkohol
II
dll
BIOGAS
(70% CH4
30% Co 2)
Hidrog en
III
Co 2
asam setat
Fermentasi bahan2 organik menjadi biogas oleh tiga grup bakteri
Pembuatan sirup glukosa dari limbah lignoselulosik
Bahan : limbah selulosik, mis : jerami, kertas, kayu,
ampas tebu, dll.
Enzim yang berperan : Selulase (mis. dari kapang
Trichoderma viridae, Penicillium, Fusarium,
Aspergillus.
Pembuatan BioEtanol dari limbah lignoselulosik
Rangkaian dari proses pembuatan glukosa.
Enzim yang berperan : zimase & invertase dari
Saccharomyces cerevisiae
Pengolahan limbah tersebut tetap harus
memperhitungkan aspek ekonomi.
Pengolahan limbah padat yang sangat menguntungkan :
kompos
Sebelum pembuatan kompos : separasi (logam, dll bisa di
re-use)
Teknologi composting :
DRANCO (dry anaerobic composting ) : thermophilic
55oC pd konsentrasi padatan tinggi dalam satu tahap
fermentasi.
Wet Process : air diumpankan ke reaktor