BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Industri

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Industri pertambangan dan beberapa industri lain seperti industri logam
dalam proses produksinya menghasilkan limbah yang mengandung sulfat dan
logam berat salah satunya yaitu logam tembaga (Cu) (Garcia et al., 2001;
Bratkova et al., 2011). Limbah tersebut apabila tidak dikelola dengan baik
dapat mencemari lingkungan terutama perairan (Kikot et al., 2010). Limbah
industri tambang sering memiliki konsentrasi sulfat dan logam berat melebihi
ambang batas normal (Al-Zuhair et al., 2008).
Keberadaan sulfat dalam limbah menyebabkan penurunkan pH air secara
drastis dan meningkatkan kelarutan logam berat (Havlin et al., 1999).
Keberadaan logam berat dilingkungan merupakan ancaman serius bagi
lingkungan dan kehidupan manusia (Cabrera et al., 2006) karena tidak dapat
terdegradasi dan cenderung terakumulasi pada organisme (Sprynskyy et al.,
2006). Sani et al. (2001) mengatakan bahwa logam berat dapat menggantikan
ion esensial di dalam sel dan memblok gugus fungsional pada molekul penting
seperti enzim, polinukleutida dan nutrien yang diperlukan dalam sistem
transport. Sebagai akibatnya terjadi denaturasi enzim dan menyebabkan enzim
tidak aktif.
Metode fisikokimia seperti metode pengendapan menggunakan kapur,
absorption, ion exchange dan complex formation merupakan metode yang
1
2
banyak digunakan dalam penanganan logam berat. Namun, meskipun efektif
metode ini memerlukan biaya operasional yang mahal dan menghasilkan residu
berupa lumpur dalam jumlah besar (Gallegos-Garcia et al., 2009).
Dewasa ini metode biologis merupakan metode alternatif dalam
penanganan limbah yang mengandung sulfat dan logam berat. Metode ini
memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan metode fisikokimia
yaitu lebih effien, murah dan ramah lingkungan (Kumar et al., 2011). Salah
satu metode biologis tersebut adalah bioremediasi menggunakan Bakteri
pereduksi sulfat (BPS) (Gaikwad and Gupta, 2008). Bakteri pereduksi sulfat
(BPS) mampu menurunkan konsentrasi sulfat dan logam berat pada limbah
secara bersamaan.
Bakteri Pereduksi Sulfat (BPS) pada kondisi anaerob menggunakan sulfat
sebagai penerima elektron terakhir untuk mereduksi substrat organik atau
substrat anorganik sebagai sumber energi yang akan menghasilkan senyawa
hidrogen sulfida (H2S, HS- dan S2-) dan senyawa bikarbonat (HCO3-) sebagai
produk akhir (Postgate, 1984). Senyawa bikarbonat (HCO3-) akan menetralisir
pH air limbah yang semula asam (Márquez-Reyes et al., 2013) sedangkan
senyawa sulfida yang terlarut dalam air akan bereaksi dengan logam berat
membentuk senyawa metal sulfida yang bersifat tidak larut (Bratkova et al.,
2013; Jalali and Baldwin, 2000; Cabrera et al., 2006). Logam berat yang
mengendap dalam bentuk senyawa metal sulfida lebih mudah di kelola bila
dibandingkan dengan logam berat terlarut.
3
Metode biologis dengan menggunakan BPS selain mampu menghilangkan
sulfat dan logam berat pada limbah juga dapat merecovery logam yang bernilai
tinggi dalam bentuk metal sulfida sehingga dapat dimanfaatkan (GallegosGarcia et al., 2009; Bijmans et al., 2008; Jalali and Baldwin, 2000).
Disisi yang lain, sel mikrobia sensitif terhadap kondisi limbah yang
memiliki konsentrasi logam berat yang tinggi, pH ekstrim dan kehadiran
polutan lain yang dapat membunuh atau menekan pertumbuhan mikrobia (Essa
et al., 2012). Konsentrasi sulfat dan logam berat pada limbah yang terlalu tinggi
akan membatasi kemampuan BPS dalam proses bioremediasi. Menurut AlZuhair et al. (2008) konsentrasi sulfat yang terlalu tinggi menghambat
pertumbuhan BPS. Hasil penelitian Hao et al. (1994) menunjukan bahwa pada
konsentrasi logam berat Zn (25–40 ppm), Pb (75–80 ppm), Cu (4–20 ppm), Cd
(>4–20 ppm), Ni (10–20 ppm) and Cr (60 ppm) bersifat toksik terhadap BPS.
Untuk meningkatkan toleransi BPS terhadap konsentrasi logam berat dan
sulfat yang terlalu tinggi dapat dilakukan dengan mengimobilisasi BPS pada
substrat tertentu sebagai material penyangga. Teknologi imobilisasi bakteri
memiliki beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan aplikasi bakteri
secara planktonik karena dapat meningkatkan biomassa sel bakteri,
meningkatkan aktivitas metabolisme dan meningkatkan daya tahan terhadap
senyawa kimia yang bersifat toksik (Zhou et al., 2008). Mikrobia yang
terimobilisasi pada material penyangga akan membentuk biofilm (Weiβ et al.,
2011).
4
Zeolit merupakan salah satu substrat yang dapat dimanfaatkan sebagai
material penyangga BPS dalam proses bioremidiasi. Menurut Montalvo et al.
(2012) zeolit memiliki karakteristik yang sangat baik sebagai substrat
pelekatan bakteri dalam teknologi immobilisasi. Selain itu, zeolit mampu
mengikat logam berat terlarut seperti Cu karena memiliki kemampuan ion
exchange (Wang et al., 2008).
Berbagai penelitian menunjukan terdapat korelasi antara pemberian zeolit
terhadap aktivitas metabolisme bakteri dalam proses bioremediasi. Menurut
Montalvo et al. (2005) imobilisasi bakteri pada zeolit berpengaruh positif
terhadap penurunanan konsentrasi NH3 pada limbah sintetik. Penelitian Milan
et al. (2001) secara batch culture menunjukan bahwa zeolit berpengaruh
terhadap kecepatan reduksi limbah peternakan sapi dan babi. Menurut
Kotsopoulos et al. (2008) zeolit berpengaruh terhadap produksi gas metana
yang dihasilkan dari pengolahan limbah peternakan babi.
Beberapa daerah di Indonesia memiliki deposit zeolit alam yang cukup
tinggi. Zeolit alam ini berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai material
penyangga bagi imobilisasi BPS dalam proses pengelolaan limbah yang
mengandung sulfat dan logam berat Cu. Oleh karena itu, maka perlu dilakukan
penelitian dasar mengenai pengaruh zeolit alam terhadap aktivitas
pengendapan logam Cu oleh konsorsium bakteri pereduksi sulfat.
5
B. Permasalahan
Permasalahan penelitian ini yaitu:
1.
Bagaimana pengaruh zeolit alam terhadap aktivitas konsorsium BPS pada
penurunan konsentrasi sulfat dan logam Cu?
2.
Bagaimana pengaruh zeolit alam terhadap pertumbuhan konsorsium BPS?
3.
Apakah konsorsium BPS mampu membentuk biofilm pada zeolit?
C. Tujuan
Tujuan penelitian ini yaitu:
1. Mempelajari pengaruh zeolit alam terhadap aktivitas konsorsium BPS
pada penurunan konsentrasi sulfat dan logam Cu.
2. Mengetahui pengaruh zeolit alam terhadap pertumbuhan konsorsium BPS.
3. Mempelajari karakter biofilm BPS pada permukaan zeolit.
D. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi kepada pelaku
industri dan pemerintah dalam mengelola limbah yang mengandung sulfat dan
logam berat Cu dengan menggunakan bakteri pereduksi sulfat dan zeolit alam.
6
E. Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian secara mendalam akan mempelajari pengaruh pemberian zeolit
alam pada konsorsium BPS dengan mengamati parameter penelitian yaitu: pH,
effisiensi penurunan konsentrasi sulfat, effisiensi penurunan konsentrasi Cu,
jumlah sel BPS dan karakter biofilm. Zeolit yang digunakan dalam penelitian
ini adalah zeolit alam yang berasal dari Kabupaten Wonosari, Provinsi
Yogyakarta.
7
Justifikasi
Justifikasi penelitian dapat dilihat dalam Gambar 1.
Limbah industri tambang mengandung
sulfat dan logam berat.
Mencemari lingkungan
Penanganan secara
FISIKOKIMIA
Penanganan secara
BIOLOGIS
Mahal dan
menghasilkan residu
lumpur
Effisien, murah dan
ramah lingkungan
Salah satu metode biologis:
Bakteri Pereduksi Sulfat (BPS)
Zeolit untuk meningkatkan
ketahanan dan kemampuan BPS
Pengaruh zeolit
terhadap aktivitas BPS
Percobaan batch culture
HRT
Percobaan continuous culture
menggunakan bioreaktor
Gambar 1. Justifikasi Penelitian