PENDAHULUAN Latar Belakang Limbah merupakan

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Limbah merupakan permasalahan yang selalu muncul ketika suatu
usaha dilakukan, begitu juga dengan usaha di bidang peternakan. Usaha
peternakan akan menghasilkan limbah antara lain berupa sisa pakan, urin
dan feses. Apabila limbah tidak diolah akan menimbulkan permasalahan,
antara lain aroma tidak sedap, mencemari lingkungan dan menjadi sarang
bibit penyakit. Lebih jauh lagi limbah peternakan juga mengakibatkan
pemanasan global. Meurut Watch Magazine edisi November – Desember
2009, menyatakan bahwa peternakan bertanggung jawab atas sedikitnya
51% dari emisi gas rumah kaca yang dapat menyebabkan semakin
menipisnya lapisan ozon.
Gas amonia (NH3) merupakan salah satu kandungan limbah
peternakan yang menyebabkan pemanasan global. Menurut National
Research Council tahun 2002 (NRC, 2002) tentang produksi gas ammonia
(NH3) dunia, gas ammonia (NH3) banyak dihasilkan dari sektor peternakan
yaitu sapi 43,4%, unggas 26,7%, babi 10,1% dan domba 0,7%, sedangkan
lainnya dihasilkan dari industri dan aktivitas manusia. Selain menyebabkan
pemanasan global, gas ammonia (NH3) juga menimbulkan bau tidak sedap
yang akan mengganggu lingkungan.
Pengolahan limbah peternakan sangat penting dilakukan untuk
menghindari permasalahan-permasalahan di atas. Salah satu metode
pengolahan limbah yang bisa digunakan adalah menggunakan mikrobia
1
yang bisa mengurai gas amonia (NH3). Penguraian gas amonia (NH3) oleh
mikrobia melalui proses nitrifikasi gas amonia (NH3) akan diubah oleh
mikrobia menjadi nitrit. Salah satu mikrobia yang bisa digunakan untuk
mengurai gas amonia adalah Bacillus sp.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan bertujuan untuk mengetahui karakteristik
dan profil pertumbuhan Bascillus sp. TD5B pada penambahan amonium
yang berbeda.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan dan bahan
pertimbangan dalam pengolahan limbah. Aplikasi penelitian ini juga
memiliki manfaat untuk mengurai tingkat polusi yang diakibatkan oleh
limbah peternakan.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Bacillus sp. TD5B
Klasifikasi ilmiah Bacillus sp. menurut Hadioetomo (1985) adalah
sebagai berikut:
Kingdom
: Procaryotae
Divisi
: Bacteria
Kelas
: Schizomycetes
Bangsa
: Eubacteriales
Suku
: Bacillaceae
Marga
: Bacillus
Jenis
: Bacillus sp.
Bacillus sp. TD5B merupakan isolat hasil skrining mikrobia tanah di
sekitar kandang induk Unit 2 Pelayanan Teknis Daerah (UPTD) Kaliurang.
(Wahyuningsih, 2013). Bacillus sp. merupkan organisme bersel tunggal,
berbentuk batang pendek, dengan ukuran panjang 1 μm sampai 4 μm dan
lebar 0,4 μm sampai 1 μm. Bacillus sp. umumnya memiliki suhu
pertumbuhan maksimum 37 - 48 oC dan suhu pertumbuhan minimum 5 - 20
oC
(Jawetz et al., 2008). Bacillus sp. bersifat aerobik dan fakultatif anaerob,
tergolong bakteri Gram-positif dan dapat membentuk endospora ketika
nutrisi yang ada dalam lingkungan kurang (Hough, 1989). Bacillus sp.
menurut Berber (2004) memiliki sifat fakultatif anaerob dan dapat
membentuk endospora ketika kondisi lingkungan kurang nutrisi, tergolong
bakteri yang motil (bergerak) dengan menggunakan flagella, tergolong
3
bakteri Gram-positif dan mampu beradaptasi dengan berbagai dari kondisi
lingkungan.
Isolasi Bakteri
Isolasi bakteri adalah proses mengambil bakteri dari medium atau
lingkungan asalnya dan menumbuhkannya di medium buatan sehingga
diperoleh biakan yang murni. Bakteri dipindahkan dari satu tempat ke
tempat lainnya harus menggunakan prosedur aseptik. Aseptik berarti bebas
dari sepsis, yaitu kondisi terkontaminasi karena mikroorganisme lain.
Teknik aseptik ini sangat penting bila bekerja dengan bakteri. Beberapa alat
yang digunakan untuk menjalankan prosedur ini adalah bunsen dan laminar
air flow. Bila tidak dijalankan dengan tepat, ada kemungkinan kontaminasi
oleh mikroorganisme lain sehingga akan mengganggu hasil yang
diharapkan. Teknik aseptik juga melindungi laboran dari kontaminasi bakteri
(Singleton dan Sainsbury, 2006).
Metode isolasi yang paling umum digunakan untuk mendapatkan
kultur murni yaitu metode streak plate. Metode ini dilakukan dengan cara
organisme yang akan diisolasi diambil dengan menggunakan jarum ose
yang steril, kemudian di goreskan pada media biakan dengan membentuk
pola seperti pada gambar 1. Setelah organisme yang diisolasi tumbuh,
organisme yang akan diisolasi pada bagian akhir dari goresan akan tumbuh
secara terpisah dan membentuk koloni yang terisolasi (Tortora, 2001).
4
Gambar 1. Pola goresan pada isolasi metode streak plate
Bakteri Penambat Nitrogen
Unsur hara nitrogen tersedia melimpah di udara. Kurang lebih 74%
kandungan udara adalah nitrogen. Namun, nitrogen udara tidak dapat
langsung dimanfaatkan tanaman. Nitrogen harus ditambat atau difiksasi
oleh mikroba dan diubah bentuknya agar dapat dimanfaatkan oleh
tanaman. Mikroba penambat N ada yang bersimbiosis dan ada pula yang
hidup bebas. Mikroba penambat N simbiotik antara lain: Rhizobium sp. yang
hidup di dalam bintil akar tanaman kacang- kacangan (leguminose).
Mikroba penambat N non-simbiotik misalnya: Azospirillum sp. dan
Azotobacter sp. Mikroba penambat N simbiotik hanya bisa digunakan untuk
tanaman leguminose saja, sedangkan mikroba penambat N non-simbiotik
dapat digunakan untuk semua jenis tanaman (Fatmawati, 2009).
Siklus Nitrogen di Alam
Nitrogen (N) merupakan unsur hara yang keberadaanya mutlak ada
untuk kelangsungan pertumbuhan dan perkembangan tanaman sehingga
disebut sebagai unsur hara esensial. Nitrogen juga merupakan unsur yang
5
dibutuhkan dalam jumlah banyak sehingga disebut unsur hara makro
(Winarso, 2005). Nitrogen pada limbah peternakan terdapat dalam bentuk
NH3, NO2, NO3 dan bentuk lain baik organik maupun anorganik. Kandungan
nitrogen pada limbah ternak dipengaruhi oleh jenis ternak dan pakan yang
diberikan (Triatmojo et al., 2008).
Nitrogen di alam mengalami suatu siklus yang akan melibatkan
organisme maupaun tidak melibatkan organisme. Siklus nitrogen terbagi
menjadi lima fase transformasi secara mikrobologi meliputi asimilasi
nitrogen, nitrifikasi, denitrifikasi, fiksasi nitrogen, dan amonifikasi. Asimilasi
nitrogen merupakan proses pemanfaatan untuk pembentukan asam amino
dalam protoplasma bagi fitoplankton, alga, dan bakteri. Amonia juga dapat
mengalami asimilasi menjadi asam amino dan dapat diasimilasi secara
langsung oleh diatom, alga seluler, dan tanaman tingkat tinggi. Nitrifikasi
merupakan reaksi oksidasi yaitu proses pembentukan nitrat dari ammonia.
Proses nitrifikasi dapat berlangsung secara bakteriologis atau kimiawi.
Denitrifikasi merupakan reaksi reduksi nitrat menjadi nitrit, nitrit oksida,
nitrous oksida, dan terakhir dibentuk gas N2. Fiksasi nitrogen merupakan
pengikatan gas nitrogen menjadi ammonia dan nitrogen organik.
Amonifikasi adalah proses pembentukan ammonia dari materi organik
(Dong et al., 2002).
Di alam terjadi siklus N sebagai bagian proses aliran materi.
Persenyawaan nitrogen di luar tubuh organisme lebih banyak sebagai Nanorganik. Sebagian berupa anion dan kation yang larut dalam air, berada
6
dalam sistem tanah. Sebagian lain persenyawaan nitrogen berada dalam
fase gas di udara. Terjadi perubahan siklis antara fase N-anorganik dan Norganik, yang melibatkan hewan, tumbuhan, jamur dan mikro organisme
lain dan faktor lingkungan abiotiknya (Salisburry, 1985).
Gambar 2. Siklus Nitrogen
(Tortora, 2001).
Amonia
Amonia adalah gas berbau tajam yang tidak berwarna dengan titik
didih -33,5 ºC. Cairannya mempunyai panas penguapan yang bebas yaitu
1,37 kJ/g pada titik didihnya (Cotton dan Wilkinson,1989). Amonia dalam
bentuk gas merupakan polutan yang berbahaya terutama jika terhirup ke
dalam sistem pernafasan. Bahaya tersebut diantaranya menyebabkan
iritasi hidung dan tenggorokan, penyakit paru-paru kronis, batuk, asma dan
7
pengerasan paru-paru. Amonia pada kulit dan mata dapat menyebabkan
luka seperti terbakar, katarak dan gloukoma. Sifat racun dari amonia
berhubungan dengan konsentrasi dari bentuk tak terionisasi (NH 3). Sifat
racun dari amonia tak terionisasi ini akan tinggi pada lingkungan dengan
suhu yang rendah dan pH tinggi. Amonia pada pH yang rendah sebagian
besar akan terionisasi menjadi ion amonium (NH4+) (Brigden dan Stringer,
2000).
Nitrifikasi
Nitrifikasi yaitu oksidasi ammonia menjadi nitrit dan nitrat dapat
dilakukan oleh bakteri aerob. Nitrifikasi berjalan secara optimum pada pH 8
dan berkurang secara nyata pada pH < 7. Reaksi dari proses nitrifikasi yaitu:
NH4+ + 3/2 O2
Nitrosomonas
NO2- + ½ O2
Nitrobacter
2 H+ + NO2- + H2O
NO3-
Hasil oksidasi ini sangat reaktif dan mudah sekali larut, sehingga dapat
langsung digunakan dalam proses biologis (Cotton dan Wilkinson,1989).
Tortora (2008), menjelaskan bahwa nitifikasi yaitu proses oksidasi dari
nitrogen dalam ion amonium untuk memproduksi nitrat. Nitrifikasi dilakukan
oleh bakteri genus Nitrosomonas dan Nitrobabacter. Mikrobia ini
memperoleh energi dengan cara mengoksidasi amonium atau nitrit.
Tahapan pertama, amonium dioksidasi oleh Nitrosomonas menjadi nitrit:
NH4+
Nitrosomonas
NO2-
Tahapan selanjutnya nitrit dioksidasi oleh Nitrobabacter menjadi nitrat:
NO2-
Nitrobacter
NO38
Proses nitrifikasi biasanya berlangsung pada pH 5,5 sampai pH 10
dengan pH optimum sekitar 8,5 tetapi juga diketahui bahwa nitrat dapat
dihasilkan pada tanah dengan pH 4,5 dan terdapat laporan bahwa proses
nitrifikasi terjadi pada padang rumput dengan pH 3,8. Nitrifikasi yang
dilakukan oleh mikroorganisme berlangsung lebih lambat dibandingkan
dengan pemberian pupuk amonium, karena terdapat pengaruh dari NH3
bebas terhadap kegiatan mikroorganisme (Leiwakabessy et al., 2003).
Urin Sapi
Urin merupakan larutan berair, jernih agak kekuning-kuningan,
berbau, reaksinya asam, yang dikeluarkan dari dalam badan hewan, untuk
mengeluarkan air dan senyawa berberat molekul rendah (Poejiadi, 1994).
Urin biasanya dieksresikan secara rutin setiap hari. Jumlah dari
pengeluaran
urin
bervariasi, dipengaruhi oleh
pakan, temperatur,
lingkungan, konsumsi air, dan musim (Kustono, 1997).
Sapi jantan dengan berat ± 300 kg rata-rata menghasilkan 8 liter
sampai 12 liter urin per hari, sedangkan sapi induk dengan berat ± 250 kg
menghasilkan 7,5 liter sampai 9 liter urin per hari, sehingga per bulan satu
ekor sapi jantan dengan berat ± 300 kg akan menghasilkan 240 liter sampai
360 liter urin dan satu ekor sapi induk dengan berat ± 250 kg menghasilkan
225 liter sampai 270 liter urin (Adijaya, 2008). Urin sapi mengandung unsur
hara nitrogen sebesar 1%, phosphor sebesar 0,5%, kalium sebesar 1,5%
dan air sebesar 92% (Lingga dan Marsono, 2008). Purba (2013),
menjelaskan bahwa urin sapi mengandung unsur C-organik sebesar
9
7,28%, nitrogen sebesar 0,3%, phosphor sebesar 0,29%, dan kalium
sebesar
0,32%.
Saunders
(2012),
menyatakan
bahwa
urin
sapi
mengandung N-total 0,78, NH4- sebesar 0,26%, urea sebesar 0.53, kalium
sebesar 0,95%, S-total sebesar 0,073%, Ca sebesar 732,5 ppm, Mg
sebesar 213,5 ppm, Na sebesar 220,5 ppm, P sebesar 335 ppm.
Manusia mengeluarkan urin 0,5 sampai 2 liter setiap harinya dengan
pH 5,8. Urin manusia mengandung asam urat sebesar 0,3 sampai 2 gram,
urea sebesar 20 sampai 35 gram, hippurate sebesar 0,14 gram, dan
creatinine sebesar 1 sampai 1,5 gram. Urin manusia juga mengandung Cl
sebesar 120 sampai 240 ppm, HPO42- sebesar 10 sampai 40 ppm, SO42sebesar 30 sampai 60 ppm, NH4+ sebesar 30 sampai 50 ppm, Na+ sebesar
100 sampai 150 ppm, K sebesar 60 sampai 80 ppm, Mg2+ sebesar 3 sampai
6 ppm, dan Ca2+ sebesar 4 sampai 11 ppm (Koolman, 2005).
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri
Nutrien
Semua mahluk hidup membutuhkan nutrien untuk pertumbuhan dan
reproduksinya. Nutrien merupakan bahan baku yang digunakan untuk
membangun komponen-komponen seluler baru dan untuk menghasilkan
energi yang dibutuhkan dalam proses-proses kehidupan sel. Nutrisi
merupakan indikasi dari kompleksitas fisiologis mikroba. Umumnya
diketahui nutrien dibutuhkan oleh mikroba secara langsung mencerminkan
kemampuan fisiologisnya. Sebagai contoh beberapa anggota genus
lactobacillus membutuhkan sejumlah asam amino, vitamin B dan nutrien-
10
nutrien lainnya untuk pertumbuhannya. Sebaiknya mikroba autotrof hanya
memerlukan cahaya dan karbondioksida dan gas nitrogen untuk tumbuh
(Hafsah, 2009).
Bakteri heterotrof membutuhkan nutrien untuk kehidupan dan
pertumbuhannya, yakni sebagai sumber karbon, sumber nitrogen, sumber
energi dan faktor pertumbuhan yakni vitamin dan mineral. Nutrien tersebut
dibutuhkan untuk membentuk energi dan menyusun komponen-komponen
sel. Setiap bakteri bervariasi dalam kebutuhannya akan zat-zat nutrisi
tersebut (Waluyo, 2012).
Air
Bakteri memerlukan air untuk hidup dan berkembang biak.
Pertumbuhan bakteri di dalam suatu bahan sangat dipengaruhi oleh jumlah
air yang tersedia. Air merupakan bagian terbesar komponen sel (70%
sampai 80%), selain itu air juga diperlukan sebagai reaktan dalam berbagai
reaksi biokimia. Tidak semua air yang tersedia dapat digunakan oleh
bakteri. Beberapa keadaan air dimana air tidak dapat digunakan oleh
bakteri yaitu adanya solut dan ion yang dapat mengikat air dalam larutan
seperti adanya gula atau garam, koloid hidrofilik (gel), dan air dalam bentuk
kristal es (Waluyo, 2012).
Nilai pH
Medium harus mempunyai pH yang tepat, yaitu tidak terlalu asam
atau basa. Kebanyakan bakteri tidak tumbuh dalam kondisi terlalu basa,
dengan pengecualian basil kolera (Vibrio cholerae). Pada dasarnya tak
11
satupun yang dapat tumbuh baik pada pH lebih dari 8. Kebanyakan
patogen, tumbuh paling baik pada pH netral (pH 7) atau pH yang sedikit
basa (pH 7,4). Beberapa bakteri tumbuh pada pH 6, tidak jarang dijumpai
organisme yang tumbuh baik pada pH 4 atau 5. Sangat jarang suatu
organisme dapat bertahan dengan baik pada pH 4. Bakteri autotrof tertentu
merupakan pengecualian, karena banyak bakteri autotrof menghasilkan
produk metabolisme yang bersifat asam atau basa (Volk dan Wheeler,
1993).
Suhu
Setiap bakteri masing-masing mempunyai suhu optimum, minimum,
dan maksimum untuk pertumbuhannya. Hal ini disebabkan di bawah suhu
minimum dan diatas suhu maksimum, aktivitas enzim akan berhenti,
bahkan pada suhu teralalu tinggi akan terjadi denaturasi enzim. Bakteri
dibedakan menjadi tiga kelompok berdasarkan kemampuannya untuk
dapat memulai pertumbuhan pada kisaran suhu tertentu yaitu bakteri
psikofil, bakteri mesofil dan bakteri termofil (Waluyo, 2012).
Oksigen
Konsentrasi oksigen di alam mempengaruhi jenis bakteri yang dapat
tumbuh. Bakteri dapat dibedakan menjadi empat kelompok berdasarkan
kebutuhan oksigen untuk pertumbuhannya, yaitu bakteri aerob, anaerob,
anaerob fakultatif, dan mikroaerafil (Waluyo, 2012).
12