bioremediasi air laut terkontaminasi minyak bumi

SKRIPSI
LOGO
BIOREMEDIASI AIR LAUT TERKONTAMINASI
MINYAK BUMI DENGAN MENGGUNAKAN BAKTERI
PSEUDOMONAS AERUGINOSA
oleh:
1.Lusiana Riski Yulia 2308 100 050
2.Bindanetty Marsa 2308 100 054
Dosen Pembimbing :
Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M. Eng.
LABORATORIUM PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA, FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2012
Poin :
Pendahuluan
Tinjauan Pustaka
Metodologi
Hasil Penelitian
Kesimpulan & Saran
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Minyak Bumi
Tumpahan Minyak
di Laut
BIOREMEDIASI
AIR LAUT
TERKONTAMINASI
MINYAK BUMI
DENGAN
MENGGUNAKAN
BAKTERI
PSEUDOMONAS
AERUGINOSA
Remediasi Fisika
Remediasi Kimia
Bioremediasi
Pseudomonas aeruginosa
Rumusan Masalah
1. Tingkat pencemaran (tumpahan minyak) di
laut Indonesia masih tinggi sejalan dengan
meningkatnya aktivitas industri permiyakan
2. Pencemaran minyak di laut sangat merusak
ekosistem di laut
3. Mikroorganisme Pseudomonas aeruginosa
memiliki potensi dalam mendegradasi
hidrokarbon
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 adalah
Pseudomonas 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
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.
4
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
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.
Location of refinery
TPH
Komposisi
Hydrocarbon fractions (% of total)
(%)
Saturates
Aromatics
Resins
Asphaltenes
Ontario
18.8
49.6
32.7
10.3
7.4
Quebec
9.3
48.7
25.6
10.2
15.5
dari berbagai
Western Canada
20.2
21.2
47.8
9.6
21.4
sumber
Eastern Canada
20.9
46.4
33.5
10.8
9.3
Western USA
17.1
45.4
37.8
3.9
12.9
pengilangan
Eastern USA
15.5
44.3
43.7
6.7
5.4
minyak :
Latin America
15.1
51.3
18.9
14.9
14.9
South East Asia
33.7
44.7
40.8
6.5
8
Middle East
8.3
38.3
45.5
6.9
9.3
Sumber:Ward et al., 2003
minyak bumi
6
Total Petroleum Hidrokarbon
(TPH)
Hidrokarbon
Minyak Bumi
Non -Hidrokarbon
TPH = Campuran senyawa organik yang
terdiri atas hidrogen dan karbon (C5-C36)
yang berasal dari minyak bumi.
 Unsur-unsur logam
 Belerang
 Nitrogen
 Oksigen
 dll
Produk Petroleum Hydrocarbon
merupakan gabungan lebih dari 250
senyawa hidrokarbon.
7
7
Senyawa Hidrokarbon
Hidrokarbon
Alifatik
Jenuh
Alisiklik
Tidak
Jenuh
Alkana
(Parafin)
Alkena
(Olefin)
Alkuna
CnH2n+2
CnH2n
CnH2n-2
Jenuh
Sikloalkana
(Napten)
CnH2n
Aromatik
Tidak
Jenuh
Cincin
tunggal
Cincin
Ganda
Sikloalkena
CnH2n-6
CnH2n-12
Contoh :
BTX
8
7
Benzene, Toluene, dan Xylene (BTX)
senyawa aromatik monosiklik dalam jumlah
kecil dalam hidrokarbon, namun pengaruhnya
sangat besar terhadap pencemaran perairan.
Benzene Toluene
 Kelarutan BTX di dalam air dan sifat
racunnya lebih besar dibanding
dengan hidrokarbon parafinik
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).
97
Dampak Pencemaran Minyak di Laut
10
Baku Mutu Air Laut
Untuk Perairan Pelabuhan
dan Biota Laut
Parameter
pH
Salinitas
Suhu
Oksigen Terlarut (DO)
BOD5
Lapisan Minyak
Minyak dan Lemak
Poliaromatik Hidrokarbon (PAH)
Hidrokarbon Total
Satuan
‰
ºC
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
Baku Mutu
Perairan
Biota Laut
Pelabuhan
6,5 - 8,5
7 - 8,5
Alami
Alami
Coral : 33-34
Mangrove : s/d 34
Lamun : 33-34
alami
28-32
>5
20
Nihil
Nihil
5
1
0,003
1
11
11
Sumber : Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Tahun 2004
Dispersan
Cleaners
Soil oxidizer
BIOREMEDIASI
Menggunakan
alat - alat
tertentu
Tanpa
melibatkan
pemakaian zat
kimia atau
mikroorganisme
Metode
pembakaran
REMEDIASI KIMIA
REMEDIASI FISIKA
Penanganan Tumpahan Minyak
Alamiah
Menggunakan
mikroorganisme
In situ, exsitu
ataupun
kombinasinya
Biostimulasi
Bioaugmentasi
12
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi
Bioremediasi dan Biodegradasi
1.
Temperatur
Nutrisi
4.
Bentuk
fisik
5.
2.
Keadaan
Fisik
Kelarutan
Minyak Bumi
Oksigen
minyak di
dalam air
3.
pH
Surfaktan
7.
Tekanan
Luas
Permukaan
Minyak yang
tersedia
bagi
6.
kolonisasi
Bakteri
pendegradasi
13
Pseudomonas aeruginosa
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 akseptor
elektron alternatif lainnya.
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 6,09,0. (Environment Canada Health Canada, 2011)
Pseudomonas aeruginosa dapat tumbuh pada air garam hingga salinitas
50‰ (Hanan l. Malkawi, 2009).
14
Penelitian Sebelumnya
No Nama Peneliti Jurnal/Tahun/Judul
Hasil
Penelitian
1
Ira Yuni
Skripsi ITS/2006/Studi
Variasi penambahan
Pantiwardhani Kemampuan Bakteri
konsentrasi inokulum
Pseudomonas
Pseudomonas aeruginosa
aeruginosa Pada
sebesar 5%(v/v) dan
Biodegradasi Polutan perbandingan nutrien C:N:P =
100:10:1 memberikan hasil
Organik Dalam Air
Terproduksi (Limbah
degradasi polutan organik
terbaik, yang dinyatakan
Pertambangan Minyak)
dengan penyisihan COD, yakni
sebesar 81,74% dengan waktu
inkubasi selama tujuh hari
15
Penelitian Sebelumnya
No
2
Nama
Jurnal/Tahun/Judul
Hasil
Peneliti
Penelitian
Rengathavasi J.BIOL.ENVIRON.S
Pertumbuhan dan
Thavasi,
CI. / 2007/ Effect of
biodegradasi maksimal
Singaram
crude oil oleh
Salinity, Temperature,
Jayalakshmi,
Pseudomonas aeruginosa
pH and Crude Oil
Thangavel
terjadi pada temperatur
Concentration on
Balasubrama
38°C, pH 8 , salinitas 35
Biodegradation of
nian dan
‰ dan konsentrasi minyak
Crude Oil by
Ibrahim M.
bumi 2,0 % (w/v).
Pseudomonas
Banat
aeruginosa
16
Penelitian Sebelumnya
No
3
Nama
Jurnal/Tahun/Judul
Hasil
Peneliti
Penelitian
Uji tingkat biodegradasi
Tutik
MAKARA SAINS,
Murniasih, Vol 13, No.1/2009/ terhadap senyawa fenantren
Yopi, dan
Biodegradasi
dari isolate terpilih
Budiawan
Fenantren Oleh
Pseudomonas sp Kalp3b22
terbukti dapat
Bakteri Laut
mendegradasi Fenantren
Pseudomonas sp
KalP3b22 Asal
sebesar 59,5% selama 29
hari kultivasi
Kumai Kalimantan
Tengah
17
Penelitian Sebelumnya
No
4
Nama
Jurnal/Tahun/Judul
Peneliti
Penelitian
Abdul JKAU: Eng.Sci, Vol 21
Rahim A.
No.1 pp:39Al53/2010/Biological
Zahrani
Treatment of
dan
Hidrocarbon
Gaber
Contaminants:
M.A.Idris
Petroleum
Hydrocarbon uptake
by Pseudomonas
alkanolytica
Hasil
Uji tingkat biodegradasi
Dodecane (C12H26) dapat
dicapai lebih dari 90%
dalam waktu 10 hari
menggunakan strain ini
18
METODOLOGI
Kondisi Operasi dan Variabel Penelitian
• Waktu bioremediasi hingga konsentrasi
mencapai baku mutu air laut
Kondisi
oC
•
Temperatur
:
27-30
Operasi
• pH
:6–8
• Rasio C:N :P : (100:10:1) rasio massa
• Konsentrasi kontaminan: 1000 dan 1500 ppm
minyak bumi
Variabel • Konsentrasi mikroba : (0%, 1%, 3%) (v/v)
pada fase log
• Aerasi : dengan DO > 2 mg O2/l
• Non-aerasi
19
Besaran Yang Diukur
Besaran yang diukur
Temperatur
pH
DO (dissolve oxygen)
Populasi Mikroba
TPH
BTX
Waktu pengukuran
Sehari sekali
Sehari sekali
Awal operasi, beberapa kali selama operasi
Awal operasi dan tiap 3 hari sekali
Awal operasi dan tiap 1 minggu sekali
Awal operasi dan tiap 1 minggu sekali
20
Prosedur Penelitian
 Proses Bioremediasi secara Batch
 Crude oil : Pusdiklat Migas Cepu
 Pseudomonas aeruginosa : Lab.Mikrobiologi Universitas Airlangga
Prosedur Percobaan :
 Tahap Persiapan
~ Pengembangan Kultur
~ Peremajaan Bakteri dan pembuatan starter
~ Preparasi media air laut buatan
(ASTM D1141-90, salinitas 35 ‰)
~ Preparasi Reaktor
 Tahap Bioremediasi
21
Diagram Alir Penelitian
Minyak bumi
Air laut buatan
Pencampuran sesuai perlakuan tingkat
konsentrasi cemaran minyak (1000 dan 1500 ppm)
Perlakuan aerasi sesuai variable
yang ditetapkan (Non-aerasi &
Aerasi > 2 mg O2/l
A
Penambahan Starter
(Nutrient + Suspensi
bakteri 0,1 dan 3 % v/v
pada kondisi fase log)
Analisa awal TPH, BTX,
populasi mikroba,DO, BOD
dan COD
Diagram Alir Penelitian
A
Proses Bioremediasi
(hingga mencapai baku mutu)
Analisa pH,suhu,
DO,TPH, BTX, populasi
mikroba
Analisa Akhir
Analisa TPH, BTX,
populasi mikroba
Gambar Alat
3
1
Keterangan :
1. Reaktor
2. Sparger
3. Tubing Line aeration
4. Aerator
4
2
Non- aerasi
Aerasi
DO > 2 mgO2 / l
24
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)
1600
1000
1400
1200
TPH (mg/l)
TPH (mg/l)
800
1000
600
400
800
600
400
200
200
0
0
7
14
21
28
0
0
7
waktu (hari)
BR 1 (0% v/v PA, NA)
BR 3 (1% v/v Pa, NA)
BR 5 (3% v/v Pa, NA)
14
21
28
waktu (hari)
BR 2 ( 0% v/v Pa, A)
BR 4 (1% v/v Pa, A)
BR 6 (3% v/v Pa, A)
1000 ppm minyak bumi
BR 7 (0%v/v Pa, NA)
BR 9 (1%v/v Pa,NA)
BR 11 (3%v/v Pa, NA)
BR 8 (0%v/v Pa,A)
BR 10 (1%v/v Pa,A)
BR 12 (3%v/v Pa,A)
1500 ppm minyak bumi
Bioreaktor
Semakin
6 mencapai
besar jumlah
bakumikroba yangBioreaktor
ditambahkan
12 maka
mencapai
laju baku
mutu pada haridegradasi
ke-21
TPH akan semakin
mutu
cepat
pada hari ke-28
26
35
TPH (mg/l)
Pengaruh konsentrasi cemaran minyak
terhadap degradasi TPH
15001388
1400
1300
1200
1100
1000899
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
508
121
7
BR 6 (1000 ppm)
168
32
14
Waktu (hari)
38
0
3.4
21
28
BR 12 (1500 ppm)
Perbandingan cemaran minyak terhadap degradasi TPH pada
penambahan 3% v/v P.aeruginosa
Semakin besar konsentrasi cemaran minyak bumi maka semakin lama
waktu yang dibutuhkan mikroba untuk mendegradasi TPH hingga
mencapai baku mutu air laut.
27
% Biodegradasi TPH akhir
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
79.605%
70.905%
12.249% 15.099%
1
2
3
4
5
Bioreaktor
1000 ppm
Bioreaktor 4 dan 6 dapat
mencapai baku mutu.
6
99.76%
99.65%
100.00%
% Biodegradasi TPH
% Bidegradasi Akhir
100.00%
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
64.28%
57.78%
12.43%
15.87%
7
8
9
10
11
Bioreaktor
1500 ppm
Bioreaktor 10 dan 12 dapat
mencapai baku mutu.
28
12
Pengaruh Aerasi dan Non-aerasi pada
Degradasi TPH
100.0%
% Biodegradasi TPH
100%
100.0%
79.6%
80%
70.9%
60%
40%
20%
12.2%15.1%
0%
0% v/v Pa
Non-Aerasi
1% v/v Pa
Waktu (hari)
3% v/v Pa
Aerasi
Perbandingan % Biodegradasi TPH pada akhir proses bioremediasi
untuk variabel konsentrasi cemaran minyak 1000 ppm pada kondisi
aerasi dan non-aerasi
Bioreaktor dengan media teraerasi memiliki persen biodegradasi TPH
yang jauh lebih tinggi dari media tanpa aerasi.
29
Jumlah sel P.aeruginosa (sel/ml)
Jumlah sel P. aeruginosa (sel/ml)
Populasi bakteri Pseudomonas
aeruginosa selama waktu bioremediasi
2.50E+07
2.00E+07
1.50E+07
1.00E+07
5.00E+06
0.00E+00
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
2.5E+07
2.0E+07
1.5E+07
1.0E+07
5.0E+06
0.0E+00
0
3
6
9
12
waktu (hari)
BR 1 (0% v/v Pa, NA)
BR 3 (1%v/v Pa, NA)
BR 5 (3% v/v, NA)
BR 2 (0% v/v Pa, A)
BR 4 (1% v/v Pa, A)
BR 6 (3% v/v Pa,A)
1000 ppm
15
18
21
24
27
30
33
Waktu (hari)
BR 7 (0% v/v Pa, NA)
BR 9 (1%v/v Pa, NA)
BR 11 (3% v/v Pa, NA)
BR 8 (0%v/v Pa, A)
BR 10 (1% v/v Pa, A)
BR 12 (3% v/v Pa, A)
1500 ppm
30
36
2.5E+07
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
2.0E+07
1.5E+07
1.0E+07
5.1E+06
8.0E+04
0
3
6
9
12
15
Waktu (hari)
TPH
18
Jumlah sel bakteri P.aeruginosa
(sel/ml)
TPh (mg/l)
TPH, Populasi P.aeruginosa vs waktu
21
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 waktu
pada fase log
y = 2E+06x + 5E+06
TPH (mg/l)
800
2.0E+07
600
1.5E+07
400
1.0E+07
y = -73.34x + 821.1
200
5.0E+06
Jumlah sel bakteri
P.aeruginosa (sel/ml)
2.5E+07
1000
0.0E+00
0
0
3
TPH
6
Waktu (hari)
9
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)
Kenaikan rate pertumbuhan bakteri pada fase log diikuti dengan
penurunan kadar TPH
3
BTX (Benzene, Toluene, Xylene)
60
Kadar Toluene (mg/l)
Benzena
25
20
15
10
5
Toluene
50
40
30
20
10
0
0
0
Waktu (hari) 14
7
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)
50
Kadar Xylene ( mg/l)
Kadar Benzena (mg/l)
30
Hasil terbaik
Bioreaktor 6
0
21
7
BR 1 (0% v/v Pa, NA)
BR 3 (1% v/v Pa, NA)
BR 5 (3% v/v Pa, NA)
Waktu (hari) 14
BR 2 (0% v/v Pa, A)
BR 4 (1% v/v Pa, A)
BR 6 (3% v/v Pa, A)
Xylene
40
30
20
10
0
0
7
Waktu (hari) 14
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)
21
1000 ppm
Minyak bumi
21
BTX (Benzene, Toluene, Xylene)
120
Kadar Toluena (mg/l)
Benzena
40
30
20
10
Toluene
100
80
60
40
20
0
0
0
7
14
21
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)
100
Kadar Xylene (mg/l)
Kadar Benzena (mg/l)
50
Hasil terbaik
Bioreaktor 12
0
28
7
14
21
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)
28
Xylene
80
60
40
20
0
0
7
BR 7 (0% v/v Pa, NA)
BR 9 (1% v/v Pa, NA)
BR 11 (3% v/v Pa, NA)
14
Waktu (hari)
21
BR 8 (0% v/v Pa, A)
BR 10 ( 1% v/v Pa, A)
BR 12 (3% v/v Pa, A)
28
1500 ppm
Minyak bumi
Rate Degradasi BTX
60
y = -3.658x + 46.56
Benzene
Kadar (mg/l)
50
40
30
y = -3.126x + 39.94
20
y = -1.739x + 21.77
10
0
Toluene
0
2
4
Benzena
Linear (Benzena)
6
8
Waktu (hari)
Toluene
Linear (Toluene)
10
12
Xylene
Linear (Xylene)
Perbandingan laju degradasi benzena, toluene dan
xylene pada bioreaktor 6
(3% v/v P.aeruginosa, Aerasi, 1000 ppm minyak bumi)
35
14
KESIMPULAN & SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan data dan hasil analisa pada penelitian dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin besar prosentase bakteri Pseudomonas aeruginosa yang
ditambahkan maka akan meningkatkan persen biodegradasi
TPH, rate penurunan TPH pada fase log yang dinyatakan sebagai
nilai slope serta mempercepat degradasi BTX.
2. Konsentrasi cemaran minyak bumi mempengaruhi waktu
biodegradasi TPH dan BTX, yaitu semakin tinggi konsentrasi
cemaran maka akan memperlama waktu biodegradasi TPH dan
BTX.
Kesimpulan
3. Perlakuan dengan media teraerasi menghasilkan persen
biodegradasi TPH dan BTX yang lebih tinggi dibandingkan
media 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 minyak
1000ppm dengan hasil biodegradasi TPH 100% dalam waktu
21 hari dan penurunan kadar BTX sebesar 100% dalam waktu
14 hari.
Saran
 Perlu kiranya dilakukan penelitian dengan menggunakan air
laut yang sesungguhnya sebagai penerapan proses bioremediasi
air laut yang tercemar minyak bumi oleh Pseudomonas
aeruginosa.
 Perlu dilakukan penelitian mengenai degradasi Ethyl Benzena
oleh Pseudomonas aeruginosa.
 Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai aktivitas
mikroorganisme Pseudomonas aeruginosa dalam degradasi
senyawa hidrokarbon pada proses bioremediasi
LOGO