bioremoval kromium oleh konsorsium bakteri pada

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XVIII
Program Studi MMT-ITS, Surabaya 27 Juli 2013
BIOREMOVAL KROMIUM OLEH KONSORSIUM BAKTERI PADA
LIMBAH SINTETIK INDUSTRI ELEKTROPLATING
Tutut Arinda1, *), Yulinah Trihadiningrum1), Maya Shovitri2), Susi Agustina Wilujeng1) dan
Ellina S. Pandebesie 1)
1) Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
2) Jurusan Biologi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Sukolilo, Surabaya, 61111, Indonesia
*)e-mail: [email protected]
ABSTRAK
Logam berat merupakan salah satu polutan paling berbahaya yang dihasilkan dari limbah
industri. Industri elektroplating merupakan salah satu industri yang menghasilkan logam berat
diantaranya adalah kromium (Cr). Secara alami, terdapat bakteri yang resisten terhadap logam
berat karena memiliki kemampuan untuk melakukan bioakumulasi dimana kemampuan
tersebut dapat diteliti lebih lanjut untuk pengembangan metode pengolahan limbah secara
biologis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji efisiensi bioremoval logam berat
Cr pada limbah sintetik industri elektroplating oleh konsorsium bakteri dan mengkaji
viabilitasnya. Konsorsium bakteri yang digunakan terdiri dari isolat bakteri Bacillus cereus
ATCC 1178, B. cereus ATCC 9632, Pseudomonas aeruginosa NTCC 23853 dan P.
aeruginosa Wild Type. Penelitian dengan cara batch dilakukan selama 3 hari. Efisiensi
bioremoval di ukur dengan menggunakan metode spektrofotometri. Viabilitas bakteri diukur
berdasarkan nilai Optical Density (OD) dari kultur. Hasil pengukuran efisiensi bioremoval
logam Cr menunjukkan hasil sebesar 82.0%, 44.4% dan 26.6% berturut-turut untuk
konsentrasi Cr 10 mg/L, 50 mg/L dan 100 mg/L. Hasil pengukuran OD menunjukkan bahwa
konsorsium bakteri viabel pada limbah sintetik mengandung logam Cr dengan viabilitas yang
menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi logam Cr.
Kata kunci: Bioremoval, Cr, Konsorsium Bakteri, Viabilitas Sel
PENDAHULUAN
Peningkatan aktivitas industri menyebabkan masalah polusi lingkungan semakin tidak
terkendali (Tirado et al., 2012). Logam berat termasuk salah satu dari polutan yang paling
umum dan paling berbahaya pada efluen industri. Adanya logam berat pada efluen akhir dari
industri sangat tidak diinginkan karena logam berat dapat terakumulasi melalui rantai
makanan dan dapat menyebabkan kerusakan ekologi dalam kondisi lingkungan tertentu
(Ozdemira et al., 2009). Ketika dibuang tanpa pengolahan, logam berat dapat mengancam
kualitas sumberdaya air serta memiliki konsukuensi yang besar terhadap kehidupan manusia
dan pada lingkungan (Singh et al., 2011).
Industri elektroplating merupakan salah satu industri utama yang menghasilkan limbah
yang mengandung logam berat dalam jumlah besar (Fukuta et al., 2006). Proses elektroplating
meliputi pembersihan benda obyek menggunakan asam, yang kemudian dibilas dan
dilanjutkan ke dalam proses elektroplating dengan cara merendam benda obyek tersebut
dengan larutan logam di dalam bak elektroplating. Limbah industri elektroplating
mengandung berbagai jenis ion logam berat diantaranya adalah kromium (Cr) dengan
konsentrasi hingga mencapai 65.6 mg/L. Nilai tersebut melampaui baku mutu air limbah
ISBN : 978-602-97491-7-5
D-13-1
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XVIII
Program Studi MMT-ITS, Surabaya 27 Juli 2013
menurut SK Gubernur Jawa Timur No. 45 Tahun 2002 yaitu 0.5 mg/L untuk Cr (Sumada,
2006).
Keberadaan logam berat pada limbah industri menyebabkan efek toksik pada
lingkungan penerima. Untuk alasan tersebut maka removal dan recovery logam berat
mendapat perhatian yang semakin besar akhir-akhir ini. Dari sudut pandang lingkungan,
removal logam berat dapat menghindari adanya polusi di perairan dan akumulasi pada rantai
makanan (Li et al., 2011). Pengolahan secara biologis diperlukan untuk meningkatkan
kualitas efluen sebelum dibuang ke badan air (Srisuwan dan Thongchai, 2002).
Mikroba dianggap sebagai indikator paling baik untuk perubahan kondisi lingkungan.
Walaupun pada awalnya sangat sensitif terhadap keberadaan logam di lingkungan namun
secara cepat mikroba akan beradaptasi terhadap kondisi lingkungan yang spesifik tersebut.
Spesies-spesies mikroba seperti Pseudomonas, Bacillus, Aspergillus, Phanerochaete, Serratia,
dan Enterobacter telah diketahui sebagai spesies yang mampu mereduksi logam berat seperti
kromium, tembaga, kadmium, nikel, dan kobalt (Bestawy et al., 2012; Kannan dan
Krishnamoorthy, 2006; Congeevaram et al., 2007; dan Caslake et al., 2005).
Hasil beberapa penelitian tentang reduksi logam berat menunjukkan bahwa dari
beberapa mikroba tersebut, Bacillus dan Pseudomonas merupakan spesies bakteri yang
memiliki kemampuan tinggi mereduksi logam berat. Menurut Ahluwalia dan Goyal (2006),
Bacillus mampu mengabsorbsi Cd2+ sebesar 85.3 mg/g, Zn2+ sebesar 418 mg/g, Cu2+ sebesar
381 mg/g, dan Cr6+ 39.9 mg/g. Selain itu, bakteri P. aeruginosa juga telah terbukti mampu
menurunkan kadar logam berat dalam air limbah. Bahkan P. aeruginosa pernah digunakan
untuk mengolah logam berat Cr dan Cd dengan efisiensi removal sebesar 72% dan 87%
(Singh et al. 2013). Penelitian tentang kemampuan bakteri dalam menurunkan COD dan kadar
Cr pernah dilakukan oleh Singh et al. (2011), dengan hasil dengan efisiensi removal Cr 96 %
dan COD 32%. Penelitian sejenis juga pernah diterapkan pada limbah industri petrokimia
yang mampu menghasilkan efisiensi removal Hg dan Cd masing-masing sebesar 70-90% dan
96-98% dengan menggunakan konsorsium bakteri indigenous (Malakahmad et al., 2011).
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji efisiensi bioremoval Cr pada limbah
sintetik industri elektroplating oleh konsorsium bakteri dan mengkaji viabilitas konsorsium
bakteri.
METODE
Konsorsium bakteri yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas isolat Bacillus
cereus ATCC 1178, B. cereus ATCC 9632 dan Pseudomonas aeruginosa NTCC 23853 dan
P. aeruginosa Wild Type yang diperoleh dari Laboratorium Balai Kesehatan Yogyakarta.
Limbah sintetik dibuat dengan menggunakan medium cair Nutrient Broth (Oxoid) yang
ditambahkan K2Cr2O7 dengan variasi kadar kromium sebesar 10, 50, dan 100 mg/L.
Penelitian secara batch dilakukan selama 3 hari dalam reaktor berupa labu Erlenmeyer
volume 250 mL. Isolat bakteri pada medium cair berumur 24 jam sebanyak 20 mL (masingmasing isolat sebanyak 5 mL) diinokulasikan secara aseptik ke dalam 180 mL limbah sintetik
dan diinkubasi selama 72 jam pada suhu ruang pada rotary shaker dengan kecepatan 130 rpm.
Pengukuran konsentrasi kromium dilakukan dengan metode spektrofotometri
menggunakan 1,5-diphenylcarbazide. Kromium (VI) diukur berdasarkan nilai Optical density
(OD) pada panjang gelombang 540 nm. Pengukuran konsentrasi kromium dilakukan pada hari
ke-0 dan ke-3. Pengukuran pada hari ke-0 dilakukan pada limbah yang belum diinokulasi
bakteri. Pengukuran pada hari ke-3 dilakukan pada supernatan bebas sel. Supernatan bebas sel
disiapkan dengan melakukan sentrifugasi pada 50 mL sampel dari reaktor pada kecepatan
5000 rpm selama 30 menit.
ISBN : 978-602-97491-7-5
D-13-2
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XVIII
Program Studi MMT-ITS, Surabaya 27 Juli 2013
Viabilitas bakteri diukur berdasarkan nilai OD pada panjang gelombang 600 nm.
Pengukuran OD dimulai dari jam ke-0 sampai dengan jam ke-72, dengan selang waktu 6 jam.
Data OD yang didapatkan kemudian dibuat kurva pertumbuhan dengan sumbu x sebagai
waktu (t) dan sumbu y sebagai OD. Kurva pertumbuhan bakteri dibandingkan dengan pada
kontrol (bakteri yang ditumbuhkan dalam médium Nutrient Broth tanpa logam).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Persen (%) Bioremoval
Efisiensi bioremoval dihitung dari selisih konsentrasi awal logam pada medium
dengan konsentrasi akhir logam setelah inkubasi selama 72 jam. Pengukuran persentase
bioremoval oleh konsorsium bakteri menunjukkan hasil sebesar 82.0%, 44.4% dan 26.6%
untuk konsentrasi logam Cr berturut-turut 10, 50, dan 100 mg/L (Gambar 1). Efisiensi
bioremoval mengalami penurunan seiring dengan kenaikan konsentrasi logam yang
digunakan. Hal ini disebabkan oleh konsentrasi logam yang semakin tinggi akan semakin
bersifat toksik bagi bakteri. Setiap bakteri memiliki batas kemampuan untuk mentoleransi
keberadaan logam di dalam medium pertumbuhannya. Jika konsentrasi logam yang digunakan
lebih besar dari daya toleransinya, maka logam tersebut dapat mempengaruhi pertumbuhan
bakteri yang berakibat pada penurunan biomassa dan jumlah dari bakteri. Penurunan biomassa
dan jumlah bakteri akan menyebabkan efisiensi bioremoval dari logam juga semakin rendah
(Rathnayake et al., 2009).
Mekanisme bioremoval dapat terjadi melalui proses bioakumulasi dan biosorpi
(Srinath et al., 2002). Bioremoval logam kromium oleh bakteri terjadi melalui beberapa
tahapan proses, yaitu pengikatan kromium ke permukaan sel untuk kemudian di translokasi ke
dalam sel. Setelah berada di dalam sel, kromium (VI) akan direduksi menjadi kromium (III)
dengan dua tahap reaksi yaitu Cr (VI) menerima satu molekul NADH dan menghasilkan
intermediat Cr (V) dan kemudian Cr (V) menerima dua molekul elektron untuk membentuk
Cr (III). Cr (III) bersifat kurang toksik jika dibandingkan dengan Cr (VI) (Vaipoulou and
Gikas, 2012; Singh et al., 2011).
100.0
82.0
80.0
60.0
44.4
40.0
26.6
20.0
0.0
10 mg/L 50 mg/L 100 mg/L
Konsentrasi Logam
Gambar 1 Efisiensi Bioremoval Logam Cr Konsorsium Bakteri
Hasil pengukuran viabilitas sel konsorsium bakteri pada kultur mengandung Cr
menunjukkan bahwa viabilitas tertinggi berdasarkan OD dimiliki oleh isolat yang
diperlakukan dengan konsentrasi Cr 10 mg/L seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Viabilitas
isolat pada konsentrasi Cr 10 mg/L lebih tinggi dibanding dengan isolat kontrol dari waktu
inkubasi 0 - 66 jam. Namun setelah inkubasi 66 jam, isolat kontrol mengalami kenaikan OD
dan memiliki viabilitas sel yang paling tinggi. Viabilitas sel konsorsium bakteri pada
konsentrasi 50 mg/L dan 100 mg/L menunjukkan hasil yaitu viabilitas sel akan lebih rendah
pada konsentrasi logam yang lebih tinggi. Jika dilihat pada akhir waktu inkubasi maka secara
umum dapat disimpulkan bahwa viabilitas sel konsorsium bakteri akan semakin rendah
ISBN : 978-602-97491-7-5
D-13-3
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XVIII
Program Studi MMT-ITS, Surabaya 27 Juli 2013
seiring dengan kenaikan konsentrasi logam yang digunakan. Hasil yang sama juga didapatkan
dari penelitian yang dilakukan oleh Hossain dan Anantharaman (2006), yang menggunakan
isolat B. subtilis dimana hasil penelitian menunjukkan adanya penurunan pertumbuhan bakteri
jika konsentrasi logam Pb yang digunakan semakin tinggi.
Kontrol
Cr 10 mg/L
Cr 50 mg/L
Cr 100 mg/L
1.2
Optical Density (OD) A600
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Waktu (jam)
Gambar 2 Grafik Viabilitas Konsorsium Bakteri pada Kultur Mengandung Cr
Jika dihubungkan dengan hasil pengukuran efisiensi bioremoval, maka akan
didapatkan hasil yang sama, yaitu semakin besar konsentrasi logam yang digunakan efisiensi
bioremoval dan viabilitas sel akan semakin menurun. Penurunan viabilitas sel menunjukkan
bahwa jumlah sel yang mampu tumbuh pada medium yang mengandung logam semakin kecil.
Hal ini berpengaruh pada jumlah sel yang melakukan proses bioremoval logam Cr. Ketika
jumlah sel yang melakukan proses bioremoval kecil maka logam Cr yang tertinggal di
medium masih tinggi hingga pada akhir masa inkubasi. Sehingga logam Cr yang terdeteksi
masih tinggi di dalam kultur.
KESIMPULAN DAN SARAN
Efisiensi bioremoval Cr pada konsentrasi 10, 50, dan 100 mg/L oleh konsorsium
bakteri Bacillus cereus ATCC 1178, B. cereus ATCC 9632 dan Pseudomonas aeruginosa
NTCC 23853 dan P. aeruginosa Wild Type adalah secara berturut-turut 82.0%, 44.4% dan
26.6%. Viabilitas konsorsium bakteri menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi logam
Cr. Dengan demikian konsorsium bakteri yang digunakan dalam penelitian ini potensial untuk
digunakan sebagai agen dalam pengolahan limbah yang mengandung kromium.
Untuk penelitian selanjutnya dapat disarankan untuk menggunakan bakteri sebagai
agen bioremoval logam berat pada limbah industri yang mengandung bahan organik sekaligus
logam berat.
Ucapan Terimakasih
Penulis mengucapkan terimakasih kepada LPPM-ITS atas Hibah Penelitian Pendukung
Unggulan Tahun 2013 untuk pelaksanaan penelitian ini.
ISBN : 978-602-97491-7-5
D-13-4
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XVIII
Program Studi MMT-ITS, Surabaya 27 Juli 2013
DAFTAR PUSTAKA
Ahluwalia, S.S., Goyal, D. (2006). Microbial and plant derived biomass for removal of heavy
metals from wastewater. Bioresour. Technol, Vol. 12, p. 2243–2257.
Bestawy, E., Helmy, S., Hussien, H., Fahmy, M., Amer, R. (2012). Bioremediation of heavy
metal-contaminated effluent using optimized activated sludge bacteria. Appl Water Sci
Caslake, L. F., Harris, S. S., Williams, C., Waters, N. M., (2005). Mercury-resistant
bacteria associated with macrophytes from a polluted lake. Journal Springer.
Congeevaram, S., Dhanarani, S., Park, J., Dexilin, M., Thamaraiselvi, K. (2007) Biosorption
of chromium and nickel by heavy metal resistant fungal and bacterial isolates. Journal
of Hazardous Material Vol. 146, p. 270-277.
Fukuta, T., Matsuda, H. Seto, F., Yagishita, K. (2006). Sulfuration treatment of electroplating
wastewater for selective recovery of copper, zinc and nickel resource. Global NEST
Journal 2 p. 131-136.
Hossain, S.M., Anantharaman, N. (2006). Studies on bacterial growth and lead (IV)
biosorption using Bacillus subtilis. Indian Journal of Chemical Technology Vol. 13,
p. 591-596.
Kannan, K., Krishnamoorthy, R. (2006). Isolation of mercury resistant bacteria and influence
of abiotic factors on bioavailability of mercury — A case study in Pulicat Lake North
of Chennai, South East India. Science of the Total Environment Vol. 367, p. 341–353.
Srinath, T., Verma, T., Rameteke, V.W., Gark, S.K. (2002). Chromium (VI) biosorption and
bioaccumulation by chromate resistant bacteria. Chemosphere Vol. 48 p. 427-435.
Li, L., Hu, Q., Zeng, J., Qi, H., Zhuang, G. (2011). Resistance and biosorption mechanism of
silver ions by Bacillus cereus biomass. Journal of Environmental Science Vol. 23,
p. 108-111.
Malakahmad, A., Hasani, A., Eisakhani, M., Isa, M. (2011). Sequencing Batch Reactor (SBR)
for the removal of Hg and Cd from synthetic petrochemical factory wastewater.
Journal of Hazardous Materials Vol. 191, p. 118-125.
Ozdemira, S., Kilinc, E., Poli, A., Nicolausc, B. And Guneva, K. (2009). Biosorption of Cd,
Cu, Ni, Mn and Zn from aqueous solutions by thermophilic bacteria, Geobacillus
toebii sub.sp. decanicus
and
Geobacillus
thermoleovorans
sub.sp.
stromboliensis: Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. Chemical
Engineering Journal Vol. 152, p. 195 – 206.
Rathnayake, I. V. N., Megharaj, M., Bolan, N., Naidu, R. (2009). Tolerance of Heavy Metals
by Gram Positive Soil Bacteria. Word Academy of Science, Engineering and
Technology Vol. 53., p. 1185-1190.
Singh, R., Bishnoi, N., Kumar, A., Kirrolia, A. (2013). Synergism of Pseudomonas
aeruginosa and Fe for treatment of heavy metal contaminated effluents using small
scale laboratory reactor. Bioresource Technology Vol.127, p. 49-58.
ISBN : 978-602-97491-7-5
D-13-5
Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XVIII
Program Studi MMT-ITS, Surabaya 27 Juli 2013
Singh, R., Kumar, A., Kirrolia, A., Kumar, R., Yadav, R., Bishnoi, N., Lohchab, R. (2011).
Removal of sulphate, COD and Cr(VI) in simulated and real wastewater by sulphate
reducing bacteria enrichment in small bioreactor and FTIR study. Bioresource
Technology Vol. 102, p. 677-682.
Srisuwan, G., Thongchai, P. (2002). Removal of heavy metals from electroplating wastewater
by membrane. Journal Science Technology Vol. 24, p. 965-976.
Sumada, K. (2006). Kajian instalasi pengolahan air limbah industri elektroplating yang
efisien. Jurnal Teknik Kimia Vol. 1.
Tirado, V. R., Ruiz, C. G., Gilc, B. G. (2012). Cu and Pb biosorption on Bacillus thioparans
strain U3 in aqueous solution: Kinetic and equilibrium studies. Chemical Engineering
Journal Vol 181, p. 352 – 359.
Vaipoulou, E., and Gikas, P. (2012). Effects of chromium on activated sludge and on the
Performance of wastewater treatment plants: A review. Water research Vol. 46,
p. 549-570.
ISBN : 978-602-97491-7-5
D-13-6