11
didinginkan. absorbansi diukur pada panjang gelombang 410 nm. Setelah kalibrasi sampel disaring dengan milipore dan ditambahkan 1 ml natrium arsenit. Selanjutnya 5 ml sampel dipipet ke dalam tabung reaksi. Tahap selanjutnya sama seperti pembuatan kalibrasi (APHA 1980). Analisis Nitrit Tahap pertama ialah membuat kurva kalibrasi dengan mengencerkan larutan standar N-NO2 5 ppm hingga 50 ml, lalu ditambah 1 ml sulfanilamid dan 1 ml N-(1naftil) etilendiamin dihidroklorida, kemudian absorbansinya diukur pada panjang gelombang 543 nm. Sebanyak 50 ml sampel (pH 7) yang telah disaring ditambahkan 1 ml sulfanilamid dan 1 ml N-(1-naftil) etilendiamin dihidroklorida lalu didiamkan 10 menit serta diukur absorbansinya pada panjang gelombang 543 nm (APHA 1980). HASIL DAN PEMBAHASAN Isolasi dan Identifikasi Bakteri Dari isolasi dan identifikasi dihasilkan isolat bakteri yang dapat tumbuh subur pada media limbah cair dan merupakan isolat yang dominan dengan populasi 1,74 X 108 sel/ml, yaitu Acinetobacter sp. Isolat tersebut mempunyai bentuk koloni bundar licin, tidak beraturan, tepian menyebar, bewarna putih sedikit krem, dan termasuk gram negatif. Sel bakteri hasil isolasi ialah berbentuk batang. Kelompok Acinetobacter merupakan bakteri aerob, bentuk batang, motil, dan gram negatif (Prashanth dan Badrinath 2000). Foto mikrograf dan foto tiga dimensi morfologi sel Acinetobacter sp. disajikan pada Lampiran 1. Bakteri berperan dalam siklus materi di dalam air (Pelczar dan Chan 1986). Mikrob tersebut merupakan produksi primer bahan organik dan di bawah kondisi tertentu mampu memecah senyawa organik (Waluyo 2005). Peran mikrob pada siklus materi dalam air dengan memecah bahan organik (Rosenberg 1993), juga dapat menghasilkan senyawasenyawa anorganik, yang berguna untuk fiksasi nitrogen, nitrifikasi, denitrifikasi, oksidasi sulfur, dan reduksi sulfat (Waluyo 2005). Laju dekomposisi bahan-bahan organik oleh bakteri bervariasi bergantung pada komponen dan kondisi lingkungan (Waluyo 2005). Hal ini membuktikan bahwa isolat tersebut mampu memanfaatkan bahan organik sebagai sumber karbon dan donor elektron untuk sintesis bahan-bahan sel serta menghasilkan energi untuk kehidupannya
(Waluyo 2005). Bahan-bahan organik tersebut diubah oleh mikrob menjadi senyawa dengan energi lebih rendah. Remineralisasi substrat organik merupakan proses utama bakteri dalam mengubah bahan-bahan di dalam air dan seluruh proses biodegradasi oleh bakteri berlangsung secara enzimatis (Waluyo 2005). Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) Hasil uji COD terhadap limbah cair PT EJIP menunjukkan bahwa ada perbaikan kualitas limbah cair melalui penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif. Hal ini dapat dilihat dengan menurunnya konsentrasi COD inlet air limbah jika dibandingkan dengan tanpa adanya perlakuan (Tabel 1). Konsentrasi COD tersebut merupakan ukuran atau indikator bagi pencemaran air oleh zat-zat organik yang secara kimia dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air (McKinney 1965). Oleh sebab itu konsentrasi COD mengindikasikan jumlah oksigen yang diperlukan untuk mengurai seluruh bahan organik yang terkandung dalam air dinyatakan oleh Boyd (1990) dalam Hariyadi (2004). Dari hasil analisis COD inlet limbah cair tanpa penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif diperoleh konsentrasi COD yang ratarata lebih rendah dari standar PT EJIP, yaitu 294.32 mg l-1. Hal ini disebabkan limbah cair tersebut pada umumnya telah diolah terlebih dahulu oleh pabrik-pabrik yang ada di kawasan EJIP sebelum dikirim ke instalasi pengolahan air limbah (IPAL) PT EJIP. Dengan demikian memudahkan PT EJIP dalam mengolah limbah cair tersebut agar pada saat dibuang telah memenuhi standar baku mutu pemerintah (Lampiran 2). Konsentrasi COD hasil penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif memiliki nilai lebih rendah jika dibandingkan dengan limbah cair dalam kondisi normal. Hal ini disebabkan perlakuan tersebut diberi aerasi pada saat tahap adaptasi mikrob yang dapat menurunkan konsentrasi COD (Gintings 1992) dan menggunakan mikrob yang mampu merombak bahan-bahan organik yang tersuspensi dalam limbah cair pada kondisi yang sesuai dengan syarat pertumbuhannya (Purwati 1990). Hal ini membuktikan bahwa bahan organik dan kandungan metabolit toksik mampu didegradasi oleh isolat bakteri yang terkandung pada lumpur aktif sebagai mikrob dekomposer yang mampu hidup pada daerah dengan kondisi ekstrim.
12 Tabel 1 Konsentrasi COD hasil uji penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif terhadap inlet limbah cair Perlakuan 1
Hari ke2
3
Kontrol (mg l-1)
323.23
262.06
297.67
294.32
Isolat bakteri (mg l-1)
231.12
215.78
227.33
224.74
23.64
800
246.15
235.41
238.57
240.04
18.44
800
-1
Lumpur aktif (mg l )
Rata-rata
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 800
Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
Mekanisme dekomposisi tersebut dapat dilakukan baik dalam kondisi aerobik maupun anaerobik melalui proses self purification (Widiyanto 1999). Sedangkan hasil dari penambahan isolat bakteri menunjukkan konsentrasi COD yang lebih rendah dibandingkan dengan penambahan lumpur aktif (Tabel 1). Menurut Ginting (1992) dalam air limbah pada umumnya tidak hanya satu spesies mikrob yang hidup, tetapi bermacammacam, bakteri yang paling dominan berperan sebagai pengurai. Oleh sebab itu isolat bakteri merupakan kultur murni yang dapat memanfaatkan bahan organik untuk tumbuh dan berkembang (Freeman 1984). Dengan demikian isolat mampu memanfaatkan senyawa metabolit toksik sebagai sumber energi atau donor elektron dalam metabolismenya (Widiyanto 1999). Selain itu membuktikan bahwa berbagai faktor, yaitu nutrisi, tingkat toksisitas, pH, suhu, dan aerasi sesuai dengan yang dibutuhkan isolat (Sugiharto 1987). Sedangkan lumpur aktif merupakan kultur campuran yang terdiri atas berbagai spesies mikrob sehingga tiap-tiap spesies bakteri mempunyai sifat dan bentuk berbeda serta kemungkinan adanya interaksi yang menghasilkan persaingan (Waluyo 2005). Oleh sebab itu dapat menyebabkan kurang optimalnya proses degradasi bahan organik yang sangat bergantung pada bentuk dan sifat mikrob serta bentuk, sifat, kadar air, dan susunan media (Waluyo 2005). Efisiensi yang diperoleh melalui penambahan isolat bakteri terhadap kondisi normal limbah cair ialah 23.64 persen sedangkan jika diberi lumpur aktif efisiensi dapat mencapai 18.44 persen. Sehingga dapat disimpulkan bahwa melalui penambahan bakteri konsentrasi COD perairan dapat menurun. Analisis Biochemical Oxygen Demand Hasil analisis BOD5 terhadap inlet limbah cair PT EJIP menunjukkan adanya perbaikan
kualitas, yaitu melalui penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif (Tabel 2). Menurut Alaerts (1987) uji BOD merupakan suatu analisis empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang benar-benar terjadi di dalam air. Oleh sebab itu konsentrasi BOD menunjukkan jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan hampir semua zat organik yang terlarut dan sebagian zat-zat organik yang tersuspensi dalam air (McKinney 1965). Sehingga konsentrasi BOD berkaitan langsung dengan aktivitas mikrob serta sangat dipengaruhi oleh oksigen terlarut dan bahan organik (Metcalf 1991). Konsentrasi BOD5 inlet limbah cair yang diberi perlakuan penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif memiliki nilai rata-rata lebih rendah jika dibandingkan dengan konsentrasi BOD5 tanpa perlakuan (Tabel 2). Namun secara umum, konsentrasi limbah cair baik yang normal maupun dengan tambahan perlakuan masih dibawah ambang batas standar PT EJIP. Rendahnya konsentrasi BOD5 walau dalam kondisi normal tanpa perlakuan disebabkan karena pabrik-pabrik di kawasan PT EJIP telah mengolah terlebih dulu limbahnya sebelum disalurkan ke IPAL milik PT EJIP untuk tahapan selanjutnya. Sedangkan penurunan konsentrasi BOD5 yang dihasilkan dari penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif disebabkan oleh proses aerasi terhadap inlet limbah cair pada saat tahap adaptasi mikrob (Gintings 1992) serta adanya aktivitas mikrob yang mampu mengoksidasi semua bahan-bahan organik pada kondisi yang sesuai dengan pertumbuhannya (Freeman 1984). Dari hasil uji BOD terhadap inlet limbah cair dengan perlakuan penambahan isolat bakteri didapatkan rata-rata konsentrasi BOD lebih rendah jika dibandingkan dengan melalui perlakuan penambahan lumpur aktif (Tabel 2). Hal tersebut memperlihatkan adanya efisiensi yang lebih baik melalui penambahan isolat bakteri terhadap proses pengolahan limbah cair, terutama degradasi bahan-bahan organik (Waluyo 2005). Efisiensi penurunan konsentrasi
13
Tabel 2 Konsentrasi BOD hasil uji penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif terhadap inlet limbah cair Perlakuan Hari keRata-rata Efisiensi Standar EJIP 1 2 3 (persen) Kontrol (mg l-1)
97.65
81.54
107.89
95.69
-1
70.53
64.66
77.13
70.77
25.68
800
-1
76.11
69.27
81.33
75.57
21.02
800
Isolat bakteri (mg l ) Lumpur aktif (mg l )
800
Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
BOD melalui penambahan isolat bakteri jika dibandingkan dengan kondisi normal ialah sebesar 25.68 persen, sedangkan apabila diberi lumpur aktif menghasilkan efisiensi sebesar 21.02 persen. Kultur biakan murni dari mikrob dominan pada habitatnya memiliki korelasi positif antara jumlah dan biomassa sel-sel aktif serta konsumsi substrat. (Waluyo 2005). Namun dalam kultur campuran populasi mikrob, hubungan tersebut tidak selalu benar disebabkan tidak semua keberadaan bakteri memerlukan nutrien yang sama, bergantung pada kualitas dan konsentrasi bahan-bahan organik yang dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan seperti temperatur air, reaksi, kandungan garam, dan tekanan hidrostatik sehingga kapasitas konsumsi mikrob menjadi berbeda-beda (Waluyo 2005). Dengan demikian isolat bakteri tersebut merupakan mikrob dominan pada limbah cair yang mampu memanfaatkan bahan organik sebagai nutrisi untuk tumbuh serta beradaptasi dengan lingkungan sebagai substrat sehingga dapat lebih optimal dalam mendegradasi bahan organik dibandingkan dengan lumpur aktif yang terdiri atas campuran populasi mikrob. Selain itu peningkatan efisiensi dengan penambahan bakteri disebabkan bakteri tersebut memiliki kemampuan biotransformasi khusus (Mellor et al. 1996). Analisis Padatan Tersuspensi Konsentrasi padatan tersuspensi inlet limbah cair menurun dengan adanya penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif, walaupun tidak terlalu signifikan (Tabel 3). Penurunan konsentrasi tersebut dapat disebabkan oleh adanya aktivitas bakteri baik isolat maupun lumpur aktif dalam merombak bahan organik yang tersuspensi sebagai bahan dasar untuk energi (Gintings 1992). Karena pada dasarnya padatan tersuspensi tersebut dapat terdiri atas zat padat tersuspensi yang bersifat inorganis dan organis (McKinney 1965).
Namun kehadiran bakteri juga mempengaruhi konsentrasi padatan tersuspensi karena ukuran sel bakteri termasuk kedalam kategori partikel tersuspensi halus (McKinney 1965). Hal inilah yang menyebabkan konsentrasi padatan tersuspensi tidak terlalu berkurang. Skala diameter partikel-partikel terlarut dan tersuspensi dalam air alam disajikan pada Lampiran 3. Konsentrasi padatan tersuspensi limbah cair jika diberi isolat bakteri lebih rendah jika dibandingkan dengan pemberian lumpur aktif, karena walaupun memiliki kemampuan yang hampir sama dalam merombak bahan organik, lumpur aktif tidak hanya terdiri bakteri tetapi juga padatan tersuspensi lain yang tercampur sebagai satu kesatuan (Rompas 1998). Sehingga walaupun lumpur aktif mengandung bakteri perombak bahan organik, namun lumpur aktif tersebut juga membawa padatan tersuspensi yang potensial meningkatkan konsentrasi padatan tersuspensi. Dengan demikian diperlukan perlakuan khusus untuk menurunkan konsentrasi padatan tersuspensi di dalam limbah cair tidak hanya melalui aktivitas mikrob, tetapi juga dengan perlakuan secara fisika dan kimia (Gintings 1992). Analisis Amonia Hasil analisis kandungan amonia pada inlet limbah cair meningkat karena adanya penambahan isolat dan lumpur aktif (Tabel 4). Keadaan ini dapat disebabkan akumulasi bahan organik yang dirombak oleh bakteri dengan hasil sampingan berupa amonia (Reynold 1982). Menurut Gintings (1992) nitrogen dalam limbah cair terdapat dalam bentuk organik dan oleh bakteri diubah menjadi amonia, sedangkan menurut Alaerts (1987) amonia dalam air permukaan berasal dari air seni dan tinja serta dari oksidasi bahan organik secara mikrobiologis yang berasal dari air alam atau buangan industri dan penduduk. Konsentrasi amonia limbah cair yang ditambahkan isolat sedikit lebih tinggi jika dibandingkan melalui penambahan lumpur aktif. Isolat bakteri mampu merombak bahan
14
Tabel 3 Konsentrasi padatan tersuspensi setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif Perlakuan 1 -1
Kontrol (mg L ) -1
Isolat bakteri (mg L )
Hari ke2
rata-rata 3
120
257
204
194
94
214
173
160
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 500
17.52
-1
108 236 197 180 5.26 Lumpur aktif (mg L ) Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
500 500
Tabel 4 Konsentrasi amonia setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif Perlakuan 1
Hari ke2
Rata-rata 3
Kontrol (mg L-1)
0.12
0.64
0.14
0.30
Isolat bakteri (mg L-1)
0.48
0.47
0.44
0.46
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 1
-0.53
1
Lumpur aktif (mg L ) 0.34 0.46 0.42 0.41 -0.37 Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
1
-1
Tabel 5 Konsentrasi nitrat setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif Perlakuan 1
Hari ke2
Rata-rata
Kontrol (mg L-1)
0.79
0.53
0.3
0.54
Isolat bakteri (mg L-1)
0.61
0.47
0.42
0.50
3
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 20
21.85
20
Lumpur aktif (mg L ) 0.33 0.29 0.36 0.33 38.88 Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
20
-1
Tabel 6 Konsentrasi nitrit setelah penambahan isolat bakteri dan lumpur aktif Perlakuan -1
Kontrol (mg L ) -1
Isolat bakteri (mg L )
1
Hari ke2
Rata-rata
0.26
0.053
0.1
0.14
0.12
0.127
0.11
0.12
3
Efisiensi (persen)
Standar EJIP 1
14.00
1
Lumpur aktif (mg L ) 0.09 0.047 0.14 0.10 28.57 Kontrol merupakan kondisi normal inlet limbah cair tanpa perlakuan
1
-1
organik melalui proses hidrolitik deaminasi sehingga dapat menghasilkan senyawa sampingan berupa amonia (Waluyo 2005). Lumpur aktif yang terdiri atas berbagai spesies bakteri juga berkontribusi terhadap bertambahnya konsentrasi amonia walaupun hanya sedikit karena ada beberapa bakteri yang terkandung pada lumpur aktif juga mampu merombak N-organik. Menurut Mas’ud (1993) bakteri merupakan faktor penting tahap pertama penguraian senyawa N-organik dalam bahan organik dan senyawa N-kompleks lainnya, sedangkan
menurut Waluyo (2005) sejumlah bakteri proteolitik dalam air limbah dapat menggunakan protein sebagai makanannya dengan memecah polipeptida dan oligopeptida menjadi asam amino oleh enzim peptidase, kemudian asam amino tersebut digunakan untuk sisntesis bahan-bahan sel atau deaminasi dengan membebaskan amonia, proses demikian disebut amonifikasi. Kadar amonia pada limbah cair dapat diturunkan melalui proses aerasi secara intensif sehingga ion amonium akan terurai menjadi ion nitrat yang dapat diasimilasi (Darjamuni 2003)
15
Analisis Nitrat Konsentrasi nitrat yang terkandung di dalam limbah cair menurun dengan penambahan lumpur aktif dan isolat bakteri (Tabel 5). Menurunnya konsentrasi nitrat dapat disebabkan oleh aktivitas bakteri, baik oleh isolat maupun yang terkandung dalam lumpur aktif. Rata-rata konsentrasi nitrat melalui penambahan isolat bakteri lebih tinggi jika dibandingkan dengan penambahan lumpur aktif. Efisiensi yang dihasilkan melalui penambahan isolat bakteri sebesar 21.85 persen, sedangkan melalui penambahan lumpur aktif sebesar 38.88 persen. Isolat bakteri dan lumpur aktif merupakan bakteri aerob namun dapat mereduksi nitrat. Isolat bakteri selain mampu merombak bahan organik juga dapat mereduksi nitrat. Menurunnya konsentrasi nitrat dapat disebabkan oleh aktivitas isolat bakteri dalam memanfaatkan nitrat sebagai sumber N. Acinetobacter dapat menggunakan nitrat dan amonia sebagai sumber N (Prashanth dan Badrinath 2000). Kemampuan dalam mereduksi nitrat oleh bakteri yang terkandung pada lumpur aktif disebabkan karena bakteri memiliki enzim nitrat reduktase yang ada di periplasma (Nap) dan enzim nitrat reduktase yang ada di membran plasma (Nar) (Moreno-Vivian et al. 1999). Dengan memiliki enzim nitrat reduktase tersebut maka bakteri yang terdapat pada lumpur aktif dapat mereduksi nitrat pada kondisi aerob dan anaerob. Sedangkan isolat bakteri yang bersifat aerob, nitrat diubah menjadi nitrit dalam keadaan aerob oleh Nap karena Nap ada di periplasma, sehingga nitrat tidak perlu ditransfer ke membran plasma untuk diubah menjadi nitrit. Dengan demikian salah satu penyebab kinerja isolat bakteri tidak maksimal dalam mereduksi nitrat ialah karena pada kondisi aerob reduksi nitrat hanya dilakukan oleh enzim Nap. Analisis Nitrit Pada analisis kandungan nitrit di limbah cair, diperoleh hasil konsentrasi nitrit yang lebih rendah dari kondisi normal inlet limbah cair melalui penambahan lumpur aktif dan isolat bakteri. Rata-rata konsentrasi nitrit di dalam limbah cair melalui penambahan isolat lebih tinggi jika dibandingkan dengan
penambahan lumpur aktif (Tabel 6). Efisiensi yang dihasilkan melalui penambahan isolat ialah sebesar 14 persen, sedangkan melalui penambahan lumpur aktif sebesar 28.57 persen. Menurunnya konsentrasi nitrit menunjukkan ada beberapa bakteri yang terkandung pada lumpur aktif mampu memanfaatkan energi dari oksidasi nitrit menjadi nitrat dalam proses nitrifikasi (Waluyo 2005). Selain itu pada lumpur aktif mungkin terdapat juga spesies bakteri yang memiliki enzim pereduksi nitrit dalam keadaan aerob. Menurut Zumft (1997) enzim nitrit reduktase berperan mereduksi nitrit menjadi nitrit oksida dan enzim ini terdapat pada membran periplasma. Faktor lain yang dapat mempengaruhi penurunan konsentrasi nitrit ialah kehadiran oksigen yang mempercepat oksidasi dan sifat nitrit yang tidak bisa bertahan lama (Winata et al. 2000) dan merupakan keadaan sementara proses oksidasi antara amonia dan nitrat (Alaerts 1987). SIMPULAN Melalui penambahan isolat bakteri, konsentrasi berbagai parameter kandungan bahan organik menurun, terutama COD dan BOD. Penambahan isolat bakteri menghasilkan efesiensi sebesar 23.64 persen untuk menurunkan konsentrasi COD, sedangkan efesiensi yang dihasilkan untuk menurunkan konsentrasi BOD ialah 25.68 persen. Isolat bakteri juga mampu menurunkan konsentrasi padatan tersuspensi dengan efesiensi sebesar 17.52 persen. Parameter kandungan N-anorganik juga menurun seperti nitrat dengan efesiensi sebesar 21.85 persen. Menurunnya nitrat mengindikasi isolat mampu mereduksi nitrat pada kondisi aerob. Bakteri dominan yang berhasil diisolasi tersebut adalah Acinetobacter sp., dengan morfologi batang, motil, dan gram negatif. Dengan demikian isolat mampu mendegradasi bahan organik walaupun pada beberapa parameter, kinerja lumpur aktif lebih baik. SARAN Penelitian lebih lanjut hendaknya dilakukan terhadap kinerja Acinetobacter sp. dalam mendegradasi limbah organik dengan cara memadukan aktivitas Acinetobacter sp. dan lumpur aktif secara bersamaan, agar kinerja mendegradasi limbah cair lebih baik.
