## BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN UNTUK PENANGGULANGAN LIMBAH MENGANDUNG KROM

## Environmental Biotechnology for Treatment of Chrome Contained Wastewater

## Dwi Andreas Santosa, Tommy Kurniawan, dan F. Dian Lina
Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian Institut Pertanian Bogor Jalan Meranti Kampus IPB, Darmaga 16680 E-mail: dsantosa@indo.net.id

## ABSTRACT
The biotechnological approaches for treatment of wastewater are  widely studied within the last two decades.  We show that this approach can be used for treatment of Cr-contaminated wastewater. The sulfate reducing bacteria Desulfotomaculum orientis ICBB 1204 is used in a laboratory experiment to treat Cr-contained wastewater from metal plating industry and the oil and gas company, PT VICO, East Kalimantan. After adaption of the bacteria for around 10 days in the wastewater containing 100 ppm Cr, the process of Cr reduction took place and the Cr in the medium were reduced 92.7% within 20 days. The similar results were achieved on the treatment of PT VICO’s wastewater. The Cr content in the wastewater decreased from  6.54-6.76 to 0.08-0.09 ppm and the pH increased from 3 to 5 – 6 within 20 days incubation period.
Keywords: Cr detoxification , Desulfotomaculum orientis ICBB 1204, sulphate reducing bacteria, wastewater

## PENDAHULUAN
Selain  membawa  dampak  positif,  perkembangan teknologi  dan  industri  yang  sangat  cepat  dewasa  ini  juga membawa  dampak  negatif.    Dampak  negatif  tersebut terutama  berkaitan  dengan  semakin  banyaknya  jenis  dan jumlah  atau  volume  limbah    yang  besar  sehingga mengakibatkan  permasalahan  semakin  kompleks.    Salah satu limbah industri yang merupakan pencemar lingkungan adalah  logam  berat,  diantaranya  krom  (Cr).    Logam  ini antara  lain  digunakan  dalam  industri  pelapisan  logam (DepLH, 2003), tekstil dan industri minyak bumi.
Menurut  KEP-51/MENLH/10/1995  tentang  Baku Mutu  Limbah  Cair  bagi  Kegiatan  Industri,  kadar maksimum  Cr  yang  diperbolehkan  dalam  limbah  industri adalah  0.5  ppm  (MENLH,  1995).      Dalam  rangka memenuhi  baku  mutu,  limbah  harus  menjalani  proses pengolahan  sebelum  dibuang  ke  lingkungan  antara  lain dengan  metode  biologi  (bioremediasi)  dengan  menerapkan proses  anaerob  menggunakan  bakteri  pereduksi  sulfat (BPS).  Dalam  proses  ini,  BPS  mereduksi  sulfat  menjadi sulfida.    Sulfida  yang  dihasilkan  bereaksi  dengan  ion-ion logam  yang  terlarut  membentuk  logam-sulfida  yang mengendap (Germida, 1998).  Selain itu, pH larutan limbah juga akan meningkat.
United  State  Environmental  Protection  Agency (U.S. EPA)  mendata  ada  13  logam  berat  yang  merupakan  unsur pencemar utama yang berbahaya, yaitu Sb, As, Be, Cd, Cr,
Cu, Pb, Hg, Ni, Se, Sr,  Ag dan  Zn (Suhendrayatna, 2001). Logam  berat  memasuki  lingkungan  baik  secara  alamiah maupun  melalui  berbagai  aktivitas  manusia  (Alloway, 1995). Semakin banyak logam berat yang digunakan dalam aktivitas kehidupan dengan tidak memperhatikan kelestarian lingkungan  maka  semakin tinggi potensi logam berat  untuk  mencemari  lingkungan.    Banyak  dampak keracunan  logam  berat  yang  telah  terjadi  dan  merusak ekosistem serta merugikan manusia. Perputaran logam berat dalam  ekosistem  tanah,  air,  udara  dan  organisme  dapat dilihat pada Gambar 1.
Krom  (Cr)  merupakan  salah  satu  logam  lunak berwarna  keperakan  yang  berpotensi  untuk  mencemari lingkungan  dan  menimbulkan  dampak  negatif  terhadap kehidupan  manusia  (Gauglhofer  dan  Bianchi,  1991). Bentuk  paling  umum  dari  Cr  adalah  Cr o ,  Cr 3+ ,  dan  Cr 6+ . Cr 3+ terdapat  secara  alami  di  alam  dan  bentuk  ini merupakan  hara  essensial  bagi  tubuh  manusia.    Atom  Cr dan  Cr 6+ merupakan  hasil  dari  proses  industri.    Logam  Cr dalam  bentuk  Cr o digunakan  untuk  pembuatan  baja, sedangkan Cr 6+ digunakan untuk pelapisan logam. Cr +3 merupakan  hara  essensial  yang  membantu metabolisme  gula,  protein  dan  lemak,  namun  bila terakumulasi  dalam  jumlah  berlebih  akan  berbahaya  bagi tubuh.    Menghirup  Cr 6+ dalam  jumlah  berlebih  dapat menyebabkan  iritasi  hidung,  hidung  berdarah,  gangguan perut  dan  radang,  gagal  ginjal,  kerusakan  hati  dan  pada akhirnya menyebabkan kematian (DHHS, 2000).
Gambar 1.  Sumber Logam Berat dan Perputarannya Dalam Ekosistem Tanah, Air, Udara dan Organisme (Bollag dan Bollag, 1995)
Limbah  yang  mengandung  logam  berat  perlu didetoksifikasi  terlebih  dahulu  sebelum  dibuang  ke lingkungan. Pengolahan limbah secara umum dikelompokkan  kedalam  metode  fisik,  kimia  dan  biologi. Penanganan  limbah  secara  biologi  menurut  Bollag  dan Bollag  (1995)  adalah  proses  mendegradasi,  mengendapkan dan  mentransformasi  senyawa-senyawa  kimia  komplek maupun  sederhana  menjadi  bentuk  yang  tidak  berbahaya atau  proses  detoksifikasi  pencemar  lingkungan  secara biologis.  Tanaman  dan  mikroorganisme  dapat  digunakan sebagai agen pendetoksifikasi dalam proses tersebut.
Salah  satu  agen  yang  dapat  digunakan  dalam  proses pengolahan  limbah  secara  biologis  adalah  Bakteri Pereduksi Sulfat (BPS). BPS misalnya genus Desulfovibrio dan Desulfotomaculum dalam  kondisi  anaerob  akan mereduksi  sulfat  dan  memproduksi  sulfida  yang  akan bereaksi  dengan  logam  membentuk  logam  sulfida  yang mengendap  (Gadd,  1990).  Proses  pengendapan  logam terlarut ini digunakan untuk mengurangi konsentrasi logam dalam  air  limbah  sehingga  memenuhi  baku  mutu  yang dipersyaratkan ketika dibuang ke lingkungan.
BPS  menggunakan  sulfat  sebagai  penerima  elektron dalam  proses  respirasi  anaerobik.    Bakteri  pereduksi  sulfat ini  memiliki  sifat  anaerob  sejati  dan  terdiri  dari  genus Desulfovibrio,  Desulfotomaculum dan Desulfomonas . Proses  reduksi  sulfat  oleh  kelompok  bakteri  tersebut menghasilkan hidrogen sulfida menurut persamaan  reaksi :
2 C 3 H 5 O 3 - +SO 4 = 2CH 3 COO - + 2HCO 3 - + HS - + H +
4H 2 + SO 4 = H 2 S + 2H 2 O + 2OH -
BPS dapat tumbuh baik  menggunakan donor elektron berupa  laktat  dan  senyawa–senyawa  hidrogen.    Sulfida yang  dihasilkan  akan  bereaksi  dengan  ion-ion  logam terlarut  untuk  membentuk  sulfida  logam  yang  tidak  larut sesuai reaksi :
M 2+ + S 2- MS ↓ ( M adalah logam ; Gadd, 1999)
BPS yang digunakan dalam penelitian ini adalah isolat hasil isolasi dari Ekosistem Air Hitam, Kalimantan Tengah dengan  sandi  ICBB  1204.    Isolat  tersebut  merupakan  BPS dengan spesies Desulfotomaculum orientis dengan karakteristik  yang  telah  diamati  bersifat  Gram  negatif, berbentuk  batang,  berpasangan  dan  membentuk  agregat, motil dan hanya tumbuh pada kondisi anaerob (Saida, 1999; Suyasa, 2002).

## BAHAN DAN METODE
Percobaan  menggunakan  rancangan  acak  lengkap. Percobaan  menggunakan  dua  sumber  limbah  yaitu  limbah yang  berasal  dari  industri  pelapisan  logam  dan  kedua limbah  yang  berasal  dari  industri  minyak  dan  gas  bumi. Dalam  percobaan  pertama,  derajat  kemasaman  (pH)  dari limbah diatur hingga mendekati 1 dengan H 2 SO 4 sedangkan kandungan  Cr  diatur  hingga  konsentrasinya  mencapai  100 ppm.  Dalam  percobaan  kedua,  limbah  berasal  dari penambangan  minyak  dan  gas  bumi  PT  VICO  dan  tidak dilakukan  pengaturan  konsentrasi  Cr  dalam  limbah.  pH awal  yang  digunakan  dalam  percobaan  ini  adalah  1,  3  dan 7. Kemampuan bakteri Desulfotomaculum orientis ICBB1204 dalam menurunkan kandungan Cr dalam limbah dan meningkatkan pH diuji. Medium yang digunakan untuk menumbuhkan  bakteri  adalah  medium  Postgate  B  dengan komposisi  sebagai  berikut  (g/l):  Na  laktat  (3,5),  MgSO 4 (2,0),  NH 4 Cl  (0,2),  KH 2 PO 4 (0,5),  FeSO 4 .7H 2 O  (0,5). Medium  diterilkan  pada  suhu  121 o C  tekanan  1  atmosfir selama  15  menit.  Percobaan  dilakukan  selama  30  hari  dan Cr dianalisis setiap 5 hari sekali dengan menggunakan AAS ( atomic absorption spectrophotometer ).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Bakteri  yang  diberikan  mengalami  fase lag kira-kira 10  hari.  Setelah  fase lag terlampaui  laju  penurunan kandungan  Cr  berlangsung  sangat  cepat,  dengan  total reduksi  sebanyak  92,7  %  selama  30  hari  (Gambar  1). Kandungan  Cr  diperkirakan  akan  dibawah  1  ppm  bila inkubasi dilanjutkan.
Udara Air Tanah Tanaman Burung Ternak Ikan Manusia Limbah Industri Pembakaran Fosil Pestisida Batuan Induk
dll
BPS BPS BPS
0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 24 30 ppm Cr ppm Cr hari 0 1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 24 30 pH pH Hari
Gambar 1.  Penurunan  Rata-rata  Cr  akibat  Inkubasi  Limbah Pelapisan  Logam  ber-Cr  dengan  menggunakan
Bakteri Desulfotomaculum orientis ICBB1204 Gambar 2.  Peningkatan  pH  Akibat  Perlakuan  Limbah  Penapisan Logam ber-Cr dengan Menggunakan Bakteri
Desulfotomaculum orientis ICBB1204
Selama  proses  penurunan  kandungan  Cr  di  dalam larutan,  sebaliknya  terjadi  peningkatan  pH  dari  pH  awal sebesar 1,29 menjadi netral (6,95) pada inkubasi selama 30 hari (lihat Gambar 2).
Aplikasi  BPS  pada  limbah  PT.  VICO  yang mengandung  Cr  dalam  skala  laboratorium  menggunakan tabung  reaksi/tabung  ulir  ukuran  10  ml  dengan  ulangan sebanyak  3  kali.  Analisis  awal  konsentrasi  Cr  total  pada limbah menunjukkan nilai rata-rata 6 ppm.
Komposisi  perlakuan  pada  tiap  tabung  reaksi  dengan perbandingan  5  :  4  :  1  untuk  limbah  :  media  :  BPS. Inkubasi  dilakukan  pada  pH  1,  3  dan  7  selama  20  hari dengan    hasil  yang  terbaik  ada  pada  perlakuan  pH  3. Indikasi  adanya  pertumbuhan  BPS  adalah  perubahan  pada tabung  reaksi  berisi  media  dari  jernih  menjadi  hitam  pekat sebagai  akibat  pembentukan  sulfida  logam.  Sulfida  logam pada percobaan ini merupakan ikatan CrS yang berbentuk kerak  hitam pada  dinding  dan  dasar  tabung  reaksi, sedangkan air media tetap berwarna jernih (Gambar 3).
Gambar 3.  Proses  Pertumbuhan Desulfotomaculum  orientis ICBB1204  (dari kanan ke kiri adalah awal pertumbuhan hingga akhir inkubasi)
Pada  pH  3  terjadi  pertumbuhan  BPS  pada  semua ulangan  dengan  waktu  tercepat  antara  10-15  hari, sedangkan  pada  pH  1  dan  pH  7  tidak  terjadi  pertumbuhan BPS  atau  mengalami  pertumbuhan  yang  sangat  lambat dalam  waktu  yang  lama  (>20  hari).  Penurunan  konsentrasi Cr  serta  kenaikan  pH  limbah  hasil  eksplorasi  minyak  dan gas  bumi    PT  VICO  setelah  diinkubasi  selama  20  hari terlihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Penurunan  Konsentrasi  Cr  dan  Kenaikan  pH  pada Limbah  Hasil  Eksplorasi  Minyak  dan  Gas  Bumi PT  VICO  Setelah  Inkubasi  dengan Desulfoto- maculum  orientis ICBB1204  Selama 20 hari Limbah Konsentrasi Cr (ppm) pH Awal Akhir Awal Akhir Limbah 1 Limbah 2 Limbah 3 6,76 6,54 6,55 0,09 0,08 0,08 3 3 3 5 6 6
Inkubasi  selama  20  hari  pada  ketiga  ulangan menunjukkan  penurunan  Cr  total  yang  sangat  signifikan (dari  6,54-6,76  menjadi  0,08-0,09)  dan  telah  berada dibawah Nilai Baku Mutu Air Limbah untuk Cr (<0,5 ppm) sehingga aman untuk dibuang ke lingkungan.
Parameter  lain  yang  diukur  adalah  nilai  pH.  Pada perlakuan  menggunakan  pH  awal  3  terjadi  kenaikan  pH limbah  mendekati  pH  netral  yaitu  antara  pH  5-6  sehingga memenuhi nilai baku mutu pH air limbah sesuai peraturan.
Berdasarkan  hasil  percobaan  tersebut  di  atas, penggunaan  bakteri Desulfotomaculum  orientis ICBB1204 memberikan  harapan  besar  untuk  memecahkan  persoalan limbah  industri  baik  industri  pelapisan  logam  maupun minyak bumi yang mengandung  Cr dengan cara ekonomis, ramah lingkungan dan tidak memerlukan investasi besar.

## KESIMPULAN
Pendekatan  bioteknologi  dapat  digunakan  untuk mengolah  limbah  industri  yang  mengandung  Cr  hingga kandungannya sesuai dengan baku mutu yang dipersyaratkan  oleh  pemerintah.  Dalam  penelitian  ini diperlihatkan  bahwa  bioreaktor  yang  diberi  bakteri pereduksi  sulfat Desulfotomaculum  orientis ICBB1204 mampu  menurunkan  kandungan  Cr  yang  terdapat  dalam limbah  pelapisan  logam  sebanyak  92,7%  pada  inkubasi selama  30  hari.  Dengan  teknik  yang  sama  limbah  hasil eksplorasi minyak dan gas bumi PT VICO dapat diturunkan hingga  98,8%  pada  inkubasi  selama  20  hari.  Pada  kedua jenis  limbah  tersebut,  setelah  perlakuan  pH  media meningkat sebesar 2 hingga 5,6 satuan pH.

## DAFTAR PUSTAKA
Alloway, B.J.  1995.  The origins of heavy metal in soils. In B.J.  Alloway  (Ed.).    Heavy  Metals  in  Soils.    Second Edition.  Blackie Academic & Professional.
Bollag,  J.M.,  dan  Bollag  W.B.    1995.    Soil  Contamination and  the  Feasibility  of  Biological  Remediation.    In H.D. Skipper and  R.F. Turco (Eds.).  Bioremediation Science and Applications. Soil Sci Soc Am. Inc.
Darmono.    1995.    Logam  Dalam  Sistem  Biologi  Makhluk Hidup.  Universitas Indonesia Press.  Jakarta.
DepLH.    2003.    Pengolahan  dan  Pemanfaatan  Limbah Elektroplating.    Pengelolaan  Limbah  Usaha  Kecil. Departemen  Lingkungan  Hidup.  www.menlh.go.id/ usaha-kecil/ [diakses 12 Desember 2003].
DHHS.    2000.    Case  Studies  in  Environmental  Medicine Chromium  Toxicity.    Agency  for  Toxic  Substances and Disease Registry (ATSDR).  U.S. Department Of Health  and  Human  Services.    www.atsdr.cdc.gov. [diakses 12 Desember 2003].
Gadd,  G.M.    1990.    Metal  Tolerance.    in  Clive  Edward (Ed).    Microbiology  of  Extreme  Environments.    First Edition.  Open University Press, Buckingham.
Gadd,  G.M.  1999.  Metal-microbe  interactions. Adv. Microb. Physiol. , 41:47-92.  http://www.dundee.ac.uk/ Biocentre/SLSBDIV7gmg.htm.  [diakses  24  Septem- ber 2003].
Gauglhofer.  J  dan  V.  Bianchi.    1991.    Chromium.    In. Ernest Merian (Ed.).  Metals and Their Compounds in the Environment Occurrence, Analysis and Biological Relevance.  VCH, Weinheim.  New York.
Germida,  J.J.    1998.    Transformation  of  Sulfur.    In    D.M Sylvia, J.J. Fehrmann, P.G. Hartel and D. A. Zuberer. Principles  and  Applications  of  Soil  Microbiology. Prentice Hall.  New Jersey.
Lina, F.D. 2004. Imobilisasi Logam Berat Cr pada Berbagai Konsentrasi Sulfat dengan Desulfotomaculum Orientis ICBB 1204. Program  Sarjana.  S1.  Institut Pertanian Bogor.
MENLH.  1995.    Keputusan  Menteri  Negara  Lingkungan Hidup. Nomor:KEP-51/MENLH/10/1995. http//www.bipedal.go.id./kepmen.  [diakses  9  Januari 2004].
Saida.  2001.  Karakterisasi dan Uji Aktivitas Isolat Bakteri Pereduksi  Asal  Ekosistem  Air  Hitam  Kalimantan Tengah.    Program  Pasca  Sarjana.    S2.    Institut Pertanian Bogor.
Suhendrayatna.    2001.    Bioremoval  Logam  Berat  dengan Menggunakan Mikroorganisme; suatu kajian kepustakaan.    Seminar  on-air  Bioteknologi  untuk Indonesia.  Bab  21:1-14  Februari  2001.    Sinergy forum-PPI Tokyo Institute Technology.
Suyasa,  W.B.    2002.    Peningkatan  pH  dan  Pengendapan Logam  Berat  Terlarut  Air  Asam  Tambang  (AAT) Dengan  Bakteri  Pereduksi  Sulfat  Dari  Ekosistem  Air Hitam  Kalimantan.    Program  Pasca  Sarjana.    S3. Institut Pertanian Bogor.