Pemanfaatan Mikroba Untuk Penanganan Limbah/ Pencemaran Lingkungan m.k. Kuliah Dasar Teknologi Mikrobial Pemanfaatan Mikroba Untuk Penanganan Limbah/ Pencemaran Lingkungan Departemen Teknologi Industri Pertanian Fateta IPB

Pemanfaatan Mikroba Untuk Penanganan Limbah/ Pencemaran Lingkungan BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN : Eksplorasi potensi biodiversitas (keanekaragaman) mikroorganisme, meliputi : aplikasi mikroorganisme untuk peningkatan kualitas lingkungan pencarian/penemuan mikroorganisme yang mempunyai potensi metabolik untuk aplikasi industri Rekayasa genetika untuk mendapatkan m.o yang dpt mendegradasi limbah tertentu

Keuntungan penggunaan mikroorganisme : mempunyai biodiversitas metabolik yang sangat besar bahkan mencakup kemampuan memetabolisme polutan seperti petroleum dan hidrokarbon terklorinasi dapat direkayasa secara genetik shg dpt mendegradasi limbah bahkan yang sangat berbahaya Saat ini dikembangkan gabungan penanganan polutan oleh m.o dengan philoremediation (penanganan polutan dg tanaman).

Pemanfaatan mikroba untuk penanganan limbah Jenis Limbah : 1. Gas 2. Cair 3. Padat LIMBAH GAS Teknik yang dapat digunakan : biofilter dan bioscrubber Dengan penyerapan gas / bahan berbahaya dan berbau  degradasi oleh mikroorganisme

Bahan pengisi Air Udara bersih Limbah gas Humidifier BIOFILTER Bisa digunakan untuk gas yang bersifat volatile organic compounds (VOCs) Bahan pengisi biofilter : berpori dan mudah basah (mis : kompos, gambut, potongan kayu, arang, dll) ditambah m.o atau m.o yang berasal dari kompos tsb  lama kelamaan membentuk biofilm

KELEBIHAN BIOFILTER : Sederhana dan murah Luas permukaan internal yang tinggi membuat biofilter ideal untuk menghilangkan polutan yang tidak mudah larut seperti hidrokarbon Dapat diinokulasi dengan m.o yang dpt mendegradasi senyawa xenobiotik misalnya chloromethane KEKURANGAN : Memerlukan area yang luas Tidak mungkin dilakukan pengontrolan pH Bahan pengisi seperti kompos juga menghasilkan bau

BIOFILM : kumpulan mikroorganisme yang ditandai dengan adanya matriks pengikat dan pelindung Yang merugikan : biofilm dalam pipa (menyebabkan clogging dan corrosion); di lantai dpt menyulitkan pembersihan Yang menguntungkan : sewage treatment of waste water (biofilm filter) : kumpulan bakteri yang dapat mendegradasi bahan organik ( removal BOD) ; biofilm yang berisi protozoa dan porifera dpt mengurangi total padatan tersuspensi.

PERKEMBANGAN BIOFILM

APLIKASI LAINNYA BIOFILM : PADA SEPTIC TANK

BIOSCRUBBER Nutrien, pengontrolan pH Udara bersih Lumpur aktif Limbah gas Udara Unit Pengolahan Limbah cair BIOSCRUBBER

Limbah cair Air buangan industri Jumlah dan komposisi ditentukan oleh bahan / produk & proses pengolahan. 2. Air buangan komunal (misal : sekolah, rumah sakit dll) LIMBAH PADA UMUMNYA DIOLAH MELALUI 3 metode : 1. Fisika (penyaringan, dll) 2. Kimia (pengendapan dg penambahan bahan kimia, dll) 3. Biologi (terutama untuk bahan limbah organik) : bisa secara aerobik atau anaerobik

AEROBIK : Trickling filter Tower Rotating disc Rotating drums Activated sludge (lumpur aktif) ANAEROBIK : Septic tanks Digester anaerobic Anaerobic filter

TRICKLING FILTER

DEFINISI-DEFINISI : BOD5 : Biological Oxygen Demand (5 day incubation) : konsentrasi bahan organik biodegradable dalam limbah cair = jumlah O2 yang digunakan oleh m.o untuk mendegradasi bahan organik Sludge : kumpulan mikroba dalam lumpur aktif Nitrification : konversi amonium menjadi nitrate oleh bakteri autotrof. Merupakan bagian penting pada tahap penghilangan nitrogen secara biologis dalam pengolahan limbah cair Denitrification : reduksi nitrate menjadi N2. Anaerobik : absennya O2 dalam cairan, potensial redoks dibawah nol, fermentasi, reduksi sulfat dan methanogenesis terjadi

Prinsip pengolahan limbah cair dengan lumpur aktif : Bahan organik terlarut + O2 biomassa +CO2+HNO3+H3PO4 M.O terkumpul dalam floc bakteri dengan diameter 0.1 mm. Setelah beberapa hari oleh gaya gravitasi, maka floc mikroba akan mengendap dan air bersih dialirkan Biasanya pengolahan biologis digabungkan dg teknik fisik/kimia, mis : limbah cair  lumpur aktif  koagulasi/flokulasi penyaringan dengan pasir ozonisasi  penyaringan dengan biologically granulated activated carbon filter  air bersih yang dapat digunakan untuk proses

Teknologi penanganan limbah B3 Bioremediasi

BIOREMEDIASI : teknologi penanganan polutan yang menggunakan sistem biologi untuk mengkatalisis destruksi atau transformasi limbah bahan beracun berbahaya menjadi berkurang tingkat bahayanya Prinsip bioremediasi : proses biodegradasi alamiah oleh mikroorganisme terhadap polutan dan oksidasi polutan organik menjadi CO2, H2O, NO3- dan komponen inorganik lainnya. Terdiri dari : Monitoring proses biodegradasi alamiah (intrinsic bioremediation) Melakukan modifikasi lingkungan seperti pengaplikasian nutrien dan aerasi (biostimulation) Penambahan mikroorganisme (bioaugmentation)

Biostimulation : dilakukan jika populasi mikroorganisme di alam cukup besar hanya perlu tambahan bantuan (stimulasi) misalnya : tambah nutrient (contoh nitrat); tambah aerasi agar m.o dpt mendegradasi polutan dg lebih cepat Bioaugmentation : dilakukan jika populasi m.o di alam kecil sehingga perlu ditambah m.o ( yang telah diadaptasikan melalui penelitian laboratorium ) untuk mengatasi polutan Cara penanganan : In site (in situ) : langsung di area yang terkena polutan Ex site (ex situ) : ada 2 yaitu landfarming dan bioreactor Landfarming : Area(tanah) terkontaminasi polutan ditempatkan di area lain kira-kira sedalam 18 inchi lalu ditambah mikroorganisme, aerasi, dan pengontrolan RH, suhu, dll Bioreactor : yang terkena polutan ditempatkan dlm bioreactor, ditambah m.o, aerasi, pengontrolan suhu, RH, nutrient, dll

Mikroorganisme untuk bioaugmentasi biasanya dari golongan fungi atau konsorsium m.o yang sudah diadaptasikan ke polutan: White rot fungus Phanerochaete (dapat mendegradasi DDT, TNT, benzopyrene, plastik polyethylene) Pseudomonas sp : untuk degradasi TCE (trichloroethylene) Burkholderia (Pseudomonas) cepacia G4 : untuk degradasi TCE Saat ini penelitian juga difokuskan pada rekayasa genetika untuk mendapatkan m.o yang mampu mendegradasi polutan tertentu.

BIOSTIMULASI, contoh : Menambah N, P Menambah co-substrat : menginjeksikan methane untuk mendegradasi trichloroethylene karena polutan tsb didegradasi oleh enzim dari m.o dg adanya ko-substrat Menambah akseptor elektron : oksidasi bahan organik di dalam tanah yang kelarutan O2nya sangat kecil  bioventing (injeksi udara) atau penambahan nitrate Menambah surfaktan : hidrokarbon dan non aqueous phase liquid tidak dapat dicerna oleh m.o  penambahan surfaktan akan mencampurkan senyawa hidrofobik ke dalam fase air

IN SITU BIOREMEDIATION Pump, aeration, addition of nutrient Well Dissolved compound eg BTEX Groundwater Aquifer

EX SITU BIOREMEDIATION (BIOREACTOR)

Keuntungan bioremediasi secara ekonomi Aplikasi Biaya pengolahan fisik/kimia Biaya Bioremediasi Tanah terkontaminasi petroleum – hidrokarbon Tanah terkontaminasi trichloroethane Kontaminan campuran Kontaminan campuran, BTEX dan arsenic Chlorinated hydrocarbon Marine oil spill Excavation- off site disposal, $3 juta Pump and treat, $20 juta Pump and treat, $25 juta Pump and treat, capping, $50 juta Excavation, $15 juta Physical washing, $ 1,1 juta per km Bioventing on site $ 0.2 juta Bioventing, $2 juta In situ bio treatment, $ 5 juta In situ biostimulation, oxygen sparging, bioventing, imobilization of metals, $2 juta Biostimulation through fertilizer addition, $ 0,005 juta/km BTEX = benzene, toluene, ethylbenzene,xylenes

CONTOH PENGOLAHAN LIMBAH PADAT : BIOGAS Pembuatan gas metan Ada 3 grup bakteri yang berperan 1) Grup bakteri yang mengubah substrat (protein, lemak, karbohidrat) asam-asam organik, alkohol, hidrogen, CO2. 2) Grup bakteri yang mengubah bahan-bahan yang dihasilkan pada btr (1) asam asetat, H2, CO2. 3) Grup bakteri yang mengubah bahan-bahan hasil pada btr (2) metan dan CO2.

Bakteri pembentuk asam antara lain : Bacteroides, Clostridia, Bifidobacteria, Enterobacteria, Streptococci. Bakteri pembentuk metan Kondisi proses pada pembentukan metan : - Suhu 30 – 37.5º C (bakteri mesofilik) - Suhu 49 - 51º C (bakteri thermofilik) - pH 6.7 – 7.4

Sifat-sifat bakteri pembentuk metan antara lain : 1) Pada dinding sel tidak terdapat murein. 2) Sitoplasma membran terdiri dari lipid isoprenoid. 3) Berisi koenzim yang tidak terdapat pada bakteri lain (misal koenzim M, 2-mercaptoethanesulfonic acid). Hasil samping biogas : pupuk cair

Fermentasi bahan2 organik menjadi biogas oleh tiga grup bakteri NH4-,HPO4-2,H2S, dll I a I b III II Fermentasi bahan2 organik menjadi biogas oleh tiga grup bakteri

Pembuatan sirup glukosa dari limbah lignoselulosik Bahan : limbah selulosik, mis : jerami, kertas, kayu, ampas tebu, dll. Enzim yang berperan : Selulase (mis. dari kapang Trichoderma viridae, Penicillium, Fusarium, Aspergillus. Pembuatan BioEtanol dari limbah lignoselulosik Rangkaian dari proses pembuatan glukosa. Enzim yang berperan : zimase & invertase dari Saccharomyces cerevisiae Pengolahan limbah tersebut tetap harus memperhitungkan aspek ekonomi.

Pengolahan limbah padat yang sangat menguntungkan : kompos Sebelum pembuatan kompos : separasi (logam, dll bisa di re-use) Teknologi composting : DRANCO (dry anaerobic composting ) : thermophilic 55oC pd konsentrasi padatan tinggi dalam satu tahap fermentasi. Wet Process : air diumpankan ke reaktor

Terima kasih