Archive for the ‘KAJIAN MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN’ Category

Pemanfaatan Bakteri Deinococcus radiodurans Dalam Usaha Mengurangi Radiasi Radioaktif

Judul : Pemanfaatan Bakteri Radiodurans Dalam Usaha Mengurangi Radiasi Radioaktif

Pendahuluan

Kebutuhan terhadap energi listrik sebagai penggerak utama pembangunan terus meningkat. Kebutuhan energi listrik Indonesia meningkat sebesar 18% rata-rata setiap tahun. Namun, pasokan bahan bakar yang dapat menghasilkan energi listrik tidak sepadan dengan peningkatan kebutuhan terhadap energi listrik saat ini. Banyak negara yang telah memanfaatkan energi nuklir sebagai sumber pembangkit listrik. Berdasarkan penelitian, energi nuklir dipercaya mampu menghasilkan energi sebesar 200 MeV sehingga nuklir sangat efektif dalam menyelesaikan permasalahan krisis energi(Arthuria,2009).

Tetapi ada dampak negatif dari penggunaan nuklir yakni hasil pembuangannya berupa limbah radioaktif. Munculnya efek radiasi nuklir yang membuat kepanikan bagi negara-negara industri pengguna pembangkit listrik tenaga nuklir yang memberikan dampak negatif untuk lngkungan (pencemaran lingkungan) baik unsur abiotik dan biotik yang ada disekitar sumber nuklir. Pencemaran ini dinamakan pencemaran zat radioaktif.

Proses penyebaran partikel radioaktif terjadi bisa lewat udara, air dan tanah. Secara umum jenis radiasi yang terpancar dari bahan radioaktif baik pada fasilitas PLTN atau yang berhubungan dengan fasilitas nuklir lainnya dan keluar kelingkungan terdiri dua tipe, paparan eksternal dan paparan internal. Tipe paparan radiasi yang pertama adalah paparan luar (eksternal) atau paparan langsung yang terjadi melalui kontak dengan tubuh kita dari luar tubuh. Tipe radiasi kedua adalah paparan dalam (internal) yaitu paparan yang terjadi di dalam tubuh akibat zat atau partikel radioaktif terserap atau masuk kedalam tubuh baik lewat aktifitas pernafasan, makan atau minum keluar dari reaktor(Mulhari,2011).

Peristiwa Chernobyl dan Fukushima yang menghasilkan radiasi radioaktif akibat ledakan yang terjadi pada PLTN membuat keresahan yang terjadi di kalangan masyarakat dunia. Melihat kondisi ini banyak peneliti dan ilmuwan yang mencari cara untuk mengatasi radiasi radioaktif dari nuklir. Salah satunya melalui pemanfaatan bakteri Deinococcus radiodurans. Dengan pemanfaatan D.radiodurans negara pengguna PLTN sebagai sumber listrik akan dibantu dalam penanganan pengurangan radiasi yang muncul. Selain itu, lingkungan akan kembali sehat serta penyakit yang disebabkan radiasi nuklir akan terminimalisir.

Isi

Sekilas Tentang Radioaktif

Zat radio aktif adalah zat yang memancarkan radiasi pengion dengan aktivitas jenis lebih besar daripada 70 kBq/kg atau 2 nCi/g (tujuh puluh kilobecquerel per kilogram atau dua nanocurie per gram). Angka 70 kBq/kg (2 nCi/g) tersebut merupakan patokan dasar untuk suatu zat dapat disebut zat radioaktif pada umum-nya yang ditetapkan berdasarkan ketentuan dari Badan Tenaga Atom Internasional (International Atomic Energy Agency).(Agus,2011)

Pencemaran zat radioaktif adalah suatu pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh debu radioaktif akibat terjadinya ledakan reaktor-reaktor atom serta bom atom. Limbah radioaktif adalah zat radioaktif dan bahan serta peralatan yang telah terkena zat radioaktif atau menjadi radioaktif karena pengoperasian instalasi nuklir yang tidak dapat digunakan lagi (Agus,2011)

Efek Radiasi Radioaktif (Nuklir)

Ada tujuh efek yang berbahaya bila tubuh manusia terkena bocoran radioaktif dari PLTN :

  • Rambut.

Efek paparan radioaktif membuat rambut akan menghilang dengan cepat bila terkena radiasi di 200 Rems atau lebih. Rems merupakan satuan dari kekuatan radioaktif.

  • Otak.

Sel-sel otak tidak akan rusak secara langsung kecuali terkena radiasi berkekuatan 5000 Rems atau lebih. Seperti halnya jantung, radiasi membunuh sel-sel saraf dan pembuluh darah dan dapat menyebabkan kejang dan kematian mendadak.

  • Kelenjar Gondok.

Kelenjar tiroid sangat rentan terhadap yodium radioaktif. Dalam jumlah tertentu, yodium radioaktif dapat menghancurkan sebagian atau seluruh bagian tiroid.

  • Sistim Peredaran Darah.

Ketika seseorang terkena radiasi sekitar 100 Rems, jumlah limfosit darah akan berkurang, sehingga korban lebih rentan terhadap infeksi. Gejala awal mirip seperti penyakit flu.enurut data saat terjadi ledakan Nagasaki dan Hiroshima, menunjukan gejala dapat bertahan selama sepuluh tahun dan mungkin memiliki risiko jangka panjang seperti leukimia dan limfoma.

  • Jantung.

Jika seseorang terkena radiasi berkekuatan 1000 sampai 5000 Rems akan mengakibatkan kerusakan langsung pada pembuluh darah dan dapat menyebabkan gagal jantung dan kematian mendadak.

  • Saluran Pencernaan.

Radiasi dengan kekuatan 200 Rems akan menyebabkan kerusakan pada lapisan saluran usus dan dapat menyebabkan mual, muntah dan diare berdarah.

  • Saluran Reproduksi.

Radiasi  akan merusak saluran reproduksi cukup dengan kekuatan di bawah 200 Rems. Dalam jangka panjang, korban radiasi akan mengalami kemandulan. (Anonymous,2010)

Klasifikasi Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans

Bentuk tetrad Deinococus radiodurans dilihat menggunakan mikroskop transmisi elektron (TEM)

Klasifikasi ilmiah

Domain: Bacteria
Filum: Deinococci
Ordo: Deinococcales
Famili: Deinococcuceae
Genus: Deinococcus
Spesies: D. radiodurans

Nama binomial

Deinococcus radiodurans
Brooks & Murray, 1981

SejarahDeinococcus radiodurans

D. radiodurans pertama kali dideteksi oleh Anderson et al. pada tahun 1956 di dalam daging kalengan yang disterilisasi dengan radiasi sinar x dan yang tidak diradiasi.(Bayu,2010). Deinococcus radiodurans berasal dari bahasa Yunani : deino dan kokkos yang berarti “berry yang mengerikan” dan bahasa Latin radius dan durare yang artinya “tahan radiasi”. Dahulu spesies ini disebut Micrococcus radiodurans Cohn 1872. Karena ketahanannya terhadap radiasi baketeri ini dijuluki “Conan the Bacterium” seperti nama tokoh “Conan the Barbarian”. Bakteri ini juga tercatat dalam Guinness Book of World Records sebagai “bakteri terkuat sedunia”. Bakteri ini awalnya ditemukan beberapa dekade yang lalu dalam makanan kaleng yang telah disterilisasi dengan radiasi. (Huyghe, Patrick (July/August 1998)

Awalnya spesies ini termasuk genus Micrococcus. Setelah dilakukan pengujian RNA ribosomal bakteri ini termasuk genus Deinococcus yang mirip dengan genus Thermus, bakteri yang tahan panas. Karena Deinococcus memiliki ketahanan terhadap panas dan radiasi, maka dimasukkan ke dalam filum Deinococcus-Thermus. Deinococcus merupakan satu-satunya genus dalam ordo Deinococcales. Semua spesies dalam genus ini memilki ketahanan terhadap radiasi.

Deskripsi Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans merupakan bakteri Gram positif berbentuk bola dengan diameter 1,5 sampai 3,5 µm dan umumnya membentuk tetrad. Bakteri ini mudah berkembang dan tidak menimbulkan penyakit. Koloninya halus, cembung, dan berwarna pink kemerahan. Walaupun bakteri ini Gram positif, struktur dinding selnya tidak biasa dan merupakan modifikasi dari dinding sel bakteri Gram negatif.

Deinococcus radiodurans tidak membentuk endospora dan nonmotil. Bakteri ini adalah bakteri obligat aerobik kemoorganoheterotrof yang menggunakan energi dari zat organik. Bakteri ini sering ditemukan pada habitat yang kaya zat organik seperti di tanah, feses, daging, tapi juga bisa ditemukan pada debu, alat-alat medis dan tekstil. Deinococcus radiodurans sangat resistan terhadap radiasi ion, sinar ultraviolet, desikasi (pengawetan melalui proses pengeringan), oksidasi, dan agen elektrofilik.

Genomnya terdiri dari dua kromosom sirkuler; 2,65 juta pasang basa dan 412.000 pasang basa yang disebut megaplasmid dari 177.000 pasang basa dan plasmid dari 46.000 pasang basa. Bakteri ini memiliki 3.195 gen. Pada fase stasioner, tiap sel bakteri mengandung 4 duplikat genom yang akan berlipat ganda dengan cepat sehingga tiap bakteri nantinya mengandung 8-10 duplikat genom (Margaratta,2011)

Mekanisme Ketahanan Radioaktif

Deinococcus radiodurans dapat bertahan dalam 1,5 juta rads ribuan kali lebih kuat daripada semua makhluk hidup yang ada di bumi dan 300 kali lebih kuat daripada ketahanan manusia. Bakteri ini memiliki ketahanan terhadap radiasi  karena memiliki salinan ganda dari genomnya dan mekanisme perbaikan DNA yang cepat. Tidak seperti organisme lain yang kehilangan DNA karena radiasi, mikroba ini tidak kehilangan informasi genetik karena fragmen-fragmen DNA yang terputus disimpan di dalam cincin plasmid yang terkunci rapat. Fragmen-fragmen ini tersusun rapat, pada akhirnya tersusun bersama menjadi tataan yang original dan benar. Bakteri ini biasanya memperbaiki kerusakan kromosom dalam 12-24 jam melalui proses dua tahap.

Pertama, D. radiodurans menyambungkan ulang fragmen-fragmen kromosom melalui proses yang disebut penempelan untai-tunggal. DNA memperbaiki diri di dalam ring yang telah disebut. Lalu sang bakteri melakukan aksi yang sangat tidak umum. Bakteri ini terdiri dari empat kompartmen, masing-masing mengandung satu salinan DNA. Ada dua jalan kecil diantara kompartmen. Setelah sekitar satu setengah jam perbaikan di dalam cincin, DNA membuka lipatan dan bermigrasi ke kompartmen yang berdekatan dimana terjadi saling baur dengan DNA yang telah ada disana.

Pada tahap kedua, protein memperbaiki kerusakan untai-ganda melalui rekombinasi homolog. Proses ini tidak melibatkan mutasi apapun dari replikasi normal yang biasa. Mesin perbaikan reguler, umum di manusia dan juga bakteri, melaksanakan tugasnya memperbaiki enzim diantara dua salinan DNA, memakai templete untuk memperbaiki yang lain.

Dari empat salinan DNA, selalu ada dua atau tiga yang terkemas rapat di dalam cincin sementara yang lain dapat bergerak bebas. Sehingga kapanpun, selalu ada salinan DNA yang mengatur produksi produksi protein dan lain-lain yang tidak aktif namun terlindungi terus menerus.

Pertanyaan mengenai Deinococcus radiodurans adalah bagaimana ketahanan radioaktif yang demikian tinggi dapat berkembang. Level radiasi lingkungan alam sangat rendah di kebanyakan tempat, tingkatnya 0.4 mGy per tahun, dan radiasi lingkungan yang diketahui paling tinggi, dekat Guarapari, Brazil, hanya 175 mGy per tahun. Dengan level radiasi lingkungan alam yang terjadi sangat rendah, organisme yang mengembangkan mekanisme untuk menahan efek radiasi tinggi sangat unik.

Valerie Mattimore dan John R. Battista dari Lousiana State University mengusulkan bahwa ketahanan radioaktif D. Radiodurans hanyalah efek samping dari mekanisme untuk bertahan terhadap kekeringan sel berkepanjangan. Untuk mendukung hipotesis ini, mereka melakukan eksperimen dimana mereka mendemonstrasikan strain mutan D. radiodurans yang sangat rentan terhadap bahaya radiasi ion juga sangat rentan terhadap bahaya kekeringan berkepanjangan, sementara tipe galur liar resisten terhadap keduanya. Sebagai tambahan untuk perbaikan DNA, D. radiodurans menggunakan ekspresi protein LEA (Late Embryogenesis Abundant) untuk melindungi diri dari kekeringan.

Michael Daly mengusulkan bahwa bakteri ini menggunakan mangan sebagai antioksidan untuk melindungi diri terhadap bahaya radiasi. Pada tahun 2007 timnya menunjukkan bahwa level mangan(II) intrasel yang tinggi pada D. radiodurans melindungi protein dari oksidasi radiasi, dan mengemukakan ide bahwa protein, bukan DNA, adalah target pelaku dari aksi biologis pada bakteri sensitif, dan ketahanan ekstrim pada bakteri yang mengandung mangan didasar perlindungan protein. Deinococcus radiodurans melindungi protein, bukan DNA, sehingga memungkinkan untuk memperbaiki DNA yang rusak.

Penelitian Terbaru Mengenai D.radiodurans dan Aplikasi Pemanfaatan D.radiodurans dalam Upaya Mengurangi Radiasi Radioaktif Khususnya Limbah Radioaktif

Banyak penelitian yang dilakukan untuk menjelaskan struktur protein khusus pada D. radiodurans. Salah satu struktur protein bakteri ini yang baru-baru ini ditemukan adalah thioredoxin reductase. Reductase adalah sebuah enzim yang berperan sangat penting dalam  respon sel terhadap tekanan oksidatif, termasuk kerusakan DNA rantai ganda.

Namun poin penting lain mengenai spesies ini adalah kemampuannya untuk memperbaiki kerusakan DNA rantai ganda dengan cepat dan akurat tanpa enzim RecBCD yang pada normalnya ada di bakteri lain. Penelitian sekarang ini menunjukkan bahwa D. radiodurans mengandung rangkaian gen yang mengkode sebuah protein yang sangat mirip dengan enzim RecD pada yang ditemukan pada E.coli. Penemuan yang sangat penting ini memberi kesan bahwa enzim RecD yang seperti protein dalam D. radiodurans adalah bagian penting dalam sistem perbaikan yang ia gunakan. Telah ditunjukan bahwa penghilangan dari gen RecD mengakibatkan kepekaan terhadap radiasi meningkat dengan besar.

Mungkin penelitian sekarang ini yang paling menarik adalah kemungkinan untuk membuat bakteri lain tahan terhadap radiasi seperti D. radiodurans secara genetik. Salah satu tim peneliti di Cina sedang memperdebatkan topik ini. Khususnya mereka sedang mencoba memasukkan sebuah rekombinan ekspresif yaitu protein Mn-SOD dari D. radiodurans ke dalam E.coli BL21.Tantangan yang sebenarnya bukanlah mencoba memasukkan sembarang protein ke dalam spesies lain melainkan membuat expresif dan rekombinan protein pada dasarnya menopang dirinya sendiri dalam spesies baru. Sejauh ini penelitian ini belum berhasil sepenuhnya, walaupun demikian penelitian ini telah memberi fondasi untuk pembelajaran dan aplikasi dari rekombinan Mn-SOD selanjutnya.

Bakteri D. radiodurans digunakan untuk bioremediasi.Bioremediasi adalah proses yang menggunakan mikroba, fungi, tanaman atau enzim untuk membersihkan limbah-limbah yang terdapat di lingkungan, dan mengembalikan lingkungan tersebut ke keadaan awal. Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air).

Ada 4 teknik dasar yang biasa digunakan dalam bioremediasi :

  1. stimulasi aktivitas mikroorganisme asli (di lokasi tercemar) dengan penambahan nutrien, pengaturan kondisi redoks, optimasi pH, dsb
  2. inokulasi (penanaman) mikroorganisme di lokasi tercemar, yaitu mikroorganisme yang memiliki kemampuan biotransformasi khusus
  3. penerapan immobilized enzymes
  4. penggunaan tanaman (phytoremediation) untuk menghilangkan atau mengubah pencemar.

(Syarif,2010)

Jenis-jenis bioremidiasi

    1. Biostimulasi

Nutrien dan oksigen, dalam bentuk cair atau gas, ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar untuk memperkuat pertumbuhan dan aktivitas bakteri remediasi yang telah ada di dalam air atau tanah tersebut.

  1. Bioaugmentasi

Mikroorganisme yang dapat membantu membersihkan kontaminan tertentu ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar. Cara ini yang paling sering digunakan dalam menghilangkan kontaminasi di suatu tempat. Namun ada beberapa hambatan yang ditemui ketika cara ini digunakan. Sangat sulit untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar mikroorganisme dapat berkembang dengan optimal. Para ilmuwan belum sepenuhnya mengerti seluruh mekanisme yang terkait dalam bioremediasi, dan mikroorganisme yang dilepaskan ke lingkungan yang asing kemungkinan sulit untuk beradaptasi.

  1. Bioremediasi Intrinsik

Bioremediasi jenis ini terjadi secara alami di dalam air atau tanah yang tercemar.Di masa yang akan datang, mikroorganisme rekombinan dapat menyediakan cara yang efektif untuk mengurangi senyawa-senyawa kimiawi yang berbahaya di lingkungan kita. Bagaimanapun, pendekatan itu membutuhkan penelitian yang hati-hati berkaitan dengan mikroorganisme rekombinan tersebut, apakah efektif dalam mengurangi polutan, dan apakah aman saat mikroorganisme itu dilepaskan ke lingkungan.

Skema

  • D. radiodurans dimodifikasi secara genetik: gen merA dari bakteri Escherichia coli jenis BL308 disisipkan ke dalam materi genetik bakteri D. radiodurans.

  • Gen merA ini mengode 6 protein pada E. coli yang memberi bakteri tersebut resistensi terhadap Hg(II).

  • Mereduksi Hg2+ yang sangat beracun menjadi Hg0 yang mudah menguap (volatile) dan tidak beracun.

  • Memutus ikatan antara atom raksa (Hg) dan atom karbon (C) di dalam senyawa berbahaya yang mengandung Hg seperti metilmerkuri klorida.

  • Bakteri D. radiodurans akan memiliki resistensi terhadap Hg(II) juga jika disisipkan gen merA dari E. coli.

Langkah Pemanfaatan Deinococcus radiodurans dengan Sistem Bioreaktor Basah In Situ dan RBC (Reaktor Biologis Putar)

Biorekator Basah In Situ

Pembangunan bioreaktor difungsikan sebagai bejana bioremediasi. Konteks bioreaktor dalam hal penangan limbah di dalam tanah dan air berhubungan dengan sebuah bejana raksasa sebagai tempat pendegradasian limbah Sr90 yang sudah disolasi dan dikontrol. Bioreaktor dalam hal ini akan memisahkan kontaminan berbahaya di dalam tanah untuk dimasukkan ke dalam tangki penampungan tahap dua yang keadaan lingkungannya yang bisa diawasi dan dikontrol keadaanya. Mekanisme perlakuan yang paling penting dalam bioreaktor ini adalah degradasi alami dari populasi bakteri Deinococcus radiodurans. Bioreaktor ini telah terbukti sangat efektif dalam meremediasi limbah di dalam tanah, dan juga beberapa kasus limbah di dalam air. Selain itu bioreaktor ini juga telah mampu menyelesaikan permasalahan polusi oleh bahan bakar hidrokarbon (minyak, bensin, dan diesel) (Fall, 1996 dalam Arthuria,2011).

Bioreaktor untuk penangan limbah cair ini biasanya berupa lapisan atau sebuah bentukan dari endapan reaktor teraktivasi. Endapan reaktor teraktivasi merupakan sebuah bejana yang akan menjadi tempat bercampurnya mikroba dan nutriennya dengan limbah Sr90. Bioreaktor ini dapat dioperasikan dalam pada tempat yang menjadi aliran dari limbah tersebut. Sistem bioreaktor dapat diamati pada gambar di bawah ini,

Gambar 3 Sistem Bioreaktor Basah (Fall,1996 dalam Arthuria,2011).

Langkah pengaplikasian:

  1. Absorsi limbah (kontaminasi) menuju permukaan melalui interceptor wall

  2. Pengaliran limbah ke bejana Metan dan Air

  3. Penguraian limbah oleh fermentor (Deinococcus radiodurans) (Tempat dibiaknya bakteri)

  4. Pengeluaran berupa senyawa-senyawa yang ramah lingkungan

RBC (Reaktor Biologis Putar)

Reaktor biologis putar ( rotating biological contractor ) merupakan teknologi pengolahan air limbah yang mengandung polutan organic secara biologis dengan sistem biakan melekat ( attached culture ). Prinsip kerja pengolahannya yakni air limbah yang mengandung polutan organik (radioaktif) dikontakkan dengan mikroorganisme (microbial film) yakni Deinococcus radiodurans yang melekat pada media didalam suatu reaktor. Media tempat melekat berupa piringan (disk) dari bahan polimer atau plastik yang ringan dan disusun berjajar-jajar pada suatu poros sehingga membentuk suatu modul, selanjutnya modul tersebut diputar secara pelan dalam keadaan tercelup sebagian dalam kedalam air limbah yang mengalir kontinyu ke dalam reaktor.

Pada saat biofilm melekat pada media berupa piringan yang tercelup kedalam air limbah, Deinococcus radiodurans menyerap senyawa organik yang ada dalam air limbah mengalir pada permukaan biofilm, dan pada saat biofilm berada diatas permukaan air, bakteri tadi menyerap oksigen dari udara atau oksigen yang terlarut dalam air untuk menguraikan senyawa organik. Energi hasil penguraian senyawa organik digunakan bakteri untuk perkembangbiakan atau metabolisme.

Pertumbuhan bakteri tadi makin lama makin tebal, sampai akhirnya karena gaya beratnya sebagian akan mengelupas dari mediumnya dan terbawa aliran air ke lua. Selanjutnya mikroorganisme yang ada dimedium akan tumbuh lagi dengan sendirinya hingga terjadi kesetimbangan sesuai dengan kandungan senyawa organik pada limbah. Berikut gambar proses penguraian limbah oleh D.radiodurans di dalam RBC.

Gambar : Mekanisme Proses Penguraian Senyawa Organik oleh D.radiodurans dalam RBC

Langkah pengaplikasian:

  1. Biakan D.radiodurans di media piringan (disk) sehingga terbentuk lapisan biofilm

  2. Posisikan aliran air limbah sesuai gambar diatas

  3. Putaran poros akan mempengaruhi kinerja bakteri D.radiodurans

  4. D.radiodurans akan menguraikan senyawa-senyawa yang ada dalam limbah

  5. Hasil penguraian dapat berupa gas dan endapan yang ramah lingkungan

Kajian Religius

Allah menciptakan jasad-jasad renik di dunia ini sesuai dengan fungsinya masing-masing. Sesuai dengan firman Allah pada Surah Al-furqon ayat 2

Maknanya : Sesungguhnya Allah telah menciptakan kesemuanya yang ada dimuka bumi ini yang mempunyai peranan masing-masing meskipun itu hal-hal (benda/ mkhluk hidup) sekecil apapun.

Daftar Rujukan

Mulhari, Abdul, dkk. 2011. Belajar Dari Bencana Jepang. Institute for Science and Technology Studies (ISTECS), AMSTEC-2011

Agus. 2011. Apa Itu Radioaktif dan Apa Efek dari Radioaktif. http://agussatyaww.blogspot.com/2011/03/apa-itu-radioaktif-dan-apa-efek-dari.html

Arthuria,2009. PemanfaatanbakteriDeinococcusradioduranssebagaibioremediasipencemaranlimbahradioaktifPembangkitListrikTenagaNuklir.http://senyumarthuria.multiply.com/journal/item/4/Pemanfaatan_bakteri_Deinococcus_radiodurans_sebagai_bioremediasi_pencemaran_limbah_radioaktif_Pembangkit_Listrik_Tenaga_Nuklir_The_summary?&show_interstitial=1&u=%2Fjournal%2Fitem

Bayu,2009. http://bayumas3.blogspot.com/2010_05_01_archive.html

Margaratta,2011. Deinococcus radiodurans bakteri paling tangguh di dunia. http://magaratta.wordpress.com/2011/03/19/deinococcus-radiodurans-bakteri- paling-tangguh-di-dunia/

Syarif.2010.Pengolahan limbah B3. http://syariefjazjaz.wordpress.com/tag/pengolahan-limbah-b3/

http://www.genomenewsnetwork.org/articles/07_02/deinococcus.shtml

http://www.kelair.bppt.go.id/Publikasi/BukuAirLimbahDomestikDKI/BAB7RBC.pdf

Meminimalisir Pencemaran Air oleh Pertumbuhan Alami Mikroorganisme

Pertumbuhan Alami Mikroorganisme

Mikroorganisme merupakan jasad hidup yang mempunyai ukuran sangat kecil (Kusnadi, dkk, 2003). Setiap sel tunggal mikroorganisme memiliki kemampuan untuk melangsungkan aktivitas kehidupan antara lain dapat dapat mengalami pertumbuhan, menghasilkan energi dan bereproduksi dengan sendirinya. Mikroorganisme memiliki fleksibilitas metabolisme yang tinggi karena mikroorganisme ini harus mempunyai kemampuan menyesuaikan diri yang besar sehingga apabila ada interaksi yang tinggi dengan lingkungan menyebabkan terjadinya konversi zat yang tinggi pula. Akan tetapi karena ukurannya yang kecil, maka tidak ada tempat untuk menyimpan enzim-enzim yang telah dihasilkan. Dengan demikian enzim yang tidak diperlukan tidak akan disimpan dalam bentuk persediaan.enzim-enzim tertentu yang diperlukan untuk perngolahan bahan makanan akan diproduksi bila bahan makanan tersebut sudah ada. Mikroorganisme ini juga tidak memerlukan tembat yang besar, mudah ditumbuhkan dalam media buatan, dan tingkat pembiakannya relatif cepat (Darkuni, 2001). Oleh karena aktivitasnya tersebut, maka setiap mikroorganisme memiliki peranan dalam kehidupan, baik yang merugikan maupun yang menguntungkan.


Gambar : Contoh Mikroorganisme (http://www.google_image.com)

Pertumbuhan merupakan proses perubahan bentuk yang semula kecil kemudian menjadi besar. Pertumbuhan menyangkut pertambahan volume dari individu itu sendiri. Pertumbuhan pada umumnya tergantung pada kondisi bahan makanan dan juga lingkungan. Apabila kondisi makanan dan lingkungan cocok untuk mikroorganisme tersebut, maka mikroorganisme akan tumbuh dengan waktu yang relatif singkat dan sempurna. Pertumbuhan mikroorganisme yang bersel satu berbeda dengan mikroorganisme yang bersel banyak (multiseluler). Pada mikroorganisme yang bersel satu (uniseluler) pertumbuhan ditandai dengan bertambahnya sel tersebut. Setiap sel tunggal setelah mencapai ukuran tertentu akan membelah menjadi mikroorganisme yang lengkap, mempunyai bentuk dan sifat fisiologis yang sama. Pertumbuhan jasad hidup, dapat ditinjau dari dua segi, yaitu pertumbuhan sei secara individu dan pertumbuhan kelompok sebagai satu populasi.

Pertumbuhan sel diartikan sebagai adanya penambahan volume serta bagian-bagian sel lainnya, yang diartikan pula sebagai penambahan kuantiatas isi dan kandungan didalam selnya. Pertumbuhan populasi merupakan akibat dari adanya pertumbuhan individu, misal dari satu sel menjadi dua, dari dua menjadi empat ,empat menjadi delapan, dan seterusnya hingga berjumlah banyak.

Pada mikroorganisme, pertumbuhan individu (sel) dapat berubah langsung menjadi pertumbuhan populasi. Sehingga batas antara pertumbuhan sel sebagai individu serta satu kesatuan populasi yang kemudian terjadi kadang-kadang karena terlalu cepat perubahannya, sulit untuk diamati dan dibedakan. Pada pertumbuhan populasi bakteri misalnya, merupakan penggambaran jumlah sel atau massa sel yang terjadi pada saat tertentu. Kadang-kadang didapatkan bahwa konsentrasi sel sesuai dengan jumlah sel perunit volume, sedang kerapatan sel adalah jumlah materi perunit volume.

Pertumbuhan bakteri dalam biak statik akan mengikuti kurva pertumbuhan. Jika bakteri ditanam dalam suatu larutan biak, maka bakteri akan terus tumbuh sampai salah satu faktor mencapai minimum dan pertumbuhan menjadi terbatas. Pertumbuhan biak bakteri dengan mudah dapat dinyatakan secara grafik dengan logaritme jumlah sel hidup terhadap waktu. Suatu kurva pertumbuhan punya bentuk sigmoid dan dapat dibedakan dalam beberapa tahap pertumbuhan.

Pencemaran Air

Pencemaran air adalah suatu perubahan keadaan di suatu tempat penampungan air seperti danau, sungai, lautan dan air tanah akibat aktivitas manusia. Danau, sungai, lautan dan air tanah adalah bagian penting dalam siklus kehidupan manusia dan merupakan salah satu bagian dari siklus hidrologi. Selain mengalirkan air juga mengalirkan sedimen dan polutan. Berbagai macam fungsinya sangat membantu kehidupan manusia. Pemanfaatan terbesar danau, sungai, lautan dan air tanah adalah untuk irigasi pertanian, bahan baku air minum, sebagai saluran pembuangan air hujan dan air limbah, bahkan sebenarnya berpotensi sebagai objek wisata.

Pencemaran air dapat disebabkan oleh berbagai hal dan memiliki karakteristik yang berbeda-beda yaitu meningkatnya kandungan nutrien dapat mengarah pada eutrofikasi, sampah organik seperti air comberan (sewage) menyebabkan peningkatan kebutuhan oksigen pada air yang menerimanya yang mengarah pada berkurangnya oksigen yang dapat berdampak parah terhadap seluruh ekosistem, industri membuang berbagai macam polutan ke dalam air limbahnya seperti logam berat, toksin organik, minyak, nutrien dan padatan. Air limbah tersebut memiliki efek termal, terutama yang dikeluarkan oleh pembangkit listrik, yang dapat juga mengurangi oksigen dalam air, seperti limbah pabrik yg mengalir ke sungai.

Gambar : Pencemaran Air

 

Teknik-teknik Meminimalisir Pencemaran Air dengan Mikroorganisme

Alam memiliki mekanisme pengolahan limbah secara alami. Namun, karena kerusakan ekologis yang disebabkan pencemaran, pengolahan alami tersebut tidak bisa berlangsung dengan baik. Oleh karena itu, selain dukungan sanitasi yang memadai, perlu pengolahan limbah untuk memudahkan alam memproses limbah tersebut secara tuntas. Salah satu teknik untuk meminimalisir pencemaran air adalah kolam oksidasi. Kolam oksidasi ini biasanya digunakan untuk proses pemurnian air limbah setelah mengalami proses pendahuluan. Fungsi utamanya adalah untuk penurunan kandungan bakteri yang ada dalam air limbah setelah pengolahan.

Gambar : Rancangan Kolam Oksidasi

Bentuk Kolam Oksidasi :

  1. Aerobik Pond, Merupakan bentuk pengolahan secara biologis yang paling sederhana.
  • Bentuk pengolahan ini membutuhkan area yang luas dan kedalaman yang dangkal.
  • Kondisi aerobik akan terpelihara dengan adanya algae dan bakteri.Ada 2 tipe, yaitu :

a.  Tipe High Rate :

- dengan kedalaman 15-45 cm

- memaksimalkan produksi algae

b. Oxidation atau Stabilisation Pond

- dengan kedalaman 1,5 m

- memaksimalkan konsentrasi oksigen dengan diaduk secara periodik dengan pompa atau surface aeration.

  • Prinsip pengolahan yaitu bahan organic antara lain dioksidasi oleh bakteri aerobik dan fakultatis dengan menggunakan oksigen yang dihasilkan oleh alga.
  1. Aerated Lagoon

Merupakan pengembangan aerobic pond yaitu dengan memasang surface aerator untuk mengatasi bau dan beban organic yang tinggi. Proses pada prinsipnya hampir sama dengan lumpur aktif, perbedaannya pada kedalaman yang lebih dangkal. Semua zat padat dipertahankan dalam keadaan tersuspensi. Tidak ada resikkulasi sludge. Diikuti dengan tanki pengendapan yang besar.

  1. Fakultatif Pond, dengan kedalaman 1-2,5 m.Kedalaman terbagi menjadi 3 zona, yaitu : aerobik, fakultatif, dan anaerobik.

Sistem kolam (pola sistem) atau sering disebut juga kolam oksidasi merupakan salah satu jenis teknologi pengolahan air limbah biologis aerobik. Teknologi tersebut berbentuk reaktor pengolahan air limbah secara biologis aerobik yang paling sederhana dan tertua serta merupakan perkembangan dari cara pembuangan limbah cair secara langsung ke badan air. Reaktor ini berbentuk kolam biasa, dari tanah yang digali dan air limbah dimasukkan ke dalamnya dengan suatu waktu tinggal tertentu (sekitar 7-10 hari. Kedalaman kolam tidak lebih dari 1,0 m (0,4 – 1,0 m). Sebagian besar limbah cair dapat ditangani dengan mudah dengan sistem biologis karena polutan utamanya berupa bahan organik, seperti contohnya karbohidrat, lemak, protein, dan vitamin. Polutan tersebut umumnya dalam bentuk tersuspensi atau terlarut. Prinsip pengolahan secara aerobik yang dimaksud adalah menguraikan secara sempurna senyawa organik yang berasal dari buangan dalam periode waktu yang relatif singkat. Penguraian dilakukan terutama dilakukan oleh bakteri dan hal ini dipengaruhi oleh jumlah sumber nutrien dan jumlah oksigen. Pemenuhan oksigen dapat diperoleh dari absorpsi ke permukaan air di kolam melalui proses difusi, adanya mixing atau pengadukan pada permukaan kolam akibat pengaruh angin dan permukaan kolam yang cukup luas dan fotosintesa dari keberadaan alga.

Gambar : Kolam oksidasi dan mekanisme perobakan bahan organik dalam sistem kolam.

Kolam Oksidasi juga dikenal sebagai kolam stabilisasi atau laguna. Dalam oksidasi sebuah kolam heterotrofik bakteri mendegradasi bahan organik dalam kotoran yang menyebabkan produksi bahan selular dan mineral. Produksi ini mendukung pertumbuhan alga di kolam oksidasi. Pertumbuhan populasi alga memungkinkan furthur dekomposisi dari bahan organik dengan memproduksi oksigen. Produksi oksigen ini mengisi ulang oksigen yang digunakan oleh bakteri heterotrofik.. Biasanya kolam oksidasi harus kurang dari 10 meter untuk mendukung pertumbuhan alga.. Selain itu penggunaan kolam oksidasi sebagian besar terbatas pada daerah iklim hangat karena mereka sangat dipengaruhi oleh perubahan suhu musiman. Kolam oksidasi juga cenderung untuk mengisi, karena pengendapan sel bakteri dan alga terbentuk selama dekomposisi limbah tersebut.

Penggunaan kolam oksidasi sebagian besar terbatas pada daerah iklim hangat karena mereka sangat dipengaruhi oleh perubahan suhu musiman. Kolam oksidasi juga cenderung untuk mengisi, karena pengendapan sel bakteri dan alga terbentuk selama dekomposisi limbah tersebut. Berbagai jenis mikroorganisme berperan dalam proses perombakan, tidak terbatas mikroorganisme jenis aerobik, tetapi juga mikroorganisme anaerobik. Organisme heterotrof aerobik dan aerobik berperan dalam proses konversi bahan organik; organisme autotrof (fitoplankton, alga, tanaman air) mengambil bahan anorganik (nitrat dan fosfat) melalui proses fotosintetsis. Karena lamanya waktu tinggal limbah cair, maka organisme dengan waktu generasi tinggi (zooplankton, larva insekta, kutu air, ikan kecil) juga dapat

tumbuh dan berkembang dalam sistem kolam. Organisme tersebut hidup aktif di dalam air atau pada dasar kolam. Komposisi organisme sangat tergantung pada temperature udara, suplai oksigen, sinar matahari, jenis dan konsentrasi substrat.

Faktor pembatas sistem kolam adalah suplai oksigen. Sistem kolam umumnya dirancang untuk tingkat pembebanan rendah sehingga laju pasokan oksigen dari atmosfir mencukupi kebutuhan oksigen bakteri, dan paling tidak bagian permukaan atas kolam selalu pada kondisi aerobik, karena suplai oksigen merupakan faktor pembatas, pembebanan sistem serine didasarkan pada luas permukaan kolam dan dinyatakan dalam P- BOD/m dan tidak didasarkan pada volume kolam atau jumlah biomassa. Sistem kolam umumnya dirancang dewan kedalaman maksimum 1,0 – 1,5 m, sehingga pencahayaan dan pengadukan oleh angin CALIP. Waktu tinggal hidrolik dalam kolam sekitar 20 hari. Dianjurkan untuk membagi kolam menjadi tiga bagian, sehingga dalam tiap bagian organisme dapat tumbuh secara optimum dan proses perombakan berlangsung lebih cepat. Pemenuhan oksigen dapat diperoleh dari : Absorpsi ke permukaan air di kolam melalui proses difusi, Adanya mixing/pengadukan pada permukaan kolam akibat pengaruh angin dan permukaan kolam yang cukup luas, fotosintesa dari keberadaan alga.

DAFTAR PUSTAKA

Aninomous. 2010. Pertumbuhan Mikroorganisme. http://www.zaifbio.wordpress.com. Diakses pada tanggal 13 Januari 2011

Anonimous, 2010. Mikroorganisme. http://www. Wikipedia.org. diakses pada tanggal 13 Januari 2011

Anonim a. 2006. Pengantar Mikrobiologi. http://www.wanna_share.23s9887_apm.html. Diakses tanggal 13 Januari 2011

Anonimous. 2009. http://www.google_image.com. Diakses pada tanggal 13 Januari 2011

Darkuni, M. Noviar. 2001. Mikrobiologi (Bakteriologi, Virologi, dan Mikologi). Malang: Universitas Negeri Malang.

Dwidjoseputro, D. 2005. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta: Imagraph.

Kusnadi, dkk. 2003. Mikrobiologi. Malang: JICA.

 

 

Aplikasi Fiksasi Nitrogen terhadap Perkembangan Dunia Mikrobiologi Lingkungan

Mikrobiologi Lingkungan

Lingkungan, sesuatu yang ada di sekeliling kita dimana semua makhluk hiduop berada dari makhluk terkecil (mikroorganisme) sampai makhluk yang sempurna (manusia). Lingkungan yang terdiri dari udara, air dan tanah dimana dari ketiga komponen tersebut kita sangat membutuhkannya dalam kehidupan sehari-hari, bila ketiga komponen tersebut terganggu maka terganggu pula aktivitas kita, misalnya saja jika terdapat mikroorganisme yang tidak menguntungkan dalam air dan yang lain-lainnya

Ekologi microbe sangat berperan membantu memperbaiki kualitas linkungan.misalnya saja microbe yang dapat menguraikan sampah yang berasal dari manusia dan industry yang dibuang kedalm tanah. Microbe maupun melaksanakan daur ulang terhadap banyak macam bahan. Mikroorganisme dialam jarang terdapat sebagai biakan murni. Berbagai spesimensi tanah atau air dapat mengandund bermacam-macam species cendawan, protozoa, alga, bakteri, dan virus.

Perkembangan Biofertilizer terhadap perbaikan lingkungan

Indonesia adalah negara tropis dengan sektor pertanian yang luas. Dari daya dukung lahan yang ada indonesia dapat menjadi sumber pangan Dunia jika dikembangkan secara optimal. Jika kita lihat, contoh lahan di Kalimantan, hingga sampai sejauh ini belum dikembangkan secara optimal. Para petani di Indonesia memiliki alasan tersendiri dalam hal ini, yakni semakin mahalnya pupuk kimia yang ada, sehingga upaya untuk mengoptimalkan lahan yang ada terhenti. Belum lagi, penggunaan pupuk yang tidak terkontrol sehingga menyebabkan kerusakan lahan pertanian. secara perlahan tapi pasti sistem prtanian organik mulai berkembang di berbagai belahan bumi, baik di negara maju dan negara berkembang. Masyarakat mulai melihat berbagai manfaat yang dapat diperoleh dengan sistem pertanian organik ini, seperti lingkungan yang tetap terjaga kelestariannya dan dapat mengkonsumsi produk pertanian yang relatif lebih sehat karena bebas dari bahan kimia yang dapat menimbulkan dampak negatif bagi kesehatan.

Perkembangan biofertilizer saat ini di Dunia telah pesat. Berbagai negara seperti India,,

Thailand, Jepang, Cina, Brazil, Taiwan dan Negara maju lainnya telah lama beralih dari pupuk kimia ke arah pupuk biologi. Pupuk biologi atau yang disebut juga dengan Biofertilizer dinilai lebih bermanfaat baik ke tanaman maupun ke lingkunagan. Manfaat Ke tanaman karena Biofertilizer mengandung sejumlah mikroba yang mampu menyediakan nutrisi bagi kebutuhan tanaman, seperti Nitrogen, fosfat, Kalium, dan Biohormon. Sejumlah mikroba yang diketahui mampu menyediakan sumber nitrogen diantaranya adalah Azotobacter, Azospirillum, Herbaspirillum, Rhizobium, Clostridium, Azola pinata, Cyanobacter dan lain-lain. Mikroba-mikroba ini bertugas mengikat nitrogen bebas dan kemudian diubah menjadi amoniak yang selanjutnya akan dimanfaatkan oleh tanaman. Sementara kelompok mikroba kedua adalah Bacillus, Azospirllum, Pseudomonas, dan mikoriza. Kelompok mikroba ini bertugas melarutkan fosfat (P) yang tdiak larut menjadi fosfat terlarut sehingga dapat diserap oleh tanaman. Ke tiga adalah kelompok mikroba pelarut kalium (K), yakni dari kebanyakan adalah Bacillus. Terakhir adalah mikroba penyedia biohormon. Biohormon adalah hormon yang dihasilkan oleh mikroba untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Mikroba-mikroba penyedia biohormon adalah Azotobacter, Azospirillum, Pseudomonas, dan Bacillus. Pada umumnya, biohormon dapat berupa auksin, sitokinin, dan giberelin. hormon-hormon ini sangat diperlukan oleh tanaman, baik untuk perkecambahan, pertumbuhan tunas dan batang, perpanjangan akar, pembungaan maupun pembuahan.

Perkembangan biofertilizer dapat mempengaruhi perubahan terhadap lingkungan, dimana lingkungan tidak akan tergantung lagi terhadap pupuk anorganik yang akan memperparah keadaan, dengan adanya perkembangan biofertilizer ini lingkungan akan bersih terhadap zat-zat anorganik, sehingga perkembangan biofertilizer akan bermanfaat bagi mikrobiologi lingkungan dan para petani.

Biofertilizer mengandung sejumlah mikroba yang mana menyediakan nutrisi bagi tanaman yang bermanfaat terhadap lingkungan. Sedangkan fiksasi nitrogen yaitu proses pembentukan nitrogen dalam bentuk terikat,yang mana terjadi di dalam tanah yang dibantu oleh bakteri atau mikroba. Dengan demikian dalam pembentukan fiksasi nitrogen membutuhkan biofertilizer untuk menunjang terjadinya fiksasi nitrogen.

Sumber utama nitrogen adalah nitrogen bebas (N2) yang terdapat di atmosfir, yang takarannya mencapai 78% volume, dan sumber lainnya yang ada di kulit bumi dan perairan. Nitrogen juga terdapat dalam bentuk yang kompleks, tetapi hal ini tidak begitu besar sebab sifatnya yang mudah larut dalam air.

Pada umumnya derivat nitrogen sangat penting bagi kebutuhan dasar nutrisi, tetapi dalam kenyataannya substansi nitrogen adalah hal yang menarik sebagai polutan di lingkungan. Terjadinya perubahan global di lingkungan oleh adanya interaksi antara nitrogen oksida dengan ozon di zona atmosfir. Juga adanya perlakuan pemupukan (fertilization treatment) yang berlebihan dapat mempengaruhi air tanah (soil water), sehingga dapat mempengaruhi kondisi air minum bagi manusia.

Bentuk atau komponen N di atmosfir dapat berbentuk ammonia (NH3), molekul nitrogen (N2), dinitrit oksida (N2O), nitrogen oksida (NO), nitrogen dioksida (NO2), asam nitrit (HNO2), asam nitrat (HNO3), basa amino (R3-N) dan lain-lain dalam bentuk proksisilnitri. Dalam telaah kesuburan tanah proses pengubahan nitrogen dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu mineralisasi senyawa nitrogen komplek, amonifikasi, nitrifikasi, denitrifikasi, dan volatilisasi ammonium.

Sejumlah organisme mampu melakukan fiksasi N dan N-bebas akan berasosiasi dengan tumbuhan. Senyawa N-amonium dan N-nitrat yang dimanfaatkan oleh tumbuhan akan diteruskan ke hewan dan manusia dan kembali memasuki sistem lingkungan melalui sisa-sisa jasad renik. Proses fiksasi memerlukan energi yang besar, dan enzim (nitrogenase) bekerja dan didukung oleh oksigen yang cukup. Kedua faktor ini sangat penting dalam memindahkan N-bebas dan sedikit simbiosis oleh organisme.

Nitrogenase mengandung protein besi-belerang dan besi-molibdenum, dan mereduksi nitrogen dengan koordinasi dan transfer elektron dan proton secara kooperatif, dengan menggunakan MgATP sebagai sumber energi. Karena pentingnya reaksi ini, usaha-usaha untuk mengklarifikasi struktur nitrogenase dan mengembangkan katalis artifisial untuk fiksasi nitrogen telah dilakukan secara kontinyu selama beberapa tahun. Baru-baru ini, struktur pusat aktif nitrogenase yang disebut dengan kofaktor besi-molibdenum telah ditentukan dengan analisis kristal tunggal dengan sinar-X.

Nitrogen organic diubah menjadi mineral N-amonium oleh mikroorganisasi dan beberapa hewan yang dapat memproduksi mineral tersebut seperti : protozoa, nematoda, dan cacing tanah. Serangga tanah, cacing tanah, jamur, bakteri dan aktinbimesetes merupakan biang penting tahap pertama penguraian senyawa N-organik dalam bahan organic dan senyawa N-kompleks lainnya. Semua mikroorganisme mampu melakukan fiksasi nitrogen, dan berasosiasi dengan N-bebas yang berasal dari tumbuhan. Nitrogen dari proses fiksasi merupakan sesuatu yang penting dan ekonomis yang dilakukan oleh bakteri genus Rhizobium dengan tumbuhan Leguminosa termasuk Trifollum spp, Gylicene max (soybean), Viciafaba (brand bean), Vigna sinensis (cow-pea), Piscera sativam (chick-pea), dan Medicago sativa (lucerna).

Bakteri dalam genus Rhizobium merupakan bakteri gram negatif, berbentuk bulat memanjang, yang secara normal mampu memfiksasi nitrogen dari atmosfer. Umumnya bakteri ini ditemukan pada nodul akar tanaman leguminosae.

Rhizobium berasal dari dua kata yaitu Rhizo yang artinya akar dan bios yang berarti hidup. Rhizobium adalah bakteri yang bersifat aerob, bentuk batang, koloninya berwarna putih berbentuk sirkulasi, merupakan penghambat nitrogen yang hidup di dalam tanah dan berasosiasi simbiotik dengan sel akar legume, bersifat host spesifik satu spesies Rhizobium cenderung membentuk nodul akar pada satu spesies tanaman legume saja. Bakteri Rhizobium adalah organotrof, aerob, tidak berspora, pleomorf, gram negatif dan berbentuk batang. Bakteri rhizobium mudah tumbuh dalam medium pembiakan organik khususnya yang mengandung ragi atau kentang. Pada suhu kamar dan pH 7,0 – 7,2.

Morfologi Rhizobium dikenal sebagai bakteroid. Rhizobium menginfeksi akar leguminoceae melalui ujung-ujung bulu akar yang tidak berselulose, karena bakteri Rhizobium tidak dapat menghidrolisis selulose.

Rhizobium yang tumbuh dalam bintil akar leguminoceae mengambil nitrogen langsung dari udara dengan aktifitas bersama sel tanaman dan bakteri, nitrogen itu disusun menjadi senyawaan nitrogen seperti asam-asam amino dan polipeptida yang ditemukan dalam tumbuh-tumbuhan, bakteri dan tanak disekitarnya. Baik bakteri maupun legum tidak dapat menambat nitrogen secara mandiri, bila Rhizobium tidak ada dan nitrogen tidak terdapat dalam tanah legum tersebut akan mati. Bakteri Rhizobium hidup dengan menginfeksi akar tanaman legum dan berasosiasi dengan tanaman tersebut, dengan menambat nitrogen.

Fiksasi Nitrogen

Berlangsung dgn bantuan kompleks enzim nitrogenase

Penerapan Fiksasi Nitrogen terhadap Mikrobiologi Lingkungan

(Anonymous,2010)

Reaksinya sbb:

N2 + 6e -  -à 2NH3 (DG’0 = +150 kkal/mol = +630 kJ/mol)

  • Fiksasi N dilakukan oleh beberapa bakteri yang hidup bebas maupun bersimbiosis dengan akar tanaman, misal:  Clostridium pasteuranium, Klebisella, Rhodobacter, Rhizobium
  • Fiksasi N diatur oleh sistem operon gen yang rumit, termasuk gen nif . Fiksasi berlangsung apabila di lingkungan konsentrasi ammonia menurun/rendah.
  • Pada habitat terrestrial, fiksasi N oleh simbiosis Rhizobium dg tanaman Leguminosae merupakan donor terbesar dari senyawa N.
  • Penelitian tentang fiksasi N telah banyak dilakukan, misal oleh Hardy et al tahun 1968 ttg reduksi asetilen menjadi etilen oleh nitrogenase.
  • Hasil penelitian ttg fiksasi N ini menunjukkan bahwa ada cukup banyak genera bakteri yang dapat mem-fiksasi N termasuk spesies dari Bacillus, Clostridium, dan Vibrio.
  • Pada habitat perairan, cyanobacteria adalah kelompok utama yang melakukan fiksasi N (Anabaena, Nostoc, Gloeotrichia, Oscillatoria, Lyngbya, dll)
  • Komponen yang berperan dalam fiksasi N di habitat perairan adalah heterocyst, tapi ada cyanobacteria yg tidak memiliki heterocyst yg juga dpt fiksasi N
  • Fiksasi N memerlukan cukup banyak energi dalam bentuk ATP dan koenzim.

Dalam ayat Al- Baqaroh 164 di bawah ini juga menjelaskan :

Artinya : Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya malam dan siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi manusia, dan apa yang Allah turunkan dari langit berupa air, lalu dengan air itu Dia hidupkan bumi sesudah mati (kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi itu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan yang dikendalikan antara langit dan bumi; sungguh (terdapat) tanda-tanda (keesaan dan kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkan.

Kandungan yang terdapat diatas menjelaskan bahwa bahwa semua jenis bakteri yang berasal dari mikrobiologi lingkungan, pertanian, maupun peternakan itu semua adalah ciptaan Allah Maha Kuasa. Dan juga dari penggalan bukti ayat-ayat Al-quran tersebut telah jelas bahwa kita sebagai orang yang beriman, yang yakin akan adanya sang Khalik harus percaya bahwa seluruh makhluk baik di langit dan di bumi, baik berukuran besar maupun kecil, bahkan sampai mikroorganisme (jasad renik) yang tidak dapat terlihat dengan mata telanjang adalah makhluk ciptaan Allah SWT, sehingga dengan mengetahui dengan adanya mikrobiologi lingkungan, pertanian maupun peternakan. Secara tidak langsung pengetahuan tentang aqidah kitapun semakin bertambah. Sesungguhnya manusia hanyalah sedikit pengetahuannya, jika dibandingkan dengan ilmu Allah SWT yang maha luas dan tak terbatas.

Dapat diketahui bahwa rhizobium adalah bakteri yang berasal dari udara, dan bakteri tersebut mengikat unsur nitrogen, nitrogen mempunyai kandungan bentuk atau komponen N di atmosfir dapat berbentuk ammonia (NH3), molekul nitrogen (N2), dinitrit oksida (N2O), nitrogen oksida (NO), nitrogen dioksida (NO2), asam nitrit (HNO2), asam nitrat (HNO3), basa amino (R3-N) dan lain-lain dalam bentuk proksisilnitri. Sehingga bakteri rhizobium sp dalam dunia pertanian, lingkungan memiliki peran yang penting. Contohnya saja pada dunia pertanian khususnya pada tanaman berbiji karena bakteri rhizobium sp menempel pada bintil akar sehingga tanaman tersebut akan mengalami proses kelangsungan hidup yang membuat tanaman tersebut memiliki nilai produktivitas pangan bagi manusia yang tinggi. Sedangkan pada lingkungan rhizobium sp tidak memiliki dampak negatif terhadap lingkungan (lingkungan tercemar, seperti polusi udara).

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous, 2010. bakteri-menguntungkan. http://www.anneahira.com/. Diakses 10 desember 2010

Anonymous,2009. klasifikasi-mikroba-klasifikasi-dan-peranan-mikroba-dalam-kehidupanhttp://zaifbio.wordpress.com Diakses 10 desember 2010

Anonymous. 2010. Mikrobiologi Lingkungan. http://www.angelfire.com. Diakses 11 Januari 2011

waluyo, lud 2005. Mikrobiologi Umum. Malang: UMM


ALAM SEBAGAI AGEN PENYEBARAN PENYAKIT

Mikroba terdapat dimana-mana di sekitar kita ada yang menghuni tanah, air, dan udara. Studi tentang mikroba yang ada di lingkungan alamiahnya disebut ekologi mikroba. Ekologi merupakan bagian biologi yang berkenaan dengan studi mengenai hubungan organism atau kelompok organisme dengan lingkungannya.

Ekologi mikroba sangat berperan membantu memperbaiki kualitas lingkungan. Bagian dari mikrobiologi yang mempelajari tentang peranan mikroorganisme di dalam lingkungan adalah mikrobiologi lingkungan. Lingkungan yang dimaksud terutama terdiri dari air, udara, dan tanah. Mikrobiologi air adalah mikrobiologi yang mempelajari kehidupan dan peranan mikroorganisme di dalam lingkungan air. Peranan mikroba dalam air dapat dipakai dalam bidang kesehatan, bidang pertanian, bidang peternakan, bidang industri, bidang pengairan, bidang pengolahan air. Mikrobiologi tanah adalah bagian disiplin mikrobiologi yang mempelajari kehidupan, aktivitas, dan peranan mikroorganisme di dalam tanah. Cabang dari mikrobiologi yang lain adalah mikrobiologi udara, cabang ilmu ini memmpelajari tentang kehidupan dan peranan mikroba di udara.

Udara bukan merupakan habitat asli dari mikroba, tetapi udara sekeliling kita sampai beberapa kilometer di atas permukaan bumi mengandung bermacam-macam jenis mikroorganisme dalam jumlah yang beragam. Peran udara dapat juga sebagai sarana infeksi nosokomial (infeksi rumah sakit). Bidang-bidang terapan dari mikrobiologi udara adalah pada bidang kesehatan, bidang industry, ruang angkasa, dan lain-lain. Dilihat dari hal diatas, jelaslah bahwa mikrobiologi lingkungan merupakan salah satu bidang mikrobiologi terapan. Sebagai ilmu terapan, maka secara langsung jasad-jasad yang terdapat di dalamnya berperan dalam lingkungan hidup, yang terutama terdiri dari tanah, air, dan udara. Bahkan perananan mikroba dalam lingkungan hidup pada saat sekarang adalah sebagai jasad yang secara langsung atau secara tidak langsung mempengaruhi lingkungan; dan juga baik jasad yang secara langsung maupun secara  tidak langsung dipengaruhi oleh lingkungan.

A. Penyebaran Penyakit Melalui Udara

Selain gas, partikel debu dan uap air, udara juga mengandung mikroorganisme. Di udara terdapat sel vegetatif dan spora bakteri, jamur dan ganggang, virus dan kista protozoa. Selama udara terkena sinar matahari, udara tersebut akan bersuhu tinggi dan berkurang kelembabannya. Selain mikroba yang mempunyai mekanisme untuk dapat toleran pada kondisi ini, kebanyakan mikroba akan mati. Udara  terutama merupakan media penyebaran bagi mikroorganisme. Mereka terdapat dalam jumlah yang relatif kecil bila dibandingkan dengan di air atau di tanah. Mikroba udara dapat dipelajari dalam dua bagian, yaitu mikroba di luar ruangan dan di dalam ruangan.

Jenis dan Distribusi Mikroba di Udara

Kelompok mikroba yang paling banyak berkeliaran di udara bebas adalah bakteri, jamur (termasuk di dalamnya ragi) dan juga mikroalge. Kehadiran jasad hidup tersebut di udara, ada yang dalam bentuk vegetatif (tubuh jasad) ataupun dalam bentuk generatif (umumnya spora).

Belum ada mikroba yang habitat aslinya di udara. Pada sub pokok bahasan sebelumnya mikrooganisme di udara dibagi menjadi 2, yaitu mikroorganisme udara di luar ruangan dan mikroorganisme udara di dalam ruangan. Mikroba paling banyak ditemukan di dalam ruangan.

1.  Mikroba di Luar Ruangan

Mikroba yang ada di udara berasal dari habitat perairan maupun terestrial. Mikroba di udara pada ketinggian 300-1,000 kaki atau lebih dari permukaan bumi adalah organisme tanah yang melekat pada fragmen daun kering, jerami, atau partikel debu yang tertiup angin.  Mikroba tanah masih dapat ditemukan di udara permukaan laut sampai sejauh 400 mil dari pantai pada ketinggian sampai 10.000 kaki. Mikroba yang paling banyak ditemukan yaitu spora jamur, terutama Alternaria, Penicillium, dan Aspergillus. Mereka dapat ditemukan baik di daerah kutub maupun tropis.

Mikroba yang ditemukan di udara di atas pemukiman penduduk di bawah ketinggian 500 kaki yaitu spora Bacillus dan Clostridium, yeast, fragmen dari miselium, spora fungi, serbuk sari, kista protozoa, alga, Micrococcus, dan Corynebacterium, dan lain-lain.

2.  Mikroba di dalam Ruangan

Dalam debu dan udara di sekolah dan bangsal rumah sakit atau kamar orang menderita penyakit menular, telah ditemukan mikroba seperti bakteri tuberkulum, streptokokus, pneumokokus, dan staphylokokus.  Bakteri ini tersebar di udara melalui batuk, bersin, berbicara, dan tertawa. Pada proses tersebut ikut keluar cairan saliva dan mukus yang mengandung mikroba. Virus dari saluran pernapasan dan beberapa saluran usus juga ditularkan melalui debu dan udara. Patogen dalam debu terutama berasal dari objek yang terkontaminasi cairan yang mengandung patogen.  Tetesan cairan (aerosol) biasanya dibentuk oleh bersin, batuk dan berbicara. Setiap tetesan terdiri dari air liur dan lendir yang dapat berisi ribuan mikroba. Diperkirakan bahwa jumlah bakteri dalam satu kali bersin berkisar antara 10.000 sampai 100.000.  Banyak patogen tanaman juga diangkut dari satu tempat ke tempat lain melalui udara dan penyebaran penyakit jamur pada tanaman dapat diprediksi dengan mengukur konsentrasi spora jamur di udara.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyebaran Mikroba di Udara

Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi mikroba udara adalah suhu atmosfer, kelembaban, angin, ketinggian, dan lain-lain. Temperatur dan kelembaban relatif adalah dua faktor penting yang menentukan viabilitas dari mikroorganisme dalam aerosol. Studi dengan Serratia marcesens dan E. coli menunjukkan bahwa kelangsungan hidup udara terkait erat dengan suhu. Peningkatan suhu menyebabkan penurunan waktu bertahan. Ada peningkatan yang progresif di tingkat kematian dengan peningkatan suhu dari -18° C sampai 49o C. Virus dalam aerosol menunjukkan perilaku serupa. Partikel influenza, polio dan virus vaccinia lebih mampu bertahan hidup pada temperatur rendah, 7-24° C. tingkat kelembaban relatif (RH) optimum untuk kelangsungan hidup mikroorganisme adalah antara 40 sampai 80%. Kelembaban relatif yang lebih tinggi maupun lebih rendah menyebabkan kematian mikroorganisme. Pengaruh angin juga menentukan keberadaan mikroorganisme di udara. Pada udara yang tenang, partikel cenderung turun oleh gravitasi.

Contoh Penyakit Serta Cara Penyebarannya Melalui Udara

  1. Tuberkulosis atau TBC

Tuberkulosis atau TBC adalah penyakit yang sangat mudah sekali dalam penularannya. Pada umumnya penularan TBC terjadi secara langsung ketika sedang berhadap-hadapan dengan si penderita, yaitu melalui ludah dan dahak yang keluar dari batuk dan hembusan nafas penderita. Secara tidak langsung dapat juga melalui debu, Lamanya dari terkumpulnya kuman sampai timbulnya gejala penyakit dari yang berbulan-bulan sampi tahunan membuat penyakit ini digolongkan penyakit kronis.

2. Meningitis

Meningitis adalah peradangan yang terjadi pada meninges, yaitu membrane atau selaput yang melapisi otak dan syaraf tunjang. Meningitis yang disebabkan oleh virus dapat ditularkan melalui batuk, bersin, ciuman, sharing makan 1 sendok, pemakaian sikat gigi bersama dan merokok bergantian dalam satu batangnya. Maka bagi anda yang mengetahui rekan atau disekeliling ada yang mengalami meningitis jenis ini haruslah berhati-hati. Mancuci tangan yang bersih sebelum makan dan setelah ketoilet umum, memegang hewan peliharaan.

3. Flu Burung

Avian Influenza atau flu burung adalah suatu penyakit menular yang disebabkan oleh virus influenza H5N1. Virus yang membawa penyakit ini terdapat pada unggas dan dapat menyerang manusia. Penularan virus flu burung berlangsung melalui saluran pernapasan. Unggas yang terinfeksi virus ini akan mengeluarkan virus dalam jumlah besar di kotorannya. Manusia dapat terjangkit virus ini bila kotoran unggas bervirus ini menjadi kering, terbang bersama debu, lalu terhirup oleh saluran napas manusia.

4. Pneumonia

Pneumonia atau yang dikenal dengan nama penyakit radang paru-paru ditandai dengan gejala yang mirip dengan penderita selesma atau radang tenggorokan biasa, antara lain batuk, panas, napas cepat, napas berbunyi hingga sesak napas, dan badan terasa lemas. Penyakit ini umumnya terjadi akibat bakteri Streptococus pneumoniae dan Hemopilus influenzae yang berterbangan di udara terhirup masuk ke dalam tubuh. Bakteri tersebut sering ditemukan pada saluran pernapasan, baik pada anak-anak maupun orang dewasa.

Pengendalian penyakit yang terbawa udara

1) Imunisasi

Dengan pemberian vaksin rubella pada anak-anak laki-laki dan perempuan sejak dini

2) Pengubahan kandungan jasad penyebab infeksi di udara dengan penyaringan, sterilisasi atau pengenceran. Penyaringan udara yang diputar ulang dengan mengalirkan jumlah udara melalui penyaring dengan memerlukan sistem ventilasi komplek ditambah penggunaan energi yang besar. Teknik pengendalian di udara dengan pengenceran dengan melakukan penggantian udara dalam dengan udara luar secara terus-menerus. Terdapat juga metode untuk mengendalikan penyakit yang disebarkan melalui udara, yaitu :

a)  Metode sinar ultraviolet

Digunakan pada ruangan yang sesak dengan daya tembus jelek, merusak mata sehingga sinar harus diarahkan ke langit-langit

b)  Metode aliran udara satu arah

Digunakan di laboratorium industri ruang angkasa dengan batasan mahal untuk pemanasan atau pengaturan udara

c)  Metode sirkulasi ulang, udara tersaring

Digunakan di tempat apa saja dengan batasan penyaring harus sering diganti.

d)  Metode pembakaran

Digunakan pada ventilasi udara dari cerobong yang didalamnya terdapat organisme yang menginfeksi sedang dipindahkan (Volk and Wheeler, 1989).

Upaya untuk membebaskan udara dalam ruangan dari mikroba

Saat ini telah banyak dijual penyejuk udara/ AC dengan kemampuan anti mikroba.

B. Penyebaran Penyakit Melalui Air

Jenis dan Distribusi Mikroba di Air

Kelompok kehidupan yang terdapat di air terdiri dari bakteri, jamur, mikroalga, protozoa, dan virus, disamping itu ada juga sekumpulan hewan atau tanaman air lainnya yang tidak termasuk mikroba.

Mikroba yang ada di perairan dalam dan sungai

Bakteri flora pada permukaan perairan lebih banyak daripada perairan subterania. Komposisinya tergantung dari suplai nutrien-nutrien dalam air. Jumlah bakteri tanha yang terikut air biasanya masih cukup tinggi misalnya, Azotobacter choroococum, dan bakteri pengurai nitrit, Nitrosomonas europeae dan Nitrobacter winogradskyi.

Suingai-sungai membawa lebih banyak atau lebih sedikit limbah yang membawa bakteri tergantung limpahan limbah yang terbuang. Contoh yang menarik adalah bakteri intestinal Escherichia coli, yang dinamakan strain Koliform dan Salmonella patogenik sebagai penyebab demam tifoid. Danau mata air masih mengandung banyak bakteri dari sumber mata air; penambahan bakteri tergantung dari faktor fisika dan faktor kimia. Determinasi jumlah total bakteri dengan cara hitungan langsung di sungai memberikan gambaran jumlah yang tidak tentu tergantung dari hidrografi. Misalnya, 352.000-9.800.000 per ml air, di sungai Rio Negro Brazilia berjumlah 200.000-300.000 per ml air, dan di sungai Dalvin Slovakia berjumalah 1.194.400 per ml air.

Distribusi pada danau dan laut

Mikroflora danau dipengaruhi oleh mikroflora sungai. Bakteri batang non spora mempunyai jumlah terkecil pada zona iklim temperate dan boreal; dan memiliki proporsi relatif terbesar pada danau eutrofik. Bakteri berspora memiliki jumlah lebih dari 10%. Pada danau mesotrofik, jumlah bakteri berspora lebih besar; dan kemungkinan  terdiri 20-25% dari semua bekteri saprofitik. Bakteri pada danau-danau bergaram, mayoritas baklteri yang hidup di danau bergaram dengan kadar garam tinggi yang dinamakan bentuk halofilik. Kebanyakan organisme halofifilik ekstrem dapat berkembang secara optimal dengan kadar garam 20-30%. Misalnya: Halobakterium dan Halococcus. Bakteri laut, hampir semua bakteri laut adalah halofilik, yakni dengan memerlukan NaCl untuk perkembangannya yang optimal. Kebanyakan bakteri laut adalah motil, spora tidak pernah terbentuk pada bakteri laut. Contohnya: Bacillus dan Clostridium. Bagian besar dari laut adalah laut dalam. Pada daerah ini bakteri barofilik dan bakteri barotoleran berperan penting. Akan tetapi, kadang-kadang pada daerah permukaan bakteri barofilik juga ditemukan dengan kebiasaan hidup dengan tekanan di atas 100 atm.

Jumlah total yang pernah di observasi dari Teluk Kiel bejumlah antara 682 juta sampai 2.300 juta  per cm3 dengan kedalaman 12-14 meter yang kemudian diobservasi dengan mikroskop fluoresensi. Sebanyak 49-64% didapatkan dari permukaan dan 36-51% yang hidup bebas dalam interstitial air.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyebaran Mikroba di Air

Banayak faktor yang mempengaruhi penyebaran mikroba di dalam air. Diantaranya; a) faktor abiotik, seperti cahaya, temperatur, tekanan, turbiditas, konsentrasi ion hidrogen dan potensial redoks, salinitas, bahan-bahan anorganik dan organik, gas-gas terlarlarut; b) faktor biotik  seperti kompetisi nutrien, bakteri dan fungi sebagai makanan organisme lainnya, vitamin, enzim dan antibiotika

Contoh penyakit serta cara penyebarannya melalui air

1. waterborne infection

Yaitu penyakit infeksi  yang disebabkan oleh bakteri patogen.penyakit infeki ini ditransmisikan melalui eksreta manusia dan binatang dan feses. Kontaminasi fekala pada sumber air menyebabkan beberapa mikroba tersebut hadior bersama air. Bila air yang telah terkontaminasi digunakan untuk minum, menyiapkan masakan maka kemungkinan akan menyebabakan infeksi.

2. Penyakit infeksi saluran pencernaan

Diare yang merupakan penyakit dimana penularanya bersifat fekal-oral. Penyakit ini dapat ditularkan melalui beberapa jalur, jalur melalui air dan jalur melalui alat-alat dapur yang  dicuci dengan air.

3. penyakit infeksi kulit dan penyakit lendir

Penyakit ini sangat erat kaitannya dengan higien perorangan yang buruk. Angka kesakitan ini dapat ditekan dengen penyediaan air yang cukup bagi kebersihan  seseorang

4. Water-based disease

Cara penyebaran penyakit ini terjadi bila sebagian siklus hidup penyebaba penyakit memerlukan hospes perantara seperti siput air.

5. Water related insect vector

Cara penyebaran penyakit ini melalui serangga sebagai vektor perantara.

C. Pentebaran Penyakit Melalui Tanah

Jenis dan Distribusi Mikroba di Tanah

Golongan-golongan utama yang menyusun populasi mikroba taanah terdiri atas prokariotik (bakteri dan actinomycetes, fungi, algae, mikrofauna (protozoa dan archezoa), mezofauna (nemathoda) makrofauna (semut, cacing tanah, dan lainnya), dan mikrobiota (mycoplasma, virus, viroid dan prion). Jumlah mikroba tanah sangat tinggi, yakni berkisar 320.000-200.000 setiap gram tanah pasir, 360.000-600.000 bakteri setiap gram tanah lempeng, dan 2.000.000-200.000.000 bakteri setiap gram tanah subur. Actinomycetes terdiri dari 10-50% total populasi mikroba di dalam tanah. Organisme ini ditemukan di dalam tanah, kompos, dan sedimen. Kelimpahan populai Actinomycetes di dalam tanah adalah terbesar kedua setelah bakteri, yakni rentang dari 500.000-100.000.000 propagul/gr tanah. Propagul adalah bagian dari suatu mikroorganisme yang dapat tumbuh dan berkembang biak. Sementara populasi alga sekitar 3-300 kg/hektar.

Jumlah total protozoa antara 100.000 – 300.000 per gram tanah pada lapisan di atas 15cm dari permukaan. Populasi ini dapat berubah setiap hari. Jumlah paling sedikit adalah cilliata hanya di bawah 1.000 per gram tanah. Jumlah flagellata merupakan protozoa yang dominan dalam tanah, termasuk tanah asam. Biomassa protozoa dapat mencapai 5-20 gram per meter persegi. Sementara lebih dari 10.000 total spesies nematoda hanya lebih kurang 1000 spesies yang dapat ditemukan di dalam tanah dan 90% nematoda di temukan pada lapisan tanah atas sekitar 15 cm. Populasi nematoda lebih banyak terdapat  di dalam akar tanaman daripada di dalam tanah. biomassa arthropoda dalam tanah kurang dari 10%, sedangkan collembola di dapatkan lebih dari 10.000 individu per meter persegi tanah.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyebaran Mikroba di Tanah

seperti halnya pada penyebaran mikroorganisme pada air dan udara, penyebaran mikroba di tanah juga dipengaruhi oleh faktor pH dan suhu tanah. Tanah yang bersifat asam dengan pH kurang dari 5,8 % lebih sedikit 50% terhidar dari serangan penyakit akibat Streptomycetes patogen, hal ini karena Streptomycetes scabies dipengaruhi pertumbuhannya pada pH dibawah 6,3.  Sedangkan pengaruh suhu juga dapat mempengaruhi pertumbuhan mokroorganisme seperti pada pertumbuhan Actinomycetes yang tumbuh sangat lambat pada suhu 5%  dan dapat diisolasi lebih banyak dari tanah yang lebih panas. Pertumbhan optimum pada suhu antara 28 – 37 0C, tetapi beberapa Actinomycetes tumbuh 55 – 65 0C di dalam kompos.

Penyinaran (radiasi) dari matahari berpengaruh besar terhadap kehidupan mikroorganisme di dalam tanah, dalam partikel tanah terdapat komponen-komponen anorganik antara lain elemen-elemen, pH, udara, air, sinar, sedangkan adalah komponen-komponen organik mereka merupakan faktor-faktor alam. antara lain hancuran dari sisa-sisa makhluk hidup.

Contoh Penyakit Serta Cara Penyebarannya Melalui tanah

Salah satu penyakit yang penularannya melalui tanah adalah kaki pecah-pecah, hal ini disebabkan karena kaki terkena infeksi jamur. Infeksi jamur umumnya diawali dengan bercak merah gatal dan bersisik di kulit. Kemudian kulit dapat menebal dan retak. Penyebabnya bisa dikarenakan penderita tidak mengguanakan alas kaki, sehingga terjadi kontak langsung dengan tanah.

KAJIAN RELIGIUS

Allah menciptakan jasad-jasad renik di dunia ini sesuai dengan fungsinya masing-masing. Sebagaiman dengan firman Allah dalam surat al-furqon ayat 2 yang berbunyi

yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagiNya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya”.

Maksudnya: segala sesuatu yang dijadikan Tuhan diberi-Nya perlengkapan-perlengkapan dan persiapan-persiapan, sesuai dengan naluri, sifat-sifat dan fungsinya masing-masing dalam hidup.

Allah memberikan cobaan kepada umatnya yang berupa penyakit dan Allah pula yang menyembuhkan.  Sebagaimana yang difirmankan oleh Allah dalam alqur’an surat  Asy Syu’araa’:  ayat 78-80 yang artinya:

“ (yaitu Tuhan) Yang telah menciptakan aku, maka Dialah yang menunjuki aku dan Tuhanku, Yang Dia memberi makan dan minum kepadaku, dan apabila aku sakit, Dialah Yang menyembuhkan aku”.

DAFTAR PUSTAKA

Budiyanto MAK, 2005. Mikrobiologi Umum. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang Press.

Budiyanto MAK, 2002.  Mikrobiologi Terapan. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang Press.

Budiyanto MAK, 2001.  Peranan Mikroorganisme dalam Kehidupan Kita. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang.

Budiyanto MAK. 2010. Hand out-10 Mikrobiologi lingkungan, Pertanian, dan Peternakan. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang Press.

Dwijoseputro, 1990. Dasar-dasar Mikrobiologi. Jakarta: Djambatan.

Fardiaz S, 1992. Mikrobiologi Pangan 1. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama.

Pratiwi, ST. 2008. Mikrobiologi Farmasi. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang Press.

Waluyo, Lud. 2005. Mikrobiologi Umum. Malang : Universitas Muhammadiyah Malang Press.

Waluyo, Lud. 2009. Mikrobiologi Lingkunagn. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang Press.

BIOREMEDIASI LINGKUNGAN BERPOLUTAN

DEFINISI BIOREMEDIASI Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun.

Saat ini, bioremediasi telah berkembang pada perawatan limbah buangan yang berbahaya (senyawa-senyawa kimia yang sulit untuk didegradasi), yang biasanya dihubungkan dengan kegiatan industri. Yang termasuk dalam polutan-polutan ini antara lain logam-logam berat, petroleum hidrokarbon, dan senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pestisida, herbisida, dan lain-lain. Banyak aplikasi-aplikasi baru menggunakan mikroorganisme untuk mengurangi polutan yang sedang diujicobakan. Bidang bioremediasi saat ini telah didukung oleh pengetahuan yang lebih baik mengenai bagaimana polutan dapat didegradasi oleh mikroorganisme, identifikasi jenis-jenis mikroba yang baru dan bermanfaat, dan kemampuan untuk meningkatkan bioremediasi melalui teknologi genetik. Teknologi genetik molekular sangat penting untuk mengidentifikasi gen-gen yang mengkode enzim yang terkait pada bioremediasi. Karakterisasi dari gen-gen yang bersangkutan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana mikroba-mikroba memodifikasi polutan beracun menjadi tidak berbahaya.

Strain atau jenis mikroba rekombinan yang diciptakan di laboratorium dapat lebih efisien dalam mengurangi polutan. Mikroorganisme rekombinan yang diciptakan dan pertama kali dipatenkan adalah bakteri “pemakan minyak”. Bakteri ini dapat mengoksidasi senyawa hidrokarbon yang umumnya ditemukan pada minyak bumi. Bakteri tersebut tumbuh lebih cepat jika dibandingkan bakteri-bakteri jenis lain yang alami atau bukan yang diciptakan di laboratorium yang telah diujicobakan. Akan tetapi, penemuan tersebut belum berhasil dikomersialkan karena strain rekombinan ini hanya dapat mengurai komponen berbahaya dengan jumlah yang terbatas. Strain inipun belum mampu untuk mendegradasi komponen-komponen molekular yang lebih berat yang cenderung bertahan di lingkungan.

 

PERKEMBANGAN TEHNOLOGI BIOREMEDIASI

Tanah dan air yang terkontaminasi minyak tersebut dapat merusak lingkungan serta menurunkan estetika. Lebih dari itu tanah dan air yang terkontaminasi limbah minyak dikategorikan sebagai limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) sesuai dengan Kep. MenLH 128 Tahun 2003. Oleh karena itu perlu dilakukan pengelolaan dan pengolahan terhadap tanah yang terkontaminasi minyak. Hal ini dilakukan untuk mencegah penyebaran dan penyerapan minyak kedalam tanah.

Upaya pengolahan limbah B3 baik di darat (tanah dan air tanah) ataupun di laut telah banyak dilakukan dengan menggunakan tehnik ataupun metoda konvensional dalam mengatasi pencemaran seperti dengan cara membakar (incinerasi), menimbun (landfill), menginjeksikan kembali sludge keformas minyak (slurry fracture injection) dan memadatkan limbah (solidification). Teknologi-teknologi ini dianggap tidak efektif dari segi biaya (cost effective technology), waktu (time consuming) dan juga keamanan (risk).

Bioremediasi didefinisikan sebagai proses penguraian limbah organik/anorganik polutan secara biologi dalam kondisi terkendali dengan tujuan mengontrol, mereduksi atau bahkan mereduksi bahan pencemar dari lingkungan. Kelebihan teknologi ini ditinjau dari aspek komersil adalah relatif lebih ramah lingkungan, biaya penanganan yang relatif lebih murah dan bersifat fleksibel. Teknik pengolahan limbah jenis B3 dengan bioremediasi umumnya menggunakan mikroorganisme (khamir, fungi, dan bakteri) sebagai agen bioremediator. Pendekatan umum yang dilakukan untuk meningkatkan kecepatan biotransformasi ataupun biodegradasi adalah dengan cara:

· Seeding, atau mengoptimalkan populasi dan aktivitas mikroba indigenous (bioremediasi instrinsik) dan/atau penambahan mikroorganisme exogenous (bioaugmentasi) dan

· Feeding, atau dengan memodifikasi lingkungan dengan penambahan nutrisi (biostimulasi) dan aerasi (bioventing).

Limbah cair dan air bawah tanah bisa tercemar melalui banyak cara tergantung pada materi yang dibutuhkan oleh bioremediasi untuk pindahkan. Ada tiga tehnologi bioremidiasi air, yaitu

A.Wastewater treatment (Pengolahan limbah cair)

Langkah-langkahnya Air dari rumah tangga yang masuk ke dalam saluran air dipompa menuju fasilitas pengolahan di mana feses dan produk kertas dibuang ke tanah dan disaring menjadi partikel yang lebih kecil sehingga dihasilkan material berlumpur yang disebut sludge.Sludge dialirkan ke dalam tangki pengolah anaerob yang mengandung bakteri anaerob yang akan mendegradasi sludge. Bakteri ini menghasilkan gas karbon dioksida dan metana. Gas metana yang dihasilkan ini sering dikumpulkan dan digunakan sebagai bahan bakar untuk menjalankan peralatan pada pengolahan sampah dengan menggunakan tanaman. Cacing-cacing kecil yang sering muncul pada sludge, juga membantu menghancurkan sludge menjadi partikel-partikel kecil. Sludge ini kemudian dikeringkan dan dapat digunakan sebagai lahan pertanian atau pupuk. Ilmuwan telah menemukan bakteri yang disebut Candidatus Brocadia Anammoxidans yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi ammonium pada suasana anaerob (sebagian besar produk yang terdapat dalam urin). Penting sekali untuk menghilangkan amonium dalam limbah cair sebelum air dialirkan ke sungai atau laut karena kadar ammonium yang terlalu tinggi memberikan dampak negatif bagi lingkungan,

B.Groudwater clean-up

Kasus yang biasanya terjadi adalah tumpahan gasolin, dimana tumpahan tersebut mencemari air dalam tanah. Hal ini dapat ditangani dengan mengkombinasikan antara bioremidiasi ex situ (bagian atas permukaan tanah) dan bioremidiasi in-situ (di dalam tanah).

1. Bioremidiasi ex situ. Minyak dan gas dipompa keluar ke permukaan tanah menggunakan bioreaktor à dalam bioreaktor terdapat bakteri yang tumbuh pada biofilm à bakteri ini mendegradasi polutan à pupuk/ nutrien dan oksigen ditambahkan pada bioreaktor

2. Bioremidiasi in-situ. Air bersih hasil dari bioreaktor yang terdiri atas pupuk, bakteri dan oksigen à dikembalikan lagi di dalam tanah (sebagai air tanah).

C. Turning wastes into energy

Pada waktu proses bioremidiasi, bakteri anaerobik menghasilkan soil nutrients dan metana. Gas metana yang dihasilkan ini sering dikumpulkan dan digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan soil nutrients digunakan sebagai pupuk.

Contoh Bakteri anaerobik Desulfuromonas acetoxidans merupakan bakteri anerobik laut yang menggunakan sulfur dan besi sebagai penerima elektron untuk mengoksidasi molekul organik dalam endapan dimana bisa menghasilkan energi.

Peluang tehnologi bioremediasi kedepan adalah pengembangan green business yang berbasis pada teknologi bioremediasi dengan system one top solution (close system) dan dengan pendekatan multiproses remediation technologies, artinya pemulihan (remediasi) kondisi lingkungan yang terdegradasi dapat diteruskan sampai kepada kondisi lingkungan seperti kondisi awal sebelum kontaminasi ataupun pencemaran terjadi. Usaha mencapai total grenning program ini dapat dilanjutkan dengan rehabilitasi lahan dengan melakukan kegiatan phytoremediasi dan penghijauan (vegetation establishement) untuk lebih efektif dalam mereduksi, mengkonrol atau bahkan mengeliminasi B3 hasil bioremediasi kepada tingkatan yang sangat aman lagi buat lingkungan. Dengan keseluruhan rangkaian proses dari mulai limbah dikeluarkan, bioremediasi, phytoremediasi dan pembentukan vegetasi adalah greening program yang merupakan bentuk pengelolaan limbah B3 secara terpadu (integrated waste management). Biasanya greening program juga merupakan salah satu bentuk aktifitas community development dari perusahaan-perusahan. Untuk wilayah pesisir dan pantai greening program dapat berupa penanaman kembali bibit mangrove dan vegetasi pantai lain ataupun program lain seperti artificial reef, fish shelter ataupun reef transplantation. Bentuk disseminasi publik juga dapat dikemas dalam bentuk pelatihan dan tranfer teknologi agar applikasi bioremediasi kepada masyarakat sebagai share holder (pola kemitraan), bersama-sama pemerintah dapat mengontrol kegiatan monitoring dan evaluasi dari kegiatan bioremediasi dan rehabilitasi lahan.

PRINSIP BIOREMEDIASI

Bioremediasi merupakan proses yang memanfaatkan makhluk hidup terutama mikroorganisme. Mikroorganisme yang umumnya digunakan sebagai agen bioremediasi adalah bakteri, jamur, atau tanaman. Mikroorganisme yang digunakan dapat berupa indigenus mikroorganisme yang berasal dari daerah yang terkontaminasi yang kemudian dikembangkan sebagai biostimulasi atau bioaugmentasi. Bioremediasi menjadi efektif jika mikroorganisme harus kontak secara enzimatis pada polutan dan merubahnya menjadi bahan yang didak berbahaya. Efektifitas bioremediasi tercapai jika kondisi lingkungan mendukung pertumbuhan dan aktivitas mikroba.

Bioremediasi memiliki keterbatasan antara lain tidak bisa mendegradasi senyawa organik terklorinasi dan hidrokarbon aromatik dalam jumlah tinggi. Namun, pemanfaatan bioremediasi ini lebih murah dari pada jika menggunakan penanganan secara fisik dan kimia. Bioremediasi juga dapat menurunkan kontaminan secara efektif walaupun prosesnya membutuhkan waktu yang lama. Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi bodegradasi adalah faktor mikrobial, temperatur, nutrien, tipe tanah, pH, kadar air/kelembaban, dan potensial redoks. Kelebihan Bioremediasi: 1.Lebih murah dibandingkan metode remediasi laiinya 2.Dapat dikombinasikan dengan tekologi laiinya 3.Tidak menghasilkan waste product

MIKROBA UNTUK PROSES BIOREMEDIASI Berdasarkan kemampuan untuk mendegradasi atau meremediasi, mikroorganisme dikelompokkan menjadi: 1. Aerobik mikroorganisme yang membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya. Misal: Pseudomonas, Alcaligenes, Sphingomonas, Rhodococcus, dan Mycobacterium. Mikroba ini dapat mendegradasi pestisida, hidrokarbon, alkana dan senyawa poliaromatik. 2. Anaerobik Mikroorganisme yang tidak membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya, biasanya digunakan untuk mendegradasi Polychorinated biphenyls (PCBs). 3. Jamur Ligninolitik Umumnya digunakan untuk meremediasi polutan yang bersifat toksik dan presisten. Misalnya: Phanaerochaete chrysosporium 4. Metilotrop Merupakan bakteri aerobik yang mengunakan metan sebagai sumber karbon dengan menggunakan enzim methane monooxygenase.

STARTEGI BIOREMEDIASI 1.Bioremediasi In Situ Merupakan metode dimana mikroorganisme diaplikasikan langsung pada tanah atau air dengan kerusakan yang minimal. Bioremediasi (In situ bioremidiation) juga terbagi atas: • Biostimulasi/Bioventing: dengan penambahan nutrient (N, P) dan aseptor elektron (O2) pada lingkungan pertumbuhan mikroorganisme untuk menstimulasi pertumbuhannya. • Bioaugmentasi: dengan menambahkan organisme dari luar (exogenus microorganism) pada subpermukaan yang dapat mendegradasi kontaminan spesifik. • Biosparging: dengan menambahkan injeksi udara dibawah tekanan ke dalam air sehingga dapat meningkatkan konsentrasi oksigen dan kecepatan degradasi.

2.Bioremediasi Ex Situ Merupakan metode dimana mikroorganisme diaplikasikan pada tanah atau air terkontaminasi yang telah dipindahkan dari tempat asalnya. Teknik ek situ terdiri atas: • Landfarming: teknik dimana tanah yang terkontaminasi digali dan dipindahkan pada lahan khusus yang secara periodik diamati sampai polutan terdegradasi. • Composting: teknik yang melakukan kombinasi antara tanah terkontaminasi dengan tanah yang mengandung pupuk atau senyawa organik yang dapat meningkatkan populasi mikroorganisme. • Biopiles: merupakan perpaduan antara landfarming dan composting. • Bioreactor: dengan menngunakan aquaeous reaktor pada tanah atau air yang terkontaminasi.

APLIKASI BIOREMEDIASI a. Degradasi Plastik Saat ini plastik dan polimer sintetik semakin meluas penggunaan dan produksinya. Plastik ini dibuat dari senyawa petrokimia yang bersifat persisten pada lingkungan dan merupakan salah satu penyebab polusi yang paling tinggi. Plastik petrokimia ini membutuhkan waktu ratusan tahun untuk didegradasi. Beberapa usaha mengurangi polusi akibat plastik tersebut dengan: b.Degradasi Hidrokarbon Alifatik Hidrokarbon alifatik didegradasi secara aerobik oleh bakteri, fungi atau yeast. Reaksi degradasinya meliputi oksidasi pada ujung metil: alkana → alkohol → asam lemak → keton → CO2 dan H2O. Hidrokarbon rantai pendek, hidrokarbon dengan rantai cabang atau berbentuk cincin lebih sulit untuk didegradasi. c. Degradasi Hidrokarbon Aromatik Mikroorganisme mampu mendegradasi hidrokarbon aromatis cincin tunggal secara aerobik. Hidrokarbon aromatik dengan dua atau tiga cincin seperti naphthalene, anthracene, dan phenanthrene dapat didegradasi secara lambat ketika terdapat oksigen. Sedangkan hidrokarbon aromatik dengan emat cicin sulit didegradasi da bersifat presistent. d. Degradasi Hidrokarbon Alifatik Terklorinasi Degradasi dapat berlangsung secara kimiawi atau biologis. Degradasi dengan menggunakan mikroorganisme hanya menghasilkan degradasi parsial. Hanya sedikit karbon terklorinasi yang dapat digunakan sebagai substrat primer untuk sumber energi dan pertumbuhan.

JENIS BIOREMEDIASI 1. Biostimulasi Nutrien dan oksigen, dalam bentuk cair atau gas, ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar untuk memperkuat pertumbuhan dan aktivitas bakteri remediasi yang telah ada di dalam air atau tanah tersebut. 2. Bioaugmentasi Mikroorganisme yang dapat membantu membersihkan kontaminan tertentu ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar. Cara ini yang paling sering digunakan dalam menghilangkan kontaminasi di suatu tempat. Bioaugmentasi adalah proses penambahan produk bakteri komersial ka dalam limbah cair untuk meningkatkan efisiensi dalam pengolahan limbah secara biologi. Hambatan yang ditemui ketika cara ini digunakan sangat sulit untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar mikroorganisme dapat berkembang dengan optimal. Para ilmuwan belum sepenuhnya mengerti seluruh mekanisme yang terkait dalam bioremediasi, dan mikroorganisme yang dilepaskan ke lingkungan yang asing kemungkinan sulit untuk beradaptasi. 3. Bioremediasi Intrinsik Bioremediasi jenis ini terjadi secara alami di dalam air atau tanah yang tercemar.

 

Daftar Pustaka

Arifin, H.S., M. Yani, F. Aribowo, and A.M. Fauzi. 2004. Bioremediation: A Case Study in East Kalimantan, Indonesia. Proceeding the 1st COE International Symposium “Environmental Degradation and Ecosystem Restoration in East Asia” Tokyo University – Japan. 9 p.

Baker, J. M., Clark, R. B., Kingston, P. F. and Jenkins, R. H. (1990). Natural Recovery of Cold Water Marine Environments after an Oil Spill. 13th AMOP Seminar, June 1990.

Cookson, J.T. 1995. Bioremediation Engineering : Design and Application. McGraw-Hill, Inc. Toronto.

Biogas Secara Umum

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida. Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan maupun untuk menghasilkan listrik (Anonymous, 2010).

Dalam pembuatan biogas dibutuhkan peranan bakteri tertentu di dalamnya. Ada tiga kelompok bakteri yang berperan dalam proses pembentukan biogas, yaitu sebagai berikut :

1.   Kelompok bakteri fermentatif

Kelompok bakteri fermentatif ini terdiri dari Streptococci, Bacteriodes, dan beberapa jenis Enterobactericeae.

2.   Kelompok bakteri asetogenik

Kelompok bakteri asetogenik yaitu Desulfovibrio

3.   Kelompok bakteri metana

Kelompok bakteri metana yaitu Methanobacterium, Methanobacillus, Methanosacaria dan Methanococcus.

Bakteri Pembentuk Asam (Acidogenic Bacteria) yang merombak senyawa organic menjadi senyawa yang lebih sederhana yaitu berupa asam organic.

Bakteri Pembentuk Asetat (Acetogenic bacteri) yang merubah asam organik dan senyawa netral yang lebih besar dari methanol menjadi asetat dan hydrogen. Bakteri penghasil metan (metanogens) yang berperan dalam merubah asam – asam lemak dan alkohol menjadi metan dan karbondioksida. Bakteri pembentuk metan antara lain Methanococcus, Methanobacterium dan methanosarcina.

Biogas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik sangat populer digunakan untuk mengolah limbah biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil menghancurkan bakteri patogen dan sekaligus mengurangi volume limbah buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting dalam manajemen limbah karena metana merupakan gas rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global bila dibandingkan dengan karbon dioksida. Karbon dalam biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke atmosfer tidak akan menambah jumlah karbon diatmosfer bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil. Saat ini, banyak negara maju meningkatkan penggunaan biogas yang dihasilkan baik dari limbah cair maupun limbah padat atau yang dihasilkan dari sistem pengolahan biologi mekanis pada tempat pengolahan limbah. (Anonymous, 2010).

Digester (Unit Gas Bio)

Membuat unit gas bio sebenarnya meniru perut hewan ruminansia yang digunakan untuk memperpanjang waktu proses pencernaan. Isi perut hewan ruminansia ini secara alami akan keluar sendiri. Sehingga isi tangki pencerna (digester) unit gas bio diusahakan juga dapat seperti perut hewan ternak ruminansia ini. Hasil sampingan unit gasbio berupa kotoran ternak yang telah bercampur dengan air. Pengaturan lubang masukan dan keluaran yang seimbang akan mempermudah proses keluaran limbah unit biogas secara otomatis. (Junus, 1987)

Pertimbangan – pertimbangan yang mantap sebelum model unit gas bio ditentukan merupakan salah satu langkah yang baik untuk memacu produktivitas ternak di masa mendatang. Di samping itu, syarat lain yang perlu dipenuhi adalah tangki pencerna tidak boleh bocor ( kedap air dan udara ), suhu optimal tangki pencerna berkisar antara 30 0 C – 35 0 C.

Belakangan ini banyak proyek percontohan unit gas bio yang diperkenalkan terutama unit gas bio buatan pabrik, dimana volumenya relatif kecil dengan harga yang cukup mahal. Di samping itu, bahan yang dipakai tidak berasal dari daerah yang bersangkutan sehingga akan menyulitkan apabila terjadi kesukaran – kesukaran pada waktu berjalan.

Sebagai contoh misalnya unit biogas yang diperkenalkan oleh LEMIGAS Cepu yang membutuhkan plat baja sebagai penutup tangki pencerna. Ternyata di samping biaya mahal juga membutuhkan tenaga lain untuk membuat penutup tangki pencerna. Selain itu, juga terdapat unti gas bio yang terbuat dari fiberglass atau lempengan – lempengan buatan pabrik. Secara teknis, tangki pencerna atau digester buatan pabrik lebih cepat pemasangannya, tetapi jikan mengalami kerusakan kemungkinan akan sulit diperbaiki. Secara psikologis (kejiwaan) masyarakat kecil tidak dapat meniru atau membuat unit biogas, karena pengadaannya sangat tergantung pada pabrik dan membutuhkan biaya yang tidak sedikit baik pembuatan maupun perawatan.

Pemeliharaan unit biogas dalam bentuk digester atau tangki pencerna ini merupakan salah satu faktor penting di dalam melestarikan produksi biogas dan limbahnya (slurry). Pemeliharaan unit biogas yang tidak terencana dapat menghasilkan kemacetan. Unit biogas minimal setiap satu tahun sekali harus dikuras guna menghindari penyumbatan dan pengontrolan dinidng tangki pencerna. Pembuatan unit gas bio yang tidak memperhatikan proses pemeliharaan, kemungkinan besar akan menyulitkan pengurasan dan pembetulan lanjutan. Unit biogas yang dirancang secara sederhana dan benar akan memudahkan sistem pemeliharaan (Anonymous,2010).

 

Tahapan-tahapan yang dilalui pada Pembuatan Biogas oleh Bakteri:

Terdapat beberapa tahap yang harus dilalui dan memerlukan kerja sama dengan kelompok bakteri yang lain. Berikut ini merupakan tahapan dalam proses pembentukan biogas :

1.      Hidrolisis

Hidrolisis merupakan penguraian senyawa kompleks atau senyawa rantai panjang menjadi senyawa yang sederhana. Pada tahap ini, bahan-bahan organik seperti karbohidrat, lipid, dan protein didegradasi menjadi senyawa dengan rantai pendek, seperti peptida, asam amino, dan gula sederhana. Kelompok bakteri hidrolisa, seperti Steptococci, Bacteriodes, dan beberapa jenis Enterobactericeae yang melakukan proses ini.

2.      Asidogenesis

Asidogenesis adalah pembentukan asam dari senyawa sederhana. Bakteri asidogen, Desulfovibrio, pada tahap ini memproses senyawa terlarut pada hidrolisis menjadi asam-asam lemak rantai pendek yang umumnya asam asetat dan asam format.

3.      Metanogenesis

Metanogenesis ialah proses pembentukan gas metan dengan bantuan bakteri pembentuk metan seperti Mathanobacterium, Mathanobacillus, Methanosacaria, dan Methanococcus. Tahap ini mengubah asam-asam lemak rantai pendek menjadi H2, CO2, dan asetat. Asetat akan mengalami dekarboksilasi dan reduksi CO2, kemudian bersama-sama dengan H2 dan CO2 menghasilkan produk akhir, yaitu metan (CH4) dan karbondioksida (CO2).

Teknik Pembuatan Biogas Menggunakan Plastik

Teknik ini merupakan teknik pembuatan biogas yang paling sederhana.

1.      kotoran sapi kira-kira 1 kg di bungkus plastik kemudian di kubur dalam tanah selama

kurang  lebih 1-3 bulan.

2.      Membuat wadah untuk tempatnya, misalnya menggali tanah atau di tong sampah dan

jangan lupa membuat lubang untuk menyalurakan gas yang dihasilkan melalui selang.

3.      Memasukan kotoran sapi tersebut kedalam tempat yang sudah disediakan kemudian

tambahkan kotoran sapi atau sampah organik lain, tutup tempatnya tunggu sampai kotoran sapi tadi diuraikan bakteri.

4.  Biogas yang dihasilkan akan disalurkan oleh selang untuk memasak atau penerangan.

Teknik Pembuatan Biogas Balon plant

Konstruksi balon plant lebih sederhana, terbuat dari plastik yang pada ujung-ujungnya dipasang pipa masuk untuk kotoran ternak dan pipa keluar peluapan slurry. Sedangkan pada bagian atas dipasang pipa keluar gas.

Keuntungan: biayanya murah, mudah diangkut, konstruksinya sederhana, mudah pemeliharaan dan pengoperasiannya.

Kerugian: tidak awet, mudah rusak, cara pembuatan harus sangat teliti dan hati-hati (karena bahan mudah rusak), bahan yang memenuhi syarat sulit diperoleh.(anonymous, 2010).

Pembangkit Biogas
Desain pembangkit biogas dari kantung plastik polyethylene ini adalah sebagai berikut:


Gambar 8: Skema pembangkit biogas dari kantung plastik polyethylene.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

Bagian cukup penting adalah yang ditandai dengan nomor 1 dan 2, dimana nomor 1 adalah gas outlet. Skemanya adalah sebagai berikut:

Mempersiapan Kantung Plastik Polyethylene. Kantung plastik polyethylene dengan lebar 150cm ini kami dapatkan di toko plastik di seputaran Gardu Jati, Bandung. Spesifikasinya adalah 150×0.15. Ini adalah spesifikasi plastik yang paling tebal yang bisa didapatkan. Tentu akan lebih ideal bila plastik yang digunakan adalah yang lebih tebal. Di pasaran tersedia lebar mulai 80cm, 100cm, 120cm dan 150cm. Menurut FAO akan lebih baik apabila menggunakan plastik yang memiliki anti ultra-violet (UV) seperti yang digunakan di rumah rumah kaca (biasanya berwarna kuning agak kehijau hijauan). Namun dalam hal ini tidak dapat menemukan plastik UV yang masih dalam kondisi kantung tubular (sisinya tidak terpotong).

Harap diperhatikan juga penanganan terhadap plastik ini. Plastik PE adalah bahan yang cukup kuat, namun apabila terlipat dapat meninggalkan goresan dan ketika terkena panas matahari dan air hujan bisa retak dan sobek. Kita tentu tidak menginginkan hal ini terjadi. Oleh karenanya kami menyarankan untuk membeli dan menangani plastik secara hati hati dalam gulungan, jangan dilipat. Dalam percobaan instalasi ini kami menggunakan plastik dirangkap dua. Hal ini disebabkan masalah ketebalan dan kekuatan. Namun ternyata aplikasi rangkap dua ini juga dirasa memiliki kekurangan yang akan kami jelaskan di bawah.

gelarlah alas untuk melindungi plastik dari benda benda tajam seperti batu dan ranting pohon apabila anda akan membuat di tanah lapang seperti yang kami lakukan. Tentu akan lebih baik apabila pembuatan pembangkit dilakukan di alas yang licin seperti tegel keramik. Hati hati juga terhadap benda benda metal yang anda bawa seperti sabuk, jam tangan ataupun gantungan kunci. Benda benda tersebut dapat melukai plastik, jadi tanggalkanlah dahulu benda benda tersebut dari tubuh anda.


Gambar 10: Menggelar plastik PE

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)


Gambar 13: Memancing lembar kedua

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

 

Teknik yang digunakan untuk merangkapkan plastik adalah dengan memasukkan sedikit bagian lembar ke dua dan diikat ujungnya dengan tali, kemudian ujung tali yang satu lagi dilemparkan ke ujung lembar pertama. Selanjutnya tali tinggal ditarik dan plastik lembar ke dua masuk ke dalam lembar pertama dengan mudah.

Selanjutnya setelah ke dua lembar plastik disamakan ujung ujungnya, dan lembar kedua dipotong, kini saatnya memasang gas outlet.

Tentukan salah satu ujung yang akan menjadi ujung atas dan ukurlah sepanjang 1.5 meter dari ujung tersebut dan tandai dengan spidol. Tanda tersebut harus tepat berada di tengah tengah plastik, sehingga diharapkan gas outlet tepat berada di tengah atas permukaan pembangkit.
Lubang yang akan dibuat sebaiknya lebih besar sedikit dari diameter luar dari ulir SDL (socket drat luar) gas outlet. Apabila terlalu pas dikhawatirkan ujung plastik akan tertarik ketika anda mengencangkan socket.

Menggelembungkan Pembangkit.

Setelah kedua pipa terpasang dengan baik, langkah selanjutnya adalah memindahkan pembangkit ke dalam ‘rumahnya’ yaitu parit yang telah dibuat sebelumnya. Untuk memindahkan plastik pembangkit kami menyarankan untuk menggelembungkan dahulu plastik pembangkit sehingga pembangkit dapat ‘duduk’ dengan rapih dan mengisi ruangan parit dengan baik. Selain itu fungsi penggelembungan adalah memastikan bahwa semua sambungan telah terpasang dengan baik.

Karena konsep dasar pembangkit biogas adalah anaerob atau tidak bersentuhan dengan udara bebas, terutama oksigen, maka metoda yang kami gunakan untuk penggelembungan awal adalah mengisi plastik pembangkit dengan gas buang kendaraan bermotor. Metoda lain adalah mengisi pembangkit dengan air. Namun karena ketersediaan air untuk penggelembungan terbatas, kami memilih menggunakan gas buang dari knalpot kendaraan operasional kami.
Sebelumnya pipa outlet kita tutup terlebih dahulu dengan plastik kresek dan diikat dengan tali karet. Demikian pula dengan gas outlet.


Gambar 21: Mulai melakukan pengisian.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)


Gambar 23: Pembangkit siap untuk dipindahkan!

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

Karena menggunakan gas buang dari kendaraan berbahan bakar solar, plastik pembangkit sedikit ternoda oleh bercak bercak hitam dari uap gas buang. Rasanya bila menggunakan gas buang kendaraan premium, hal ini bisa dihindari.

Memasang Pembangkit

Pembangkit dapat segera dipasang. Setelah terpasang pada tempatnya, kami mengisi pembangkit dengan sedikit air untuk menghindari terlipatnya plastik dan membuatnya duduk lebih enak. Pipa inlet dipasangkan pada lubang outlet dari bak mixer dan dipasangkan sumbat, sedangkan gas outlet dan pipa outlet biarkan tetap tertutup. Setelah pemasangan ini, pengisian sudah dapat dilakukan.


Gambar 24: Memasang pembangkit

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

 

Proses pengerjaan yang  lakukan membutuhkan waktu sekitar 8 hari kerja efektif. 2 hari untuk membuat bak mixer (2 HOK; hari orang kerja), 5 hari (15 HOK) untuk membuat parit pembangkit dan 1 hari (2 HOK) untuk pembuatan pembangkit. Tenaga kerja yang dibutuhkan adalah 19 HOK sampai pembangkit terpasang.

Sekitar 20 hari kemudian, terlihat bahwa gas sudah mulai di produksi. Indikatornya plastik pengembang mulai menggelembung dan keras.


Gambar 25: Biogas mulai dihasilkan

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)


Gambar 14: Memasang dan mengencangkan gas outlet.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

Langkah selanjutnya adalah memasang saluran kotoran, baik masuk maupun keluar. Ini adalah tahap yang perlu dikerjakan dengan hati hati karena memerlukan kerapihan agar tidak menimbulkan kebocoran. Sebaiknya ukuran pipa masuk dan keluar adalah sama, kurang lebih memiliki diameter antara 10 – 15cm. Dapat menggunakan PVC dengan ukuran 4” atau 6” (namun harganya mahal) bisa juga menggunakan pipa keramik (sudah agak sulit mencarinya di kota Bandung) atau memakai ember plastik yang dipotong dasarnya dan disambung serta lain sebagainya, silahkan kreatif.

Panjang pipa kurang lebih 75 – 100cm. Masukkan setengah dari panjang pipa ke dalam 2 lembar plastik PE. Dan dengan hati hati lipat plastik menjadi satu dengan pipa (perhatikan gambar)


Gambar 18: Setelah dilipat, ikat dengan tali karet untuk memudahkan pengikatan selanjutnya.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

Gambar 19: Ikatan dimulai 25cm sebelum tepi plastik (1) menuju ke arah luar pipa (2)

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

 

Ikatan dapat di rangkap untuk memperkuat simpul. Yang perlu diperhatikan juga adalah pengikatan tali karet harus saling meliputi (overlap), dan ujung plastik jangan sampai terlihat, tambahkan beberapa putaran lagi untuk memastikan sambungan kedap.

Dengan menggunakan dua lapis plastik PE kesulitannya adalah adanya udara yang terjebak diantara lembar plastik tersebut. Solusinya adalah dengan mengeluarkan udara terjebak sebanyak ketika memasangkan pipa inlet dan outlet

 

Tanki Penampung

Tanki penampung dalam desain yang buat minimal memiliki kapasitas 2500 liter. Namun ternyata karena keterbatasan ruang (kami menyimpan tanki penampung biogas diatas kandang sapi) kami hanya dapat membuat dengan kapasitas 1700 liter. Di masa yang akan datang merencanakan untuk menambah kapasitas penampungan dengan membuat satu buah lagi tanki penampung yang dihubungkan dengan sistem biogas.

Tanki penampung juga terbuat dari plastik polyurethane, yang membedakan adalah lapisan yang digunakan hanya 1 lapis. Kami rasa dengan 1 lapis saja sudah cukup untuk menahan tekanan biogas yang tidak seberapa besar.

Dimensi tanki yang buat adalah diameter 95cm dan panjang 250cm. Pengerjaannya mirip dengan pembuatan pembangkit, perbedaanya hanya satu ujung saja yang diberi pipa. Untuk instalasi utama selalu menggunakan pipa PVC ¾”. Beberapa artikel menggunakan pipa dengan diameter ½”. Lagi lagi pertimbangannya adalah karena bahan yang tersedia di areal kebun adalah pipa ¾” yang digunakan untuk sistem irigasi kebun di musim kemarau.

 


Gambar 26: Membuat tanki penampung

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)


Gambar 27: Ujung bawah tanki langsung di lipat dan di ikat dengan tali karet.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

 

Akan lebih baik apabila ujung bawah tanki tidak diikat langsung, tapi diberi pipa PVC yang ditutup oleh dop PVC, baru kemudian lembaran plastik diikatkan pada pipa tersebut seperti langkah sebelumnya.

Saluran Biogas

Untuk pipa utama menggunakan pipa PVC ¾”. Sambungan dapat dibuat permanen dengan lem PVC. Tapi kami memilih metoda semi permanen yaitu dengan mengikat sambungan pipa dengan tali karet. Hanya sambungan yang penting saja yang kami beri lem. Sambungan penting ini diantaranya adalah sambungan katup bola/keran (ball valve).


Gambar 28: Sambungan pipa saluran biogas.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

Di sebelah kanan pada gambar diatas juga terlihat botol bekas air mineral 1.5 liter yang berfungsi sebagai water vapor (penjebak uap air) dan katup keamanan. Skema water vapor adalah sebagai berikut:


Gambar 29: Skema botol penjebak kondensasi sekaligus katup keamanan.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

 

Botol penjebak ini sebaiknya diletakkan pada bagian terbawah dari saluran biogas, tepat setelah pembangkit. Hal ini dimaksudkan untuk memudahkan uap air hasil kondensasi turun dan masuk ke dalam botol. Air yang berlebihan dalam sistem dapat memampetkan saluran biogas, selain itu adanya kandungan air dalam biogas menurunkan tingkat panas api dan membuat api berwarna kemerah merahan.

Perhatikan muka air yang dibutuhkan. dimenyarankan tinggi permukaan air dari batas bawah pipa antara 20 sampai 25 cm. Apabila terlalu rendah, gas akan mudah keluar dari air sebelum mencapai tekanan yang diinginkan. Apabila muka air terlalu tinggi, tekanan yang ada membesar dan hal ini dapat menghambat proses produksi biogas itu sendiri.

Lubang air pada botol penjebak selain berfungsi sebagai lubang pengisian juga sebagai pengatur tinggi muka air.


Gambar 30: Botol penjebak kondensasi dan katup keamanan.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

 

Kompor Biogas

Penggunaan biogas yang paling mudah tidak lain dan tidak bukan adalah sebagai bahan bakar dalam kegiatan masak memasak. baru kompor biogas saja yangJketerbatasan waktu Fungsi lainnya antara lain sebagai pencahayaan  bahan bakar untuk menjalankan mesin, pendingin, pemanas dan masih banyak bentuk pengembangan lain. Test pertama untuk mengetahui apakah biogas yang dihasilkan dapat terbakar atau tidak
Skema desain kompor pertama ini sebagai berikut:


Gambar 31: Skema burner biogas

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

Cara pembuatannya adalah kaleng permen dilubangi sesuai dengan ukuran diameter luar pipa tembaga kemudian ujung pipa tembaga dimasukkan ke dalam lubang tersebut. Untuk lebih jelasnya dapat melihat skema diatas. (PERHATIAN: Desain kompor ini tidak bagus, lihat penjelasannya pada bagian kesimpulan)


Gambar 32: Kompor biogas untuk menggoreng ketela pohon.

(http://www.jevuska.com/topic/macam+macam+teknik+biogas.html)

Teknik Pembuatan Biogas Parit Pembangkit

Pembangkit yang terbuat dari plastik polyethylene kami tempatkan semi-underground, setengah terkubur di dalam tanah. Untuk itu perlu dibuatkan semacam parit sebagai wadah agar pembangkit yang berbentuk tubular dapat disimpan dengan baik. Parit ini berukuran panjang 6m, lebar atas 95cm, lebar bawah 75cm, tinggi di ujung input adalah 85cm, dan tinggi di ujung output 95cm. Untuk lebih jelas, perhatikan skema berikut.


Gambar 5: Skema parit pembangkit.
(1) Dimensi Parit. (2). Bentuk parit yang cekung pada dasar, membentuk mangkok.

(http://manglayang.blogsome.com)

Dimensi parit yang dibuat sangat tergantung pada dimensi pembangkit yang akan dibuat dan tentu ukuran plastik polyethylene (PE) yang tersedia di pasaran. Bahan menggunakan plastik PE dengan lebar bentang 150cm, sehingga apabila membentuk tubular, diameternya sekitar 95cm. Kapasitas pembangkit yang buat kurang lebih 4000 liter. Parit ini memiliki inklinasi sekitar 2 – 3 derajat turun mengarah ke lubang output. Inklinasi ini dibuat untuk memaksimalkan volume pembangkit yang dapat diisi oleh bahan baku.

Gambar 7: Parit pembangkit, sudah dibuatkan tiang tiang untuk atap (http://manglayang.blogsome.com)

Seperti terlihat pada gambar, bagian atas parit untuk sementara ditutupi dengan bekas karung agar tidak pecah sebelum kantung plastik pembangkit masuk ke dalamnya. Yang perlu diperhatikan juga adalah kerataan permukaan pinggir dan dasar parit. Pastikan tidak ada batu atau akar yang tersisa yang dapat melukai kantung plastik. Selain itu buatkan selokan kecil di sekeliling parit agar air tidak masuk ke dalam instalasi pembangkit.

Teknik Pembuatan Biogas Floating Drum Plant

Floating drum plant terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak keatas ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya.

Keuntungan: Tekanan gasnya konstan karena penampung gas yang bergerak mengikuti jumlah gas. Jumlah gas bisa dengan mudah diketahui dengan melihat naik turunya drum.

Kerugian: Konstruksi pada drum agak rumit. Biasanya drum terbuat dari logam (besi), sehingga mudah berkarat, akibatnya pada bagian ini tidak begitu awet (sering diganti). Bahkan jika digesternya juga terbuat dari drum logam (besi), digeseter tipe ini tidak begitu awet.

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 59 other followers