BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Pengertian Mineral

Mineral merupakan zat non-organik padat yang terbentuk

secara alamiah, terdiri atas unsur atau senyawa unsur-unsur;

mempunyai susunan/komposisi kimia tertentu dan struktur

internal kristal beraturan. Mineral logam adalah mineral yang

unsur utamanya mengandung logam, memiliki kilap logam, dan

umumnya bersifat sebagai pengahantar panas dan listrik yang

baik. Mineral logam didapat dari bijih logam, bijih adalah

kumpulan mineral yang mengandung satu atau lebih logam yang

dapat diolah secara menguntungkan.

Bioteknologi merupakan suatu kajian yang berhubungan

dengan penggunaan organisme hidup atau produknya dalam proses

industri berskala-besar. Bioteknologi mikroorganisme adalah

aspek bioteknologi industri yang berhubungan dengan proses

yang melibatkan mikroorganisme. Pengolahan mineral hasil

tambang menjadi logam merupakan proses metalurgi yang telah

dikembangkan sejak ribuan tahun silam. Pengolahan tersebut

dilakukan melalui beberapa tahap yaitu proses pengolahan

mineral, proses ekstraksi logam, dan proses metalurgi fisika.

Pemanfaatan mikroorganisme untuk memisahkan logam dengan

bijih logam kini diterapkan di pertambangan logam. Banyak

jenis bakteri, khamir, dan gangang yang dapat digunakan untuk

mengoksidasi mineral sulfida.

1.2 Sumber logam yang diekstraksi

1

a. Bijih logam

Logam adalah unsur alam yang dapat diperoleh dari laut,

erosi batuan tambang, vulkanisme dan sebagainya (Clark,

1986). Umumnya logam-logam di alam ditemukan dalam bentuk

persenyawaan dengan unsur lain, sangat jarang yang

ditemukan dalam elemen tunggal

b. Limbah logam

Sumber logam pada limbah ini dibagi lagi menjadi dua

yakni, limbah padat dan limbah cair. Sedikitnya terdapat 80

jenis dari 109 unsur kimia di muka bumi ini yang telah

teridentifikasi sebagai jenis logam berat. Berdasarkan

sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi

dalam dua jenis. Jenis pertama adalah logam berat esensial,

di mana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat

dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang

berlebihan dapat menimbulkan efek racun. Contoh logam berat

ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan lain sebagainya. Logam Zn

misalnya dalam jumlah kecil merupakan unsur penting dalam

metabolisme, sehingga kalau anak kekurangan Zn akan

menghambat pertumbuhan, namun bila terlalu banyak Zn akan

mempengaruhi metabolisme kolesterol, mengubah nilai lipo

protein dan dapat mempercepat timbulnya ateroklorosis.

(Sinaga, 2009)

Sedangkan jenis kedua adalah logam berat tidak esensial

atau beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum

diketahui manfaatnya atau bahkan dapat bersifat racun,

seperti Hg, Cd, Pb, Cr dan lain-lain. Sebenarnya sumber-

sumber logam berat dapat berasal dari hasil pelapukan

2

batuan mineral dan antropogenik, namun ada juga yang

berasal dari aktivitas manusia melalui limbah dari suatu

industri atau penambangan, contohnya pertambangan minyak,

emas, batubara, pambangkit tenaga listrik, peptisida,

keramik, peleburan logam, dan pabrik-pabrik pupuk.

(Prayitno, 2009)

Sebagian logam berat seperti timbal (Pb), kadmium (Cd),

dan merkuri (Hg) merupakan zat pencemar yang berbahaya.

Logam berat termasuk zat pencemar karena sifatnya yang

stabil dan sulit untuk diuraikan. Berbeda dengan logam

biasa, logam berat adalah istilah yang digunakan secara

umum untuk kelompok logam berat dan metaloid yang

densitasnya lebih besar dari 5 g/cm3. Dalam perairan, logam

berat dapat ditemukan dalam bentuk terlarut dan tidak

terlarut. Logam berat terlarut adalah logam yang membentuk

komplek dengan senyawa organik dan anorganik, sedangkan

logam berat yang tidak terlarut merupakan partikel-partikel

yang berbentuk koloid dan senyawa kelompok metal yang

teradsorbsi pada partikel partikel yang tersuspensi (Razak,

1980)

Beberapa penelitian telah dilakukan guna mencari

penyelesaian dalam penanggulangan dan pencegahan logam

berat dalam libah. Berbagai penelitian menunjukkan bahwa

mikroorganisme memiliki kemampuan dalam menurunkan kadar

logam berat dari limbah

3

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pemisahan Logam

Metalurgi adalah pengetahuan yang mengkaji tentang cara-

cara pengolahan logam dari bijihnya hingga memperoleh logam

yang siap untuk digunakan. Pengolahan logam dilakukan melalui

beberapa proses, yaitu proses pengolahan mineral, proses

ekstraksi logam, dan proses metalurgi fisika. Dalam proses

pengolahan mineral, tahap uji yang paling kecil dilakukan

adalah tes metalurgi. Tes metalurgi dilakukan untuk mengetahui

komposisi kimia bijih, mempelajari mineralogi bijih (seperti:

komposisi mineral), densitas mineral, penetuan kadar air

(moisture), distribusi ukuran, dan derajat liberasi (rasio

antara berat mineral yang bebas dibandingkan dengan berat

mineral keseluruhan). Tahap lanjutan dari tes metalurgi adalah

pengujian skala laboratorium. Gambar 2 di bawah adalah diagram

alir yang menunjukkan alur proses dalam percobaan berskala

laboratorium.

Diagram alir proses percobaan skala laboratorium

(Kurniawan dkk, 2009)

4

Proses metalurgi fisika dibagi menjadi 3 prinsip

pengerjaan : (1) Perlakuan awal, dengan cara melakukan

pemekatan bijih (concentration of ore) agar bijih yang

diinginkan terpisah dari materi pengotor (gangue). (2) Proses

reduksi, yaitu mereduksi senyawa logam yang ada pada bijih

agar berubah menjadi logam bebas. (3) Pemurnian (refining),

yaitu melakukan pengolahan logam kotor melalui proses kimia

agar diperoleh tingkat kemurnian tinggi

Pemekatan Bijih bertujuan untuk memisahkan mineral dari

pengotornya sehingga diperoleh kadar bijih tinggi. Pemekatan

dapat dilakukan melalui dua teknik pemisahan, yaitu pemisahan

secara fisis dan pemisahan secara kimia.

1. Pemisahan secara fisis terdiri dari :

Pemisahan pengapungan (flotation separation),

Pemisahan gaya berat (gravity separation),

Pemisahan magtetik (magnetic separation),

Pemisahan pencairan (liquation separation), dan

5

Pemisahan amalgam (amalgams separation).

2. Pemisahan secara kimia terdiri dari :

Proses pelindian (leaching),

Proses pemanggangan (roasting),

2.2 Pemisahan logam dari bijih dan limbah logam

1. Bioleaching

Bioleaching adalah suatu proses pelarutan/pelepasan logam

atau pengambilan (ekstraksi) logam dari sedimen (limbah) atau

bijih logam menjadi bentuk yang larut dengan menggunakan

bantuan mikroorganisme. Pada metode bioleaching tidak

mempersoalkan tentang pelarut yang digunakan, jadi boleh

menggunakan pelarut yang tidak selektif terhadap logam

tertentu. Faktor penting yang dapat mempengaruhi kualitas dan

kuantitas bioleaching logam dari limbah padat (sedimen) atau

bijih logam adalah jenis limbah padat yang akan diolah, ukuran

partkel bijih, persen padatan, laju pengadukan yang paling

optimal, pemilihan jenis mikroorganisme, waktu ekstraksi,

persen ekstraksi, serta pH medium dan temperatur.

Jenis padatan logam yang daat digunakan untuk aplikasi

bioleaching dapat berupa bijih dengan kandungan logam yang

rendah ataupun limbah padat yang mengandung logam, seperti:

emas, timbal, seng, nikel, tembaga, krom dan sebagainya.

Pemilihan mikroorganisme yang akan digunakan harus memiliki

selektifitas terhadap logam-logam tertentu. Mikroorganisme

yang umumnya digunakan dalam proses bioleaching bisa dari

golongan bakteri dan fungi. Golongan bakteri seperti

Thiobacillus ferooxsidans, thiobasillus thiooxidans,

6

Escherechia Coli dan sebagainya, sedang golongan fungi seperti

Aspergillus niger, dan penicillium simplicissium

Pengembangbiakan mikroorganisme dilakukan dengan

mengambil sampel mineral dengan kondisi yang belum dilakukan

perlakuan apapun. Sampel masih dalam kondisi terkemas tepat

sebelum dilakukan pengambilan. Hal ini bertujuan untuk

mencegah terjadinya interaksi dengan mikroorganisme yang tidak

diharapkan, dengan kata lain untuk menjaga orisinalitas

sampel. Mikroorganisme dikembangbiakan didalam media dan

nutrisi tertentu. Media yang akan digunakan adalah media 9K+

yang mengandung (NH4)SO4, KCl, MgSO4.7H2O, FeSO4.7H2O. Nutrisi

untuk bakteri atau sumber energi didapat dari sulfur dan besi.

Sulfur dapat bersumber dari senyawa pirit (FeS2) atau sulfur

elemental dalam bentuk bubuk. Nutrisi lain seperti karbon,

oksigen dan nitrogen dapat diperoleh dari atmosfer dan limbah

industri tahu dan tempe yang kaya akan unsur-unsur ini

Penentuan temperatur bioleaching disesuaikan dengan

kondisi pertumbuhan optimum dari mikroorganisme yang digunakan

agar didapatkan yield konsentrasi logam yang maksimal. Dibawah

ini merupakan skema alat utama yang digunakan dalam proses

bioleaching

Skema Alat Bioleaching

7

(Kurniawan dkk, 2009)

Keterangan

A. Shaker

B. Water Batch

C. Termometer

D. Regulator Temperatur

E. Labu Erlemeyer

Bioleaching dilakukan dengan metode shaking (kocok)

menggunakan shaker yang kecepatan putarnya dapat diatur-atur

Tahap Pemisahan Logam dengan Bioleaching

(Kurniawan dkk, 2009)

8

A

BE

Mempersiapkan bahan baku spentcatalyst (pengecilan ukuran

menimbang bahan baku spentcatalyst dengan massa 100 g

Mempersiapkanmikroorganisme yang

Mempersiapkannutrisi

Pada percobaan bioleaching, medium cair terdiri dari aqua

DM, nutrisi, dan kultur mikroorganisme. Medium cair yang

mengandung asam organik inilah yang berperan sebagai solvent

untuk melarutkan logam ke dalam rafinat. Jika kandungan logam

dalam bahan baku relatif besar, maka volume medium cair yang

diumpankan juga harus besar. Hal ini bertujuan untuk

memperbesar yield logam dan juga menjamin mikroorganisme tetap

hidup , karena jika volume medium cair kecil sedanngkan

9

Nutrisi yangditambahkan

Jumlah mikroorganismeyang ditambahkan

adalah 10% dari total

Mencampur semua bahan dalam labu erlemeyerdan menambahkan aqua DM sebanyak 170 ml

Melakukan proses bioleaching secaraaerob pada temperatur 370C untukbakteri dan fungi, pada waktu

Melakukan dekantasi kemudianmengambil 25 ml sampel rafinatpada setiap variasi waktu yang

Padatan sisa yangdiperoleh dibuang karena

Melakukan analisiskonsetrasi logam pada 25 ml

Melakukan kembali percobaan sesuai denganvariasi jenis limbah, waktu bioleaching,

dan jenis mikroorganisme

kandungan logam dalam bahan baku besar, maka hal ini dapat

bersifat toxic bagi mikroorganisme sehingga kemungkinan

mikroorganisme akan menjadi non aktif lebih ceapat.

Selama bioleaching berlangsung pertumbuhan mikroorganisme

untuk memperbanyak diri tidak terlalu besar, karena

mikroorganisme ini akan lebih berkonsentrasi pada aktivitas

metabolismenya dengan mengkonsumsi makanan. Aktivitas

metabolisme yang dilakukan mikroorganism yaitu glikolisis.

Dalam hal ini glukosa sebagai sumber karbon berasal dari

medium nutrisi mikroorganisme yang ikut diumpankan bersama

mikroorganisme. Dengan pertimbangan bahwa bioleaching akan

dilangsungkan dalam waktu yang cukup lama, maka dibutuhkan

nutrisi yang cukup untuk menunjang aktivitas metabolisme

mikroorganisme untuk menghasilkan asam organik secara

kontinyu.

Aktivitas glikolisis yang terjadi berlangsung pada

suasana aerobik. Asam piruvat yang dihasilkan dari aktivitas

tersebut selanjutnya dikonversi oleh mikroorganisme dari

nutrisi menjadi senyawa asam organik, seperti asam asetat dan

asam sitrat. Asam organik yang dihasilkan berperan sebagai

agen leaching yang melarutkan solut logam menuju fasa cair

Pada saat logam mengalami pelarutan, maka reaksi yang

berlangsung adalah difusi, dimana driving forcenya adalah

perbedaan konsentrasi logam. Reaksi ini merupakan reaksi

antara atom-atom pada lapisan permukaan kristal logam dengan

larutan asam organik reaktif yang berada di luar kristal.

Waktu bioleaching sangat berpengaruh terhadap perolehan logam

dalam rafinat. Perolehan logam akan maksimal ketika tercapai

10

kondisi kesetimbangan yaitu ketika tidak terjadi lagi

pelarutan logam ke dalam rafinat. Pada umumnya proses

pelarutan dipengaruhi oleh temperatur, dimana semakin tinggi

temperatur maka pelarutan solut dari padatan ke dalam fasa

cair (rafinat) juga akan semakin besar, maka pada proses

bioleaching temperatur juga berpengaruh (Kurniawan dkk, 2009)

Contoh Mikroorganisme pada proses bioleaching

(1) Thiobacillus ferrooxidans

Di daerah pertambangan, bakteri Thiobacillus

ferrooxidans merupakan salah satu mikroorganisme

penting. Bakteri ini termasuk pelarut (leaching) logam-

logam dari bijih tambang, ditemukan pada daerah tambang

yang telah didrainase dengan pH lingkungan masam.

Thiobacillus ferrooxidans merupakan kelompok

acidophilik kemolithotropik yang toleran terhadap

logam-logam toksik (Clausen, 2000) dan hidup pada

lingkungan masam dengan temperatur panas, retakan bahan

volkanik, dan deposit bijih sulfida dengan konsentrasi

asam sulfurik tinggi. Bakteri ini dapat mengoksidasi

mineral sulfida dari fero menjadi feri dan mengubah

mineral sulfit menjadi asam sulfat. Thiobacillus

ferrooxidans berperan memisahkan logam dari bijinya

atau kotoran sehingga di dapat logam berkualitas

tinggi. Bakteri ini juga berperan memindahkan uranium

dari bijih tambang melalui reaksi secara langsung dan

tidak langsung.

(2) Sulfolobus acidocaldarius dan S. brierleyi

11

Kedua bakteri ini dapat mengoksidasi sulfur dan besi

sebagai sumber energi, dan memanfaatkan CO2 atau

senyawa organik sederhana untuk mendapatkan karbon.

Bakteri ini hidup dalam lingkungan aerobik maupun

anaerobik. Mineral-mineral chalcopyrite (CuFeS2) dan

molybdenite (MoS2) yang tahan terhadap kebanyakan

mikroorganisme, dapat dengan mudah diserang oleh

Sulfolobus dan menghasilkan logam-logam dapat larut

yang tidak toksik bagi organisme. Molibdenum adalah

sangat toksik untuk Thiobacilli, namun dengan mudah

dapat ditahan oleh S. brierleyi pada konsentrasi 750

mg/L. Walaupun Sulfolobus belum diisolasi sebagai

pelarut komersil, tetapi studi laboratorium menegaskan

bahwa mikroorganisme tersebut memiliki kemampuan untuk

berkembang biak di dalam lingkungan tanah. Kemampuannya

untuk melarutkan logam-logam dari bijih tambang baru

diakui saat ini, yaitu dapat menyerang struktur mineral

resisten (Brierley, 1982)

2. Bioremoval

Bioremoval didefinisikan sebagai terakumulasinya dan

terkonsentrasinya zat pencemar dari suatu cairan oleh bahan

biologi, selanjutnya melalui proses recovery bahan tersebut

dapat dibuang dan ramah terhadap lingkungan. Proses tersebut

meliputi pemilihan strain yang sesuai, metode kulturisasi dan

kondisi fisik biomassa. Mikroorganisme dimasukkan, ditumbuhkan

dan selanjutnya dikontakkan dengan air yang tercemar ion-ion

logam berat.

12

Proses pengontakkan dilakukan dalam jangka waktu tertentu

yang bertujuan agar biomassa terikat dengan ion logam. Semakin

lama logam dikontakkan dengan permukaan sel, maka akan semakin

banyak permukaan sel yang menjadi aktif dan melakukan

penyerapan terhadap logam. Setelah jangka waktu tertentu

kemampuan penyisihan logam oleh biomassa menjadi menurun

sampai mendekati konstan. Pada kondisi konstan mengindikasikan

tidak ada lagi permukaan sel yang dapat menjadi aktif untuk

membentuk ikatan dengan logam. Kemudian Ion logam yang telah

terikat tersebar pada permukaan sel, pengikatan ini didasarkan

pada kemampuan daya afnitas yang dimilikiya (Droste, 2007),

kemudian Ramadhan dan Marissa (2012) menambahkan Penyerapan

logam pada dinding sel terjadi akibat adanya berbagai senyawa

pembangun dinding sel seperti senyawa-senyawa polysaccharides

dan protein serta ligan-ligan ionik seperti asam karboksil,

amino dan posfat . Senyawa-senyawa ini yang dianggap sebagai

komponen aktif dalam proses biosopsi dengan membentuk senyawa

kompleks dengan logam.

Setelah terikat biomassa tersebut dipisahkan dari cairan.

Biomassa yang terikat dengan ion logam diregenerasi untuk

digunakan kembali atau kemudian dibuang ke lingkungan.

Kemudian Pembuangan limbah merupakan aspek yang terpenting

dari suatu proses bioremoval, pertama logam yang berikatan

dapat di elute dan biomassa dapat digunakan kembali untuk

beberapa siklus proses dan kedua biomassa yang berikatan

dengan logam berat dapat direduksi dengan menggunakan sistem

pengeringan

13

pemilihan

strain

Skema pemisahan dengan metode Bioremoval(Droste, 2007)

14

metode kulturisasi dankondisi fisik biomassa

Mikroorganisme

dimasukkan

Mikroorganisme

ditumbuhkan

Mikroorganisme dikontakkandengan limbah logam berat

Proses bioremoval ion logam berat umumnya melalui dua

mekanisme yaitu yang melibatkan proses active uptake dan

passive uptake.

a. Passive Uptake (Biosorpsi)

Passive uptake dikenal dengan istilah biosorpsi. Bisorpsi

merupakan salah satu proses penyerapan logam berat dari

limbah dengan menggunakan biomassa organisme. Proses

tersebut terjadi ketika ion logam berat mengikat dinding

sel dengan dua cara yang berbeda, yaitu :

i. pertukaran ion yang ion monovalen dan divalen seperti Na,

Mg, dan Ca pada dinding sel digantikan oleh ion-ion logam

berat,

ii. Pembentukan kompleks antara ion-ion logam berat dengan

gugus fungsi seperti karbonil, amino, thiol, hidroksi,

phosfat, dan hidroksi karboksil yang berada pada pada

dinding sel. Sebagian besar mikroorganisme mempunyai

15

Cairan tanpa logam dibuang ke

lingkungan.

Logam dan Biomassa dipisahkan dari

Biomassa yang terikat denganion logam diregenerasi untuk

logam di elute

suatu muatan elektrik negatif yakni yang terdapat pada

gugus bermuatan negatif dari atom membran sel dan dinding

sel. Selanjutnya kelompok bermuatan atau ligan contohnya

phosphoryl (PO4-), carboxyl (COO-), dan hidroksil (OH-)

bertanggung jawab untuk adsorpsi ion-ion logam bermuatan

positif dalam larutan

Proses biosorpsi bersifat bolak balik dan cepat tidak

tergantung terhadap faktor kinetik bioremoval bila

dikaitkan dengan penyebaran sel. Proses bolak balik ikatan

ion logam berat di permukaan sel tersebut dapat terjadi

pada sel mati dan sel hidup dari suatu biomassa. Proses

bisorpsi dapat lebih efektif dengan kehadiran pH tertentu,

karena pH dapat mempengaruhi titik isolistrik permukaan

biomassa. Pada pH rendah, permukaan sel akan bermuatan

negatif. dan kehadiran ion-ion lainnya di media dimana

logam berat dapat terendapkan sebagai garam yang tidak

larut. (Tortora, 2011)

Biosorpsi dapat didefinisikan sebagai kemampuan dari materi

biologi untuk mengakumulasi logam berat dari limbah melalui

metabolically mediated atau adsorpsi fisika-kimia dari

materi biologi tersebut

b. Actve uptake

Active Uptake dapat terjadi pada berbagai sel hidup.

Mekanisme tersebut secara simultan terjadi sejalan dengan

konsumsi ion logam untuk pertumbuhan mikroorganisme

atau/dan akumulasi intraseluler ion logam tersebut. logam

berat dapat juga diendapkan pada proses metabolisme dan

ekresi tingkat dua. Proses tersebut tergantung pada energi

16

yang terkandung, dan sentitifitasnya terhadap parameter-

parameter yang berbeda seperti suhu, kekuatan ikatan ionik,

dan cahaya. Proses tersebut dapat dihambat oleh suhu

rendah, tidak tersedianya sumber energi dan penghambat-

penghambat metabolisme sel. Biosorpsi logam berat dengan

sel hidup terbatas karena akumulasi ion yang menyebabkan

racun terhadap mikroorganisme. Hal tersebut dapat

menghalangi pertumbuhan mikroorganisme pada saat keracunan

terhadap ion logam tercapai. Kemampuan bertahan

mikoorganisme terhadap efek racun dari ion logam bergantung

pada jenis mikroorganisme. (Glik dan Pasternak, 2011)

Kedua mekanisme tersebut dapat berjalan serentak pada sel

hidup Mikroorganisme yang digunakan umumnya untuk kedua

mekanisme diatas adalah adalah sel biomassa mati, karena

lebih menguntungkan daripada menggunakan biomassa hidup.

Dengan sel biomassa mati ketoksikan ion logam yang diserap

tidak mempengaruhi sel, tidak memerlukan nutrien

tambahandan prosesnya relatif cepat dan efisien.

Contoh mikroorganisme pada proses biosorpsi

(1) Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisae sudah banyak diteliti berkaitan

dengan potensinya sebagai biosorben dan bioakumulator

logam berat, diantaranya karena memiliki persentase

material dinding sel sebagai sumber pengikat logam yang

tinggi juga biomassa. Mikroorganisme ini mudah

didapatkan karena banyak digunakan dalam proses

fermentasi., sedangkan kesetimbangan biosoprsi dengan

17

kondisi optimum untuk kadmium dilaporkan terjadi

sebesar 35 mg/g sel (Hadi et al.,2003)

(2) Chlorella regularis

Chlorella regularis digunakan dalam proses biosorpsi

ion logam berat. Pengambilan ion logam berat oleh

Chlorella regularis secara selektif dikarenakan adanya

ikatan yang kuat antara pasangan ion logam berat dan

komponen sel, khususnya protein.

2.3 Mekanisme Pemisahan Logam oleh Mikroorganisme

Mikroorganisme adalah lebih sensitif/stres terhadap

logam-logam berat dibandingkan binatang tanah atau tanaman

pada lingkungan tanah yang sama. Banyak jenis spesies

mikroorganisme yang telah diindentifikasi sejak 200 tahun lalu

tetapi sangat sedikit diantranya terindentifikasi sebagai

18

mikroorganisme yang mempunyai daya tahan tinggi terhadap

pengaruh ion logam. Pada konsentrasi tinggi, ion logam berat

akan bereaksi membentuk senyawa toksik di dalam sel

mikroorganisme. Agar dapat mempertahankan hidup dibawah

kondisi stres, bakteri mempunyai beberapa tipe mekanisme

toleran dalam pengambilan ion-ion logam berat. Secara umum

mekanisme ini meliputi:

Efflux ion logam pada bagian luar sel,

Akumulasi dan kompleks ion logam pada bagian dalam sel,

Reduksi ion logam untuk menurunkan efek toksik.

Kemudian peranan mikroorganisme dalam mempengaruhi proses

mobilisasi atau inmobilisasi unsur-unsur toksik adalah melalui

beberapa mekanisme berikut :

o Kelat unsur oleh proses metabolisme;

o Oksidasi-reduksi logam yang dipengaruhi daya larut atau

valensi;

o Perubahan pH yang mempengaruhi sifat ion, biosorpsi oleh

kelompok fungsional pada permukaan sel;

o Bioakumulasi oleh sistem transport energi;

o Immobilisasi untuk membentuk bahan stabil, biometilasi,

dan biodegradasi kompleks organik pada logam.

Mekanisme Pengolahan Logam berat oleh Mikroorganisme

(Sinaga, 2009)

19

Maka hal terpenting dalam pemilihan biomassa yaitu toleransi

suatu mikroorganisme terhadap ion logam berat.

a. Mobilisasi

Mobilisasi/pelarutan terhadap logam-logam toksik adalah

melalui reaksi oksidasi-reduksi dan produksi metabolisme asam

organik atau mineral yang dipengaruhi oleh naik turunnya pH

dalam larutan.

o Oksidasi enzimatik

Oksidasi enzimatik berguna untuk memindahkan spesies

inorganik dari larutan. Pencucian logam dari bijih

tambang secara biologi dilakukan oleh mikroorganisme

autotropik, seperti : Thiobacillus ferrooxidans atau

T.thiooxidans.

o Reduksi enzimatik

Reduksi enzimatik diperankan oleh mikroorganisme

anaerobik obligat dan fakultatif yang memiliki potensi

bioremidiasi secara in situ

o Pembentukan Kompleks

20

Agent pembentuk kompleks dari mikroorganisme bermanfaat

dalam menggerakkan senyawa inorganik toksik dan

memindahkannya dari sampah/limbah padat, melalui reaksi :

Logam + ligan kompleks logam

o Siderapore

memegang peranan penting dalam mengkompleks logam-logam

toksik dan meningkatkan daya larutnya (Gazso, 2001).

Siderapore lebih spesifik untuk Fe (III), tetapi dapat

juga mengkompleks logam-logam berat lainnya

b. Immobilisasi

Immobilisasi pada logam-logam berat ditunjukkan dengan

terbentuknya pengendapan (presipitasi), biosorpsi, dan

bioakumulasi.

o Pengendapan (presipitasi)

Degragasi mikroorganisme dari senyawa organo-phosphate

hingga orthophosphate dapat menyebabkan pengendapan logam

melalui pembentukan logam-phosphate, khususnya pada pH >

7, termasuk phosphate intraselular yang menyebabkan

immobilisasi logam-logam

o Biosorpsi

Biosorpsi logam toksik didasarkan pada proses non-

enzimatik seperti adsorpsi. Adsorpsi adalah pengikatan

non-spesifik dari spesies ionik pada permukaan sel, atau

polisakarida dan protein ekstraselular. Dinding sel

bakteri dan lapisannya, dinding fungi, ragi, dan alga

adalah efisien sebagai biosorbent logam (kelompok

21

pengikat bermuatan). Ion-ion logam dapat dipindahkan

melalui biomassa bakteri hidup atau mati

o Bioakumulasi

Salah satu faktor yang mempengaruhi bioakumulasi atau

biosorpsi oleh mikroorganisme adalah pH.

2.4 Proses pemisahan pada beberapa logam

1) Pemisahan Nikel

Pemisahan nikel menggunakan metode bioleaching.

Bioleaching merupakan salah satu proses ekstraksi dengan

memanfaatkan aktivitas bakteri. Bijih nikel sulfida dapat

diproses terlebih dahulu sebelum diekstraksi sehingga

dihasilkan konsentrat (hasil proses konsentrasi, yaitu salah

satu tahap operasi dalam pengolahan bahan galian yang

bertujuan untuk meningkatkan kadar mineral/logam dari bahan

galian tersebut) dengan kadar nikel 6-20 % dari semula 1-2%.

Sedangkan bijih laterit tidak dapat diaplikasikan seperti pada

bijih sulfida akibat unsur-unsur hidroksida di dalam laterit.

Akhirnya, energi yang dikonsumsi untuk mengekstraksi bijih

laterit lebih banyak sehingga biaya lebih mahal. Hal ini

mengakibatkan proses ekstraksi sulfida lebih efektif dan

efisien dengan metode konvensional.

2) Pemisahan Kromium

Kromium merupakan elemen berbahaya di permukaan bumi dan

dijumpai dalam kondisi oksida antara Cr(III) dan Cr(VI),

tetapi hanya Cr bervalensi tiga dan enam memeiliki kesamaan

sifat biologinya. Cr bervalensi tiga merupakan bentuk yang

umum dijumpai di alam dan dalam bahan biologis Cr selalu

22

berbentuk tiga valensi, karena Cr enam valenisi merupakan

salah satu bahan organik pengoksida tinggi. Cr tiga valensi

memiliki sifat racun yang rendah dibandingkan dengan enam

valensi. (Fairbridge dan Finkl, 2004)

Pemisahan kromium secara umum dilakukan terhadap Cr (VI)

karena tingkat toksiknya tinggi. Pemisahan kromium dalam

limbah menggunakan metode bioremoval dengan mekanisme

biosorpsi. Mekanisme biosorpsi ion Cr(VI) dengan menggunakan

biomassa atau mikroorganisme Saccaheromyces cerevisiae. Pada

pemisahan ini pH medium dibuat rendah, Pada pH rendah,

permukaan sel akan bermuatan negatif. Keadaan ini

memfasilitasi terserapnya ion logam Cr yang pada pH rendah

berada dalam bentuk Cr2O72- dan CrO42- (Tewari, 2005). Pada pH 3,

diduga permukaan sel berada dalam keadaan paling aktif

sehingga memberikan persentase penyisihan yang paling tinggi.

Pada pH rendah, reaksi hidrolitik dapat mengakibatkan

berubahnya komponen dan keadaan permukaan aktif sel. Hal ini

mengakibatkan terjadinya penurunan penyerapan yang dilakukan

sorben terhadap logam. Sedangkan pada pH tinggi, permukaan sel

akan perlahan menjadi bermuatan negatif, sehingga kekuatan

untuk mengikat ion-ion Cr menjadi semakin kecil dan mengurangi

kemampuan penyerapan. Pada pH tinggi juga terjadi presipitasi

ion Cr menjadi Cr(OH)3 yang mengurangi kelarutan ion Cr pada

larutan yang mengakibatkan berkurangnya jumlah ion Cr yang

dapat diserap oleh permukaan sel walaupun presipitasi Cr baru

dominan terjadi pada kisaran pH 9 sehingga biosorpsi tidak

dapat lagi dilakukan pada pH diatas 9 (Saefudin, 2007).

23

Semakin lama logam dikontakkan dengan permukaan sel, maka

akan semakin banyak permukaan sel yang menjadi aktif dan

melakukan penyerapan terhadap logam. Sehingga meningkatkan

kemampuan sorben dalam melakukan penyerapan terhadap Cr.

BAB III

KESIMPULAN

3.1 Manfaat Pemisahan

24

Secara umum, keuntungan pemanfaatan mikroorganisme

sebagai biosorben untuk pemisahan adalah

(1) Biaya operasional rendah,

(2) Efisiensi dan kapasitas pengikatan logam tinggi,

(3) Lumpur yang dihasilkan minimum,

(4) Memiliki mekanisme desorpsi yang memungkinkan

recovery logam,

(5) Memiliki mekanisme regenerasi sehingga dapat

digunakan kembali,

(6) bahan bakunya banyak tersedia dan mudah didapat,

(7) Tidak memerlukan tambahan nutrisi jika menggunakan

mikroba yang sudah mati

Proses ekstraksi menggunakan mikroorganisme lebih ramah

lingkungan karena kuantitas limbahnya sedikit dan bersifat

organik, mengurangi kebutuhan energi, dan mengurangi biaya,

sedangkan bila digunakan pengolahan dengan cara konvensional

tersebut membutuhkan biaya investai yang tinggi dan biaya

operasi yang mahal serta dampak lingkungan yang harus

dikendalikan dengan ketat, seperti polusi serta pencemaran zat

kimia lainnya. Hingga saat ini, teknologi yang efektif dan

efisien serta ramah lingkungan masih terus diteliti

3.2 Penggunaan Logam

Kromium

Pemanfaatan logam ini banyak digunakan dalam industri

penyepuhan logam, penyamakan kulit, tekstil pendinginan

air, pulp serta proses pemurnian bijih

Nikel

25

Dalam dunia industri, nikel digunakan sebagai bahan

paduan baja tahan karat (stainless steel), konduktor dan

paduan-paduan logam lainnya.

Seng

Dalam industri seng mempunyai arti penting diantaranya

yakni melapisi besi atau baja untuk proses tahan karat,

digunakan untuk bahan baterai, sengan dan aliasenya

digunakan untuk cetakan logam, penyepuhan listrik,

metalurgi bubuk. Seng dalam bentuk oksida digunakan untuk

industri kosmetik, plastik, karet, sabun, pigmen dalam

cat dan tinta. Seng dalam bentuk sulfida digunakan untuk

industri tabung televisi dan lampu pendar

3.3 Intisari

1. Dengan diterapkannya teknologi bioleaching, masalah energi,

biaya, dan lingkungan dapat teratasi

2. Proses bioremoval memberikan kontribusi yang cukup tinggi

guna mengurangi kadar logam berat pada level konsentrasi

yang sangat rendah.

3. Pengelolaan limbah secara biologis untuk mengurangi ion

logam berat dari air tercemar mucul sebagai teknologi

alternatif yang berpotensi untuk dikembangkan

dibandingkan dengan proses pengolahan air limbah secara

fisika-kimia.

4. Mikroorganisme memainkan peranan penting di banyak bidang

industri dan teknologi, terutama di tanah-tanah bekas

penambangan, pertanian, dan juga sebagai pengontrol

sampah/limbah buangan

26

5. Pengaruh menguntungkan antara mikroorganisme dan logam

adalah mikroorganisme dapat membersihkan lingkungan

terkontaminasi logam

Daftar Pustaka

Kurniawan, R dkk. 2009. Pemisahan Logam dari Limbah

Katalis Bekas dengan Proses Bioleaching. FT Industri

ITENAS, Bandung

Nopriani, L. S.2011. Teknik Uji Cepat untuk Identifikasi

Pencemaran Logam Berat Tanah di Lahan Apel Batu.

27

Proposal Disertasi. Program Doktor Pengelolaan Sumber

Daya Alam & Lingkungan Universitas Brawijaya, Kediri

Pratama, B. E dkk. Ekstraksi Nikel dari Bijih Nikel

Laterit melalui Proses Pelindian dengan Memanfaatkan

Bakteri. ITB, Bandung

Prayitno. 2009. Kajian Perbandingan Jenis Mikroba dalam

Bioremoval Logam berat dari limbah cair. Jurnal.

Politeknik Negeri Malang, Malang

Ramadhan, B dan Marissa H. 2012. Biosorpsi Logam Berat

Cr(VI) dengan Menggunakan Biomassa Saccharomyces

cerevisiae. FT Sipil dan Lingkungan ITB, Bandung

Said, I.N. 2010. Metoda Praktis Penghilangan Zat Besi dan

Mangan di dalam Air Minum. FMIPA Kimia USU, Medan

Sinaga, S. 2009. Studi Pemanfaatan Silika Gel Tersalut

Kitosan untuk Menurunkan Kadar logam Besi dan Seng

dalam Larutan Kopi. Thesis. Sekolah Pasca Sarjana USU,

Medan

Taberima, S. 2004. Peranan Mikroorganisme dalam Mengurangi

Efek Toksik pada Tanah Terkontaminasi Logam Berat.

Makalah Falsafah Sains. Program Psaca Sarjana/S3 IPB,

Bogor

28