MAKALAH MIKROBIOLOGI INDUSTRI BIOLEACHING
Disusun Oleh : Novi Hidayatul L.
M0409042
Nunung Ria N.
M0409045
Puput Nelasari
M0409049
Ratna Wati
M0409050
JURUSAN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan dan pertumbuban industri di samping memberikan kesejahteraan bagi masyarakat, juga menghasilkan buangan limbah. Limbah yang dihasilkan dari proses industri antara lain mengandung logam berat yang berasal dari industri peleburan baja, baterai, dan cat atau pewarna. Di lingkungan perairan, logam berat ini akan mengendap bersama lumpur atau bentuk sedimen sebagai sulfida, karbonat, dan fosfat yang tidak larut. Kandungan logam berat dalam lumpur atau sedimen berkisar 0,5-2% berat kering. Sementara Lester et al. (1983) dalam Couillard dan Zhu (1991) mengatakan bahwa pada beberapa kasus, kadar logam berat Cr, Cu, Pb, dan Zn dalam sedimen dapat mencapai 4% (wlw) berat kering. Logam berat Timbal (Pb) banyak digunakan pada industri peleburan besi dan baja, industri baterai, industri elektroplating, industri cat, warnaltekstil, kabel listrik, dan bahan aditif pada bahan bakar kendaraan bermotor (Stokinger, 1981; WHO, 1995). Oleh sebab itu industri tersebut sebagai donatur utama atau penghasil limbah logam berat timbal pada lingkungan perairan berbentuk sedimen atau lumpur. Bila sedimen atau endapan lumpur dengan kadar logam berat yang tinggi dikeruk dan dibuang ke tanah maka lingkungan tanah akan tercemar. Untuk menghilangkan dan mengekstraksi logam berat yang terdapat pada lumpur atau sedimen maka diperlukan suatu teknologi baru dengan bantuan bakteri leaching. Melalui proses tersebut kadar logam berat pada lumpur atau sedimen dapat dihilangkan atau diminimalkan sehingga aman terhadap lingkungan (Chen dan Lin, 2000). Dengan fakta tersebut perlu dilakukan upaya agar limbah yang dihasilkan dari pasar industri tidak mencemari lingkungan dan tentu saja mampu memberi keuntungan baik pada masyarakat awam maupun dari pihak industri itu sendiri. Bioleaching merupakan solusi yang tepat guna untuk menjawab keinginan masyarakat dan perusahan atau pabrik pada saat ini.
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan proses Bioleaching? 2. Bagaimana sejarah dari proses Bioleaching? 3. Bagaimana aplikasi Bioleaching dalam proses pemurnian timbal?
C. Tujuan
1. Mengetahui definisi proses Bioleaching. 2. Mengetahui sejarah dari proses Bioleaching. 3. Mampu memahami aplikasi Bioleaching dalam proses pemurnian timbal.
BAB II PEMBAHASAN
A. Sejarah Singkat Bioleaching
Gagasan mengenai pelarutan logam telah ada sejak tahun 166 SM ketika seorang ilmuwan bernama Galen menyebutkan mengenai konsep pelarutan logam tua pada tembaga di Cyprus. Kemudian Georgius Agricola (1494-1555) mendeskripsikan mengenai pembakaran pyrite (FeS2) untuk memproduksi FeSO4. Mulai tahun 1572 berdiri industri pelarutan logam tembaga di Rio Tinto, Spanyol. Semenjak tahun 1947, Thiobacillus ferrooxidans diidentifikasi dan diisolasi dari acid mine drainage . Dan mulai berkembang industri bioleaching semenjak itu. Sekarang dapat dijumpai lebih 40 bangunan/gedung dalam suatu industri yang digunakan untuk bioleaching tembaga, emas, seng, kobalt, dan uranium.
B. Definisi Bioleaching
Bioleaching merupakan suatu proses untuk melepaskan (remove) atau mengekstraksi logam dari mineral atau sedimen dengan bantuan organisme hidup atau untuk mengubah mineral sulfida sukar larut menjadi bentuk yang larut dalam air dengan memanfaatkan mikroorganisme. Sementara Talvivaara Mining Company (2010) mengungkapkan bahwa bioleaching merupakan suatu proses ekstraksi logam yang dilakukan dengan bantuan bakteri yang mampu mengubah senyawa logam yang tidak dapat larut menjadi senyawa logam sulfat yang dapat larut dalam air melalui reaksi biokimia. Bioleaching logam berat dapat melalui oksidasi dan reduksi logam oleb mikroba, pengendapan ion-ion logam pada permukaan sel mikroba dengan menggunakan enzim, serta menggunakan biomassa mikroba untuk menyerap ion logam. Bioleaching mempakan teknologi alternatif yang dapat dikembangkan sebagai salah satu teknologi untuk memperoleh (recovery) logam di masa mendatang. Bioleaching adalah proses ekstraksi logam mulia dari bijih dengan
menggunakan mikroorganisme. Proses ini merupakan alternatif dengan
dipanggang dan peleburan yang digunakan oleh para penambang jika ada logam dengan konsentrasi rendah dalam bijih dan mereka membutuhkan metode lingkungan yang efektif dan efisien. Bakteri berfungsi sebagai katalis untuk membuat proses di dalam bijih lebih cepat. Bakteri menggunakan reaksi kimia yaitu oksidasi untuk mengubah sulfida menjadi kristal logam sulfida. Bagian-bagian konstituen dari bijih dipisahkan menjadi logam mulia dan sisa belerang serta bahan kimia lainnya. Bioleaching melibatkan penggunaan mikroorganisme untuk mengekstrak
logam dari bijih berkadar rendah dan telah berhasil dilakukan untuk mendapatkan emas, tembaga dan uranium. Sekitar 20% dari tembaga dunia diproduksi menggunakan bioleaching. Bioleaching nikel, seng, dan kobalt dapat dilakukan dengan bakteri thermophyllic namun belum terbukti ekonomis, namun dengan sumber daya yang langka dan impor relatif mahal, maka cara tersebut mungkin bermanfaat. Nikel dan kobalt digunakan untuk paduan baja sedangkan seng digunakan untuk magnesium campuran.
C. Aplikasi Bioleaching dalam Industri Bioleaching dapat digunakan untuk mendapatkan besi yang banyak
dengan bakteri pengoksidasi belerang, termasuk Acidithiobacillus Thiobacillus dan Acidithiobacillus (sebelumnya dikenal sebagai Thiobacillus). Thiobacillus
thiobacillus ,
Thiobacillus
leptospirillum ,
Thiooxidans
thiobacillus , spesies Acidocaldarius dan lain-lain telah digunakan untuk bioleaching .
Acidiphilium,
Metallosphaera,
dan
Sulfobacillus,
Acidianus
juga
Ferroplasma,
telah
Acidocaldarius,
digunakan.
Bakteri
ini
memetabolisme asam dan belerang. Kadang-kadang proses ini membutuhkan substrat organik dan air seperti kulit kentang dan juga sebagai pelarut untuk mengekstrak logam dari massa bakteri. Sekam dari tanaman dapat digunakan untuk bioleaching dari pakan ternak. Sebagai prinsip umum, Fe
3 +
ion yang digunakan untuk mengoksidasi
bijih. Langkah ini sepenuhnya independen dari mikroba. Peran bakteri adalah mengoksidasi biji lebih lanjut, tetapi yang lebih penting juga regenerasi oksidan 3+
kimia Fe
2+.
dari Fe
Sebagai contoh, bakteri mengkatalisis penguraian mineral
pirit (FeS2) oleh mengoksidasi dari sulfur dan logam (dalam hal ini kasus besi 2+
besi, (Fe ) dengan menggunakan oksigen. Ini menghasilkan produk cair yang dapat lebih dimurnikan dan disempurnakan untuk menghasilkan logam yang diinginkan.
Jika bioleaching menjadi kegiatan industri kita akan ditekan untuk menghemat air dan sumber daya hydrogen. Hanya bijih yang mengandung belerang dapat digunakan karena pakan bakteri adalah belerang. Bioleaching tidak memerlukan banyak energi tetapi peosesnya lambat. Suhu tinggi pemanggangan dan peleburan tidak diperlukan, sehingga bioleaching bisa mendapatkan logam dari bijih kadar rendah. Di masa mendatang, mungkin bioleaching juga kan digunakan untuk logam tambang lainnya seperti seng dan nikel. Secara keseluruhan, bioleaching menciptakan polusi udara dan kerusakan yang minimal terhadap formasi geologi, karena bakteri yang digunakan adalah alami.
Aplikasi bioleaching secara umum:
Pembakaran pirit (FeS 2): Pada langkah pertama, disulfida secara spontan dioksidasi menjadi 3+
tiosulfat oleh besi ferri (Fe ), yang kemudian akan dikurangi untuk memberikan 2+ :
besi ferrous (Fe ) (1)
spontan
Besi ferrous ini kemudian dioksidasi oleh bakteri aerob: (2)
(Oksidasi besi)
Tiosulfat juga dioksidasi oleh bakteri untuk memberikan sulfat: (3)
(Oksidasi belerang)
Besi besi dihasilkan dalam reaksi (2) sulfida teroksidasi lebih seperti pada reaksi (1), menutup siklus dan diberi reaksi bersih: (4)
Produk bersih reaksi yang larut yaitu ferro sulfat dan asam sulfat. Proses oksidasi mikroba terjadi pada membran sel bakteri. Beberapa elektron masuk ke dalam sel yang digunakan dalam proses biokimia untuk menghasilkan energi bagi bakteri sementara mengurangi oksigen ke air. Reaksi kritis adalah oksidasi sulfida dengan besi besi. Peran utama dari bakteri adalah langkah regenerasi reaktan ini. Proses untuk tembaga sangat mirip, namun efisiensi dan kinetika tergantung pada mineral tembaga. Mineral yang paling efisien adalah mineral supergen seperti senshinsei kaliberasi, Cu 2S dan Covellite . Mineral tembaga utama kalkopirit (CuFeS2) jumlahnya melimpah dan
sangat efisien. Pencucian CuFeS 2 terdiri dari 2 dua tahap yaitu menjadi terlarut dan kemudian lebih lanjut dioksidasi, dengan Cu
2+
ion yang tertinggal dalam
larutan. Pencucian kalkopirit:
(1)
spontan
(2)
(Oksidasi besi)
(3)
(Oksidasi belerang)
Reaksi berakhir: (4) Secara umum, sulfida yang pertama dioksidasi menjadi sulfur elemental, sedangkan disulfida yang teroksidasi untuk membentuk tiosulfat , dan proses di atas dapat diterapkan pada bijih sulfida lain. Bijih-bijih uranium juga 3+
menggunakan besi sebagai oksidan (misalnya UO 2 + 2Fe
==> UO2
Dalam hal ini tujuan tunggal langkah bakteri adalah regenerasi Fe
2+
2+
+ 2Fe ).
3+.
Sulfidik
bijih besi dapat ditambahkan untuk mempercepat proses dan menyediakan sumber besi.
BAB III STUDI KASUS
Bioleaching Logam Timbal (Pb) dari Sedimen dengan Menggunakan Bakteri
Thiobacillus ferrooxidans Oleh
Proses bioleaching merupakan salah satu cara yang menjajikan untuk membebaskan logam berat yang terkontaminasi sedimen atau kotoran yang mengendap. Proses bioleaching tergantung pada pertumbuhan dan metabolisme bakteri yang terkait. Inti dari studi kasus ini untuk mengevaluasi efek dari tipe pembuangan dan waktu inkubasi pada proses bioleaching menggunakan Thiobacillus ferrooxidans. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa peleburan Pb pada proses bioleaching menghasilkan limbah 0,811 ppm dan limbah electroplating 0,412 ppm. Peleburan Pb ini menunjukkan adanya peningkatan pada saat inkubasi.
Tahapan Proses Bioleaching pada Timbal Mekanisme utama yang terlibat dalam bacterial leaching logam berat oleh Thiobacillus ferroxidans meliputi mekanisme langsung dan tak langsung, yang dapat digambarkan dengan persamaan berikut: Mekanisme langsung T. ferrooxidans MS
+
2O2
MSO4
Mekanisme tak langsung T. ferrooxidans SO
–
H2SO4
H2O + 3/2O2
+
sedimen - M – M
H2SO4
sedimen - 2H + MSO 4
Sampel sedimen limbah diambil dari bak penampungan dan saluran limbah industri baterai dan elektroplating di kawasan rungkut industri Surabaya. Pengambilan
sampel dilakukan di 5 titik pada bagian permukaan hingga kedalaman kira-kira 10 cm dengan menggunakan sendok plastik. Sedimen dari tiap jenis limbah yang diperoleh dicampur menjadi satu untuk mendapatkan sampel yang homogen kemudian dimasukkan ke dalam botol sampel. Konsentrasi logam berat dalam sedimen ditentukan dengan Flame atornic Absorption Spectrophotometer (FAAS) Shimadzu, model AA680. Dalam prosesnya tampak bahwa setelah proses bioleaching, baik limbah i ndustri baterai maupun limbah elektroplating menunjukkan adanya ion karbonat, sulfat, sulfit, tiosulfat, dan nitrat. Adanya ion sulfat dalam media setelah bioleaching disebabkan oleh perubahan senyawa sulfida logam PbS dalam sampel sebagai hasil mekanisme bioleaching. Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu inkubasi berpengaruh pada pelarutan Pb. Peningkatan waktu inkubasi menyebabkan peningkatan kadar Pb yang dileaching oleh bakteri. Kenaikan kadar Pb dalam larutan (media) diduga disebabkan oleh masa pertumbuhan, adaptasi, dan kontak bakteri dengan permukaan sampel (limbah). Makin lama bakteri teradaptasi dengan kondisi yang ada, maka makin banyakjumlah sel bakteri dihasilkan yang dapat melakukan aktivitas metabolismenya sehingga kadar Pb yang melarut meningkat pula. Berdasarkan penelitian tersebut dapat disimpulkan proses mikrobial leaching dengan biakan Thiobacillus ferrooxidans dapat dipakai untuk memisahkan logam berat dari sedimen tercemar. Kinerja proses bioleaching dipengaruhi oleh jenis limbah dan waktu inkubasi (waktu kontak) bakteri dengan permukaan partikel yang di-leaching.
BAB IV KESIMPULAN
Bioleaching merupakan suatu proses ekstraksi logam yang dilakukan dengan
bantuan bakteri yang mampu mengubah senyawa logam yang tidak dapat larut menjadi senyawa logam sulfat yang dapat larut dalam air melalui reaksi biokimia. Sejarah bioleaching sebenarnya telah ada sejak 160an Sebelum Masehi namun mula berkembang diawal tahun 1940an. Berdasarkan studi kasus dapat diketahui bahwa proses mikrobial leaching dengan biakan Thiobacillus ferrooxidans dapat dipakai untuk memisahkan logam berat dari sedimen tercemar. Kinerja proses bioleaching dipengaruhi oleh jenis limbah dan waktu inkubasi (waktu kontak) bakteri dengan permukaan partikel yang di-leaching.
DAFTAR PUSTAKA
Chen SY and Lin JG, 2000. Influence or Solid Content on Bioleaching of Heavy Metal from Contaminated Sediment By Thiobocillus s pp. I. or Chemical Teckonology and Bioteknology. 75: 649-56.
Conillard D and Zhu S, 1992. Bacterial Leaching of Heavy Metals From Sewage Sludge For Agricultural Application. Water, Air. And Soil Pollution, 63: 67-80. Stokinger IIE. 1981. The Metal, in Clayton GD, Clayton EF (Eds), Patty's Industrial Hygiene and Toxicology. New York: A Willey Interscience Publication, John
Willey &Sons. Talvivaara Mining Company. 2010. Production Technology. http://www.talvivaara. com/files/talvivaara/Presentations/Talvivaara_Technical_Seminar_London_ May_Presentation.pdf [diakses 13 Mei 2011] WHO, 1995. Environmental Healthcriteria 165: InorganicLead. Genewa: Word Health Organization.
