Post on 18-Jul-2015
transcript
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 1/30
16/03/
RE 092310
BIOTEKNOLOGI LINGKUNGAN
Prof. Joni Hermana
Lecture Notes
2011
fakultas teknik sipil dan perencanaan – ITS surabayahttp://www.ftsp.its.ac.id
Minggu ke: 3-4
fakultas teknik sipil dan perencanaan – ITS surabayahttp://www.ftsp.its.ac.id
Intervensi Mikroorganisma
Sumber: Evans, Gareth M and Judith C. Furlong (2003)
Environmental Biotechnology: Theory and Application. LohnWilley & Sons, England
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 2/30
16/03/
Intervensi Mikroorganisma
Terjadi dalam :
• Proses Manufaktur
• Pengendalian Polusi
• Pembuangan Limbah
Sistem Biologikal
Pengendalian dilakukan dengan:
• Mengontrol Temperatur Q 10 = (2-3) Q o• Keberadaan Nutrien
• Keberadaan Oksigen
Ini semua bergantung pada:
• Karakteristik bahan yang akan diolah ataudihilangkan (terutama yg larut dalam air)
• Kondisi lingkungan yang ada (suhu 20 – 300Cmaks 500C , pH 6.5 – 7.5 maks 9,0)
• Jenis tanah (berpasir / lempung / tanah liat)
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 3/30
16/03/
Extremophiles
Beberapa organisma mampu berada dalamkondisi yang ekstrim, misalnya: salinitas, suhumaupun temperatur yang tinggi. Contohnya: GrupArchea mampu hidup dalam suhu dan salinitas yang tinggi
Ada juga yang toleran terhadap ionisasi radiasi,tekanan atau pH tinggi. Contohnya “Black smokers”
Fungsi mempelajari alur metabolisme organismeini akan membantu dalam memberi routealternatif terhadap berbahagai bahan kimia yangkonvensional dan kadang lebih baik dari prosestradisional
“Green Chemistry”
Upaya mendesain sistem produksi yang ramah
lingkungan, efisien energi dan penggunaan
karbon yang rendah.
Hal ini memerlukan pemahaman tentang
inovasi dan rekayasa biologis.Rekayasa ini banyak dimanfaatkan dalam
proses Produksi Bersih (clean production).
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 4/30
16/03/
“Extremoenzyme”
Adalah enzim yang membuat organisma dapat
berfungsi dalam kondisi lingkungan yang
diperlukan.
Perdagangan enzim jenis ini mencapai 3 milyar
USD/tahun ! (utk kebutuhan medis dan industri)
Enzim ini dapat meningkatkan efisiensi produksi
dan pengurangan biaya.
Enzim ini dapat digunakansebagai dasar untuk
proses pembentukan enzim yang baru.
“Extremoenzyme”
Kelemahan dalam proses memanfaatkan enzimini dibandingkan sistem yang konvensional
Proses katalitik konvensional dapatmemanipulasi pengadukan, pH, suhu, tekananmaupun konfigurasi reaktor utk memperolehhasil yang diinginkan, sementara hal ini tidakdapat dilakukan pada sel mikroba karenaterlalu sensitif sehingga dpt merusak aktivitasenzim.
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 5/30
16/03/
“Thermophiles”
Untuk mikroba yang masih dapat bekerja > 450C
(jika > 850C disebut hyperthermophiles,
kebanyakan diperoleh dr aktivitas merapi), mis:• Thermus aquaticus, yang menyebabkan berkembangnya PCR
(polymerase chain reaction)
• Sulfolobus acidocaldarius, hyperthermophiles, di bawah laut
• Pyrolobus fumarii, dapat hidup > 100 0C -> oceanic smokers
(tidak ada organisma multiselular yg dapat hidup > 50 0C, atau
tidak ada eukaryote yng dapat hidup > 50 0C)
“Thermophiles”
No Mikroorganisme Lingkungan Keterangan
1. ThermophilesThermus Aquaticus
Temperatur > 45°CMampu hidup padatemperatur 70 C
2.Hyper ThermophilesSulfolobusacidocaldarius
Temperatur >85°CMampu hidup pada suhu85 °C dan lingkungan asam
Pyrolobus fumarii Temperatur 100°C
Mampu pada suhu
berkisar pada 105°C -113°C
3. Psychrophiles Temperatur 1-3°C Hidup pada suhu 4oC
4. Halophiles Kadar garam tinggiDpt hidup pada salinitastinggi
5. Acidofilik Kondisi pH < 5Dpt hidup pada kondisiasam
6. Alkaliphiles Kondisi pH > 9Dpt hidup pada kondisilingk basa
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 6/30
16/03/
Senyawa Xenobiotics
No Senyawa Permasalahan Peranan Mikroorganisme
1 EsterogenSintetis (EE2)
Dapat menimbulkanreproduksi(feminisasi) padabebrapa jenis ikan.
Mikroorganisme masih belummampu mendegradasi senyawatersebut tetapi masalahmengaktifkan kembali hormoneestrogen tsb dengan enzim P-glucuronidase
2DDT(Dichlorodiphenyl trichloroethane )
Persisten Lingkungan Mikroorganisme belum mampumendegradasi DDT
3PAHs(Polyaromatic
Hydrocarbons)
Bersifat karsinogenikdan teratogenik
Beberapa genus bakteri dapatmendegradasi PAH misalnyaVybrio Cyclotro[hycus dapat
mendegradasi naphthalene danphenanthrene.
4PCBs(Polychlorinatedbyphenyl )
Bersifat karsinogenikdan mutagenic
Pseudomonas putida mampumemdegradasinya.
Endocrine Disrupters
• Pergerakan DNA di dalam sel, sedangkan DNA
diluar inti sel diwakili oleh RNA karena DNA
hanya terdapat di inti sel.
• Begitu juga pergerakan DNA antar sel hanya
dapat diwakili oleh RNA. Dalam hal ini makaDNA akan membentuk RNA yang mewakilinya
dalam aktivitas pergerakan tersebut.
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 7/30
16/03/
Endocrine Disrupters
• Dalam DNA telah tersimpan informasi apakah
mikroba tersebut dapat menguraikan suatu
zat, dan informasi genetik ini dapat berasal
dari selnya sendiri atau transfer dari mikroba
lain. Bila informasi ginetik ini berasal dari
selnya sendiri masih dapat dibedakan apakah
orisinal atau hasil modifikasi (mutasi) karena
mikroba terpapar di lingkungan yang
terkontaminasi satu zat.
Endocrine Disrupters
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 8/30
16/03/
Endocrine Disrupters
fakultas teknik sipil dan perencanaan – ITS surabayahttp://www.ftsp.its.ac.id
Polusi dan Pengendaliannya
Sumber: Evans, Gareth M and Judith C. Furlong (2003)
Environmental Biotechnology: Theory and Application. LohnWilley & Sons, England
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 9/30
16/03/
Klasifikasi Pencemar
• Sangat bergantung pada tujuan yang
dikehendaki. Jika dilihat dari dampaknya:
– Toksisitas
– Persistensi
– Mobilitas
– Kemudahan dalam pengendalian
–
Bioakumulasi – Sifat kimiawi
Klasifikasi Fisika dan Kimiawi
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 10/30
16/03/
Klasifikasi Media Lingkungan
• Menentukan besaran dampak yang akan terjadi.
Apabila media lingkungan stabil maka kerusakan
yang akan terjadi lebih kecil dibandingkan dengan
lingkungan yang tidak stabil. Perilaku polutan:
– Dilusi dan Dispersi Polutan:
• Udara
• Air
•
Tanah – Konsentrasi dan Kontenmen Polusi
Toksisitas Polutan
Ada 2 mekanisme:
• Langsung
– Dampak polutan muncul saat bergabungnya
kontaminan dengan sel atau enzim sehingga tidak
dapat berfungsi semestinya• Tidak langsung
– Dampaknya akan timbul sebagai hasil dari reaksi
keberadaan kontaminan tersebut, misalnya reaksi
histamin dalam merespon alergik.
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 11/30
16/03/
Toksisitas Polutan
Toksisitas Polutan
• Terutama berlangsung dalam kondisi releaseberlebihan yang diakibatkan aktivitas manusiasehingga mengganggu siklus yang alamiah
• Dampak toksisitas juga ditentukan oleh jenislogam (type A dan type B)
• Akibat aplikasi dalam pemanfaat bioteknologiuntuk berbagai aplikasi, misalnya untukpengolahan limbah
• Juga dipengaruhi bentuknya saat uptake
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 12/30
16/03/
Toksisitas Kation dalam Berbagai Aplikasi Biologis
Aplikasi Pengendali Polutan
• Contoh dalam bidang pengendalian polusi
udara dan bau:
– Bgmn mengendalikan polusi udara padahal
bakteri berada dalam air?
–
Dimulai sejak 1920 untuk H2S, kemudianberkembang pada xenobiotic compounds 1960an
– Variabelnya suhu 15-30 ⁰C, kelembaban, pH 6 – 9,
oksigen dan nutrien cukup
– Debit 1000 – 100.000 m3/jam
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 13/30
16/03/
Biofilter
Medium:
•Serpihan kayu
•Humus
•Gergajian kayu
•dsb
Variabel:
•Ratio A/V
•Porositas
•Nutrien
•Kelembaban
Menghilangkan bau > 95%
Biotrickling Filters
Medium:
•Klinker
•Slag
Variabel:
•Ratio A/V
•Porositas
•Kompaksi
media
•Kelembaban
Kontrol Proses:
•Kualitas air
yang
diresirkulasi
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 14/30
16/03/
Bioscrubbers
•Tidak murni
proses biologis
karena ada
pengenceran
•Cocok untuk
senyawa
hydrophylic, mis
acetone,
methanol
Opsi Proses yang Lain
• Absorpsi
• Adsorpsi
• Insinerasi
• Ozonasi
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 15/30
16/03/
Aplikasi Teknologi Bersih
• Perubahan Proses
• Pengendalian Biologis
• Bio-substitusi
Perubahan Proses
• Penggantian proses kimiawi dalam produksi
yang melibatkan peran enzim atau mikroba,
termasuk organisma hasil rekayasa genetik
• Studi Kasus:
– Industri Tekstil
– Industri Kulit
– Desulfurisasi Batubara dan Minyak
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 16/30
16/03/
Pengendalian Biologis
• Pendekatan pada seluruh organisma
– Ada 3 metoda dalam pengendalian organisma
(pest)
– Bagaimana aplikasinya dalam bidang
bioteknologi?
• Penggunaan agen semikimiawi
Bio-substitusi
• Barier untuk uptake
• Substitusi Sederhana
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 17/30
16/03/
KONVERSI ALIRAN CARBON
ALIRAN MASSA DAN ENERGI PADA PROSESRESPIRASI GLUKOSA
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 18/30
16/03/
ALIRAN MASSA DAN ENERGI PADA PROSES
FERMENTASI GLUKOSA
PROSES DEGRADASI ANAEROBIK SELULOSA
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 19/30
16/03/
PROSES DEGRADASI ANAEROBIK STARCH
PROSES DEGRADASI ANAEROBIK PROTEIN
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 20/30
16/03/
PROSES DEGRADASI ANAEROBIK LEMAK
KANDUNGAN BIOGAS DAN ENERGI PADAPROSES ANAEROBIK
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 21/30
16/03/
KEBUTUHAN ELEKTRON DAN YIELDS
KEBUTUHAN ELEKTRON DAN YIELDS
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 22/30
16/03/
PERBANDINGAN ELEKTRON AKSEPTOR
DAN ELEKTRON DONOR
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 23/30
16/03/
MENGESTIMASI RUMUS BIOMASSA
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 24/30
16/03/
CONTOH:
KESETIMBANGAN REAKSI GLYCOLYSIS
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 25/30
16/03/
RUMUS YIELDS:
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 26/30
16/03/
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 27/30
16/03/
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 28/30
16/03/
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 29/30
16/03/
5/16/2018 Bioteknologi Lingkungan Minggu 3-4 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bioteknologi-lingkungan-minggu-3-4 30/30
16/03/
TERIMA KASIH