BAB II TINJAUAN PUSTAKA A.
Sungai dan Fungsinya Saat ini masalah utama yang dihadapi oleh sumber daya air meliputi kuantitas air yang sudah tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus meningkat dan kualitas air untuk keperluan domestik yang semakin menurun. Kegiatan industri, domestik, dan kegiatan lain berdampak negatif terhadap sumber daya air, antara lain menyebabkan penurunan kualitas air. Kondisi ini dapat menimbulkan gangguan, kerusakan dan bahaya bagi semua mahluk hidup yang bergantung pada sumber daya air. Oleh karena itu diperlukan pengelolaan dan perlindungan sumber daya air secara seksama. Sungai sebagai sumber air, sangat penting fungsinya dalam pemenuhan masyarakat dan sebagai sarana penunjang utama dalam meningkatkan pembangunan nasional. Di dalam peraturan Pemerintah Nomor : 35 Tahun 1991, telah tersurat pengertian sungai yaitu tempattempat dan wadah-wadah serta jaringan pengaliran air mulai dari mata air sampai muara dengan dibatasi kanan dan kirinya serta sepanjang pengalirannya oleh garis sempadan. Garis sempadan sungai adalah garis batas luar pengamanan sungai. Garis sempadan ini dalam bentuk bertanggul dengan ketentuan batas lebar sekurang-kurangnya 5 meter yang terletak di sebelah luar sepanjang kaki tanggul 10. Sungai sebagai sumber air yang merupakan salah satu sumber daya alam berfungsi serbaguna bagi kehidupan dan penghidupan mahluk hidup. Air merupakan segalanya dalam kehidupan ini yang fungsinya tidak dapat digantikan dengan zat atau benda lainnya, namun dapat pula sebaliknya, apabila air tidak dijaga nilainya akan sangat membahayakan dalam kehidupan ini. Sungai sebagaimana dimaksudkan harus selalu berada pada kondisi dengan cara : 1). Dilindungi dan dijaga kelestariannya. 2). Ditingkatkan fungsi dan kemanfaatannya. 3). Dikendalikan daya rusaknya terhadap lingkungan. Air atau sungai dapat merupakan sumber malapetaka 8
apabila tidak dijaga, baik dari segi manfaatnya maupun pengamanannya. Misalnya dengan tercemarnya air oleh zat-zat kimia selain mematikan kehidupan yang ada di sekitarnya juga merusak lingkungan 10.
B.
Pencemaran Air Pencemaran adalah suatu penyimpangan dari keadaan normalnya. Jadi pencemaran air tanah adalah suatu keadaan air tersebut telah mengalami penyimpangan dari keadaan normalnya. Keadaan normal air masih tergantung pada faktor penentu, yaitu kegunaan air itu sendiri dan asal sumber air 11. Perkembangan teknologi dan industri dapat berdampak positif atau negatif bagi kehidupan manusia. Dampak positif (menguntungkan), yaitu dampak yang diharapkan dalam rangka meningkatkan kualitas dan kenyamanan hidup. Dampak negatif (merugikan), yaitu dampak yang dapat menurunkan kualitas/kenyamanan hidup. Dampak ini tidak diharapkan karena menimbulkan masalah yang harus diatasi, yaitu masalah kerusakan atau pencemaran lingkungan. Dalam pasal 1 Peraturan Pemerintah Nomor : 20 tahun 1990 Tentang Pengendalian Pencemaran Air, bahwa yang dimaksud dengan pencemaran air adalah masuknya atau dimasukkannya mahluk hidup, zat, energi dan atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia, sehingga kualitas air turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan air tidak berfungsi lagi sesuai dengan peruntukannya 12. 1.
Kualitas Air Berdasarkan Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No.82 tahun 2001 tentang Pengolahan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air menerapkan kriteria kualitas air yang dapat diterima untuk serangkaian kategori penggunaan adalah : 1). Kelas I : Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk air baku air minum, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut;
2). Kelas II : Air yang peruntukannya dapat
9
digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut;
3). Kelas III : Air yang peruntukannya dapat
digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi
pertanaman,
dan
atau
peruntukan
lain
yang
mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut; 4). Kelas IV : Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk mengairi pertanaman dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut 1,10. Pengukuran kualitas atau pencemaran air sungai menggunakan komposisi parameter fisik (bau, warna, jumlah zat padat terlarut, kekeruhan, rasa) kimia (bahan an-organik : besi, seng, alumunium, kesadahan, klorida, mangan, pH, sulfat, serta tembaga) dan bakteriologis (jumah kuman dan total coli) dinyatakan dalam bentuk Water Quality Index atau Indeks Kualitas Air (IKA) diperoleh dengan mengambil akar dari perkalian kesembilan parameter, yaitu : 1).Temperature (C); 2). Dissolved (%); 3). Fecal coliform (jumlah); 4). Total PO4; 5). Total NO3; 6). BOD3 (mg/L); 7). Total solids (mg/L); 8). pH; 9). Turbidity (NTV) 12.
IKA
=
1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x 8 x 9 Indeks kualitas air ini bervariasi dari nilai 0 – 100, yaitu kualitas
air ini diukur dari kualitas air yang paling jelek sampai dengan kualitas paling baik. IKA merupakan alat untuk membandingkan kualitas air secara umum, dan dapat dipakai oleh berbagai pihak termasuk masyarakat dan para pengambil keputusan. Indeks ini tidak memperhitungkan parameter lain seperti logam berat, lemak, minyak, dan bahan beracun 12.
10
2.
Komponen Pencemar Air Komponen pencemar air dapat berupa bahan buangan padat, organik, anorganik, olahan bahan makanan, cairan berminyak, zat kimia, dan panas. a. Bahan buangan padat/butiran. Berupa limbah padat atau butiran yang tidak dapat / sulit didegradasi mikroorganisme, misalnya air sabun. 1). Pelarutan bahan buangan padat menyebabkan perubahan warna. Larutan pekat dan berwarna gelap mengurangi penetrasi sinar matahari ke dalam air, fotosintesis dalam air terganggu sehingga jumlah oksigen terlarut berkurang dan akan berpengaruh terhadap kehidupan organisme dalam air. 2). Pengendapan bahan buangan padat akan menutupi permukaan dasar air, menghalangi fotosintesis, menutupi sumber makanan dan telur ikan di dasar air, sehingga jumlah ikan berkurang. 3). Pembentukan koloidal yang melayang dalam air menyebabkan keruh dan menghalangi sinar matahari, fotosintesis terganggu dan jumlah oksigen terlarut berkurang sehingga mempengaruhi kehidupan dalam air. b. Bahan buangan organik. Berupa limbah yang dapat membusuk/terdegradasi oleh, misalnya mikroorganisme. Menyebabkan jumlah mikroorganisme bertambah dan tumbuh bakteri patogen yang merugikan. Limbah ini dapat diproses menjadi pupuk/kompos. c. Bahan buangan anorganik. Berupa limbah yang tidak dapat membusuk dan sulit didegradasi oleh mikroorganisme sehingga dapat meningkatkan jumlah ion logam dalam air. Limbah ini berasal dari industri yang melibatkan unsur logam Pb, As, Cd, Hg, Cr, Ni, Ca, Mg, Co, misalnya pada industri kimia, elektronika, elektroplating. Ion logam Ca dan Mg menyebabkan air sadah yang mengakibatkan korosi pada alat besi,
11
menimbulkan
kerak/endapan
pada
peralatan
proses
seperti
tangki/bejana air, ketel uap, dan pipa penyalur. Ion logam Pb, As, Hg bersifat racun sehingga air tidak dapat untuk minum. d. Bahan buangan olahan bahan makanan (termasuk bahan organik). Jika bahan mengandung protein dan gugus amin akan terdegradasi menjadi senyawa yang mudah menguap dan berbau busuk sehingga air mengandung mikroorganisme dan bakteri patogen. e. Bahan buangan cairan berminyak. Tidak larut dalam air, mengapung dan menutupi permukaan air. Jika mengandung senyawa volatil akan menguap. Terdegradasi oleh mikroorganisme dalam waktu lama. f. Bahan buangan zat kimia, misalnya: 1). Sabun, deterjen, shampoo, dan bahan pembersih lainnya. 2). Bahan pemberantas hama/insektisida. 3). Zat pewarna. 4). Larutan penyamak kulit. 5). Zat radioaktif. Pada jumlah tertentu manusia membutuhkan beberapa zat kimia untuk metabolisme, tetapi ada beberapa zat kimia yang pada jumlah besar membahayakan, seperti contoh beberapa zat-zat terlarut dalam air yang dapat menggangu kesehatan antara lain 12: a).
Selenium, diijinkan < 0,01 mg/l, pada jumlah besar (>3-4 mg/l) menyebabkan keracunan pada anak.
b).
Arsen bila melebihi batas merupakan racun, chronic effect, bersifat karsinogenik pada kulit, hati, dan saluran empedu melalui kontak dengan makanan (food intake).
c).
Barium, yang diijinkan < 1,5 mg/l dan dalam jumlah besar bersifat toksid pada hati, aliran darah, nervous.
d).
Cadmium, dapat menjadi racun, menimbulkan batu ginjal, gangguan
lambung,
kerapuhan
tulang,
berkurangnya
12
haemoglobin dan pigmentasi gigi bagi manusia melalui makanan. e).
Chromium, bersifat karsinogenik pada kulit dan pernafasan.
f).
Timah hitam, bila melebihi batas menjadi racun, dapat melalui makanan, air, udara, dan rokok.
g).
Merkuri (air raksa), dapat menjadi racun bagi sel-sel tubuh, merusak ginjal, hati dan syaraf. Pada bayi dapat menyebabkan keterbelakangan mental dan celebral palsy.
h).
Nitrat,
pada
kadar
15
–
250
mg/l
menyebabkan
methemogloinemia (terhalangnya perjalanan oksigen dalam tubuh) pada bayi melalui air yang dicampur susu. i).
Nitrit, dalam dosis yang besar serupa dengan nitrat, yaitu menghambat perjalanan oksigen dalam tubuh. Dosis maksimum yang diijinkan adalah 0,5 mg/l.
j).
Selenium, bila > 3-4 mg/kg makanan yang masuk dapat menyebabkan keracunan pada anak, dan dapat menyebabkan kanker hati, ginjal dan limpa.
k).
Perak (Ag), dapat menyebabkan penyakit agria, warna kulit kelabu kebiruan dan penyakit pada mata.
l).
Fluor, dibutuhkan untuk mencegah caries pada gigi, tetapi bila jumlah berlebihan akan menyebabkan penyakit fluoresis.
m).
Magnesium merupakan komponen dari kesadahan, dalam jumlah kecil dibutuhkan karena untuk pertumbuhan tulang, tetapi bila > 150 mg/l akan menyebabkan rasa mual.
n).
Besi (Fe), merupakan salah satu unsur yang dibutuhkan untuk metabolisme tubuh, tetapi bila > 0,1 mg/l menimbulkan bau dan rasa tidak enak, warna air akan kemerah-merahan dan membentuk endapan pada pipa logam (berkarat). Apabila dikonsumsi akan mempengaruhi kesehatan ginjal.
13
0).
Cyanida (CN) Cyanida pada dosis tunggal 10 mg dan 3 – 5 mg/hari tidak menimbulkan gangguan begitu besar, tetapi untuk dosis tunggal 50 mg akan dapat berakibat fatal. Standar menurut Departemen Kesehatan Republik Indonesia adalah harus < 0,05 mg/l atau menurut WHO Internasional < 0,5 mg/l. Air limbah rumah tangga yang dibuang dan diambil kembali
dari sungai atau waduk, bila tidak memenuhi syarat harus melalui proses perbaikan mutu dulu baru dapat digunakan sebagai air rumah tangga.
C.
Limbah Limbah adalah zat, energi, dan atau komponen lain yang dikeluarkan atau dibuang akibat sesuatu kegiatan baik industri maupun non-industri
13
.
Air limbah terdiri dari berbagai zat-zat organik maupun anorganik. Dalam air limbah yang bersumber dari larutan anorganik dan bahan organik terdapat partikel-partikel
lainnya yang harus disingkirkan.
Air limbah
adalah cairan buangan yang berasal dari rumah tangga, industri dan tempattempat umum lainnya yang biasanya mengandung bahan dan zat yang dapat membahayakan
kehidupan
manusia
serta
mengganggu
kelestarian
lingkungan10. Limbah air dijumpai pada industri yang menggunakan air dalam proses produksinya. Mulai dari pra pengelolaan bahan baku, seperti pencucian, sebagai bahan penolong, sampai pada produksi akhir menghasilkan limbah cair. Pada dasarnya limbah air tidak memberi efek pencemaran sepanjang kandungannya tidak membawa senyawa-senyawa yang membahayakan ataupun bahan-bahan endapan. Air adalah salah satu media yang efektif untuk membawa limbah yang pada gilirannya mencemari lingkungan. Apabila limbah cair tidak melalui pengolahan dan dibuang langsung ke lingkungan umum, sungai, danau, laut maka akan berdampak negatif pada lingkungan karena adanya polutan di dalam air
14
menjadi semakin tinggi. Setiap limbah yang keluar harus memenuhi kriteria baku mutu limbah yang ditetapkan sesuai dengan ketentuan dan peraturan yang berlaku. Penanggulangan limbah dapat dilakukan dengan pemungutan bahanbahan buangan yang masih mempunyai nilai ekonomis dengan tujuan memproses secara teknologi (recovery) atau daur ulang / penggunaan kembali. Limbah kemungkinan dapat diolah dari sampah-sampah sisa produksi sebelum dibuang dengan peralatan yang sesuai sering disebut reuse.
D.
Logam Berat Dalam kehidupan sehari-hari, kita tidak terpisah dari benda-benda yang bersifat logam. Pencemaran logam berat cenderung meningkat sejalan dengan meningkatnya proses industrialisasi. Pencemaran logam berat dalam lingkungan (perairan, tanah, udara) bisa menimbulkan bahaya bagi kesehatan. Logam berat dibagi ke dalam 2 jenis yaitu : 1). Logam berat esensial ; yakni logam dalam jumlah tertentu yang sangat dibutuhkan oleh organisme. Dalam jumlah yang berlebihan, logam tersebut bisa menimbulkan efek toksik. Contohnya adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan lain sebagainya. 2). Logam berat tidak esensial ; yakni logam yang keberadaannya dalam tubuh manusia masih belum diketahui manfaatnya, bahkan bersifat toksik seperti Hg, Cr, Cd, Pb dan lain sebagainya 14. Logam berat masuk ke dalam jaringan tubuh makhluk hidup melalui beberapa jalan, yaitu saluran pernapasan, pencernaan, dan penetrasi melalui kulit. Absorbsi logam melalui saluran pernapasan cukup besar, baik pada biota air yang masuk melalui sistem pernafasan, maupun biota darat yang masuk melalui debu di udara ke saluran pernapasan 15. Logam berat dapat menimbulkan efek gangguan terhadap kesehatan manusia. Efek toksik dari logam berat mampu menghalangi kerja enzim
15
sehingga mengganggu metabolisme tubuh, menyebabkan alergi, bersifat mutagen, teratogen, ataupun karsinogen. Karena itu pencemaran logam berat dalam lingkungan (perairan, tanah, udara) perlu diperhatikan secara serius mengingat bahaya yang ditimbulkan terhadap kesehatan manusia maupun bagi kesetimbangan lingkungan hidup.
E.
Besi Dalam Air Besi adalah logam dalam kelompok makromineral di dalam kerak bumi, tetapi termasuk kelompok mikro dalam sistem biologi. Besi merupakan salah satu unsur logam transisi periode ke empat golonganVIII B yang mudah ditempa, mudah dibentuk, berwarna putih perak, dan mudah dimagnetisasi pada suhu normal. Dalam sistem periodik unsur besi mempunyai nomor atom 26 dan massa atom 55.847 sma dan memiliki titik lebur pada 1535oC, dan tidak tahan terhadap proses oksidasi . Dalam bentuk senyawa, besi mempunyai bilangan oksidasi +2 dan +3 16. Di alam besi dalam bentuk senyawa-senyawa antara lain sebagai hematite (Fe O ), magnetit (Fe O ), pirit (FeS ), siderite (FeCO ). Besi 2
3
2
4
2
3
murni diperoleh dari proses elektroforesis dari larutan besi sulfat. Fungsi bahan yang mengandung besi adalah mengangkut oksigen dan mediasi dalam rantai pemindahan electron. Pada air permukaan jarang ditemui kadar Fe > 12 mg/l, tapi dalam air tanah kadar Fe dapat jauh lebih tinggi. Konsentrasi Fe yang tinggi dapat dirasakan dan dapat menodai kain ataupun perkakas dapur 16. Air yang tidak mengandung O2 seperti air tanah yang sering kali berada sebagai Fe 2+ teroksidasi menjadi Fe 3+. Fe 3+ sulit larut pada pH 6-8, dapat menjadi ferihidroksida atau salah satu jenis oksida yang merupakan zat padat dan bisa mengendap. Dalam air sungai besi berada sebagai Fe2+, Fe3+ terlarut, dan Fe3+ dalam bentuk senyawa organis berupa koloid.
16
1.
Kekurangan Zat Besi (Fe) Zat besi (Fe) adalah suatu komponen dari berbagai enzim yang mempengaruhi seluruh reaksi kimia yang penting di dalam tubuh. Besi juga merupakan komponen dari hemoglobin, yang memungkinkan sel darah merah membawa oksigen dan mengantarkannya ke jaringan tubuh. Kekurangan zat besi (Fe) merupakan kekurangan zat makanan yang paling banyak ditemukan di dunia, menyebabkan anemia pada laki–laki, wanita, dan anak–anak. Perdarahan yang mengakibatkan hilangnya zat besi (Fe) dari tubuh menyebabkan kekurangan zat besi (Fe) yang harus diobati dengan pemberian zat besi tambahan . Kekurangan zat besi (Fe) juga bisa merupakan akibat dari asupan makanan yang tidak mencukupi. Kekurangan seperti ini sering terjadi selama kehamilan karena sejumlah besar zat besi (Fe) harus disediakan ibu untuk pertumbuhan janin. Anemia karena kekurangan zat besi (Fe) juga bisa terjadi pada remaja putri yang sedang tumbuh dan mulai mengalami siklus menstruasi, jika mereka mengkonsumsi makanan yang tidak mengandung daging.
2.
Kelebihan Zat Besi (Fe) Kelebihan zat besi (Fe) bisa menyebabkan keracunan. Ada lima fase klinis dari toksisitas Fe sehingga dapat digunakan sebagai pedoman untuk diagnosis dan cara pengobatannya, yaitu 15: a) Fase pertama biasanya berjalan 2 jam setelah memakan makanan terkontaminasi Fe, ditandai dengan sakit perut, diare atau muntah yang berwarna kecoklatan, terkadang bercampur dengan darah. Penderita akan terlihat lemah, gelisah dan sakit perut. Gejala ini biasanya jarang menimbulkan kematian, tetapi hal tersebut secara mendadak dapat saja terjadi kematian. b) Gejala fase kedua terjadi setelah fase pertama berakhir. Pasien dapat terlihat membaik. Bila tidak, akan segera berkembang menjadi gejala fase ketiga.
17
c) Gejala fase ketiga terjadi 8-16 jam setelah fase pertama. Selama periode ketiga ini terjadi shock dan asidosis yang menyebabkan hipoglikemia, sianosis dan demam. d) Fase
keempat
terjadi
2-4
hari
setelah
makan
makanan
terkontaminasi dan terciri dengan kerusakan hati. Diduga terjadi nekrosis hati disebabkan oleh reaksi langsung dari Fe terhadap mitokondria dalam sel hati. e) Fase kelima dari toksisitas Fe terjadi 2-4 minggu setelah makan makanan terkontaminasi Fe dan terciri dengan adanya obstruksi atau penyempitan saluran gastrointestinal, stenosis dan fibrosis lambung.
F.
Adsorpsi Adsorpsi atau penyerapan merupakan peningkatan konsentrasi suatu zat tersebut dalam medium pendispersinya. Bahan yang dipakai untuk menyerap disebut penyerap dan yang diserap disebut fase terserap 16. Adsorpsi adalah proses dimana subtansi molekul meninggalkan larutan dan bergabung pada permukaan zat padat pada ikatan fisika dan kimia. Substansi molekul atau bahan yang diserap disebut adsorbat, dan zat padat penyerapnya disebut adsorben. Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat akibat ikatan fisika dan kimia. Adsorpsi dapat dikelompokan menjadi dua yaitu : 1.
Adsorpsi Kimia atau kemisorpsi Yaitu reaksi yang terjadi antara zat padat dan zat terlarut yang teradsorpsi. Ikatan antara zat terlarut yang teradsorpsi dan adsorben yang sangat kuat, sehingga sulit untuk dilepaskan dan proses tidak mungkin untuk bolak balik. Bersifat irreversibel.
2.
Adsorpsi Fisika Yaitu berhubungan dengan gaya van der walls dan merupakan proses bolak balik. Apabila gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan
18
adsorben lebih besar dari gaya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben. Bersifat reversibel. Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi adalah : a). Karakteristik fisik dan kimia dari zat yang terlarut yang teradsorpsi, seperti ukuran molekul, polaritas molekul, komposisi kimia, suhu, dan lain sebagainya. b). Karakteristik fisik dan kimia dari adsorben seperti luas permukaan, ukuran pori-pori, komposisi dan lain-lain. c). Temperatur. d). Tekanan parsial dari zat yang diserap. e). Waktu kontak dan luas permukaan. f). konsentrasi zat yang teradsorpsi. Tabel 2.1 Adsorben Logam Berat 17
G.
No
Adsorben
Efisiensi Penyerapan
Keuntungan
Kerugian
1.
Carbon Aktif
60% - 80 %
Biaya tinggi
2.
Enceng Gondok dan Ganggang
60% - 70%
Efisiensi penyerapan Besar Adsorben alami dan mudah didapat
3.
Jerami
95 %
Efisiensi penyerapan Besar
4.
Kelor
95%
Efisiensi penyerapan Besar, adsorben alami
Skala kecil, mudah rusak struktur organnya Skala kecil, butuh treatmen lanjutan Skala kecil
Fitoremediasi Istilah fitoremediasi berasal dari bahasa Inggris phytoremediation; kata ini sendiri tersusun atas dua bagian kata, yaitu phyto yang berasal dari kata Yunani phyton (= "tumbuhan") dan remediation yang berasal dari kata Latin remedium
(="menyembuhkan", dalam hal ini berarti juga
"menyelesaikan masalah dengan cara memperbaiki kesalahan atau
19
kekurangan"). Dengan demikian fitoremediasi dapat didefinisikan sebagai penggunaan tumbuhan untuk menghilangkan, memindahkan, menstabilkan, atau menghancurkan bahan pencemar baik itu senyawa organik maupun anorganik 18. Alternatif
pengolahan
air
limbah
sederhana
adalah
dengan
fitoremediasi menggunakan tanaman enceng gondok. Fitoremediasi adalah upaya penggunaan tanaman dan bagian-bagiannya untuk dekontaminasi limbah dan masalah-masalah pencemaran lingkungan baik secara ex-situ menggunakan kolam buatan atau reactor maupun in-situ (langsung di lapangan) pada tanah atau daerah yang terkontaminasi limbah 19. Dipilihnya enceng gondok karena berdasarkan penelitian-penelitian sebelumnya tanaman ini memiliki kemampuan untuk mengolah limbah, baik itu berupa logam berat, zat organik maupun anorganik. Selain itu Sheffield (1997) melaporkan bahwa tanaman ini mampu menurunkan konsentrasi ammonia sebesar 81% dalam waktu 10 hari 3.
H.
Tanaman Enceng Gondok (Eichornia crassipes) 1.
Klasifikasi Enceng Gondok Divisi
: Spermatophyta
Sub divisi
: Angiospermae
Kelas
: Monocotyledoneae
Suku
: Pontederiaceae
Marga
: Eichornia
Jenis
: Eichornia crassipes Solms
Gambar 2.1 : Enceng Gondok
20
Enceng gondok pertama kali ditemukan secara tidak sengaja oleh seorang ilmuan bernama Carl Friedrich Philipp von Martius, seorang ahli botani berkebangsaan Jerman pada tahun 1824 ketika sedang melakukan ekspedisi di Sungai Amazon Brasil. Enceng Gondok lebih banyak dikenal sebagai tanaman tumbuhan pengganggu (gulma) di perairan karena pertumbuhannya yang sangat cepat. Awalnya didatangkan ke Indonesia pada tahun 1894 dari Brazil untuk koleksi Kebun Raya Bogor. Ternyata dengan cepat menyebar ke beberapa perairan di Pulau Jawa. Dalam perkembangannya, tanaman keluarga Pontederiaceae ini justru mendatangkan manfaat lain, yaitu sebagai biofilter cemaran logam berat, sebagai bahan kerajinan, dan campuran pakan ternak 16. 2.
Morfologi Enceng Gondok Enceng gondok merupakan tumbuhan parenial yang hidup di perairan terbuka, mengapung di air jika tempat tumbuhnya cukup dalam dan berakar di dasar jika air dangkal. Tingginya sekitar 0,4 - 0,8 meter. Tidak mempunyai batang. Daunnya tunggal dan berbentuk oval. Ujung dan pangkalnya meruncing, pangkal tangkai daun menggelembung. Permukaan daunnya licin dan berwarna hijau. Bijinya berbentuk bulat dan berwarna hitam. Buahnya kotak beruang tiga dan berwarna hijau. Akarnya merupakan akar serabut. Perkembangbiakan dapat terjadi secara vegetatif maupun secara generatif. Perkembangan terjadi jika tunas baru tumbuh pada ketiak daun lalu membesar dan akhirnya menjadi tumbuhan baru. Enceng gondok
dapat
menggandakan
daunnya
pada
7-10
hari.
Perkembangbiakan secara generatif terjadi melalui bijinya, sebelum terjadinya biji didahului oleh penyerbukan pada bunga. Karangan enceng gondok berbentuk bulir bertangkai panjang, berbunga 6 sampai 35 tangkai. Kelopaknya bunga berbentuk tabung, termasuk bunga
majemuk,
sehingga
enceng
gondok
memungkinkan
penyerbukan, setelah 20 hari bunganya akan masak, terbebas lalu
21
pecah dan bijinya masuk ke perairan untuk kemudian menjadi tanaman baru. Satu tanaman dapat menghasilkan 5 sampai 6 ribu biji tiap musim 1. Kemampuan tanaman inilah yang banyak digunakan untuk mengolah air buangan, karena dengan aktivitas tanaman ini mampu mengolah air buangan domestik dengan tingkat efisiensi yang tinggi. Salah satu gambaran untuk mengetahui kemampuan enceng gondok dalam mengelola limbah domestik adalah hasil penelitian Djaenudin (2006) yang memperoleh hasil sebagai berikut : nilai TSS (total padatan terlarut), sudah di bawah nilai baku mutu yang dipersyaratkan yaitu 180 mg/l dengan nilai ambang batas yaitu 200 mg/l. Tanaman enceng gondok juga ini mampu menurunkan konsentrasi ammonia sebesar 81% dalam waktu 10 hari 3. Adapun
bagian-bagian
tanaman
yang
berperan
dalam
penguraian air limbah adalah sebagai berikut : a.
Akar Bagian akar enceng gondok ditumbuhi dengan bulu-bulu akar yang berserabut, berfungsi sebagai pegangan atau jangkar tanaman. Sebagian besar peranan akar untuk menyerap zat-zat yang diperlukan tanaman dari dalam air. Pada ujung akar terdapat kantung akar yang mana di bawah sinar matahari kantung akar ini berwarna merah, susunan akarnya dapat mengumpulkan lumpur atau partikel-partikal yang terlarut dalam air 14.
b.
Daun Daun enceng gondok tergolong dalam makrofita yang terletak di atas permukaan air, yang di dalamnya terdapat lapisan rongga udara dan berfungsi sebagai alat pengapung tanaman. Zat hijau daun (klorofil) enceng gondok terdapat dalam sel epidemis. Di permukaan atas daun dipenuhi oleh mulut daun (stomata) dan bulu daun. Rongga udara yang
22
terdapat dalam akar, batang, dan daun selain sebagai alat penampungan juga berfungsi sebagai tempat penyimpanan O
2
dari proses fotosintesis. Oksigen hasil dari fotosintesis ini digunakan untuk respirasi tumbuhan di malam hari dengan menghasilkan CO yang akan terlepas kedalam air 12. 2
c.
Tangkai Tangkai eceng gondok berbentuk bulat menggelembung yang di dalamnya penuh dengan udara yang berperan untuk mengapungkan tanaman di permukaan air. Lapisan terluar petiole adalah lapisan epidermis, kemudian di bagian bawahnya terdapat jaringan tipis sklerenkim dengan bentuk sel yang tebal disebut lapisan parenkim, kemudian di dalam jaringan ini terdapat jaringan pengangkut (xylem dan floem). Rongga-rongga udara dibatasi oleh dinding penyekat berupa selaput tipis berwarna putih.
d.
Bunga Enceng gondok berbunga bertangkai dengan warna mahkota lembayung muda. Berbunga majemuk dengan jumlah 6-35 berbentuk karangan bunga bulir dengan putik tunggal. Enceng gondok juga memiliki ciri-ciri morfologi sebagai berikut, enceng gondok merupakan tumbuhan perennial yang hidup dalam perairan terbuka, yang mengapung bila air dalam dan berakar di dasar bila air dangkal. Perkembangbiakan enceng gondok terjadi secara vegetatif maupun secara generatif, perkembangan secara vegetatif terjadi bila tunas baru tumbuh dari ketiak daun, lalu membesar dan akhirnya menjadi tumbuhan baru.
Setiap
10
tanaman
enceng
gondok
mampu
berkembangbiak menjadi 600.000 tanaman baru dalam waktu 8 bulan, hal inilah membuat enceng gondok banyak dimanfaatkan guna untuk pengolahan air limbah. Enceng gondok dapat
23
mencapai ketinggian antara 40 - 80 cm dengan daun yang licin dan panjangnya 7 - 25 cm. Pemilihan tanaman enceng gondok pada reaktor ini didasarkan pada pertimbangan – pertimbangan berikut ini : 1).
Tanaman enceng gondok merupakan jenis tanaman yang banyak dijumpai di Indonesia.
2).
Dari segi ekonomi tanaman enceng gondok harganya relatif murah.
3).
Tidak memerlukan perawatan khusus dan pemeliharaan sangat mudah.
4).
Tanaman enceng gondok ini juga memiliki kemampuan untuk mengolah limbah, baik itu berupa logam berat, zat organik maupun anorganik.
3.
Ciri-ciri Fisiologis Enceng Gondok Enceng gondok memiliki daya adaptasi yang besar terhadap berbagai macam hal yang ada di sekelilingnya dan dapat berkembang biak dengan cepat. Eceng gondok dapat hidup di tanah yang selalu tertutup oleh air yang banyak mengandung makanan. Selain itu daya tahan eceng gondok juga dapat hidup di tanah asam dan tanah yang basah. Kemampuan enceng gondok untuk melakukan proses-proses sebagai berikut : a. Transpirasi Jumlah air yang digunakan dalam proses pertumbuhan hanyalah memerlukan sebagian kecil jumlah air yang diadsorbsi atau sebagian besar dari air yang masuk ke dalam tumbuhan dan keluar meninggalkan daun dan batang sebagai uap air disebut sebagai proses transpirasi. Laju hilangnya air dari tumbuhan dipengaruhi oleh kuantitas sinar matahari dan musim penanaman. Laju transpirasi akan ditentukan oleh struktur daun enceng gondok yang terbuka lebar yang memiliki stomata yang banyak sehingga proses
24
transpirasi akan besar dan beberapa faktor lingkungan seperti suhu, kelembaban, udara, cahaya dan angin. b. Fotosintesis Fotosintesis adalah sintesa karbohidrat dari karbondioksida dan air oleh klorofil. Menggunakan cahaya sebagai energi dengan oksigen sebagai produk tambahan. Dalam proses fotosintesis ini tanaman membutuhkan CO2dan H2O dan dengan bantuan sinar matahari akan menghasilkan glukosa dan oksigen dan senyawa-senyawa organik lain. Karbondioksida yang digunakan dalam proses ini berasal dari udara dan energi matahari. c. Respirasi Sel
tumbuhan
dan
hewan
mempergunakan
energi
untuk
membangun dan memelihara protoplasma, membran plasma dan dinding sel. Energi tersebut dihasilkan melalui pembakaran senyawa-senyawa. Dalam respirasi molekul gula atau glukosa (C H O ) diubah menjadi zat-zat sedarhana yang disertai dengan 6
12
6
pelepasan energi. 4.
Manfaat Enceng Gondok Enceng gondok banyak menimbulkan masalah pencemaran sungai dan waduk, tetapi mempunyai manfaat sebagai berikut 1: a. Mempunyai sifat biologis sebagai penyaring air yang tercemar oleh berbagai bahan kimia buatan industri. b. Sebagai bahan penutup tanah dan kompos dalam kegiatan pertanian dan
perkebunan.
c. Sebagai sumber gas yang antara lain berupa gas ammonium sulfat, gas hidrogen, nitrogen dan metan yang dapat diperoleh dengan cara fermentasi. d. Bahan baku pupuk tanaman yang mengandung unsur NPK yang merupakan tiga unsur utama yang dibutuhkan tanaman. e. Sebagai bahan industri kertas dan papan buatan dan bahan baku karbon aktif. 25
5.
Dampak Negatif Enceng Gondok Kondisi merugikan yang timbul sebagai dampak pertumbuhan enceng gondok yang tidak terkendali di antaranya adalah : a. Meningkatnya evapotranspirasi (penguapan dan hilangnya air melalui daun-daun tanaman), karena daun-daunnya yang lebar dan serta pertumbuhannya yang cepat. b. Menurunnya jumlah cahaya yang masuk ke dalam perairan sehingga menyebabkan menurunnya tingkat kelarutan oksigen dalam air (DO: Dissolved Oxygens). c. Tumbuhan enceng gondok yang sudah mati akan turun ke dasar perairan sehingga mempercepat terjadinya proses pendangkalan. d. Mengganggu lalu lintas (transportasi) air, khususnya bagi masyarakat yang kehidupannya masih tergantung dari sungai seperti di pedalaman Kalimantan dan beberapa daerah lainnya. e. Meningkatnya habitat bagi vektor penyakit pada manusia. f. Menurunkan nilai estetika lingkungan perairan.
6.
Penyerapan Oleh Enceng Gondok Tumbuhan ini mempunyai daya regenerasi yang cepat karena potongan-potongan vegetatifnya yang terbawa arus akan terus berkembang menjadi enceng gondok dewasa. Proses regenerasi yang cepat dan toleransinya terhadap lingkungan yang cukup besar, menyebabkan enceng gondok dapat dimanfaatkan sebagai pengendali pencemaran lingkungan. Sel-sel akar tanaman umumnya mengandung ion dengan konsentrasi yang lebih tinggi dari pada medium sekitarnya yang biasanya bermuatan negatif. Penyerapan ini melibatkan energi, sebagai konsekuensi dan keberadaannya, kation memperlihatkan adanya kemampuan masuk ke dalam sel secara pasif ke dalam gradient elektrokimia, sedangkan anion harus diangkut secara aktif
26
kedalam sel akar tanaman sesuai dengan keadaan gradient konsentrasi melawan gradient elektrokimia 1. Di dalam akar, tanaman biasa melakukan perubahan pH kemudian membentuk suatu zat khelat yang disebut fitosiderofor. Zat inilah yang kemudian mengikat logam kemudian dibawa ke dalam sel akar. Agar penyerapan logam meningkat, maka tumbuhan ini membentuk molekul rediktase di membran akar 8,20. Dengan adanya pembentukan zat khelat dan molekul reduktase ini akan mempermudah logam Fe melintasi epidermis akar dan masuk kedalam sel-sel akar, sehingga mengakibatkan logam Fe yang terakumulasi juga tinggi. Terjadinya akumulasi di akar juga disebabkan karena di akar terjadi serapan ion secara aktif, sehingga ion-ion logam tersebut secara aktif terakumulasi di dalam epidermis. selanjutnya ditransportasikan ke sitoplasma atau sel-sel jaringan akar melewati epidermis masuk ke protoplas antar sel-sel jaringan akar yaitu kortek, endodermis, perisikel dan xilem. Pada endodermis terdapat adanya pita caspary sehingga menyebabkan akumulasi partikel yang lebih berat di dalam akar. Dengan adanya pita caspary ini menjadi kontrol terhadap penyerapan ion-ion oleh akar
8
.
Lokalisasi logam pada jaringan bertujuan untuk mencegah keracunan logam terhadap sel, maka tanaman akan melakukan detoksofikasi, misalnya menimbun logam ke dalam organ tertentu seperti akar. Terdapat dua cara penyerapan ion ke dalam akar tanaman : 1). Aliran massa, ion dalam air bergerak menuju akar gradient potensial yang disebabkan oleh transpirasi. 2). Difusi, gradient konsentrasi dihasilkan oleh pengambilan ion pada permukaan akar 1. Dalam pengambilan ada dua hal penting, yaitu pertama , energi metabolik yang diperlukan dalam penyerapan unsur hara sehingga apabila respirasi akan dibatasi maka pengambilan unsur hara sebenarnya sedikit. Dan kedua, proses pengambilan bersifat selektif,
27
tanaman mempunyai kemampuan menyeleksi penyerapan ion tertentu pada kondisi lingkungan yang luas. 7.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kemampuan Enceng Gondok (Eichornia crassipes) Sebagai Adsorben Fe Faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme adsorbs adalah suhu, pH, dan unsur hara yang mampu mempengaruhi tingkat kemampuan zat terlarut yang dapat diadsorbsi adsorben, yaitu 4: a.
Suhu Semakin tinggi suhu lingkungan tanaman maka semakin tinggi penyerapan oleh tanaman, dimana suhu lingkungan menyebabkan akan menyebabkan proses fotosintesis meningkat sehingga penyerapan tanaman akan meningkat juga. Pada proses fotosintesis, logam Fe sebagai salah satu unsur logam yang diperlukan untuk tranpor elektron pada proses fotosintesis. Namun apabila tanaman enceng gondok itu tumbuh di daerah yang memiliki suhu kurang dari 25⁰C maka proses fotosintesis akan
terganggu
dan
berakibat
menurunkan
kemampuan
mengadsorbsi logam Fe oleh enceng gondok. Suhu optimum untuk pertumbuhan enceng gondok adalah 25⁰C-30⁰C 21. b.
pH Derajat
keasaman
(pH)
merupakan
ukuran
dalam
kandungan ion H+ yang menunjukkan suatu perairan asam atau basa. Untuk pertumbuhan yang lebih baik, tanaman enceng gondok lebih cocok terhadap pH 7,0-7,5. Jika pH lebih tinggi atau kurang maka pertumbuhan tanaman akan terhambat, bahkan mati bila pH terlalu ekstrim 22. Apabila pH terlalu tinggi maka penyerapan logam Fe oleh enceng gondok akan terhambat dikarenakan batang dan daun akan cepat mengering sehingga menyebabkan singkatnya umur hidup enceng gondok.
28
c.
Banyaknya Akar Kemampuan akar enceng gondok menyerap senyawa logam Fe yang ada di air tidak terlepas dari sistem perakaran yang dimiliki enceng gondok dan aspek fisiologis tumbuhan tersebut. Semakin panjang akar dan semakin banyak akar yang dimiliki enceng gondok maka semakin cepat proses penyerapan logam Fe karena pada akar enceng gondok dapat membentuk suatu zat khelat yaitu fitosidorof 23. Zat inilah yang akan mengikat logam Fe dan kemudian membawanya ke dalam sel akar, kemudian didistribusikan ke batang dan daun. Penyerapan ion di akar ini terjadi secara aktif dimana
ion-ion
masuk
dari
epidermis
dan
selanjutnya
ditransportasikan ke sitoplasma atau sel-sel jaringan akar melewati epidermis masuk ke protoplas antar sel-sel jaringan akar yaitu kortek, endodermis, perisikel dan xilem. Pada endodermis terdapat adanya pita caspary sehingga menyebabkan akumulasi partikel yang lebih berat di dalam akar. Dengan adanya pita caspary ini menjadi kontrol terhadap penyerapan ion-ion oleh akar 8. d.
Berat Enceng Gondok Perairan yang ditumbuhi enceng gondok memberikan pengkayaan CO2. Rumpun anakan akan memproduksi CO2 sampai 39% lebih berat kering dibanding tanaman induk. Peningkatan CO2 ini mengawali rata-rata bersih fotosinesis. Hal ini diduga ada hubungannya dengan berat basah yang tinggi, supaya terjadi penguapan yang banyak. Secara fisiologis enceng gondok dapat berperan secara tidak langsung dalam mengatasi bahan pencemar perairan karena dapat bertahan hidup dengan cara membentuk rumpun. Semakin banyak enceng gondok yang hidup di dalam perairan semakin banyak penguapan. Proses tranpirasi yang giat dapat mempercepat angkutan garam-
29
garaman dan logam dari akar ke daun. Air yang meninggalkan akar mengakibatkan konstannya kadar garam tersebut, walaupun kadang terjadi penurunan konsentrasi 4. e.
Waktu Detensi Adaptasi biokimiawi melibatkan perubahan molekuler, kecepatan dan pola rangkaian reaksi atau pola metabolisme sel, jaringan dan organ. Adaptasi ini sangat dipengaruhi oleh waktu yang tersedia bagi organisme untuk dapat memberikan respon terhadap perubahan lingkungan tersebut 6. Respon jangka pendek dapat terlihat pada perubahan morfologi maupun fisiologi dan anatomi dalam jangka yang lama. Tetapi bila perubahan terjadi terus menerus sampai satu periode atau lebih perkembangan tanaman, maka akan terjadi aklimatisasi dan naturalisasi, namun sangat tergantung keadaan lingkungan lain 24.
30
I.
Kerangka Teori Berdasarkan tinjauan pustaka yang dipaparkan, dapat disusun kerangka teori
sebagai berikut: Kontaminasi Logam Berat
Air
Udara
Tanah
- Pertabangan - Peleburan Logam - Jenis Industri lainnya
Proses penggunaan logam pada suhu yang tinggi
- Penggunaan bahan kimia - Penimbunan debu, hujan atau pengendapan - Pengikisan tanah dan limbah homogen
Adsorben : Carbon Aktif - Jerami - Kelor - Ganggang - Enceng Gondok
Besi (Fe) dalam Perairan
(Proses Fitoremediasi )
Faktor yang Mempengaruhi Kemampuan Adsorpsi Tanaman Enceng Gondok
-
Penurunan Konsentrasi Fe dalam air
pH Suhu Banyaknya akar Waktu detensi Berat enceng gondok Sumber : 4,8,21,22,23,25
Gambar 2.2 Kerangka Teori
31
J.
Kerangka Konsep Variabel Bebas
Variabel Terikat
Berat enceng gondok (Eichornia Crassipes) 200 gr/L, 250 gr/L, dan 300gr/L Penurunan Konsentrasi Fe Pada Air Limbah Rumah Tangga Waktu Detensi pada Air Limbah Rumah Tangga ( 1 hari, 3 hari dan 6 hari ) Variabel Pengganggu - pH** - Suhu* - Banyaknya Akar**
Gambar 2.4 Kerangka Konsep Keterangan : *
: Diukur
** : Dikendalikan
K.
Hipotesis Berdasarkan dengan tujuan penelitian di atas maka dapat dirumuskan suatu hipotesis yaitu : Ada pengaruh interaksi variasi berat enceng gondok dan lama waktu detensi tanaman enceng gondok (Eichornia crassipes) terhadap penurunan konsentrasi Besi (Fe) pada air limbah.
32
