PENDAHULUAN. Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005 USU Repository 2006

Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005

USU Repository©2006

PENDAHULUAN

Secam umum diketahui bahwa logam berat merupakan unsur yang berbahaya di permukaan bumi, sehingga kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan masalah besar dunia saat itu. Persoalan spesifik logam berat di lingkungan terutama akumulasinya sampai pada rantai makanan dan keberadaannya di alam. serta meningkatnya sejumlah logam berat yang menyebabkan keracunan terhadap tanah. udara dan air meningkat. Proses indusri dan urbanisasi memegang peranan penting terhadap peningkatan kontaminan tersebut. Sejak kasus kecelakaan merkuri di Minamata Jepang tahun 1953 yang secara intensive dilaporkan, issue pencemaran logam berat meningkat sejalan dengan pengembangan berbagai penelitian yang mulai diarahkan pada berbagai aplikasi teknologi untuk menangani polusi lingkungan yang disebabkan oleh logam berat. Kecemasan yang berlebihan terhadap hadirnya logam berat di lingkungan dikarenakan tingkat keracunannya yang sangat tinggi dalam seluruh aspek kehidupan makhluk hidup (Suhendrayatna. 200l). Beberapa ion logam berat, seperti arsenik, timbal, kadmium dan merkuri pada kenyataannya berbahaya bagi kesehatan manusia dan

kelangsungan kehidupan di lingkungan (USDA NRCS, 2000).

Walaupun pada konsentrasi yang sedemikian rendah efek ion logam berat dapat berpengaruh langsung hingga terakumulasi pada rantai makanan. Seperti halnya sumber-sumber polusi lingkungan lainnya, logam berat tersebut dapat ditransfer dalam jangkauan yang sangat jauh di lingkungan, selanjutnya berpotensi mengganggu kehidupan kota lingkungan dan akhirnya berpengaruh terhadap kesehatan manusia walau dalam jangka waktu yang lama dan jauh dari sumber polusi utamanya. Suatu organisme akan kronis apabila produk yang dikonsumsinya mengandung logam berat. Berdasarkan peatgetahuan tentang resiko polusi Iiungkungan oleh ion logam berat berbagai upaya untuk merestorasi lahan yang tercemar logam berat tersebut tentu meningkat, seperti perbaikan sistem pengolahan limbah logam - logam berat. Lasat (2000) merangkum beberapa teknik yang telah diujicobakan dan diaplikasikan dalam remediasi tanah terkontaminzasi logam berat, yaitu vitrifkasi,

1 Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005


landfilling, kimia, elektrokinetik dan biologi (bioremediation). Di antara berbagai teknik tersebut, teknik phytoextraction yang merupakan salah satu bentuk dari bioremediasi merupakan yang paling murah (Glass, 1999 dalam Lasat, 2000).

SUMBER PENCEMAR LOGAM BERAT

Logam berat di suatu lahan secara umum bisa berasal proses alam atau akibat kegiatan manusia. Proses alam seperti perubahan siklus alamiah mengakibatkan batuan-batuan dan gunung berapi memberikan kontribusi yang sangat besar ke lingkungan (Suhedrayatna, 2001). Namun apabila proses alam tersebut tidak mengalami perubahan siklus, jarang yang sampai pada tingkat toksik (USDA MRCS, 2000). Sedangkan kegiatan-kegiatan manusia yang dapat menyebabkan, masuknya logam berat ke lingkungan antara lain adalah pertambangan (minyak, emas. batubara, dll), pembangkit tenaga listrik, peleburan logam, pabrik-pabrik pupuk, kegiatan-kegiatan industri lainnya, dan peggunaan produk sintetik (misalnya pestisida, cat, battery, limbah industri, dll) (USDA MRCS, 2000, Suhendrayatna, 200I ). Kontaminasi ini akan terus meningkat sejalan dengan meningkatnya usaha eksplotasi berbagai sumber alam di mana logam berat terkandung di dalamnya. Unsur pencemaran utama dari logam berat dan sumbernya di alam secara lengkap disajikan pada Tabel 1, sedangkan laju masuknya logam berat ke laut setiap tahunnya yang berasal dari kegiatan manusia dan proses geologi disajikan pada Lampiran 1.

RESTORASI LAHAN TERCEMAR LOGA M BERAT

Restorasi ekosistem diartikan sebagai The process of manipulating an ecosystem (soil, vegetation and wildlife) to achieve compositional, structural and functional patterns similar to the predisturbed condition (Alberta Univ., 2003). Salah satu teknik yang digunakan dalam restorasi adalah bioremediasi.



Bioremediasi pada lahan terkontamisi logam berat didefinisikan sebagai proses membersihkan (cleanup) lahan dari bahan-bahan pencemaran (pollutant) secara biologi atau dengan menggunakan organisme hidup, baik mikroorganisme (mikrofauna dan mikroflora maupun maupun makroorganisme (tumbuhan). Konsep penggunaan tumbuhan untuk membersihkan lingkungan dari bahan – bahan pencemar (phytoremediation) bukan suatu yang baru. Lasat (2000) mencatat bahwa sekitar 300 tahun yang lalu, tumbuhan telah digunakan pada limbah cairan. Pada akhir abad ke-19, pertama kali Thlaspi caerulacens dan viola calaminaria didokumentasikan sebagai jenis tumbuhan yang dapat mengakumulasi logam berat dalam jumlah yang besar di daun. Pada dekade terakhir, penelitian untuk mengetahui biologi phytoextraction logam berat semakin intensif dilakukan.

Tabel 1. Daftar unsur utama dari logam berat dan stumbernya di alam

No.

Unsur

Sumber logam di alam

1.Antimony

Stibnite (Sb2S3), geothermal springs. mine drainage

2.Arsenic

Metal arsenides and arsenates, sulfide ores (arsenopyrite), arsenite (HAsO2). volcanic gases. geothermal springs

3.Beryllium

Beryl (Be3Al2Si6O16 ). Phenacite (Be2SiO4)

4.Cadmium

Zinc carbonate and sulfide ores,copper carbonate and sulfide ores

5.Chromium

Chromite (FeCr2O). chromic wade (C r2O3)

6. Copper

Free metal (Cut)). copper sulfide (CuS2), Chalcopwrite (CuFe,S2). mine drainage

7. Lead

Galena (PbS)

8. Mercury

Free mercury (Hg0). Cinnabar (HgS)

9. Nickel

Ferromagnesian minerals. ferrous sulfide ores. nickel oxide (NiO2), Pentladite [(Ni.Fe) 9S8]. nickel hydroxide[Ni(OH)3]

10. Selenium

Free element (Se0). Ferroselite (FeSe2 ) uranium deposits, black shales, Chalcopyrite-Pantladite-Pyrrhoute deposits

11. Silver

Free metal (Ag0). silver chloride (AgC12). Argentide (AgS2). copper. lead. zine ores 3 Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005


12. Thallium

Copper, lead, silver residues

13. Zinc

Zinc blende (ZnS). Willernite (ZnSiO4), Calamite (ZnC03), mine drainage

Sumber: Novotny (1995) yang dimodifikasi oleh Suhendrayatna (2001)

Mekanisme Bioremediasi Secara alami di mana kondisi tanpa kendali, proses bioremediasi ion logam berat umumnya terdiri dari dua mekanisme yang melibatkan proses pengambilan aktif (active uptake) dan penyerapan pasif (passive,uptake). Pada saat ion logam berat tersebar pada permukaan sel ion akan mengikat pada bagian permukaan sel berdasarkan kernampuan daya alfinitas kimia yang dimlikinya. Mekanisme kedua penyerapan tersebut dluraikan oleh Suhendrayat (2001) sebagai berikut: Passive uptake dikenal dengan istilah proses, biosorpsi. Proses ini terjadi ketika ion logam berat mengikat dinding sel dengan dua cara yang berbeda, pertama pertukaran ion di mana ion monovalen dan divalen seperti Na, Mg, dan Ca pada dinding sel digantikan oteh ion-ion logam berat; dan kedua adalah farmasi kompleks antara ion ion logam berat dengan functional groups seperti carbonyl, amino, thiol, hydroxy, phosphate dan hydnlxv-carbaxvl yang berada pada dinding sel. Proses bisorpsi ini bersifat bolak baik dan cepat. Proses bolak balik ikatan ion logam berat di permukaan sel ini dapat terjadi pada sel mati dan sel hidup dari suatu biomass. Proses biosorpsi dapat lebih efektif dengan kehadiran tertentu pH dan kehadiran ion-ion lainnya di media di mana logam berat dapat terendapkan sebagai garam yang tidak terlarut. Misalkan, pH optimum biosorpsi ion lead (II), nickel (II) dan copper (II) oleh Zoogloea ramigera adalah berkisar antara 4.0-4.5 sedangkan untuk besi (II) adalah 2.0. Hasil studi terhadap biosorpsi timbal oleh alga laut Eckloniaradiata menunjukkan bahwa laju penyerapan (biosorpsi) naik sejalan dengan naiknya PH hingga 5.0 Fungus juga dapat digunakan untuk memyerap nickel, copper dan berbagai jenis elemen lantanida seperti thorium, uranium dan plutonium. Kebanyakan study menggunakan pendekatan dengan pH 2 Tetapi di bagian lain, metode ini menjadi tidak efektif bila terdapat penghambat-penghambat proses metabolisme (metabolic inhibitor) atau siklus gelap terang. Secara umum, biosorpsi 4 Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005


ion logam berat berlangsung cepat, bolak balik dan tidak tergantung terhadap faktor kenetik bioremoval bila dikaitkan dengan penyebaran sel (dispersed cell). Active uptake dapat terjadi pada berbagai tipe sel hidup. Mekanisme ini secara simultan terjadi sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan mikroorganisme atau/dan akumulasi intraselluler logam tersebut. Logam berat dapat juga diendapkan pada proses metabolisme dan ekresi pada tingkat ke dua. Proes ini tergantung dari energy yang terkandung dan sensitifitasnya terhadap parameter-parameter yang berbeda seperti pH, suhu kekuatan ikatan ionik, cahaya dll. Disamping itu proses ini dapat dihambat oleh suhu yang terendah ,tidak tersedianya sumber energi dan penghambat – penghambat metabolisme sel. Di sisi lain, biosorpsi logam berat dengan set hidup ini terbatas dikarenakan oleh akumulasi ion yang memyebabkan racun terhadap mikrorganisme. Hal ini biasanya dapat menghalangi pertumbuhan microorganisme disaat keracunan terhadap ion logam tecapai. Mikroorganisme yang tahan terhadap efek racun ion logam akan dihasilkan berdasarkan prosedur seleksi yang ketat terhadap pemilihan jenis mikroorganisme yang tahan terhadap kehadiran ion logam berat. Kedua mekanisme di atas dapat berjalan secara serentak. Hasil studi komparatif rekoveri logam berat dengan menggunakan mikroorganisme yang dilakukan oleh Suhendrayatna, (2001) disajikan pada Lampiran 2.

Aplikasi Restorasi secara Biologi Restorasi lahan tercemar logam berat dengan teknik bioremediasi dalam aplikasinya diusulkan oleh Wildle et al. (1993) dalam Suhendranata (2001) agar memperhatikan beberapa variabel dalam mendisain dan mengoprasikanya yaitu: a. seleksi dan pemilihan jenis (species) yang sesuai serta perlakukan awalnva, b. waktu tinggal dan waktu kontak proses. c. proses pemisahan dan rekoveri biomassa, d. pembuangan biomassa yang telah digunakan. dan e. pertimbangan ekonomis proses.



Seleksi dan pemilihan jenis yang sesuai serta proses perlakuan awal yang merupakan unsur penting dalam mendisain suatu proses bioremediasi. Dalam hal ini, diperlukan data tentang kandumgan logam berat lahan yang akan direstorasi dan kemampuan masing-masing jenis organisme dalam kaitanya dengan logam berat. Suhendranata (2001) mengungkapkan bahwa walaupun ada beratus jenis species mikroorganisme yang telah diidentifikasi sejak 200 tahun belakangan ini, namun sangat sedikit diantaranya teridentifikasi berbagai mikroorganisme yang mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap pengaruh tingkat keracunan suatu ion logam berat. Pada beberapa kasus sangat terbatas studi yang melakukan studi banding terhadap beberapa jenis mikroorganisme. di mana hasilnya selalu memiliki banyak perbedaan dalam efisiensi ikatan antara logam berat dengan spesies mikroorganisme. Bahkan perbedaan ini dapat terjadi pada strain dari species tunggal dengan kondisi physiochemical yang sama. Penggunaan jamur mikoriza juga telah diketahui dapat meningkatkan serapan logam dan menghindarkan tanaman dari keracunan logam berat. Menurut Leyval & Weimenhom (1994) dalam Muin (2003) logam berat telah dilaporkan menurunkan kelimpaltan dan kolonisasi VAM dan menghambat perkecambahan spora. Meskipun demikian populasi VAM indegenous potensial yang terdapat dalam tanah terpolusi memperlihatkan kemampuannya beradaptasi. Selain itu telah pula dibuktikan bahwa Glomus mosseae yang disolasi dari tanah yang terkontaminasi logam berat lebih toleran terhadap Cd dan Zn daripada yang diisolasi dan tanah yang tidak terkontaminasi. Selanjutnya. dikemukakan pula bahwa toksisitas logam berat dalam tanah tergantung pada jenis logam dan ketersediaannya serta besarnya keragaman antara satu tanah dengan yang lainnya. Dengan demikian, sebagai biokontrol penyerapan logam berat, VAM dapat membantu tanaman terhindar dari keracunan logam tersebut. Logam-logam yang diserap oleh VAM disimpan dalam hifanya dan tidak diteruskan ke akar, namun belum diketahui fungsi logam tersebut bagi cendawan. Selain itu belum juga diketahui dimana logam tersebut disimpan dalam hifanya.



Beberapa species hyperaccumulator logam berat dan potensi bioakumulasinya telah diketahui dan dirangkum oleh Lasat (2001), seperti terlihat pada Tabel 2. Hasil penelitian Mathe-Gaspar & Anton (2002) juga menunjukkan kemampuan dua varietas Raphanus sativus dalam mengambil logam berat (Tabel 3).

Tabel 3. Kandungan logam berat pada bagian di atas tanah tanaman R sativus. Soil/variety

Heavy Metal Content angka As

Cd

Co

R1

0,28

R2

110

Cr

Cu

Fb

Po

Zn

0.445 0,645 2.79

91

8.28

2.0

10.27

0.388 0.343 3.31

71

1.07

2.4

82.8

0.92

94.3

546.9

Control

Contaminated R1

14.48 0.650 0.727 1.85

541

R2

48.70 8.780 1.390 1.75

134.0 1.17

272.4 686.8

Waktu tinggal dan waktu kontak juga merupakan variable yang sangat berpengaruh terhadap desain proses bioremoval. termasuk ke dalamnya immobilisasi sel, pH dan konsentrasi biomasa. Penggunaan sel hidup menawarkan sejumlah kelebihan, sementara itu secara praktis biomassa dikemas dalam bentuk powder atau dikulturisasikan pada operasi terpisah sebelum digunakan. Untuk kasus penggunaan mokroorganisme, keuntingan dan kerugian proses immobilisasi mikroorganisme dirangkum pada Tabel 4 . Proses pemisahan dan pemulihan (recovery.) merupakan proses pemisahan biomassa. dari lahan terkontaminasi dan pemisahan logam berat dari biomassa. Suhendrayatna (2001) menjelaskan bahwa proses sentrifugasi dan filtrasi yang saat ini rutin dilakukan di laboratorium dinilai tidak praktis bila diterapkan pada proses industri, sehingga penerapan immobilisasi mikroorganisme yang dipaking pada suatu kolom dipandang sangat praktis untuk digunakan. Suatu metode alternatif juga dapat digunakan di mana mikroorganisme melakukan immobilisasi sendiri sebagai biofilm pada suatu media yang mempunyai porositas yang besar seperti pasir, batuan, sponges dan lain-lain. Sistem immobilisasi sangat cocok untuk non-destructive recovery, dimana setelah logam berat dimasukkan, logam tersebut dapat berkontak dengan sejumlah material padatan dan selanjutnya mudah tertarik ke luar 7 Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005


bersama sebagian kecil cairan untuk proses pemulihan dan pembuangan. Idealnya, proses bioremediasi yang melibatkan immobilisasi sel akan mudah direkoveri dan digunakan kembali untuk pengikatan ion logam oleh biomassa. Proses ini biasanya akan tercapai tergantung dengan jumlah eluting metal chelator, tinggi atau rendahnya pH larutan atau larutan garam untuk mereduksi ikatan ion logam. Pembuangan limbah merupakan aspek yang terpenting berikutnya, walaupun issue ini sebenarnya diabaikan oleh beberapa literatur yang menekankan bahwa proses biologis dapat menengahi proses removal ion logam berat dari suatu limbah. Disamping itu terjadi banyak masalah yang menyangkut dengan lahan dan lautan dalam pembuangan lumpur yang mengandung ion logam berat sehingga metode yang ramah lingkungan sangat diperlukan untuk dikembangkan. Penggunaan biomassa memiliki beberapa pandangan atraktif berkenaan dengan rekoveri dan buangan ikatan logam, termasuk di dalamnya: pertama, pada

banyak kasus, logam yang berikatan dapat di elute dan biomassa dapat digunakan kembali untuk beberapa siklus proses: dan kedua. biomassa yang berkaitan dengan logam berat dapat di reduksi dengan menggunakan sistem pengeringan. Pada akhirnya, pertimbangan ekonomis sangat penting untuk dilakukan dalam mengevaluasi seluruh proses restorasi dan dari berbagai teknik yang digunakan. Berdasarkan perbandingan dari beberapa teknik remediasi logam berat dari tanah oleh Glass (1999) dalam Lasat (2000), telah diketahui bahwa teknik bioremediasi merupakan teknik yang paling murah seperti yang disajikan pada Tabel 5.

Tabel 5. Estimasi biaya penggunaan beberapa teknologi untuk membersihkan (cleanup) tanah terkontaminasi logam berat No. 1. 2. 3. 4. 5.

Perlakuan Vitrivications Landfilling Chemical treatments Electrokinetics Phytoectraction

Biaya (US $ per Ton) 75 - 425 100 - 500 100 - 500 20 – 200 5 - 40

Sumber : Glass (1999) dalam Lasat (2000) 8 Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005


KESIMPULAN

Restorasi lahan tercemar logam berat secara biologi (bioremediasi) merupakan pendekatan yang potensial dan secara ekonomis paling murah dibandingkan teknik aplikasi lainnya. Selain pertimbangan faktor ekonomi, faktor lain yang harus diperhatikan dalam aplikasi teknik bioremediasi adalah (a) seleksi dan pemilihan jenis (spesies) yang sesuai serta perlakukan awalnya, (b) waktu tinggal dan waktu kontak proses, (c) proses pemisahan dan rekoveri biomassa, (d) pembuangan biomassa yang telah digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

Alberta

Univ.

2003.

Land

Reclamation,

Remediation

and

Restoration.

http://

www.rr.ualberta.ca/Research/Land Recl Reined Restor/index.asp [ 12/5/2003] Budiono,

A.

2002.

Pengaruh

pencemaran

merkuri

terhadap

biota

air.

http://

rudyct.tripod.coam/sem 1 023/a budiono.pdf [ 12/5/2003] Lasat, M.M. 2000. Phytoextraction of metals from contaminated Soil: a review of plant/soil/metal interaction and assessment of pertinent Agronomic issues. http://www.engg.ksu.edu/HSRC/.JHSR/vol 2no5.pdf [12/5/2003] Mathe-Gaspar, G. & A. Anton. 2002. Heavy metal uptake by two radish varieties. http:-'/www.sci.u-szeged.hu/ABS/2002/Acta%20HPb/s2/26-maat.pdf [ 12/5/2003] Muin, A. Penggunaan mikoriza untuk menunjang pembangunan hutan pada lahan kritis atau marginal.

http://www.hayati-ipb.com/users/rudyct/PPs7O2/ABDURRANI.htm

[12/5/2003]. Suhendrayatna. 2001. Heavy metal bioremoval by microorganisms: a literature study. http://www.istecs.org/Publication/Japan/010211 suhendrayatna.PDF [12/5/2003]. USDA

NRCS.

2000.

Heavy

metal

soil

contamination.

http://www.il.nrcs.usda.

gov./engineer/urban/PDF/3 Appendix/Appendix B/u03.PDF [14/5/2003] 9







PENDAHULUAN. Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005 USU Repository 2006

Recommend Documents