PENGARUH PENAMBAHAN pH TERHADAP REMOVAL LOGAM BERAT TIMBAL (Pb) OLEH BUNGA KANA (Canna indica) DI KELURAHAN TAMBAK WEDI, KECAMATAN KENJERAN, SURABAYA Chonny Ornella D.R. dan Sarwoko Mangkoedihardjo Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstark-Pencemaran logam berat dilingkungan telah banyak terjadi, baik di air maupun di sedimen (tanah). Hal ini menjadi perhatian karena dapat menjadi potensi polusi pada permukaan tanah maupun air tanah dan dapat menyebar ke daerah sekitarnya melalui air, penyerapan oleh tumbuhan dan bioakumulasi pada rantai makanan. Tindakan alternatif pemulihan dilakukan dengan cara fitoremediasi dengan menggunakan tumbuhan bunga kana (Canna indica) yang merupakan salah satu tumbuhan hiperakumulator yang dapat menyerap logam berat. Penelitian dilakukan untuk mengetahui kemampuan bunga kana (Canna indica) untuk mengolah tanah tercemar logam berat timbal (Pb) dengan penambahan variasi pH. Pada penelitian ini dilakukan selama 42 hari. Penelitian ini menganalisa removal logam berat timbal di dalam tanah oleh tumbuhan dengan metode AAS (Atomic Absorption Spectroscopy).Penurunan konsentrasi Konsentrasi Pb dalam tanah pada paling besar pada kondisi asam yaitu sebesar 57,8% dengan konsentrasi Pb di dalam tanah sebesar 44,5 ppm. Tetapi terjadi kondisi pH netral pada saat penelitian berlangsung akibat adanya reaksi tanah dan bantuan dari tumbuhan, sehingga variasi pH pada tanah tidak mempengaruhi konsentrasi Pb dalam tanah. Kata kunci Fitoremediasi, Logam berat timbal, Canna indica
pada permukaan tanah maupun air tanah dan dapat menyebar ke daerah sekitarnya melalui air, penyerapan oleh tumbuhan dan bioakumulasi pada rantai makanan. Pantai timur Surabaya (Kenjeran) menjadi salah satu bukti kasus adanya pencemaran logam berat di perairan dan sedimen. Pantai timur Surabaya (Kenjeran) merupakan tempat akumulasi dari beberapa badan air di Surabaya dan diberitakan telah tercemar oleh merkuri (Hg) dan timbal (Pb) saat ini. Bila melihat data-data kesehatan dari beberapa hasil penelitian memberikan indikasi bahwa kadar logam berat dalam tubuh warga Kenjeran telah di atas ambang batas. Pada darah masyarakat nelayan di Kenjeran mengandung kadar timbal (Pb) darah anak-anak di Kenjeran sebesar 59,62 mikrogram/dl (Ali dan Rina, 2010). Berdasarkan hasil penelitian di salah satu wilayah di Kenjeran yaitu, di Kelurahan Tambak Wedi, Kecamatan Kenjeran, tanah daerah pemukiman warga didapatkan tercemar logam berat timbal (Pb) sebesar 650 ppm. Salah satu upaya untuk memulihkan kembali tanah yang telah tercemar, yaitu dengan fitoremediasi. Menurut Mangkoedihardjo (2010), fitoremediasi adalah proses tumbuhan untuk menyerap, mengambil, mengubah, dan melepaskan kontaminan dari satu medium ke medium lain. Teknologi ini telah terbukti lebih mudah diaplikasikan disamping menawarkan biaya lebih rendah dibandingkan metoda seperti pencucian secara kimiawi ataupun pengerukan Tumbuhan yang mampu menyerap logam adalah tumbuhan hiperakumulator. Tumbuhan yang termasuk hiperakumulator adalah Anturium merah/kuning, Alamanda kuning/ungu, Akar wangi, Bambu air, Cana presiden merah/kuning/putih, Dahlia, Dracenia merah/hijau, Helikonia kuning/merah, Jaka, Keladi loreng/sente/hitam, Kenyeri merah/putih, Lotus kuning/merah, Onje merah, Pacing merah/mutih, Padi-padian, Papirus, Pisang mas, Ponaderia, Sempol merah/putih, Spider lili, dll. Tumbuhan memiliki perbedaan sensitivitas terhadap logam berat dan memperlihatkan kemampuan yang berbeda dalam mengakumulasi logam berat. Dari beberapa pilihan tumbuhan tersebut, dipilih tumbuhan bunga kana (Cana presiden/ Canna indica), karena mempunyai manfaat dari tumbuhan tersebut yang besar dan harganya yang murah (Bose dkk., 2008), sehingga dapat dijangkau dari kalangan
I. PENDAHULUAN
P
ENYEBARAN logam berat di lingkungan sebagian besar disebabkan oleh pembuangan produk limbah (Wang dkk., 2007). Polutan yang dihasilkan dari berbagai kegiatan industri dapat menyebar melalui angin, terlarut dalam air apabila dibuang ke perairan, dan dapat mengendap di dasar perairan (sedimen). Polutan yang dibuang ke perairan dapat terserap oleh tanah yang akan menyebabkan pencemaran pada air tanah. Keberadaan logam di lingkungan sebagian karena proses alam, seperti aktivitas vulkanik dan erosi, tetapi sebagian besar hasil dari limbah industri. Logam berat termasuk pencemar yang toksik disamping pestisida karena logam berat bersifat tidak dapat terurai. Logam berat dapat menjadi bahan beracun yang akan meracuni makhluk hidup, tetapi beberapa jenis logam masih dibutuhkan oleh makhluk hidup, walaupun dalam jumlah yang sedikit (Palar, 2004). Keberadaan kadar logam berat yang terlarut baik pada air laut dan sedimen sangat tergantung pada baik buruknya kondisi perairan tersebut. Semakin tinggi aktivitas yang terjadi disekitar perairan baik di darat maupun areal pantainya maka kadar logam berat dapat meningkat pula (Ali dan Rina, 2010). Hal ini menjadi perhatian karena dapat menjadi potensi polusi
1
selama 42 hari dengan menggunakan metode AAS (Atomic Absorption Spectroscopy).
mana saja untuk fitoremediasi. Selain itu kemampuan translokasi logam dari tanah ke akar cukup tinggi, sehingga tumbuhan bunga kana cocok digunakan sebagai tumbuhan fitoremediasi. II. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan di laboratorium dengan menggunakan tumbuhan uji bunga kana (Canna indica) dalam meremediasi logam berat timbal (Pb2+) dalam tanah pada tanah tercemar di Kelurahan Tambak Wedi, Kecamatan Kenjeran, Surabaya dan seberapa besar penurunan konsentrasi logam berat timbal didalam tanah. Penelitian ini menggunakan 2 replika tumbuhan yang dimana bertujuan, agar jika terjadi sesuatu yang tidak dikehendaki, masih mempunyai cadangan,sehingga penelitian dapat tetap berjalan dengan lancar. Parameter yang diuji dalam penelitian ini adalah, removal logam berat di dalam tanah dan pH tanah. Tahapan percoban dapat dilihat pada diagram alir penelitian Gambar 1. 1. Penelitian pendahuluan mengenai karakteristik sampel tanah yang akan digunakan. 2. Tahap aklimatisasi. Tujuan tahap ini agar tumbuhan uji tersebut dapat menyesuaikan diri dengan kondisi lingkungan tempat percobaan (rumah kaca). Proses aklimatisasi dilakukan dengan cara: penanaman tumbuhan selama 1 minggu pada media tanah tanpa pencemar untuk mengkondisikan tumbuhan agar stabil. Karakteristik tumbuhan bunga kana yang digunakan berumur 3-4 bulan dan tingginya sekitar 40-70 cm. 3. Tahap range finding test. Dilakukan untuk menetapkan rentang konsentrasi maksimum toksikan (logam berat) yang dapat diproses secara fitoremediasi oleh tumbuhan. Rentang konsentrasi yang digunakan adalah 200 ppm, 400 ppm, 600 ppm, dan 800 ppm.Digunakan kontrol yang diperlakukan sama dengan reaktor uji tetapi tidak menggunakan pencemar. Tumbuhan uji ditanam dalam pot plastik dengan ukuran diameter ± 25 cm. Range finding test dilakukan selama 7 hari. 4. Uji definitif konsentrasi logam berta timbal pada media tanah. Penetapan konsenentrasi limbah yang digunakan dengan menggunakan hasil dari tahap range finding test. Percobaan dilakukan dengan menggunakan tanah terkontaminasi timbal (Pb2+). Sebanyak 0,32 gram Pb(NO3)2 dicampurkan kedalam 1 L aquadest. Kemudian larutan dicampurkan ke dalam 1,8 kg tanah selama 24 jam agar limbah homogen di dalam tanah. Kemudian media tumbuh dianalisa besar konsentrasi logam beratnya menggunakan metode AAS (Atomic Absorption Spectroscopy). 5. Pembuatan variasi pH media tanah. Variasi pH yang digunakan dalam penelitian ini adalah pH 5 untuk kondisi asam dan pH 9 untuk kondisi basa. Pembuatan pH basa digunakan larutan NaOH, sedangkan untuk pH asam digunakan larutan HCl yang kemudian dicampurkan ke dalam media tanah. 6. Pengamatan berupa penurunan konsentrasi timbal di dalam media tumbuh dilakukan setiap 7 hari sekali
Tahap aklimatisasi tumbuhan Tahap range finding test
Uji Definitif Konsentrasi Logam Berat Pada Media Tanah Media tumbuh: Tanah tercemar 100%,asam (pH 5) dan basa (pH 9) Pengamatan dan Analisa: Dilakukan selama 7 hari sekali selama 42 hari, dengan pengamatan: • Konsentrasi timbal (Pb) di tanah dan tanaman dengan AAS • Analisis tinggi tumbuhan (fisiologis) • Analisis berat kering tumbuhan di akhir penelitian • pH media tanah dengan pH meter • Temperatur pada media tanah menggunakan termometer. Gambar 1. Diagram Alir Penelitian III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Karakter Sampel Sampel tanah didapatkan dari tanah pemukiman di Kelurahan Tambak Wedi, Kecamatan Kenjeran, Surabaya. Sampel tanah ini kemudian dianalisa dan didapatkan bahwa tanah tersebut tercemar logam berat Pb2+ sebesar 650 ppm (Hasil analisa Laboratorium Pusat Studi Pemukiman, Prasarana, dan Lingkungan Hidup LPPM-ITS Surabaya). Pembuatan limbah buatan untuk tanah tercemar logam berat timbal (Pb2+) dengan menggunakan serbuk Pb(NO3)2, larutan tersebut kemudian ditambahkan ke dalam media tumbuh dengan variasi konsentrasi 200 ppm, 400 ppm, dan 600 ppm. Penambahan konsentrasi tersebut dilakukan dengan cara melarutkan limbah buatan tersebut kedalam tanah dan dijenuhkan selama ±24 jam. B. Tahap Aklimatisasi Tumbuhan
2
Aklimatisasi dilakukan agar tumbuhan dapat menyesuaikan diri dengan lingkungan sekitar tempat penelitian (rumah kaca buatan). Sehingga tumbuhan dapat bertahan sampai penelitian ini berkahir. Pada tahap ini reaktor yang digunakan berupa pot berdiameter ±25 cm dan dilakukan selama 1 minggu. C. Tahap Range Finding Test Tahap range finding test merupakan tahap untuk menentukan konsentrasi maksimum logam berat timbal (Pb2+) yang dapat ditoleransi oleh tumbuhan bunga kana (Canna indica) sebelum dilakukan penelitian lanjutan. Nilai konsentrasi yang digunakan adalah 200 ppm, 400 ppm, 600 ppm, dan 800 ppm. Penetuan interval konsentrasi logam ini didasarkan atas hasil analisa logam berat timbal di tanah penduduk Kelurahan Tambak Wedi dan batas maksimum logam berat timbal di tanah sebesar 100 ppm (Ministry of State for Population and Environmental of Indonesia, and Dalhousie, University Canada. 1992). Penelitian ini dilakukan selama 1 minggu dan hanya dianalisa secara fisiologis dari tumbuhan bunga kana (Canna indica). Hasil penelitian menunjukkan bahwa tumbuhan bunga kana pada media tumbuh konsentrasi Pb2+ 800 ppm, tidak dapat bertahan hidup terbukti dengan banyaknya daun yang layu dan kering. Hal ini menunjukkan bahwa tumbuhan bunga kana tidak dapat mempertahankan diri dalam kondisi pencemar seperti itu. Sedangkan untuk kondisi dengan konsentrasi Pb dibawah 800 ppm, kondisi tumbuhan bunga kana relatif sehat dan hanya sedikit daun yang layu dan mengering. Hal ini menunjukkan bahwa tumbuhan bunga kana dapat mempertahankan diri dalam kondisi pencemar dibawah 800 ppm. Sehingga dapat disimpulkan bahwa, konsentrasi logam berat timbal (Pb2+) yang dapat ditoleransi oleh tumbuhan bunga kana dibawah 800 ppm, yaitu sebesar 200 ppm, 400 ppm, dan 600 ppm. D. Uji Definitif Konsentrasi Logam Berat Timbal (Pb) Dari hasil yang didapatkan dari tahap range finding test, ketiga konsentrasi tersebut, yaitu 200 ppm, 400 ppm, dan 600 ppm, kemudian dicampur ke dalam media tumbuh yang telah divariasikan dengan melakukan perulangan dua kali (duplo). Uji ini dilakukan selama 7 hari dan dianalisa dengan menggunakan AAS (Atomic Adsorption Spectrophotometer). Hasil yang didapatkan yaitu: • 200 ppm 178,0618 ppm • 400 ppm 356,1236 ppm • 600 ppm 534,1854 ppm Variasi konsentrasi tersebut dimasukkan kedalam media tumbuh untuk waktu penelitian selama 42 hari.
kondisi pH ±9. Analisa dilakukan setiap 7 hari sekali dengan menggunakan pH meter. Nilai pH dalam tanah menunjukkan banyaknya konsentrasi ion H+ dan OH- di dalam tanah. Makin tinggi ion H+ di dalam tanah, maka semakin asam kondisi tanah tersebut dan sebaliknya. Pada tanah asam, jumlah ion H+ lebih banyak dari pada OH-. Bila kandungan H+ sama dengan OH- maka, tanah tersebut bereaksi netral dengan pH= 7. Kondisi pada tanah tercemar yang berubah menjadi netral dari pH awal disebabkan karena adanya mekanisme tanah yang bereaksi dengan H+ dan OH- untuk buffer pada larutan tanah. Hal ini dikarenakan adanya peranan tumbuhan dengan mengambil OH- dan H+ untuk makanannya dan juga air yang diberikan kepada tanah tercemar setiap harinya. Karena air mempunyai peran penting dalam sistem aqueous baik sebagai pelarut maupun dalam reaksi asam-basa. Air akan terhidrolisa menjadi ion hidronium (H3O+) atau sering ditulis dengan ion hidrogen dan ion hidroksil (OH-). Makin bertambahnya ion H+ di dalam tanah disebabkan juga karena akar tumbuhan dan organisme di dalam tanah yang melepas H+ pada saat mengambil unsur hara di dalam tanah. Prinsip elektroneutrality adalah pengambilan kation oleh akar harus diimbangi dengan pengambilan anion atau dengan pelepasan ion hidrogen atau kation lain. Sedangkan untuk makin bertambahnya OH- di dalam tanah disebabkan karena reduksi dari logam yang membutuhkan H+ atau melepas OH- dan meningkatkan pH yang ada. Nutrient seperti P banyak tersedia (optimum) pada pH asam sampai netral, dan akan sedikit pada pH dibawah atau diatas nilai optimum tersebut Adanya proses netralisasi pH dalam tanah oleh tumbuhan maupun tanah tersebut seringkali disebut sebagai buffer pH atau buffer alam. Data hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 1 dan grafiknya dapat dilihat pada Gambar 2.
Konsent rasi Pb awal (ppm)
Tabel 1. Hasil Pengukuran pH di Media Tanah pH Minggu Ke 0
1
2
3
4
5
6
Asam 200
5,24
7,02
7,13
7,11
7,12
7,10
7,15
400
5,20
7,11
7,15
7,13
7,11
7,08
7,11
600
5,25
7,06
7,20
7,10
7,05
7,03
7,20
200
9,26
7,18
7,19
7,15
7,16
7,12
7,11
400
9,23
7,19
7,20
7,16
7,14
7,12
7,11
600
9,21
7,20
7,18
7,19
7,16
7,10
7,11
Basa
E. Analisa pH Tanah Analisa pH tanah merupakan salah satu parameter penting pada penelitian ini, variasi pH yang digunakan bertujuan untuk mengetahui perbedaan kondisi media tanah dalam proses penyerapan logam berat oleh tumbuhan. Pengaturan pH yang dilakukan berupa kondisi pH ±5 dan
3
Nilai pH dalam media tanam
pH 100% Tanah Tercemar Asam 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00
200 400
Konsent rasi Pb2+ awal (ppm) 400
238,00
243,30
248,60
161,11
73,62
70,28
600
239,03
363,80
488,57 Basa
471,11
453,64
303,24
200
157,37
160,14
161,95
134,92
107,89
91,02
400
276,85
205,30
262,29
243,24
224,18
161,21
600
311,04
351,80
269,05
233,98
198,90
135,52
600 1
2
3
4
5
6
Minggu ke1
2
7
Minggu ke-
pH 100% Tanah Tercemar Basa Nilai pH dalam media tanam
Konsentrasi Pb2+ di Tanah (ppm)
3
4
5
10,00 8,00 6,00 200
4,00
400
2,00
600
0,00 1
2
3
4
5
6
7
Minggu ke-
Gambar 2. Grafik Pengukuran pH di Media Tanah F. Analisa Penurunan Konsentrasi Logam Berat Timbal (Pb) Pada Media Tumbuh Penurunan konsentrasi logam timbal (Pb2+) dalam media tumbuh sebagian besar pada reaktor yang digunakan mengalami penurunan. Selama penelitian sampai hari ke-42 terjadi fluktuatif penurunan konsentrasi logam berat timbal (Pb2+) yang signifikan dengan menggunakan metode AAS. Untuk tanah tercemar asam 400 ppm sempat terjadi kenaikan konsentrasi Pb tetapi pada minggu keenam mengalami penurunan yang cukup tajam yaitu menjadi 70,28 ppm. Sedangkan pada tanah tercemar basa 400 ppm juga terjadi fluktuatif konsentrasi Pb tetapi pada minggu keenam konsentrasi Pb di dalam tanah tidak setajam pada tanah tercemar asam 400 ppm, yaitu sebesar 161,21 ppm. Karena pH pada media tanam menjadi netral pada saat minggu pertama, maka kondisi asam dan basa yang diberikan pada minggu ke-0 tidak mempengaruhi penurunan konsentrasi Pb di dalam tanah. Hasil penurunan konsentrasi Pb di dalam tanah selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 4.2.
Gambar 3. Grafik Penurunan Konsentrasi Timbal (Pb2+) Pada Media Tanah
Tabel 2. Penurunan Konsentrasi Timbal (Pb2+) Pada Media Tanah Konsent rasi Pb2+ awal (ppm)
1
200
107,56
Konsentrasi Pb2+ di Tanah (ppm) Minggu ke2 98,07
3 Asam 93,25
4 56,01
5 51,31
6 44,50
4
Sedangkan untuk terjadinya kenaikan konsentrasi logam berat timbal (Pb2+) pada media tumbuh menunjukkan bahwa logam telah terkonsentrasi dalam tanah (Hardiani dkk., 2009). Pada saat kondisi tumbuhan telah jenuh, dapat mengakibatkan tumbuhan mengeluarkan semua kontaminan yang didapatkan ke dalam tanah, sehingga mengakibatkan konsentrasi Pb dalam tanah meningkat. Kondisi pH pada saat awal reaktor tersebut mendukung untuk munculnya nutrient seperti P (optimum) pada pH asam sampai netral, dan akan sedikit pada pH dibawah atau diatas nilai optimum tersebut, sehingga jumlah mikroba dalam proses bioremediasi menjadi semakin meningkat. Pemberian asam seperti HCl akan membuat Pb akan sedikit terlarut dalam
6
air, sehingga akan membantu dalam pendegradasian timbal di dalam media tumbuh. IV. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa pemberian variasi pH tidak mempengaruhi penurunan Pb di dalam tanah dikarenakan adanya reaksi di dalam tanah, interaksi antara air dan tanah serta pengambilan ion OH- dan H+ oleh tumbuhan sebagai makanannya.
DAFTAR PUSTAKA Ali M., Rina. 2010. Kemampuan Tanaman Mangrove Untuk Menyerap Logam Berat Merkuri (Hg) dan Timbal (Pb2+). Universitas Pembangunan Nasional Veteran. Jawa Timur. Bose, S., Jain A., Rai V., Ramanathan A.L. 2008. Chemical Fractionation and Translocation of Heavy Metals in Canna indica L. Grown on Industrial Waste Amended Soil. Journal of Hazardous Materials 160, 187-193. Hardiani, H. 2009. Potensi Tumbuhan dalam Mengakumulasi Logam Cu pada Media Tanah Terkontaminasi Limbah Padat Industri Kertas. Balai Besar Pulp dan Kertas. Bandung. Mangkoedihardjo, S dan Ganjar Samudro. 2010. Fitoteknologi Terapan. Yogyakarta: Graha ilmu. Palar H. 2004. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat . Penerbit PT. Rieneka Cipta. Jakarta. Wang, Yuan-peng, SHI Ji-yan, LIN Qi, CHEN Xin-cai, CHEN Yingxu.2007.Heavy metal availability and impact on activity of soil microorganisms along a Cu/Zn contamination gradient. Journal of Environmental Sciences 19, 848–877.
5
