BAB I PENDAHULUAN
Dewasa ini laju pembangunan semakin pesat, terutama di daerah perkotaan. Industriindustri yang berkembang selain memberikan dampak positif, juga menimbulkan dampak negatif negatif,, di antarany antaranyaa pencemar pencemaran an lingkung lingkungan an dari limbah yang dihasil dihasilkan, kan, baik berupa berupa limbah limbah organik organik maupun maupun limbah limbah anorgani anorganik k seperti seperti logam logam berat, berat, pestisid pestisidaa dll. Sementa Sementara ra daerah resapan air sendiri semakin berkurang, karena banyaknya bangunan permanen seperti gedung-gedung bertingkat dan perumahan penduduk, sehingga menghalangi proses siklus alami air di dalam tanah, termasuk di dalamnya proses pengolahan limbah secara alami. Biorem Bioremedia ediasi si berasal berasal dari kata kata bio dan dan remediasi atau “remediate yang artinya menyeles menyelesaika aikan n masalah masalah.. Secara Secara umu umum m bioreme bioremedias diasii dimaksu dimaksudkan dkan sebagai sebagai pengguna penggunaan an mikroba mikroba untuk untuk menyel menyelesai esaikan kan masalah masalah-ma -masala salah h lingkung lingkungan an atau atau untuk untuk menghil menghilangk angkan an senyawa yang tidak diinginkan dari tanah, lumpur, air tanah atau air permukaan sehingga lingkungan tersebut kembali bersih dan alamiah. !enurut "iroreksoko #$%%&', bioremediasi diartikan sebagai proses pendegradasian bahan organik berbahaya secara biologis biolog is menjadi senyawa lain seperti karbondioksida kar bondioksida #"()', metan, dan air. Sedangkan menurut "raword #$%%&', bioremediasi merujuk pada penggunaan secar secaraa produk produktif tif proses proses biode biodegra gradat datif if untuk untuk mengh menghila ilangk ngkan an atau atau mende mendetok toksi si polut polutan an #biasanya kontaminan tanah, air dan sedimen' yang mencemari lingkungan dan mengancam keseha kesehata tan n masya masyarak rakat at.. *adi *adi biorem bioremedi ediasi asi adala adalah h salah salah satu satu teknol teknologi ogi alte alterna rnati tiff untuk untuk mengatasi masalah lingkungan dengan memanfaatkan bantuan mikroorganisme. +ada bioremediasi bioremediasi menggunakan menggunakan
mikroorganisme mikroorganisme
ditumbuhkan ditumbuhkan pada polutan tertentu sebagai upaya untuk
yang
telah dipilih untuk
menurunkan kadar polutan
tersebut. +ada saat saat proses bioremediasi bioremediasi berlangsung, berlangsung, en en im-en i m m yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi struktur polutan beracun menjadi tidak kompleks sehingga menjadi m menjadi meetabolit yang tidak beracun dan berbahaya. !ikroba !ikroba yang hidup di tanah dan di air tana tanah h dapa dapatt “memakan bahan bahan kimia kimia berbah berbahaya aya tert tertent entu, u, terut terutam amaa orga organik nik,, misal misalny nyaa berbagai jenis minyak bumi. !ikroba mengubah bahan kimia ini menjadi air #)(' dan gas yang tidak tidak berbahay berbahayaa misalny misalnyaa "(). !enurut Sri arjati Suhardi, seorang peneliti dan praktisi bioremediasi biore mediasi +usat Ilmu ayati a yati IB, faktor utama agar mikroba dapat membersihkan me mbersihkan bahan kimia berbahaya dari lingkungan, yaitu adanya mikroba yang sesuai dan tersedia kondisi lingkungan yang ideal tempat tumbuh mikroba seperti suhu, p, nutrient dan jumlah oksigen. 1
Sehubungan dengan bioremediasi, pemerintah Indonesia telah mempunyai payung hukum yang mengatur standar baku kegiatan
bioremediasi bioremediasi
dalam
mengatasi mengatasi
permasalahan lingkungan akibat kegiatan pertambangan dan perminyakan serta bentuk pencemaran lainnya #logam berat dan pestisida' melalui /ementerian /em enterian 0ingkungan 0in gkungan idup, /ep
!en
0
1o.$)2 1o.$)2 tahun tahun )334, )334, tentang tentang tatacara tatacara dan persyar persyaratan atan teknis teknis dan
pengelolaan pengelola an limbah minyak bumi dan tanah
terkontaminasi oleh minyak bumi secara
biologis #bioremediasi' #bioremedias i' yang juga mencantumkan bahwa bioremediasi dilakukan dengan menggunakan mikroba lokal. +ada dasarnya, pengolahan pengolahan secara biologi dalam pengendalian pengendalian pencemaran air, termasuk
upaya
bioremediasi, bioremediasi, dengan memanfaatkan bakteri bukan hal baru namun
telah memainkan memainkan peran sentral dalam pengolahan limbah kon5ensional kon5ensional sejak tahun $%33an #!ara, Duncan pengolahan air
and oran, )334'. Saat ini, bioremediasi bioremediasi telah berkembang pada
limbah yang
mengandung
senyawa-senyawa senyawa-senya wa kimia yang sulit untuk
didegradasi dan biasanya biasanya dihubungkan dengan kegiatan industri, antara lain logam-logam logam-logam berat, petroleum hid petroleum hid rokarbon, dan senyawa-senyawa senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pe seperti pestisida dan herbisida #ortora, #ortora,
)3$3', maupun maupun nutrisi nutrisi dalam air air seperti nitrogen dan fosfat fosfat pada pada
perairan tergenang #6reat 0akes Bio Systems. Inc. "o (rb-4.com7'. +engembangan I+8/ dalam dalam bioreme bioremedias diasii untuk untuk detoksif detoksifikas ikasii atau menurunka menurunkan n polutan polutan dalam dalam pengenda pengendalia lian n pencemaran air telah menjadikan metode ini menjadi lebih menguntungkan menguntungka n dibandingkan dibandingk an dengan metode yang menggunakan bahan kimia. Dalam teknologi bioremediasi dikenal dua cara menstimulasi pertumbuhan mikroba, yaitu dengan biostimulasi dan bioaugmentasi. memperbanyak dan mempercepat mempercepat pertumbuhan mikroba yang sudah a. Bios iostimu timula lassi adalah memperbanyak ada di dalam tanah tercemar dengan cara memberikan lingkungan pertumbuhan yang diperluk diperlukan, an, yaitu yaitu penamba penambahan han nutrient nutrient #misalny #misalnyaa sum sumber ber nitrogen nitrogen dan phos phospor' por' dan oksigen. b. Bioaugmentasi
adal adalah ah
suat suatu u
cara cara
mens mensti tim mulas ulasii
pert pertum umbu buha han n
mikr mikrob obaa
deng dengan an
menambahkan mikroba, jika jumlah mikroba yang ada sangat sedikit, sehingga harus ditambahkan mikroba untuk mencapai jumlah mikroba rata-rata $394 cfu7gram: tanah agar agar biop biopro rose sess dapa dapatt dimu dimula lai. i. !ikr !ikrob obaa yang yang dita ditamb mbah ahka kan n adal adalah ah mikr mikrob obaa yang yang sebelumnya sebelumnya diisolasi diisolasi dari lahan tercemar kemudian setelah melalui proses penyesuaian penyesuaian di laboratorium diperbanyak dan kembalikan ke tempat asalnya untuk memulai bioproses. /ondisi lingkungan yang memadai akan membantu mikroba tumbuh, berkembang dan “memakan polutan tersebut #memanfaatkan #memanfaatkan karbon dari polutan sebagai sumber energi 2
untuk pertumbuhan'. Sebaliknya jika kondisi yang dibutuhkan tidak terpenuhi, mikroba akan tumbuh dengan lambat atau mati. Secara umum kondisi yang diperlukan ini tidak dapat ditemukan di area yang tercemar. Dengan demikian, perencanaan teknis #engineering design' yang benar memegang peranan penting untuk mendapatkan proses bioremediasi yang efektif. +ada aplikasi teknik bioremediasi dikenal dua teknik yang sangat umum diterapkan yaitu biopile dan landfarming. a. +ada teknik biopile, tanah tercemar ditimbun diatas lapisan kedap air dan suplai udara yang diperlukan oleh mikroba dilakukan dengan memasang perpipaan untuk aerasi #pemberian udara' dibawah tumpukan tanah tercemar. +ompa udara dipasang diujung perpipaan sehingga semua bagian tanah yang mengandung mikroba dan polutan berkontak dengan udara. Dengan teknik ini, ketinggian tanah timbunan adalah $ sampai $,; meter. b. Teknik landfarming , dilakukan dengan menghamparkan tanah tercemar diatas lapisan kedap air. /etebalan hamparan tanah 43 < ;3 cm memungkinkan kontak mikroba dengan udara. =ntuk menjamin bahwa semua bagian dari tanah yang diolah terkontak dengan udara maka secara berkala hamparan tanah tersebut di balikkan. 1ama landfarming digunakan karena proses pembalikan tanah yang dilakukan sama dengan pembalikan tanah pada saat persiapan lahan untuk pertanian. Bioremediasi sangat aman untuk digunakan karena menggunakan mikroba yang secara alamiah sudah ada dilingkungan #tanah'. !ikroba ini adalah mikroba yang tidak berbahaya bagi lingkungan atau masyarakat. Bioremediasi juga dikatakan aman karena tidak menggunakan7menambahkan bahan kimia dalam prosesnya. 1utrien yang digunakan untuk membantu pertumbuhan mikroba adalah pupuk yang digunakan dalam kegiatan pertanian dan perkebunan. /arena bioremediasi mengubah bahan kimia berbahaya menjadi air #)(' dan gas tidak berbahaya #"()', maka senyawa berbahaya dihilangkan seluruhnya. eknologi bioremediasi banyak digunakan pada pencemaran di tanah karena beberapa keuntungan menggunakan proses alamiah 7 bioproses. anah atau air tanah yang tercemar dapat dipulihkan ditempat tanpa harus mengganggu aktifitas setempat karena tidak dilakukan proses pengangkatan polutan. eknik ini disebut sebagai pengolahan in-situ. eknik bioremediasi yang diterapkan di Indonesia adalah teknik ex-situ yaitu proses pengolahan dilakukan ditempat yang direncanakan dan tanah tercemar7polutan diangkat ke tempat pengolahan. >aktu yang diperlukan untuk menyelesaikan pengolahan tergantung pada faktor jenis dan jumlah senyawa polutan yang akan diolah, ukuran dan kedalaman area yang tercemar, jenis tanah dan kondisi setempat dan teknik yang digunakan. *enis minyak mentah ringan #light crude sesuai nomor ?+I' yang diolah dengan teknik biopile bioaugmetnasi dan 3
konsentrasi pengolahan sesuai dengan yang ditetapkan oleh /epmen 0 $)27)334 yaitu ma@ $;A memerlukan waktu < & bulan. Sedangkan minyak mentah berat #heavy crude' akan memerlukan waktu dari $ tahun atau lebih. /ondisi ini ber5ariasi dari satu area tercemar dengan area lainnya, sehingga waktu yang diperlukan dalam rentang bulan sampai $ tahun. /ondisi akhir #end point ' untuk menyatakan bahwa proses bioremediasi berhasil dan selesai adalah konsentrasi total hidrokarbon minyak bumi #+' $A. /epmen 0 $)27)334 untuk saat ini baru menggunakan parameter + saja karena kegiatan yang menerapkan teknologi bioremediasi masih terbatas pada industri migas. Biaya yang diperlukan untuk melakukan bioremediasi berada pada rentang =S C); < ; per ton tanah olahan, tergantung pada kondisi pencemaran. arga ini masih lebih murah dibandingkan dengan menggunakan teknik pengolahan lainnya misalnya insinerasi yang bisa mencapai sampai $3 kali lipatnya. Bioremediasi sebagai teknologi yang dapat digunakan untuk membersihkan berbagai jenis polutan bukan berarti tanpa keterbatasan. Bioremediasi tidak dapat diaplikasikan untuk semua jenis polutan, misalnya untuk pencemaran dengan konsentrasi polutan yang sangat tinggi sehingga toksik untuk mikroba atau untuk pencemar jenis logam berat misal kadmium dan +b. Dimasa yang akan datang, penerapan teknologi bioremediasi di Indonesia akan berkembang tidak hanya terbatas pada pemulihan lahan tercemar minyak bumi di industri migas, tetapi juga pencemaran di industri otomotif, S+B= dan industri lainnya seperti pertanian. Dengan demikian, polutan targetnya bukan hidrokarbon minyak bumi saja tetapi juga senyawa inorganik lainnya seperti pestisida. +endekatan molekular misalnya identifikasi mikroba dengan $&sE1? atau $2sE1? untuk mengetahui keberlimpahan mikroba dalam proses bioremediasi dapat dilakukan untuk meningkatkan kinerja bioproses. eknologi molekular ini sudah tersedia dan dibandingkan dengan teknik identifikasi kon5esional yang saat ini umum digunakan di Indonesia memberikan waktu pemeriksaan lebih cepat. 1amun demikian, penggunaan teknik molekular ini masih mahal dan belum perlu sebagai prioritas.
4
BAB 2 PEMBAHASAN
A. EMEDIASI BEBASIS TUMBUHAN !"IT#EMEDIASI$ Dalam bidang pencemaran lingkungan, dikenal istilah bioremediasi, yakni
penggunaan mikroorganisme #bakteri7jamur' untuk mendekomposisi dan mendegradasi polutan menjadi unsur yang tidak berbahaya. Dalam bioremediasi terdapat beberapa metode remediasi, baik yang berbasis fisika kimia maupun berbasis ilmu lain. Dalam dua dekade terakhir penelitian, pengembangan dan penerapan metode remediasi berbasis tumbuhan mendapat perhatian luas di ?merika, ?ustralia, dan 8ropa. !etode remediasi yang dikenal sebagai %itoremediasi ini mengandalkan pada peranan tumbuhan untuk menyerap, mendegradasi, mentransformasi dan mengimobilisasi bahan pencemar, baik itu logam berat maupun senyawa organik. !engingat akan kekayaan hayati tumbuhan Indonesia yang besar serta ditunjang oleh iklim yang hangat sepanjang tahun, tentunya sumbangan tumbuhan untuk mengendalikan pencemaran perlu dikaji dan akhirnya diterapkan bila teknologinya ternyata menguntungkan. Phyto berasal dari bahasa Funani # greek phyton' yang berarti tumbuhan7tanaman # plant ',
remediation
berasal
memperbaiki7menyembuhkan
dari atau
bahasa
0atin
remediare
membersihkan
sesuatu.
#to
remedy'
*adi
yaitu
fitoremediasi
# phytoremediation' merupakan suatu sistem dimana tanaman tertentu yang bekerja sama dengan mikroorganisme dalam media #tanah, koral dan air' dapat mengubah at kontaminan #pencemar7polutan' menjadi kurang atau tidak berbahaya bahkan menjadi bahan yang berguna secara ekonomi. Gitoremediasi ini menggunakan tanaman hijau untuk membersihkan limbah7daerah yang terkontaminasi bahan yang berbahaya7beracun. Ide penggunaan tanaman pengakumulasi logam berat ini adalah untuk menghilangkan logam berat dan senyawa-senyawa lain yang diperkenalkan
pertama
pada
tahun
$%24,
tetapi
konsep
ini
sebenarnya
telah
diimplementasikan 433 tahun yang lalu pada pembuangan air limbah. +enggunaan tumbuhan untuk menyembuhkan tanah-tanah yang tercemar, merupakan teknologi baru yang sedang berkembang sehingga memerlukan banyak pemahaman tentang mekanisme yang melandasinya untuk optimasinya. Sejumlah spesies tumbuhan telah diuji karena kemampuannya mengakumulasikan unsure-unsur toksik dalam biomasanya di bagian tanaman di atas tanah. ?da dua strategi yang telah diuji dalam teknologi fitoremediasi. ?plikasi tumbuhan hiper-akumulasi #seperti Thlaspi caerulescens atau Alyssum bertolonii' yang menghasilkan sedikit biomasa di atas tanah tetapi mampu mengakumulasikan banyak 5
satu atau lebih unsur toksik di dalam biomasanya merupakan pendekatan pertama #lustoH, Sko5, rubJ, artman, 1ajmano5, 1edKlnLk, +a5lLko5, dan Batysta, )33&'. +endekatan ke dua adalah aplikasi tumbuhan yang menghasilkan banyak biomasa, yang dicirikan oleh rendahnya kemampuan mengakumulasikan unsur toksik, total serapan unsur toksik tersebut sebanding dengan tumbuhan hiper-akumulasi karena banyaknya produksi biomasa
di atas tanah. Dalam konteks ini, tumbuhan Brassica spp. mampu
mengakumulasikan Mn, sehingga lebih efektif mengambil Mn dari tanah yang tercemar dibandingkan
dnegan
tumbuhan
hiper-akumulator
Mn Thlaspi
caerulescens
yang
menghasilkan biomasa tanaman di atas tanah lebih sedikit. Spesies tumbuhan yang toleran terhadap tanah yang kaya unsur toksik, dan kemudian diikuti dengan serapan intensif unsur ini, termasuk pada famili Caryophyllaceae, Brassicaceae, Cyperaceae, Poaceae, Fabaceae d an Chenopodiaceae #/abata-+endias and +endias )33$'. Demikian juga rekomendasi 8+?
#8+? )333' memasukkan tumbuhan akumulator logam seperti jagung # !ea mays', sorghum #"orghum bicolor ' , dan lucerne # #edicago sativa' di antara tumbuhan yang mampu mengambil sejumlah besar logam tetapi masih memerlukan banyak kajian ilmiah. asil-hasil penelitian menunjukkan bahwa pohon-pohon yang tumbuhnya cepat, dan terutama “willow sangat potensial untuk fitoremediasi karena hasil biomasanya sangat banyak dan kemampuannya sangat baik untuk mengakumulasikan unsur logam toksik, terutama cadmium dan inc #+ulford and >atson, )33)'. Di antara jenis-jenis herba, tembakau # $icotiana tabacum 0.' mengakumulasikan banyak "d dan "uN dan jagung # !ea mays 0.' dipandang sebagai tanaman yang efektif karena banyak menghasilkan biomasa
bagian tanaman di atas tanah dengan kandungan unsure logam yang cukup tinggi. Dibandingkan dengan $. tabacum, ternyata !. mays mampu menyerap Mn lebih banyak #>enger et al., )33)'. ?kan tetapi, untuk tujuan fito ekstraksi, efekti5itas tanaman jagung tampaknya belum mencukupi #Schmidt )334'. "admium dan +b terutama ditahan dalam akar jagung, ini menunjukkan mobilitas +b dalam tubuh tanaman snagat terbatas #Bricker et al. )33$'. ingginya kandungan +b dalam biomasa bagian tanaman di atas tanah ditunjukkan oleh tanaman Indian mustard O Brassica %uncea #0.' "ern.P, rye grass # &olium perene 0.', sunflower # 'elianthus anuus 0.' atau smallwing sedge #Carex microptera !ack.' #/lassen et al. )333'. /ecuali itu, tanaman bunga-matahari menunjukkan kemampuan yang bagus untuk
fitoremediasi "u. ingginya kandungan ?s dan Mn juga ditemukan dalam biomasa tanaman Amaranthus hybridus 0. yang mengakumulasikan unsur ini dengan urutan daun Q stems Q
akarN akan tetapi tumbuhan ini belum mencukupi untuk aplikasi praktis fitoremediasi.
6
Gitoremediasi merupakan instilah umum pemanfaatan tumbuhan untuk mengusir, mendegradasi, atau mengandung bahan pencemar tanah seperti logam berat, pestisida, polyaromatic hydrocarbons, dan lindi dari timbunan sampah landfill. +roses ini meliputiR #$'
modifikasi sifat-sifat fisika dan kimia tanah yang tercemarN
#)'
melepaskan eksudat akar, sehingga menambah kan karbon organikN
#4'
memperbaiki aerasi dengan jalan melepaskan oksigen secara langsung ke one perakaran dan meningkatkan porositas tanah lapisan atasN
#'
menangkap dan menahan pergerakan bahan-bahan kimiaN
#;'
mempengaruhi proses co-metabolic mikroba dan transformasi ensimatik tumbuhan yang merombak bahan-bahan kimia limbahN
#&'
menurunkan migrasi 5ertical dan lateral bahan pencemar menuju groundwater dengan jalan mengekstraks air tersedia dan membalik gradient hidraulik. +b merupakan logam berat yang sangat toksik dan mempunyai efek sangat serius
terhadap tumbuhan dan binatang. Eemediasi polutan toksik ini dengan menggunakan bahan bahan yang ramah lingkungan sangat diperlukan. Dalam penelitian ini pengaruh p dan konsentrasi terhadap kapasitas serapan +b oleh (ichhornia crassipes dan “interplay nya telah diamati. 0aju serapan +b oleh (ichhornia crassipes sangat cepat dalam periode 2 jam pertama pada semua konsentrasi awal dan pada berbagai nilai p. 8fisiensi serapan akar lebih besar dibandingkan dengan bagian tanaman di atas tanah. ?kumulasi +b dalam akar (ichhornia crassipes ternyata sangat tinggi pada semua perlakuan p dan konsentrasi awal.
0aju fotosintesis (ichhornia crassipes sangat menurun kalau ditanam dalam medium akuatik yang mengandung +b. /andungan khlorofil menurun dengan adanya peningkatan perlakuan konsentrasi +b selama periode percobaanN hal ini mencerminkan kemungkinan toksisitas +b. asil-hasil penelitian menunjukkan bahwa tumbuhan (ichhornia crassipes mempunyai kemampuan menetralkan p. 6enus-genus Brassicaceae ternyata mampu mengakumulasikan logam berat. iperakumulasi 1i dilaporkan terjadi pada tujuh genus dan ) speciesN sedangkan hiper-akumulasi Mn terjadi pada tiga genus dan )3 species. Spesies Thlaspi ternyata hiper-akumulasi lebih dari satu jenis logam, yaitu spesies T. caerulescence untuk logam-logam "d, 1i. +b, dan MnN spesies T. goesingense untuk logam 1i dan MnN serta spesies T. ochroleucum untuk logam 1i dan MnN spesies T. rotundifolium untuk logam 1i, +b dan Mn. umbuhan yang bersifat hiperakumulasi logam mempunyai potensi bahaya untuk lingkungan.
7
aplikasi remediasi logam dalam
Beberapa spesies akuatik mempunyai kemampuan mengambil logam berat dari air, misalnya air limbah # (ichhornia crassipes #!art.' Solms'N pennywort # 'ydrocotyle umbellata 0.' dan duckweed # &emna minor 0.'. ?kar tumbuhan Indian mustard sangat efektif
menyerap "d, "r, "u, 1i, +b, dan MnN bunga matahari mampu menyerap +b, =,
$4
"s, dan
%3
Sr dari larutan hidrofonik. +enggunaan bahan pembenah tanah seperti bahan sintetik
ammonium thiocyanate dan eolit alamiah memberikan hasil yang menjanjikan. Bahan sintetik polyacrylates, hydrogels mampu melindungi akar tanaman dari bahaya toksisitas logam berat dan mencegah masuknya logam toksik ke dalam akar. Setal pertumbuhan tanaman dan akumulasi logam dianggap cukup, bagian tanaman di atas tanah dipanen dan diambil, berarti logam secara permanent diambil dari lokasi yang tercemar itu. 0ogam-logam dalam tanah juga menjadi tersedia biologis dan dapat diserap oleh akar tanaman. Bahan bahan kimia yang diperkirakan dapat dipakai untuk tujuan ini adalah bahan-bahan pengasaman tanah, garam pupuk dan bahan-bahan pembentuk khelate. Eetensi logam-logam kepada bahan organic tanah juga lebih lemah pada kondisi p rendah, hal ini mengakibatkan logam menjadi lebih tersedia dalam larutan tanah untuk diserap oleh akar tanaman. (leh karena itu diperkirakan proses fitoekstraksi akan menjadi lebih baik kalau ketersediaan logam bagi akar tanaman dapat diperbaiki dengan penambahan bahan-bahan yang dapat mengasamkan tanah. /helate digunakan untuk memperbaiki fitoekstraksi sejumlah logam pencemar tanah, termasuk "d, "u, 1i, +b, dan Mn.
+ara peneliti semula menggunakan hiper-akumulator untuk membersihkan tanahtanah yang tercemar logam berat. Beberapa peneliti telah memilih jenis tumbuhan yang laju tumbuhnya cepat, banyak menghasilkan biomasa, termasuk beberapa tanaman agronomis, berdasarkan kemampuannya untuk mentoleransi dan mengakumulasi logam dalam bagian tanaman di atas atanah. 6en-gen yang mengendalikan hiperakumulasi logam dalam jaringan tanaman telah dapat diidentifikasi dan di-klon-kan. !etabolisme 6lutathione dan asam-asam organik memegang peranan penting dalam mekanisme toleransi tanaman terhadap logam berat. 6lutathione merupakan komponen penting dalam sel bakteria, tumbuhan dan binatang. Dalam proses fitoremediasi logam yang ada dalam lingkungan, asam-asam organik memegang peranan penting dalam mentoleransi logam. ?sam-asam organik ini mampu membentuk kompleks dengan logam berat, ini merupakan proses detoksifikasi logam berat. Strategi genetik dan tanaman transgenik, serta produksi mikroba dan uji lapangan akan dapat mendukung aplikasi fitoremediasi di lapangan. +entingnya biodi5ersitas dan bioteknologi untuk meremediasi logam toksik menjadi bahan kajian sangat penting. umbuhan 8
Brassicaceae sangat prospektif untuk pemuliaan bioteknologi dan untuk kepentingan
fitoremediasi. Gitoremediasi terdiri atas empat macam teknologi yang berbasis tumbuhan, masingmasing mempunyai mekanisme yang berbeda untuk remediasi tanah-tanah yang tercemar logam berat, sedimen atau air yang tercemar. /eempat teknologi ini adalahR $. EIM(-GI0E?SI, menggunakan tumbuhan untuk membersihkan beragam lingkungan akuatik ). GI(-S?BI0IS?SI, tumbuhan digunakan untuk menstabilkan dan bukan untuk membersihkan tanah yang tercemar 4. GI(-(0?I0IS?SI, menggunakan tumbuhan untuk mengekstraks logam tertentu dari tanah dan kemudian melepaskannya ke atmosfer melalui 5olatilisasi . GI(-8/SE?/SI, dimana tumbuhan menyerap logam dari tanah dan
mengangkut
logam tersebut serta menyimpannya dalam bagian tanaman di atas tanah yang dapat dipanen. /ontaminasi logam berat pada ekosistem akuatik karena pembuangan limbah industri dapat menimbulkan ancaman serius bagi kesehatan lingkungan dan manusia . 8ndapan alkali , kolom pertukaran ion, penyerapan secara elektrokimia , teknologi membrane filtrasi, adalah teknologi yang tersedia untuk menghilangkan logam berat . eknologiteknologi kon5ensional ini dianggap tidak ekonomis dan dapat berdampak negatif pada ekosistem perairan. Gitoremediasi logam adalah teknologi hijau yang efektif biayanya, teknologi ini berbasis pada penggunaan tumbuhan khusus untuk menghilangkan logam beracun dari tanah dan air yang tercemar. anaman lahan basah #rawa' menjadi alat penting untuk menghilangkan pencemar logam berat . 0ahan basah buatan #constructed )etlands' merupakan alat yang efektif untuk remediasi berbagai masalah kualitas air. 0ahan basah buatan merupakan sistem rekayasa yang telah dirancang dan dibangun untuk memanfaatkan proses alami yang melibatkan 5egetasi lahan basah, tanah, dan sekumpulan mikroba yang terkait, untuk membantu pengolahan air limbah. !ereka dirancang untuk mengambil keuntungan dari banyak proses yang terjadi di lahan basah alami, tetapi melakukannya dalam lingkungan yang lebih terkontrol . 0ahan basah yang dibangun untuk pengolahan air limbah dapat diklasifikasikan sesuai dengan bentuk kehidupan macrophyte yang mendominasi, yaitu sistem dengan tumbuhan yang mengambang bebas, berakar muncul di permukaan, dan tumbuhan yang tenggelam #Bri@ dan Schierup, $%2%'. /ebanyakan lahan basah dibangun untuk pengolahan
9
air limbah yang ditanami dengan jenis tumbuhan yang muncul di permukaan, tetapi desain sistem media dan pola alirannya ber5ariasi. +roses yang laim terjadi dalam sistem lahan basah, yang mampu menyerap logam berat dari limbah industri, adalah #/adlec dan /eoleian, $%2&N /adlec dan /night, $%%&N >eis dan >eis, )33'R $. +engikatan ke partikel tanah, sedimen, dan bahan partikulat lain /arena muatan positifnya, logam berat dapat segera terserap, dikomplekskan, dan diikat dengan partikel tersuspensi, yang kemudian menetap di substrat . ). +resipitasi #pengendapan' sebagai garam tidak larut seperti karbonat, bikarbonat, sulfida, dan hidroksida +engendapan merupakan proses lain yang mengarah pada penghapusan logam berat jangka panjang. 6aram-garam ini dibentuk oleh reaksi logam berat dengan bahan kimia lain yang hadir dalam kolom air dan tidak larut, sehingga garam mengendap ke bawah menjadi tetap dalam substrat lahan basah #Sheoran dan Sheoran, )33&' . 4. Serapan oleh bakteri, ganggang, dan tumbuhan . +emanenan dan pembuangan biomassa . anaman lahan basah lebih disukai daripada lainnya sebagai bio < agen, karena biayanya murah, seringkali melimpah dalam ekosistem air, dan penanganannya mudah. Eiosfir yang luas pada tumbuhan lahan basah ini menyediakan ona kaya hara bagi mikroba yang terlibat dalam degradasi. Mona sedimen lahan basah menyediakan kondisi reduksianaerobik yang cocok untuk penyerapan pencemar logam berat #+rabhat /umar Eai, )332'. 0ahan basah buatan #constructed )etland ' terbukti efektif untuk penyerapan pencemar logam berat dari air asam tambang, lindi +?, tenaga panas dan limbah-limbah kota, limbah pertanian, dan limbah klor-alkali. Sifat fisiko-kimia lahan basah menyediakan banyak atribut positif
bagi remediasi pencemar logam berat. umbuhan air ypha,
+hragmites, 8ichhornia, ?olla, 0emna dan lainnya adalah beberapa tumbuhan lahan basah yang bagus untuk menghilangkan logam berat #+rabhat /umar Eai, )332'. !asalah pembuangan biomassa dan pola pertumbuhan musiman dari macrophytes akuatik menjadi kendala dalam transfer teknologi fitoremediasi dari laboratorium ke lapangan. 1amun, biomassa tumbuhan dapat digunakan untuk berbagai aplikasi lain yang bermanfaat. !odel ecosustainable telah dikembangkan melalui berbagai penelitian, diharapkan hal ini dapat memperbaiki keterbatasan yang ada. +enyediaan lebih banyak area untuk fitoremediasi juga dapat membantu dalam konser5asi lahan basah #rawa'. Eekayasa genetika dan keanekaragaman hayati tanaman lahan basah yang hampir punah, mempunyai prospek masa depan yang sangat cerah.
10
a. &ekurangan "itoremediasi Banyak instansi pemerintah belum sepenuhnya memahami manfaat dari teknologi
baru ini. ?kibatnya, teknologi ini tidak dipertimbangkan untuk mendukung proyek-proyek yang tercantum dalam Daftar +rioritas 1asional atau daftar Superfund #Batu et al, $%%2'. Gitoremediasi tidak dapat mengolah kontaminasi air-dalamN rumput dapat membersihkan kontaminan hingga kedalaman tiga meter, semak-semak hingga kedalaman sepuluh meter, dan pohon berakar-dalam hingga )3 meter. +roses fitoremediasi ini umumnya lambat dan dapat memerlukan waktu tiga hingga lima tahun untuk memenuhi tujuan pembersihan yang ditargetkan. +emilihan jenis tumbuhan yang spesifik-lokasi harus dilakukan untuk memproses campuran bahan kimia sambil mencegah kematian 5egetasi. +emilihan tumbuhan dan kombinasinya sangat banyak dan masih dalam tahap percobaan yang membutuhkan penelitian lanjutan. +roses ini sangat tergantung pada klimatologi lokal dan harus dirancang dengan pertimbangan lokal. Selain itu, operasi fitoremediasi skala besar mungkin membutuhkan peralatan pertanian kelas berat, yang umumnya terletak jauh dari daerah perkotaan
yang
terkontaminasi
#!udhoo,
)3$$'.
Satwa
liar
dan
manusia
dapat
mengkonsumsi hasil tanaman, maka harus dilakukan tindakan untuk mencegah masuknya kontaminan ke dalam rantai makanan. *ika kontaminan tersebut diserap ke dalam tanah, biasanya tidak cukup mobile untuk memungkinkan fitoremediasi.
al penting lainnya,
biomassa limbah yang kaya kontaminan harus dibuang dengan benar, kadang-kadang memerlukan biaya yang mahal #Sharma dan Eeddy, )33'. b. &euntungan "itoremediasi ?kar tanaman menstabilkan tanah dan mencegah gerakan polutan melalui limpasan
dan debu yang tertiup angin. eknik ini menggunakan tanaman dan sumberdaya alam lokal, sehingga lebih murah. Eemediasi ini dilakukan di tempat, menghemat biaya transportasi dan pengolahan off-site. Dibandingkan dengan sistem lainnya, biasanya estetika menyenangkan dan disukai oleh masyarakat #Sharma dan Eeddy, )33'. !udhoo #)3$$' membuat “klaim bahwa sifat dangkal dan luas dari teknik ini telah membuatnya ideal untuk memulihkan tanah pertanian yang rusak akibat pencemaran limbah industri.
B. EMEDIASI BEBASIS MI&#BA Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di
lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enim-enim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotrans%ormasi. !ikroorganisme yang dimaksud adalah khamir, 11
fungi #mycoremediasi', yeast, alga dan bakteri yang berfungsi sebagai agen bioremediator. +ada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi dimana polutan beracun terdegradasi strukturnya menjadi tidak kompleks dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun. !ikroba yang hidup di tanah dan di air tanah dapat “memakan bahan kimia berbahaya tertentu, misalnya berbagai jenis minyak. !ikroba mengubah bahan kimia ini menjadi air dan gas yang tidak berbahaya misalnya "(). Bakteri yang secara spesifik menggunakan karbon dari hidrokarbon minyak bumi sebagai sumber makanannya disebut sebagai bakteri petrofilik. Bakteri inilah yang memegang peranan penting dalam bioremediasi lingkungan yang tercemar limbah minyak bumi. Sejak tahun $%33an, orang-orang sudah menggunakan mikroorganisme untuk mengolah air pada saluran air. Saat ini, bioremediasi telah berkembang pada perawatan limbah buangan yang berbahaya #senyawa-senyawa kimia yang sulit untuk didegradasi', yang biasanya dihubungkan dengan kegiatan industri. Fang termasuk dalam polutan-polutan ini antara lain logam-logam berat #merkuri, stronsium, kadmium', petroleum hidrokarbon, dan senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pestisida, herbisida, "G", dan lain-lain. Banyak aplikasi-aplikasi baru menggunakan mikroorganisme untuk mengurangi polutan yang sedang diujicobakan. Bidang bioremediasi saat ini telah didukung oleh pengetahuan yang lebih baik mengenai bagaimana polutan dapat didegradasi oleh mikroorganisme, identifikasi jenis-jenis mikroba yang baru dan bermanfaat, dan kemampuan untuk meningkatkan bioremediasi melalui teknologi genetik. eknologi genetika molekuler sangat penting untuk mengidentifikasi gen-gen yang mengkode enim yang terkait pada bioremediasi. /arakterisasi dari gen-gen yang bersangkutan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana mikroba-mikroba memodifikasi polutan beracun menjadi tidak berbahaya. Salah satu komponen utama dalam bioremediasi adalah mikroorganisme. Strain atau jenis mikroba rekombinan yang diciptakan di laboratorium dapat lebih efisien dalam mengurangi polutan. !ikroorganisme rekombinan yang diciptakan dan pertama kali dipatenkan adalah bakteri Tpemakan minyakT. Bakteri ini dapat mengoksidasi senyawa hidrokarbon yang umumnya ditemukan pada minyak bumi. Bakteri tersebut tumbuh lebih cepat jika dibandingkan bakteri-bakteri jenis lain yang alami atau bukan yang diciptakan di laboratorium yang telah diujicobakan. ?kan tetapi, penemuan tersebut belum berhasil dikomersialkan karena strain rekombinan ini hanya dapat mengurai komponen berbahaya dengan jumlah yang terbatas. Strain inipun belum mampu untuk mendegradasi komponenkomponen molekular yang lebih berat yang cenderung bertahan di lingkungan. 12
6ambar $. Ilustrasi mikroorganisme pemakan minyak Secara umum terdapat tiga cara transpor hidrokarbon ke dalam sel bakteri yaitu sebagai berikut. a. Interaksi sel dengan hidrokarbon yang terlarut dalam fase air. +ada kasus ini, umumnya rata-rata kelarutan hidrokarbon oleh proses fisika sangat rendah sehingga tidak dapat mendukung. b. /ontak langsung #perlekatan' sel dengan permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar daripada sel mikroba. +ada kasus yang kedua ini, perlekatan dapat terjadi karena sel bakteri bersifat hidrofobik. Sel mikroba melekat pada permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar daripada sel dan pengambilan substrat dilakukan dengan difusi atau transpor aktif. +erlekatan ini terjadi karena adanya biosurfaktan pada membran sel bakteri +seudomonas. c. Interaksi sel dengan tetesan hidrokarbon yang telah teremulsi atau tersolubilisasi oleh bakteri. +ada kasus ini sel mikroba berinteraksi dengan partikel hidrokarbon yang lebih kecil daripada sel. idrokarbon dapat teremulsi dan tersolubilisasi dengan adanya biosurfaktan yang dilepaskan oleh bakteri +seudomonas ke dalam medium. Berikut ini merupakan jenis-jenis bakteri pendegradasi hidrokarbon pada minyak bumi yaituR $' +seudomonas sp. +seudomonas berbentuk batang dengan diameter 3,;<$ @ $,;< ;,3 mikrometer. Bakteri ini merupakan organisme gram negatif yang motilitasnya dibantu oleh satu atau beberapa flagella yang terdapat pada bagian polar. ?kan tetapi ada juga yang hampir tidak mampu bergerak. Bersifat aerobik obligat yaitu oksigen berfungsi sebagai terminal elektron aseptor pada proses metabolismenya. /ebanyakan sp.esies ini tidak bisa hidup pada kondisi asam pada p ,; dan tidak memerlukan bahan-bahan organik. Bersifat oksidasi negatif atau positif, katalase positif dan kemoorganotropik. Dapat menggunakan ) dan "( sebagai sumber energi. Bakteri pseudomonas yang umum digunakan sebagai pendegradasi hidrokarbon antara lain +seudomonas aeruginosa, +seudomonas stuteri, dan +seudomonas diminuta. Salah satu faktor yang sering membatasi kemampuan bakteri +seudomonas dalam mendegradasi senyawa hidrokarbon adalah sifat kelarutannya yang rendah, sehingga sulit 13
mencapai sel bakteri. ?dapun mekanisme degradasi hidrokarbon di dalam sel bakteri +seudomonas yaituR : !ekanisme degradasi hidrokarbon alifatik +seudomonas menggunakan hidrokarbon tersebut untuk pertumbuhannya. +enggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobik #menggunakan oksigen'. anpa adanya (), hidrokarbon ini tidak didegradasi. 0angkah pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh oleh +seudomonas meliputi oksidasi molekuler #()' sebagai sumber reaktan dan penggabungan satu atom oksigen ke dalam hidrokarbon teroksidasi. : !ekanisme degradasi hidrokarbon aromatik Banyak senyawa ini digunakan sebagai donor elektron secara aerobik oleh bakteri +seudomonas. Degradasi senyawa hidrokarbon aromatik disandikan dalam plasmid atau kromosom oleh gen @y78. 6en ini berperan dalam produksi enim katekol ),4dioksigenase. !etabolisme senyawa ini oleh bakteri diawali dengan pembentukan +rotocatechuate atau catechol atau senyawa yang secara struktur berhubungan dengan senyawa ini. /edua senyawa ini selanjutnya didegradasi oleh enim katekol ),4dioksigenase menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus /rebs #siklus asam sitrat', yaitu suksinat, asetil /o?, dan piru5at. )' ?rthrobacter sp. +ada kultur yang masih muda ?rthrobacter berbentuk batang yang tidak teratur 3,2< $,) @ $<2 mikrometer. +ada proses pertumbuhan batang segmentasinya berbentuk cocus kecil dengan diameter 3,&<$ mikrometer. 6ram positif, tidak berspora, tidak suka asam, aerobik, kemoorganotropik. !emproduksi sedikit atau tidak sama sekali asam dan gas yang berasal dari glukosa atau karbohidrat lainnya. /atalase positif, temperatur optimum );<43o". 4' ?cinetobacter sp. !emiliki bentuk seperti batang dengan diameter 3,%<,& mikrometer dan panjang $,;),; mikrometer. Berbentuk bulat panjang pada fase stasioner pertumbuhannya. Bakteri ini tidak dapat membentuk spora. ipe selnya adalah gram negatif, tetapi sulit untuk diwarnai. Bakteri ini bersifat aerobik, sangat memerlukan oksigen sebagai terminal elektron pada metabolisme. Semua tipe bakteri ini tumbuh pada suhu )3-433", dan tumbuh optimum pada suhu 44-4;3". Bersifat oksidasi negatif dan katalase positif. Bakteri ini memiliki kemampuan untuk menggunakan rantai hidrokarbon sebagai sumber nutrisi, sehingga mampu meremidiasi tanah yang tercemar oleh minyak. Bakteri ini bisa menggunakan amonium dan garam nitrit sebagai sumber nitrogen, akan tetapi tidak memiliki pengaruh yang signifikan. D-glukosa adalah satu-satunya golongan heksosa yang bisa digunakan 14
oleh bakteri ini, sedangkan pentosa D-ribosa, D-silosa, dan 0-arabinosa juga bisa digunakan sebagai sumber karbon oleh beberapa strain. ' Bacillus sp. =mumnya bakteri ini merupakan mikroorganisme sel tunggal, berbentuk batang pendek #biasanya rantai panjang'. !empunyai ukuran lebar $,3-$,) m dan panjang 4-; m. !erupakan bakteri gram positif dan bersifat aerob. ?dapun suhu pertumbuhan maksimumnya yaitu 43-;3o" dan minimumnya ;-)3o" dengan p pertumbuhan ,4-%,4. Bakteri ini mempunyai kemampuan dalam mendegradasi minyak bumi, dimana bakteri ini menggunakan minyak bumi sebagai satu-satunya sumber karbon untuk menghasilkan energi dan pertumbuhannya. +ada konsentrasi yang rendah, bakteri ini dapat merombak hidrokarbon minyak bumi dengan cepat. *enis Bacillus sp. yang umumnya digunakan seperti Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus laterospor. (rganisme yang umum untuk bioremediasi antara lainR !inyak R +seudomonas, +roteus, Bacillus, +enicillum,"unninghamell ?romatic Eings R +seudomonas, ?chromobacter, Bacillus, ?rthrobacter, +enicillum, "admium
?spergillus, Gusarium, +hanerocheate R Staphlococcus, Bacillus, +seudomonas,
Sulfur "hromium
Ehodococcus R hiobacillus R lcaligenes, +seudomonas"opper8scherichia, +seudomonas
"itrobacter,
?dapun anggota aktif dari konsorsium mikroba dalam bioremediasi antara lainR a. ?lcaligenes denitrificans b. ?rthorbacterglobiforms c. ?rthrobactersp d. Bacillus megaterium e. Berijerinckia sp f. Gla5obacterium g. !ethanobacterium h. !ycobacterium sp i. !ycobacterium 5accae j. 1itrosomonas eurupaca k. 1ocardia corallia l. 1ocardia erythropolis m. 1ocardia sp n. +seudomonas aeruginosa o. +seudomonas cepacia p. +seudomonas fluorescence U. +seudomonas glatheri r. +seudomonas mendocina s. +seudomonas methanic t. +seudomonas paucimobilis u. +seudomonas putida 5. +seudomonas sp. 15
/lebsiella,
w. +seudomonas testosterone @. +seudomonas 5esicularis '. EMEDIASI BEBASIS HE(AN TANAH D. BI#EMEDIASI IN SITU E. BI#EMEDIASI E) SITU ". BI#EMEDIASI DEN*AN BANTUAN SU"A&TAN
Bio7surfaktan merupakan molekul amfiphilik yang memiliki gugus hidrofilik dan hidrofobik, memiliki sifat yang banyak, termasuk menurunkan tegangan muka dan gaya antar muka pada cairan serta kemampuan membentuk misel dan mikroemulsi antara dua fasa yang berbeda. /omponen hidrofilik dari bio7surfaktan biasanya disebut “head dan komponen hidrofobiknya disebut “tail yang secara umum terdiri dari rantai hidrokarbon dengan panjang ber5ariasi. /emudian berdasarkan perolehan bahan atau komponen hidrofilik dan hidrofoobik surfaktan dibagi menjadi R $. Surfaktan Sintesis /omponen hidrofobik biasanya disintesis dari parafin, olefin, alkilbenena, alkil fenol dan alkohol. Sedangkan komponen hidrofilik dari sulfat, sulfonat, gugus karboksilat #surfaktan anionik', gugus amonium kuartener #surfaktan kationik' dan polioksietilen, sukrosa atau polipeptida #surfaktan non ionik'. ). Biosurfaktan +ada biosurfaktan secara struktural dibagi berdasarkan komponen permukaan aktif yang dihasilkan oleh jenis mikroorganisme yang diklasifikasikan berdasarkan struktur kimia dan sumber mikroba. Secara umum bagian hidrofilik terdiri dari asam amino atau anion7kation peptida, mono- atau polisakarida dan bagian hidrofobik terdiri dari asam lemak jenuh atau tak jenuh. Berdasarkan sebuah klasifikasi dari 1eu bsurfaktan seharusnya merupakan surfaktan dengan berat molekul rendah. al ini karena ketika surfaktan memiliki berat molekul yang besar maka menjadi sebuah bioemulsifier. Biosurfaktan dengan berat molekul rendah diantaranya adalah glikolipid seperti rhamnolipid, lipid trehalose, soprolipid, dan lipid fruktosa atau lipopeptida seperi surfaktin, gramisidin S dan polimiksin. Sedangkan bioemulsifier dengan berat molekul besar adalah polisakarida polifilik atau amphifilik, protein, lipopolisakarida dan lipoprotein.
Berdasarkan muatan ionik komponen hidrofiliknya, surfaktan dibagi menjadi R • • • •
?nionik /ationik 1on ionik Mwitter ionik
Selain itu bio7surfaktan dapat digolongkan berdasarkan ydrophile-0ipophile Balance #0B'. Dimana nilai 0B mengindikasikan kemampuan surfaktan tersebut untuk 16
menghasilkan emulsi air dalam minyak atau minyak dalam air. !isalkan 0B rendah V 4-& adalah lipofilik sehingga cenderung menghasilkan emulsi air dalam minyak, dan 0B tinggi V $3-$2 yang lebih hidrofilik cenderung menghasilkan emulsi minyak dalam air. 1ilai 0B tersebut sangat berguna untuk melakukan aplikasi < aplikasi yang berbeda pada surfaktan. "ontohnya untuk membersihka kontaminan minyak pada tanah digunakan surfaktan dengan nilai 0B diatas $3. Bio+Sur%aktan Meningkatkan Bioremediasi
Bio7surfaktan telah digunakan sebagai biodegradasi hidrokarbon pada tahun $%%. /emudian dilakukan penelitian lebih lanjut menegenai penggunanan bio7surfakatan pada sistem lingkungan yang berbeda seperti cairan, suspensi dan fasa padat, tanah, air. Gakta yag diperoleh bahwa teknik remediasi dengan menggunakan biosurfaktan bersifat spesifik . !isalkan untuk mendegradasi heksadekan maka digunakan rhamnolipid pada oraganisme Pseudomonas aeruginisa tapi tidak dapat menggunakan strain jenis *hodococus. Interaksi yang terjadi pada bioremediasi dengan menggunakan bio7surfaktan R a. +eran mikroba Surfaktan mikrobial dapat meningkatkan jumlah bakteri pada limbah hidrokarbon dengan meningkatkan luas permukaan antara minyak dan air dengan cara emulsifikasi dan meningkatkan pseudosolubilitas hidrokarbon dengan partisi kedalam misel. Sedangkan pada logam rhamnolipid dapat membentuk komplek dengan cadmium dengan mereduksi toksitas selnya. Selain pada logam cadmium, biosurfaktan lipopetida juga dapat ditambahkan pada uranium yang bahkan berpotensi menjadi antibiotik. *adi mikroorganisme mampu membuka gugus hidrofobik dari luar maupun dari dalam serta dapat meningkatkan dan menurunkan permukaan hidrofobik. b. Interaksi antara bio7surfaktan dengan lingkungan /arena sifat amphifiliknya, bio7surfaktan dapat mengubah fasa distribusi kontaminan dan parameter lingkungan dengan mekanisme - mekanisme yang berbeda. Genomena ini dapat mengingkatkan proses bioremediasi baik dengan penambahan surfaktan secara biologis maupun kimiawi. !ekanisme < mekanisme tersebut adalah R $' 8mulsifikasi Biosurfaktan dengan berat molekul besar berpotensi dapat menstabilkan emulsi antara hidrokarbon cair dan air, sehingga meningkatkan luas permukaan yang digunakan oleh bakteri untuk melakukan biodegradasi. 1amun sangat jarang digunakan untuk meningkatkan proses bidegradasi hidrokarbon dalam bioremediasi dan beberapa penelitian memiliki hasil berlawanan dari literatur. )' !iselarisasi +ori misel dapat mempartisi fraksi kontaminan hidrofobik namun juga dapat mengikat kontaminan organik yang merupakan penghambat kerja mikroorganisme dan molekul organik yang mengakibatkan bakteri menjadi kurang aktif 4' +enyerapan kedalam tanah /onsentrasi kritis misel pada tanah lebih tinggi dibanding pada air sehingga mampu meningkatkan kemampuan partisi dari surfaktan. +enggunaan dosis surfaktan sangat penting karena adanya surfaktan yang hilang selama proses 17
penyerapan. Derajat penyerapan surfaktan kedalam tanah bergantung fraksi karbon organik dalam tanah dan sifat kimia surfaktan. 1amun pada kasus penyerapan isotermal didapatkan bahwa molekul surfaktan lebih suka mengikat molekul terserap dibanding tanah. Semakin banyak komponen organik dalam tanah maka semakin banyak surfaktan yang dibutuhkan untuk melarutkan kontaminan. /enyataan lainnya menunjukan bahwa penambahan surfaktan untuk mengurangi pembentukan misel juga dapat meningkatkan komponen karbon organik dalam tanah dengan maksud partisi pada komponen hidrofobik organik yang diinginkan. ' Desorbsi kontaminan c. Interaksi antara bio7surfaktan dengan sel mikroba +enambahan surfaktan dapat meningkatkan hidrofobisitas dari mikrooranisme pendegradasi yang mengakibatkan surfaktan dapat mengikat substrat hidrofobik lebih mudah. oksisitas surfaktan dapat berdampak pada seluruh ekosistem dan mikroorganisme pendegradasi sehingga menghambat biodegradasi polutan. !aka dilakukan langkah bijak pada prosedur pemilihan biosurfaktan yang sesuai dengan mempertimbangkan efek toksisitasnya pada komoponen lainnya dibanding mengutamakan sifat kimia- fisika dan pengaruh surfaktan pada laju biodegradasi. ?pabila menggunakan surfaktan sintesis sebaiknya menggunakan jenis surfaktan non ionikk yang cenderung kurang toksik dan biodegradabel dibanding surfaktan anionik7kationik dan yang lainnya. 1amun surfaktan yang dihasilkan dari mikroba 7 biosurfaktan jauh lebih bersifat alami dan penggunaannya dalam proses bioremediasi lebih dapat diterima karena kurang toksik dan kemampuan biodegradasinya tinggi. Sedangkan untuk biodegradasi surfaktan, dilaporkan efek negatif yang banyak terjadi karena bio7surfaktan dapat menjadikan karbon degradabel menjadi sumber kontaminan. Dimana intermediet surfaktan tersebut lebih beracun dibanding komponen induknya. Selain itu residu dari surfaktan dalam tanah juga dapat menimbulkan efek positif dan negatif bergantung konsentrasinya. Dan telah diuji bahwa surfaktan biologis lebih biodegradabel dibanding sintesis. #Granetti et al )3$3' DA"TA PUSTA&A
Bricker, .*., *. +ichtel, .*. Brown dan !. Simmons. )33$. +hytoe@traction of Pb and "d from a superfund soilR 8ffects of amendments and croppings. +. (nviron. "ci. 'ealth , 4&R $;%<$&$3. Bri@, . and Schierup, .. $%2%. he use of macrophytes in water pollution control. Ambio $2, $33<$3. "iroeksoko, +. $%%&. Pengantar Bioremediasi. Dalam +rosiding +elatihan dan 0okakarya R +eranan Bioremediasi dalam +engelolaan 0ingkungan. +. "itroeksoko, ?. Setiana, !.?. Subroto dan D. . Djaja #8dt'. "ibinong, ) < )2 *uni $%%&.
18
"rawford, E. dan D. 0. "rawford. $%%&. Bioremediation Principles and Application. "ambridge =ni5ersity +ress. =S?. Granetti ?ndrea, Isabella 6., 6iuseppine B., dan Ibrahim !.B. )3$3. #Bio'surfactant and Bioremediation
Successes
and
Gailures.
Trend
in
Bioremediation
and
Phytoremediation R $;-$;& ISB1 R %2-2$-432-3)-2
6erard *. ortora, Berdell E. Gunke, "hristine 0. "ase.- $3th ed, )3$3, #icrobiology, an introduction. 6reat
4.com70ake?nd+ond
0akes (rb-4
Bio
Systems.
Inc.
.co
(rb-
+rofessional 8nymes W Bacteria are the total
solution. /abata-+endias ?. dan . +endias. )33$. Trace (lements in "oils and Plants . 4rd ed. "E" +ress, Boca Eaton. /adlec, E.. and /eoleian, 6.?. $%2&. #etal ion exchange on peat. n, Peat and ater , pp. &$<%4. #Guchsman, ".., 8d.'. ?msterdam 8lse5ier. /adlec, E.. and /night, E.0. $%%&. Treatment etlands. Boca Eaton, G0, 0ewis. /lassen S.+., !c0ean *.8., 6rossl +.E. dan E.".Sims. )333. Gate and beha5iour of lead in soils planted with metal-resistant species #Ei5er Birch and Smallwing Sedge'. +. (nviron. /ual ., )%R $2)&<$24.
!ara,
Duncan
and
oran,1.*,
)334 'andbook
of )ater and )aste)ater
microbiology, ISB1 3-$)- 3$33-3. 8lse5ier
!atagi, S., Swai,D., and !ugabe, E. $%%2. ? re5iew of hea5y metal remo5al mechanisms in wetlands. ?fr. +. Trop. 'ydrobiol . 2, )4<4;. !udhoo, ?. #)3$$'. “ Phytoremediation of Cadmium, A 0reen Approach. !urray-6ulde, "., Bearr, *., and Eodgers, *.. )33;. 85aluation of a constructed wetland treatment system specifically designed to decrease bioa5ailable copper in a wastestream. (cotoxicol. (nviron. Saf. &$, &3<4. +ichtel, *., /./uroiwa dan ..Sawyerr. )333. Distribution of +b, "d, and Ba in soils and plants of two contaminated sites. (nvironmental Pollution. $$3, $$-$2. +rabhat /umar Eai. )332. ea5y metal pollution in aUuatic ecosystems and its phytoremediation using wetland plantsR ?n ecosustainable approach. nternational +ournal of Phytoremediation $3R$44<$&3, )332.
+ulford I.D., dan ". >atson. )33). +hytoremediation of hea5y metal-contaminated land by trees < a re5iew. (nviron. nt ., $34)R $<$). Sa@ena +./., S./rishna Eaj, .Dan, !.E.+erras dan 1.1.ettakkorumakanka5. $%%%. +hytoremediation of hea5y metal contaminated and polluted soils. InR +rasad !.1.., 19
agemeyer *. #eds.'R ea5y !etal Stress in +lants < Grom !olecules to 8cosystems, Springer-erlag, Berlin, eidelberg, 6ermanyR 43;<4)%. Schmidt, =. )334. 8nhancing phytoe@tractionR he effect of chemical soil manipulation on mobility, plant accumulation, and leaching of hea5y metals. +. (nviron. /ual . , 4)R $%4%<$%;. Schol, !. )33&. >etland Systems to "ontrol =rban Eunoff. ?msterdam 8lse5ier. Sharma, .D., Eeddy /.E. #)33'. “ 0eoenvironmental (ngineering . *on >iley W Sons, oboken, 1ew *ersey, 2-2; Sheoran, ?.S. and Sheoran, . )33&. ea5y metal remo5al mechanism of acid mine drainage in wetlandsR ? critical re5iew. #inerals (ng $%, $3;<$$&. Suhardi,
Sri
arjati.
)3$).
httpR77blogs.itb.ac.id7rennisuhardi7bioremediasi7apakah-
bioremediasi7. diakses pada tanggal $2 1o5ember )3$;. Susarla, S., .G.!edina dan S.".!c"utcheon. )33). +hytoremediation, ?n ecological solution to organic contamination. (cological (ngineering . $2, &-&;2. lustoH, +., *. Sko5, *. rubJ, I. artman, *. 1ajmano5, *. 1edKlnLk, D. +a5lLko5 dan !. Batysta. )33&. Eemo5al of ?s, "d, +b, and Mn from contaminated soil by high biomass producing plants. P&A$T "1& ($2*1$ ., ;), )33& #%'R $4<)4. >enger, 8. N E.!cDermott dan >.!.Snyder. )33). Cultivating Communities of Practice 3'ardcover4. ar5ard Business +ressN $ edition. ISB1 %2-$-;2;$-443-.
>eis, *.S. and >eis, +. )33. !etal uptake, transport and release by wetland plantsR Implications for phytoremediation and restoration Ee5iew. (nviron. nt . 43, &2;< 33.
20
LATIHAN S#AL
PILIHAN *ANDA
$. ?plikasi bioremediasi di Indonesia mengacu pada /eputusan !enteri 1egara 0ingkungan idup yang mengatur tentang tatacara dan persyaratan teknis pengolahan limbah dan tanah terkontaminasi oleh minyak bumi secara biologis yaitu XX.. a. /eputusan !enteri 1egara 0ingkungan idup 1omor $)2 ahun )33) b. /eputusan !enteri 1egara 0ingkungan idup 1omor $)2 ahun )334 c. /eputusan !enteri 1egara 0ingkungan idup 1omor $)% ahun )334 d. /eputusan !enteri 1egara 0ingkungan idup 1omor $)2 ahun )33 e. /eputusan !enteri 1egara 0ingkungan idup 1omor $)% ahun )33
). Bioremediasi dapat mengubah bahan kimia berbahaya menjadiXX a. "( b. 1() c. )( d. S( e. 1) 4. =paya pencegahan dan penanggulangan terhadap dampak yang ditimbulkan oleh penambang batu bara dapat ditempuh dengan beberapa pendekatan antara lain, kecualiXX. a. +endekatan teknologi b. +endekatan lingkungan c. +endekatan administratif d. +endekatan khusus e. +endekatan edukatif . Gaktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi proses bioremediasi, antara lain kecualiXXX a. 0ingkungan b. /arbon dioksida c. emperatur d. (ksigen e. p.
21
;. Berikut yang tidak termasuk ke dalam kelebihan bioremediasi yaituXXX a. Bioremediasi tidak menggunakan7menambahkan bahan kimia berbahaya. b. +roses degradasi dapat dilaksanakan dalam jangka waktu yang cepat. c. Bioremediasi sangat aman digunakan karena menggunakan mikroba yang secara alamiah sudah ada dilingkungan #tanah'. d. !engubah polutan bukan hanya memindahkannya. e. Dapat digabung dengan teknik pengolahan lain. &. Berikut yang termasuk ke dalam kekurangan bioremediasi yaitu kecualiXXX a. idak semua bahan kimia dapat diolah secara bioremediasi. b. +engotornya bersifat toksik c. !engubah polutan bukan hanya memindahkannya. d. +adat ilmiah e. Dapat digabung dengan teknik pengolahan lain . Dibawaha ini yang tidak termasuk teknik dasar yang biasa digunakan dalam bioremediasi adalahXXX a. Biotransformasi b. Inokulasi #penanaman' mikroorganisme di lokasi tercemar c. +enerapan immobili5ed en5ymes d. +enggunaan tanaman # phytoremediation' e. Stimulasi akti5itas mikroorganisme asli #di lokasi tercemar' dengan penambahan nutrien, pengaturan kondisi redoks, optimasi p 2. Berikut ini yang tidak termasuk ke dalam contoh mikroba pendegradasi logam yaituXXX a. 8nterobacter cloacae b. 8scherichia coli c. Desulfuromonas aceto@idans d. hiobacillus ferro@idans e. Saccharomyces cere5isiae
%. Berbentuk batang dengan diameter 3,; < $ @ $,; < ;,3 mikrometer. Bakteri ini merupakan organisme gram negatif yang motilitasnya dibantu oleh satu atau beberapa flagella yang terdapat pada bagian polar. ?kan tetapi ada juga yang hampir tidak mampu bergerak. Bersifat aerobik obligat yaitu oksigen berfungsi sebagai terminal elektron aseptor pada proses metabolismenya. /ebanyakan sp.esies ini tidak bisa hidup pada kondisi asam pada p ,; dan tidak memerlukan bahan-bahan organik. Bersifat oksidasi negatif atau positif, katalase positif dan kemoorganotropik. Dapat menggunakan ) dan "( sebagai sumber energi. Bakteri yang mempunyai ciri-ciri tersebut adalahXX.. a. ?rthrobacter sp. b. ?cinetobacter sp. 22
c. Bacillus sp. d. +seudomonas sp. e. Saccharomyces sp. $3. ?rthrobacter sp, ?cinetobacter sp, Bacillus sp, dan +seudomonas sp. merupakan jenis-jenis bakteri pendegradasi padaXXX a. 0ogam berat b. Bahan
23
ESSA, -. Aaka/ %aktor utama agar mikroba daat membersi/kan ba/an kimia berba/a0a dari lingkungan1
Gaktor utama agar mikroba dapat membersihkan bahan kimia berbahaya dari lingkungan yaitu adanya mikroba yang sesuai dan tersedia kondisi lingkungan yang ideal tempat tumbuh mikroba seperti suhu, p, nutrient dan jumlah oksigen.
2. Ada
beraaka/
ara
menstimulasi
ertumbu/an
mikroba
dalam
teknologi
bioremediasi1 Sebutkan dan 3elaskan4
Dalam teknologi bioremediasi dikenal dua cara menstimulasi pertumbuhan mikroba, yaitu dengan biostimulasi dan bioaugmentasi. a. Biostimulasi
Biostimulasi adalah memperbanyak dan mempercepat pertumbuhan mikroba yang sudah ada di daerah tercemar dengan cara memberikan lingkungan pertumbuhan yang diperlukan, yaitu penambahan nutrien dan oksigen. *ika jumlah mikroba yang ada dalam jumlah sedikit, maka harus ditambahkan mikroba dalam konsentrasi yang tinggi sehingga bioproses dapat terjadi. !ikroba yang ditambahkan adalah mikroba yang sebelumnya diisolasi dari lahan tercemar kemudian setelah melalui proses penyesuaian di laboratorium di perbanyak dan dikembalikan ke tempat asalnya untuk memulai bioproses. 1amun sebaliknya, jika kondisi yang dibutuhkan tidak terpenuhi, mikroba akan tumbuh dengan lambat atau mati. Secara umum kondisi yang diperlukan ini tidak dapat ditemukan di area yang tercemar. b.
Bioaugmentasi
Bioaugmentasi merupakan penambahan produk mikroba komersial ke dalam limbah cair untuk meningkatkan efisiensi dalam pengolahan limbah secara biologi. "ara ini paling sering digunakan dalam menghilangkan kontaminasi di suatu tempat. ambatan mekanisme ini yaitu sulit untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar mikroba dapat berkembang dengan optimal. Selain itu mikroba perlu beradaptasi dengan lingkungan tersebut .Dalam beberapa hal, teknik bioaugmentasi juga diikuti dengan penambahan nutrien tertentu. +ara ilmuwan belum sepenuhnya mengerti seluruh mekanisme yang terkait dalam bioremediasi, dan mikroorganisme yang dilepaskan ke lingkungan yang asing kemungkinan sulit untuk beradaptasi. c. Bioremediasi Intrinsik
Bioremediasi jenis ini terjadi secara alami di dalam air atau tanah yang tercemar.
24
5. Sebutkan dan 3elaskan dua teknik 0ang sangat umum diterakan dalam teknik bioremediasi4 Dalam aplikasi teknik bioremediasi dikenal dua teknik yang sangat umum diterapkan yaitu
biopile dan landfarming . +ada teknik biopile, tanah tercemar ditimbun diatas lapisan kedap air dan suplai udara •
yang diperlukan oleh mikroba dilakukan dengan memasang perpipaan untuk aerasi #pemberian udara' dibawah tumpukan tanah tercemar. +ompa udara dipasang diujung perpipaan sehingga semua bagian tanah yang mengandung mikroba dan polutan berkontak •
dengan udara. Dengan teknik ini, ketinggian tanah timbunan adalah $ sampai $,; meter. eknik landfarming dilakukan dengan menghamparkan tanah tercemar diatas lapisan kedap air. /etebalan hamparan tanah 43 < ;3 cm memungkinkan kontak mikroba dengan udara. =ntuk menjamin bahwa semua bagian dari tanah yang diolah terkontak dengan udara maka secara berkala hamparan tanah tersebut di balikkan. 1ama landfarming digunakan karena proses pembalikan tanah yang dilakukan sama dengan pembalikan tanah pada saat persiapan lahan untuk pertanian.
6. Sebutkan dan 3elaskan man%aat bioremediasi ada berbagai bidang4 Bioremediasi dapat memberikan manfaat dalam berbagai bidang, antara lainR $. Bidang 0ingkungan, yakni pengolahan limbah yang ramah lingkungan dan bahkan
mengubah limbah tersebut menjadi ramah lingkungan. "ontoh bioremediasi dalam lingkungan yakni telah membantu mengurangi pencemaran dari pabrik, misalnya saat $%%, supertanker 8@@on alde di ?laska, lebih dari $$juta gallon oli mentah mengalir, tetapi bakteri pemakan oli membantu mengurangi pencemaran laut yang lebih jauh lagi. ). Bidang Industri, yakni bioremediasi telah memberikan suatu ino5asi baru yang membangkitkan semangat industri sehingga terbentuklah suatu perusahaan yang khusus bergerak dibidang bioremediasi, contohnya adalah Eegenesis Bioremediation +roducts, Inc., di San "lemente, "alif. 4. Bidang 8konomi, karena bioremediasi menggunakan bahan bahan alami yang hasilnya ramah lingkungan, sedangkan mesin-mesin yang digunakan dalam pengolahan limbah memerlukan modal dan biaya yang jauh lebih, sehingga bioremediasi memberikan solusi ekonomi yang lebih baik. . Bidang +endidikan, penggunaan microorganisme dalam bioremediasi, dapat membantu penelitian terhadap mikroorganisme yang masih belum diketahui secara jelas.+engetahuan ini akan memberikan sumbangan yang besar bagi dunia pendidikan sains. ;. Bidang eknologi, bioremediasi memberikan tantangan baru bagi teknologi untuk terus memberikan ino5asi yang lebih baik bagi lingkungan.
25
&. Bidang Sosial, bioremediasi memberikan solusi ekonomi yang mudah dijangkau dan mudah dilakukan baik bagi rumah tangga dan industri. Dengan begini, limbah rumah tangga dapat dikelola jauh lebih baik. . Bidang /esehatan, dengan pengelolaan limbah yang baik, pencemaran dapat diminimalisir sehingga kualitas hidup manusia jauh meningkat. 2. Bidang +olitik, isu lingkungan dapat lebih ditekan sehingga para petinggi dapat memfokuskan masalah ke lingkup lain, Bahkan bioremediasi dapat membantu memperbaiki masalah yang berkesinambungan didalamnya. 7. Ada beraaka/ ara mikroba mengurangi ba/a0a enemaran logam berat1 Sebutkan dan 8elaskan4 !ikroba mengurangi bahaya pencemaran logam berat dapat dilakukan dengan cara
detoksifikasi, biohidrometakurgi, bioleaching, dan bioakumulasi seperti berikutR Detoksi%ikasi #biosorpsi' pada prinsipnya mengubah ion logam berat yang bersifat toksik
•
menjadi senyawa yang bersifat tidak toksik. +roses ini umumnya berlangsung dalam •
kondisi anaerob dan memanfaatkan senyawa kimia sebagai akseptor elektron. Bio/idrometalurgi pada prinsipnya mengubah ion logam yang terikat pada suatu senyawa
•
yang tidak dapat larut dalam air menjadi senyawa yang dapat larut dalam air. Biolea/ing merupakan akti5itas mikroba untuk melarutkan logam berat dari senyawa yang mengikatnya dalam bentuk ion bebas. Biasanya mikroba menghasilkan asam dan senyawa pelarut untuk membebaskan ion logam dari senyawa pengikatnya. +roses ini
•
biasanya langsung diikuti dengan akumulasi ion logam. Bioakumulasi merupakan interaksi mikroba dan ion-ion logam yang berhubungan dengan lintasan metabolisme.
26
