Biosorpsi Logam Pb(II) dan Ni(II) oleh Biomassa Perifiton pada Perairan Lotik

BIOSORPSI LOGAM Pb(II) DAN Ni(II) OLEH BIOMASSA
PERIFITON PADA PERAIRAN LOTIK
 
 
 
 
 

 
 
 
FAJAR SUMI LESTARI
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 
 
 

 
 
 
 
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013

 

ABSTRAK

FAJAR SUMI LESTARI. Biosorpsi Logam Pb(II) dan Ni(II) oleh Biomassa
Perifiton pada Perairan Lotik. Dibimbing oleh TETTY KEMALA dan EVI
SUSANTI.
Biosorpsi adalah metode yang efektif untuk menghilangkan ion logam berat
dari air limbah. Penelitian ini memanfaatkan perifiton sebagai biosorben Pb(II)
dan Ni(II) dari larutan tunggal serta mempelajari pengaruh waktu, bobot
biosorben, dan konsentrasi logam berat pada kapasitas dan efisiensi biosorpsi
logam berat Pb(II) dan Ni(II). Setelah 24 jam proses adsorpsi, konsentrasi Pb(II)
yang tersisa dalam air 0.05 mg/L dan Ni(II) 0.03 mg/L. Kapasitas biosorpsi
maksimum perifiton terhadap logam Pb ialah 1.97 mg/g dan terhadap logam Ni
ialah 1.92 mg/g. Kinetika biosorpsi Pb(II) dan Ni(II) mengikuti persamaan orde
kedua semu dengan nilai k2 = 4.5×10-3 g.mg-1.menit-1 untuk logam Pb dan
22.6×10-3 g.mg-1.menit-1 untuk logam Ni dengan koefisien determinasi (R2)
masing-masing 0.97. Spektrum inframerah biomassa perifiton sebelum dan
sesudah adsorpsi logam Pb dan Ni memperlihatkan kemiripan gugus fungsi
dengan Spirogyra. Penelitian ini menunjukkan bahwa perifiton berpotensi sebagai
biosorben untuk mengadsorpsi logam Pb dan Ni.
Kata kunci: biosorpsi, perifiton, Pb(II), Ni(II)

ABSTRACT

FAJAR SUMI LESTARI. Biosorption of Pb(II) and Ni(II) Metals by Periphyton
Biomass at Lotic Water. Supervised by TETTY KEMALA and EVI SUSANTI.
Biosorption is an effective method for removing heavy metal ions from
wastewater. This study utilized periphyton as biosorbent of Pb(II) and Ni(II) from
single solutions and studied the influence of time, biosorbent weight, and
concentrations of heavy metals on biosorption capacity and efficiency of Pb(II)
and Ni(II). After 24 hours of adsorption, the concentration of Pb(II) left in water
was 0.05 mg/L and Ni(II) 0.03 mg/L. The maximum biosorption capacity of
periphyton for Pb metal was 1.97 mg/g and for Ni metal was 1.92 mg/g. Kinetics
of Pb(II) and Ni(II) biosorption followed pseudo second-order equation with the
value of k2=4.5×10-3 g.mg-1.min-1 for Pb metal and 22.6×10-3 g.mg-1.min-1 for Ni
metal with determination coefficients (R2) of 0.97 for both metal ions. Infrared
spectrum of peryphyton biomass before and after adsorption of Pb and Ni metals
show the similarity of functional groups with Spirogyra. This study suggests that
periphyton is potential as biosorbent of Pb and Ni metals.
 
Keywords: biosorption, periphyton, Pb(II), Ni(II)

 

BIOSORPSI LOGAM Pb(II) DAN Ni(II) OLEH BIOMASSA
PERIFITON PADA PERAIRAN LOTIK
 
 
 
 
 

 
 
 
 

 
FAJAR SUMI LESTARI
 
 
 
 
 

 
 
 
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia 

 
 

 
 
 
 
 
 
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR
2013

 

Judul Skripsi
Nama
NIM

: Biosorpsi Logam Pb(II) dan Ni(II) oleh Biomassa Perifiton pada
Perairan Lotik
: Fajar Sumi Lestari
: G44086004

Disetujui
Pembimbing I,

Dr Tetty Kemala, SSi, MSi
NIP 197104071999032001

Tanggallulus:

2 6 JUl 2013

Pembimbing II,

Judul Skripsi
Nama
NIM

: Biosorpsi Logam Pb(II) dan Ni(II) oleh Biomassa Perifiton pada
Perairan Lotik
: Fajar Sumi Lestari
: G44086004

Disetujui
Pembimbing I,

Pembimbing II,

Dr Tetty Kemala, SSi, MSi
NIP 197104071999032001

Evi Susanti, MT
NIP 197507312006042001

Diketahui
Ketua Departemen,

Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS
NIP 195012271976032002

Tanggal lulus:

 

PRAKATA
 

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat

dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat
beriring salam tercurahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW beserta
keluarganya, semoga kita semua menjadi pengikut-Nya hingga akhir zaman.
Skripsi ini disusun berdasarkan penelitian yang dilaksanakan dari bulan Juli 2011
hingga Januari 2012 di Laboratorium Pengendalian Pencemaran, Puslit Limnologi
LIPI, Cibinong.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr Tetty Kemala, MSi dan
Ibu Evi Susanti, MT selaku pembimbing yang telah memberi banyak arahan,
inspirasi, dorongan, kritik, dan saran selama penulis melaksanakan penelitian ini.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ayahanda dan Ibunda serta Adik-adik
tercinta yang telah memberi banyak kasih sayang, semangat, dan doa selama
penulis menempuh studi, penelitian, dan penulisan skripsi ini.
Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Puslit Limnologi LIPI, Ibu Ir
Fachmijany Sulawesty, teman-teman Labers atas segala bantuannya selama
penelitian. Ucapan terima kasih juga penulis berikan kepada Martha, Taufik
Akbar, Richa, Gusur dan teman-teman Ekstensi Kimia angkatan 2008 yang turut
membantu memberikan semangat dan dukungannya dalam penyusunan skripsi ini.
Semoga skripsi ini bermanfaat.

Bogor, April 2013

Fajar Sumi Lestari

 

RIWAYAT HIDUP
 

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 25 Januari 1986 sebagai anak
pertama dari pasangan Sunardi dan Mugiyah. Penulis lulus dari SMU Negeri 1
kota Bekasi pada tahun 2003, dan diterima sebagai mahasiswa Akademi Kimia
Analisis Bogor (AKA). Penulis lulus pada tahun 2006 kemudian pada tahun 2008
melanjutkan ke S1 Penyelenggaraan Khusus Departemen Kimia, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB. Penulis pernah melakukan praktik
kerja lapangan di Pusarpedal pada tahun 2006. Penulis bekerja di Pusat Penelitian
Limnologi LIPI dari tahun 2009 sampai saat ini.

 

DAFTAR ISI

Halaman
DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ viii 
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat ................................................................................................. 1
Metode Penelitian ............................................................................................ 1
Pembuatan Sistem Kanal ................................................................................ 2
Pembuatan Larutan Tunggal Ion Logam ........................................................ 2
Biosorpsi Ion Logam Oleh Perifiton ................................................................ 2 
Kinetika Biosorpsi ........................................................................................... 2
Analisis Struktur .............................................................................................. 2
 

HASIL DAN PEMBAHASAN
Kolonisasi Perifiton ......................................................................................... 3
Biosorpsi Ion Logam Oleh Perifiton ................................................................ 4
Kinetika Biosorpsi ........................................................................................... 5
Analisis FTIR ................................................................................................... 6
 

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan .......................................................................................................... 7
Saran................................................................................................................. 7
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 7
LAMPIRAN ............................................................................................................ 9

vi

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Kinetika reaksi pada adsorpsi logam Pb dan Ni oleh perifiton .......................... 6
2 Perbandingan spektrum IR perifiton sebelum dan sesudah adsorpsi Pb(II) dan
Ni(II) dengan Spirogyra ..................................................................................... 7

DAFTAR GAMBAR 
Halaman

1 Sistem kanal perifiton .........................................................................................1
2 Substrat batuan kali yang digunakan untuk penumbuhan perifiton. ...................3
3 Koloni perifiton pada sistem kanal .....................................................................3
4 Penurunan konsentrasi logam Pb dan Ni di air selama 24 jam proses adsorpsi .4
5 Kenaikan konsentrasi logam Pb dan Ni pada biomassa perifiton, selama 24 jam
proses adsorpsi.....................................................................................................4
6 Kapasitas dan efisiensi biosorpsi logam Pb dan Ni. ...........................................5
7 Model kinetika orde pertama semu dari adsorpsi logam Pb dan Ni pada
biomassa perifiton. ..............................................................................................5
8 Model kinetika orde kedua semu dari adsorpsi logam Pb dan Ni pada biomassa
perifiton .............................................................................................................. 5
9 Spektrum FTIR Spirogyra (a); perifiton sebelum adsorpsi (b); sesudah adsorpsi
logam Pb(II) (c); perifiton sesudah adsorpsi logam Ni(II) (d) ........................... 6
 
 

vii

DAFTAR LAMPIRAN
 
Halaman

1 Diagram alir penelitian...................................................................................... 10
2 Model kanal perifiton yang digunakan pada percobaan ................................... 10
3 Data konsentrasi logam Pb(II) dalam air dan perifiton ..................................... 11
4 Data konsentrasi logam Ni(II) dalam air dan perifiton ..................................... 11
5 Kinetika laju penyerapan logam Pb(II) ............................................................. 12
6 Kinetika laju penyerapan logam Ni(II) ............................................................. 12
7 Nilai kapasitas dan efisiensi biosorpsi logam Pb(II) ......................................... 13
8 Nilai kapasitas dan efisiensi biosorpsi logam Ni(II) ......................................... 13

viii

1

PENDAHULUAN
Keberadaan logam berat di lingkungan
yang berasal dari limbah industri sangat
membahayakan kehidupan perairan dan
kesehatan manusia, jika konsentrasinya
melewati batas yang diperbolehkan. Beberapa
usaha dilakukan untuk mengatasi pencemaran
logam berat ini, di antaranya dengan metode
fisika-kimia seperti presipitasi kimia, osmosis
balik, pertukaran ion, dan bioreduksi (Cabuk
et al. 2005), tetapi sering kali hasilnya kurang
memuaskan karena efisiensi dan kapasitas
adsorpsinya kecil, biayanya pun relatif mahal.
Metode seperti biosorpsi atau bioakumulasi
menjadi metode alternatif untuk mengatasi
pencemaran logam berat. Biosorpsi terbukti
cukup efektif memindahkan ion logam dari
larutan yang tercemari dengan biaya rendah
dan ramah lingkungan (Volesky 1990). Salah
satu biomassa yang dapat digunakan adalah
perifiton.
Perifiton merupakan organisme yang
tumbuh atau menempel pada substrat, tetapi
tidak melakukan penetrasi ke dalam substrat
tersebut (Weitzel 1979). Secara alami,
perifiton bersifat tetap dan menempel pada
akar tumbuhan, bebatuan, kayu, dan bendabenda dalam air lainnya, sehingga cenderung
lebih banyak menerima polutan dari area
tersebut dibandingkan dengan hidrobiota yang
lain. Perifiton merupakan sumber makanan
penting bagi invertebrata dan beberapa ikan,
dan dapat menjadi akumulator penting dari
logam berat (Newman & McIntosh 1989).
Perifiton di perairan lotik (mengalir)
terdiri atas diatom (Bacillariophyceae), alga
biru berfilamen (Myxophyceae), alga hijau
berfilamen (Chlorophyceae), bakteri atau
jamur berfilamen, protozoa, dan rotifera (tidak
banyak pada perairan tidak tercemar), serta
beberapa jenis serangga (Welch 1952).
Penelitian ini bertujuan memanfaatkan
perifiton tipe Epilhitic (perifiton yang
menempel pada batu) sebagai biosorben Pb(II)
dan Ni(II) dari larutan tunggal. Pengaruh
waktu, bobot biosorben, dan konsentrasi
logam berat pada kapasitas dan efisiensi
biosorpsi dipelajari dan biosorben juga
dianalisis.

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah
perifiton, HNO3 65%, larutan standar Pb 1000

mg/L, larutan standar Ni 1000 mg/L, larutan
NPK 2 mg/L, dan air deionisasi. Alat yang
digunakan antara lain spektrofotometer
serapan atom (AAS) Hitachi Z2000,
spektrofotometer inframerah transformasi
Fourier (FTIR) Shimadzu IRPrestige-21,
mikroskop Nikon Diaphot 300, neraca
analitik, penyaring vakum, oven, lempeng
pemanas, dan alat-alat kaca yang lazim di
laboratorium.
Metode Penelitian
Penelitian meliputi beberapa tahap, yaitu
pembuatan sistem kanal, kolonisasi perifiton,
pembuatan larutan tunggal ion logam,
biosorpsi ion logam oleh perifiton, analisis
laju kinetika sorpsi, dan analisis struktur.
Diagram alir penelitian dapat dilihat pada
Lampiran 1.
Pembuatan Sistem Kanal
Sistem kanal dirancang menyerupai
kondisi perairan lotik (mengalir) pada kondisi
stabil dan pada periode waktu yang pendek
(Gambar 1 dan Lampiran 2). Sistem kanal
yang digunakan merupakan kolam berliku
berbahan akrilik dengan dimensi panjang 1.2
m dan lebar 1.0 m. Kolam sistem kanal diisi
dengan air sebanyak 132 L dan area perifiton
1.20 m2. Kedalaman sistem kanal berkisar
0.09–0.10 m dengan kecepatan arus 0.04–0.06
m/s.

1.0 m

1.2 m

pompa

Gambar 1 Sistem kanal perifiton.
Kolonisasi Perifiton
Perifiton ditumbuhkan pada sistem kanal
dengan menyebar bibit perifiton dan
menambahkan larutan NPK 2 mg/L kemudian
dibiarkan tumbuh melekat pada substrat
berupa batuan kali berdiameter 5–10 cm.
Batuan ditempatkan pada sistem kanal dan
dibiarkan tumbuh hingga 1–2 minggu dengan
asumsi bahwa kurun waktu tersebut cukup
untuk menentukan homogenitas pertumbuhan
perifiton pada lapisan lotik (Nofdianto &

2

Susanti 2010). Contoh perifiton yang tumbuh
diambil dan diamati di bawah mikroskop.
Proses
adsorpsi
dilakukan
dengan
memasukkan larutan logam Pb(II) dan Ni(II)
ke dalam sistem kanal.
Pembuatan Larutan Tunggal Ion Logam
Larutan tunggal Pb(II) dan Ni(II) dibuat
dengan konsentrasi masing-masing 1.4 mg/L
dalam pelarut air deionisasi dari larutan
standar logam Pb(II) dan Ni(II) 1000 mg/L.
Konsentrasi 1.4 mg/L merupakan nilai
konsentrasi efektif 50% (EC50) dari Pb dan Ni
(Yap et al. 2004).
Biosorpsi Ion Logam Oleh Perifiton
Biosorpsi ion logam oleh perifiton diamati
pada periode waktu pengamatan 0, 15, dan 30
menit serta 1, 2, 4, 8, dan 24 jam setelah
pemaparan untuk menentukan laju adsorpsi.
Contoh air dan biomassa perifiton diambil
secara acak. Contoh air didestruksi dengan
HNO3 65% sesuai metode standar (APHA
1998). Biomassa perifiton yang melekat pada
substrat batu disikat untuk selanjutnya
dikeringkan pada suhu 40 ºC dan ditimbang
bobot keringnya, kemudian didestruksi
dengan HNO3 65% sesuai metode standar
(APHA 1998). Larutan diukur menggunakan
AAS pada panjang gelombang 261 nm untuk
pengukuran Pb(II) dan 232 nm untuk Ni(II).
Kapasitas biosorpsi dapat dihitung dengan
rumus
 

Sementara efisiensi biosorpsi dapat dihitung
dengan rumus
 
%
Efisiensi  

dengan
Q
= kapasitas adsorpsi per bobot
biosorben (µg/g biosorben)
V
= volume larutan (mL)
Cawal = konsentrasi awal larutan (mg/L)
Cakhir = konsentrasi akhir larutan (mg/L)
m
= massa biosorben (g)

Kinetika Biosorpsi
Kinetika biosorpsi laju orde pertama semu
dikemukakan oleh Lagergren (1989) yang
diacu dalam Ho et al. (2000) melalui
persamaan berikut:
 

 

Untuk mendapatkan tetapan k1 dan q,
persamaan di atas dapat diturunkan menjadi
log

 

  log

.

 

dengan k1 adalah tetapan laju orde pertama
semu (menit¯¹), q1 adalah jumlah ion logam
yang dijerap pada kesetimbangan, dan qt
adalah jumlah ion logam yang dijerap pada
permukaan adsorben pada waktu t (mg/g).
Kinetika laju orde kedua semu dievaluasi
dari persamaan Ho et al. (2000) yang dapat
ditulis sebagai berikut:
 

 

dengan k2 adalah tetapan laju orde kedua semu
(g/mg⋅menit), qe adalah jumlah ion logam
divalen yang diserap pada saat t (mg/g).
Dengan memisahkan peubah pada persamaan,
dan mengintegrasikan persamaan pada kondisi
batas t = 0 sampai t dan qt = 0 sampai t,
persamaan dapat disusun kembali menjadi
bentuk linear berikut:
 

 

 

 

dengan h (mg/g jam) adalah tetapan k2qe².
Tetapan laju orde kedua (k2) dapat ditentukan
secara eksperimental dengan mengalurkan t/qt
dengan t.
Analisis Struktur
Struktur perifiton dianalisis sebelum dan
setelah proses biosorpsi. Sejumlah sampel
yang akan dianalisis dikeringkan terlebih
dahulu dan dicampur dengan KBr. Campuran
digerus hingga halus lalu ditekan untuk
membentuk pelet. Pelet yang diperoleh
dimasukkan ke tempat sampel dan direkam
spektrum serapan inframerahnya pada
bilangan gelombang 400–4000 cm-1.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Koloni Perifiton
Koloni perifiton yang digunakan dalam
penelitian ditumbuhkan menggunakan batuan
kali sebagai substrat (Gambar 2a), kemudian
diberi hara untuk pertumbuhannya berupa
pupuk NPK dengan konsentrasi 2 mg/L
(Nofidanto & Susanti 2010). Setelah 2
minggu, didapat koloni perifiton yang
berwarna hijau (Gambar 2b). Filamen tumbuh
memanjang menutupi hampir seluruh
permukaan batu dan mempunyai biomassa
yang cukup padat untuk proses adsorpsi. Suhu
pada perairan sistem kanal berkisar 25–35 ºC
dan pH berkisar 7–9. Konsentrasi oksigen
terlarut yang terukur berkisar 5–15 mg/L.
Menurut Nybakken (1993), suhu dan pH
optimum untuk pertumbuhan perifiton ialah

3

20–36 ºC dan 7.5–8.4, sedangkan suhu
optimum fotosintesis 28–30 ºC.

(a)
(a)

(b)
(b)
Gambar 2 Substrat
batuan
kali
yang
digunakan untuk penumbuhan
perifiton (a). Koloni perifiton yang
dihasilkan setelah 2 minggu (b).
Perifiton yang tumbuh diamati di bawah
mikroskop dengan perbesaran 100×. Koloni
perifiton yang tumbuh didominasi oleh jenis
alga filamentous Spirogyra sp (Gambar 3a)
dari kelompok Chlorophyta. Selain itu,
ditemukan juga Cosmarium sp (Gambar 3b)
dan diatom (Gambar 3c). Spirogyra
merupakan alga hijau air tawar bentik yang
tersebar di seluruh dunia. Foto mikroskop
memperlihatkan bentuk Spirogyra sp yang
tidak bercabang dan pita kloroplas Spirogyra
yang berbentuk spiral (Lee & Chang 2011).
Dinding sel alga terutama terdiri atas selulosa,
asam alginat, dan mengandung polisakarida
sulfat sebagai blok pembangun dasar, yang
semuanya memiliki sifat pertukaran ion
(Loukido et al. 2004; Turker & Baytak 2004).
Polimer ini memiliki berbagai gugus fungsi
yang dapat bertindak sebagai tapak pengikatan
ion logam.

(c)
Gambar 3 Koloni perifiton pada sistem kanal:
Spirogyra sp (a), Cosmarium sp
(b), diatom (c).
Biosorpsi Ion Logam oleh Perifton
Biosorben yang ideal adalah yang dapat
dengan cepat menjerap konsentrasi tinggi
logam berat dari limbah emisi dan dengan
penggunaan agen kimia, logam berat dapat
terdesorpsi (Singh et al. 2007). Hubungan
konsentrasi logam Pb(II) dan Ni(II) dalam air
dengan waktu disajikan pada Gambar 4.

4

k
loggam Pb
Gambar 4 Penurunan konsentrasi
dan Ni di air selama 24 jam
proses adsorppsi, • Pb ♦ Nii.
Adsorpsi cepat Pb teerjadi pada 600 menit
pertama dann adsorpsi ceepat Ni terjadi pada
120 menit pertama.
p
Padaa waktu adsoorpsi 60
menit, konssentrasi Pb yaang tersisa daalam air
0.59 mg/L dan pada waktu
w
adsorppsi 120
menit, konssentrasi Ni yaang tersisa daalam air
0.76 mg/L. Nilai ini menngindikasikann bahwa
ma Pb telah terjerap
selama 60 menit pertam
5
Demikiian pula selam
ma 120
lebih dari 50%.
menit pertam
ma Ni telah terjerap
t
hamppir 50%.
Selama kuurun waktu ini, diduga terjadi
adsorpsi fiisis atau peertukaran ionn pada
permukaan perifiton yang berlangsungg cepat.
Selama 4 jaam pertama, laju adsorpsi kedua
logam sanggat tinggi, meencapai sekittar 85%
dari adsorpssi keseluruhann dengan konnsentrasi
Pb dan Ni yang tersisa daalam air berturrut-turut
mudian laju adsorpsi
a
0.20 dan 0.15 mg/L. Kem
mulai konsstan menuju keadaan setiimbang.
Jejari logam
m Pb (0.175 nm)
n
yang lebiih besar
daripada Nii (0.072 nm)) menyebabkaan pada
awal adsorppsi logam Pb lebih cepat terjerap
sehingga tappak aktif di permukaan adsorben
lebih cepatt jenuh. Fase lambat adsorpsi
a
selanjutnya mungkin meelibatkan mekkanisme
lain, sepertti kejenuhan pada tapakk aktif,
kompleksasii, atau mikroo-presipitasi (Lee &
Chang 2011; Onyancha et al. 2008).
a
Setelah 24 jam proses adsorpsi,
m air 0.05 mgg/L dan
konsentrasi Pb(II) dalam
n
ini
Ni(II) 0.03 mg/L. Untukk logam Pb nilai
masih lebihh tinggi daripaada baku muttu kelas
air Golongaan C sesuai Keputusan Menteri
Lingkungann Hidup No. 115 Tahun 20003, yaitu
0.03 mg/L, sedangkan untuk
u
Ni beluum ada
standar nilaii baku mutu.
Secara umum, konsentrasi ion logam
massa perifitoon meningkatt seiring
dalam biom
bertambahnyya waktu (Gambar
(
5), tetapi
terdapat titikk belok pada kurva
k
adsorpssi logam
Pb di menitt ke-60 hinggga ke-240. Pennurunan
ini mungkinn terjadi bergaantung pada keadaan
k
atau proses (Hill
(
& Bostoon 1991).

Gambar 5 Keenaikan konssentrasi logaam Pb
daan Ni pada biomassa peerifiton
seelama
24
jam
proses
addsorpsi, • Pb ♦ Ni.
Dalam peenelitian ini, penurunan teersebut
dapat disebabbkan oleh adaanya proses biiologis
pada
perrifiton
yaang
meru
upakan
mikroorganisme hidup. Selain itu, proses
pengambilan sampel yangg dilakukan secara
mbilnya batu dengan
d
acak memunggkinkan teram
ketebalan yaang tidak serragam untuk setiap
waktu pengam
mbilan. Perbedaan konsumsi hara
antarkoloni perifiton jugga dapat menjadi
m
dsorpsi
penyebab tiddak meratanyya proses ad
logam pada kanal. Data konsentrasi logam
N
selengkaapnya dapat dilihat
Pb(II) dan Ni(II)
pada Lampiraan 3 dan 4.
Komposissi jenis periffiton yang tu
umbuh
pada sistem
m kanal sanngat memen
ngaruhi
kemampuan pengikatan loogam yang teerdapat
pada perairann. Perbedaan adsorpsi logaam uji
oleh spesies alga terutam
ma disebabkan
n oleh
perbedaan siffat permukaann selnya, khussusnya
dinding sel. Permukaan
P
sell merupakan tempat
t
utama pengikkatan logam paada alga, dan logam
yang terikat di permukkaan acapkalii jauh
melebihi loggam yang teerakumulasi dalam
kompartemenn intraselularr (Andrade et al.
2005; Mehtaa & Gaur 20005). Permukaaan sel
memiliki guggus fungsi yaang berbeda seperti
hidroksil, fosfat, amino, aldehida, su
ulfidril,
dan karboksil, dengan afinnitas yang beeragam
2
dalam mengikkat logam (Paavasant et al. 2006).
Nilai kapaasitas biosorppsi berbanding
g lurus
dengan konnsentrasi bioomassa. Bio
osorpsi
dilakukan pada pH media sekitar 7–8 karena
k
p
optimum
m proses bio
osorpsi
merupakan pH
(Sing & Yu
Y 1998). K
Kapasitas bio
osorpsi
maksimum (Q
Qmaks) logam Pb ialah 1.97
7 mg/g
dan logam Ni
N 1.92 mg//g, sedangkan
n nilai
efisiensi biosorpsi logam
m Pb 96.43%
% dan
pasitas
logam Ni 97..86% (Gambaar 6). Data kap

5

dan efisiensi biosorpsi loggam Pb(II) daan Ni(II)
d Lampiran 7 dan 8.
selengkapnyya diberikan di

(a)

Gambar 7 M
Model kinetikaa orde pertamaa semu
daari adsorpsi logam Pb dan
d
Ni
paada biomassaa perifiton, • Pb •
N
Ni.
k
orde ppertama semu hanya
Analisis kinetika
menghasilkann koefisien deeterminasi (R2) yang
rendah, yaitu 0.701 untuk Pb dan 0.330
0 untuk
njutkan
Ni. Oleh karena itu evvaluasi dilan
menggunakann persamaan kkinetika orde kedua
semu.
Menngalurkan
terhadaap
t
t/qt
menghasilkann model kinnetika orde kedua
semu dengan tetapan k2 (Gaambar 8).

Gambar 6

(b)
e
Kapasitass (a) dan efisiensi
biosorpsi (b) logam Pb dan
Ni, • Pb ♦ Ni.

Bere ett al. (2012) melaporkan bahwa
m
tingkat tokksisitas Cr dan Pb menurun
dibandingkaan dengan Cd
C dalam komunitas
perifiton dari
d
sungai Monjoliho, Brazil.
Percobaan
tersebut
dilakukan
dengan
mpuran logam
m Cr, Pb,
menggunakaan larutan cam
dan Cd denggan konsentraasi masing-maasing 10
mg/L.
Kinetika Biiosorpsi
Kinetikaa biosorpsi loggam Pb(II) daan Ni(II)
ditentukan
menggunnakan
perrsamaan
Lagergren. Persamaan Lagergren dapat
p
diterapkan sebagai kinetika orde pertama
semu, denggan mengasuumsikan jumllah ion
logam mellebihi jumlaah tapak akktif di
permukaan adsorben. Persamaan
P
inni telah
banyak dimanfaatkan unttuk memodelkkan data
sorpsi
yang
terjadi
kinetika
dalam
mikroorganiisme hidup saaat konsentrassi tinggi
dan proses berlangsung
b
tetap (Loukidoou et al.
2004; Guptaa & Rastogi 2008;
2
Onyanchha et al.
2008). Reggresi linear dengan
d
menggalurkan
log(qe–qt) terhadap t akan menghhasilkan
model kineetika orde peertama semu dengan
tetapan k1 (G
Gambar 7).

Model kinetikka orde keduaa semu
Gambar 8 M
d
dari
adsorpsi logam Pb dan
d Ni
p
pada
biomasssa perifiton, • Pb
• Ni.
Hasil peercobaan meenunjukkan bahwa
kinetika biosoorpsi ion logaam Pb dan Ni dalam
perifiton meengikuti persaamaan orde kedua
semu, ditunjjukkan denggan nilai koefisien
determinasi (R2) yang tinggi sebesar 0.97.
Berdasarkan Ho et. al. (20000), jika alurr linear
barkan
maka prosees sorpsi ddapat digamb
sebagai kemissorpsi. Nilai ttetapan laju ad
dsorpsi
orde kedua semu (k2) untuk Pb daan Ni
berturut-turutt
dan
adalah
4.516×10-3
-3
-1
--1
22.589×10 g.mg .menit (Tabel 1).. Dari
data ini dapatt disimpulkan bahwa kemam
mpuan
interaksi Ni dengan perrifiton lebih cepat
dibandingkann dengan Pb (Gupta &
Bhattacharyyya 2008).

6

Logam
Pb
Ni

Tabel 1 Kinetika reaksi pada adsorpsi logam Pb dan Ni oleh perifiton
Kinetika model orde pertama semu
Kinetika model orde kedua semu
R2
k1 (menit-1)
qe (mg/g)
R2
k2 (×10-3g/mg⋅menit) qe (g/mg)
-0.052
1.454
0.701
4.516
2.577
0.971
-0.085
3.796
0.330
22.589
0.541
0.971

Spektrum FTIR
Analisis FTIR dilakukan terhadap perifiton
sebelum dan sesudah proses adsorpsi logam
Pb(II) dan Ni(II) untuk mengamati perubahan
gugus fungsi yang terdapat dalam perifiton.
Spektrum FTIR sebelum proses adsorpsi
(Gambar 9b) menunjukkan kemiripan dengan
spektrum FTIR Spirogyra (Gambar 9a).
Spektrum FTIR Spirogyra menunjukkan
gugus fungsi O-H dan N-H pada bilangan
gelombang 3622 cm-1 dan 3333 cm-1, C-H

pada 2925 cm-1, C-C pada 2360 cm-1, C=O
pada 1656 cm-1, dan C-O pada 1038 cm-1
(Onyancha et al. 2008).
Spektrum FTIR perifiton sesudah adsorpsi
logam Pb (Gambar 9c), dan sesudah adsorpsi
logam Ni (Gambar 9d) tidak menunjukkan
perubahan gugus fungsi dari sebelum proses
adsorpsi (Gambar 9b). Perbandingan spektrum
IR perifiton sebelum dan sesudah adsorpsi
Pb(II) dan Ni(II) dengan Spirogyra
selengkapnya diberikan di Tabel 2.

 
Gambar 9 Spektrum FTIR Spirogyra (Onyancha et al. 2008) (a); perifiton sebelum adsorpsi
logam (b); perifiton sesudah adsorpsi logam Pb(II) (c); perifiton sesudah adsorpsi
logam Ni(II) (d).

7

Tabel 2 Perbandingan spektrum IR perifiton sebelum dan sesudah adsorpsi Pb(II) dan Ni(II)
dengan Spirogyra
Bilangan gelombang serapan (cm¯¹)
Ikatan kimia
Perifiton sebelum
Perifiton sesudah
Spirogyra
adsorpsi
adsorpsi
(Onyancha et al. 2008)
–
3339
2926

–
3420
–
–
1653
1424
1037

–
1654
1424
1036
875

–

Biosorpsi ion logam pada alga mengikuti 2
fase. Fase pertama adalah metabolisme cepat
dengan adsorpsi pada dinding sel dan
permukaan luar, fase kedua adalah
metabolisme lambat bergantung pada
pengangkutan melintasi membran sel (Bere &
Tundisi 2012). Pada akhir percobaan tidak
dilakukan pengamatan di bawah mikroskop
pada komunitas perifiton yang masih terdapat
dalam sistem kanal.
Menurut Bere & Tundisi (2012),
komposisi spesies akan berubah, yakni
keragaman dan dominasi spesies menurun dan
terjadi deformasi sel diatom, akibat kenaikan
konsentrasi Cd setelah 4 minggu spesies
Achnanthidium
minutissimum,
Diatoma
vulgare,
Navicula
viridula
terpapar
konsentrasi Cd 0.1 mg/L. Perubahan
komposisi dan kelimpahan spesies perifiton
dengan meningkatnya konsentrasi logam
Pb(II) dan Ni(II) akan menunjukkan kegunaan
komunitas perifiton dalam mengidentifikasi
tinggi atau rendahnya konsentrasi logam
dalam aliran. Hal ini akan menjadikan
perifiton alat pemantau yang potensial untuk
pencemaran logam di sungai yang sama
baiknya dengan pengukuran logam dalam
sedimen dan padatan tersuspensi (Fuchs et al.
1996).

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Perifiton berpotensi sebagai biosorben
logam Pb dan Ni. Kapasitas biosorpsi
maksimum untuk logam Pb sebesar 1.97 mg/g
dan logam Ni 1.92 mg/g.
Kinetika biosorpsi logam Pb(II) dan Ni(II)
mengikuti persamaan reaksi orde kedua semu

3622
3341
2925
2360
1656
–
1038
–

O–H bebas
ulur O–H
ulur C–H
–CC– rangkap 3 (alkuna)
ulur C=O (amida)
tekuk C–H
ulur C–O
scissoring C–N–S

dengan nilai k2 = 4.516×10-3 g.mg-1.menit-1
untuk logam Pb dan nilai k2 = 22.589×10-3
g.mg-1.menit-1 untuk logam Ni. Nilai koefisien
determinasi (R2) masing-masing 0.97.
Saran
Perlu pengujian adsorpsi menggunakan
campuran 2 logam atau lebih untuk melihat
persaingan antarkation logam terhadap tapak
aktif perifiton. Pengamatan dengan mikroskop
komunitas perifton setelah proses adsorpsi
juga diperlukan.

DAFTAR PUSTAKA
[APHA] American Public Health Association.
1998. Standard Method for The
Examination of Water and Wastewater. Ed
ke-20. Washington: America Water Works
Association and Water Polution Control
Federation.
Andrade AD, Rollemberg MCE, Nobrega JA.
2005. Proton and metal binding capacity
of the green freshwater alga Chaetophora
elegans. Process Biochem 40:1931-1936.
Bere T, Tundisi JG. 2012. Effects of cadmium
stress and sorption kinetics on tropical
freshwater periphytic communities in
indoor mesocosm experiments. Sci
Environ 432:103-112.
Bere T, Chia MA, Tundisi JG. 2012. Effects
of Cr III and Pb on the bioaccumulation
and toxicity of Cd in tropical periphyton
communities: implications of pulsed metal
exposures. Environ Poll 163:184-191.
Cabuk A, Ilhan S, Fluk C, Caliskan F. 2005.
Pb2+ biosorption by pretreated fungal
biomass. Turk J Biol 29:23-28.

8

Ehrlich HL, Briefley CL. 1990. Microbial
Mineral Recovery. New York: Mc GrawHill.
Fuchs S, Haritopoulou T, Wilhelmi M. 1996.
Biofilms in freshwater ecosystems and
their use as a pollutant monitor. Water Sci
Technol 34:137-140.
Gupta SS, Bhattacharayya GK. 2008.
Immobilization of Pb(II), Cd(II), Ni(II)
ions on kaolinite and montmorillonite
surfaces from aqueous medium. J Environ
Manag 87:46-58.
Gupta VK, Rastogi A. 2008. Biosorption of
lead from aqueous solutions by green
algae Spirogyra species: kinetics and
equilibrium studies. J Hazard Mater
152:407-414.
Hill WR, Boston HL. 1991. Community
development
alters
photosyntesisirradiance relations in stream periphyton.
Limnol Oceanog 36:1375-1389.
Ho YS, Mc Kay G, Wase DAJ, Forster CF.
2000. Study of sorption of divalent metal
ions onto peat. Adsorp Sci Technol
18:639-650.
Lee YC, Chang SP. 2011. The biosorption of
heavy metals from aqueous solution by
Spirogyra and Cladophora filamentous
macroalgae. Biores Technol 102:52975304.
Loukidou MX, Zouboulis AI, Karapantsios
TD, Matis KA. 2004. Equilibrium and
kinetic modeling of chromium(VI)
biosorption by Aeromonas caviae. Coll
Surf 242:93-104.
Mehta SK, Gaur JP. 2005. Use of algae for
removing heavy metals ions from
wastewater: progress and prospect. Crit
Rev Biotechnol 25:113-152.

Nofdianto, Susanti E. 2010. Pseudo second
order kinetic model for the biosorption of
Cr6+ ion from aqueous solution to
periphyton biomass. Di dalam: Prospek
Ekosistem Perairan Darat Indonesia:
Mitigasi Bencana dan Peran Masyarakat.
Prosiding Seminar Nasional Limnologi V;
Bogor, 28 Juli 2010. Bogor: Pusat
Penelitian Limnologi LIPI. hlm 731-738.
Onyancha D et al. 2008. Studies of chromium
removal from tannery wastewaters by
green algae biosorbent, Spirogyra
condensata
and
Rhizoclonium
hieroglyphicum. J Hazard Mat 158:605614.
Pavasant P et al. 2006. Biosorption of Cu2+,
Cd2+, Pb2+, and Zn2+ using dried marine
green macroalga Caulerpa lentillifera.
Biores Technol 97:2321-2329.
Sing C, Yu J. 1998. Copper adsorption and
removal from water by living mycelium of
white-rot
fungus
Phanerochaete
chrysosporium. Water Res 32:2746-2752.
Singh A, Kumar D, Gaur JP. 2007. Copper(II)
and lead(II) sorption from aqueous
solution by non-living Spirogyra neglecta.
Biores Technol 98:3622-3629.
Turker A, Baytak S. 2004. Use of Escherichia
coli immobilized on amberlite XAD-4 as a
solid-phase
extractor
for
metal
preconcentration and determination by
atomic absorption spectroscopy. Anal Sci
20:329-334.
Volesky B. 1990. Biosorption and
biosorbents. Di dalam: Biosorption of
Heavy Metals, editor. Florida: CRC Pr.
Yap CK, Ismail A, Omar H, Tan SG. 2004.
Toxicities and tolerances of Cd, Cu, Pb,
and Zn in a primary producer (Isochrysis
galbana) and in a primary consumer
(Perrna viridis). Environ Int 9:1097-1104.

9

LAMPIRAN

10

Lampiran 1 Diagram alir penelitian
 

 

Persiapan sistem kanal

 
Kolonisasi perifiton

 
 
 

Biosorpsi larutan Pb(II) dan
Ni(II) 1.4 mg/L oleh
perifiton dalam sistem kanal

 
 
 
 
 
 

 

Kapasitas adsorpsi
(t  = 0; 15; 30; 60; 120; 240; 480; 1440 menit)

Struktur perifiton (Analisis FTIR)

 
Lampiran 2 Model kanal perifiton yang digunakan pada percobaan
 

 
 
 
 
 

 

11

Lampiran 3 Data konsentrasi logam Pb(II) dalam air dan perifiton
Konsentrasi logam Pb
Perifiton (mg/L)

Bobot
perifiton (g)

Konsentrasi logam Pb dalam
perifiton (mg/g)

0.02

0.06

0.1119

0.0134

0

0.81

2.61

0.1048

0.6226

15

1.03

3.13

0.0955

0.8194

30

0.86

3.04

0.0626

1.2141

60

0.59

5.55

0.1278

1.0857

120

0.34

5.03

0.1244

1.0109

240

0.20

5.52

0.1080

1.2778

480

0.14

7.97

0.0843

2.3636

1440

0.05

11.40

0.1160

2.4569

Waktu
(menit)

Air (mg/L)

Baseline

Lampiran 4 Data konsentrasi logam Ni(II) dalam air dan perifiton
Konsentrasi logam Ni

Waktu
(menit)

Air (mg/L)

Baseline

Perifiton (mg/L)

Bobot
perifiton (g)

Konsentrasi logam Ni dalam
perifiton (mg/g)

0.00

0.06

0.0948

0.0158

0

1.33

0.12

0.0822

0.0365

15

1.37

0.23

0.0955

0.0602

30

1.29

0.23

0.0535

0.1075

60

1.01

0.62

0.0901

0.1720

120

0.76

1.08

0.1186

0.2276

240

0.15

2.54

0.1548

0.4102

480

0.09

2.80

0.1066

0.6567

1440

0.03

1.87

0.0941

0.4968

Data percobaan merupakan rerata dari 2 kali ulangan.
Baseline merupakan konsentrasi logam sebelum dimasukkan larutan logam ke dalam sistem kanal.
Contoh perhitungan konsentrasi logam dalam perifiton:
Ni  dalam perifiton  mg⁄g

 
 

Ni  dalam perifiton  mg⁄L
bobot perifiton  g
.

  .

  mg⁄L
.
.
  g

.

 L

0.025 L merupakan volume labu takar yang digunakan, yaitu 25 mL.

 L

12

Lampiran 5 Kinetika laju penyerapan logam Pb(II)
Konsentrasi logam Pb

Waktu
(menit)

qt

log (qe–qt)

t/qt

0

Air (mg/L)
0.81

Perifiton (mg/L)
2.61

0.6226

0

0

15

1.03

3.13

0.8194

0.181683

18.30671

30

0.86

3.04

1.2141

0.152507

24.71053

60

0.59

5.55

1.0857

0.754448

55.26486

120

0.34

5.03

1.0109

0.656070

118.7117

240

0.20

5.52

1.2778

0.749028

187.8261

480

0.14

7.97

2.3636

1.116334

203.0816

1440

0.05

11.40

2.4569

1.474263

586.1053

Lampiran 6 Kinetika laju penyerapan logam Ni(II)
Konsentrasi logam Ni

Waktu
(menit)

qt

log (qe–qt)

0

Perifiton (mg/L)
0.12

0.0365

0

0

15

1.37

0.23

0.0602

0.650588

249.1304

30

1.29

0.23

0.1075

0.650588

279.1304

60

1.01

0.62

0.1720

1.642228

348.7742

120

0.76

1.08

0.2276

2.197225

527.1111

240

0.15

2.54

0.4102

3.052428

585.0709

480

0.09

2.80

0.6567

3.149883

730.9714

1440

0.03

1.87

0.4968

2.746202

2898.481

Contoh perhitungan tetapan laju adsorpsi untuk logam Ni(II):
log

 

  log

.

 

Persamaan grafik yang didapat y = 0.085x + 1.334, maka k1 = -0.085

 

t/qt

Air (mg/L)
1.33

 

₂

²

 

 

Persamaan grafik yang didapat y = 1.848x + 151.2, maka k2 = 22.589×10-3

13

Lampiran 7 Nilai kapasitas dan efisiensi biosorpsi logam Pb(II)
Konsentrasi
logam (mg/L)
0.81
1.03
0.86
0.59
0.34
0.20
0.14
0.05

Waktu (menit)
0
15
30
60
120
240
480
1440

Bobot perifiton
(g)
0.1048
0.0955
0.0626
0.1278
0.1244
0.1080
0.0843
0.1160

Kapasitas
biosorpsi (Q)
0.7431
0.5114
1.1387
0.8366
1.1248
1.4667
1.9730
1.5362

Efisiensi
(%)
42.14
26.43
38.57
57.86
75.71
85.71
90.00
96.43

Kapasitas
biosorpsi (Q)
0.1124
0.0415
0.2714
0.5714
0.7123
1.0659
1.6221
1.9218

Efisiensi
(%)
5.00
2.14
7.86
27.86
45.71
89.29
93.57
97.86

Lampiran 8 Nilai kapasitas dan efisiensi biosorpsi logam Ni(II)
Konsentrasi
logam (mg/L)
1.33
1.37
1.29
1.01
0.76
0.15
0.09
0.03

Waktu (menit)
0
15
30
60
120
240
480
1440

Bobot perifiton
(g)
0.0822
0.0955
0.0535
0.0901
0.1186
0.1548
0.1066
0.0941

Contoh perhitungan kapasitas biosorpsi untuk logam Ni:
  mg⁄g

 
   
 

 
bobot perifiton  g

  .

 L   
.

.
 g 

 

.

 

mg/L

Contoh perhitungan efisiensi biosorpsi untuk logam Ni:
Efisiensi

 

    
  

.

  .

.

 %

.

%
%