Proses bioremediasi bergantung pada kemampuan organisme yang digunakan dan sistem yang dioperasikan. Proses ini bekerja optimal pada pH dan
suhu tertentu, serta tersedianya nutrisi dan oksigen yang dibutuhkan organisme Citroreksoko 1996. Menurut Cookson 1995, proses bioremediasi
membutuhkan beberapa faktor seperti yang terlihat pada Gambar 1.
Mikroorganisme
Sumber Penerima Energi Elektron
Kelembaban pH Nutrisi Suhu
Tidak adanya Metabolit yang Organisme racun dihasilkan kompetitif
Bioremediasi Gambar 1 Faktor-faktor yang mempengaruhi bioremediasi
Cookson 1995
2.3 Fitoremediasi
Fitoremediasi adalah upaya penggunaan tanaman dan bagian-bagiannya untuk dekontaminasi limbah dan masalah-masalah pencemaran lingkungan baik
secara ex situ menggunakan kolam buatan atau reaktor maupun secara in situ pada tanah atau daerah yang terkontaminasi limbah. Proses fitoremediasi dapat
dilakukan dengan menggunakan tanaman secara langsung, dengan menggunakan ekstrak tanaman yang mengandung berbagai enzim degradator maupun dengan
menggunakan kultur jaringan tanaman terutama untuk penanganan air limbah dengan menggunakan sistem lahan basah, lahan alang-alang dan tanaman apung
Subroto 1996. Tujuan utama fitoremediasi dalam menangani polutan organik adalah
merombak secara sempurna polutan organik menjadi unsur yang relatif non toksik seperti CO
2
, nitrat, klorin dan amonia Meagher 2000.
Menurut Subroto 1996, konsep fitoremediasi lebih berkembang dengan aplikasi baru untuk dekontaminasi tanah yang tercemar oleh senyawa-senyawa
organik atau anorganik. Perkembangan yang pesat di bidang penelitian fitoremediasi tidak lepas dari kemajuan di bidang biologi molekuler, rekayasa
genetika, dan teknologi enzim.
Gambar 2 Skema fitoremediasi sebagai sistem pengurungan polutan Cunningham dan Lee 1995
Beberapa jenis tanaman memiliki kemampuan untuk bertahan dari konsentrasi senyawa organik dan anorganik yang tinggi tanpa pengaruh sifat
toksik, juga dapat merubah dan mendegradasi senyawa organik atau merubah senyawa anorganik yang bersifat toksik menjadi senyawa yang sifat toksiknya
lebih berkurang. Tanaman memperlihatkan potensinya untuk menangani kontaminan logam dengan cara fitoekstraksi mengambil dan merombak
kontaminan menjadi biomassa dalam tanah, rhizofiltrasi memfilter logam dari air ke sistem akar, dan fitostabilisasi yaitu menstabilkan sampah dengan kontrol
erosi dan evapotranspirasi dalam jumlah yang besar Schnoor 1997. Gambar 2 menerangkan strategi pengurungan polutan dalam fitoremediasi.
Dalam remediasi ini, mobilitas kontaminan dapat dikurangi dengan memberikan bahan-bahan yang menambah perbaikan tanah sehingga solubilitas kontaminan
menurun. Bahan-bahan yang menambah perbaikan tanah ini meliputi agen-agen alkali, fosfat, dan bahan organik yang dirancang untuk mengurangi kelarutan
bahan-bahan toksik.
Tanaman dipilih berdasarkan daya toleransi, sifat-sifat tumbuhan,
struktur perakaran, kecepatan transpirasi danatau mengurangi
translokasi kontaminan ke bagian atas
Mengurangi erosi pada tanah
Menambah perbaikan tanah dan
menambah tanaman Mengurangi bioaviliabilitas
logam dan leachability Mengurangi
potensi leaching Penyerapan air
dan kontaminan pada akar
Pengasingan di dalam akar
Fitoremediasi dilaporkan dapat digunakan dalam limbah yang mengandung petroleum hidrokarbon seperti benzene, toluene, ethylbenzene dan
xylene BTEX dan polycyclic aromatic hydrokarbons PAHs, pentachloroenol, polychlorinated biphenils PCBs, chlorinated alifatik trichloroethylen,
tetrachloroethylen dan 1.1.2.2.-tetrachloroethane, limbah pestisida atrazine, cyanazine, alachlor Schnoor 1997.
Spesies tanaman
yang digunakan
pada fitoremediasi
yaitu Populus L, Salix L
. Jenis rumput-rumputan Secale cereale, Festuca L.,
Scirpus L, kacang-kacangan Medicago sativa dan Vigna unguiculata serta hiperakumulator logam berat Helianthus annuus L., Brassica juncea dan
Thlaspi spp Schnoor 1997. Secara umum aplikasi fitoremediasi untuk penanganan masalah
pencemaran tanah dapat ditempuh melalui dua pendekatan yaitu melalui proses fitodekontaminasi dan proses fitostabillisasi. Proses fitodekontaminasi dapat
berupa fitoekstraksi atau fitotransformasi Schnoor 1997. 1 Fitotransformasi
Miller 1996 mengatakan bahwa fitotransformasi atau fitodegradasi yaitu proses degradasi kontaminan organik kompleks menjadi molekul
sederhana yang kurang toksik atau nontoksik oleh jaringan tanaman. Fitodegradasi adalah proses dimana tanaman beserta mikroflora yang
terkait mengubah polutan yang ada menjadi senyawa tidak berbahaya. Teknik ini mengandalkan kemampuan tanaman secara internal untuk
melakukan metabolisme dalam mengubah polutan yang berbahaya menjadi senyawa yang aman untuk kemudian disimpan dalam struktur
tanaman atau diuapkan melalui daun dan tunas. Proses ini memungkinkan adanya pelepasan beberapa enzim spesifik tanaman ke
lingkungan sekitar untuk kemudian melakukan proses degradasi. 2 Rhizosper
Fitoremediasi rhizosper meningkatkan karbon organik tanah, bakteri dan jamur mikorhiza yang kesemuanya dapat menunjang proses
degradasi kimia organik dari tanah. Bioremediasi rhizosper dikenal juga sebagai fitostimulasi atau bioremediasi dengan bantuan tanaman.
Jordahl et al. 1997 menemukan sejumlah bakteri yang bermanfaat meningkat pada zona akar pohon poplar hibrida. Bakteri tersebut
adalah denitrifier Pseudomonas spp., organisme pendegradasi BTEX dan bakteri heterotrop. Tanaman juga dapat melepaskan eksudat ke
dalam lingkungan tanah yang dapat membantu menstimulasi proses pendegradasian bahan organik, menstimulasi pertumbuhan dari spesies
baru yang mampu meningkatkan konsentrasi substrat yang dapat larut untuk semua mikroorganisme.
Schnoor 1997 mengatakan bahwa para peneliti di laboratorium EPA, Athena, Georgia telah menguji lima sistem enzim tanaman pada
sedimen dan tanah yaitu dehalogenase, nitroreduktase, peroksidase, laccase dan nitrilase. Enzim dehalogenase penting pada reaksi
deklorinasi pada klorinasi hidrokarbon. Nitroreduktase dibutuhkan pada langkah pertama untuk mendegradasi nitro aromatik, pada saat
enzim laccase bergantian untuk memecahkan struktur cincin aromatik pada kontaminan organik. Peroksida dan nitrilase penting pada reaksi
oksidasi. Mereka juga telah mengkarakterisasikan distribusi berat molekul eksudat organik dari sistem akar pohon poplar hibrida.
eksudat meliputi rantai pendek asam organik, fenolik dan konsentrasi kecil dari komponen berat molekul tinggi enzim dan protein.
3 Fitoekstraksi Fitoekstraksi adalah suatu proses dimana tanaman mengakumulasi
kontaminan pada daun atau tunas untuk selanjutnya dipanen secara periodik. Teknik fitoekstraksi secara lebih jelas diterangkan melalui
Gambar 3. Proses paska panen dari kontaminan dapat dilakukan melalui ekstraksi secara termal dengan mikroba atau secara kimia.
Fitoekstraksi terutama ditujukan untuk kontaminan dalam bentuk logam berbahaya seperti Cd dan Hg. Perhitungan ekonomi
menunjukkan bahwa tanaman yang digunakan harus mampu mengakumulasi logam berat paling tidak 1-2 dari berat kering. Hal
ini menjadi pembatas karena kebanyakan tanaman hanya mampu
mengakumulasi logam berat sekitar 10
-5
–10
-2
dari berat kering Cunningham et al 1995.
Saat ini hanya dikenal beberapa spesies tanaman yang mampu menjadi hiperakumulator
logam berat.
Sebagai contoh
adalah Sebertia accuminata yang mampu mengakumulasi 25 nikel per
berat kering dan Thlaspi caerulescens yang dapat mengakumulasi seng sampai 4 tanpa adanya kerusakan jaringan. Namun aplikasi dari
tanaman hiperakumulator logam berat tersebut telah mengalami kesulitan karena 3 hal yaitu 1 hiperakumulator seringkali hanya
mengakumulasi elemen tertentu; 2 kebanyakan dari hiperakumulator tumbuh lambat dan mempunyai biomassa rendah; 3 kebanyakan
hiperakumulator adalah tanaman langka yang ditemukan di tempat- tempat terpencil sehingga belum diketahui potensinya yang berkaitan
dalam hal-hal pembudidayaannya Cunningham et al 1995.
Gambar 3 Skema fitoremediasi pada dekontaminasi tanah tercemar logam berat Cunningham dan Lee 1995
Teknik fitoekstraksi akan lebih bernilai dibandingkan dengan cara tradisional apabila logam yang diekstrak merupakan logam yang
bermanfaat secara komersial seperti nikel dan tembaga. Teknik ini juga lebih ekonomis untuk senyawa anorganik dalam bentuk volatil seperti
Menambah perbaikan tanah yang memungkinkan tanaman untuk tumbuh, mengurangi polutan
leachabilitas dan meningkatkan daya tahan tanaman Penyerapan dari akar
Penyerapan unsur kimia dan mikroba dari tanah
Proses biomassa untuk reklamasi logampembuangan secara aman
Translokasi ke bagian atas Hasil panen
selenium dalam bentuk dimetil selenium karena dapat menghilangkan tahap pemanenan dan pengolahan paska panen.
4 Fitostabilisasi Fitostabilisasi merupakan proses dimana polutan mengalami
presipitasi, diserap dalam jaringan tanaman atau matriks tanah. Proses ini terutama ditujukan untuk polutan dalam bentuk logam berat dan
pada lahan yanng luas. Teknik ini secara luas telah dipakai pada lahan pertambangan dan beberapa area di kota dan industri yang tercemar.
Ada 3 kemungkinan mekanisme yanng umum terjadi pada proses fitostabilisasi yaitu 1 reaksi redoks; 2 presipitasi kontaminan
menjadi bentuk endapan; 3 pengikatan bahan-bahan organik ke dalam bagian lignin tanaman Cunningham dan Ow 1996.
5 Rhizofiltrasi Rhizofiltrasi adalah penggunaan akar tanaman untuk mengasorbsi,
mengumpulkan dan presipitasi kontaminan logam dari permukaan atau air tanah. Akar tanaman mampu mengasorbsi secara besar timah dan
chromium dari air tanah maupun dari air yang mengalir melalui zona akar dari vegetasi yang tumbuh padat. Potensinya untuk penanganan
kontaminan-kontaminan radionuklir mendapatkan perhatian yang besar. Rhizofiltrasi telah dimanfaatkan oleh Phytotech
®
dengan menggunakan tanaman bunga matahari pada pilot project Departemen
Energi Amerika Serikat DOE dengan limbah uranium di Ashtabula, Ohio serta pada air dari kolam dekat pabrik nuklir Chernobyl, di
Ukraina. Delta yang dangkal telah didesain sebagai lahan basah dan dipelihara
sebagai sistem mikroba fakultatif dengan oksigen terlarut yang rendah dalam sedimen. Air tanah atau air limbah dipompakan melalui sistem
ini untuk memindahkan kontaminan-kontaminan dengan menggunakan rhizofiltrasi. Hal ini umumnya ditujukan untuk logam atau limbah
campuran, namun teknologi ini dapat juga diterapkan pada limbah amunisi. 2,4,6-Trinitrotoluene TNT adalah kontaminan organik yang
dapat diserap oleh perakaran dengan kuat dan tidak mengalami translokasi pada derajat yang terukur Schnoor 1997.
2.4 Bunga Matahari Helianthus annuus L.
