Klasifikasi Limbah Industri Logam dalam Perairan

baik. Namun, tidak semua logam sesuai dengan definisi ini. Sebab terdapat pula logam yang memiliki bentuk selain padatan, yaitu merkuri. Berdasarkan fungsi biologisnya, logam dibagi menjadi logam yang dibutuhkan oleh makhluk hidup dengan fungsi biologis yang telah diketahui logam esensial, logam beracun dan metaloid serta logam yang tidak diperlukan oleh makhluk hidup dengan fungsi biologis yang belum diketahui logam non-essensial Roane et al., 2009. Logam esensial sangat diperlukan oleh makhluk hidup untuk proses katalisis enzim, transportasi molekul, struktur protein serta mengontrol tekanan osmotik dalam tubuh. Logam esensial diangkut ke dalam sel melalui sistem transportasi membran. Yang termasuk ke dalam logam esesnsial, antara lain Ca, Co, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Se, V, W dan Zn. Meskipun logam ini sangat diperlukan untuk pertumbuhan dan metabolisme makhluk hidup, tetapi juga harus dijadikan poin penting untuk diperhatikan sebab pada konsentrasi tinggi logam ini dapat menjadi racun, misalnya, Cu dan Se Roane et al., 2009. Logam beracun dan metaloid diantaranya, yaitu Ag, Al, Au, Ge, Hg, Pb, Sb, Sn, Cd dan Tl telah dianggap tidak memiliki fungsi biologis, tetapi data baru menunjukkan beberapa logam tersebut memiliki penggunaan fisiologis. Sebagai contoh kadmium diperlukan oleh fitoplankton laut untuk mempertahankan aktivitas enzim Roane et al., 2009. Logam ini memiliki kemampuan untuk terakumulasi di dalam rantai makanan sehingga makhluk hidup yang terkena paparan akan mengakumulasinya dalam jaringan tubuh. Akibatnya mereka akan bertindak sebagai racun sistemik yang secara langsung mempengaruhi perilaku, merusak fungsi mental dan neurologis Obiria et al, 2010. Logam non-esensial merupakan logam yang tidak diperlukan tubuh makhluk hidup serta tidak memiliki sifat beracun. Logam ini biasa ditemukan terakumulasi dalam sel sebagai hasil dari penyerapan spesifik dan transportasi. Yang termasuk ke dalam golongan logam non-esensial diantaranya Rb, Cs, Sr, dan Ti Roane et al., 2009.

2.4.1 Logam Berat

Logam berat merupakan unsur kimia yang berpotensi menimbulkan masalah pencemaran pada lingkungan. Logam berat biasanya didefinisikan berdasarkan sifat-sifat fisiknya dalam keadaan padat dengan karakteristik sebagai berikut : memiliki berat atom dan kepadatan melebihi 5 gcm 3 , mempunyai nomor atom 22-34 dan 40-50 serta unsur-unsur lantanida dan aktinida Manahan, 1992. Beberapa logam berat berfungsi sebagai mikronutrien pada konsentrasi rendah, seperti tembaga Cu, seng Zn dan besi Fe, tetapi akan beracun ketika konsentrasi tinggi. Sementara untuk logam timbal Pb, kadmium Cd, merkuri Hg, arsen As, Aluminium Al dan Nikel Ni akan beracun pada konsentrasi yang sangat rendah Schwartz et al., 2010.

2.4.2 Timbal Pb

Timbal merupakan unsur paling umum diantara unsur-unsur logam berat lainnya. Merupakan logam lunak yang tahan terhadap korosi dan memiliki titik leleh yang rendah sebesar 327°C Wang et al., 2009. Timbal yang terletak pada golongan IV A dalam sistem periodik, mempunyai massa atom relatif 207,19 grammol dan nomor atom 82 dengan konfigurasi elektron [ 54 Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 . Pada umumnya membentuk senyawa-senyawa dengan tingkat oksidasi +2 lebih stabil dan +4 Sugiarto dan Suyantri, 2010. Pb merupakan elemen alami yang pada dasarnya dapat ditemukan di lingkungan dalam dua bentuk senyawa kimia yang berbeda, antara lain sebagai senyawa anorganik dan sebagai organologam. Pb dalam bentuk senyawa anorganik cenderung dalam bentuk kation Pb 2+ . Senyawa anorganik ini akan langsung masuk ke dalam aliran darah untuk didistribusikan lebih lanjut ke seluruh tubuh. Beberapa contoh logam Pb dalam bentuk senyawa anorganik, antara lain oksida, nitrat, halida dan sulfida. Pb sebagai organologam biasa disebut dengan senyawa alkil-timbal. Pada bentuk ini ligan organik metil, etil, dll terikat pada atom Pb membentuk oraganologam tetra etil timbal, tetra metal timbal, dll. Senyawa ini memiliki sifat lipofilik sehingga mampu menembus kulit dan saluran pernapasan Palacios and Capdevila, 2013. Sekitar 60 dari produksi di seluruh dunia, timbal digunakan untuk pembuatan baterai terutama baterai mobil, sedangkan sisanya digunakan dalam produksi pigmen, glasir, solder, plastik, selubung kabel, amunisi dan aditif bensin. Industri seperti ini terus menimbulkan resiko signifikan untuk masyarakat sekitar. Namun, industri baterai penyimpanan listrik mungkin memiliki dampak yang relatif rendah terhadap lingkungan karena sekitar 80 dari semua baterai didaur ulang Sarkar, 2002. Selama 50 tahun terakhir, penggunaan timbal senyawa organik sebagai anti-knocking telah menjadi sumber gangguan utama di seluruh dunia yang mengarah ke lingkungan McCally, 2002. Pb merupakan racun spesifik yang menghambat kegiatan enzimatik. Efek khas dari keracunan Pb adalah efek pada hematologi, sistem saraf pusat dan fungsi reproduksi. Anak-anak memiliki risiko yang lebih tinggi untuk keracunan Pb daripada orang dewasa. Anak-anak dapat menyerap proporsi yang lebih tinggi dari Pb yang tertelan, mendistribusikannya lebih dalam jaringan lunak. Sedangkan pada orang dewasa terdapat penghalang yang dapat menetrasi timbal ke dalam sistem saraf pusat dan telah mengembangkan sistem tubuh darah, tulang, kekebalan tubuh, ginjal, otak dan sistem saraf Woolf et al., 2007. Logam Pb dapat masuk ke dalam perairan secara alamiah melalui pengkristalan di udara dengan bantuan air hujan dan proses korosifikasi mineral dari batuan akibat hempasan gelombang dan air Panjaitan, 2010. Sedangkan cara Pb dapat masuk ke dalam tubuh tergantung pada sifat kimia dan fisikanya. Pb anorganik dapat masuk ke dalam tubuh terutama melalui cara terhirup dan tertelan serta tidak mengalami transformasi biologis. Sedangkan Pb organik seperti tetraetil Pb yang digunakan sebagai anti-knocking masuk ke dalam tubuh terutama melalui kontak kulit dan inhalasi kemudian akan dimetabolisme di dalam hati. Setelah masuk ke dalam darah, Pb didistribusikan terutama antara tiga kompartemen, yaitu darah, jaringan lunak seperti ginjal, sumsum tulang, hati, dan otak dan jaringan mineralisasi tulang dan gigi. Pb terakumulasi dalam tubuh selama seumur hidup, sehingga keracunan Pb dapat disebabkan oleh dosis kecil dari waktu ke waktu. Gejala khas keracunan Pb secara umum, yaitu kelelahan, tremor, sakit kepala, muntah, dan kejang. Pb juga mengganggu sintesis hemoglobin dan sangat merusak fungsi ginjal Bradl, 2005.

2.4.3 Kromium Cr

Kromium merupakan logam transisi yang mempunyai konfigurasi elektron [Ar] 4s 1 3d 5 Manahan, 1992, kromium memiliki nomor atom 24 dan massa atom relatif 51,996 grammol, titik didih 2665 o C, titik leleh 1875 o C, dan jari-jari atom 128 pm. Logam Cr berwarna abu-abu dan keras dengan berat jenis 7,19 gmL serta panas laten penguapannya 1474 kalkg Vogel,1985. Logam ini memiliki tingkat oksidasi +2 sampai +6, namun yang sering dijumpai adalah tingkat oksidasi +3 dan +6 Manahan,1992. Toksisitas dari logam Cr bergantung dari tingkat oksidasinya. Cr memiliki tingkat oksidasi dari II hingga VI. Tetapi hanya CrIII dan CrVI yang memiliki peran penting secara biologi. CrIII sering dianggap penting sebagai nutrisi bagi manusia dan hewan, yang diperlukan untuk pemeliharaan glukosa, lipid dan metabolisme protein sehingga banyak digunakan sebagai suplemen makanan. Kekurangan Cr pada manusia menyebabkan gangguan toleransi glukosa glikosuria dan peningkatan dalam serum insulindan kolesterol. Pada hewan, gejala seperti pertumbuhan terganggu dan penurunan fungsi reproduksi Bradl, 2005. Sebaliknya, spesies CrVI bersifat sangat beracun bagi bakteri, tumbuhan dan hewan. Hal ini disebabkan sifat oksidatif yang dimilikinya sehingga mengakibatkan iritasi kulit dan selaput lendir serta efek alergi pada paru-paru Sperling, 2014. Perbedaan toksisitas antara CrIII dan CrVI secara langsung berkaitan dengan kemampuan mereka untuk memasuki sel dan sifat kimianya. CrIII biasanya membentuk senyawa larut dalam media air sehingga tidak dapat dengan mudah masuk ke dalam sel. Sebaliknya, CrVI baik sebagai CrO 4 2- atau HCrO 4 dapat dengan mudah masuk ke dalam sel Palacios and Capdevila, 2013. Kromium banyak digunakan secara luas dalam penyepuhan, penyamakan kulit, pelapis kromat dan pelapis logam Malkoc, 2007. Kromium mempunyai sifat tidak mudah teroksidasi oleh udara, karena itu banyak digunakan sebagai pelapis logam, pengisi stainless steel, lapisan perlindungan untuk mesin-mesin otomotif dan perlengkapan tertentu Sax, 1987. Asam kromat di laboratorium digunakan sebagai oksidator, mencuci peralatan laboratorium, dan sebagai katalis. Na 2 Cr 2 O 7 dalam jumlah banyak digunakan dalam penyamakan kulit Ahmad, 1992. Cr dalam bidang pengobatan dapat digunakan sebagai radio isotop kromium Palar, 1994. Asam kromat dalam bidang industri digunakan sebagai bahan untuk kaca berwarna, pembersih logam, bahan untuk tinta, dan cat.

2.5 Logam dalam Perairan

Air sering tercemar oleh komponen-komponen anorganik, seperti logam berat yang berbahaya. Hal ini dikarenakan logam berat memilki banyak kegunaan di dalam kegiatan industri. Logam-logam tersebut bersifat tahan lama dan dampak keracunan yang diberikan juga bertahan dalam waktu yang sangat lama. Logam berat cenderung mengendap di dasar perairan dengan cara membentuk ikatan bersama senyawa-senyawa organik Sumardjo, 2009. Adanya logam berat pada sedimen perairan dapat berbahaya secara langsung terhadap kehidupan organisme, dan berpengaruh secara tidak langsung terhadap kesehatan manusia. Hal ini berkaitan dengan sifat-sifat logam berat tersebut, yaitu : 1. Sulit didegradasi, sehingga mudah terakumulasi dalam lingkungan perairan dan keberadaannya secara alami sulit terurai. 2. Dapat terakumulasi dalam organisme seperti ikan sehingga akan membahayakan kesehatan manusia yang mengkonsumsi organisme tersebut. 3. Mudah terakumulasi pada sedimen, sehingga konsentrasinya selalu lebih tinggi dari konsentrasi logam dalam air. Disamping itu sedimen mudah tersuspensi karena pergerakan massa air yang akan melarutkan kembali logam yang dikandungnya ke dalam air, sehingga menjadi sumber pencemarn potensial dalam skala waktu tertentu Panjaitan, 2010.

2.6 Pengolahan Limbah Logam Berat Dengan Metode Biologi

Pengolahan limbah dengan metode biologi merupakan metode pengolahan limbah yang lebih efisien, ekonomis, dan ramah lingkungan dibandingkan metode pengolahan limbah secara fisika dan kimia. Pengolahan air limbah dengan metode biologis menggunakan mikroorganisme dalam prosesnya untuk menghilangkan polutan dalam lingkungan Vayenas, 2011. Pada dasarnya, reaktor pengolahan secara biologi dapat dibedakan atas dua jenis Suyasa, 2015, yaitu : 1. Reaktor pertumbuhan tersuspensi suspended growth reactor 2. Reaktor pertumbuhan lekat attached growth reactor Di dalam reaktor pertumbuhan tersuspensi mikroorganisme tumbuh dan berkembang dalam keadaan tersuspensi. Dalam aplikasinya, pengoperasian sistem lumpur aktif cukup sederhana, namun biaya operasi yang diperlukan cukup tinggi karena difusi oksigen sangat rendah dalam air limbah. Selain itu, proses lumpur aktif tidak dapat menahan beban organik dan hidrolik tiba-tiba serta tidak mampu untuk mengatasi beban organik yang tinggi sehingga memerlukan biaya modal dan operasional yang besar Vayenas, 2011. Di dalam reaktor pertumbuhan lekat, mikroorganisme tumbuh di atas media pendukung dengan cara membentuk lapisan film untuk melekatkan dirinya Suyasa, 2015. Lapisan film dapat terbentuk dikarenakan mikroorganisme menghasilkan matriks berlendir yang terdiri dari zat polimer ekstraseluler EPS. Sehingga mikroorganisme akan memiliki kecenderungan untuk berkembang biak dan menanamkan diri dalam matriks berlendir tersebut. Pembentukan biofilm akan lebih mudah terjadi pada permukaan yang kasar Vayenas, 2011. Pada reaktor jenis ini memiliki keuntungan utama, yaitu konsentrasi biomassa yang tinggi sehingga memungkinkan stabilitas di bawah beban organik dan hidrolik yang sangat tinggi saat lumpur tinggal dan biaya modal serta biaya operasional yang relatif murah.

2.6.1 Kebutuhan Nutrien

Untuk mencapai penanganan limbah secara biologis yang memuaskan, limbah harus mengandung karbon, nitrogen, fosfor, dan unsur kelumit yang cukup untuk mempertahankan laju sintesis mikroba yang optimum. Nutrien yang dibutuhkan harus ditambahkan sesuai dengan laju sintesis sel. Apabila limbah kekurangan nutrien, maka nutrien harus ditambahkan pada sistem yang sebanding dengan nutrien dalam padatan mikroba yang hilang dalam efluan dan atau dibuang dari sistem Laksmi, 2003.

2.6.2 Kurva Pertumbuhan Mikroba

Pertumbuhan mikroba merupakan proses peningkatan jumlah sel mikroba akibat dari proses pembelahan sel. Apabila mikroba ditumbuhkan dalam media yang sesuai dan dalam kondisi yang optimum maka pertumbuhannya akan meningkat dengan waktu yang relatif singkat. Pada umumnya bakteri mampu membelah diri antara waktu 1 hingga 3 jam. Adapula beberapa baktreri yang membutuhkan waktu 10 menit hingga beberapa hari untuk membelah diri. Kurva pertumbuhan bakteri dibagi menjadi 4 fase Suyasa, 2015, yaitu :