3. Fase Stasioner
Pada fase ini suplai cahaya untuk sel algae menjadi terbatas yang dikarenakan kepadatan kultur. Pada fase ini pembelahan sel mulai
berkurang. Jumlah sel baru sama dengan jumlah sel yang mati sehingga pertumbuhan sel akan berlangsung secara konstan. Kurva
pertumbuhan menunjukkan mendekati nilai limit, yaitu fase stasioner Fogg Thake, 1987; Black, 2008. Berdasarkan penelitian
Zoechrova 2011, tidak ditemukan adanya stasioner pada kurva pertumbuhan
N. commune.
Hal ini dikarenakan, kemungkinan fase ini hanya terjadi selama beberapa jam pada hari ke-5 menuju hari ke-
6, sedangkan pengamatan yang dilakukan oleh Zoechrova adalah per 24 jam.
4. Fase Kematian
Fase ini merupakan berakhirnya fase stasioner, yaitu fase dimana pertumbuhan terhambat dan populasi sel berkurang. Terjadinya fase
ini disebabkan oleh umur kultur yang sudah tua, suplai cahaya dan nutrien yang terbatas sehingga tidak mendukung terjadinya
pembelahan sel. Pada fase ini laju kematian menjadi tinggi, jumlah sel akan berkurang secara logaritmik yang diindikasikan dengan
garis lurus atau garis miring yang menurun dan populasi algae menjadi rusak secara sempurna Fogg Thake, 1987; Black, 2008.
Berdasarkan penelitian Zoechrova 2011,
N. commune
mulai mengalami fase kematian pada hari ke 6. Fase kematian
N. commune
terus berlangsung hingga hari ke-9. Pertumbuhan algae dalam laboratorium sangat dipengaruhi oleh
beberapa faktor lingkungan, yaitu:
a. Suhu
Secara umum, algae dapat tumbuh pada kisaran suhu 16 – 17ºC.
Namun demikian, sebagian besar kultur algae diletakkan pada temperatur konstan antara 20
– 25ºC. Hal ini dikarenakan kultur perpustakaan.uns.ac.id
commit to user
algae dapat tumbuh optimal dalam ruangan dengan temperatur yang konstan atau dengan variasi temperatur yang rendah Trainor, 1978.
Menurut Whitton Potts 2000,
N. commune
dapat tumbuh dengan optimal pada suhu 25ºC.
b. Cahaya
Cahaya memiliki peran penting bagi pertumbuhan algae, sebab cahaya merupakan sumber energi bagi proses fotosintesis. Secara
umum algae mampu tumbuh pada kisaran cahaya dengan intensitas 1.000
– 10.000 Lux. Namun demikian algae dapat tumbuh optimal dengan intensitas cahaya 2.500
– 5.000 Lux. Cahaya buatan yang biasa digunakan di laboratorium ialah cahaya fluorescent dari lampu
pijar. Lampu ini akan menyediakan cahaya dengan kekuatan 4000 - 6000 Lux Zoechrova, 2011.
c. Derajat Keasaaman pH
Setiap mikroorganisme memiliki pH optimum untuk dapat tumbuh dengan optimal. Sebagian besar algae hanya dapat tumbuh optimal
pada kondisi lingkungan yang netral, yaitu dg pH berkisar antara 6 –
7 dan tidak dapat hidup pada pH yang lebih rendah, bahkan hanya 1 unit dari pH optimumnya.
N. commune
dapat tumbuh optimal pada kisaran pH 6
– 7 dan tidak dapat tumbuh pada kondisi pH Asam di bawah pH 4 Whitton Potts, 2000; Black, 2008.
d. Nutrisi
Pertumbuhan suatu organisme sangat dipengaruhi oleh nutrisi. Oleh karena itu kultur algae harus diperkaya dengan nutrien untuk
melengkapi kekurangan nutrisi dalam medium kultur Black, 2008; Zoechrova, 2011.
e.
Mixing
Mixing
diperlukan untuk mencegah sedimentasi sel algae, menjamin pemerataan cahaya, pemerataan nutrien, dan meningkatkan
commit to user
pertukaran gas antara medium kultur dan udara Zoechrova, 2011; Ariono, 1996.
b. Fikoremediasi oleh
Nostoc commune
Vaucher ex Bornet Flahault 1
Mekanisme Adsorbsi
Adsorbsi merupakan suatu proses penyerapan zat tertentu oleh suatu padatan yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya
tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tersebut Atkins, 1999. Ikatan yang bertanggung jawab dalam adsorbsi adalah gaya tarik
V
an Der Waals
, pembentukan ikatan nitrogen, pertukaran ion dan pembentukan ikatan kovalen Apriliani 2010. Adsorbsi dapat terjadi
pada antarfasa, padat-cair, padat-gas atau gas-cair. Molekul yang terikat pada bagian permukaan di sebut adsorbat, sedangkan permukaan yang
menyerap molekul-molekul adsorbat disebut adsorben. Menurut Apriliani 2010 berdasarkan besarnya interaksi antara
adsorben dan adsorbat, adsorbsi dibedakan menjadi 2 macam, yaitu adsorbsi fisika dan kimia.
a Adsorbsi Fisika
Dalam adsorbsi fisika, molekul-molekul teradsorbsi pada permukaan adsorben dengan ikatan yang lemah. Adsorbsi ini terjadi karena
adanya gaya tarik menarik yang lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben, gaya ini disebut gaya
Van Der Waals
. Akibatnya adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke
bagian permukan lain dari adsorben. Adsorbsi ini berlangsung secara cepat, dapat membentuk banyak lapisan dan bersifat balik
reversible
. Oleh karena itu molekul-molekul yang teradsorbsi mudah dilepaskan kembali.
b Adsorbsi Kimia
Pada adsorbsi kimia, molekul-molekul yang teradsorbsi pada permukaan adsorben bereaksi secara kimia, karena adanya reaksi
antara molekul-molekul adsorbat dengan adsorben dimana terbentuk perpustakaan.uns.ac.id
commit to user
ikatan kovalen dengan ion sehingga terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan. Adsorbsi ini bersifat tidak balik
irreversible
dan hanya membetuk lapisan tunggal. Proses adsorbsi melalui pertukaran ion dan komplekasi hanya
berlangsung pada lapisan permukaan sel yang mempunyai situs-situs yang bermuatan berlawanan dengan muatan ion logam sehingga
interaksinya merupakan reaksi pasif dan relatif cepat. Molekul adsorbat secara kimiawi dianggap mempunyai situs aktif yang mampu berinteraksi
dengan logam permukan sel seperti fosfat, karboksil, amina dan amida. Proses adsorbsi melalui pertukaran ion ini dipengaruhi oleh banyaknya
proton dalam larutan yang berkompetisi dengan ion logam pada permukaan adsorben. Pada pH rendah kemelimpahan proton melimpah,
sehinga peluang terjadinya pengikatan logam relatif kecil Apriliani, 2010.
2 Mekanisme Fikoremediasi
Fikoremediasi adalah upaya pembersihan lingkungan dari bahan- bahan pencemar dengan menggunakan agen biologi berupa algae, baik
mikroalgae maupun makroalgae sebagai adsorben. Algae yang berperan sebagai adsorben dapat disebut sebagai fikoremediator. Menurut
Apriliani 2010, pembersihan bahan pencemar dari lingkungan oleh fikoremediator dapat terjadi melalui 2 cara, yaitu pengikatan aktif dan
pengikatan pasif. Pengikatan aktif melibatkan reaksi metabolisme yang hanya terjadi pada fikoremediator dalam keadaan hidup algae segar,
sedangkan pengikatan pasif tidak melibatkan reaksi metabolisme yang terjadi pada penggunaan fikoremediator yang telah mati algae kering.
Metode ini dilakukan dengan menggunakan cara
batch
atau statis, sebab kultur yang paling umum yang digunakan untuk percobaan dengan
algae adalah
batch culture
atau kultur statis. Metode ini tergolong mudah dan sederhana sehingga tidak membutuhkan biaya operasional yang
tinggi. Penggunaan algae sebagai agen biologis yang mudah diperoleh perpustakaan.uns.ac.id
commit to user
serta metode
batch
sesuai dengan konsep fikoremediasi sebagai salah satu upaya penghilangan logam berat yang murah dan ramah lingkungan.
Proses fikoremediasi ini dilakukan dengan memasukan algae kedalam suatu wadah berisi larutan dengan komponen logam berat yang
diinginkan, kemudian diaduk dalam waktu tertentu, dan dipisahkan dengan cara penyaringan Apriliani, 2010.
Mekanisme interaksi antara ion logam dan algae sangatlah kompleks, namun pemahaman mengenai proses ini belum banyak
diketahui. Dinding sel algae mengandung berbagai gugus kation dan anion termasuk gugus hidroksil, sulfihidril, karboksil dan amino.
Komponen dinding sel tersebut dan EPS
Extracellular Polymere Substance
menyediakan permukaan adsorpsi yang spesifik untuk ion logam yang ada dalam suatu larutan. Mekanisme ini melibatkan berbagai
interaksi seperti adsorpsi fisik, kimiawi,
ion-exchange,
dan
complexation
Wong Tam, 1998; Crawford Crawford, 1996. Secara umum, proses pengambilan ion logam pada mikroalgae
melewati dua tahap yaitu
rapid stage
dan
slow stage
.
1 R
apid stage
Pada
rapid stage
, ion logam diadsorbsi secara langsung oleh permukaan sel dan EPS
Extracellular Polymere Substance
melalu mekanisme
passive uptake
atau biosorbsi yang terjadi secara cepat. Proses ini bersifat bolak baik dan cepat serta dapat terjadi pada sel
mati dan sel hidup dari suatu biomassa. Pada proses ini, ion logam berat mengikat dinding sel dengan dua cara yang berbeda, yaitu:
a. Pertukaran ion monovalen dan divalen seperti Na, Mg, dan Ca
pada dinding sel yang digantikan oleh ion-ion logam berat b.
Formasi kompleks antara ion-ion logam berat dengan gugus fungsional seperti karbonil, karboksil, amino, sulfihidril,
phospat, hidroksil dan fosfatyang berada pada dinding sel. Pada tahap ini ion logam menjadi terakumulasi pada permukaan sel
mikroalgae. perpustakaan.uns.ac.id
commit to user
2
Slow stage
Slow stage
merupakan tahap selanjutnya yang membutuhkan waktu yang lebih lama. Pada tahap ini, ion logam yang terakumulasi di
permukaan sel ditranspor melalui membran sel menuju sitoplasma dengan mekanisme
active uptake. Active uptake
dapat terjadi pada berbagai sel hidup. Mekanisme ini secara simultan terjadi dalam
proses konsumsi ion logam untuk pertumbuhan mikroorganisme Onrizal, 2005. Sebagai contoh yaitu logam kadmium Cd
Staphylococcus aureus
yang ikut masuk kedalam sitoplasma bersamaan dengan transport aktif logam Mg. Pada tahap ini ion logam
menjadi terakumulasi di sitoplasma sebagai granula intraseluler. Bioakumulasi intraselular terjadi karena adanya makromolekul berupa
peptida pengikat
logam
metal-binding peptida
seperti
metallothioneins
MTs dan
fitokhelatin
. Peptida pengikat logam merupakan peptida yang memiliki banyak mengandung asam amino
sistein dan memiliki berat molekul rendah. Akumulasi ion logam berat terjadi karena adanya sisi pengikat ion logam dengan afinitas yang
tinggi
high affinity binding sites
, yaitu Thiol Sulfihidril, -SH. Prasetyawati, 2009; Chen Pan, 2005
Proses biosorpsi logam berat oleh algae dipengaruhi oleh beberapa faktor lingkungan seperti: pH media, konsentrasi logam berat,
waktu kontak antara algae dengan logam, sifat ion logam yang digunakan, kehadiran ion logam lain, dan sistem biologis organisme yang
digunakan serta lingkungan tempat berlangsungnya proses tersebut Pinaz Bonilla, 1991; Zoechrova, 2011.
3 Kapasitas dan Efisiensi Fikoremediasi
Kemampuan remediasi merupakan sebuah parameter yang menunjukkan kerja sistem adsorbsi suatu adsorben dalam menyerap
adsorbat. Kemampuan remediasi suatu adsorben dapat diketahui dengan pengukuran beberapa parameter, yaitu efisiensi remediasi dan kapasitas
commit to user
remediasi. Menurut Apriliani 2010, fikoremediator yang baik adalah adsorben yang memiliki kapasitas adsorbsi dan presentase penyerapan
tertinggi. Presentase adsorbsi Efisiensi adsorbsi dapat dihitung dengan
menggunakan rumus:
� =
�1−�2 �1
× 100
....................................1 Sedangkan kapasitas adsorbsi dapat dihitung dengan menggunakan
rumus:
� =
�1−�2
× �
..............................................2 Keterangan:
Q = Kapasitas adsorbsi per bobot molekul mgg C1 = Konsentrasi awal larutan mgL
C2 = Konsentrasi akhir larutan mgL m = Massa fikoremediator g
V = Volume larutan L E
= Efisiensi adsorbsi
4 Isoterm Adsorbsi
Isoterm adsorbsi merupakan fungsi konsentrasi zat terlarut yang terserap pada padatan terhadap konsentrasi larutan. Persamaan yang
digunakan untuk menjelaskan data percobaan isoterm dikaji oleh Freundlich, Langmuir, serta Brauner, Emmet dan Teller BET. Tipe
isoterm adsorbsi untuk mempelajari mekanisme adsorbsi pada fase cair- padat pada umumnya menganut tipe isoterm Langmuir dan Freundlich
Atkins, 1999. Isoterm adsorbsi Langmuir merupakan proses adsorbsi yang
berlangsung secara kimisorpsi satu lapisan. Kimisorpsi adalah adsorbsi yang terjadi melalui ikatan kimia yang sangat kuat antara sisi aktif
permukaan dengan sisi aktif molekul adsorbat dan dipengaruhi oleh densitas elektron. Adsorbsi terjadi karena ikatan kimia biasanya bersifat
commit to user
spesifik, sehingga permukaan adsorben mampu mengikat adsorbat dengan satu lapisan Apriliani, 2010.
Menurut Atkins 1999, isoterm Langmuir dapat diperoleh dari persamaan:
�
=
1 ∝�
+
1 ∝
�
..................................................3 dimana:
xm = berat zat yang diadsorbsi mgg
C = konsentrasi adsorbat dalam larutan mgL
Model isoterm Langmuir mendefinisikan bahwa kapasitas maksimum terjadi akibat adanya lapisan tunggal monolayer adsorbat di
permukaan adsorben, dengan asumsi bahwa semua memiliki energi yang sama dan adsorbsi bersifat dapat balik
irreversible
Atkins, 1999; Handayani Sulistiyono, 2009.
Isoterm Freundlich menggambarkan antara sejumlah komponen yang teradsorbsi per unit adsorben dan konsentrasi komponen tersebut
pada kesetimbangan. Isoterm Freundlich dapat diperoleh dari persamaan:
log
�
= log � +
1
log �
...................................4 dimana:
xm = berat zat yang diadsorbsi mgg
C = konsentrasi adsorbat dalam larutan mgL
k, n = tetapan
Isoterm Freundlich menganggap bahwa semua sisi permukaan adsorben akan terjadi adsorbsi pada kondisi yang diberikan. Isoterm ini
berdasarkan asumsi bahwa adsorben memiliki permukaan heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi adsorbsi yang berbeda-beda
Apriliani, 2010; Handayani Sulistiyono, 2009. perpustakaan.uns.ac.id
commit to user
2. Logam Berat Kadmium Cd
Kategori