Eceng Gondok sebagai Fitoremediator Loga
LAPORAN KAPITA SELEKTA BIOINDUSTRI MK- BE4106
Eceng Gondok sebagai Fitoremediator Logam Berat Limbah Pabrik dan
Produksi Biogas
Oleh:
Bagoes M Inderaja
11213002
Putu Eka Satya Y.
11213011
Anugerah Fajar
11213012
Ganjar Abdillah Ammar 11213021
PROGRAM STUDI REKAYASA HAYATI
SEKOLAH ILMU DAN TEKNOLOGI HAYATI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015
Latar Belakang
Tanaman eceng gondok (Eichornia crassipes) adalah tanaman invasif dengan laju pertumbuhan
yang sangat cepat. Eceng gondok dapat menyebabkan berbagai permasalahan lingkungan yang
dapat berimbas pada masyarakat. Salah satu permasalahan yang disebabkan oleh eceng gondok
adalah penyumbatan turbin di PLTA yang dapat menurunkan efisiensi dari turbin pembangkit
listrik. Selain itu, eceng gondok juga menutupi permukaan badan air yang dapat menyebabkan
berbagai permasalahan tambahan seperti terganggunya navigasi perairan, irigasi, mempercepat
hilangnya air ke atmosfer melalui evapotranspirasi dan dapat merusak kesetimbangan ekologi
perairan akibat sedikitnya sinar matahari yang masuk ke air.
Profil Eceng Gondok
Eceng gondok dapat tumbuh optimal di daerah perairan dengan suhu 25-27,50C dan pH 6-8.
Komposisi segar eceng gondok adalah 95% air; 0,04% nitrogen; 1% ash; 0,06% P¬2O5, 0,2%
K2O dan 3,5% materi organik. Sementara berat keringnya mengandung 28,7% K2O; 1,8%
Na2O; 12,8% CaO;,21% Cl, dan 7% P2O5.. Protein dasar yang dihasilkan per 100g, adalah 0,72
g methonine, 4,72 g phenilalanine; 4,32g theronine; 5,34 g lysine; 4,32 g isoleucine; 0,27 g
valine; dan 7,2 g leucine.
Tabel 1. Klasifikasi Eceng Gondok
Kingdom:
Plantae
Divisi:
Magnoliophyta
Kelas:
Liliopsida
Ordo:
Commelinales
Famili:
Pontederiaceae
Genus:
Eichhornia
Spesies:
E. crassipes
Gagasan Awal Solusi
Eceng
gondok
menyebabkan
Gambar 1. Eichornia crassipes
berbagai
macam
permasalahan lingkungan. Walaupun demikian, eceng gondong juga memiliki kelebihan seperti
kemampuan eceng gondok dalam menyerap berbagai senyawa efluen seperti senyawa organik,
inorganik, maupun metal beracun. Dari kelebihan ini, kami mengusulkan pemanfaatan eceng
gondok untuk menyelesaikan suatu permaslahan lingkungan lainnya dengan memanfaatkan
kelebihan ini. Bentuk pemanfaatan ini dilakukan dengan cara meleburkan dua permasalahan
lingkungan yaitu, jumlah eceng gondok yang sangat banyak di perairan dan limbah logam pabrik
yang juga sangat banyak mencemari lingkungan. Dua hal itu bisa saling mendukung satu sama
lain dalam mengatasi permasalahan lingkungan yang artinya kedua masalah diatas dapat saling
dihilangkan apabila antara eceng gondok dan limbah logam pabrik menjadi satu unit terintegrasi.
Eceng gondok memiliki peran sebagai hyperaccumulator dalam sistem remediasi dan dapat
digunakan untuk menyerap limbah logam dari pabrik yang sangat membahayakan makhluk
hidup. Setelah digunakan sebagai agen fitoremediasi, eceng gondok dapat dimanfaatkan kembali
dengan pembuatan biogas. Sehingga akan sangat menguntungkan dari sisi lingkungan dan
produk yang dapat dihasilkan proses remediasi.
Proses umum
Secara umum proses yang diperlukan mencakup absorpsi logam berat (fitoremediasi), desorpsi,
dan proses konversi biomassa menjadi suatu produk. Proses fitoremediasi sendiri menggunakan
agen biologi yaitu eceng gondok yang memiliki sifat utama dalam menyerap (sorpsi) logam berat
seperti Zn, Cd, Pb, Ni, Cr ataupun material organik seperti Metilen blue atau p-nitrofenol. Untuk
desorpsi yaitu proses pengambilan kembali logam dengan suatu agen chelation secara molekuler
(karena ikatan ion dan molekul) menggunakan agen chelation yaitu Na-EDTA. Proses terakhir
adalah konversi biomassa menjadi beberapa produk. Eceng gondok yang sudah digunakan dalam
proses remediasi dan desorpsi dapat digunakan kembali untuk menghasilkan bioproduk seperti
kompos, biogas, pakan ternak, alkohol, suplemen, fiber, dan furnitur. Dari seluruh bioproduk
yang dapat dihasilkan, biogas adalah produk yang paling menguntungkan untuk dihasilkan
karena memiliki proses yang cepat dan murah tanpa harus melakukan proses desorpsi.
Fitoremediasi
Dalam fitoremediasi logam berat, eceng gondok mempunyai afinitas dan kapasitas yang
tinggi untuk beberapa jenis metal seperti Pb, Cu, Zn, dll. Eceng gondok mempunyai afinitas dan
kapasitas yang tinggi untuk beberapa jenis metal seperti Pb, Cu, Zn, dll (tabel 4).
Tabel 1 Fitoremediasi air kaya metal oleh eceng gondok
Selain itu eceng gondok juga mampu menyerap alumunium hingga 90% dari efluen industri
aluminum. Eceng gondok juga mampu menyerap herbisida berbasis fenol terutama oleh akar
yang dibuktikan oleh kemampuan menyerap fenol oleh filtrat ekstrak akar eceng gondok. Secara
umum, efisiensi penyerapan metal eceng gondok tinggi pada konsentrasi metal yang lebih tinggi
akan tetapi hal ini berbanding lurus pada tingkat gejala keracunan sehingga efluen perlu
diencerkan pada konsentrasi optimal untuk eceng gondok (tabel 5)
Tabel 2 Biosorpsi polutan oleh bagian kering/sudah diolah eceng gondok
Akar dari eceng gondok baik dalam bentuk organisme hidup maupun sudah dalam bentuk
kering memiliki kemampuan adsorpsi polutan yang lebih baik di banding ragi (Candida
parapsilosis), bacteri (Mycobacterium phlei) and fungi (Rhizopus oryzae) dan memiliki
kemampuan yang lebih baik dibanding dengan karbon aktif dalam menyerap kontaminan seperti
pewarna dan fenol dan juga mampu menyerap Hg dan Pb.
Sorpsi
Sorpsi merupakan proses penyerapan yang terdiri dari absorpsi dan adsorpsi. Proses absorpsi
merupakan proses menyerap secara
Desorpsi
Desorpsi merupakan lawan dari proses sorpsi, dimana proses ini akan terjadi jika konsentrasi
senyawa di luar (bulk phase) lebih rendah dibanding permukaan serap. Secara umum laju
desorpsi adalah
,
Dimana r merupakan konstanta laju desorpsi, N merupakan konsentrasi material terserap
(absorpsi dan absorbsi) dan x sebagai orde reaksi. Nilai konstanta laju desorpsi
dirumuskan
dalam bentuk;
Dengan
merupakan frekuensi persobaan (kemungkinan molekul teradsorpsi melampaui batas
desorpsi),
adalah energi aktivasi dari desorpsi,
merupakan konstanta Boltzmann dan
sebagai suhu
Konversi Biogas
Hal menarik lain pada Eceng Gondok adalah dalam mengkonversi bimoassa menjadi volatil
biogas hingga 0.671 g-1. Biogas yang baik terdiri dari campuran limbah hewan dan lumpur yang
diberi kandungan nitrogen, fosfor dan potasium yang juga dapat digunakan sebagai pupuk yang
baik. Dengan pencampuran bersama mikroba, jamur atau bahan kimia dapat meningkatkan
biodegradibilitas atau daya biologis untuk dapat merombak substrat dalam produksi biogas oleh
eceng gondok. Ditambah semakin banyaknya kandungan logam berat pada tanaman (Cr, Cu, Ni
dan Zn) karena proses fitoremediasi akan membuat senyawa CH 4 juga lebih banyak dari pada
kontrol dan itu kemampuan fitoremediasi dan produksi biogas dimiliki oleh eceng gondok.
Dalam memproduksi biogas sangat tidak tepat dengan menggunakan cara konvensional
seperti ukuran digester yang besar, tidak efisien konversi karena eceng gondok yang mengapung
dan tersumbat pada digester serta perlakuan sebelumnya pada eceng gondok dengan
menghilangkan udara yang ada di jaringan. Untuk itu dipergunakanlah reaktor Multi fase yang
dapat memberikan solusi untuk nutrisi, buih dan sumbatan agar reaktor memiliki efisiensi tinggi.
Hasil dari sistem 2 tahap dengan perlakuan sebelumnya oleh alkali dan dikombinasikan pada
reaktor mobilisasi (12 HRT) memberikan hasil yang signifikan 0.441-1 g-1 d-1 (berat kering).
Komposisi yang tepat untuk memproduksi jumlah maksimum metana (biogas) adalah 25%
kotoran sapi dan 75% berat kering eceng gondok. 1 ton eceng gondok dapat memproduksi biogas
dengan yield 370.000 liter. VFA atau volatile fatty acid telah dipelajari dalam produksi biogas
sebagai suplemen makanan pada slurry digester dan solid-feed digester. Efisiensi konversi
sempurna telah diraih oleh VFA dimana dengan menggunakan novel fed Batch biodigester yang
menyebabkan laju konstan pembentukan biogas. Masih diperlukannya pengujian lebih lanjut
agar dapat memproduksi biogas dengan murah, sederhana dan otomatis.
Kesempatan di Masa Depan
Sistem terintegrasi sangat diperlukan dalam menyelesaikan setiap permasalahan lingkungan
termasuk penggunaan eceng gondok dalam mengolah limbah logam pabrik dan setelah dilakukan
pengolahan masih dapat digunakan kembali untuk menghasilkan produk berupa biogas.
Perkembangan keilmuan mengenai proses desorpsi sangat penting untuk mendukung proses
konversi hasil dari fitoremediasi menjadi beberapa produk seperti yang dijelaskan sebelumnya
secara lebih murah, efisien, dan efektif. Sehingga kesempatan di masa depan akan tercipta lebih
banyak produk yang dihasilkan dari hasil proses fitoremediasi, tidak hanya biogas.
Kesimpulan
Dua permasalahan lingkungan yaitu sumber melimpah eceng gondok di badan air dan kadar
logam berat pada limbah pabrik dapat menjadi solusi pencemaran, pencemaran biologi dan
logam. Ditambah solusi tersebut menciptakan produk baru yaitu biogas yang dapat digunakan
sebagai persediaan energi apabila dilanjutkan dengan proses konversi.
Eceng Gondok sebagai Fitoremediator Logam Berat Limbah Pabrik dan
Produksi Biogas
Oleh:
Bagoes M Inderaja
11213002
Putu Eka Satya Y.
11213011
Anugerah Fajar
11213012
Ganjar Abdillah Ammar 11213021
PROGRAM STUDI REKAYASA HAYATI
SEKOLAH ILMU DAN TEKNOLOGI HAYATI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015
Latar Belakang
Tanaman eceng gondok (Eichornia crassipes) adalah tanaman invasif dengan laju pertumbuhan
yang sangat cepat. Eceng gondok dapat menyebabkan berbagai permasalahan lingkungan yang
dapat berimbas pada masyarakat. Salah satu permasalahan yang disebabkan oleh eceng gondok
adalah penyumbatan turbin di PLTA yang dapat menurunkan efisiensi dari turbin pembangkit
listrik. Selain itu, eceng gondok juga menutupi permukaan badan air yang dapat menyebabkan
berbagai permasalahan tambahan seperti terganggunya navigasi perairan, irigasi, mempercepat
hilangnya air ke atmosfer melalui evapotranspirasi dan dapat merusak kesetimbangan ekologi
perairan akibat sedikitnya sinar matahari yang masuk ke air.
Profil Eceng Gondok
Eceng gondok dapat tumbuh optimal di daerah perairan dengan suhu 25-27,50C dan pH 6-8.
Komposisi segar eceng gondok adalah 95% air; 0,04% nitrogen; 1% ash; 0,06% P¬2O5, 0,2%
K2O dan 3,5% materi organik. Sementara berat keringnya mengandung 28,7% K2O; 1,8%
Na2O; 12,8% CaO;,21% Cl, dan 7% P2O5.. Protein dasar yang dihasilkan per 100g, adalah 0,72
g methonine, 4,72 g phenilalanine; 4,32g theronine; 5,34 g lysine; 4,32 g isoleucine; 0,27 g
valine; dan 7,2 g leucine.
Tabel 1. Klasifikasi Eceng Gondok
Kingdom:
Plantae
Divisi:
Magnoliophyta
Kelas:
Liliopsida
Ordo:
Commelinales
Famili:
Pontederiaceae
Genus:
Eichhornia
Spesies:
E. crassipes
Gagasan Awal Solusi
Eceng
gondok
menyebabkan
Gambar 1. Eichornia crassipes
berbagai
macam
permasalahan lingkungan. Walaupun demikian, eceng gondong juga memiliki kelebihan seperti
kemampuan eceng gondok dalam menyerap berbagai senyawa efluen seperti senyawa organik,
inorganik, maupun metal beracun. Dari kelebihan ini, kami mengusulkan pemanfaatan eceng
gondok untuk menyelesaikan suatu permaslahan lingkungan lainnya dengan memanfaatkan
kelebihan ini. Bentuk pemanfaatan ini dilakukan dengan cara meleburkan dua permasalahan
lingkungan yaitu, jumlah eceng gondok yang sangat banyak di perairan dan limbah logam pabrik
yang juga sangat banyak mencemari lingkungan. Dua hal itu bisa saling mendukung satu sama
lain dalam mengatasi permasalahan lingkungan yang artinya kedua masalah diatas dapat saling
dihilangkan apabila antara eceng gondok dan limbah logam pabrik menjadi satu unit terintegrasi.
Eceng gondok memiliki peran sebagai hyperaccumulator dalam sistem remediasi dan dapat
digunakan untuk menyerap limbah logam dari pabrik yang sangat membahayakan makhluk
hidup. Setelah digunakan sebagai agen fitoremediasi, eceng gondok dapat dimanfaatkan kembali
dengan pembuatan biogas. Sehingga akan sangat menguntungkan dari sisi lingkungan dan
produk yang dapat dihasilkan proses remediasi.
Proses umum
Secara umum proses yang diperlukan mencakup absorpsi logam berat (fitoremediasi), desorpsi,
dan proses konversi biomassa menjadi suatu produk. Proses fitoremediasi sendiri menggunakan
agen biologi yaitu eceng gondok yang memiliki sifat utama dalam menyerap (sorpsi) logam berat
seperti Zn, Cd, Pb, Ni, Cr ataupun material organik seperti Metilen blue atau p-nitrofenol. Untuk
desorpsi yaitu proses pengambilan kembali logam dengan suatu agen chelation secara molekuler
(karena ikatan ion dan molekul) menggunakan agen chelation yaitu Na-EDTA. Proses terakhir
adalah konversi biomassa menjadi beberapa produk. Eceng gondok yang sudah digunakan dalam
proses remediasi dan desorpsi dapat digunakan kembali untuk menghasilkan bioproduk seperti
kompos, biogas, pakan ternak, alkohol, suplemen, fiber, dan furnitur. Dari seluruh bioproduk
yang dapat dihasilkan, biogas adalah produk yang paling menguntungkan untuk dihasilkan
karena memiliki proses yang cepat dan murah tanpa harus melakukan proses desorpsi.
Fitoremediasi
Dalam fitoremediasi logam berat, eceng gondok mempunyai afinitas dan kapasitas yang
tinggi untuk beberapa jenis metal seperti Pb, Cu, Zn, dll. Eceng gondok mempunyai afinitas dan
kapasitas yang tinggi untuk beberapa jenis metal seperti Pb, Cu, Zn, dll (tabel 4).
Tabel 1 Fitoremediasi air kaya metal oleh eceng gondok
Selain itu eceng gondok juga mampu menyerap alumunium hingga 90% dari efluen industri
aluminum. Eceng gondok juga mampu menyerap herbisida berbasis fenol terutama oleh akar
yang dibuktikan oleh kemampuan menyerap fenol oleh filtrat ekstrak akar eceng gondok. Secara
umum, efisiensi penyerapan metal eceng gondok tinggi pada konsentrasi metal yang lebih tinggi
akan tetapi hal ini berbanding lurus pada tingkat gejala keracunan sehingga efluen perlu
diencerkan pada konsentrasi optimal untuk eceng gondok (tabel 5)
Tabel 2 Biosorpsi polutan oleh bagian kering/sudah diolah eceng gondok
Akar dari eceng gondok baik dalam bentuk organisme hidup maupun sudah dalam bentuk
kering memiliki kemampuan adsorpsi polutan yang lebih baik di banding ragi (Candida
parapsilosis), bacteri (Mycobacterium phlei) and fungi (Rhizopus oryzae) dan memiliki
kemampuan yang lebih baik dibanding dengan karbon aktif dalam menyerap kontaminan seperti
pewarna dan fenol dan juga mampu menyerap Hg dan Pb.
Sorpsi
Sorpsi merupakan proses penyerapan yang terdiri dari absorpsi dan adsorpsi. Proses absorpsi
merupakan proses menyerap secara
Desorpsi
Desorpsi merupakan lawan dari proses sorpsi, dimana proses ini akan terjadi jika konsentrasi
senyawa di luar (bulk phase) lebih rendah dibanding permukaan serap. Secara umum laju
desorpsi adalah
,
Dimana r merupakan konstanta laju desorpsi, N merupakan konsentrasi material terserap
(absorpsi dan absorbsi) dan x sebagai orde reaksi. Nilai konstanta laju desorpsi
dirumuskan
dalam bentuk;
Dengan
merupakan frekuensi persobaan (kemungkinan molekul teradsorpsi melampaui batas
desorpsi),
adalah energi aktivasi dari desorpsi,
merupakan konstanta Boltzmann dan
sebagai suhu
Konversi Biogas
Hal menarik lain pada Eceng Gondok adalah dalam mengkonversi bimoassa menjadi volatil
biogas hingga 0.671 g-1. Biogas yang baik terdiri dari campuran limbah hewan dan lumpur yang
diberi kandungan nitrogen, fosfor dan potasium yang juga dapat digunakan sebagai pupuk yang
baik. Dengan pencampuran bersama mikroba, jamur atau bahan kimia dapat meningkatkan
biodegradibilitas atau daya biologis untuk dapat merombak substrat dalam produksi biogas oleh
eceng gondok. Ditambah semakin banyaknya kandungan logam berat pada tanaman (Cr, Cu, Ni
dan Zn) karena proses fitoremediasi akan membuat senyawa CH 4 juga lebih banyak dari pada
kontrol dan itu kemampuan fitoremediasi dan produksi biogas dimiliki oleh eceng gondok.
Dalam memproduksi biogas sangat tidak tepat dengan menggunakan cara konvensional
seperti ukuran digester yang besar, tidak efisien konversi karena eceng gondok yang mengapung
dan tersumbat pada digester serta perlakuan sebelumnya pada eceng gondok dengan
menghilangkan udara yang ada di jaringan. Untuk itu dipergunakanlah reaktor Multi fase yang
dapat memberikan solusi untuk nutrisi, buih dan sumbatan agar reaktor memiliki efisiensi tinggi.
Hasil dari sistem 2 tahap dengan perlakuan sebelumnya oleh alkali dan dikombinasikan pada
reaktor mobilisasi (12 HRT) memberikan hasil yang signifikan 0.441-1 g-1 d-1 (berat kering).
Komposisi yang tepat untuk memproduksi jumlah maksimum metana (biogas) adalah 25%
kotoran sapi dan 75% berat kering eceng gondok. 1 ton eceng gondok dapat memproduksi biogas
dengan yield 370.000 liter. VFA atau volatile fatty acid telah dipelajari dalam produksi biogas
sebagai suplemen makanan pada slurry digester dan solid-feed digester. Efisiensi konversi
sempurna telah diraih oleh VFA dimana dengan menggunakan novel fed Batch biodigester yang
menyebabkan laju konstan pembentukan biogas. Masih diperlukannya pengujian lebih lanjut
agar dapat memproduksi biogas dengan murah, sederhana dan otomatis.
Kesempatan di Masa Depan
Sistem terintegrasi sangat diperlukan dalam menyelesaikan setiap permasalahan lingkungan
termasuk penggunaan eceng gondok dalam mengolah limbah logam pabrik dan setelah dilakukan
pengolahan masih dapat digunakan kembali untuk menghasilkan produk berupa biogas.
Perkembangan keilmuan mengenai proses desorpsi sangat penting untuk mendukung proses
konversi hasil dari fitoremediasi menjadi beberapa produk seperti yang dijelaskan sebelumnya
secara lebih murah, efisien, dan efektif. Sehingga kesempatan di masa depan akan tercipta lebih
banyak produk yang dihasilkan dari hasil proses fitoremediasi, tidak hanya biogas.
Kesimpulan
Dua permasalahan lingkungan yaitu sumber melimpah eceng gondok di badan air dan kadar
logam berat pada limbah pabrik dapat menjadi solusi pencemaran, pencemaran biologi dan
logam. Ditambah solusi tersebut menciptakan produk baru yaitu biogas yang dapat digunakan
sebagai persediaan energi apabila dilanjutkan dengan proses konversi.