Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
PENDAHULUAN
Secam umum diketahui bahwa logam berat merupakan unsur yang berbahaya di
permukaan bumi, sehingga kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan masalah besar
dunia saat itu. Persoalan spesifik logam berat di lingkungan terutama akumulasinya sampai
pada rantai makanan dan keberadaannya di alam. serta meningkatnya sejumlah logam berat
yang menyebabkan keracunan terhadap tanah. udara dan air meningkat. Proses indusri dan
urbanisasi memegang peranan penting terhadap peningkatan kontaminan tersebut.
Sejak kasus kecelakaan merkuri di Minamata Jepang tahun 1953 yang secara intensive
dilaporkan, issue pencemaran logam berat meningkat sejalan dengan pengembangan berbagai
penelitian yang mulai diarahkan pada berbagai aplikasi teknologi untuk menangani polusi
lingkungan yang disebabkan oleh logam berat. Kecemasan yang berlebihan terhadap
hadirnya logam berat di lingkungan dikarenakan tingkat keracunannya yang sangat tinggi
dalam seluruh aspek kehidupan makhluk hidup (Suhendrayatna. 200l). Beberapa ion logam
berat, seperti arsenik, timbal, kadmium dan merkuri pada kenyataannya berbahaya bagi
kesehatan manusia dan
kelangsungan kehidupan di lingkungan (USDA NRCS, 2000).
Walaupun pada konsentrasi yang sedemikian rendah efek ion logam berat dapat berpengaruh
langsung hingga terakumulasi pada rantai makanan. Seperti halnya sumber-sumber polusi
lingkungan lainnya, logam berat tersebut dapat ditransfer dalam jangkauan yang sangat jauh
di lingkungan, selanjutnya berpotensi mengganggu kehidupan kota lingkungan dan akhirnya
berpengaruh terhadap kesehatan manusia walau dalam jangka waktu yang
lama dan jauh dari sumber polusi utamanya. Suatu organisme akan kronis apabila produk
yang dikonsumsinya mengandung logam berat.
Berdasarkan peatgetahuan tentang resiko polusi Iiungkungan oleh ion logam berat
berbagai upaya untuk merestorasi lahan yang tercemar logam berat tersebut tentu meningkat,
seperti perbaikan sistem pengolahan limbah logam - logam berat. Lasat (2000) merangkum
beberapa teknik yang telah diujicobakan dan diaplikasikan dalam remediasi tanah
terkontaminzasi logam berat, yaitu vitrifkasi,
1
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
landfilling, kimia, elektrokinetik dan biologi (bioremediation). Di antara berbagai teknik
tersebut, teknik phytoextraction yang merupakan salah satu bentuk dari bioremediasi
merupakan yang paling murah (Glass, 1999 dalam Lasat, 2000).
SUMBER PENCEMAR LOGAM BERAT
Logam berat di suatu lahan secara umum bisa berasal proses alam atau akibat kegiatan
manusia. Proses alam seperti perubahan siklus alamiah mengakibatkan batuan-batuan dan
gunung berapi memberikan kontribusi yang sangat besar ke lingkungan (Suhedrayatna,
2001). Namun apabila proses alam tersebut tidak mengalami perubahan siklus, jarang yang
sampai pada tingkat toksik (USDA MRCS, 2000). Sedangkan kegiatan-kegiatan manusia
yang dapat menyebabkan, masuknya logam berat ke lingkungan antara lain adalah
pertambangan (minyak, emas. batubara, dll), pembangkit tenaga listrik, peleburan logam,
pabrik-pabrik pupuk, kegiatan-kegiatan industri lainnya, dan peggunaan produk sintetik
(misalnya pestisida, cat, battery, limbah industri, dll) (USDA MRCS, 2000, Suhendrayatna,
200I ). Kontaminasi ini akan terus meningkat sejalan dengan meningkatnya usaha eksplotasi
berbagai sumber alam di mana logam berat terkandung di dalamnya. Unsur pencemaran
utama dari logam berat dan sumbernya di alam secara lengkap disajikan pada Tabel 1,
sedangkan laju masuknya logam berat ke laut setiap tahunnya yang berasal dari kegiatan
manusia dan proses geologi disajikan pada Lampiran 1.
RESTORASI LAHAN TERCEMAR LOGA M BERAT
Restorasi ekosistem diartikan sebagai The process of manipulating an ecosystem (soil,
vegetation and wildlife) to achieve compositional, structural and functional patterns similar
to the predisturbed condition (Alberta Univ., 2003). Salah satu teknik yang digunakan dalam
restorasi adalah bioremediasi.
2
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Bioremediasi pada lahan terkontamisi logam berat didefinisikan sebagai proses
membersihkan (cleanup) lahan dari bahan-bahan pencemaran (pollutant) secara biologi atau
dengan menggunakan organisme hidup, baik mikroorganisme (mikrofauna dan mikroflora
maupun maupun makroorganisme (tumbuhan). Konsep penggunaan tumbuhan untuk
membersihkan lingkungan dari bahan – bahan pencemar (phytoremediation) bukan suatu
yang baru. Lasat (2000) mencatat bahwa sekitar 300 tahun yang lalu, tumbuhan telah
digunakan pada limbah cairan. Pada akhir abad ke-19, pertama kali Thlaspi caerulacens dan
viola calaminaria didokumentasikan sebagai jenis tumbuhan yang dapat mengakumulasi
logam berat dalam jumlah yang besar di daun. Pada dekade terakhir, penelitian untuk
mengetahui biologi phytoextraction logam berat semakin intensif dilakukan.
Tabel 1. Daftar unsur utama dari logam berat dan stumbernya di alam
No.
Unsur
Sumber logam di alam
1.Antimony
Stibnite (Sb2S3), geothermal springs. mine drainage
2.Arsenic
Metal arsenides and arsenates, sulfide ores (arsenopyrite), arsenite
(HAsO2). volcanic gases. geothermal springs
3.Beryllium
Beryl (Be3Al2Si6O16 ). Phenacite (Be2SiO4)
4.Cadmium
Zinc carbonate and sulfide ores,copper carbonate and sulfide ores
5.Chromium
Chromite (FeCr2O). chromic wade (C r2O3)
6. Copper
Free metal (Cut)). copper sulfide (CuS2), Chalcopwrite (CuFe,S2).
mine drainage
7. Lead
Galena (PbS)
8. Mercury
Free mercury (Hg0). Cinnabar (HgS)
9. Nickel
Ferromagnesian minerals. ferrous sulfide ores. nickel oxide (NiO2),
Pentladite [(Ni.Fe) 9S8]. nickel hydroxide[Ni(OH)3]
10. Selenium
Free element (Se0). Ferroselite (FeSe2 ) uranium deposits, black
shales, Chalcopyrite-Pantladite-Pyrrhoute deposits
11. Silver
Free metal (Ag0). silver chloride (AgC12). Argentide (AgS2).
copper. lead. zine ores
3
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
12. Thallium
Copper, lead, silver residues
13. Zinc
Zinc blende (ZnS). Willernite (ZnSiO4), Calamite (ZnC03), mine
drainage
Sumber: Novotny (1995) yang dimodifikasi oleh Suhendrayatna (2001)
Mekanisme Bioremediasi
Secara alami di mana kondisi tanpa kendali, proses bioremediasi ion logam berat
umumnya terdiri dari dua mekanisme yang melibatkan proses pengambilan aktif (active
uptake) dan penyerapan pasif (passive,uptake). Pada saat ion logam berat tersebar pada
permukaan sel ion akan mengikat pada bagian permukaan sel berdasarkan kernampuan
daya alfinitas kimia yang dimlikinya. Mekanisme kedua penyerapan tersebut dluraikan oleh
Suhendrayat (2001) sebagai berikut:
Passive uptake dikenal dengan istilah proses, biosorpsi. Proses ini terjadi ketika ion
logam berat mengikat dinding sel dengan dua cara yang berbeda, pertama pertukaran ion di
mana ion monovalen dan divalen seperti Na, Mg, dan Ca pada dinding sel digantikan oteh
ion-ion logam berat; dan kedua adalah farmasi kompleks antara ion ion logam berat dengan
functional groups seperti carbonyl, amino, thiol, hydroxy, phosphate dan hydnlxv-carbaxvl
yang berada pada dinding sel. Proses bisorpsi ini bersifat bolak baik dan cepat. Proses bolak
balik ikatan ion logam berat di permukaan sel ini dapat terjadi pada sel mati dan sel hidup
dari suatu biomass. Proses biosorpsi dapat lebih efektif dengan kehadiran tertentu pH dan
kehadiran ion-ion lainnya di media di mana logam berat dapat terendapkan sebagai garam
yang tidak terlarut. Misalkan, pH optimum biosorpsi ion lead (II), nickel (II) dan copper (II)
oleh Zoogloea ramigera adalah berkisar antara 4.0-4.5 sedangkan untuk besi (II) adalah 2.0.
Hasil studi terhadap biosorpsi timbal oleh alga laut Eckloniaradiata menunjukkan bahwa laju
penyerapan (biosorpsi) naik sejalan dengan naiknya PH hingga 5.0 Fungus juga dapat
digunakan untuk memyerap nickel, copper dan berbagai jenis elemen lantanida seperti
thorium, uranium dan plutonium. Kebanyakan study menggunakan pendekatan dengan pH 2
Tetapi di bagian lain, metode ini menjadi tidak efektif bila terdapat penghambat-penghambat
proses metabolisme (metabolic inhibitor) atau siklus gelap terang. Secara umum, biosorpsi
4
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
ion logam berat berlangsung cepat, bolak balik dan tidak tergantung terhadap faktor kenetik
bioremoval bila dikaitkan dengan penyebaran sel (dispersed cell).
Active uptake dapat terjadi pada berbagai tipe sel hidup. Mekanisme ini secara
simultan terjadi sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan mikroorganisme
atau/dan akumulasi intraselluler logam tersebut. Logam berat dapat juga diendapkan pada
proses metabolisme dan ekresi pada tingkat ke dua. Proes ini tergantung dari energy yang
terkandung dan sensitifitasnya terhadap parameter-parameter yang berbeda seperti pH, suhu
kekuatan ikatan ionik, cahaya dll. Disamping itu proses ini dapat dihambat oleh suhu yang
terendah ,tidak tersedianya sumber energi dan penghambat – penghambat metabolisme sel.
Di sisi lain, biosorpsi logam berat dengan set hidup ini terbatas dikarenakan oleh akumulasi
ion yang memyebabkan racun terhadap mikrorganisme. Hal ini biasanya dapat menghalangi
pertumbuhan microorganisme disaat keracunan terhadap ion logam tecapai. Mikroorganisme
yang tahan terhadap efek racun ion logam akan dihasilkan berdasarkan prosedur seleksi yang
ketat terhadap pemilihan jenis mikroorganisme yang tahan terhadap kehadiran ion logam
berat.
Kedua mekanisme di atas dapat berjalan secara serentak. Hasil studi komparatif
rekoveri logam berat dengan menggunakan mikroorganisme yang dilakukan oleh
Suhendrayatna, (2001) disajikan pada Lampiran 2.
Aplikasi Restorasi secara Biologi
Restorasi lahan tercemar logam berat dengan teknik bioremediasi dalam aplikasinya
diusulkan oleh Wildle et al. (1993) dalam Suhendranata (2001) agar memperhatikan
beberapa variabel dalam mendisain dan mengoprasikanya yaitu:
a. seleksi dan pemilihan jenis (species) yang sesuai serta perlakukan awalnva,
b. waktu tinggal dan waktu kontak proses.
c. proses pemisahan dan rekoveri biomassa,
d. pembuangan biomassa yang telah digunakan. dan
e. pertimbangan ekonomis proses.
5
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Seleksi dan pemilihan jenis yang sesuai serta proses perlakuan awal yang merupakan
unsur penting dalam mendisain suatu proses bioremediasi. Dalam hal ini, diperlukan data
tentang kandumgan logam berat lahan yang akan direstorasi dan kemampuan masing-masing
jenis organisme dalam kaitanya dengan logam berat. Suhendranata (2001) mengungkapkan
bahwa walaupun ada beratus jenis species mikroorganisme yang telah diidentifikasi sejak
200 tahun belakangan ini, namun sangat sedikit diantaranya teridentifikasi berbagai
mikroorganisme yang mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap pengaruh tingkat
keracunan suatu ion logam berat. Pada beberapa kasus sangat terbatas studi yang melakukan
studi banding terhadap beberapa jenis mikroorganisme. di mana hasilnya selalu memiliki
banyak perbedaan dalam efisiensi ikatan antara logam berat dengan spesies mikroorganisme.
Bahkan perbedaan ini dapat terjadi pada strain dari species tunggal dengan kondisi
physiochemical yang sama.
Penggunaan jamur mikoriza juga telah diketahui dapat meningkatkan serapan logam
dan menghindarkan tanaman dari keracunan logam berat. Menurut Leyval & Weimenhom
(1994) dalam Muin (2003) logam berat telah dilaporkan menurunkan kelimpaltan dan
kolonisasi VAM dan menghambat perkecambahan spora. Meskipun demikian populasi VAM
indegenous potensial yang terdapat dalam tanah terpolusi memperlihatkan kemampuannya
beradaptasi. Selain itu telah pula dibuktikan bahwa Glomus mosseae yang disolasi dari tanah
yang terkontaminasi logam berat lebih toleran terhadap Cd dan Zn daripada yang diisolasi dan
tanah yang tidak terkontaminasi. Selanjutnya. dikemukakan pula bahwa toksisitas logam berat
dalam tanah tergantung pada jenis logam dan ketersediaannya serta besarnya keragaman
antara satu tanah dengan yang lainnya.
Dengan demikian, sebagai biokontrol penyerapan logam berat, VAM dapat membantu
tanaman terhindar dari keracunan logam tersebut. Logam-logam yang diserap oleh VAM
disimpan dalam hifanya dan tidak diteruskan ke akar, namun belum diketahui fungsi logam
tersebut bagi cendawan. Selain itu belum juga diketahui dimana logam tersebut disimpan
dalam hifanya.
6
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Beberapa species hyperaccumulator logam berat dan potensi bioakumulasinya telah
diketahui dan dirangkum oleh Lasat (2001), seperti terlihat pada Tabel 2. Hasil penelitian
Mathe-Gaspar & Anton (2002) juga menunjukkan kemampuan dua varietas Raphanus
sativus dalam mengambil logam berat (Tabel 3).
Tabel 3. Kandungan logam berat pada bagian di atas tanah tanaman R sativus.
Soil/variety
Heavy Metal Content angka
As
Cd
Co
R1
0,28
R2
110
Cr
Cu
Fb
Po
Zn
0.445 0,645 2.79
91
8.28
2.0
10.27
0.388 0.343 3.31
71
1.07
2.4
82.8
0.92
94.3
546.9
Control
Contaminated
R1
14.48 0.650 0.727 1.85
541
R2
48.70 8.780 1.390 1.75
134.0 1.17
272.4 686.8
Waktu tinggal dan waktu kontak juga merupakan variable yang sangat berpengaruh
terhadap desain proses bioremoval. termasuk ke dalamnya immobilisasi sel, pH dan
konsentrasi biomasa. Penggunaan sel hidup menawarkan sejumlah kelebihan, sementara itu
secara praktis biomassa dikemas dalam bentuk powder atau dikulturisasikan pada operasi
terpisah sebelum digunakan. Untuk kasus penggunaan mokroorganisme, keuntingan dan
kerugian proses immobilisasi mikroorganisme dirangkum pada Tabel 4 .
Proses pemisahan dan pemulihan (recovery.) merupakan proses pemisahan biomassa.
dari lahan terkontaminasi dan pemisahan logam berat dari biomassa. Suhendrayatna (2001)
menjelaskan bahwa proses sentrifugasi dan filtrasi yang saat ini rutin dilakukan di
laboratorium dinilai tidak praktis bila diterapkan pada proses industri, sehingga penerapan
immobilisasi mikroorganisme yang dipaking pada suatu kolom dipandang sangat praktis
untuk digunakan. Suatu metode alternatif juga dapat digunakan di mana mikroorganisme
melakukan immobilisasi sendiri sebagai biofilm pada suatu media yang mempunyai porositas
yang besar seperti pasir, batuan, sponges dan lain-lain. Sistem immobilisasi sangat cocok
untuk non-destructive recovery, dimana setelah logam berat dimasukkan, logam tersebut
dapat berkontak dengan sejumlah material padatan dan selanjutnya mudah tertarik ke luar
7
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
bersama sebagian kecil cairan untuk proses pemulihan dan pembuangan. Idealnya, proses
bioremediasi yang melibatkan immobilisasi sel akan mudah direkoveri dan digunakan
kembali untuk pengikatan ion logam oleh biomassa. Proses ini biasanya akan tercapai
tergantung dengan jumlah eluting metal chelator, tinggi atau rendahnya pH larutan atau
larutan garam untuk mereduksi ikatan ion logam.
Pembuangan limbah merupakan aspek yang terpenting berikutnya, walaupun issue ini
sebenarnya diabaikan oleh beberapa literatur yang menekankan bahwa proses biologis dapat
menengahi proses removal ion logam berat dari suatu limbah. Disamping itu terjadi banyak
masalah yang menyangkut dengan lahan dan lautan dalam pembuangan lumpur yang
mengandung ion logam berat sehingga metode yang ramah lingkungan sangat diperlukan
untuk dikembangkan. Penggunaan biomassa memiliki beberapa pandangan atraktif
berkenaan dengan rekoveri dan buangan ikatan logam, termasuk di dalamnya: pertama, pada
banyak kasus, logam yang berikatan dapat di elute dan biomassa dapat digunakan kembali
untuk beberapa siklus proses: dan kedua. biomassa yang berkaitan dengan logam berat dapat
di reduksi dengan menggunakan sistem pengeringan.
Pada akhirnya, pertimbangan ekonomis sangat penting untuk dilakukan dalam
mengevaluasi seluruh proses restorasi dan dari berbagai teknik yang digunakan.
Berdasarkan perbandingan dari beberapa teknik remediasi logam berat dari tanah oleh
Glass (1999) dalam Lasat (2000), telah diketahui bahwa teknik bioremediasi merupakan
teknik yang paling murah seperti yang disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5. Estimasi biaya penggunaan beberapa teknologi untuk membersihkan (cleanup) tanah
terkontaminasi logam berat
No.
1.
2.
3.
4.
5.
Perlakuan
Vitrivications
Landfilling
Chemical treatments
Electrokinetics
Phytoectraction
Biaya (US $ per Ton)
75 - 425
100 - 500
100 - 500
20 – 200
5 - 40
Sumber : Glass (1999) dalam Lasat (2000)
8
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
KESIMPULAN
Restorasi lahan tercemar logam berat secara biologi (bioremediasi) merupakan
pendekatan yang potensial dan secara ekonomis paling murah dibandingkan teknik aplikasi
lainnya. Selain pertimbangan faktor ekonomi, faktor lain yang harus diperhatikan dalam
aplikasi teknik bioremediasi adalah (a) seleksi dan pemilihan jenis (spesies) yang sesuai serta
perlakukan awalnya, (b) waktu tinggal dan waktu kontak proses, (c) proses pemisahan dan
rekoveri biomassa, (d) pembuangan biomassa yang telah digunakan.
DAFTAR PUSTAKA
Alberta
Univ.
2003.
Land
Reclamation,
Remediation
and
Restoration.
http://
www.rr.ualberta.ca/Research/Land Recl Reined Restor/index.asp
[ 12/5/2003]
Budiono,
A.
2002.
Pengaruh
pencemaran
merkuri
terhadap
biota
air.
http://
rudyct.tripod.coam/sem 1 023/a budiono.pdf [ 12/5/2003]
Lasat, M.M. 2000. Phytoextraction of metals from contaminated Soil: a review of
plant/soil/metal interaction and assessment of pertinent Agronomic issues.
http://www.engg.ksu.edu/HSRC/.JHSR/vol 2no5.pdf [12/5/2003]
Mathe-Gaspar, G. & A. Anton. 2002. Heavy metal uptake by two radish varieties.
http:-'/www.sci.u-szeged.hu/ABS/2002/Acta%20HPb/s2/26-maat.pdf [ 12/5/2003]
Muin, A. Penggunaan mikoriza untuk menunjang pembangunan hutan pada lahan kritis atau
marginal.
http://www.hayati-ipb.com/users/rudyct/PPs7O2/ABDURRANI.htm
[12/5/2003].
Suhendrayatna. 2001. Heavy metal bioremoval by microorganisms: a literature study.
http://www.istecs.org/Publication/Japan/010211 suhendrayatna.PDF [12/5/2003].
USDA
NRCS.
2000.
Heavy
metal
soil
contamination.
http://www.il.nrcs.usda.
gov./engineer/urban/PDF/3 Appendix/Appendix B/u03.PDF [14/5/2003]
9
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
USU Repository©2006
PENDAHULUAN
Secam umum diketahui bahwa logam berat merupakan unsur yang berbahaya di
permukaan bumi, sehingga kontaminasi logam berat di lingkungan merupakan masalah besar
dunia saat itu. Persoalan spesifik logam berat di lingkungan terutama akumulasinya sampai
pada rantai makanan dan keberadaannya di alam. serta meningkatnya sejumlah logam berat
yang menyebabkan keracunan terhadap tanah. udara dan air meningkat. Proses indusri dan
urbanisasi memegang peranan penting terhadap peningkatan kontaminan tersebut.
Sejak kasus kecelakaan merkuri di Minamata Jepang tahun 1953 yang secara intensive
dilaporkan, issue pencemaran logam berat meningkat sejalan dengan pengembangan berbagai
penelitian yang mulai diarahkan pada berbagai aplikasi teknologi untuk menangani polusi
lingkungan yang disebabkan oleh logam berat. Kecemasan yang berlebihan terhadap
hadirnya logam berat di lingkungan dikarenakan tingkat keracunannya yang sangat tinggi
dalam seluruh aspek kehidupan makhluk hidup (Suhendrayatna. 200l). Beberapa ion logam
berat, seperti arsenik, timbal, kadmium dan merkuri pada kenyataannya berbahaya bagi
kesehatan manusia dan
kelangsungan kehidupan di lingkungan (USDA NRCS, 2000).
Walaupun pada konsentrasi yang sedemikian rendah efek ion logam berat dapat berpengaruh
langsung hingga terakumulasi pada rantai makanan. Seperti halnya sumber-sumber polusi
lingkungan lainnya, logam berat tersebut dapat ditransfer dalam jangkauan yang sangat jauh
di lingkungan, selanjutnya berpotensi mengganggu kehidupan kota lingkungan dan akhirnya
berpengaruh terhadap kesehatan manusia walau dalam jangka waktu yang
lama dan jauh dari sumber polusi utamanya. Suatu organisme akan kronis apabila produk
yang dikonsumsinya mengandung logam berat.
Berdasarkan peatgetahuan tentang resiko polusi Iiungkungan oleh ion logam berat
berbagai upaya untuk merestorasi lahan yang tercemar logam berat tersebut tentu meningkat,
seperti perbaikan sistem pengolahan limbah logam - logam berat. Lasat (2000) merangkum
beberapa teknik yang telah diujicobakan dan diaplikasikan dalam remediasi tanah
terkontaminzasi logam berat, yaitu vitrifkasi,
1
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
landfilling, kimia, elektrokinetik dan biologi (bioremediation). Di antara berbagai teknik
tersebut, teknik phytoextraction yang merupakan salah satu bentuk dari bioremediasi
merupakan yang paling murah (Glass, 1999 dalam Lasat, 2000).
SUMBER PENCEMAR LOGAM BERAT
Logam berat di suatu lahan secara umum bisa berasal proses alam atau akibat kegiatan
manusia. Proses alam seperti perubahan siklus alamiah mengakibatkan batuan-batuan dan
gunung berapi memberikan kontribusi yang sangat besar ke lingkungan (Suhedrayatna,
2001). Namun apabila proses alam tersebut tidak mengalami perubahan siklus, jarang yang
sampai pada tingkat toksik (USDA MRCS, 2000). Sedangkan kegiatan-kegiatan manusia
yang dapat menyebabkan, masuknya logam berat ke lingkungan antara lain adalah
pertambangan (minyak, emas. batubara, dll), pembangkit tenaga listrik, peleburan logam,
pabrik-pabrik pupuk, kegiatan-kegiatan industri lainnya, dan peggunaan produk sintetik
(misalnya pestisida, cat, battery, limbah industri, dll) (USDA MRCS, 2000, Suhendrayatna,
200I ). Kontaminasi ini akan terus meningkat sejalan dengan meningkatnya usaha eksplotasi
berbagai sumber alam di mana logam berat terkandung di dalamnya. Unsur pencemaran
utama dari logam berat dan sumbernya di alam secara lengkap disajikan pada Tabel 1,
sedangkan laju masuknya logam berat ke laut setiap tahunnya yang berasal dari kegiatan
manusia dan proses geologi disajikan pada Lampiran 1.
RESTORASI LAHAN TERCEMAR LOGA M BERAT
Restorasi ekosistem diartikan sebagai The process of manipulating an ecosystem (soil,
vegetation and wildlife) to achieve compositional, structural and functional patterns similar
to the predisturbed condition (Alberta Univ., 2003). Salah satu teknik yang digunakan dalam
restorasi adalah bioremediasi.
2
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Bioremediasi pada lahan terkontamisi logam berat didefinisikan sebagai proses
membersihkan (cleanup) lahan dari bahan-bahan pencemaran (pollutant) secara biologi atau
dengan menggunakan organisme hidup, baik mikroorganisme (mikrofauna dan mikroflora
maupun maupun makroorganisme (tumbuhan). Konsep penggunaan tumbuhan untuk
membersihkan lingkungan dari bahan – bahan pencemar (phytoremediation) bukan suatu
yang baru. Lasat (2000) mencatat bahwa sekitar 300 tahun yang lalu, tumbuhan telah
digunakan pada limbah cairan. Pada akhir abad ke-19, pertama kali Thlaspi caerulacens dan
viola calaminaria didokumentasikan sebagai jenis tumbuhan yang dapat mengakumulasi
logam berat dalam jumlah yang besar di daun. Pada dekade terakhir, penelitian untuk
mengetahui biologi phytoextraction logam berat semakin intensif dilakukan.
Tabel 1. Daftar unsur utama dari logam berat dan stumbernya di alam
No.
Unsur
Sumber logam di alam
1.Antimony
Stibnite (Sb2S3), geothermal springs. mine drainage
2.Arsenic
Metal arsenides and arsenates, sulfide ores (arsenopyrite), arsenite
(HAsO2). volcanic gases. geothermal springs
3.Beryllium
Beryl (Be3Al2Si6O16 ). Phenacite (Be2SiO4)
4.Cadmium
Zinc carbonate and sulfide ores,copper carbonate and sulfide ores
5.Chromium
Chromite (FeCr2O). chromic wade (C r2O3)
6. Copper
Free metal (Cut)). copper sulfide (CuS2), Chalcopwrite (CuFe,S2).
mine drainage
7. Lead
Galena (PbS)
8. Mercury
Free mercury (Hg0). Cinnabar (HgS)
9. Nickel
Ferromagnesian minerals. ferrous sulfide ores. nickel oxide (NiO2),
Pentladite [(Ni.Fe) 9S8]. nickel hydroxide[Ni(OH)3]
10. Selenium
Free element (Se0). Ferroselite (FeSe2 ) uranium deposits, black
shales, Chalcopyrite-Pantladite-Pyrrhoute deposits
11. Silver
Free metal (Ag0). silver chloride (AgC12). Argentide (AgS2).
copper. lead. zine ores
3
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
12. Thallium
Copper, lead, silver residues
13. Zinc
Zinc blende (ZnS). Willernite (ZnSiO4), Calamite (ZnC03), mine
drainage
Sumber: Novotny (1995) yang dimodifikasi oleh Suhendrayatna (2001)
Mekanisme Bioremediasi
Secara alami di mana kondisi tanpa kendali, proses bioremediasi ion logam berat
umumnya terdiri dari dua mekanisme yang melibatkan proses pengambilan aktif (active
uptake) dan penyerapan pasif (passive,uptake). Pada saat ion logam berat tersebar pada
permukaan sel ion akan mengikat pada bagian permukaan sel berdasarkan kernampuan
daya alfinitas kimia yang dimlikinya. Mekanisme kedua penyerapan tersebut dluraikan oleh
Suhendrayat (2001) sebagai berikut:
Passive uptake dikenal dengan istilah proses, biosorpsi. Proses ini terjadi ketika ion
logam berat mengikat dinding sel dengan dua cara yang berbeda, pertama pertukaran ion di
mana ion monovalen dan divalen seperti Na, Mg, dan Ca pada dinding sel digantikan oteh
ion-ion logam berat; dan kedua adalah farmasi kompleks antara ion ion logam berat dengan
functional groups seperti carbonyl, amino, thiol, hydroxy, phosphate dan hydnlxv-carbaxvl
yang berada pada dinding sel. Proses bisorpsi ini bersifat bolak baik dan cepat. Proses bolak
balik ikatan ion logam berat di permukaan sel ini dapat terjadi pada sel mati dan sel hidup
dari suatu biomass. Proses biosorpsi dapat lebih efektif dengan kehadiran tertentu pH dan
kehadiran ion-ion lainnya di media di mana logam berat dapat terendapkan sebagai garam
yang tidak terlarut. Misalkan, pH optimum biosorpsi ion lead (II), nickel (II) dan copper (II)
oleh Zoogloea ramigera adalah berkisar antara 4.0-4.5 sedangkan untuk besi (II) adalah 2.0.
Hasil studi terhadap biosorpsi timbal oleh alga laut Eckloniaradiata menunjukkan bahwa laju
penyerapan (biosorpsi) naik sejalan dengan naiknya PH hingga 5.0 Fungus juga dapat
digunakan untuk memyerap nickel, copper dan berbagai jenis elemen lantanida seperti
thorium, uranium dan plutonium. Kebanyakan study menggunakan pendekatan dengan pH 2
Tetapi di bagian lain, metode ini menjadi tidak efektif bila terdapat penghambat-penghambat
proses metabolisme (metabolic inhibitor) atau siklus gelap terang. Secara umum, biosorpsi
4
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
ion logam berat berlangsung cepat, bolak balik dan tidak tergantung terhadap faktor kenetik
bioremoval bila dikaitkan dengan penyebaran sel (dispersed cell).
Active uptake dapat terjadi pada berbagai tipe sel hidup. Mekanisme ini secara
simultan terjadi sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan mikroorganisme
atau/dan akumulasi intraselluler logam tersebut. Logam berat dapat juga diendapkan pada
proses metabolisme dan ekresi pada tingkat ke dua. Proes ini tergantung dari energy yang
terkandung dan sensitifitasnya terhadap parameter-parameter yang berbeda seperti pH, suhu
kekuatan ikatan ionik, cahaya dll. Disamping itu proses ini dapat dihambat oleh suhu yang
terendah ,tidak tersedianya sumber energi dan penghambat – penghambat metabolisme sel.
Di sisi lain, biosorpsi logam berat dengan set hidup ini terbatas dikarenakan oleh akumulasi
ion yang memyebabkan racun terhadap mikrorganisme. Hal ini biasanya dapat menghalangi
pertumbuhan microorganisme disaat keracunan terhadap ion logam tecapai. Mikroorganisme
yang tahan terhadap efek racun ion logam akan dihasilkan berdasarkan prosedur seleksi yang
ketat terhadap pemilihan jenis mikroorganisme yang tahan terhadap kehadiran ion logam
berat.
Kedua mekanisme di atas dapat berjalan secara serentak. Hasil studi komparatif
rekoveri logam berat dengan menggunakan mikroorganisme yang dilakukan oleh
Suhendrayatna, (2001) disajikan pada Lampiran 2.
Aplikasi Restorasi secara Biologi
Restorasi lahan tercemar logam berat dengan teknik bioremediasi dalam aplikasinya
diusulkan oleh Wildle et al. (1993) dalam Suhendranata (2001) agar memperhatikan
beberapa variabel dalam mendisain dan mengoprasikanya yaitu:
a. seleksi dan pemilihan jenis (species) yang sesuai serta perlakukan awalnva,
b. waktu tinggal dan waktu kontak proses.
c. proses pemisahan dan rekoveri biomassa,
d. pembuangan biomassa yang telah digunakan. dan
e. pertimbangan ekonomis proses.
5
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Seleksi dan pemilihan jenis yang sesuai serta proses perlakuan awal yang merupakan
unsur penting dalam mendisain suatu proses bioremediasi. Dalam hal ini, diperlukan data
tentang kandumgan logam berat lahan yang akan direstorasi dan kemampuan masing-masing
jenis organisme dalam kaitanya dengan logam berat. Suhendranata (2001) mengungkapkan
bahwa walaupun ada beratus jenis species mikroorganisme yang telah diidentifikasi sejak
200 tahun belakangan ini, namun sangat sedikit diantaranya teridentifikasi berbagai
mikroorganisme yang mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap pengaruh tingkat
keracunan suatu ion logam berat. Pada beberapa kasus sangat terbatas studi yang melakukan
studi banding terhadap beberapa jenis mikroorganisme. di mana hasilnya selalu memiliki
banyak perbedaan dalam efisiensi ikatan antara logam berat dengan spesies mikroorganisme.
Bahkan perbedaan ini dapat terjadi pada strain dari species tunggal dengan kondisi
physiochemical yang sama.
Penggunaan jamur mikoriza juga telah diketahui dapat meningkatkan serapan logam
dan menghindarkan tanaman dari keracunan logam berat. Menurut Leyval & Weimenhom
(1994) dalam Muin (2003) logam berat telah dilaporkan menurunkan kelimpaltan dan
kolonisasi VAM dan menghambat perkecambahan spora. Meskipun demikian populasi VAM
indegenous potensial yang terdapat dalam tanah terpolusi memperlihatkan kemampuannya
beradaptasi. Selain itu telah pula dibuktikan bahwa Glomus mosseae yang disolasi dari tanah
yang terkontaminasi logam berat lebih toleran terhadap Cd dan Zn daripada yang diisolasi dan
tanah yang tidak terkontaminasi. Selanjutnya. dikemukakan pula bahwa toksisitas logam berat
dalam tanah tergantung pada jenis logam dan ketersediaannya serta besarnya keragaman
antara satu tanah dengan yang lainnya.
Dengan demikian, sebagai biokontrol penyerapan logam berat, VAM dapat membantu
tanaman terhindar dari keracunan logam tersebut. Logam-logam yang diserap oleh VAM
disimpan dalam hifanya dan tidak diteruskan ke akar, namun belum diketahui fungsi logam
tersebut bagi cendawan. Selain itu belum juga diketahui dimana logam tersebut disimpan
dalam hifanya.
6
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Beberapa species hyperaccumulator logam berat dan potensi bioakumulasinya telah
diketahui dan dirangkum oleh Lasat (2001), seperti terlihat pada Tabel 2. Hasil penelitian
Mathe-Gaspar & Anton (2002) juga menunjukkan kemampuan dua varietas Raphanus
sativus dalam mengambil logam berat (Tabel 3).
Tabel 3. Kandungan logam berat pada bagian di atas tanah tanaman R sativus.
Soil/variety
Heavy Metal Content angka
As
Cd
Co
R1
0,28
R2
110
Cr
Cu
Fb
Po
Zn
0.445 0,645 2.79
91
8.28
2.0
10.27
0.388 0.343 3.31
71
1.07
2.4
82.8
0.92
94.3
546.9
Control
Contaminated
R1
14.48 0.650 0.727 1.85
541
R2
48.70 8.780 1.390 1.75
134.0 1.17
272.4 686.8
Waktu tinggal dan waktu kontak juga merupakan variable yang sangat berpengaruh
terhadap desain proses bioremoval. termasuk ke dalamnya immobilisasi sel, pH dan
konsentrasi biomasa. Penggunaan sel hidup menawarkan sejumlah kelebihan, sementara itu
secara praktis biomassa dikemas dalam bentuk powder atau dikulturisasikan pada operasi
terpisah sebelum digunakan. Untuk kasus penggunaan mokroorganisme, keuntingan dan
kerugian proses immobilisasi mikroorganisme dirangkum pada Tabel 4 .
Proses pemisahan dan pemulihan (recovery.) merupakan proses pemisahan biomassa.
dari lahan terkontaminasi dan pemisahan logam berat dari biomassa. Suhendrayatna (2001)
menjelaskan bahwa proses sentrifugasi dan filtrasi yang saat ini rutin dilakukan di
laboratorium dinilai tidak praktis bila diterapkan pada proses industri, sehingga penerapan
immobilisasi mikroorganisme yang dipaking pada suatu kolom dipandang sangat praktis
untuk digunakan. Suatu metode alternatif juga dapat digunakan di mana mikroorganisme
melakukan immobilisasi sendiri sebagai biofilm pada suatu media yang mempunyai porositas
yang besar seperti pasir, batuan, sponges dan lain-lain. Sistem immobilisasi sangat cocok
untuk non-destructive recovery, dimana setelah logam berat dimasukkan, logam tersebut
dapat berkontak dengan sejumlah material padatan dan selanjutnya mudah tertarik ke luar
7
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
bersama sebagian kecil cairan untuk proses pemulihan dan pembuangan. Idealnya, proses
bioremediasi yang melibatkan immobilisasi sel akan mudah direkoveri dan digunakan
kembali untuk pengikatan ion logam oleh biomassa. Proses ini biasanya akan tercapai
tergantung dengan jumlah eluting metal chelator, tinggi atau rendahnya pH larutan atau
larutan garam untuk mereduksi ikatan ion logam.
Pembuangan limbah merupakan aspek yang terpenting berikutnya, walaupun issue ini
sebenarnya diabaikan oleh beberapa literatur yang menekankan bahwa proses biologis dapat
menengahi proses removal ion logam berat dari suatu limbah. Disamping itu terjadi banyak
masalah yang menyangkut dengan lahan dan lautan dalam pembuangan lumpur yang
mengandung ion logam berat sehingga metode yang ramah lingkungan sangat diperlukan
untuk dikembangkan. Penggunaan biomassa memiliki beberapa pandangan atraktif
berkenaan dengan rekoveri dan buangan ikatan logam, termasuk di dalamnya: pertama, pada
banyak kasus, logam yang berikatan dapat di elute dan biomassa dapat digunakan kembali
untuk beberapa siklus proses: dan kedua. biomassa yang berkaitan dengan logam berat dapat
di reduksi dengan menggunakan sistem pengeringan.
Pada akhirnya, pertimbangan ekonomis sangat penting untuk dilakukan dalam
mengevaluasi seluruh proses restorasi dan dari berbagai teknik yang digunakan.
Berdasarkan perbandingan dari beberapa teknik remediasi logam berat dari tanah oleh
Glass (1999) dalam Lasat (2000), telah diketahui bahwa teknik bioremediasi merupakan
teknik yang paling murah seperti yang disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5. Estimasi biaya penggunaan beberapa teknologi untuk membersihkan (cleanup) tanah
terkontaminasi logam berat
No.
1.
2.
3.
4.
5.
Perlakuan
Vitrivications
Landfilling
Chemical treatments
Electrokinetics
Phytoectraction
Biaya (US $ per Ton)
75 - 425
100 - 500
100 - 500
20 – 200
5 - 40
Sumber : Glass (1999) dalam Lasat (2000)
8
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
KESIMPULAN
Restorasi lahan tercemar logam berat secara biologi (bioremediasi) merupakan
pendekatan yang potensial dan secara ekonomis paling murah dibandingkan teknik aplikasi
lainnya. Selain pertimbangan faktor ekonomi, faktor lain yang harus diperhatikan dalam
aplikasi teknik bioremediasi adalah (a) seleksi dan pemilihan jenis (spesies) yang sesuai serta
perlakukan awalnya, (b) waktu tinggal dan waktu kontak proses, (c) proses pemisahan dan
rekoveri biomassa, (d) pembuangan biomassa yang telah digunakan.
DAFTAR PUSTAKA
Alberta
Univ.
2003.
Land
Reclamation,
Remediation
and
Restoration.
http://
www.rr.ualberta.ca/Research/Land Recl Reined Restor/index.asp
[ 12/5/2003]
Budiono,
A.
2002.
Pengaruh
pencemaran
merkuri
terhadap
biota
air.
http://
rudyct.tripod.coam/sem 1 023/a budiono.pdf [ 12/5/2003]
Lasat, M.M. 2000. Phytoextraction of metals from contaminated Soil: a review of
plant/soil/metal interaction and assessment of pertinent Agronomic issues.
http://www.engg.ksu.edu/HSRC/.JHSR/vol 2no5.pdf [12/5/2003]
Mathe-Gaspar, G. & A. Anton. 2002. Heavy metal uptake by two radish varieties.
http:-'/www.sci.u-szeged.hu/ABS/2002/Acta%20HPb/s2/26-maat.pdf [ 12/5/2003]
Muin, A. Penggunaan mikoriza untuk menunjang pembangunan hutan pada lahan kritis atau
marginal.
http://www.hayati-ipb.com/users/rudyct/PPs7O2/ABDURRANI.htm
[12/5/2003].
Suhendrayatna. 2001. Heavy metal bioremoval by microorganisms: a literature study.
http://www.istecs.org/Publication/Japan/010211 suhendrayatna.PDF [12/5/2003].
USDA
NRCS.
2000.
Heavy
metal
soil
contamination.
http://www.il.nrcs.usda.
gov./engineer/urban/PDF/3 Appendix/Appendix B/u03.PDF [14/5/2003]
9
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006
Onrizal: Restorasi Lahan Terkontaminasi Logam Berat,2005
USU Repository©2006