ATASI PENCEMARAN LOGAM BERAT DENGAN METODE BIOREMOVAL DAN BIOABSORBSI

Abstrak
Logam berat merupakan zat yang sangat sukit teruraikan. Logam berat jika sudah terserap ke dalam tubuh maka tidak dapat dihancurkan tetapi akan tetap tinggal di dalamnya hingga nantinya dibuang melalui proses ekskresi. Hal serupa juga terjadi apabila suatu lingkungan terutama di perairan telah terkontaminasi (tercemar) logam berat maka proses pembersihannya akan sulit sekali dilakukan. Kontaminasi logam berat ini dapat berasal dari faktor alam seperti kegiatan gunung berapi dan kebakaran hutan atau faktor manusia seperti pembakaran minyak bumi, pertambangan, peleburan, proses industri, kegiatan pertanian, peternakan dan kehutanan, serta limbah buangan termasuk sampah rumah tangga. Pencemaran akibat logam berat terus-menerus menumpuk. Sebagian mengendap dalam tubuh makhluk hidup ada pula yang mengendap di laut. Hal ini menimbulkan kematian banyak biota laut. Jika hal ini terus dibiarkan nantinya dapat mengancam kelangsungan hidup makhluk laut.
Salah satu cara mengatasi permasalahan ini adalah dengan metode Bioremoval dan Bioabsorbsi. Penggunaan mikroorganisme sebagai metode alternatif sangat baik diterapkan di Indonesia karena metode ini tidak memerlukan biaya yang tinggi dan alat yang canggih tetapi hanya memanfaatkan mikroorganisme selektif yang mampu me-recovery logam berat menjadi logam yang aman bagi lingkungan.

Keyword : Logam berat, Bioremoval, Bioabsorbsi.

Beberapa jenis mikroorganisme yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bioabsorpsi terutama adalah dari golongan alga yakni alga dari divisi Phaeophyta, Rhodophyta dan Chlorophyta. Logam-logam yang dapat diabsorbsi/di-remove adalah logam berat beracun, logam esensial dan radionuklida.

Mungkin istilah logam berat sudah tak asing bagi para kimiawan. Dari nomor atom sampai efek fisiologis telah secara rinci dibahas dalam buku-buku kimia terutama kimia anorganik dan kimia lingkungan. Tapi tak demikian dengan orang awam. Mungkin istilah logam berat masih terasa asing di telinga mereka dan didefinisikan secara sederhana saja yaitu logam yang berat (dalam artian ditimbang) seperti besi, baja, aluminium dan tembaga. Terlepas dari definisi di atas, biasanya dalam literatur kimia istilah “logam berat” digunakan untuk memerikan logam-logam yang memiliki sifat toksisitas (racun) pada makhluk hidup.


Menurut Vouk (1986) terdapat 80 jenis dari 109 unsur kimia di muka bumi ini yang telah teridentifikasi sebagai jenis logam berat. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi dalam dua jenis. Jenis pertama adalah logam berat esensial, di mana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek racun. Contoh logam berat ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan lain sebagainya. Sedangkan jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya atau bahkan dapat bersifat racun, seperti Hg, Cd, Pb, Cr dan lain-lain. Logam berat ini dapat menimbulkan efek kesehatan bagi manusia tergantung pada bagian mana logam berat tersebut terikat dalam tubuh. Daya racun yang dimiliki akan bekerja sebagai penghalang kerja enzim, sehingga proses metabolisme tubuh terputus. Lebih jauh lagi, logam berat ini akan bertindak sebagai penyebab alergi, mutagen, teratogen atau karsinogen bagi manusia. Jalur masuknya adalah melalui kulit, pernapasan dan pencernaan.
Menurut Nordberg., et.al (1986) logam berat jika sudah terserap ke dalam tubuh maka tidak dapat dihancurkan tetapi akan tetap tinggal di dalamnya hingga nantinya dibuang melalui proses ekskresi. Hal serupa juga terjadi apabila suatu lingkungan terutama di perairan telah terkontaminasi (tercemar) logam berat maka proses pembersihannya akan sulit sekali dilakukan. Kontaminasi logam berat ini dapat berasal dari faktor alam seperti kegiatan gunung berapi dan kebakaran hutan atau faktor manusia seperti pembakaran minyak bumi, pertambangan, peleburan, proses industri, kegiatan pertanian, peternakan dan kehutanan, serta limbah buangan termasuk sampah rumah tangga.

Menyadari ancaman yang begitu besar dari pencemaran logam berat, maka berbagai metode alternatif telah banyak digunakan seperti dengan cara mengurangi konsentrasi logam berat yang akan dibuang ke perairan, tetapi dalam jangka waktu yang lama, perlakuan tersebut dapat merusak lingkungan akibat dari akumulasi logam berat yang tidak sebanding dengan masa “recovery (perbaikan)” dari lingkungan itu sendiri. Teknik yang lebih baik dari teknik di atas adalah penetralan logam berat yang aktif menjadi senyawa yang kurang aktif dengan menambahkan senyawa-senyawa tertentu, kemudian dilepas ke lingkungan perairan, namun pembuangan logam berat non-aktif juga menjadi masalah karena dapat dengan mudah mengalami degradasi oleh lingkungan menjadi senyawa yang dapat mencemari lingkungan. Cara lain adalah reverse osmosis, elektrodialisis, ultrafiltrasi dan resin penukar ion.
Reverse osmosis adalah proses pemisahan logam berat oleh membran semipermeabel dengan menggunakan perbedaan tekanan luar dengan tekanan osmotik dari limbah, kerugian sistem ini adalah biaya yang mahal sehingga sulit terjangkau oleh industri di Indonesia. Teknik elektrodialisis menggunakan membran ion selektif permeabel berdasarkan perbedaan potensial antara 2 elektroda yang menyebabkan perpindahan kation dan anion, juga menimbulkan kerugian yakni terbentuknya senyawa logam-hidroksi yang menutupi membran, sedangkan melalui ultrafiltrasi yaitu penyaringan dengan tekanan tinggi melalui membran berpori, juga merugikan karena menimbulkan banyak sludge (lumpur). Resin penukar ion berprinsip pada gaya elektrostatik di mana ion yang terdapat pada resin ditukar oleh ion logam dari limbah, kerugian metode ini adalah biaya yang besar dan menimbulkan ion yang ter-remove sebagian.

Menilik pada berbagai kelemahan metode di atas, maka dewasa ini para peneliti sedang menggalakkan pencarian metode alternatif lain. Salah satunya adalah pengunaan mikroorganisme untuk mengabsorpsi logam berat atau biasa disebut dengan bioremoval. Keuntungan penggunaan mikroorganisme sebagai bioremoval menurut Kratochvil dan Voleski (1998) adalah biaya yang rendah, efisiensi yang tinggi, biosorbennya dapat diregenerasi, tidak perlu nutrisi tambahan, kemampuannya dalam me-recovery logam dan sludge yang dihasilkan sangat minim. Dilihat dari keuntungannya itu, maka bioremoval lebih efektif dibanding dengan pertukaran ion dan reverse osmosis dalam kaitannya dengan sensitifitas kehadiran padatan terlarut (suspended solid), zat organik dan logam berat lainnya serta lebih baik dari proses pengendapan (precipitation) bila dikaitkan dengan kemampuan menstimulasikan perubahan pH dan konsentrasi logam beratnya.

1. Bioremoval dan Bioabsorpsi

Istilah bioabsorpsi tidak dapat dilepaskan dari istilah bioremoval karena bioabsorpsi merupakan bagian dari bioremoval. Bioremoval dapat diartikan sebagai terkonsentrasi dan terakumulasinya bahan penyebab polusi atau polutan dalam suatu perairan oleh material biologi, yang mana material biologi tersebut dapat me-recovery polutan sehingga dapat dibuang dan ramah terhadap lingkungan. Sedangkan berdasarkan kemampuannya untuk membentuk ikatan antara logam berat dengan mikroorganisme maka bioabsorpsi merupakan kemampuan material biologi untuk mengakumulasikan logam berat melalui media metabolisme atau jalur psiko-kimia. Proses bioabsorpsi ini dapat terjadi karena adanya material biologi yang disebut biosorben dan adanya larutan yang mengandung logam berat (dengan afinitas yang tinggi) sehingga mudah terikat pada biosorben.

Beberapa jenis mikroorganisme yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bioabsorpsi terutama adalah dari golongan alga yakni alga dari divisi Phaeophyta, Rhodophyta dan Chlorophyta. Logam-logam yang dapat diabsorbsi/di-remove adalah logam berat beracun, logam esensial dan radionuklida.

2. Mekanisme Proses Bioabsorpsi
Sebagian besar mekanisme pembersihan logam berat oleh mikrooganisme adalah proses pertukaran ion yang mirip pertukaran ion pada resin. Mekanisme pertukaran ion ini dapat dirumuskan sebagai:
A2+ + (B-biomassa) B2+ + (A-biomassa)
Mekanisme ini dapat dibagi atas 3 cara yakni berdasarkan metabolisme sel (dibagi atas; proses yang bergantung pada metabolisme dan proses yang tidak bergantung pada metabolisme sel). Sedangkan jika berdasarkan posisi logam berat di-remove, dapat dibagi atas; akumulasi ekstraseluler (presipitasi), akumulasi intraseluler dan penyerapan oleh permukaan sel. Dan untuk mekanisme yang terakhir adalah berdasarkan cara pengambilan (absorbsi) logam berat.
Cara pengambilan (absorbsi) logam berat dapat dibagi dua yakni :
a. Passive uptake
Proses ini terjadi ketika ion logam berat terikat pada dinding sel biosorben. Mekanisme passive uptake dapat dilakukan dengan dua cara, pertama dengan cara pertukaran ion di mana ion pada dinding sel digantikan oleh ion-ion logam berat; dan kedua adalah pembentukan senyawa kompleks antara ion-ion logam berat dengan gugus fungsional seperti karbonil, amino, thiol, hidroksi, fosfat, dan hidroksi-karboksil secara bolak balik dan cepat. Sebagai contoh adalah pada Sargassum sp. dan Eklonia sp. di mana Cr(6) mengalami reaksi reduksi pada pH rendah menjadi Cr(3) dan Cr(3) di-remove melalui proses pertukaran kation.





Gambar. Proses pasisive uptake Cr pada permukaan membran sel
Sumber : Cossich., et.al (2002)

b. Aktif uptake
Mekanisme masuknya logam berat melewati membran sel sama dengan proses masuknya logam esensial melalui sistem transpor membran, hal ini disebabkan adanya kemiripan sifat antara logam berat dengan logam esensial dalam hal sifat fisika-kimia secara keseluruhan. Proses aktif uptake pada mikroorganisme dapat terjadi sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan dan akumulasi intraselular ion logam.

3. Menghitung Jumlah Logam berat yang Teradsorpsi

Untuk mengetahui jumlah logam berat yang mengalami proses bioabsorpsi oleh mikroorganisme dapat dihitung dengan pendekatan konstanta Langmuir yaitu :

Q =

Q = miligram logam yang diakumulasi per gram
Ceq = besar konsentrasi logam pada larutan
Qmax = maksimum serapan spesifik dari biosorben
b = rasio bioabsorpsi

Perhitungan di atas berlaku pada pH konstan dan untuk bioabsorpsi 1 jenis logam saja.


Salah satu contoh penelitian yang mengunakan konstanta langmuir untuk menghitung jumlah logam berat yang teradsorpsi oleh mikroorganisme adalah penelitian oleh Voleski (2005), pada penelitiannya terhadap 3 jenis Sargassum untuk menyerap logam berat Cd, Cu dan Uranium (U) diperoleh data bahwa penyerapan Cd pada pH 4,5 adalah 87 mg Cd/g untuk Sargassum vulgare, 80 mg Cd/g untuk Sargassum fluitans dan 74 mg Cd/g untuk Sargassum filipendula. Sedangkan untuk penyerapan Cu pada Sargassum vulgare adalah 59 mg Cu/g, Sargassum filipendula 56 mg Cu/g, Sargassum fluitans 51 mg Cu/g dan untuk penyerapan Uranium oleh sargassum adalah > 500 mg U/g.

4. Penutup

Ulasan tentang bioremoval sebagaimana telah disajikan dalam tulisan ini mungkin hanya sebagian kecil dari cakupan penelitian dan bahasan ilmu tentang bioremoval. Tetapi setidaknya penulis berharap dapat membuka wacana tentang pentingnya pemanfaatan mikroorganisme di Indonesia.

Penggunaan mikroorganisme sebagai metode alternatif sangat baik diterapkan di Indonesia karena metode ini tidak memerlukan biaya yang tinggi dan alat yang canggih tetapi hanya memanfaatkan mikroorganisme selektif yang mampu me-recovery logam berat menjadi logam yang aman bagi lingkungan. Walaupun ada beratus jenis spesies mikroorganisme yang telah diidentifikasi, namun sangat sedikit diantaranya telah teridentifikasi sebagai mikroorganisme yang mempunyai daya tahan yang tinggi terhadap pengaruh toksisitas suatu ion logam berat. Pada beberapa kasus juga, sangat terbatas riset 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 spesies tunggal dengan kondisi psiko-kimia yang sama.

Senin, 15 Februari 2010
Ichwan Santoso