Bioremediasi Tembaga (Cu) Pada Lahan Basah Buatan Aliran Bawah Permukaan (Subsurface Flow Wet Land)

Ditulis Oleh Ade Brian Mustafa

Tembaga (Cu) adalah salah satu contoh logam berat yang digunakan pada berbagai kegiatan industri, seperti pelapisan logam, cat plastik, baterai, pestisida.Kontribusi limbahnya yang masuk ke perairan semakin meningkat dan sangat membahayakan ekosistem perairan dan juga manusia. Salah satu contoh tercemarnya logam berat termasuk Cu adalah Teluk Jakarta. Beberapa hasil penelitian seperti Ningtyas (2002), Fitirani(2003), Destratryanti (2009) menunjukkan hasil monitoring tingkat dan laju akumulasi konsentrasi logam berat khususnya Kadmium dan Tembaga di perairan semakin meningkat. Pengaruhnya terhadap organisme air pada tingkat letal (LC50). Juga dibuktikan dengan perkembangan larva kerang hijau yang semakin tinggi keabnormalan larvanya seiring dengan semakin tingginya konsentrasi cadmium dan tembaga.

Keberadaan logam berat di lingkungan dalam konsentrasi tinggi merupakan pencemar dan problem lingkungan yang sangat penting sehingga dapat menimbulkan permasalahan ekologi yang serius. Logam timbal, merkuri, kromium, arsen, tembaga, kobalt, cadmium, seng, nikel, beryllium, mangan dan tin merupakan logam berat yang sangat toksik menurut USA Environmental Protection Agency dalam Zulaika (2012). Mendegradasi dan menghilangkan logam berat tidak semudah mendegradasi limbah organik sebab logam berat bersifat nonbiodegradable, tetapi degradasi dan reduksi logam berat tetap dapat dilakukan yaitu dengan cara fisik dan kimia melalui pertukaran ion, presipitasi, koagulasi, inverse osmosis dan adsorpsi. Sedangkan dengan cara biologi, dapat dilakukan dengan cara bioremediasi yaitu penggunaan mikroorganisme yang memproduksi enzim untuk memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan (biodegradasi) dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun.

Alasan penggunaan sistem bioremediasi adalah karena terjadi proses alami mengubah molekul senyawa pencemar organik, hasil akhir degradasi adalah gas karbon dioksida, air dan senyawa-senyawa sederhana yang ramah lingkungan. Cara ini juga lebih murah dibandingkan cara yang lainkarena dapat digunakan secara in-situ sehingga mengurangi biaya pengangkutan dan gangguan lingkungan.Pelaku utama sistem ini adalah mikrob yaitu bakteri, sianobakteria dan fungi yang dikenal dengan dengan remediasi oleh mikrob.

Selain penggunaan mikrob secara langsung, penggunaan tanaman dalam mendegradasi polutan menjadi salah satu cara perlakukan biologis yang relative murah. Teknik bioremediasi lingkungan yang menggabungkan pengunaan mikrob dan tanaman adalah dengan cara wet land sistem atau cara dengan lahan basah. Perlakuan lahan basah ada yang terjadi secara alami namun ada juga yang bisa dibuat (constructed wet land system). Allende et al. (2011) menyebutkan bahwa aliran bawah basah permukaan dibangun karena memiliki potensi dalam menghilangkan logam dan metalloid yang berbeda dari air.

Sub-surface Flow System (SSF) Wetlands

Sistem lahan basah aliran bawah permukaan (subsurface flow wetlands) merupakan salah satu sistem pengolahan air limbah jenis lahan basah buatan (constructed wetlands), dimana prinsip kerja sistem pengolahan limbah ini dengan memanfaatkan simbiosis antara tumbuhan air dengan mikroorganisme dalam media disekitar sistem perakaran (rhizosphere) tanaman tersebut. Atau dengan kata lain constructed wetland merupakan proses pengolahan limbah yang meniru/aplikasi dari proses penjernihan air yang terjadi dilahan basah/rawa (wetlands), dimana tumbuhan air (Hydrophita) yang tumbuh didaerah tersebut memegang peranan penting dalam proses pemulihan kualitas air limbah alamiah (self purification). SSF-Wetlands berfungsi untuk menyisihkan berbagai macam beban materi pencemar, seperti karbo, total suspended solids, unsur hara seperti nitrogen dan fosfor, pathogen dan parasit (Irawanto, 2010).

Supradata (2005) menyatakan bahwa penurunan konsentrasi BOD dan COD karena adanya aktivitas mikroorganisme dalam sistem perakaran tanaman yang terdapat dalam reakor model eksponensial. Sedangkankan penurunan TSS lebih disebabkan oleh proses fisik (sedimentasi dan filtrasi) yang sangat dipengaruhi oleh porositas media maupun pertumbuhan akar tanaman. Hasil penelitian Allende et all (2011) menemukan bahwa media basah seperti cocopeat, zeolite dan batu kapur dalam aliran bawah permukaan lahan basah (SSF-Wetlands) yang menunjukkan tingkat efisiensi  yang siginifikan dalam menghilangkan arseik, besi, mangan tembaga dan seng.

Peran dan proses penguaraian mikroorganisme dalam SSF-wetland

Hasil penelitian Calheiros et all (2010) yang sudah melakukan identifikasi DNA komunitas bakteri yang  berada di dalam SSF-Wetlands menunjukkan kemiripan 100 % pada bakteri Bacillus subtilis, Pseudomonas guineae, Pseudomonas pseudoalcaligenes, Bacillus megaterium, Bacillus sp. Pseudomonas sp. Pseudomonas stutzeri, Staphylococcus pasteuri, Staphyloccus sp, Staphylococcus epidermidis, Bacillus thuringiensis. Sehingga secara garis besar genus bakteri yang mampu mendegradasi logam berat dalam wet lands system adalah dari golongan Pseduomonas, Bacillus, Staphyloccus.  Philip & Antony (2006)  menyebutkan bahwa beberapa Bacillus seperti B.subtilis, B.licheniformis, B.coagulans, dan B.cereus adalah contoh bioremediator yang baik karena menghasilkan enzim yang potensial dalam degradasi senyawa-senyawa organik.

Hasil penelitian Naryaningsih (2005) melaporkan bahwa Pseudomonas putida  mampu mengakumulasi Cu (II) sampai 6,5 % berat kering dari larutan yang mengandung Cu (II) sedangkan Pseudomonas aeruginosa  mampu mengakumulasi uranium dari lingkungannya. Mawardi et al. (1997) melaporkan bahwa Saccharomyces cerevisiae mampu menyerap timbal sebesar 86 % dari medium yang mengandung timbal. Selain itu S. cerevisiae mampu menyerap seng sebesar 59,78 % dari mediumumnya.

Hasil penelitian skala laboratorium oleh Primaharinasiti dkk (2004) menyatakan bahwa Bacillus sp dalam media cair Nutrient Broth pada suhu kamar dengan lama inkubasi 42 jam mampu menurunkan kadar Cu dalam filtrat media sebesar 8,912 – 12,623 % dari kadar Cu awal, dengan nilai rata-rata sebesar 10,8558 %. Kemampuan mengakumulasi logam berat Cu dalam media sebesar berat per berat sel kering 0,1149 – 0,1400 % / mg sel, dengan nilai rata-rata sebesar 0,1279 % / mg sel.

Kemampuan mengakumulasi logam oleh mikroorganisme ini dipengaruhi oleh faktor-faktor pertumbuhan seperti jumlah oksigen, pH, dan nutrisi khusus. Dalam SSF-Wetland, kebutuhan oksigen dan nutrisi mikrobnya terpenuhi oleh adanya asosiasi antara mikrob dengan tanaman. Kandungan oksigen dalam media akan disuplai oleh akar tanaman, yang merupakan hasil samping dari proses fotosintesis tanaman dengan bantuan sinar matahari. Kondisi aerob pada daerah sistem perakaran dan ketergantungan mikroorganisme aerob terhadap pasokan oksigen dari sistem perakaran tanaman yang ada dalam SSF-Wetlands, akan menyebabkan jenis-jenis mikroorganisme yang dapat hidup pada rhizospere tersebut hanya jenis tertentu dan spesifik. Daerah perakaran merupakan komponen penting dalam proses transformasi nutrient yang berlangsung secara fisik dan kimia mendukung pengendapan terhadap partikel, mendukung proses denitrifikasi, sebagai media tumbuh mikroorganisme dan mendukung proses filtrasi bahan solid (Supradata, 2005).

Mekanisme akumulasi logam berat oleh mikroorganisme dipengaruhi oleh sifat-sifat mikroorganismenya sendiri dan juga jenis logam berat yang diakumulasi. Proses akumulasi pada umumnya dapat terjadi secara ekstraseluler, pada permukaan sel dengan membentuk ikatan ion logam dengan permukaan sel, maupun uptake logam intraseluler dan vaporisasi logam, pengendapan logam melalui pembentukan kompleks dengan ligand yang dibentuk oleh mikroba (Primaharinasiti dkk, 2004).

Selain itu, mikrob mampu mengatasi pencemaran logam berat karena kemampuan sel amobil yang digunakan ulang dalam proses pengikatan logam berat. Misalnya sel B amobil yang sudah jenuh dengan ion Cu²⁺ ternyata dapat digunakan kembali untuk mengikat Cu²⁺ setelah dicuci dengan CuCl₂ 5 mM. Selain itu, muatan-muatan yang lebih senstitif untuk mengakumulasi logam berat. Misalnya dari strain Pseudomonas ambigua mampu mendegradasi Cu (VI) enam kali lebih besar dibandinkan induknya (Baldi et al.,1990dalam Ariono, 1996).  Mikrob juga memiliki serangkaian enzim kunci dari reguasi gen yang dapat mendegradasi mendegradasi haloaromatik. Adanya limbah terhalogenasi yang berbahaya dan melimpahnya mikrobia yang memiliki kemampuan untuk mengkatalisis proses biodegradasi senyawa terhalogenasi maka diharapkan didapatkan mikrobia yang dapat digunakan sebagai agen pembersih tanah dan air yang terkontaminasi komponen aromatik terhalogenasi.

Dapat disimpulkan bahwa salah satu cara dalam melakukan remediasi terhadap cemaran logam berat tembaga (Cu) pada limbah cair adalah dengan menggunakan lahan basah buatan aliran permukaan (Sub surface constructed wet lands). Kolaborasi antara tanaman air dan mikroorganisme seperti Pseudomonas sp, Bacillus sp terbukti mampu mengubah Cu menjadi senyawa yang tidak berbahaya bagi lingkungan.

Referensi

• Agustina, T. (2010). Kontaminasi logam berat pada makanan dan dampaknya pada kesehatan. Teknubuga, Vol 2.
• Alldende, F. S. (2011). Enhancing the removal of arsenic, boron, and heavy metals in subsurface flow constructed using different supporting media. Journal water sciecne technology.
• Ariono, D. (1996). Bioremediasi logam berat di lingkungan perairan dengan bantuan mikrobia. Jurnal Biota, 23-27.
• C.S.C Calheiros, A. T. (2010). Bacterial community dynamics in horizontal flow constructed wetlands with different plants for high salinity industrial wastewater polishing. Journal Water Research 44, 5032-5038 .
• Destratryanti, Rubinita. (2009). Toksisitas Kadmium (Cd) dan Tembaga (Cu) Terhadap Perkembangan Embrio – Larva Kerang Hijau (Perna viridis). Skripsi. Institute Pertanian Bogor. Bogor.
• Enny Zulaika, A. L. (2012). Bakteri resisten logam berat yang berpotensi sebagai biosorben dan bioakumulator. Seminar Nasional Waste Management for sustainable urban development. .
• Lizama, F. S. (2011). Removal processes for arsenic in constructed wetlands. Journal Chemosphere.
• Melin Kitong, J. A. (201). Analisis Merkuri (Hg) dan Arsen (As) di sedimen sungai Ranoyapo Kecamatan Amurang Sulawesi Utara. Jurnal MIPA UNSRAT Online, 16-19.
• Naryaningsih, A. (2005). Keefektifan Bacillus cereus (Frankland and Frankland) ATCC 11778 (Bakteri Gram Positif) dan Pseudomonas aeruginosa (Schroeter) ATCC 27853 (Bakteri Gram Negatif) Sebagai Bioakumulator Kadmium . Semarang : Tesis Program Pasca Sarjana Universitas Diponegoro.
• Riesta Primaharinastiti, A. P. (2004). Bioakumulasi logam berat Cu oleh Bacillus sp. Jurnal Penelitian Hayati, Vol 10 pages 19-23.
• Singhakant, K. S. (2009). Fractional analysis of arsenic in subsurface flow contructed wetlands with different lengh to depth ratios. Journal Water Science Technology.
• Sudarmaji, M. C. (2006). Toksikologi logam berat B3 dan dampaknya terhadap kesehatan. Jurnal Kesehatan Lingkungan , Vol 2 No 2: 129-142.
• Supradata. (2005). Pengolahan Limbah Domestik Menggunakan Tanaman Hias Cyperus alternifolius, L Dalam Sistem Lahan Basah Buatan Aliran Bawah Permukaan (SSF-Wetlans). Tesis. Institute Teknologi Bandung. Bandung.