Pengelolaan lingkungan tanah “bioremediasi” Hardy guchi

bioremediasi

pendahuluan Senyawa inorganik dan organik beracun merupakan penyebab utama lingkungan terkontaminasi yang selanjutnya berakibat pada kesehatan dan tentunya akan mempengaruhi populasi manusia. Jumlah limbah beracun makin meningkat dan asal limbah sangat beragam.

Sumber pencemar . Limbah dapat berasal dari Hasil industri dan barang komersial: i. Industri, ii. Kegiatan militer, iii. Kegiatan perubatan, iv. Sumber radioaktif, v. Limbah rumah tangga, vi. Kotoran manusia, vii. Industri ringan, seperti pada dry cleaning dan viii. Kegiatan pertanian.

Kategori berdasar effek . Berdasarkan efeknya maka bahan kimia dapat dikategorikan atas 2 kelompok yaitu berbahaya (hazardous): termasuk mudah meledak (explosive), mudah terbakar (flammable), irritant, sensitizers, asam, alkalin (caustic), dan beracun (toxins) yaitu mampu membunuh sel (Cunningham and Cunningham, 2002).

bioremediasi Strategi atau proses yang menggunakan mikroorganisme, tanaman maupun enzim dari mikroba maupun tanaman untuk menetralkan sifat beracun dari kontaminan (detoxify) di dalam tanah maupun lingkungan lainnya disebut dengan bioremediasi

biodegradasi Bioremediasi berbeda artinya dengan biodegradasi, dimana biodegradasi merupakan transformasi atau detoksifikasi kontaminan seluruhnya maupun sebagian dengan menggunakan mikroorganisme dan tanaman melalui perombakan atau penguraian.

Kriteria bioremediasi Adapun kriteria yang harus dipenuhi adalah : 1. Organisme harus memiliki aktivitas katabolisme yang penting dalam merombak kontaminan pada kecepatan yang layak untuk menjadikan pada tingkat yang sesuai standar 2. Kontaminan target haruslah bersifat bioavailable 3. Daerah tempat kontaminan memiliki kondisi tanah yang kondusive untuk berkembangnya mikroorganisme dan tanaman atau aktivitas enzimatik 4. Biaya remediasi harus lebih rendah atau tidak lebih tinggi dari teknologi lainnya yang dapat digunakan untuk memindahkan kontaminan

Faktor-faktor yang mempengaruhi bioremediasi Jenis Polutan   Faktor yang mempengaruhi berlangsung atau jalannya bioremediasi adalah : faktor bahan polutan, faktor organisme yang terlibat dan faktor lingkungan.

Tabel 1. Kontaminan yang mampu dirombak atau diremediasi dengan cara bioremediasi. Jenis kontaminan Contoh spesifik aerob anaerob Sumber potensial Larutan ber-chlor Trichloroethylene + Drycleaner (bahan pembersih) Perchloroethylene Pabrik kimia Polychlorinated Biphenyls 4-Chlorobiphenyl Pabrik bahan listrik 4,4-Dichlorobiphenyl Pusat tenaga Jalur kereta api Chlorinated phenol Pentachlorophenol Tempat kayu balok Landfills “BTEX” Benzene Tempat produksi minyak dan penyimpanan Toluene Disekitar tempat pebuatan gas Ethylbenzene Airport Xylene Pabrik cat Fasilitas pelabuhan Polyaromatic hydrocarbons (PAHs) Naphthalene Antracene Pusat Gas Fluorene Coke plants Pyrene Engine works Benzo(a)pyrene Landfills, produksi Tar dan penyimpanannya, Boiler abu tempat pembuangan, pusat tenaga Pesticida Atrazine Pertanian Carbaryl Carbofuran Coumphos Diazinon Glycophosphate Parathion Propham 2,4-D Timber treatment plants, Pabrik pestisida, area rekreasi, Landfills

Organisme pelaksana remediasi Mikroorganisme yang menjalankan bioremediasi dapat diisolasi dari alam. Mikroba dapat beradaptasi pada temperatur rendah atau tinggi, pada kondisi gurun atau dalam air, dengan kondisi berlebihan oksigen atau kekurangan oksigen, dengan ada senyawa berbahaya atau limbah lainnya. Namun hal utama harus ada tersedia bagi organisme adalah energi dan karbon. Karena daya beradaptasi dari mikroba, maka mikroba dapat digunakan untuk mendegradasi atau meremediasi lingkungan yang tercemar.

mikroba berdasar cara hidup Aerob. Kondisi dimana ada oksigen contoh Pseudomonas, Alcaligenes, Sphingomonas, Rhodococcus, dan Mycobacterium. Mikrobs ini dilaporkan dapat merombak pestisida dan hydrokarbon, baik alkana dan senyawa polyaromatik. Kebanyakan bakteri ini menggunakan kontaminan sebagai sumber energi dan karbon. Anaerobic. Kondisi tidak ada oksigen. Bakteri anaerobik tidak banyak menjalankan bioremediasi seperti pada kondisi aerob. Proses bioremediasi yang terjadi pada kondisi anaeron adalah bioremediation of polychlorinated biphenyls (PCBs) oleh bakteri pada sedimen sungai, deklorinasi dari larutan trichloroethylene (TCE) dan kloroform.

Jamur Ligninolytik. Jamur seperti jamur akar putih Phanaerochaete chrysosporium mempunyai kemampuan mendegradasi bahan tahan lapuk dan polutan beracun. Substrat yang dapat digunakan termasuk jerami, serbuk gergaji, atau tunggul jagung. Methylotrophs. Bakteri anaerob yang mampu menggunakan metana (CH4) sebagai karbon dan enerji. Enzim awal pada degradasi aerob, methane monooxygenase, memiliki kisaran kerja pada substrat yang besar termasuk pada senyawa chlorinated aliphatics trichloroethylene dan 1,2-dichloroethane.

Beberapa mikroba untuk bioremediasi Deinococcus radiodurans : bakteri yang telah dimodifikasi secara genetik agar mampu merombak pelarut atau logam berat, termasuk toluene dan ion mercury dari limbah yang banyak mengandung radioaktif nuclir Geobacter sufurreducens : bakteria yang dapat mengubah uranium terlarut dalam air dalam tanah menjadi bentuk tidak larut (non-soluble), bentuk yang dapat diambil. Dehalococcoides ethenogenes : bakteri yang digunakan pada 10 negara bagian di US untuk membersihkan pelarut klor yang dapat menyebabkan kanker. Bakteri ini terdapat alami baik dalam tanah maupun air dan mampu merombak pelarut lebih cepat dibandingkan dengan metode . Enzim dari bakteri, Thermus brockianus, yang ditemukan di taman nasional Yellowstone, dapat mengurai hydrogen peroxide 80.000 kali lebih cepat dibandingkan dengan tradisional dan dengan senyawa kimia lain. Alcaligenes eutrophus, bakteri yang secara alami mengurai 2,4-D, herbisida ke 3 terbanyak digunakan di Amerika.

Tabel 2. Mikroorganisme yang terlibat pada remediasi polutan monoaromatik

Kondisi lingkungan Hara Walaupun mikroorganisme yang ada pada tanah terkontaminasi, tapi jumlahnya untuk melaksanakan bioremediasi belum tentu mencukupi. Pertumbuhan dan aktivitas dari mikroorganisme tersebut harus distimulasi. Biostimulasi biasanya dengan menambahkan hara dan oksigen untuk menolong mikroorganisme alami berkembang biak dan beraktivitas. Hara-hara ini merupakan bahan bangun dasar dari kehidupan dan membuat mikroba menghasilkan enzim yang penting untuk memecahkan kontaminan. Semua dari mikroorganisme memerlukan N, P dan karbon

Elemen Kandungan (%) Karbon (C) 50 Natrium (Na) 1 Nitrogen (N) 14 Tabel 3. Komposisi dari sel mikroba Sumber Stainer et al,. (1986) Elemen Kandungan (%) Karbon (C) 50 Natrium (Na) 1 Nitrogen (N) 14 Kalsium (Ca) 0,5 Oksigen (O) 20 Magnesium (Mg) Hidrogen (H) 8 Klor (Cl) Fosfat (P) 3 Besi (Fe) 0,2 Sulfur (S) dan lain-lain 0,3 Kalium (K)

Kondisi Abiotik (lingkungan) yang Diinginkan Kondisi lingkungan yang optimum untuk berlangsungnya degradasi kontaminan terlihat pada Tabel 4. Namun perlu diketahui ada beberapa spesies mikroorganisme yang menginginkan kondisi yang berbeda dari yang tercantum pada Tabel 3, terutama spesies yang hidup pada kondisi ekstrem.

Tabel 4. Kondisi lingkungan yang optimum untuk berlangsungnya degradasi kontaminan Parameter Kondisi yang diinginkan oleh mikroba untuk beraktivitas Nilai optimum untuk degradasi minyak Kelembaban tanah Daya dukung air 25-28% 30-90% pH tanah 5,5 – 8,8 6,5 – 8,0 Kandungan oksigen Aerob, ruang udara pori minimum 10% 10-40% Kandungan hara N dan P untuk pertumbuhan mikroba C:N:P = 100:10:1 Temperatur (0C) 15-45 20-30 Kontaminan Tidak terlalu beracun Hidrokarbon 5-10% dari berat kering tanah Logam berat Kandungan total 2000 ppm 700 ppm Tipe tanah Sedikit liat atau lempung

STRATEGI-STRATEGI BIOREMEDIATION Berdasarkan tempat dimana bioremediasi ini dijalankan maka bioremediasi dapat dibagi atas 2 teknik yaitu teknik In situ dan Ex situ. Teknik insitu merupakan teknik yang diaplikasikan pada tanah maupun air bawah tanah di tempat dengan sedikit gangguan. Teknik Ex situ merupakan teknik yang diaplikasikan dengan terlebih dahulu memindahkan tanah (ekskavasi) maupun air (pompa) ke tempat lainnya (gangguan besar)

Bioremediasi dengan teknik In situ Teknik in situ sangat diminati karena biaya yang dikeluarkan akan lebih kecil dan sedikit gangguan karena tidak ada ekskavasi maupun transport kontaminan dibandingkan dengan teknik ex situ. Beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan teknik insitu yaitu teknik ini akan terhambat pada lokasi kontaminan di kedalaman tanah.

Faktor utama penentu teknik insitu dalam meremediasi air dalam tanah 1. Sumber dan konsentrasi polutan. 2. Kimia dan toksisitas dari kontaminan. 3. Sifat solubilitas, transport, adsorpsi, dispersi dan volatilitas dari senyawa polutan. 4. Deteksi, penentuan dan monitor polutan. 5. sifat kimia, fisik dan mikrobiologi dari air dalam tanah. 6. Sifat kimia dan mekanik dari tanah tempat kontaminan berada. 7. Hidrogeologi dan hidrologi dari tempat kontaminan. 8. Tidak ada standar lingkungan untuk air dan tanah pada lokasi tersebut. 9. Kondisi lingkungan, sumber hara dan kehadiran dari elektron akseptor 10. Biodegradabilitas dari kontaminan, dan kehadiran dari populasi mikroorganisme kompeten untuk perombak.

Strategi bioremediasi teknik insitu Bioventing Biosparging Bioaugmentation Biostimulasi Phytoremediasi

Bioventing dilakukan penambahan udara dan hara melalui sumur ke dalam tanah yang terkontaminasi tujuannya untuk menstimulasi bakteri alami tempatan (indigeneous). Bioventing memberikan udara pada kecepatan aliran yang rendah dan hanya diperlukan oksigen dalam jumlah sedikit untuk biodegradasi sementara volatilisasi diminimumkan dan melepaskan kontaminan ke atmosfer

Biosparging injeksi udara ke air dalam tanah yang tujuannya untuk meningkatkan konsentrasi oksigen dan mempercepat laju degradasi kontaminan oleh mikroba/bakteri alami. . Melalui biosparging akan meningkat kontak tanah dengan air dalam tanah. Cara yang paling murah dan mudah melaksanakan biosparging adalah dengan membuat instalasi pipa berdiameter kecil tempat menginjeksikan gas.

Bioaugmentation menambahkan mikroorganisme alami tempatan (indigeneous) maupun enzim ke tempat terkontaminasi.

Biostimulasi Penambahan hara seperti nitrogen dan fosfor bahkan adakalanya penambahan elemen mikro atau pemberian bahan untuk meningkatkan/menurunkan pH yang kesemuanya bertujuan menstimulasi populasi dan aktivitas mikroorganisme tanah setempat.

Phytoremediasi Penggunaan tanaman untuk memindahkan kandungan dan mengubah bentuk kontaminan. Cara ini dapat berhasil secara langsung (menggunakan tanaman yang dapat mengakumulasi logam metal di dalam jaringannya) maupun tidak langsung (tanaman menstimulasi perkembangan mikroorganisme) yang dapat menurunkan kontaminan di dalam tanah

Bioremediasi dengan teknik Ex situ Landfarming Composting Biopiles Bioreactors

Landfarming . Aplikasi dan pencampuran kontaminan atau limbah ke permukaan tanah yang tidak terkontaminan. Daerah yang dipilih memiliki ciri tanah yang memiliki lapisan liat yang dapat menghalangi pencucian yang dapat menyebabkan pencemaran air minum/air dalam tanah. Tanah tersebut dilakukan plowing dan disking yang bertujuan untuk memecahkan bongkahan dan mencampur supaya seragam sehingga kondisi kelembaban dan aerasi menjadi baik. Selain itu pengolahan tanah (plowing dan disking) dapat mengakibatkan konsentrasi kontaminan menjadi lebih rendah.

Composting Composting merupakan teknik dengan menggabungkan tanah terkontaminasi dengan bahan organik yang tidak berbahaya seperti kotoran hewan atau limbah pertanian. Kehadiran bahan organik ini akan mendukung perkembangan dari mikroorganisme dan menaikkan temperatur.

Biopiles merupakan hybrid dari landfarming dan composting. Pile tempat melaksanakan bioremediasi didesain untuk melakukan pengomposan aerob. Biasanya biopile digunakan untuk mengatasi kontaminasi permukaan akibat hidrokarbon petroleum dan merupakan versi landfarming yang lebih modern yang bertujuan untuk mengontrol pencucian dan volatilisasi dari limbah. Biopiles menyediakan lingkungan yang sesuai untk mikroorganisme aerobik dan anaerobik yang indigenous.

Bioreactors . Reaktor slurry atau encer digunakan untuk memperlakukan tanah dan air terkontaminan. Bioremediation dalam reaktor melibatkan pemrosesan bahan terkontaminasi yang padat (tanah, sedimen, lumpur) atau air melalui sistem yang dibangun terkurung.

KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN MENGGUNAKAN BIOREMEDIASI Ramah lingkungan (aman) Tidak mahal Tidak menghasilkan limbah yang baru (masalah baru) Dapat bekerja pada senyawa organik dan inorganik Dapat dilakukan in-situ maupun ex-situ Mudah diimplementasikan dan dikelola   Kerugian Kurang dapat diaplikasikan pada limbah yang bioavailability rendah Polutan mungkin tidak berbahaya untuk salah satu spesies tetapi berbahaya untuk spesies lain Mikroorganisme perombak menginginkan kondisi lingkungan yang spesifik Memakan waktu yang panjang untuk meremediasikan Terbatas hanya pada daerah perakaran saja Tanaman yang dipanen pada daerah diremediasi dikategorikan sebagai limbah berbahaya Mungkin dapat menjadi rantai makanan

Terima kasih Bahan dari: “biologi dan ekologi tanah” Asmarlaili sahar hanafiah t.Sabrina Hardy guchi 2009