Kajian Reduksi Cr(VI) pada Lumpur Kering Limbah

PENDAHULUAN
Latar 8eIakang
Penyamakan kulit menghasitkan tiga macarn limbah yaitu padat, cair dan
gas. Dari ketiga macam limbah tersebut lirnbah padat yang berupa lumpur kering
belum ditangani secara sefius. Lumpur kering limbah penyarnakan kulit (LKLPK)
biasanya hanya dibuang ke tempat pembuangan akhir (TPA) berupa urug berlapis,
sehingga masih ada peluang tejadinya pelindian, dan produksi gas rnetana yang
mernbahayakan lingkungan.
Penanganan lirnbah cair rnenghasilkan lumpur kering dalam jumiah yang
cukup besar (Sharphouse, 1983; Winter, 1984. Sunaryo. 1989).
Setiap 1 kg kuli
awetan garam basah yang disamak krom menghasilkan 4 liter lumpur basah atau
setiap 1000 lembar kulit menghasilkan sekiar 100 m3 lumpur basah setiap harinya
(Sharphouse, 1983)
Cumpur basah kandungan airnya sangat tinggi (sehtar 96%), sehingga sukar
dalarn penanganannya. Salah satu cara penanganan lumpur basah adalah dengan
filterpmss. Lumpur dipompakan ke dalam rangkaian plat filter, setelah diekan akan
dihasilkan lumpur padat ( f i k r cake) dengan kadar air sekitar 40% (Sharphouse,
1983).
Settap 100
m3
lumpur basah akan dihasilkan 12 m3 lumpur padat
(Sharphouse, 1983). Lumpur padat seteiah dikeringkan beberapa hari (3-4 hari)
diperoleh lurnpur kering.
Lurnpur kering lirnbah penyarnakan kulit (LKLPK)
disamping tinggi kandungan haranya juga rnengandung logam berat krom yang
sangat berbahaya baik bagi biota air. tanaman pangan, hewan maupun manusia.
Komposisi kimia LKLPK adalah sebagai berikut: Bahan organik 45.7%, dan bahan
anorganik 54,3Oh. Kandungan C organik 21,6%, total N 4,096, P 0,0296, Ca 13.7%,
Fe 5.6%. Cr(lll) 3.2% dan Al 0.6% (UNIDO. 1990).
Meskipun penyamakan kulit hanya rnenggunakan Cr(lll) sebagai bahan
penyamak, tetapi karena dalarn proses pra-penyamakan dan pengendapan krorn
menggunakan kalsium karbonat. maka ada peluang terjadinya transfonnasi kimia
Cr(lll) rnenjadi Cr(VI) (Winter. 1984).
Logam berat rnempunyai sifat merusak
kehidupan lingkungan karena tidak mudah didegradasi, toksik pslda konsentrasi
tertentu, terakurnulasi pada organisrne dan terkonsentrasi pada rantai rnakanan
(Alrneida dan Boaventura, 1997).
penyamakan
kulit
dikenal
kurang
Cr(lll) yang terdapat pada limbah cair
toksik
dibanding
dengan
Cr(VI), tetapi
pembuangan limbah yang mengandung Cr(lll) ke lingkungan harus dibatasi karena
Cr(lll) dapat berubah rnenjadi Cr(V1) bila berternu oksidator tertentu (Almeida dan
Boaventura, 1997). Adanya ligan organik, oksidator anorganik (MnO*) dan kondisi
asarn di dalam tanah dapat rneningkatkan mobilitas Cr(lll) (Macchi et a/..1991:
Almeida dan Boaventura, 1997). Krom valensi Ill kurang toksik dibanding valensj VI,
tidak koresif dan tidak iritatitif, dalam jumlah kecil sangat diperlukan untuk
metabolisme karbohidrat bagi rnamalia (Rai et at.. 1987). Cr(ll1) lebih stabil dan
tingkat toksisitasnya hanya seperseribu dibandingkan dengan Cr(VI) Chirwa dan
Wang, 2000). Cr(lH) dalam jumlah kecil sangat diperlukan untuk metabotisme
karbohidrat pada manusia (Rutland, 1991. Chirwa dan Wang, 2000). Menurut
Harrison dan Hoare (1980) Cr(lll) berperan sebagai actiwe ingredient dan disebut
sebagai Glucose tolerance factor (GTF) yang penting untuk rnengoptirnalkan
aktivitas insulin dalam jaringan marnalia.
Krom vatensi VI mempunyai kelarutan yang tinggi, dan be-
sangat toksik,
korosif, karsinogenik (Rai et a/.. 1987; Kendrick et at.. 1992). dan mutagenik (Petrilli
dan Flora, 1977; Llovera et at., 1993) karena dapat membentuk senyawa kompleks
makromolekul dalam set dan marnpu menembus membran sd biologi dengan cepat
dan mengalami reduksi di dalam sel (Rai et a/., 1987). Pada manusia Cr(VI)
rnenyebabkan iritasi dan korosi pada kulit dan saluran pernafasan (Solisio et a/..
2000). Pada tanaman Cr(VI) menyebabkan ke~sakanpada sistem perakaran
--
(Notohadiprawiro. 1995). pigmen fotosintesis, penurunan enzim nihat reduktase dan
sintesis protein (Vajpayee et a/., 1999). Cr(Vl) menyebabkan gqaia kanker pada
hewan percobaan (Heryando-Palar. 1994).
Marmut yang diberi perfakuan asam
kromat dan kalsium krornat menunjukkan adanya gqala kanker pada paru-parunya,
sedangkan yang diberi perlakuan Cr(lll) tidak ada gejala tersebut.
Cr(VI) juga
sangat berpengaruh terhadap kehidupan air, ikan lebih tahan terhadap Cr(VI), tetapi
kehidupan air yang lebih rendah lebih sensitif terhadap logam ini (Winter, 1984:
Rump dan Krist, 7992). Pada konsentrasi 10-20 mgn. Cr(lll) sudah menghambat
aktivitas biologi pada limbah, sedangkan Cr(Vl) lebih rendah lagi yaitu hanya pada
konsentrasi 2-1 0 mgn (Rump dan Krist, 1992). Oieh karena itu perlu dicari metode
penurunan kandungan Cr(VI) yang sederhena, murah dan aman.
Logam berat termasuk krom dapat dipisahkan secara fisika. ffsiko-kimia, dan
elektrokimia. Misalnya dengan cara tukar ion (Tiravanti et at. 1997), reduksi dan
presipitasi (Macchi et
a/,1991; Almeida & Boaventura, 1997)). uttrafiltrasi dan
reverse osmosis (Cassano et at, 1997). reduksi galvanik (AWo dan Sedahmed,
1998), presipitasi elektro-kimia dwikutub (Kongssricharoem dan Polprasert, 1996).
serapan dengan bahan sorben anorganik (Lehrnann et a/., 1999) dan karbon aktii
(Ranganathan, 2000). Biosorpsi logam berat dapat dilakukan dengan rnernanfaatkan
substrat alarn seperti lirnbah pertanian, rnikroorganisrne, lirnbah hutan. kasein. dan
pulp gula beet (Senthilkurnaar et a/. 2000). Pengambilan logarn berat secara kimia
dianggap tidak efasien karena rnenggunakan bahan kimia yang cukup banyak.
sedangkan bila menggunakan rnikrob biaya cukup rnurah dan bromassa mudah
didapat (Kapoor dan Viraraghavan, 1995). Pengambilan logarn berat secara biologi
rnenggunakan jasa biornassa rnikroorganisrne termasuk- bakteri, ragi, algae dan
jarnur (Gadd. 1992; Kapoor dan Viraraghavan. 1995) merupakan pilihan yang tepat
karena teknologinya sederhana dan biayanya rnurah.
Biomassa mikrob mudah
diperoleh dari alarn ataupun dari limbah industn rnakanan dan minurnan.
Beberapa jenis m~krobtelah digunakan untuk mengambil ion logarn berat,
misalnya bakteri (Kornori et al., 1990; Solisio et a/., 2000). ragi (Ferraz & Teixeira.
1999; Al-Saraj et al., 2000), algae (Yesim-Sag et a/., 1998). dan jarnur (Yesim-Sag
81 Kutsal. 1996; Yesirn-Saq et a/.. 1998; Kapoor & Viraraghavan. 1998; Tobin &
Roux, 1998; Kapaor et al., 1999; Prakasharn et a/., 1999; Yesirn-Saq & Kutsal,
2000). Mekanisme biosorpsi logam oleh rnikrowganisme sangat kornpleks dan
bergantung pada interaksi fisikokirnia antara ion logam dan sisi-sisi pengikatan
logarn pada dinding rnembran sel
rnikroorganisme (Gadd,
1992).
Proses
pengarnbilan ion logarn berat dari larutan dikelornpokkan rnenjadi tiga yatu: 1.
biosorpsi ion logam pada permukaan rnikroorganisme, 2. pengarnbilan ion logam ke
dalarn intraselular, 3. transformasi kimia ion logarn oleh rnikroorganisrne(Yesirn-Saq
dan Kutsal, 2000). Reduksi Cr(VI) secara biologi (menggunakan jasa bakteri, jamur
dan ragi) rnerupakan pilihan yang tepat karena (1) tejadi pada pH netral dan suhu
normal (2040
OC),
(2) tidak rnemerlukan reagen kimia dalam jumlah yang cukup
besar. (4) tidak rnernerlukan energi yang besar dan hanya terbentuk sedikii lurnpur,
(5) Cr(lll) yang terbentuk relatif tidak berbahaya bagi sebagian besar organisme,
dan (6) mikroorganismeyang telah digunakan untuk reduksi kromal dapal digunakan
lagi setelah logam kromnya dipisahkan dari sel mikrob
(Komori et a/.,1990).
Reduksi Cr(VI) di dalam sel mikrob terkait erat dengan proses rnetabolisme aktii
. .
(Llovera et a/.,19931, biasanya melibatkan sistem transport, dan enzim tertentu
seperti krornat reduktase (Gadd, 1992; Wang dan Xiao, 1995). sitokrom c3 (Lovley
dan Phillips. 1994) dan enzirn lain yang belum dikenal (Lovley dan Phillips, 7994).
Biosorpsi dengan jamur merupakan salah satu pilihan untuk mengambil ionlogam berat dari lamtan (Kapoor dan Viraraghavan, 1995; 1998) karena disamping
biayanya murah, biornassa jamur
mudsh didapat. Jamur dan ragi mampu
mengakurnulasi hararnilcro seperti Cu, Zn dan Mn serta logam non hara seperti U,
Ni, Cd, Sn dan Hg dalam jumlah yang jauh lebih tinggi dari kebutuhannya (Gadd.
1990, 1992). Sel hidup AspergiI1u.s niger, Mucor dan Pennicillium terbukti dapat
mengabsarbsi berbagai ion logam berat (Kapaor dan Viraraghavan, 1998) karena
dinding sel jamur tersusun oleh polisakarida kitin dan kiosan, pofisakarida ini dikenal
mempunyai afinitas yang tinggi terhadap logarn berat (Chui et
a/. 1996). Hasil
penelitisn Chui et ale(1996) menunjukkan b a h a kitin dan kiisan mampu rnenyerap
lebih
dari
9O0A
ion
logam
Cr(l1l).
Pengambilan
(uptake)
logan~ berat
mengikutsertakan proses-proses pengkomplekan, koordinasi, kelasi, tukar ion,
adsorpsi dan mikropresipitasi tergantung pada substratnya (Solisio et at.. 2000).
Jarnur A. nigerlelah digunakan untuk rnengarnbil logam berat Ni. Pb, Cd dan Cu dari
larutan (Kapoor dan Viraraghavan, 1998). tetapi beiurn pernah digunakan untuk
rnengabif logam Cr dari larutan. Fusariom sp dan A. niger yang diiiolasi dari lurnpur
kering limbah penyarnakan kuli temyata sangat misten terhadap logarn krorn
(Wibowoi 2001), Oleh karena itu kedua macam jarnur ini dipilih sebagai laiosorben
untuk percobaan reduksi dan biosorpsi logarn krorn.
Pengomposan rnelibatkan berbagai jenis
mikrob yaitu bakteri, jarnur
actinomyoetes, ragi, dan protozoa (Haga. 1990; Polprasert, 1995). Mikroorganisrne
berfungsi untuk rnendegradasi bahan organik kornpleks rnenjadi senyawa-senyawa
sederhana sehingga rnenjadi lebih tersedia bagi tanaman. Transformasi C organik
rnenjadi GO2 secara aerob rnenghasilkan panas dalam jurnlah yang cukup besar,
sehingga marnpu rnembunuh organisme patogen {Haga, 1990; Potprasert, 1995:
Smith, 1996). Logarn berat sangat sukar didegradasi oleh rnikroorganisme, logam
berat hanya dapat diiransformasi rnenjadi bentuk yang kurang toksik secara biologi
(Gadd, 1992).
C w l ) diubah menjadi Cr(lll) oleh ensirn k m a t reduktase yang
dihasi4kan oleh sel mikrob termasuk jarnur dan bakteri (Gadd. 1992);
Proses
pengornposan
sebagian
diyakini
rnempunyai kernampuan rnereduksi C w l ) rnenjadi Cr(lll) (PeneIitiin I).
Bakteri
melibatkan
banyak
jenis
rnikroorganisrne,
fermentatit baik aerob dan anaerob, mesofif dan termofil terdapat pada kornpos.
Pseudomonas, KlebHIa dan Bacillus sp tekh diidentifikasi terdapat pada kornpos
(Tournela et al., 2000). Pseudomonas sp, E. cdi, C l ~ i u m
sp, Megatetfum dan
Semtis, sp juga ditemukan pada turnpukan kompos (Miller. 1996). Beberapa jenis
jarnur rnesofil diemukan pada turnpukan kornpos, Aspergillus sp dan Penicilium sp
-
adalah dua spesies jarnur paling urnurn dijumpai pada kornpos. Kedua jenis jarnur ini
rnempunyai kemampuan mengakumulasi logarn berat (Gadd, 1992).
Biornetanogenesis mewpakan salah satu stabilisasi limbah organik secara
anaerob, bahan organik diurai rnenjadi monomer-monomer. asam-asarn organik
rantai pendek. alkohoi. asam asetat, CH4dan sedikit HZ.C02 H2S. NH3, NO,
. serta
hara (nitrat dan nitrit, serta mineral) (Zinder, 1986 dan Polprasert, 1995). Gas-gas
rumah kaca (CH4 dan NO.) tersebut ikut terbakar selarna pemakaian gas sebagai
sumber
energi,
sehingga
pernanasan global.
tidak
lagi
rnernbahayakan
lingkungan
termasuk
Biornetanogenesis rnelibatkan behagai jenis bakteri yaitu
bakteri fermentatif atau hidrolitik, bakteri asidogenik, bakteri asetogenik dan bakteri
metan. Beberapa jenis bakteri yaitu Bacillus sp, Pseudomonas fluoreens (Wang
dan Xiao, 1995), Escherichia coli (Chirwa dan Wang, 2000), Agrobacterium
radiobacter (Llovera et a/., 1993). Desulfovibflo vulgaris (Loveley & Phillips, 1994),
Enterobacter cloacae (Komori et a/.. 1990; Manahan, 1992) dan Sphaemtilus natans
(Solisio et a/.. 2000) mampu mereduksi Cr(Vlj menjadi Cr(lll). Disarnping mampu
menghasilkan rnetana biornetanogenesis diharapkan marnpu mereduksi Cr(V1) di
dalam lumpur kering karena biornetanogenesis rnelibatkan bennacam-macam
bakteri, terutama bakteri anaerob. Kedua proses ini yaitu pengomposan dan
biometanogenesis diharapkan rnedadi dua jenis rnetode pengolahan lumpur kering
yang rnurah dan memberi manfaat yang besar bagi pabrik penyamakan kulit.
Biornetanogenesis dilakukan untuk rnengdah limbah penyamakan kulit dan
mereduksi krorn
LKLPK karena di Indonesia teknologi ini belurn digunakan untck
rnengolah linbah cair penyarnakan kuli dan LKLPK.
Kornpos dan slun yang dihasilkan oleh pengomposan dan biornetanogenesis
rnasih rnengandung ham N,
P dan K dalarn jurnlah yang cukup tinggi, sehingga
sangat bennanfaat untuk mernelihara dan meningkatkan tingkat kesuburan tanah.
serta rneningkatkan produksi tanarnan pakan temak, sayuran dan hortikultura.
Logarn berat tennasuk krorn VI selarna proses pengornposan akan diransformasi
rnenjadi krom Ill yang bersifat imobil, tidak terlarut dan lembarn (Zorpas et ai., 2000),
sehingga sukar diabsorbsi oleh tanaman.
Pelet rnereduksi luas perrnukaan.
.-
sehingga unsur ham dan logam berat rnenjadi lebih sukar diabsorbsi oleh tanaman,
dengan dernikian diharapkan lebih efisien dan marnpu rneurunkan toksisitas logam
berat.
Pemakaian LKLPK yang telah dikornposkan rnerninimalkan bahaya karena
Cr(VI) yang terdapat di dararnnya sebagian telah direduksi menjadi Cr(lll).
Pengomposan rnampu rnenghilangkan senyawa-senyawa fitutoksik (Jacob, 1990),
sehingga kompos arnan digunakan untuk memupuk tanarnan pertanian. Di dalam
penelitian ini digunakan bayam cabut untuk mengevaluasi kualitas kornpos dan
toksisitas krorn karena bayarn cabut umumya pendek dan cepat perturnbohannya.
Hanya bagian batang dan daun yang dianalisis kandungan kromnya karena kedua
bagian te-but
yang biasa dikonsurnsi baik oleh temak rnaupun rnanusia.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini dikerjakan dengan tujuan utarna rnenurunkan kandungan Cr(VI)
LKLPK
rnelalui
pengornposan den
biometanogenesis, rnernbuktikan bahwa
biornassa jarnur Fusarium sp dan Aspengillus niger dapat rnereduksi Cr(VI) dan
digunakan untuk mengambil logam krom dari larutan, serta membuktikan bahwa
logam krom yang tefdapat di dalam kompos sukar diserap oleh tanaman.
Tujuan lainnya adalah mengevaluasi kualitas fisik, kimia dan biologi pupuk
organik (kompos) yang diproduksi dari kombinasi feses,sapi perah, jerami padi, dan
LKLPK, mempelajari efek toksisitas krom terhadap produksi bayam cabut baik yang
dipupuk kompos curah maupun pelet.
Hipotesis
Hipotesis yang diajukan adalah sebagai berikut: biomassa jamur Fusarium sp
dan A. niger marnpu menyerap dan mereduksi Cr(VI) karena dinding selnya
tersusun oleh kitin dan kiiosan, kedua senyawa ini dikenal rnempunyai afinitas yang
tinggi terhadap
logam berat.
Pengornposan dan
biometanogenesis mampu
menuwnkan kandungan Cr(VI) dan mereduksi Cr(VI) menjadi Cr(ll1) karena kedua
proses tersebut melibatkan berbagai jenis mikrob termasuk bakteri, jamur dan
actinomycetes.
Aplikasi kompos yang mengandung LKLPK tidak meningkatkan
kandungan krom bayam cabut karena sebagian Cr(VI) telah terduksi menjadi Cr(l1l).
dan terdapat penghalang absorpsi Cr(lll) ke dalam tananlan yaitu Cr(lll) terikat pada
partikel lempung dan bahan organik.
Tanaman yang dipupuk kompos yang
mengandung krom rnampu tumbuh dan Wrproduksi, karena kompos sudah bebas
dari fitotoksin dan krom telah diiransfomasi menjadi bentuk tecpresipitasi dan
Iembam sehingga sukar diserap oleh tanaman.
Manfaat P e n e l i n
Hasil penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan di
pabrik penyarnakan
kuli untuk mengolah limbah cair ataupun padat secara biologi khususnya
menggunakan jasa bakteri dan jarnur benang, agar buangan akhimya tidak
membahayakan bagi lingkungan setta memberi manfaat yang sebesar-besamya
bagi pengambil kebijakan dalam menetapkan kriteria pelarangan pemakaian limbah
padat sebagai pernbenah tanah.