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
Larutan ber-chlor
anaerob
Sumber potensial
Trichloroethylene
+
Drycleaner (bahan pembersih)
Polychlorinated Biphenyls
Perchloroethylene
4-Chlorobiphenyl
4,4-Dichlorobiphenyl
+
Chlorinated phenol
Pentachlorophenol
+
Tempat kayu balok
Landfills
“BTEX”
Benzene
+
Tempat produksi minyak dan penyimpanan
Polyaromatic hydrocarbons (PAHs)
aerob
+
Toluene
Disekitar tempat pebuatan gas
Ethylbenzene
Xylene
Airport
Pabrik cat
Fasilitas pelabuhan
Jalur kereta api
Pabrik kimia
Naphthalene
+
Tempat produksi minyak dan penyimpanan
Antracene
Fluorene
Pyrene
Benzo(a)pyrene
Pesticida
Pabrik kimia
Pabrik bahan listrik
Pusat tenaga
Jalur kereta api
Atrazine
Carbaryl
Carbofuran Coumphos
Diazinon Glycophosphate
Parathion
Propham
2,4-D
Pusat Gas
Coke plants
Engine works
Landfills,
produksi
penyimpanannya, Boiler
pembuangan, pusat tenaga
+
+
Tar
abu
dan
tempat
Pertanian
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 (nonsoluble), 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
Tabel 3. Komposisi dari sel mikroba
Sumber Stainer et al,. (1986)
Elemen
Kandungan (%)
Elemen
Kandungan (%)
Karbon (C)
50
Natrium (Na)
1
Nitrogen (N)
14
Kalsium (Ca)
0,5
Oksigen (O)
20
Magnesium (Mg)
0,5
Hidrogen (H)
8
Klor (Cl)
0,5
Fosfat (P)
3
Besi (Fe)
0,2
Sulfur (S)
1
dan lain-lain
0,3
Kalium (K)
1
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
Daya dukung air 25-28%
30-90%
5,5 – 8,8
6,5 – 8,0
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
Kelembaban tanah
pH tanah
Kandungan oksigen
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
















Keuntungan
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
Bahan dari: “biologi dan ekologi tanah”
Asmarlaili sahar hanafiah
t.Sabrina
Hardy guchi
2009