APLIKASI
Nannochloropsis sp. SEBAGAI AGEN
BIOREMEDIASI TIMBAL (Pb) PADA PERAIRAN
PENCEMARAN
TIMBAL PADA PERAIRAN
Pencemaran logam berat
di lingkungan merupakan masalah serius karena kelarutan dan mobilitasnya
menimbulkan toksisitas dan ancaman bagi kehidupan makhluk hidup, termasuk manusia.
Oleh karena itu, penemuan kembali logam-logam berat dari limbah industri
menjadi penting bagi masyarakat sebagai upaya daur ulang dan konservasi
logam-logam esensial (Hashim et al.,
2004). Remediasi logam melalui pendekatan teknik fisiko-kimia masih mahal dan
tidak ramah lingkungan, selanjutnya mulai diupayakan remediasi secara biologi
dengan mikroalga. Menurut Harris dan Ramelow (1990), kemampuan alga dalam
menyerap ion-ion logam sangat dibatasi oleh beberapa kelemahan seperti
ukurannya yang sangat kecil, berat jenisnya yang rendah dan mudah rusak karena
degradasi oleh mikroorganisme lain. Untuk mengatasi kelemahan tersebut,
berbagai upaya dilakukan diantaranya dengan mengimmobilisasi biomassanya
(Lewis, 1994).
Logam-logam dalam lingkungan perairan umumnya berada dalam bentuk ion, ada yang merupakan ion-ion bebas, pasangan ion organik, dan
ion-ion kompleks (Ahalya et al.,
2003). Dalam badan air, ion-ion logam juga bereaksi membentuk kompleks organik
dan kompleks anorganik. Ion-ion logam seperti Pb2+, Zn2+, Cd2+, dan Hg2+, mempunyai kemampuan untuk membentuk
senyawa kompleks sendiri. Ion
logam tersebut dengan mudah akan membentuk kompleks
dengan ion Cl- dan/atau SO42- pada konsentrasi
yang sama dengan konsentrasi dalam air laut (Palar, 2004).
Berbagai jenis kegiatan industri beserta produknya
telah dikembangkan dalam dua dekade terakhir. Hal ini berdampak pada terbentuknya limbah yang bervariasi sesuai dengan jenis industri
dan bahan baku yang digunakan. Logam Pb merupakan contoh
jenis bahan pencemar yang ditemukan di laut. Selain dapat menurunkan kualitas dan produktivitas
perairan laut juga dapat menimbulkan
keracunan, karena Pb termasuk logam berbahaya yang dapat terakumulasi pada
organisme dan jika dikonsumsi oleh manusia dapat menimbulkan penyakit (Siahainenia, 2001).
Akibat pencemaran logam berat, fungsi strategis perairan menjadi tidak
maksimal. Penurunan kualitas lingkungan laut akibat kontaminasi bahan-bahan pencemar akan
berdampak pada penurunan produktivitas dan higienitas komoditas perikanan yang
dihasilkan (Rahmansyah, 1997). Pb
merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi dan
tersebar di alam dalam jumlah kecil melalui proses alami. Melalui
proses-proses geologi, Pb terkonsentrasi dalam deposit bijih logam dalam bentuk
galena, PbS; anglesit, PbSO4; dan Pb3O4
(Darmono, 1995).
N.
salina merupakan salah satu spesies mikroalga dengan waktu
regenerasi relatif cepat. Interaksinya dengan bahan pencemar di laut dapat
menyebabkan perubahan perilaku kehidupan, seperti perubahan populasi,
kecepatan pertumbuhan, aspek
biokimia, dan morfologi. Mikroalga Nannochloropsis sp. memiliki kemampuan sebagai bioremediator timbal
dengan konsentrasi berbeda, hal ini ditunjukkan dengan berkurangnya kandungan
logam berat dalam air dan meningkatnya kandungan logam berat dalam Nannochloropsis sp. (Wardhany, 2011).
Pada pencemaran akut di perairan, sebagian besar bahan pencemar dalam bentuk
larutan sehingga adsorpsi dan akumulasi langsung oleh biota akan menggambarkan
keadaan yang terjadi. Oleh karena itu, mikroalga dapat dijadikan bioindikator.
ADSORPSI
Adsorpsi secara umum adalah proses terakumulasinya zat-zat terlarut yang
terdapat dalam larutan antara dua permukaan, dapat
terjadi antara cairan dan
gas; cairan dan zat padat; atau cairan dan cairan lain.
Walaupun proses tersebut dapat terjadi pada seluruh permukaan benda,
namun yang sering terjadi adalah penggunaan bahan padat yang mengadsorpsi partikel yang berada dalam
air. Bahan yang akan diadsorpsi disebut
sebagai adsorbat atau terlarut sedangkan bahan pengadsorpsi dikenal sebagai adsorben (Sugiharto, 1987).
Proses adsorpsi dibedakan atas dua bagian yaitu: adsorpsi fisika (fisisorpsi)
dan adsorpsi kimia (kemisorpsi). Adsorpsi fisika atau adsorpsi Van der Waals merupakan suatu fenomena yang terjadi secara
reversibel sebagai akibat dari gaya tarik menarik antar molekul padatan dengan
substansi yang teradsorpsi. Sebagai contoh, apabila gaya tarik menarik antar
molekul suatu padatan dengan suatu gas lebih besar dibanding gaya tarik menarik
antar molekul-molekul itu sendiri, maka gas akan terkondensasi pada permukaan
padatan (Setiaji, 2000). Adsorpsi fisika terjadi hampir pada semua permukaan dan dipengaruhi
oleh suhu dan tekanan (Sartamtomo, 1998).
Adsorpsi kimia, dalam bentuk reaksi kimia membutuhkan energi aktivasi,
nilai panas adsorpsi kira-kira 10 sampai 100 kkal.mol-1. Adsorbat yang terikat oleh proses kemisorpsi umumnya sangat sulit diregenerasi (Sartamtomo, 1998).
Selain fisisorpsi dan kemisorpsi, dikenal pula istilah
biosorpsi. Biosorpsi dapat didefinisikan sebagai pemindahan senyawa, patikulat, spesies logam atau metaloid dari larutan oleh makhluk
hidup atau produk metabolitnya (Boddu and Smith, 2003).
KULTIVASI
Berbagai metode
kultivasi mikroalga telah dilakukan, kultivasi dalam ruangan umumnya dilakukan
dengan fotobioreaktor, yang memberi
kemudahan terutama dalam melakukan pengontrolan terhadap intensitas cahaya,
suhu, tingkat nutrisi, kontaminasi, dan mikroalga yang menjadi kompeti
tor. Sistem kultivasi
mikroalga yang dilakukan di luar ruangan, relatif lebih murah namun banyak
kelemahannya. Masalah yang dapat timbul antara lain pertumbuhan kultur
mikroalga yang spesifik sulit dijaga pada periode waktu yang lama, karena
sistem kultivasi yang rentan kontaminasi dan tidak steril (Sukenik, 1999).
Kultivasi di luar ruangan, misalnya pada kolam
terbuka dan tangki, lebih cepat terkontaminasi daripada mikroalga yang
dikultivasi pada wadah tertutup seperti tabung, labu, jerigen, dan kantung
plastik. Untuk memperoleh kultur yang spesifik, kultivasi dilakukan dengan
menggunakan kultur mikroalga yang bebas dari mikroorganisme asing seperti
bakteri. Akan tetapi metode kultivasi ini cukup sulit dan relatif mahal, karena
membutuhkan sterilisasi yang tepat untuk peralatan gelas, media kultur, dan wadah
yang digunakan (Hoff and Snell, 2008). Setelah dilakukan kultivasi dalam laboratorium
kemudian diinokulasikan pada perairan yang tercemar logam berat. Selanjutnya
diambil sampel analisis kandungan logam yang terjerap oleh Nannochloropsis sp.
INTERAKSI LOGAM BERAT DENGAN
MIKROALGA
Biosorpsi terjadi ketika ion logam
berat mengikat dinding sel dengan dua cara yang berbeda, pertama pertukaran ion
di mana ion monovalent dan divalent seperti Na, Mg, dan Ca pada dinding sel
digantikan oleh ion-ion logam berat, dan kedua adalah pembentukan kompleks
antara ion-ion logam berat dengan gugus-gugus fungsi seperti karbonil, amino,
hidroksi, fosfat, dan karboksil, yang terdapat pada dinding sel. Adsorpsi logam
oleh sel mikroalga berlangsung sangat cepat, terjadi hingga suatu tingkatan
yang tinggi dan berlangsung selektif (Harris and Ramelow, 1990). Logam akan
terakumulasi pada tumbuhan setelah membentuk kompleks dengan unsur atau senyawa
lain, salah satunya fitokhelatin yang tersusun dari beberapa asam amino seperti
sistein dan glisin. Fitokhelatin berfungsi sebagai pembentuk kompleks dengan
logam berat dalam tumbuhan sekaligus berfungsi sebagai bahan detoksifikasi
tumbuhan terhadap logam berat. Jika tumbuhan tidak mampu mensintesis
fitokhelatin, pertumbuhan akan terhambat dan dapat berujung pada kematian.
Kadar tertinggi fitokhelatin ditemukan pada tumbuhan yang toleran terhadap
logam berat.
Fitokhelatin
disintesis dari suatu turunan tripeptida (glutation) yang tersusun dari glutamat, sistein, dan glisin. Glutation terdapat hampir
pada seluruh sel. Jika dalam lingkungannya termediasi oleh ion-ion logam, maka glutation akan membentuk fitokhelatin
sebagai peptida pengkhelat
logam, yang akan mengikat ion logam membentuk fitokhelatin-M yang
selanjutnya akan diteruskan ke vakuola. Selain dengan Cd, fitokhelatin juga dapat berikatan dengan Pb, Ag, Hg, Cu, Zn, As, Ni, dan Co (Mehra
et al., 1996; Ahner et al.,
1994).
DAFTAR
PUSTAKA
Ahalya, A., Ramachandra,
T. V., and Kanamadi, R. D. 2003. Biosorption of Heavy Metals. Res. J. Chem. Environ. 7(4): 71-79
Boddu, V. M., and Smith E. D. 2003. A Composit Chitosan
Biosorbent for Adsorption of Heavy Metals from Wastewater. Precented at the 23rd Army Science
Conference. Orlando, FL.
Darmono, 1995. Logam dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup.
UI-Press. Jakarta.
Harris, P. O., dan
Ramelow, G. J. 1990. Binding of Metal
Ions by Particulate Biomass Derived from Chlorella vulgaris and Scenedesmus
quadricanda. Env. Sci. Tech.
24: 220-228.
Hashim, M. A and Chu K. H.
2004. Biosorption of Cadmium by Brown, Green, and Red Seaweeds. Chem. Eng.
J. 97: 249-255
Hoff, F. H and Snell T. W.
2008. Plankton Culture Manual, 6th Ed. 3rd Prn., Florida
Aqua Farms, Inc., Florida, 11, 17, 24-29.
Palar, H. 1994. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat.
PT Rineka Cipta. Jakarta.
Rahmansyah. 1997. Akumulasi
Logam Berat (Pb) dalam Tubuh Udang Windu (Penaeus monodon) pada Kondisi
Salinitas dan Individu yang Berbeda. Laporan
Hasil Penelitian Perikanan Pantai. Balai Perikanan Pantai. Maros.
Sartamtomo. I. F. 1998. Desain dan Rekayasa Prototype Alat Pengolahan
Lanjut Air Limbah Industri dengan Teknologi Absorpsi Karbon Aktif. Balai Penelitian dan Pengembangan Industri.
Semarang.
Setiaji. B. 2000.
Pengolahan Industri Tahu Menggunakan Zeolit Aktif Pada Prototipe Instalasi
Pengolahan Air Limbah. Jurnal Kimia Lingkungan. 2 (1).
Siahanenia, L. 2001. Pencemaran
Laut, Dampak dan Penanggulangannya. Program Pascasarjana IPB. Bogor http://www.hayati-ipb.com/users/rudyct/indiv2001/lauras.htm, online akses 09/10/04.
Sugiharto. 1987. Dasar-Dasar Pengolahan Air Limbah.
Universitas Indonesia Press. Jakarta.
Sukenik, A. 1999. Production
of Eicosapentaenoic Acid by The Marine Eustigmatophyte Nannochloropsis, in Chemicals from Microalgae. Cohen, Z., ed., pp.- 41-56. Taylor &
Francis, London.
Wardhany, S. Y. 2011. Analisa Kemampuan Mikroalga Nannochloropsis
sp. sebagai Bioremediator Timbal (Pb) dengan Konsentrasi Berbeda.Skripsi. Brawijaya Repository.
