APLIKASI Nannochloropsis sp. SEBAGAI AGEN BIOREMEDIASI TIMBAL (Pb) PADA PERAIRAN

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 SO₄^2- 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 23^rd 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, 6^th Ed. 3^rd 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.