Bioremediasi dan Pemanfaatannya terhadap Pencemaran Lingkungan
pengantar
Pencemaran lingkungan merupakan masalah yang muncul secara simultan seiring dengan berkembangnya peradaban modern dengan cepat. Masalahnya semakin hari semakin buruk.
Ada juga peningkatan konsentrasi polutan dan racun yang tidak dapat terurai secara hayati. Ancaman pencemaran hidrokarbon akibat kegiatan penyulingan minyak bumi, pelepasan produk minyak bumi secara tidak sengaja, dan fenomena alam yang mengkhawatirkan.
Untuk mengurangi risiko bahaya pencemaran, strategi manajemen yang efektif telah dilakukan. Namun, strategi ini tidak ramah lingkungan, itu mahal, dan kurang efektif.
Di sisi lain, dengan memanfaatkan mikroorganisme yang berbeda untuk membersihkan kontaminan dari lingkungan dan air, bioremediasi dianggap sebagai salah satu yang paling menjanjikan, populer, efektif, dan strategi berkelanjutan di lapangan saat ini.
Dalam bioremediasi, mikroba tertentu memberi makan dan mencerna polutan kimia beracun. Ini terbukti menjadi salah satu alat yang paling sukses dan ramah lingkungan untuk membersihkan lokasi yang tidak dapat diakses oleh manusia.
Bagian integral dari bioremediasi adalah bioteknologi, yang menyediakan mekanisme alami untuk dekontaminasi lingkungan, tanah, dan air. Ketika kontaminan adalah limbah industri, mekanisme bioteknologi diterapkan pada bioremediasi. Para ilmuwan berupaya lebih keras untuk meningkatkan kemampuan mikroba untuk memetabolisme racun.
Logam berat alami di lingkungan
Istilah "Logam berat" diterapkan pada 53 dari 90 unsur alami. Dari ini, Ada empat unsur hara mikro esensial untuk pertumbuhan tanaman:Tembaga (Cu), Mangan (Mn), Besi (Fe), dan Seng (Zn).
Logam berat esensial (Ni, Pb, Fe, M N, Cu dan Zn) merupakan unsur hara mikro yang penting untuk aktivitas biokimia dan fisiologis penting pertumbuhan tanaman Pawan Kumar, 1995
Namun, jika konsentrasinya lebih tinggi dari yang dibutuhkan untuk pertumbuhan normal, mereka akan menjadi racun. Selain itu, logam seperti Merkuri (Hg), Kadmium (Cd), dan Timbal (Pb) beracun bahkan dalam konsentrasi yang sangat rendah.
Logam berat non esensial (Cd, HG, Pb, Cr dan as) tidak diketahui memiliki fungsi biologis atau fisiologis sehingga dianggap tidak signifikan bagi pertumbuhan dan perkembangan tanamanPawan Kumar, 1995
Toksisitas logam berat pada manusia dan hewan
Logam berat pada kedua kategori tersebut bersifat racun bagi tanaman, manusia, dan hewan dalam konsentrasi berlebih. Karena itu, konsentrasi yang lebih tinggi dari logam berat esensial dan non-esensial dalam sistem biologis dapat berdampak negatif pada pertumbuhan dan perkembangan serta menyebabkan efek kesehatan yang merugikan.
Logam-logam ini mungkin ada sebagai entitas individu atau dalam penggabungan dengan konstituen tanah yang berbeda yang dapat terdiri dari ion logam terlarut dalam larutan atau ion yang dapat ditukar yang diserap ke permukaan senyawa logam organik atau anorganik seperti fosfat dan karbonatMridul Ghosh, 2005
Ada efek berbeda yang terkait dengan toksisitas logam berat, seperti Selenium toksisitas (9 mg/hari), yang dapat mengakibatkan kuku berubah bentuk pada manusia dan penyakit alkali pada hewan.
Efek toksik dari Kadmium (200 mikro-gram/kg-1 berat segar) mengganggu fungsi normal Zinc dan Kalsium. Toksisitas kadmium adalah penyebab “ itai-itai “, penyakit gangguan multisistem, yang menyebabkan osteoporosis parah dan kerapuhan tulang.
NS " Minamata Penyakit (Jepang 1953-60) juga dapat disebabkan oleh air raksa toksisitas (>0,1 mikrogram/kg BB). Banyak orang meninggal karena ikan tercemar merkuri.
Kelainan jaringan diamati pada sistem saraf pusat, janin dan sel darah merah karena lebih rentan terhadap kontaminasi metil merkuri (27-102 ppm).
Dosis toksik dari arsenik (3mg/hari) dapat menyebabkan kanker kulit, hiperkeratosis, hiperpigmentasi, kaki hitam, dan kanker organ dalam.
Radikal bebas diproduksi oleh logam transisi redoks-aktif (misalnya, Fe2+ dan Cu2+). Pada dasarnya, mereka menggantikan logam penting lainnya dalam enzim dan pigmen.
Beberapa ion logam (Hg2+, Cu2+) dapat mengganggu struktur dan fungsi protein dengan bereaksi dengan gugus tiol.
Ada beberapa logam yang ada sebagai isotop radioaktif (238U, 137Cs, dll) yang menimbulkan risiko kesehatan.
Konsentrasi logam berat dalam tanah dan batas standar peraturannya ditunjukkan pada tabel di bawah ini:
Elemen
Konsentrasi (mg/kg)
Batas Peraturan Standar (mg/kg)
Arsenik
0,1-102
20
Kadmium
0,1-345
100
kromium
0,005-3950
100
Tembaga
0,03-1550
600
Memimpin
1-6900
600
Air raksa
0,001-1800
270
Seng
0,15-5000
1500
Garam dkk., 1998
Metode tradisional Ameliorasi logam berat
Sedangkan untuk remediasi logam berat, pendekatan yang paling umum dan konvensional adalah pengisian lahan, pengobatan termal, penggalian dan penguburan, pertukaran ion, tanah pertanian, ekstraksi kimia, cuci tanah, serta ekstraksi dan pengolahan air tanah.
Solusi tradisional tidak diinginkan karena melibatkan biaya tinggi, bersifat intrusif, tidak selalu dapat dilaksanakan, dapat merusak struktur tanah dan KTK, mengganggu kestabilan ekosistem, secara estetis tidak menarik, dan menghasilkan hasil yang biasa-biasa saja.
Fitoremediasi logam berat
Konsep pemanfaatan alam untuk membersihkan alam berlandaskan pada ramah lingkungan, hemat biaya, teknologi bertenaga surya yang menyenangkan secara estetika dan hemat biaya.
Apa itu fitoremediasi?
Sebuah metode untuk menghilangkan, merendahkan, atau mengandung pencemaran kimia dari tanah, sedimen, air tanah, permukaan air, dan bahkan udara menggunakan tanaman dan mikroorganisme yang terkait.
Dekontaminasi tanah dan air yang tercemar secara alami melalui –
Penggunaan tanaman hijau untuk menghilangkan polutan dari lingkungan atau membuat mereka tidak berbahaya Salt et al., 1998
apa yang digunakan dalam fitoremediasi?
Lebih-lebih lagi, mikroorganisme tanah dalam hubungannya dengan tanaman juga digunakan untuk remediasi kontaminan organik dan anorganik.
Fitoremediasi memiliki tujuan sebagai berikut:
Untuk mengurangi tingkat kontaminasi beberapa polutan di tanah dan air.
Untuk mengumpulkan kontaminan pada tanaman yang dipanen yang dapat dihilangkan dan untuk meningkatkan atau mempertahankan kondisi fisik lokasi.
Perbaikan kimia dan biologi tanah.
Jenis-jenis fitoremediasi
Dalam kasus polutan organik, fitoremediasi menggunakan mekanisme seperti fitostabilisasi, fitovolatilisasi, rhizodegradasi, dan rhizofiltrasi.
Untuk bahan pencemar anorganik, mekanisme fitoremediasi adalah fitovolatilisasi, fitostabilisasi, rhizofiltrasi, dan fitoakumulasi.
Berikut ini adalah beberapa jenis Fitoremediasi :
1 . fitostabilisasi
Akar tanaman memiliki potensi untuk menstabilkan, melumpuhkan, dan mengikat partikel beracun di dalam tanah, sehingga mengurangi bioavailabilitas mereka.
Spesies tumbuhan dapat melumpuhkan kontaminan di air tanah dan tanah dengan menyerap dan mengumpulkan polutan, atau mengendapkan residu logam di dalam zona akar.
Idealnya, proses ini digunakan untuk menghilangkan racun logam dari tanah, sedimen, dan lumpur.
2 . Ekstraksi fito
Melalui proses fitoekstraksi, spesies tanaman tertentu mampu mengakumulasi polutan logam konsentrasi tinggi, bersama dengan kelebihan nutrisi pada pucuk dan akar yang dipanen, dari substrat atau tanah yang terkontaminasi.
Proses ini optimal untuk logam, non-logam, radionuklida, metaloid, pencemar organik dalam tanah, sedimen, dan media lumpur Raman Hinchman, 1995
3 . Fitovolatilisasi
Kemampuan tanaman untuk menyerap dan selanjutnya menguapkan partikel pencemar ke atmosfer. Partikel logam dalam tanah, air tanah, sedimen, dan lumpur dapat dihilangkan dengan menggunakan proses ini.
4 . fitotransformasi
Ini melibatkan penyerapan metabolik polutan bersama dengan nutrisi oleh tanaman dan penguraian kontaminan berikutnya baik secara internal oleh metabolisme tanaman atau secara eksternal oleh efek yang disebabkan oleh tanaman Raman Hinchman, 1995
Di tanah, air tanah, sedimen dan lumpur, proses ini dapat dimanfaatkan untuk mereduksi molekul organik kompleks, dengan memecahnya menjadi molekul kontaminan yang lebih sederhana.
5 . Rhizofilteration
Rhizofiltrasi adalah proses pengambilan zat beracun, dengan kelebihan nutrisi, dari media tumbuh atau tempat yang terkontaminasi oleh akar tanaman.
Partikel polusi baik disimpan pada akar tanaman atau diserap ke dalam zona akar dengan pengendapan atau adsorpsi.
Proses ini ideal untuk menghilangkan kelebihan nutrisi, logam, dan polutan radionuklida dari air permukaan, air tanah, dan air limbah.
6. Rhizodegradasi :
Rhizodegradasi adalah proses di mana partikel pencemar tanah dipecah melalui aksi mikroba serta penyerapan tambahan polutan oleh akar tanaman.
Ini memanfaatkan mikroorganisme untuk mengkonsumsi dan memetabolisme zat organik dan menyediakan nutrisi dan energi.
Zat-zat alami yang dikeluarkan oleh akar tanaman seperti asam, gula dan alkohol mengandung bagian karbon organik yang berfungsi sebagai sumber energi bagi mikroorganisme tanah yang menetap dan menciptakan massa akar yang tebal yang membutuhkan banyak air Irena Shtangeeva, 2004
Mekanisme Fitoremediasi
Memanfaatkan tanaman untuk remediasi situs yang terkontaminasi melibatkan beberapa mekanisme.
Sistem akar memainkan peran kunci dalam mencegah toksisitas yang disebabkan oleh kontaminan. Polutan diserap oleh tanaman melalui sistem akar.
Untuk memungkinkan penyerapan dan akumulasi air dan nutrisi, luas permukaan yang cukup disediakan oleh rizosfer.
Demikian pula, peneliti sedang memeriksa apakah pohon dapat digunakan untuk secara efektif menghilangkan polutan dari lapisan tanah yang lebih dalam yang lebih mudah ditembus oleh akar pohon yang lebih dalam dibandingkan dengan tanaman kecil.
Dengan melepaskan senyawa anorganik dan organik (eksudat) ke dalam rizosfer, akar tanaman juga memodifikasi antarmuka tanah-akar.
Akibat eksudat akar, mikroorganisme berkembang biak, partikel tanah menjadi lebih stabil, dan kontaminan menjadi lebih mudah tersedia secara hayati.
Eksudat tanaman mempengaruhi mobilitas dan bioavailabilitas polutan di rizosfer dengan memodifikasi karakteristik tanah, mengubah komposisi kimia, melepaskan senyawa organik dan meningkatkan aktivitas mikroba yang dibantu tanaman.
Selanjutnya dalam artikel, keuntungan dan kerugian dari fitoremediasi dibahas.
Keuntungan Fitoremediasi
Penggunaan tanaman memberikan banyak keuntungan dibandingkan metode remediasi konvensional
Di tanah dan air, teknologi ini efektif, efisien, dan cara yang ramah lingkungan untuk menurunkan, yg berkurang, atau detoksifikasi kontaminan.
Karena biaya perawatan dan panen yang rendah, itu adalah metode yang murah.
Ini adalah teknologi karbon-netral karena tidak menghasilkan emisi karbon dioksida tambahan di luar rentang awalnya dimasukkan pada pembakaran biomassa tanaman
Penerimaan sosial tinggi dan secara estetika menyenangkan.
Selain mengatasi masalah menghilangkan racun dari lingkungan, teknik ini juga dapat digunakan untuk memulihkan logam penting secara komersial dari tanah.
Biomassa tanaman juga dapat digunakan untuk menghasilkan energi, menjadikannya sebagai teknologi yang menguntungkan.
Teknik seperti ini dapat digunakan untuk memulihkan logam, pelarut, pestisida, minyak mentah, hidrokarbon poli aromatik, TPA lindi, dan bahan peledak.
Kekurangan Fitoremediasi
Karena tingkat polusi toksisitas yang tinggi diinduksi dalam sel tumbuhan, menghambat pertumbuhan tanaman, teknik ini paling baik digunakan di lokasi dengan tingkat kontaminasi rendah atau sedang.
Prosesnya sangat memakan waktu.
Spesies tanaman hiperakumulator memiliki kemampuan yang terbatas untuk mengambil kontaminan dari tanah karena biomassanya yang rendah dan laju pertumbuhan yang lambat.
Proses yang salah urus dapat mengatur panggung untuk masuknya senyawa beracun ke dalam rantai makanan.
Ion logam yang terikat erat memiliki bioavailabilitas yang terbatas, membatasi penghapusan mereka.
