PENANGGULANGAN LIMBAH LOGAM BERATDisusun untuk memenuhi tugas terstruktur kelompok mata kuliah kimia unsur yang diasuh
oleh Darjito, S.Si, M.Si
Disusun Oleh:
Kelompok II
M. Fathoni Aziz (115090200111029)
Rendy M. Iqbal (115090200111031)
Vivi Tanaya (115090200111041)
Achmad Syaifudin (115090213111003)
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MALANG
2013
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini, kemajuan industri begitu pesat. Peningkatan jumlah industri akan selalu
diikuti oleh pertambahan jumlah limbah, baik berupa limbah padat, cair maupun gas.
Masalah utama yang ditimbulkan dari perkembangan industri saat ini adalah masalah
pencemaran lingkungan oleh limbah industri. Salah satu limbah industri yang berbahaya
adalah logam berat (Lestari dan Edward, 2004). Logam berat banyak digunakan pada
berbagai industri seperti industri kimia, semen, peleburan logam, pertambangan, baterai, cat,
dan industri lainnya.
Logam berat menjadi berbahaya karena tidak dapat didegradasi oleh tubuh, memiliki
sifat toksisitas (racun) pada makhluk hidup walaupun pada konsentrasi yang rendah dan dapat
terakumulasi dalam jangka waktu tertentu (Buhani, 2004). Sebenarnya logam berat
digolongkan menjadi dua jenis yaitu logam berat esensial dan non esensial. Logam berat
esensial adalah logam yang keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan oleh
organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek racun.
Contoh logam berat ini adalah Z, Cu, Fe, Co, Mn, dan lain sebagainya. Sedangkan logam
berat non esensial adalah logam yang keberadaannya dalam tubuh belum diketahui atau
bahkan dapat bersifat racun, seperti Hg, Cd, Pb, Cr, dan lain-lain. Logam berat ini dapat
menimbulkan efek kesehatan bagi manusia tergantung pada bagian mana logam berat
tersebut terikat dalam tubuh. Daya racun yang dimilki akan bekerja sebagai penghalang kerja
enzim, sehingga proses metabolisme tubuh akan terputus. Lebih jauh lagi, logam berat ini
akan bertindak sebagai penyebab alergi, mutagen atau kersinogen bagi manusia (Putra, 2006).
Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu upaya dalam pengendalian dan
penanggulangan limbah logam berat agar dapat mencegah terjadinya kerusakan pada
ekosistem kehidupan.
1.2 Permasalahan
1. Bagaimana cara mengurangi kandungan logam berat agar tidak membahayakan
lingkungan?
2. Mengapa metode bioremoval dan bioabsorpsi paling efektif untuk penanggulangan
logam berat?
3. Di dalam limbah cair tidak jarang ditemukan logam-logam berat seperti Hg, Pb, Cr,
Cu, Cd, Ag, salah satunya dalam bentuk kation sehingga sangat perlu untuk
dihilangkan. Bagaimanakah salah satu cara untuk menghilangkan logam berat
tersebut?
4. Bagaimanakah pengaruh pencemaran logam berat merkuri dan cadmium ke dalam
tubuh? Dan bagaimanakah pencegahan bahaya logam tersebut bagi kesehatan?
5. Bagaimana cara pencegahan akumulasi logam berat pada tubuh manusia?
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Logam Berat
Logam berat ialah unsur logam dengan berat molekul tinggi. Dalam kadar rendah
logam berat pada umumnya sudah beracun bagi tumbuhan dan hewan, termasuk manusia.
Termasuk logam berat yang sering mencemari habitat ialah Hg, Cr, Cd, As dan Pb
(Am.geol, Inst, 1976).
Logam berat sebenarnya masih termasuk golongan logam dengan kriteria yang
sama dengan logam lain. Perbedaannya terletak dalam pengaruh yang dihasilkan apabila
logam berat ini berikatan dan atau masuk ke dalam tubuh organisme hidup. Sebagai
contoh, apabila unsur logam besi (Fe) masuk ke dalam tubuh, meskipun dalam jumlah
agak berlebihan, biasanya tidak menimbulkan pengaruh yang buruk terhadap tubuh. Hal
ini karena unsur besi dibutuhkan dalam darah untuk mengikat oksigen, sedang unsur
logam berat lain misalnya tembaga (Cu), apabila masuk ke dalam tubuh dalam jumlah
yang berlebihan akan menimbulkan pengaruh buruk terhadap fungsi fisiologi tubuh. Jika
yang masuk ke dalam tubuh organisme hidup secara berlebihan adalah unsur logam berat
beracun seperti merkuri (Hg) atau timah hitam (Pb), maka dapat dipastikan bahwa
organisme tersebut akan langsung menderita keracunan (Hariono, 1998)
2.2 Kharakteristik Logam Berat
Kelompok logam berat memiliki ciri sebagai berikut (Hariono, 1998):
1. Memiliki spesifikasi graviti yang sangat besar ( lebih dari 4)
2. Mempunyai nomor atom 22-34 dan 40-50 serta unsur lantanida dan aktinida
3. Mempunyai respon biokimia spesifik pada organisme hidup.
4. Dalam kondisi suhu kamar, logam berat tidak selalu berbentuk padat tetapi ada yang
berbentuk cair. Logam cair, contohnya adalah merkuri (Hg), serium (Ce), dan gallium
(Ga).
5. Memiliki kemampuan sebagai penghantar panas yang baik memiliki kerapatan yang
tinggi
6. Dapat membentuk alloy dengan logam lain
7. Untuk logam yang padat dapat ditempa dan dibentuk.
8. Setiap unsur logam baik yang padat maupun cair akan memberika ion positif (+)
apabila senyawanya dilarutkan dalam air. Oksida dari senyawa tersebut akan
membentuk hidroksida bila direaksikan dengan air.
9. Kelarutan unsur-unsur logam dan logam berat dalam air dikontrol oleh pH air, jenis
komponen mineral teroksidasi, dan sistem yang berlingkungan redoks (reaksi oksidasi
dan reduksi).
10. Pada lapisan atmosfer, biasanya logam ditemukan dalam bentuk partikulat, yang
unsur-unsur logamnya ikut beterbangan dengan debu-debu yang ada di atmosfer
Berdasarkan sifat kimia dan fisikanya, tingkat atau daya racun logam berat terhadap
hewan air dapat diurutkan (dari tinggi ke rendah) sebagai berikut merkuri (Hg), kadmium
(Cd), seng (Zn), timah hitam (Pb), krom (Cr), nikel (Ni), dan kobalt (Co). Daftar urutan
toksisitas logam paling tinggi ke paling rendah terhadap manusia yang mengkomsumsi
ikan adalah sebagai berikut Hg2+ > Cd2+ >Ag2+ > Ni2+ > Pb2+ > As2+ > Cr2+ > Sn2+ > Zn2+.
Toksisitas logam berat dapat dikelompokan ke dalam 3 kelompok, yaitu (Darmono,
1995):
a. Bersifat toksik tinggi yang terdiri dari atas unsur-unsur Hg, Cd, Pb, Cu, dan Zn
b. Bersifat toksik sedang terdiri dari unsur-unsur Cr, Ni, dan Co
c. Bersifat tosik rendah terdiri atas unsur Mn dan Fe
2.3 Jenis-jenis Logam Berat
Logam berat digolongkan menjadi dua jenis yaitu (Khasanah, 2009):
1. Logam berat essensial
Merupakan logam yang keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan
oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek
racun. Contoh logam berat ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn, dan lain sebagainya.
2. Logam berat non essensial
Merupakan logam yang keberadaannya dalam tubuh belum diketahui manfaatnya
atau bahkan dapat bersifat racun, seperti H, Cd, Pb, Cr, dan lain-lain. Logam berat ini
dapat menimbulkan efek kesehatan bagi manusia tergantung pada bagian mana logam
berat tersebut terikat dalam tubuh. Daya racun yang dimiliki akan berkerja sebagai
penghalang kerja enzim, sehingga proses metabolisme tubuh terputus. Lebih jauh lagi,
logam berat ini akan bertindak sebagai penyebab alergi, mutagen atau karsinogen bagi
manusia.
2.4 Unsur-unsur yang termasuk logam berat
Logam berat disuatu lahan secara umum bisa berasal dari proses alam atau akibat
kegiatan manusia. Proses alam seperti perubahan siklus alamiah mengakibatkan batuan-
batuan dan gunung berapi memberikan kontribusi yang sangat besar kelingkungan.
Namun apabila proses alam tersebut tidak mengalami perubahan siklus, jarang yang
sampai pada tingkat toksik. Sedangkan kegiatan-kegiatan manusia yang dapat
menyebabkan masuknya logam berat ke lingkungan antara lain adalah pertambangan
(minyak, emas, batu bara, dll), pembangkit tenaga listrik, peleburan logam, pabrik-pabrik
pupuk, kegiatan-kegiatan industri lainnya, dan pengguanaan produk sintetik (misalnya
pestisida, cat, battery, limbah industri, dll). Kontaminasi ini akan terus meningkat sejalan
dengan meningkatnya usaha eksplotasi berbagai sumber alam dimana logam berat
terkandung dialamnya. Unsur pencemar utama dari logam berat dan sumbernya dialam
dapat dijelaskan sebagai berikut (Anonim, 2008) :
a. Antimony (Sb)
Antimony dapat dijumpai secara alamiah di lingkungan dalam jumlah yang
kecil, tetapi dengan adanya kegiatan industri elemen ini dapat dijumpai dalam
jumlah cukup besar. Kuantitasnya di lingkungan adalah sebagai berikut; sebagai
endapan rata-rata sebesar 0.03-0.31 ppb, endapan lumpur sebesar 1.3-12.7 ppm,
pada air sungai levelnya berkisar 0.09-0.86 ppb, tanah sebesar 4.3-7.9 ppm,
rambut manusia berkisar 0.03-1.63 ppm, ambient partikel (didaerah industri
Jepang) berkisar 58-1170 ppm. Sifat racun antimony setara dengan arsenik dan
bismut. Seperti halnya arsenik, antimony bervalensi tiga lebih beracun
dibandingkan dengan antimony bervalensi lima.
b. Arsenik (As)
Arsenik diakui sebagai komponen essensial bagi sebagian hewan dan tumbuh-
tumbuhan, namun demikian arsenik lebih populer dikenal sebagai raja racun
dibandingkan kapasitasnya sebagai komponen essensial. Pada permukaan bumi,
arsenik berada pada urutan ke-20 sebagai element yang berbahaya, ke-14 di
lautan, dan unsur ke-12 berbahaya bagi manusia. Senyawa ini labil dalam bentuk
oksida dan tingkat racunnya sama seperti yang dimiliki oleh beberapa elemen
lainnya, sangat tergantung pada bentuk struktur kimianya. Disamping itu
masuknya arsenik ke lingkungan berasal dari sumber-sumber lainnya yang
meliputi; pertambangan minyak, emas dan batubara, pembangkit tenaga listrik,
pestisida,keramik, peleburan logam dan pabrik-pabrik pupuk. Kontaminasi ini
terus akan berkembang sejalan dengan meningkatnya usaha pengeksplorasian
berbagai sumber alam di mana arsenik terdapat di dalamnya. Oleh karenanya
beberapa negara, seperti Jepang dan Jerman pada tahun 1993 telah mengubah
batas maksimum yang diizinkan untuk kandungan arsenic di perairan dari 0,05
menjadi 0.01 ppm, sedangkan bagi Indonesia dan negara Asia lainnya angka
tersebut masih 0.05 ppm.
c. Kadmium (Cd)
Kadmium merupakan salah satu jenis logam berat yang berbahaya karena
elemen ini beresiko tinggi terhadap pembuluh darah. Kadmium berpengaruh
terhadap manusia dalam jangka waktu panjang dan dapat terakumulasi pada tubuh
khususnya hati dan ginjal. Secara prinsipil pada konsentrasi rendah berefek
terhadap gangguan pada paru-paru, emphysema dan renal turbular disease yang
kronis. Jumlah normal kadmium di tanah berada di bawah 1 ppm, tetapi angka
tertinggi (1700 ppm) dijumpai pada permukaan sample tanah yang diambil di
dekat pertambangan biji seng (Zn). Kadmium lebih mudah diakumulasi oleh
tanaman dibandingkan dengan ion logam berat lainnya seperti timbal. Logam
berat ini bergabung bersama timbal dan merkuri sebagai the big three heavy metal
yang memiliki tingkat bahaya tertinggi pada kesehatan manusia. Menurut badan
dunia FAO/WHO, konsumsi per minggu yang ditoleransikan bagi manusia adalah
400-500 μg per orang atau 7 μg per kg berat badan.
d. Kromium (Cr)
Kromium merupakan elemen berbahaya di permukaan bumi dan dijumpai
dalam kondisi oksida antara Cr(II) sampai Cr(VI), tetapi hanya kromium
bervalensi tiga dan enam memiliki kesamaan sifat biologinya. Kromium
bervalensi tiga umumnya merupakan bentuk yang umum dijumpai di alam dan
dalam material biologis kromium selalu berbentuk tiga valensi, karena kromium
enam valensi merupakan salah satu material organik pengoksida tinggi. Kromium
tiga valensi memiliki sifat racun yang rendah dibanding dengan enam valensi.
Pada bahan makanan dan tumbuhan mobilitas kromium relatif rendah dan
diperkirakan konsumsi harian komponen ini pada manusia di bawah 100 μg,
kebanyakan berasal dari makanan, sedangkan konsumsinya dari air dan udara
dalam level yang rendah.
e. Kobal (Co)
Logam berat ini memiki tingkat racun yang tinggi terhadap tumbuhan.
Kebanyakan tumbuhan memerlukan cairan elemen ini dalam konsentrasi tidak
lebih dari 1 ppm. Biasanya kobal yang terkandung di tanah diperkirakan sebesar
10 ppm, sebagai komponen esensial. Dosis kematian (LD50) bagi tikus sebesar
1.3×10-3 mol/kg.
f. Tembaga (Cu)
Tembaga bersifat racun terhadap semua tumbuhan pada konsentrasi larutan di
atas 0.1 ppm. Konsentrasi yang aman bagi air minum manusia tidak lebih dari 1
ppm. Bersifat racun bagi domba pada konsentrasi di atas 20 ppm. Konsentrasi
normal komponen ini di tanah berkisar 20 ppm dengan tingkat mobilitas sangat
lambat karena ikatan yang sangat kuat dengan material organik dan mineral tanah
liat. Kehadiran tembaga pada limbah industri biasanya dalam bentuk ion bivalen
Cu(II) sebagai hydrolytic product. Beberapa industri seperti pewarnaan, kertas,
minyak, industri pelapisan melepaskan sejumlah tembaga yang tidak diharapkan.
Tembaga dalam konsentrasi tinggi (22-750 mg/kg tanah kering) dijumpai pada
sedimen di laut Hongkong dan jumlah yang sama juga ditemui pada sejumlah
pelabuhan-pelabuhan di Inggris.
g. Timbal (Pb)
Timbal merupakan logam berat yang sangat beracun, dapat dideteksi secara
praktis pada seluruh benda mati di lingkungan dan seluruh sistem biologis.
Sumber utama timbal adalah bersal dari komponen gugus alkyl timbal yang
digunakan sebagai bahan additive bensin. Sumber utama timbal adalah makanan
dan minuman. Komponen ini beracun terhadap seluruh aspek kehidupan. Timbal
menunjukkan beracun pada sistem saraf, hemetologic, hemetotoxic dan
mempengaruhi kerja ginjal. Konsumsi mingguan elemen ini yang
direkomendasikan oleh WHO toleransinya bagi orang dewasa adalah 50 μg/kg
berat badan dan untuk bayi atau anak-anak 25 μg/kg berat badan. Mobilitas timbal
di tanah dan tumbuhan cendrung lambat dengan kadar normalnya pada tumbuhan
berkisar 0.5-3 ppm.
h. Merkuri (Hg)
Keracunan merkuri pertama sekali dilaporkan terjadi di Minamata, Japan pada
tahun 1953. Kontaminasi serius juga pernah diukur di sungai Surabaya, Indonesia
tahun 1996. Sebagai hasil dari kuatnya interaksi antara merkuri dan komponen
tanah lainnya, penggantian bentuk merkuri dari satu bentuk ke bentuk lainnya
selain gas biasanya sangat lambat. Proses methylisasi merkuri biasanya terjadi di
alam di bawah kondisi terbatas, membentuk satu dari sekian banyak elemen
berbahaya, karena dalam bentuk ini merkuri sangat mudah terakumulasi pada
rantai makanan. Karena berbahaya, penggunaan fungisida alkylmerkuri dalam
pembenihan tidak diizinkan di banyak negara.
i. Nikel (Ni)
Elemen ini cenderung lebih beracun pada tumbuhan. Selama masih mudah di
ambil oleh tanaman dari tanah, pembuangan limbah yang mengandung nikel
masih sangat perlu perhatian kita. Total nikel yang terkandung dalam tanah
berkisar 5-500 ppm. Konsentrasi pada air tanah biasanya berkisar 0.005-0.05 ppm,
dan kandungan pada tumbuhan yang biasanya tidak lebih dari 1 ppm (kering).
j. Seng (Zn)
Penggunaan elemen ini pada proses galvinasi besi sangat luas. Seng biasanya
dijumpai pada tanah dengan level 10-300 ppm dengan perkiraan kasar rata-rata
30-50 ppm. Lumpur pembuangan biasanya mengandung seng dengan kadar
tinggi. Elemen ini lebih bersifat aktif di tanah.
k. Stronsium (Sr)
Stronsium bersifat isomorphously menggantikan peranan calsium pada tulang
dan bahkan lebih aktif dibandingkan dengan kalsium, serta dapat menyebabkan
penyakit Urov (Osteoarthritis Deformans Endemica).
l. Selenium (Se)
Selenium merupakan elemen essensial bagi hewan dan juga merupakan
prioritas utama elemen pencemar yang dapat didegradasi pada sistem akuatik.
Selenium masuk ke lingkungan secara alami sejalan dengan proses kegiatan
manusia.
BAB III
PERMASALAHAN DAN SOLUSI
1. Bagaimana cara mengurangi kandungan logam berat agar tidak
membahayakan lingkungan?
Jawab :
Logam berat ini dapat menimbulkan efek kesehatan bagi manusia tergantung
pada bagian mana logam berat tersebut terikat dalam tubuh. Daya racun yang dimiliki
akan bekerja sebagai penghalang kerja enzim, sehingga proses metabolisme tubuh
terputus. Lebih jauh lagi, logam berat ini akan bertindak sebagai penyebab alergi,
mutagen, teratogen atau karsinogen bagi manusia. Jalur masuknya adalah melalui
kulit, pernapasan dan pencernaan. Menyadari ancaman yang begitu besar dari
pencemaran logam berat, maka berbagai metode alternatif telah banyak digunakan
seperti dengan cara mengurangi konsentrasi logam berat, beberapa metode tersebut
antara lain (Khasanah, 2009) :
a) Reverse osmosis
Proses pemisahan logam berat oleh membran semipermeabel dengan
menggunakan perbedaan tekanan luar dengan tekanan osmotik dari limbah, kerugian
sistem ini adalah biaya yang mahal sehingga sulit terjangkau oleh industri di
Indonesia.
b) Teknik elektrodialisis
Tehnik ini digunakan membran ion selektif permeabel berdasarkan perbedaan
potensial antara 2 elektroda yang menyebabkan perpindahan kation dan anion.
Kerugian dari tehnik ini yaitu terbentuknya senyawa logam-hidroksi yang menutupi
membran.
c) Ultrafiltrasi
Penyaringan dengan tekanan tinggi melalui membran berpori, juga merugikan
karena menimbulkan banyak sludge (lumpur).
d) Resin penukar ion
Memiliki prinsip pada gaya elektrostatik di mana ion yang terdapat pada resin
ditukar oleh ion logam dari limbah, kerugian metode ini adalah biaya yang besar dan
menimbulkan ion yang ter-remove sebagian.
e) Bioremoval dan Bioabsorpsi
Salah satu tehnik baru yang sedang dikembangkan untuk menutupi
kekurangan berbagai tehnik diatas yaitu bioremoval. Bioremoval dapat diartikan
sebagai terkonsentrasi dan terakumulasinya bahan penyebab polusi atau polutan
dalam suatu perairan oleh material biologi, yang mana material biologi tersebut dapat
me-recovery polutan sehingga dapat dibuang dan ramah terhadap lingkungan. Prinsip
dari metode bioremoval ini yaitu penggunaan mikroorganisme untuk mengabsorpsi
logam berat. Istilah bioabsorpsi tidak dapat dilepaskan dari istilah bioremoval karena
bioabsorpsi merupakan bagian dari bioremoval. Bioabsorpsi merupakan kemampuan
material biologi untuk mengakumulasikan logam berat melalui media metabolisme
atau jalur psiko-kimia. Proses bioabsorpsi ini dapat terjadi karena adanya material
biologi yang disebut biosorben dan adanya larutan yang mengandung logam berat
(dengan afinitas yang tinggi) sehingga mudah terikat pada biosorben.
Beberapa jenis mikroorganisme yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan
bioabsorpsi terutama adalah dari golongan alga yakni alga dari divisi Phaeophyta,
Rhodophyta dan Chlorophyta. Logam-logam yang dapat diabsorbsi/di-remove adalah
logam berat beracun, logam esensial dan radionuklida (Putra, J. A., 2006).
Keuntungan penggunaan mikroorganisme sebagai bioremoval menurut
Kratochvil dan Voleski (1998) adalah biaya yang rendah, efisiensi yang tinggi,
biosorbennya dapat diregenerasi, tidak perlu nutrisi tambahan, kemampuannya dalam
me-recovery logam dan sludge yang dihasilkan sangat minim. Dilihat dari
keuntungannya itu, maka bioremoval lebih efektif dibanding dengan pertukaran ion
dan reverse osmosis dalam kaitannya dengan sensitifitas kehadiran padatan terlarut
(suspended solid), zat organik dan logam berat lainnya serta lebih baik dari proses
pengendapan (precipitation) bila dikaitkan dengan kemampuan menstimulasikan
perubahan pH dan konsentrasi logam beratnya (Putra, J. A., 2006).
2. Mengapa metode bioremoval dan bioabsorpsi paling efektif untuk
penanggulangan logam berat?
Jawab :
Bioremoval dan bioabsorpsi merupakan metode yang baik untuk
penaggulangan logam berat dimana bioabsorpsi merupakan bagian dari bioremoval.
Bioremoval dapat diartikan sebagai terkonsentrasi dan terakumulasinya bahan
penyebab polusi atau polutan dalam suatu perairan oleh material biologi, yang mana
material biologi tersebut dapat me-recovery polutan sehingga dapat dibuang dan
ramah terhadap lingkungan. Sedangkan berdasarkan kemampuannya untuk
membentuk ikatan antara logam berat dengan mikroorganisme maka bioabsorpsi
merupakan kemampuan material biologi untuk mengakumulasikan logam berat
melalui media metabolisme atau jalur psiko-kimia. Proses bioabsorpsi ini dapat terjadi
karena adanya material biologi yang disebut biosorben dan adanya larutan yang
mengandung logam berat (dengan afinitas yang tinggi) sehingga mudah terikat pada
biosorben (Putra, J. A., 2006).
Beberapa jenis mikroorganisme yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan
bioabsorpsi terutama adalah dari golongan alga yakni alga dari divisi Phaeophyta,
Rhodophyta dan Chlorophyta. Logam-logam yang dapat diabsorbsi/di-remove adalah
logam berat beracun, logam esensial dan radionuklida (Putra, J. A., 2006).
Tabel. Perbandingan selektifitas mikroorganisme terhadap logam berat
MikrooganismeLogam berat yang di remove berdasarkan
beberapa penelitian
Mucur mucedo Cu
Rhizopus stolonifer Cu,Cd,Zn,U,Pb
Aspergillus orizae Cu
Penecillium chrysogenum Cu
Ecklonia radiate Cu,Pb,Cd,Cr
Saccharomyces cerevisie Cu,Pb,Cd,Ni
Chlorella vulgaris Pb,As
Phellinus badius Pb,Cd
Pinus radiata Pb, Cd
Sargassum sp. Cu, Cr, Fe
Durvillea potatorum Zn
Myriophylium spicatum Pb, Zn, Cu
Chiarella vulgaris Cu
Ganoderma lucidum Cr, Cu
Aspergillus niger Cr, Cu
Pseudomonas syringae Hg, Zn, Cd
Solanum elaeagnifolium Cu,Cr,Pb,Ni,Zn
Phanerochaete chrysosporium Ni, Cu, Pb
Absidia sp. Pb,U,Cu
Mekanisme Proses Bioabsorpsi
Sebagian besar mekanisme pembersihan logam berat oleh mikrooganisme
adalah proses pertukaran ion yang mirip pertukaran ion pada resin. Mekanisme
pertukaran ion ini dapat dirumuskan sebagai (Putra, J. A., 2006) :
A2+ + (B-biomassa) –> B2+ + (A-biomassa)
Mekanisme ini dapat dibagi atas 3 cara yakni berdasarkan metabolisme sel
(dibagi atas; proses yang bergantung pada metabolisme dan proses yang tidak
bergantung pada metabolisme sel). Sedangkan jika berdasarkan posisi logam berat di-
remove, dapat dibagi atas; akumulasi ekstraseluler (presipitasi), akumulasi
intraseluler dan penyerapan oleh permukaan sel. Dan untuk mekanisme yang terakhir
adalah berdasarkan cara pengambilan (absorbsi) logam berat (Putra, J. A., 2006).
Cara pengambilan (absorbsi) logam berat dapat dibagi dua yakni (Putra, J. A.,
2006) :
1. Passive uptake
Proses ini terjadi ketika ion logam berat terikat pada dinding sel biosorben.
Mekanisme passive uptake dapat dilakukan dengan dua cara, pertama dengan cara
pertukaran ion di mana ion pada dinding sel digantikan oleh ion-ion logam berat; dan
kedua adalah pembentukan senyawa kompleks antara ion-ion logam berat dengan
gugus fungsional seperti karbonil, amino, thiol, hidroksi, fosfat, dan hidroksi-
karboksil secara bolak balik dan cepat. Sebagai contoh adalah pada Sargassum sp.
dan Eklonia sp. di mana Cr(6) mengalami reaksi reduksi pada pH rendah menjadi
Cr(3) dan Cr(3) di-remove melalui proses pertukaran kation.
Gambar. Proses passive uptake Cr pada permukaan membran sel
2. Aktif uptake
Mekanisme masuknya logam berat melewati membran sel sama dengan
proses masuknya logam esensial melalui sistem transpor membran, hal ini disebabkan
adanya kemiripan sifat antara logam berat dengan logam esensial dalam hal sifat
fisika-kimia secara keseluruhan. Proses aktif uptake pada mikroorganisme dapat
terjadi sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan dan akumulasi
intraselular ion logam.
Menghitung Jumlah Logam berat yang Teradsorpsi
Untuk mengetahui jumlah logam berat yang mengalami proses bioabsorpsi
oleh mikroorganisme dapat dihitung dengan pendekatan konstanta Langmuir yaitu
(Putra, J. A., 2006) :
Perhitungan di atas berlaku pada pH konstan dan untuk bioabsorpsi 1 jenis logam saja.
Penggunaan mikroorganisme sebagai metode alternatif sangat baik diterapkan
di Indonesia karena metode ini tidak memerlukan biaya yang tinggi dan alat yang
canggih tetapi hanya memanfaatkan mikroorganisme selektif yang mampu me-recovery
logam berat menjadi logam yang aman bagi lingkungan. Walaupun ada beratus jenis
spesies mikroorganisme yang telah diidentifikasi, namun sangat sedikit diantaranya
telah teridentifikasi sebagai mikroorganisme yang mempunyai daya tahan yang tinggi
terhadap pengaruh toksisitas suatu ion logam berat. Pada beberapa kasus juga, sangat
terbatas riset yang melakukan studi banding terhadap beberapa jenis mikroorganisme,
di mana hasilnya selalu memiliki banyak perbedaan dalam efisiensi ikatan antara logam
berat dengan spesies mikroorganisme. Bahkan perbedaan ini dapat terjadi pada strain
dari spesies tunggal dengan kondisi psiko-kimia yang sama (Putra, J. A., 2006).
3. Di dalam limbah cair tidak jarang ditemukan logam-logam berat seperti
merkuri (Hg), timbal (Pb), krom (Cr), tembaga (Cu), kadmium (Cd), atau perak
(Ag) salah satunya dalam bentuk kation sehingga sangat perlu untuk
dihilangkan. Bagaimanakah salah satu cara untuk menghilangkan logam berat
tersebut?
Jawab :
Logam berat, seperti merkuri (Hg), timbal (Pb), krom (Cr), tembaga (Cu),
kadmium (Cd), atau perak (Ag) merupakan jenis polutan yang banyak ditemukan
pada berbagai bidang limbah industri, seperti industri pertambangan, penyepuhan
logam, pembuatan baterei, pupuk, kimia, farmasi, elektronik, tekstil dan lain-lain.
Keberadaan logam berat tersebut di perairan limbah industri sangat berbahaya bagi
kehidupan manusia dan mahluk hidup lainnya, karena sangat beracun dan tidak dapat
terbiodegradasi, sehingga sangat perlu untuk dihilangkan dari limbah industri untuk
memperoleh perairan yang memenuhi standar kualitas lingkungan (Rilis, 2010).
Banyak metode yang telah dikembangkan untuk menangani masalah limbah di
perairan, salah satunya adalah metode adsorpsi. Metode ini adalah salah satu metode
yang potensial, karena prosesnya yang sederhana, dapat bekerja pada konsentrasi
rendah, dapat di daur ulang, dan biaya yang dibutuhkan relatif murah (Rilis, 2010).
Salah satu kelompok senyawa sintesis yang memiliki potensi besar untuk
dikembangkan sebagai adsorben adalah kaliksarena (calixarene). Yaitu suatu senyawa
oligomer siklis yang tersusun dari satuan-satuan aromatis yang dihubungkan oleh
suatu jembatan. Kaliksarena ini memiliki kemungkinan untuk dimodifikasi secara luas
(Rilis, 2010).
Selain itu, kaliksarena memiliki geometri unik, berbentuk seperti keranjang
dan berongga, sehingga dapat digunakan dalam sistim guest-host (inang-tamu),
dengan kaliksarena berperan sebagai host, dan ion atau molekul lain berperan sebagai
guest-nya. Berbagai keistimewaan melekat pada kaliksarena telah banyak
dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, seperti untuk ekstraksi, sensor, mambran,
fasa diam kromatografi, surfaktan dan katalis (Rilis, 2010).
Dari hasil penelitiannya, diketahui sebagian besar kaliksarena memiliki sifat
tidak larut dalam air, hanya beberapa kaliksarena yang termasuk kelompok
aminometil kaliksarena larut dalam air, khususnya larutan dengan tingkat keasaman
tinggi. Dengan demikian, sebagian besar kaliksarena-kaliksarena tersebut dapat
dipergunakan sebagai adsorben untuk mengadsorpsi kation logam berat yang berada
dalam air (Rilis, 2010).
Diantara kaliksarena-kaliksarena tersebut terdapat empat kaliksarena yang
disintesis hanya melalui satu tahap reaksi saja, dengan persentase hasil yang tinggi
(85-98%). Keempatnya termasuk kelompok kaliksresorsinarena, yaitu C-4-metoksi
fenil kaliks [4] resorsinarena (CMFKR), C-4-hidroksi fenil kaliks [4] resorsinarena
(CHFKR),C-4- hidroksi -3- metoksi fenil kaliks [4] resorsinarena (CHMFKR), dan C-
metil kaliks [4] resorsinarena (CMKR). Keempat kaliksarena tersebut kaya dengan
gugus hidroksil, fenil dan eter, disamping itu, keempatnya merupakan adsorben kation
logam berat baru (Rilis, 2010).
4. Bagaimanakah pengaruh pencemaran logam berat merkuri dan cadmium ke
dalam tubuh? Dan bagaimanakah pencegahan bahaya logam tersebut bagi
kesehatan?
Jawab :
- Merkuri
Air raksa yang terhirup tiap hari dari udara tercemar, bisa merusak gusi,
merontokkan gigi dan merusak ginjal. Penyakit-penyakit sepele. Akan tetapi di
samping itu, bisa juga orang jadi mudah tersinggung dan gampang kaget, jika
yang terkena itu sel-sel otak. Mungkin tidak begitu bahaya kalau dibandingkan
dengan kanker, TBC atau jantungan, tetapi meski sepele, penyakit yang
ditimbulkan akan sangat berpengaruh pada kehidupan kita (Triatmojo, R., 1992).
- Kadmium
Sedangkan kadmium yang terhirup dari udara tercemar menimbulkan
kegelisahan, kering tenggorokan, radang paru-paru dan muntah. Kalau terminum
bersama air tercemar, selain menyebabkan muntah, juga diare dan kegagalan
fungsi ginjal. Kalau diteruskan, orang yang bersangkutan akan menderita anemia
(Triatmojo, R., 1992).
Proses Keracunan oleh logam berat itu timbul karena logam berat tersebut
diikat oleh radikal (gugus) belerang tiol, dari protein dan enzim. Akibatnya, tugas
protein dan enzim dalam tubuh orang yang bersangkutan terhambat. Lalu timbul
macam-macam gejala keracunan di atas, bergantung pada bagian mana yang
terkena (Triatmojo, R., 1992).
Akumulasi logam berat dalam tubuh dapat diatasai oleh bawang putih
yang ditambahkan dalam makanan, berdasarkan penelitian, bawang putih
menyebabkan turunnya akumulasi air raksa dan kadmium dalam tubuh tikus
percobaan itu. Kerusakan pada jaringan tubuh juga lebih kecil, dibandingkan
dengan tikus-tikus "blanko" yang hanya diberi logam berat itu saja tanpa bawang
putih (Triatmojo, R., 1992).
Menurunnya kadar logam berat itu berbeda-beda, bergantung pada jumlah
bawang putih yang diberikan. Efeknya tidak tampak pada kelompok tikus yang
diberi bawang putih 1,7% dalam makanannya. Baru tampak, kalau kadarnya
3,35%. Akumulasi air raksa dan kadmium dalam jaringan tubuh menurun lebih
dari 40% kalau bawang putih diberikan sebanyak 6,7% (Triatmojo, R., 1992).
Khasiat bawang putih terhadap keracunan logam berat itu disebabkan oleh
senyawa aktif berisi gugus belerang yang mirip dengan dimerkaprol, yaitu allisin
(suatu alilester dari asam tiopropensulfinat) dan alliin (sejenis proteida propenil-
sulfinilalanina). Gugus-gugus belerang inilah yang suka mengikat air raksa dan
kadmium dengan khelasi (Triatmojo, R., 1992).
5. Bagaimana cara pencegahan akumulasi logam berat pada tubuh manusia?
Kesadaran gizi pada tingkat keluarga perlu ditunjang dengan pemahaman
tentang masalah sanitasi sehingga cara pengolahan sayuran di tingkat rumah tangga
bisa lebih aman dan memenuhi syarat kesehatan. Pada tingkat keluarga, usaha yang
dapat dilakukan untuk menghindari bahaya logam berat dapat dilakukan antara lain
dengan menghindari sumber bahan pangan (terutama sayuran) yang memiliki resiko
mengandung logam berat, mencuci sayuran dengan baik dan seksama, misalnya
dengan menggunakan air yang mengalir atau menggunakan sanitizer. Contoh sanitizer
yang dapat digunakan adalah Natrium Hipoklorit (NaOCl), sejenis senyawa klorin
yang dapat dibeli secara komersial di pasaran dengan berbagai merek. Sayuran juga
sebaiknya diblansir, yaitu sayuran diberi pemanasan pendahuluan dalam suhu
mendidih pada waktu yang singkat (3-5 menit) yang bertujuan untuk mereduksi
cemaran logam berat yang menempel pada permukaan sayur. Hal ini dilakukan
sebelum sayuran dikonsumsi atau diolah lebih lanjut. Kebiasaan mengkonsumsi
sayuran mentah sebagai lalap sebenarnya masih beresiko untuk mengalami gangguan
kesehatan. Selain memblansir, mencuci pada air yang mengalir kemudian mengukus
atau merebus sayuran adalah cara aman lain untuk mengkonsumsi sayuran secara sehat
(Munarso et al., 2005).
Pencegahan akumulasi logam berat dapat juga dilakukan dengan banyak
mengkonsumsi serat. Dengan mengkonsumsi sayuran yang memiliki kandungan serat
yang tinggi dapat memperlancar metabolisme pencernaan dan dapat mencegah
terjadinya kanker kolon, karena serat sayuran dapat menyerap kolesterol dalam asam
empedu. Hal ini dapat diupayakan dengan membiasakan keluarga mengkonsumsi
makanan yang mengandung serat tinggi. Buah-buahan, sayuran, bawang, dan kacang-
kacangan, adalah beberapa diantaranya. Serat makanan bahan tadi, seperti pektin,
lignin, dan beberapa hemiselulosa dari polisakarida lain yang larut dalam air, vitamin
C, serta bioflavonid dapat menetralkan timbal dan mengurangi penyerapan logam berat
melalui sistem pencernaan kita. Di tingkat petani, upaya untuk mencegah terjadinya
pencemaran pada komoditi sayur-sayuran segar harus dilakukan dengan memberikan
penyuluhan kepada petani tentang cara pemakaian pupuk dan insektisida yang benar,
juga cara pengangkutan yang baik. Pengangkutan harus dilakukan dalam kemasan
tertutup selama dalam pengangkutan dan pendistribusian dari kebun sampai ke pasar
atau konsumen. Bentuk pencegahan lain, yang lebih besar adalah seharusnya
pemerintah melakukan upaya penggantian bahan bakar bensin bertimbal dengan
bensin tanpa timbal. Bensin ini termasuk ke dalam golongan bahan bakar khusus
(BBK) yang mencakup bensin super tanpa timbal (super-TT), premix 94, danbensin
biru 2 langkah (BB2L). Meski biaya untuk keperluan modifikasi ini sangat mahal,
namun keuntungan yang diperoleh akan jauh lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
Darmono, 1995, Logam Dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup, UI Press : Jakarta
Hariono, B., 1998, Berbagai Masalah Pencemaran Logam Berat Di Lingkungan Kita,
http:// i-lib.ugm.ac.id/jurnal/download.php?dataId=3714, diakses pada tanggal 7
Desember 2013
Khasanah, E. N., 2009, Adsorpsi Logam Berat, http://jurnal.pdii.lipi.go.id/admin/jurnal/3440
917, diakses pada tanggal 7 Desember 2013
Munarso, J., Suismono, Murtiningsih, Misgyarta, R. Nurdjannah, Widaningrum, M.
Hadipernata, L. Sukarno, Danuarsa, Wahyudiono. 2005. Identifikasi Kontaminan
Dan Perbaikan Mutu Sayuran. Laporan Akhir Balai Besar Penelitian dan
Pengembangan Pascapanen Pertanian. Badan Penelitian dan Pengembangan
Pertanian. Departemen Pertanian.
Putra, J. A., 2006, Bioremoval, Metode Alternatif Untuk Menanggulangi Pencemaran Logam
Berat, http://www.chem-is try.org/artikel_kimia/biokimia/bioremoval metode
alternatif untuk_menanggulangi_pencemaran_logam_berat/ , diakses pada tanggal 7
Desember 2013
Rilis, 2010, Metode Adsorpsi Untuk Penanganan Limbah Perairan,
http://www.ugm.ac.id/index.php?page=rilis&artikel=693, diakses pada tanggal 7
Desember 2013
Triatmojo, R., 1992, Bawang Putih Mencegah Keracunan Logam Berat,
http://herbalobatalami.blogspot.com/2009/06/bawang-putih-mencegah-keracunan-
logam.html, diakses pada tanggal 7 Desember 2013