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