BIOREMEDIASI DAN FITOREMEDIASI TANAH

ProduksiDistribusi PenggunaanPembuanganTumpahansenyawa kimiaPencemaran lingkunganSampai tingkat yang membahayakan: Manusia Hewan ternak dan hewan liar Keseluruhan ekosistem Perlu remediasi

Remediasi konvensional:penimbunanpembakaran

Perlu lahan luas Menimbulkan pencemaran baru (asap, uap berbahaya, CO2 dll.)Bioremediasi: Beberapa teknologi dan praktek yang memanfaatkan sistem dan proses-proses hayati alami untuk membersihkan lingkungan dari pencemarPenggunaan organisme hidup, terutama mikroorganisme untuk menguraikan pencemar lingkungan menjadi bentuk yang tidak toksik/berkurang toksisitasnyaLimbah organik diuraikan secara biologis pada kondisi terkendali menjadi bentuk yang tidak berbahaya atau konsentrasinya di bawah batas yang diijinkan

Faktor-faktor bioremediasiPengendalian dan optimasi proses-proses bioremediasimerupakan sistem yang komplek dari banyak faktor meliputi:Adanya populasi mikroorganisme yang dapat menguraikan pencemarKetersediaan kontaminan untuk populasi mikroorganismeFaktor lingkungan: tipe tanah, suhu, pH, ketersediaan O2 atau penerima elektron lain, nutrien

Populasi mikroorganisme untuk proses bioremediasiBeberapa tipe mikroorganisme yang dapat menguraikanpencemar:AerobikDengan adanya O2Beberapa contoh: Pseudomonas, Alcaligenes, Sphingomonas, Rhodococcus, MycobacteriumPencemar: hidrokarbon, pestisida, alkana, senyawa poliaromatikBanyak bakteri menggunakan kontaminan sebagai sumber karbon dan energi

AnaerobikTanpa O2Bakteri anaerobik lebih jarang digunakan dibandingkan yang bersifat aerobikUntuk: bioremediasi polychlorinated biphenyls (PCBs) di sedimen sungai, deklorinasi pelarut trichloroethylene (TCE), kloroformFungi ligninolitik Fungi pembusuk putih Phanerochaete chrysosporium dapat menguraikan beberapa pencemar yang bersifat toksik atau persisten

MetilotrofBakteri aerobik yang tumbuh menggunakan metan atau senyawa C1 lain sebagai sumber C dan energiEnzim awal pada jalur peruraian aerobik yaitu metana monooksigenase dapat menguraikan senyawa pencemar TCE (C2HCl3) dan 1,2-dichloroethane (C2H4Cl2)

Untuk terjadinya peruraian harus ada kontak antara mikroorganisme dengan senyawa pencemar Sering kali mikroorganisme dan senyawa pencemar tersebar dalam tanah Beberapa bakteri bersifat mobile dan menunjukkan respon khemotaktik, dapat merasakan kehadiran senyawa pencemar dan bergerak ke arahnya Fungi tumbuh berupa benang-benang yang mengarah ke senyawa pencemar Meningkatkan mobilisasi kontaminan dapat dilakukan dengan penggunaan surfaktan seperti sodium dodecyl sulphate (SDS)

Faktor-faktor lingkunganAir yang tersedia penting untuk semua organisme hidup dan pemberian air dibutuhkan untuk mengoptimalkan kelembabanpH: jika tanah terlalu asam dengan penambahan kapur Suhu: mempengaruhi kecepatan reaksi biokimiaPenutupan dengan plastik dapat meningkatkan pemanasan oleh matahari

Banyaknya O2 yang tersedia menentukan apakah sistem bersifat aerobik atau anaerobikUntuk meningkatkan ketersediaan O2 dalam tanah dapat dilakukan pengadukan tanah atau penyemprotan udaraHidrogen peroksida dan magnesium peroksida dapat ditambahkanOksigenStruktur tanah Mengendalikan distribusi udara, air dan nutrien Permeabilitas tanah yang rendah dapat menghambat pergerakan udara, air dan nutrien tidak sesuai untuk bioremediasi in situ Peningkatan struktur tanah dapat menggunakan bahan organik

NutrienMikroorganisme pengurai pencemar ada di tanah

Biasanya dalam jumlah yang tidak mencukupi

Pertumbuhan dan aktivitasnya harus distimulasiBiostimulasi: penambahan nutrien dan oksigen untuk membantu mikroorganisme indigenousNutrien merupakan pembangun utama kehidupan dan memungkinkan mikroorganisme mensintesis enzim-enzim untuk menguraikan polutan

Bioremediasi yang dilakukan di tempat terjadinya pencemaran gangguan terhadap kondisi aslinya minimal Biaya lebih rendahStrategi bioremediasiBioremediasi in situBioventingBeberapa teknik bioremediasi in situ Dilakukan suplai udara dan nutrien melalui sumuran ke tanah yang terkontaminasi untuk menstimulasi bakteri indigeneous

Menggunakan kecepatan aliran udara rendah sehingga kebutuhan O2 untuk biodegradasi sedikit meminimalkan volatilisasi dan lepasnya pencemar ke udara Untuk hidrokarbon sederhana Dapat digunakan untuk kontaminan yang jauh di kedalaman

BiospargingInjeksi udara bertekanan ke bagian di bawah permukaan air tanah untuk meningkatkan konsentrasi oksigen air bawah tanah dan meningkatkan kecepatan peruraian secara biologis terhadap kontaminan oleh bakteri indigeneousMeningkatkan percampuran dalam zona jenuh sehingga meningkatkan kontak antara mikrorganisme dengan kontaminan

BioaugmentasiPenambahan mikroorganisme indigenous atau eksogenous ke tempat kontaminasiDua faktor yang membatasi penambahan biakan bakteri: (1) Biakan nonindigenous jarang dapat berkompetisi dengan baik melawan populasi indigenous untuk tumbuh mencapai populasi yang cukup (2) Pada umumnya tanah yang terkontaminasi pencemar dalam jangka lama memiliki mikroorganisme indigenous yang efektif menguraikan pencemar

Bioremediasi ex situBioremediasi dilakukan dengan: tanah yang diremediasi dipindahkan/digaliBioremediasi ex situ meliputi:Landfarming Tanah yang terkontaminasi digali dan disebar di atas suatu permukaan dan secara periodik diaduk sampai pencemar terurai Tujuannya menstimulasi mikroorganisme indigenous yang memiliki kemampuan menguraikan pencemar dan mendukung terjadinya peruraian pencemar secara aerobik Tumpukan tanah yang dibuat memiliki ketebalan 10-35 cm

Pengomposan Pencampuran tanah yang terkontaminasi dengan bahan organik yang tidak berbahaya seperti pupuk dan limbah pertanian Bahan organik yang ditambahkan mendukung pertumbuhan populasi mikrorganisme Suhu meningkat selama prosesBiopile Gabungan cara landfarming dengan pengomposan, dengan pembuatan timbunan Timbunan kompos yang diaerasi Mengurangi lepasnya pencemar secara leaching atau penguapan

BioreaktorPemrosesan materi padat (tanah, sedimen, lumpur) yang terkontaminasi menggunakan sistem wadah/bejana tertutup Bioreaktor slurry merupakan suatu perangkat/sistem berupa bejana tertutup untuk menghasilkan kondisi percampuran 3 fase (padat, cair, gas) meningkatkan kecepatan bioremediasi senyawa pencemar yang terikat tanah atau terlarut sebagai slurry dari tanah yang terkontaminasi biomassa mikroorganisme (biasanya indigeneous) dapat mendegradasi senyawa target

Kecepatan peruaian lebih besar dalam sistem bioreaktor dari pada in situ atau dalam sistem fase padat karena lingkungan dalam keadaan tertutup lebih mudah diatur, dikendalikan dan diperkirakanKelemahan: tanah yang terkontaminasi perlu diberi pra perlakuan (misalnya digali) atau kontaminan dapat dipisahkan dari tanah dengan pencucian tanah atau ekstraksi secara fisik (misalnya dengan ekstraksi vakum) sebelum dimasukkan biorekator

Keunggulan bioremediasiBioremediasi merupakan proses alami Mikroorganisme pengurai kontaminan jumlahnya meningkat jika ada kontaminan, jika kontaminan telah terdegradasi populasi menurunResidu biasanya merupakan produk yang tidak berbahaya seperti CO2, air, biomassa selSecara teoritis: bioremediasi dapat digunakan untuk peruraian secara lengkap berbagai kontaminan Senyawa berbahaya tidak berbahayaMenghindari pemindahan kontaminan dari satu medium lingkungan ke lingkungan lain (misalnya dari tanah ke air atau udara)

Bioremediasi dapat dilakukan di tempat, sering tanpa menyebabkan gangguan yang besar terhadap aktivitas normal mengeliminasi kebutuhan transportasi dan bahaya selama transportBiaya lebih murah (?)

Bioremediasi terbatas untuk senyawa yang dapat diuraikan tidak semua senyawa dapat diuraikan secara lengkap Produk peruraian dapat lebih persisten atau toksik dari pada senyawa induknyaProses-proses biologis sering sangat spesifik. Faktor-faktor tertentu dibutuhkan untuk keberhasilan bioremediasi, seperti populasi mikroorganisme yang memiliki kemampuan metabolik, kondisi pertumbuhan yang sesuai, tingkat nutrien dan kontaminanSulit memperhitungkan pengembangan dari skala laboratorium ke skala model dan skala penuhBioremediasi membutuhkan waktu lebih lama dari pada perlakuan lain seperti pembakaran

Kelemahan bioremediasi

FitoremediasiRemediasi berbasis tumbuhan Potensial untuk akumulasi, imobilisasi, dan transformasi kontaminan persisten pada konsentrasi rendahTeknologi yang menggunakan tumbuhan untuk memindahkan kontaminan dari tanah dan air

Macam-macam teknik fitoremediasi:

Fitoekstraksi atau fitoakumulasi atau fitostabilisasi Proses yang menggunakan tumbuhan untuk mengakumulasi kontaminan ke dalam akar dan tunas atau daun di atas permukaan tanah Menghasilkan massa tumbuhan dan kontaminan yang dapat didaur ulang

Fitotransformasi Pengambilan kontaminan organik dari tanah, sedimen atau air selanjutnya ditransformasi menjadi bentuk yang kurang/tidak toksik Fitovolatilisasi Senyawa pencemar masuk ke dalam pembuluh tanaman dan menguap melalui daun Fitodegradasi atau rizodegradasi Peruraian kontaminan melalui aktivitas yang terjadi di rizosfer Aktivitas ini terjadi karena adanya protein dan enzim yang dihasilkan oleh tumbuhan atau mikroorganisme tanah (bakteri, fungi, khamir) Rizodegradasi adalah hubungan simbiotik antara tumbuhan-mikroorganisme

Alpine pennycress doesn't just thrive on soils contaminated with zinc and cadmium it cleans them up by removing the excess metals. Kochian's team has gained insights into how, at the molecular level, Thlaspi accumulates these metals in its shoots at astoundingly high levels. "A typical plant may accumulate about 100 parts per million (ppm) zinc and 1 ppm cadmium. Thlaspi can accumulate up to 30,000 ppm zinc and 1,500 ppm cadmium in its shoots, while exhibiting few or no toxicity symptoms," he says. "A normal plant can be poisoned with as little as 1,000 ppm of zinc or 20 to 50 ppm of cadmium in its shoots."The research also suggests an approach for economically recovering these metals. "Zinc and cadmium are metals that can be removed from contaminated soil by harvesting the plant's shoots and extracting the metals from them," he says.