Kemampuan Remobilisasi Logam Berat Oleh Mikroorganisme

“ Kemampuan Remobilisasi Logam Berat Oleh Mikroorganisme ”


Pengertian Logam Berat

Logam merupakan bahan pertama yang dikenal oleh manusia dan digunakan sebagai alat-alat yang berperan penting dalam sejarah peradaban manusia (Darmono, 2001). Logam berat masih termasuk golongan logam dengan kriteria-kriteria yang sama dengan logam lain. Perbedaannya terletak dari pengaruh yang dihasilkan bila logam berat ini berikatan dan atau masuk ke dalam organisme hidup. Berbeda dengan logam biasa, logam berat biasanya menimbulkan efek-efek khusus pada mahluk hidup (Taberima, 2004). Keberadaan logam berat dalam lingkungan berasal dari dua sumber. Pertama dari proses alamiah seperti pelapukan secara kimiawi dan kegiatan geokimiawi serta dari tumbuhan dan hewan yang membusuk. Kedua dari hasil aktivitas manusia terutama hasil limbah industri (Connel dan Miller, 1995).

Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan bobot jenis lebih besar dari 5 gr/cm3, terletak di sudut kanan bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari perioda 4 sampai 7 (Miettinen, 1977). Logam berat adalah bahan-bahan alami yang berasal dan termasuk bahan penyusun lapisan tanah bumi. Logam berat tidak dapat diurai atau dimusnahkan, tetapi dapat masuk ke dalam tubuh mahluk hidup melalui makanan, air minum, dan udara. Logam berat berbahaya karena cenderung terakumulasi di dalam tubuh mahluk hidup. Laju akumulasi logam-logam berat ini di dalam tubuh pada banyak kasus lebih cepat dari kemampuan tubuh untuk membuangnya. Akibatnya keberadaannya di dalam tubuh semakin tinggi, dan dari waktu ke waktu memberikan dampak yang makin merusak.

Di antara beberapa jenis logam berat yang telah ditemukan ternyata hanya beberapa logam yang sangat berbahaya dalam jumlah kecil yang dapat menyebabkan keracunan fatal. Menurut Gossel dan Bricker (1984), ada 5 logam yang berbahaya pada manusia, yaitu: arsenikum (As), kadmium (Cd), timbal (Pb), merkurium (Hg), dan besi (Fe). Selain itu ada tiga logam yang kurang beracun, yaitu tembaga (Cu), selenium (Se), dan seng (Zn) (Darmono, 2001).

Menurut Kementrian Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup (1990) sifat toksisitas logam berat dapat dikelompokan ke dalam 3 kelompok, yaitu :

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.

Sumber logam berat yang berasal dari aktivitas manusia adalah logam berat yang dihasilkan melalui limbah dari suatu industri atau penambangan. Aktivitas manusia terhadap peningkatan pergerakan, perpindahan, dan akumulasi logam berat menyebabkan logam berat masuk ke atmosfir, tanah, atau ekosistem perairan melebihi kemampuan alami ekosistem tersebut untuk memprosesnya. Aktivitas industri menyebabkan peningkatan jumlah logam berat beracun (toksik) dan radionuclide yang diemisi ke biosfer, sehingga mempunyai indikasi potensi berbahaya bagi suatu ekosistem (Gazso, 2001). Kehadiran logam berat secara berlebihan dapat menyebabkan polusi pada air bawah tanah, toksik pada tanaman, dan pengaruh merugikan bagi jaringan tanaman atau mikroorganisme tanah (California State Water Resources Control Board, 2000).

Gambar : Proses akumulasi logam berat

Pengertian Remobilisasi

Mobilisasi adalah proses pelarutan logam-logam toksik. Sedangkan remobilisasi adalah proses pelarutan kembali logam-logam toksik melalui reaksi oksidasi-reduksi dan produksi metabolisme asam organik atau mineral yang dipengaruhi oleh naik turunnya Ph dalam larutan.

Faktor – Faktor Terjadinya Remobilisasi

Adanya logam berat, dapat membahayakan baik secara langsung terhadap kehidupan mikroorganisme, maupun efeknya secara tidak langsung terhadap mikroorganisme itu sendiri. Pengaruh logam-logam berat terhadap komunitas mikroorganisme alami telah menarik banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir ini. Polusi logam berat berpengaruh terhadap pertumbuhan, morfologi, dan metabolisme mikroorganisme, melalui gangguan fungsi, perubahan protein atau penghancuran sel membran. Mikroorganisme adalah mahkluk hidup yang lebih sensitif/stress terhadap logam-logam berat dibandingkan binatang, tanah ataupun tanaman (Ghorbani et al., 2002).

Penambahan logam berat pada suatu ekosistem dalam jumlah dan konsentrasi tinggi dapat menyebabkan mikroorganisme (bakteri) tertekan atau stres. Pada konsentrasi tinggi, ion logam berat akan bereaksi membentuk senyawa toksik di dalam sel mikroorganisme (Spain, 2003). Pengaruh menguntungkan antara mikroorganisme dan logam adalah mikroorganisme dapat membersihkan lingkungan terkontaminasi logam, namun yang tidak menguntungkan adalah mekanisme toleran terhadap logam menyebabkan terjadinya peningkatan bakteri resisten bersifat antibiotik.

Adapun faktor-faktor terjadinya remobilisasi logam berat oleh mikroorganisme antara lain :

  • Keberadaan logam berat secara alami sulit untuk diuraikan, sehingga mudah untuk terakumulasi
  • Logam berat merupakan racun bagi makhluk hidup, baik itu mikroorganisme, hewan, tumbuhan bahkan manusia
  • Logam berat dapat membahayakan kehidupan mikroorganisme, karena merupakan desinfektan bagi mikroorganisme

Logam berat berfungsi sebagai antimikrobe oleh karena dapat mempresipitasikan enzim-enzim atau protein esensial dalam sel. Logam-logam berat yang umum dipakai adalah Hg, Ag, As, Zr dan Cu. Daya antimikrobe dari logam berat, dimana pada konsentrasi yang kecil saja dapat membunuh mikrobe dinamakan daya oligodinamik. Tetapi garam dari logam berat ini mudah merusak kulit, merusak alat-alat yang terbuat dari logam, dan harganya mahal. Ion-ion logam berat seperti Hg++ , Cu++ , Ag++ dan Pb++ pada kadar yang sangat rendah bersifat toksis terhadap mikrobia. Karena ion-ion tersebut dapat bereaksi dengan bagian-bagian penting dalam sel. Daya bunuh logam-logam berat pada kadar yang sangat rendah ini disebut daya oligodinamik. Garam dari beberapa logam berat seperti air rasa dan perak dalam jumlah yang kecil saja dapat membunuh bakteri.

 

Penerapan Mikroorganisme dalam Remobilisasi Logam Berat

Gadd dalam Nurdin (2000) menyatakan bahwa mikroorganisme seperti khamir, jamur, dan alga dapat menyerap logam-logam berat secara efisien dari lingkungan eksternalnya. Pemanfaaan mikroorganisme sebagai agen pengadsorpsi mempunyai kendala, hal ini disebabkan ukuran partikelnya yang sangat kecil dengan densitas rendah dan dapat membentuk koloid dalam air. Kelemahan ini dapat diatasi dengan mengimobilisasi biomassa sehingga memiliki kekuatan partikel, porositas dan ketahanan kimia yang tinggi (Sri Lestari, 2002).

Logam-logam berat mempunyai peranan penting dalam proses kehidupan mikroorganisme. Beberapa logam-logam seperti : Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, dan Zn adalah hara esensial dan berperan dalam proses redoks untuk menstabilkan molekul melalui interaksi elektrostatik. Namun ada beberapa logam yang tidak mempunyai peranan biologi, seperti : Ag, Al, Cd, Au, Pb, dan Hg, karena bukan merupakan hara esensial (nonesensial), tetapi racun (toksik) bagi mikroorganisme. Logam-logam non-esensial ini dapat pula menggantikan posisi logam esensial yang terjerap dalam kompleks koloid atau melalui interaksi ligan.

Bila kondisi ini terjadi, dapat merugikan mikroorganisme maupun tumbuhan yang menyerap unsur hara nonesensial tersebut. Mikroorganisme memainkan peranan penting di banyak bidang industry dan teknologi, terutama di tanah-tanah bekas penambangan, pertanian, dan juga sebagai pengontrol sampah/limbah buangan. Di daerah pertambangan, bakteri Thiobacillus ferrooxidans merupakan salah satu mikroorganisme penting. Bakteri ini termasuk pelarut (leaching) logam-logam dari bijih tambang, ditemukan pada daerah tambang yang telah didrainase dengan Ph lingkungan masam. Thiobacillus ferrooxidans merupakan kelompok acidophilik kemolithotropik yang toleran terhadap logam-logam toksik (Clausen, 2000) dan hidup pada lingkungan masam dengan temperatur panas, retakan bahan vulkanik, dan deposit bijih sulfida dengan konsentrasi asam sulfurik tinggi (Brierley, 1982).

Sebagai ilustrasi disajikan mekanisme pengolahan logam oleh mikroorganisme (Gazso, 2001) sebagai berikut :

  1. Oksidasi enzimatik

Oksidasi enzimatik berguna untuk memindahkan spesies inorganik dari

larutan. Pencucian logam dari bijih tambang secara biologi dilakukan oleh mikroorganisme autotropik, seperti : Thiobacillus ferrooxidans atau T.thiooxidans. Aktivitas T.ferrooxidans berperan memindahkan uranium dari bijih tambang melalui reaksi secara langsung dan tidak langsung. Secara langsung adalah : UO2 + 2 Fe3+ à UO22+ + Fe2+ , dan secara tidak langsung adalah :

UO2 à UO22+.

Besi ferro yang dihasilkan adalah sebagai pembawa elektron untuk oksidasi uranium (U) dan direduksi oleh T. ferrooxidans melalui reaksi :

4 Fe2+ + O2 + 4H+ à 4 Fe3+ + 2 H2O.

2. Reduksi enzimatik

Reduksi enzimatik diperankan oleh mikroorganisme anaerobik obligat dan fakultatif yang memiliki potensi bioremidiasi secara in situ. Contoh reduksi oleh mikroorganisme adalah : UO22+ à UO2 ; Fe3+ à Fe2+ ; Mn4+ à Mn2+.

Agent pembentuk kompleks dari mikroorganisme bermanfaat dalam menggerakkan senyawa inorganik toksik dan memindahkannya dari sampah/limbah padat.

3. Siderapore

Siderapore atau pengkelat Fe spesifik adalah dihasilkan ketika mikroorganisme bertumbuh dalam medium yang kekurangan Fe. Siderapore memegang peranan penting dalam mengkompleks logam-logam toksik dan meningkatkan daya larutnya (Gazso, 2001).

Berikut adalah gambar Prinsip Kerja Mikroorganisme yang mempengaruhi Mobilisasi Logam

 

DAFTAR PUSTAKA

Brierley, C.L., 1982. Microbial Mining. Scientific American. 247:42-50.

California State Water Resources Control Board, 2000. Risks and Benefits.

Clausen, C. A., 2000. Isolating metal-tolerant bacteria capable of removing Cu,Cr, and As from treated wood. Waste Management & Research. 18: 264-268. UK.

Connel dan Miller, 1995.Logam Berat. http://id.shvoong.com/tags/logam-berat. Diakses pada tanggal 9 Januari 2011

Darmono.2001.Pengertian Logam Berat. http://letsbelajar.blogspot.com/2007/08/logam-berat.html Diakses pada tanggal 9 Januari 2011

Gazso, L. G. 2001. The key microbial in the removal of toxic metal and radionuclides from the enviroment. CEJOEM 2001. 7:178-185.

Ghorbani, N. R., Salehrastin, N., and Moeni, A., 2002. Heavy metals affect the microbial populations and their activities. Symposium No. 54. 17th WCSS 14-21 August, Thailand. 2234:1-11.

Ledin, M., and K. Pedersen, 1996. The environmental impact of mine wastes – Roles of microorganisms and their significance in treatment of mine wastes. Earth-Science Reviews 41 (1996) 67-108.

Miettinen.1977. Pengertian dan Macam Logam Berat. http://dedepurnama.blogspot.com/2009/07/logam-berat.html Diakses pada tanggal 9 Januari 2011

Spain, A., 2003. Implication of microbial heavy metal tolerance in the environment. Review in Undergraduate Research. 2: 1-6.

Sri Lestari, dkk, 2002, Pengaruh pH dan KonsentrasiAwal Terhadap Adsorpsi Tembaga oleh Saccaromyces cerevisiae yang terimobilisasi pada silika gel, Yogyakarta : Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, UGM.

Taberima, Sartji.2004. Peranan Mikroorganisme Dalam Mengurangi Efek Toksik Pada Tanah Terkontaminasi Logam Berat. Institut Pertanian Bogor.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: