bioremediasi adalah satu set sanitasi bioteknologi menggunakan kemampuan metabolisme mikroorganisme bakteri, jamur, tanaman dan / atau enzim terisolasi, untuk menghilangkan kontaminan dalam tanah dan air.
Mikroorganisme (bakteri dan jamur) dan beberapa tanaman dapat mengubah berbagai macam senyawa organik yang berpolusi dan beracun, sampai menjadi tidak berbahaya atau tidak berbahaya. Mereka bahkan dapat menguraikan beberapa senyawa organik menjadi bentuk yang paling sederhana, seperti metana (CH 4 ) dan karbon dioksida (CO 2 ).
Gambar 1. Pencemaran lingkungan akibat tumpahan minyak, kemudian diolah dengan bioremediasi Sumber: commons.wikimedia.org
Beberapa mikroorganisme dan tanaman juga dapat mengekstrak atau melumpuhkan unsur kimia beracun, seperti logam berat, di lingkungan ( in situ) . Dengan melumpuhkan zat beracun di lingkungan, itu tidak lagi tersedia untuk organisme hidup dan karena itu tidak mempengaruhi mereka.
Untuk alasan ini, pengurangan bioavailabilitas zat beracun juga merupakan bentuk bioremediasi, meskipun tidak berarti penghapusan zat dari lingkungan.
Saat ini ada minat ilmiah dan komersial yang berkembang dalam mengembangkan teknologi yang ekonomis dan berdampak rendah terhadap lingkungan (atau “ramah lingkungan”), seperti bioremediasi air permukaan dan air tanah, lumpur dan tanah yang terkontaminasi.
Indeks artikel
Karakteristik bioremediasi
Kontaminan yang dapat dibioremediasi
Di antara polutan yang telah dibioremediasi adalah logam berat, zat radioaktif, polutan organik beracun, bahan peledak, senyawa organik yang berasal dari minyak (hidrokarbon poliaromatik atau HPA), fenol, dan lain-lain.
Kondisi fisikokimia selama bioremediasi
Karena proses bioremediasi bergantung pada aktivitas mikroorganisme dan tanaman hidup atau enzim yang diisolasi, maka kondisi fisikokimia yang sesuai harus dipertahankan untuk setiap organisme atau sistem enzim, untuk mengoptimalkan aktivitas metabolismenya dalam proses bioremediasi.
Faktor-faktor yang harus dioptimalkan dan dipertahankan selama proses bioremediasi
-Konsentrasi dan bioavailabilitas polutan di bawah kondisi lingkungan: karena jika terlalu tinggi dapat berbahaya bagi mikroorganisme yang sama yang memiliki kemampuan untuk biotransformasi mereka.
-Kelembaban: ketersediaan air sangat penting untuk organisme hidup, serta untuk aktivitas enzimatik katalis biologis bebas sel. Umumnya, 12 sampai 25% kelembaban relatif harus dipertahankan di tanah yang menjalani bioremediasi.
-Suhu: harus dalam kisaran yang memungkinkan kelangsungan hidup organisme yang diterapkan dan / atau aktivitas enzimatik yang diperlukan.
– Nutrisi yang tersedia secara hayati: penting untuk pertumbuhan dan perbanyakan mikroorganisme yang diinginkan. Terutama, karbon, fosfor dan nitrogen harus dikontrol, serta beberapa mineral penting.
-Keasaman atau alkalinitas media berair atau pH (pengukuran ion H + dalam media).
-Ketersediaan oksigen: di sebagian besar teknik bioremediasi, mikroorganisme aerobik digunakan (misalnya dalam pengomposan, biopiles dan pertanian lahan ), dan aerasi substrat diperlukan. Namun, mikroorganisme anaerobik dapat digunakan dalam proses bioremediasi, dalam kondisi yang sangat terkontrol di laboratorium (menggunakan bioreaktor).
Jenis-jenis bioremediasi
Di antara bioteknologi bioremediasi yang diterapkan adalah sebagai berikut:
Biostimulasi
Biostimulasi terdiri dari stimulasi in situ mikroorganisme yang sudah ada di lingkungan yang terkontaminasi (mikroorganisme autochthonous), yang mampu melakukan bioremediasi zat pencemar.
Biostimulasi in situ dicapai dengan mengoptimalkan kondisi fisikokimia agar proses yang diinginkan terjadi, yaitu; pH, oksigen, kelembaban, suhu, antara lain, dan penambahan nutrisi yang diperlukan.
Bioaugmentasi
Bioaugmentasi melibatkan peningkatan jumlah mikroorganisme yang diinginkan (lebih disukai asli), berkat penambahan inokula mereka yang ditanam di laboratorium.
Selanjutnya, setelah mikroorganisme yang diinginkan telah diinokulasi in situ , kondisi fisikokimia harus dioptimalkan (seperti dalam biostimulasi), untuk mendorong aktivitas degradasi mikroorganisme.
Untuk penerapan bioaugmentasi, biaya kultur mikroba dalam bioreaktor di laboratorium harus dipertimbangkan.
Baik biostimulasi maupun bioaugmentasi dapat digabungkan dengan semua bioteknologi lain yang dijelaskan di bawah ini.
Pengomposan
Pengomposan terdiri dari pencampuran bahan yang terkontaminasi dengan tanah yang tidak terkontaminasi yang dilengkapi dengan agen pemuliaan tanaman atau hewan dan nutrisi. Campuran ini membentuk kerucut setinggi 3 m, terpisah jarak.
Oksigenasi lapisan bawah kerucut harus dikontrol, melalui pemindahan secara teratur dari satu tempat ke tempat lain dengan mesin. Kondisi optimal antara lain kelembaban, suhu, pH, nutrisi juga harus dijaga.
Biopiles
Teknik bioremediasi dengan biopiles sama dengan teknik pengomposan yang telah dijelaskan di atas, kecuali:
- Tidak adanya agen pemuliaan yang berasal dari tumbuhan atau hewan.
- Eliminasi aerasi dengan berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Biopiles tetap terpasang di tempat yang sama, diangin-anginkan di lapisan internalnya melalui sistem pipa, yang biaya pemasangan, pengoperasian dan pemeliharaannya harus dipertimbangkan sejak fase desain sistem.
Tanah pertanian
Bioteknologi yang disebut “landfarming” (diterjemahkan dari bahasa Inggris: mengolah tanah), terdiri dari pencampuran bahan yang terkontaminasi (lumpur atau sedimen) dengan 30 cm pertama dari tanah yang tidak terkontaminasi dari area yang luas.
Dalam sentimeter pertama tanah itu, degradasi zat pencemar lebih disukai berkat aerasi dan pencampurannya. Mesin pertanian digunakan untuk tugas-tugas ini, seperti traktor bajak.
Kerugian utama dari pertanian lahan adalah membutuhkan lahan yang luas, yang dapat digunakan untuk produksi pangan.
Fitoremediasi
Fitoremediasi, juga disebut bioremediasi dibantu oleh mikroorganisme dan tanaman, adalah serangkaian bioteknologi berdasarkan penggunaan tanaman dan mikroorganisme untuk menghilangkan, membatasi atau mengurangi toksisitas zat pencemar di permukaan atau air tanah, lumpur dan tanah.
Selama fitoremediasi, degradasi, ekstraksi dan/atau stabilisasi (penurunan bioavailabilitas) kontaminan dapat terjadi. Proses-proses ini bergantung pada interaksi antara tumbuhan dan mikroorganisme yang hidup sangat dekat dengan akarnya, di daerah yang disebut rizosfer .
Gambar 2. Bioremediasi air yang tercemar tumbuhan dan mikroorganisme. Sumber: Wikihelper [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons
Fitoremediasi telah sangat berhasil dalam menghilangkan logam berat dan zat radioaktif dari tanah dan permukaan atau air tanah (atau rhizofiltrasi air yang terkontaminasi).
Dalam hal ini, tanaman mengakumulasi logam dari lingkungan dalam jaringannya dan kemudian dipanen dan dibakar dalam kondisi yang terkendali, sehingga polutan berubah dari tersebar di lingkungan, menjadi terkonsentrasi dalam bentuk abu.
Abu yang diperoleh dapat diolah untuk memperoleh kembali logamnya (jika bernilai ekonomis), atau dapat ditinggalkan di tempat pembuangan akhir limbah.
Kerugian dari fitoremediasi adalah kurangnya pengetahuan yang mendalam tentang interaksi yang terjadi antara organisme yang terlibat (tanaman, bakteri, dan kemungkinan jamur mikoriza).
Di sisi lain, kondisi lingkungan harus dipertahankan yang memenuhi kebutuhan semua organisme yang diterapkan.
Bioreaktor
Bioreaktor adalah wadah berukuran cukup besar yang memungkinkan kondisi fisikokimia yang sangat terkontrol untuk dipertahankan dalam media kultur berair, dengan tujuan mendukung proses biologis yang diinginkan.
Mikroorganisme bakteri dan jamur dapat dikultur dalam skala besar di laboratorium dalam bioreaktor dan kemudian diterapkan dalam proses bioaugmentasi in situ. Mikroorganisme juga dapat dibiakkan untuk memperoleh enzim pendegradasi polutannya.
Bioreaktor digunakan dalam proses bioremediasi ex situ , dengan mencampur substrat yang terkontaminasi dengan media kultur mikroba, mendukung degradasi kontaminan.
Mikroorganisme yang tumbuh dalam bioreaktor bahkan dapat menjadi anaerobik, dalam hal ini, media kultur berair harus bebas dari oksigen terlarut.
Gambar 3. Bioreaktor. Sumber: es.m.wikipedia.org
Di antara bioteknologi bioremediasi, penggunaan bioreaktor relatif mahal, karena pemeliharaan peralatan dan persyaratan untuk kultur mikroba.
Mikroremediasi
Penggunaan jasad renik (jamur mikroskopis) dalam proses bioremediasi suatu bahan pencemar toksik disebut mikoremediasi.
Perlu dipertimbangkan bahwa kultur jamur mikroskopis biasanya lebih kompleks daripada kultur bakteri dan oleh karena itu memerlukan biaya yang lebih tinggi. Selanjutnya, jamur tumbuh dan berkembang biak lebih lambat daripada bakteri, dengan bioremediasi yang dibantu jamur menjadi proses yang lebih lambat.
Bioremediasi versus teknologi fisik dan kimia konvensional
-Keuntungan
Bioteknologi bioremediasi jauh lebih ekonomis dan ramah lingkungan dibandingkan dengan teknologi sanitasi lingkungan fisik dan kimia yang diterapkan secara konvensional.
Artinya penerapan bioremediasi memiliki dampak lingkungan yang lebih rendah dibandingkan dengan praktik fisikokimia konvensional.
Di sisi lain, di antara mikroorganisme yang diterapkan dalam proses bioremediasi, beberapa bahkan dapat memineralisasi senyawa pencemar, memastikan hilangnya mereka dari lingkungan, sesuatu yang sulit dicapai dalam satu langkah dengan proses fisikokimia konvensional.
-Kekurangan dan aspek yang perlu dipertimbangkan
Kapasitas metabolisme mikroba yang ada di alam
Mengingat bahwa hanya 1% dari mikroorganisme yang ada di alam yang telah diisolasi, batasan bioremediasi adalah identifikasi mikroorganisme yang mampu menguraikan zat kontaminan tertentu.
Ketidaktahuan sistem yang diterapkan
Di sisi lain, bioremediasi bekerja dengan sistem kompleks dari dua atau lebih organisme hidup, yang umumnya tidak sepenuhnya dipahami.
Beberapa mikroorganisme yang dipelajari telah mengubah senyawa pencemar menjadi produk sampingan yang bahkan lebih beracun. Untuk itu perlu dilakukan kajian sebelumnya terhadap organisme bioremediasi dan interaksinya secara mendalam di laboratorium.
Selain itu, uji coba skala kecil (di lapangan) harus dilakukan sebelum diterapkan secara massal, dan terakhir proses bioremediasi harus dipantau secara in situ, untuk menjamin sanitasi lingkungan terjadi dengan benar.
Ekstrapolasi hasil yang diperoleh di laboratorium
Karena kompleksitas sistem biologis yang tinggi, tidak selalu mungkin untuk mengekstrapolasi hasil yang diperoleh dalam skala kecil di laboratorium ke proses di lapangan.
Kekhasan setiap proses bioremediasi
Setiap proses bioremediasi melibatkan desain eksperimental tertentu, sesuai dengan kondisi tertentu dari lokasi yang terkontaminasi, jenis kontaminan yang akan dirawat dan organisme yang akan diterapkan.
Oleh karena itu, proses ini perlu diarahkan oleh kelompok spesialis interdisipliner, di antaranya harus ahli biologi, ahli kimia, insinyur, dan lain-lain.
Mempertahankan kondisi lingkungan fisikokimia untuk mendukung pertumbuhan dan aktivitas metabolisme yang diinginkan menyiratkan pekerjaan permanen selama proses bioremediasi.
Waktu yang dibutuhkan
Akhirnya, proses bioremediasi bisa memakan waktu lebih lama daripada proses fisikokimia konvensional.
Referensi
- Adams, GO, Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediasi tanah terkontaminasi minyak bekas menggunakan serasah unggas. Jurnal Penelitian di bidang Teknik dan Ilmu Terapan3 (2) 124-130
- Adams, O. (2015). “Bioremediasi, Biostimulasi dan Bioaugmentasi: Tinjauan”. Jurnal Internasional Bioremediasi Lingkungan dan Biodegradasi. 3 (1): 28–39.
- Boopati, R. (2000). “Faktor yang membatasi teknologi bioremediasi”. Teknologi Sumber Daya Hayati. 74: 63–7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
- Eweis JB, Ergas, SJ, Chang, DPY dan Schoeder, D. (1999). Prinsip-prinsip Biorecovery. McGraw-Hill Interamericana dari Spanyol, Madrid. hal 296.
- Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA dan Brock, T. (2015). Brock biologi mikroorganisme. 14 edisi Benyamin Cummings. hal 1041.
- McKinney, RE (2004). Mikrobiologi Pengendalian Pencemaran Lingkungan. M. Dekker. hal 453.
- Pilon-Smits E. 2005. Fitoremediasi. annu. Rev.Tanaman Biol.56:15-39.
