BIOREMEDIASI: KARAKTERISTIK, JENIS, KELEBIHAN DAN KEKURANGAN - BIOLOGI - 2025

The 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 tumbuhan dapat melakukan biotransformasi berbagai macam senyawa organik yang mencemari 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 oleh tumpahan minyak, kemudian diatasi dengan bioremediasi Sumber: commons.wikimedia.org

Beberapa mikroorganisme dan tumbuhan juga dapat mengekstraksi atau melumpuhkan unsur kimia beracun, seperti logam berat, di lingkungan (in situ). Dengan melumpuhkan zat beracun di lingkungan, zat tersebut tidak lagi tersedia untuk organisme hidup dan oleh karena itu tidak mempengaruhi mereka.

Oleh karena itu, mengurangi ketersediaan hayati suatu zat beracun juga merupakan salah satu bentuk bioremediasi, meskipun tidak berarti menghilangkan zat tersebut dari lingkungan.

Saat ini ada minat ilmiah dan komersial yang berkembang dalam mengembangkan teknologi dengan dampak ekonomi dan lingkungan yang rendah (atau "ramah lingkungan"), seperti bioremediasi air permukaan dan air tanah, lumpur dan tanah yang terkontaminasi.

Karakteristik bioremediasi

Kontaminan yang dapat dibioremediasi

Di antara polutan yang telah dibioremediasi antara lain logam berat, zat radioaktif, polutan organik beracun, bahan peledak, senyawa organik yang berasal dari minyak (polyaromatik hidrokarbon atau HPA), fenol, dan lain-lain.

Kondisi fisikokimia selama bioremediasi

Karena proses bioremediasi bergantung pada aktivitas mikroorganisme dan tumbuhan hidup atau enzim yang diisolasi, maka kondisi fisikokimia yang sesuai harus dijaga untuk setiap organisme atau sistem enzim, guna mengoptimalkan aktivitas metaboliknya dalam proses bioremediasi.

Faktor-faktor yang harus dioptimalkan dan dipertahankan selama proses bioremediasi

-Konsentrasi dan ketersediaan hayati polutan dalam kondisi lingkungan: karena jika terlalu tinggi dapat membahayakan mikroorganisme yang sama yang memiliki kemampuan untuk melakukan biotransformasi polutan.

-Kelembaban: ketersediaan air sangat penting untuk organisme hidup, serta untuk aktivitas enzimatis katalis biologis tanpa sel. Umumnya, kelembaban relatif 12 sampai 25% harus dijaga di tanah yang mengalami bioremediasi.

-Temperatur: 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 esensial.

- Keasaman atau alkalinitas media atau pH berair (pengukuran ion H ⁺ dalam media).

-Ketersediaan oksigen: di sebagian besar teknik bioremediasi, mikroorganisme aerobik digunakan (misalnya dalam pengomposan, biopil, dan pemeliharaan lahan), dan aerasi substrat diperlukan. Namun, mikroorganisme anaerob dapat digunakan dalam proses bioremediasi, dalam kondisi yang sangat terkontrol di laboratorium (menggunakan bioreaktor).

Jenis bioremediasi

Di antara bioteknologi bioremediasi terapan adalah sebagai berikut:

Biostimulasi

Biostimulasi terdiri dari stimulasi in situ dari 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 yang asli), berkat penambahan inokula yang ditanam di laboratorium.

Selanjutnya, setelah mikroorganisme yang diinginkan telah diinokulasi secara in situ, kondisi fisikokimia harus dioptimalkan (seperti pada biostimulasi), untuk mendorong aktivitas degradasi mikroorganisme.

Untuk penerapan bioaugmentasi, biaya kultur mikroba pada bioreaktor di laboratorium harus diperhatikan.

Baik biostimulasi dan 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 hingga 3 m, berjarak terpisah.

Oksigenasi lapisan bawah kerucut harus dikontrol, melalui pemindahan regulernya dari satu situs ke situs lain dengan mesin. Kondisi optimal antara lain kelembaban, suhu, pH, unsur hara juga harus dijaga.

Biopil

Teknik bioremediasi dengan biopiles sama dengan teknik pengomposan yang dijelaskan di atas, kecuali:

• Tidak adanya agen pemuliaan yang berasal dari tumbuhan atau hewan.
• Penghapusan aerasi dengan gerakan dari satu situs ke situs lain.

Biopil tetap terpasang di tempat yang sama, diangin-anginkan di lapisan internalnya melalui sistem pipa, yang biaya pemasangan, pengoperasian dan pemeliharaannya harus dipertimbangkan dari tahap 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 tercemar di suatu area yang luas.

Pada sentimeter pertama tanah tersebut, degradasi zat pencemar lebih disukai berkat aerasi dan pencampurannya. Mesin pertanian digunakan untuk tugas-tugas ini, seperti traktor bajak.

Kerugian utama dari penanaman lahan adalah membutuhkan lahan yang luas, yang dapat digunakan untuk produksi pangan.

Fitoremediasi

Fitoremediasi, juga disebut mikro-organisme dan bioremediasi berbantuan tumbuhan, adalah sekumpulan bioteknologi yang didasarkan pada penggunaan tumbuhan dan mikro-organisme untuk menghilangkan, membatasi atau mengurangi toksisitas zat pencemar di permukaan atau air bawah tanah, lumpur dan tanah.

Selama fitoremediasi, degradasi, ekstraksi dan / atau stabilisasi (penurunan ketersediaan hayati) kontaminan dapat terjadi. Proses ini bergantung pada interaksi antara tumbuhan dan mikroorganisme yang hidup sangat dekat dengan akarnya, di daerah yang disebut rhizosfer.

Gambar 2. Bioremediasi air yang terkontaminasi tumbuhan dan mikroorganisme. Sumber: Wikyhelper, dari Wikimedia Commons

Fitoremediasi sangat berhasil dalam menghilangkan logam berat dan zat radioaktif dari tanah dan air 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 memulihkan logam (jika memiliki kepentingan ekonomi), atau dapat ditinggalkan di tempat pembuangan akhir limbah.

Kerugian dari fitoremediasi adalah kurangnya pengetahuan mendalam tentang interaksi yang terjadi antara organisme yang terlibat (tumbuhan, bakteri, dan mungkin jamur mikoriza).

Di sisi lain, kondisi lingkungan yang memenuhi kebutuhan semua organisme terapan harus dijaga.

Bioreaktor

Bioreaktor adalah wadah dengan ukuran yang cukup besar, yang memungkinkan untuk mempertahankan kondisi fisikokimia yang sangat terkontrol dalam media kultur air, dengan tujuan untuk mendukung proses biologis yang diinginkan.

Mikroorganisme bakteri dan jamur dapat dibudidayakan secara besar-besaran di laboratorium dalam bioreaktor kemudian diaplikasikan secara in situ pada proses bioaugmentasi. Mikroorganisme juga dapat dibudidayakan untuk kepentingan mendapatkan enzim pengurai polutannya.

Bioreaktor digunakan dalam proses bioremediasi ex situ, dengan mencampurkan substrat yang terkontaminasi dengan media kultur mikroba, mendukung degradasi kontaminan.

Mikroorganisme yang tumbuh dalam bioreaktor bahkan dapat bersifat anaerobik, dalam hal ini media kultur berair harus tidak mengandung 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.

Microremediation

Penggunaan mikroorganisme jamur (mikroskopis fungi) dalam proses bioremediasi polutan toksik disebut mikoremediasi.

Perlu dipertimbangkan bahwa budidaya jamur mikroskopis biasanya lebih kompleks daripada budidaya bakteri dan oleh karena itu memerlukan biaya yang lebih tinggi. Selain itu, 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 daripada teknologi kimia dan sanitasi lingkungan fisik 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 membuat mineralisasi 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 hanya 1% mikroorganisme yang ada di alam yang telah diisolasi, batasan bioremediasi adalah identifikasi mikroorganisme yang mampu membiodegradasi zat pencemar tertentu.

Kurangnya pengetahuan tentang sistem terapan

Di sisi lain, bioremediasi bekerja dengan sistem kompleks dari dua atau lebih organisme hidup, yang umumnya tidak sepenuhnya dipahami.

Beberapa mikroorganisme yang diteliti memiliki biotransformasi senyawa pencemar menjadi produk sampingan yang bahkan lebih beracun. Untuk itu, perlu dilakukan studi sebelumnya tentang 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 memastikan bahwa sanitasi lingkungan terjadi dengan benar.

Ekstrapolasi hasil yang diperoleh di laboratorium

Karena kompleksitas sistem biologis yang tinggi, hasil yang diperoleh dalam skala kecil di laboratorium tidak selalu dapat diekstrapolasi ke proses lapangan.

Kekhususan dari setiap proses bioremediasi

Setiap proses bioremediasi melibatkan desain eksperimental tertentu, sesuai dengan kondisi tertentu dari situs yang terkontaminasi, jenis kontaminan yang akan dirawat, dan organisme yang akan diterapkan.

Proses ini kemudian perlu diarahkan oleh kelompok spesialis lintas disiplin, di antaranya harus ahli biologi, ahli kimia, insinyur, dan lain-lain.

Pemeliharaan kondisi fisikokimia lingkungan untuk mendukung pertumbuhan dan aktivitas metabolik yang diinginkan, menyiratkan pekerjaan permanen selama proses bioremediasi.

Waktu yang dibutuhkan

Akhirnya, proses bioremediasi bisa memakan waktu lebih lama daripada proses fisikokimia konvensional.

Referensi

1. Adams, GO, Tawari-Fufeyin, P. Igelenyah, E. (2014). Bioremediasi tanah yang terkontaminasi minyak bekas menggunakan kotoran unggas. Jurnal Penelitian di Teknik dan Ilmu Terapan3 (2) 124-130
2. Adams, O. (2015). "Bioremediasi, Biostimulasi dan Bioaugmentasi: Tinjauan". Jurnal Internasional Bioremediasi Lingkungan dan Biodegredasi. 3 (1): 28–39.
3. Boopathy, R. (2000). "Faktor yang membatasi teknologi bioremediasi". Teknologi Bioresource. 74: 63–7. doi: 10.1016 / S0960-8524 (99) 00144-3.
4. Eweis JB, Ergas, SJ, Chang, DPY dan Schoeder, D. (1999). Prinsip Biorecovery. McGraw-Hill Interamericana dari Spanyol, Madrid. hlm 296.
5. Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA dan Brock, T. (2015). Brock biologi mikroorganisme. 14 ed. Benjamin Cummings. hlm 1041.
6. McKinney, RE (2004). Mikrobiologi Pengendalian Pencemaran Lingkungan. M. Dekker. hlm 453.
7. Pilon-Smits E. 2005. Fitoremediasi. Annu. Rev. Biol Tanaman 56: 15-39.