Limbah Logam Berat

A.    Pengertian Logam Berat

Logam merupakan toksikan yang unik. Logam ditemukan dan menetap di alam, tetapi bentuk kimianya dapat berubah akibat pengaruh fisikokimia, biologis, atau akibat aktivitas manusia.

Logam adalah unsur alam yang dapat diperoleh dari laut, erosi batuan tambang, vulkanisme dan sebagainya. Umumnya logam-logam di alam ditemukan dalam bentuk persenyawaan dengan unsur lain, sangat jarang yang ditemukan dalam elemen tunggal. Unsur ini dalam kondisi suhu kamar tidak selalu berbentuk padat melainkan ada yang berbentuk cair, misalnya merkuri (Hg). Dalam badan perairan, logam pada umumnya berada dalam bentuk ion-ion, baik sebagai pasangan ion ataupun dalam bentuk ion-ion tunggal. Sedangkan pada lapisan atmosfir, logam ditemukan dalam bentuk partikulat, dimana unsur-unsur logam tersebut ikut berterbangan dengan debu-debu yang ada di atmosfir.

Logam berat adalah komponen alamiah lingkungan yang mendapatkan perhatian berlebih akibat ditambahkan ke dalam tanah dalam jumlah yang semakin meningkat dan bahaya yang mungkin ditimbulkan. Logam berat menunjuk pada logam yang mempunyai berat jenis lebih tinggi dari 5 atau 6 g/cm³. Namun pada kenyataannya dalam pengertian logam berat ini, dimasukkan pula unsur-unsur metaloid yang mempunyai sifat berbahaya seperti logam berat sehingga jumlah seluruhnya mencapai lebih kurang 40 jenis. Beberapa logam berat yang beracun tersebut adalah As, Cd. Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, dan Zn.

Secara umum logam berat telah digunakan secara luas terutama dalam bidang kimia dan industri. Menurut palar (1994), secara umum logam berat memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

a. memiliki kemampuan yang baik sebagai penghantar daya listrik (konduktor)

b. memiliki rapat massa yang tinggi.

c. Dapat membentuk alloy dengan logam lainnya

d. Untuk logam yang padat dapat ditempa dan dibentuk

Unsur-unsur atau kandungan logam yang terdapat dalam atmosfir ditemukan dalam bentuk partikel atau merupakan senyawa. Unsur logam ditemukan secara luas di seluruh permukaan bumi yang dapat bersifat toksik yang berbahaya bagi manusia apabila masuk ke dalam tubuh dimana logam tersebut biasanya terdapat dalam makanan, air dan udara.

Limbah Logam Berat atau heavy metal termasuk golongan limbah B3. Limbah yang mengandung logam berat adalah issue lingkungan yang menjadi perhatian banyak pihak, utamanya bagi industri-industri di tanah air. Masalah limbah logam berat sangat serius diperhatikan mengingat dampak yang ditimbulkannya begitu nyata bagi kehidupan makhluk hidup, termasuk manusia.

Logam berat biasanya sangat sedikit dalam air secara ilmiah kurang dari 1 g/L. Kelarutan dari unsur-unsur logam dan logam berat dalam badan air dikontrol oleh :

(1) pH badan air,

(2) jenis dan konsentrasi logam dan khelat

(3) keadaan komponen mineral teroksida dan sistem berlingkungan redoks.

Logam berat yang dilimpahkan ke perairan, baik di sungai ataupun laut akan dipindahkan dari badan airnya melalui beberapa proses yaitu : pengendapan, adsorbsi dan absorbsi oleh organisme perairan. Logam berat mempunyai sifat yang mudah mengikat bahan organik dan mengendap di dasar perairan dan bersatu dengan sedimen sehingga kadar logam berat dalam sedimen lebih tinggi dibandingkan dalam air.

Logam berat mempunyai sifat yang mudah mengikat dan mengendap di dasar perairan dan bersatu dengan sedimen, oleh karena itu kadar logam berat dalam sedimen lebih tinggi dibandingkan dalam air (Harahap, 1991). Konsentrasi logam berat pada sedimen tergantung pada beberapa faktor yang berinteraksi. Faktor-faktor tersebut adalah :

1. Sumber dari mineral sedimen antara sumber alami atau hasil aktifitas manusia.

2. Melalui partikel pada lapisan permukaan atau lapisan dasar sedimen.

3. Melalui partikel yang terbawa sampai ke lapisan dasar.

4. Melalui penyerapan dari logam berat terlarut dari air yang bersentuhan.

B.     Penggolongan Logam Berat

Menurut Vouk (1986) yang mengatakan bahwa terdapat 80 jenis dari 109 unsur kimia di muka bumi ini yang telah teridentifikasi sebagai jenis logam berat. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi dalam dua jenis, yaitu:

1.      Jenis pertama adalah logam berat esensial, di mana 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.      Jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya 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 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.

Niebor dan Richardson menggunakan istilah logam berat untuk menggantikan pengelompokan ion-ion logam ke dalam kelompok biologi dan kimia (bio-kimia). Pengelompokan tersebut adalah sebagai berikut:

1.      Logam-logam yang dengan mudah mengalami reaksi kimia bila bertemu dengan juga dengan unsur oksigen atau disebut juga dengan oxygen-seeking metal.

2.      Logam-logam yang dengan mudah mengalami reaksi kimia bila bertemu dengan unsur nitrogen dan atau unsur belerang (sulfur) atau disebut juga nitrogen/sulfur seeking metal.

3. Logam antara atau logam transisi yang memiliki sifat khusus sebagai logam pengganti (ion pengganti) untuk logam-logam atau ion-ion logam.

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.

Adanya logam berat di perairan, berbahaya baik secara langsung terhadap kehidupan organisme, maupun efeknya secara tidak langsung terhadap kesehatan manusia. Hal ini berkaitan dengan sifat-sifat logam, yaitu :

1.  Sulit didegradasi, sehingga mudah terakumulasi dalam lingkungan perairan dan keberadaannya secara alami sulit terurai (dihilangkan).

2. Dapat terakumulasi dalam organisme termasuk kerang dan ikan, dan akan membahayakan kesehatan manusia yang mengkomsumsi organisme tersebut.

3.  Mudah terakumulasi di sedimen, sehingga konsentrasinya selalu lebih tinggi dari konsentrasi logam dalam air. Disamping itu sedimen mudah tersuspensi karena pergerakan masa air yang akan melarutkan kembali logam yang dikandungnya ke dalam air, sehingga sedimen menjadi sumber pencemar potensial dalam skala waktu tertentu.

C.    Sifat dan Karakteristik Logam Berat

1.      Mercury (Hg)

Air Raksa atau Mercury (Hg) adalah salah satu logam berat dalam bentuk cair. Terjadinya pencemaran mercury di perairan laut lebih banyak disebabkan oleh faktor manusia dibanding faktor alam.  Meskipun pencemaran mercury dapat terjadi secara alami tetapi kadarnya sangat kecil. Pencemaran mercury secara besar-besaran disebabkan karena limbah yang dibuang oleh manusia.

Manusia telah menggunakan mercury oksida (HgO) dan mercury sulfida (HgS) sebagai zat pewarna dan bahan kosmetik sejak jaman dulu. Dewasa ini mercury telah digunakan secara meluas dalam produk elektronik, industri pembuatan cat, pembuatan gigi palsu, peleburan emas, sebagai katalisator, dan lain-lain. Penggunaan mercury sebagai elektroda dalam pembuatan soda api dalam industri makanan seperti minyak goreng, produk susu, kertas tima, pembungkus makanan juga kadang mencemari makanan tersebut.

Pencemaran logam mercury (Hg) mulai mendapat perhatian sejak munculnya kasus minamata di Jepang pada tahun 1953. Pada saat itu banyak orang mengalami penyakit yang mematikan akibat mengonsumsi ikan, kerang, udang dan makanan laut lainnya yang mengandung mercury. Kasus minamata yang terjadi dari tahun 1953 sampai 1975 telah menyebabkan ribuan orang meninggal dunia akibat pencemaran mercury di Teluk Minamata Jepang.

Industri Kimia Chisso menggunakan mercury khlorida (HgCl₂) sebagai katalisator dalam memproduksi acetaldehyde sintesis di mana setiap memproduksi satu ton acetaldehyde menghasilkan limbah antara 30-100 gr mercury dalam bentuk methyl mercury (CH₃Hg) yang dibuang ke laut Teluk Minamata.

Methyl mercury ini masuk ke dalam tubuh organisme laut baik secara langsung dari air maupun mengikuti rantai makanan. Kemudian mencapai konsentrasi yang tinggi pada daging kerang-kerangan, crustacea dan ikan yang merupakan konsumsi sehari-hari bagi masyarakat Minamata. Konsentrasi atau kandungan mercury dalam rambut beberapa pasien di rumah sakit Minamata mencapai lebih 500 ppm. Masyarakat Minamata yang mengonsumsi makanan laut yang tercemar tersebut dalam jumlah banyak telah terserang penyakit syaraf, lumpuh, kehilangan indera perasa dan bahkan banyak yang meninggal dunia.

2.      Khromium (Cr)

Khromium (Cr) adalah metal kelabu yang keras. Khromium terdapat pada industri gelas, metal, fotografi, dan elektroplating. Dalam bidang industri, khromium diperlukan dalam dua bentuk, yaitu khromium murni dan aliasi besi-besi khromium yang disebut ferokromium sedangkan logam khromium murni tidak pernah ditemukan di alam. Khromium sendiri sebetulnya tidak toksik, tetapi senyawanya sangat iritan dan korosif. Inhalasi khromium dapat menimbulkan kerusakan pada tulang hidung. Di dalam paru-paru, khromium ini dapat menimbulkan kanker. Sebagai logam berat, khrom termasuk logam yang mempunyai daya racun tinggi. Daya racun yang dimiliki oleh khrom ditentukan oleh valensi ionnya. Logam Cr⁶⁺ merupakan bentuk yang paling banyak dipelajari sifat racunnya dikarenakan Cr⁶⁺ merupakan toxic yang sangat kuat dan dapat mengakibatkan terjadinya keracunan akut dan keracunan kronis.

Khromium mempunyai konfigurasi electron 3d⁵4s¹, sangat keras, mempunyai titik leleh dan titik didih tinggi diatas titik leleh dan titik didih unsur-unsur transisi deret pertama lainnya. Bilangan oksidasi yang terpenting adalah +2, +3 dan +6. jika dalam keadaan murni melarut dengan lambat sekali dalam asam encer membentuk garam kromium (II).

Senyawa-senyawa yang dapat dibentuk oleh khromium mempunyai sifat yang berbeda-beda sesuai dengan valensi yang dimilikinya. Senyawa yang terbentuk dari logam Cr⁺² akan bersifat basa, dalam larutan air kromium (II) adalah reduktor kuat dan mudah dioksidasi diudara menjadi senyawa khromium (III) dengan reaksi :

2 Cr²⁺ _(aq) + 4H⁺ _(aq) + O_{2 (g)} + 2 Cr³⁺ _(aq) + 2 H₂O _(l)

Senyawa yang terbentuk dari ion khromium (III) atau Cr³⁺ bersifat amfoter dan merupakan ion yang paling stabil di antara kation logam transisi yang lainnya serta dalam larutan. Senyawa yang terbentuk dari ion logam Cr⁶⁺ akan bersifat asam. Cr³⁺ dapat mengendap dalam bentuk hidroksida. Khrom hidroksida ini tidak terlarut dalam air pada kondisi pH optimal 8,5–9,5 akan tetapi akan melarut lebih tinggi pada kondisi pH rendah atau asam. Cr⁶⁺ sulit mengendap, sehingga dalam penanganannya diperlukan zat pereduksi dari Cr⁶⁺ menjadi Cr³⁺.

3.      Seng (Zn)

Seng (Zn) adalah metal yang didapat antara lain pada industri alloy, keramik, pigmen, karet, dan lain-lain. Toksisitas Zn pada hakekatnya rendah. Tubuh memerlukan Zn untuk proses metabolisme, tetapi dalam kadar tinggi dapat bersifat racun. Seng menyebabkan warna air menjadi opalescent, dan bila dimasak akan timbul endapan seperti pasir.

Seng adalah suatu bluish-white, metal berkilauan, Zinc merupakan logam seperti perak banyak digunakan dalam industri baja supaya tahan karat, membuat kuningan, membuat kaleng yang tahan panas dan sebagainya. Rapuh pada suhu lingkungan tetapi lunak pada suhu 100-150^°C. Merupakan suatu

konduktur listrik dan terbakar tinggi di dalam udara pada panas merah-pijar. 

Logam seng (Zn) tersedia secara komersial jadi tidak secara normal untuk membuatnya di dalam laboratorium. Kebanyakan produksi seng didasarkan bijih sulfid. Zn dipanggang didalam pabrik industri untuk membentuk oksida seng, ZnO. Ini dikurangi dengan karbon untuk membentuk seng metal, tetapi diperlukan practice ingenious technology untuk memastikan bahwa seng yang dihasilkan tidak mengandung oksida tak murni. 

ZnO + C → Zn + CO

ZnO + CO → Zn + CO2

CO₂ + C → 2CO

4.      Tembaga (Cu)

Tembaga dengan nama kimia cupprum dilambangkan dengan Cu. Logam ini berbentuk kristal dengan warna kemerahan. Secara kimia, senyawa-senyawa dibentuk oleh logam Cu (tembaga) mempunyai bilangan valensi +1 dan +2 yang tidak dapat larut dalam air dingin atau air panas, tetapi mereka dapat dilarutkan dalam larutan asam. Cu merupakan penghantar listrik terbaik setelah perak (Argentum-Ag), karena itu logam Cu banyak digunakan dalam bidang elektronika atau pelistrikan. Pada manusia, efek keracunan yang ditimbulkan akibat terpapar oleh debu atau uap. Cu tersebut adalah terjadinya kerusakan atropik pada selaput lendir yang berhubungan dengan hidung. Kerusakan itu, merupakan akibat dari gabungan sifat iritatif yang dimiliki oleh debu atau uap Cu tersebut.

Secara umum sumber masuknya logam Cu ke dalam tatanan lingkungan adalah secara alamiah dan non alamiah. Berikut ini adalah proses masuknya Cu ke alam : 

a. Secara alamiah Cu masuk ke dalam suatu tatanan lingkungan sebagai akibat peristiwa alam. Unsur ini dapat bersumber dari peristiwa pengikisan (erosi) dari batuan mineral, dari debu-debu dan atau partikulat-partikulat Cu yang ada dalam lapisan udara yang turun bersama hujan. 

b. Secara non alamiah Cu masuk ke dalam suatu tatanan lingkungan sebagai akibat dari suatu aktifitas manusia. Jalur dari aktfitas manusia ini untuk memasukkan Cu ke dalam lingkungan ada berbagai macam cara. Salah satunya adalah dengan pembuangan oleh industri yang memakai Cu dalam proses produksinya. 

5.      Timbal (Pb)

Timbal atau dalam keseharian lebih dikenal dengan nama timah hitam, dalam bahasa ilmiahnya dinamakan plumbum. Dahulu digunakan sebagai konstituen di dalam cat, baterai, dan saat ini banyak digunakan dalam bensin. Pb organik (TEL = Tetra Ethyl Lead) sengaja ditambahkan ke dalam bensin untuk meningkatkan nilai oktan. Pb adalah racun sitemik yang dikenal dengan cara pemasukannya setiap hari dapat melalui makanan, air, udara dan penghirupan asap tembakau. Efek dari keracunan Pb dapat menimbulkan kerusakan pada otak dan penyakit-penyakit yang berhubungan dengan otak, antara lain epilepsi, halusinasi, kerusakan pada otak besar.

Timbal dalam industri digunakan sebagai bahan pelapis untuk bahan kerajinan dari tanah karena pada temperatur yang rendah bahan pelapis dapat digunakan. Sekarang banyak juga digunakan sebagai pelapis pita-pita, karena mempunyai sikap resisten terhadap bahan korosif dan bahan baterai, cat. Senyawaan yang terpenting adalah (CH₃)₄Pb dan (C₂H₅)₄Pb yang dibuat dalam jumlah yang sangat besar untuk digunakan sebagai zat “antiknock” dalam bahan bakar.

D.    Dampak Negatif Logam Berat bagi Manusia

Sifat logam berat sangat unik, tidak dapat dihancurkan secara alami dan cenderung terakumulasi dalam rantai makanan melalui proses biomagnifikasi. Pencemaran logam berat ini menimbulkan berbagai permasalahan diantaranya:

1. Berhubungan dengan estetika (perubahan bau, warna dan rasa air),

2. Berbahaya bagi kehidupan tanaman dan binatang,

3. Berbahaya bagi kesehatan manusia,

4. Menyebabkan kerusakan pada ekosistem.

Sebagian dari logam berat bersifat essensial bagi organisme air untuk pertumbuhan dan perkembangan hidupnya, antara lain dalam pembentukan haemosianin dalam sistem darah dan enzimatik pada biota. Akan tetapi bila jumlah dari logam berat masuk ke dalam tubuh dengan jumlah berlebih, maka akan berubah fungsi menjadi racun bagi tubuh.

Masing-masing logam berat memiliki dampak negatif terhadap manusia jika dikonsumsi dalam jumlah yang besar dan waktu yang lama. Dampak tersebut antar lain :

1. Timbal (Pb)

Dalam peredaran darah dan otak dapat menyebabkan gangguan sintesis hemoglobin darah, gangguan neurologi (susunan syaraf), gangguan pada ginjal, sistem reproduksi, penyakit akut atau kronik sistem syaraf, dan gangguan fungsi paru-paru. Selain itu, dapat menurunkan IQ pada anak kecil jika terdapat 10-20 myugram/dl dalam darah.

2. Kadmium (Cd)

Jika berakumulasi dalam jangka waktu yang lama dapat menghambat kerja paru-paru, bahkan mengakibatkan kanker paru-paru, mual, muntah, diare, kram, anemia, dermatitis, pertumbuhan lambat, kerusakan ginjal dan hati, dan gangguan kardiovaskuler. Kadmium dapat pula merusak tulang (osteomalacia, osteoporosis) dan meningkatkan tekanan darah. Gejala umum keracunan Kadmium adalah sakit di dada, nafas sesak (pendek), batuk – batuk, dan lemah.

3. Merkuri (Hg)

Dapat berakumulasi dan terbawa ke organ-organ tubuh lainnya, menyebabkan bronchitis, sampai rusaknya paru-paru. Gejala keracunan Merkuri tingkat awal, pasien merasa mulutnya kebal sehingga tidak peka terhadap rasa dan suhu, hidung tidak peka bau, mudah lelah, gangguan psikologi (rasa cemas dan sifat agresif), dan sering sakit kepala. Jika terjadi akumulasi yang tinggi mengakibatkan kerusakan sel-sel saraf di otak kecil, gangguan pada luas pandang, kerusakan sarung selaput saraf dan bagian dari otak kecil. Turunan oleh Merkuri (biasanya etil merkuri) pada proses kehamilan akan nampak setelah bayi lahir yang dapat berupa cerebral palsy maupun gangguan mental. Sedangkan keracunan Merkuri yang akut dapat menyebabkan kerusakan saluran pencernaan, gangguan kardiovaskuler, kegagalan ginjal akut maupun shock.

4. Arsenik (As)

Dalam tubuh dapat mengganggu daya pandang mata, hiperpigmentasi (kulit menjadi berwarna gelap), hiperkeratosis (penebalan kulit), pencetus kanker, infeksi kulit (dermatitis). Selain itu, dapat menyebabkan kegagalan fungsi sumsum tulang, menurunnya sel darah, gangguan fungsi hati, kerusakan ginjal, gangguan pernafasan, kerusakan pembuluh darah, varises, gangguan sistem reproduksi, menurunnya daya tahan tubuh, dan gangguan saluran pencernaan.

5. Chromium (Cr)

Dalam tubuh dapat berakibat buruk terhadap sistem saluran pernafasan, kulit, pembuluh darah, dan ginjal. Dampak kandungan logam berat memang sangat berbahaya bagi kesehatan. Namun, kita dapat mencegahnya dengan meningkatkan kesadaran untuk ikut serta melestarikan sumber daya hayati serta menjaga kesehatan baik untuk diri sendiri maupun keluarga. Salah satu cara sederhana untuk menjaga kesehatan adalah dengan mendeteksi kondisi air yang kita gunakan sehari-hari, terutama kebutuhan untuk minum. Jika kondisi air Anda sudah terdeteksi, maka akumulasi logam berat dalam tubuh dapat kita cegah.

E.     Upaya Penanggulangan Pemcemaran Logam Berat

Upaya penanganan pencemaran logam berat sebenarnya dapat dilakukan dengan menggunakan proses kimiawi. Seperti penambahan senyawa kimia tertentu untuk proses pemisahan ion logam berat atau dengan resin penukar ion, serta beberapa metode lainnya seperti penyerapan menggunakan karbon aktif, electrodialysis dan reverse osmosis. Namun proses ini relatif mahal dan cenderung menimbulkan permasalahan baru, yaitu akumulasi senyawa tersebut dalam sedimen dan organisme akuatik (perairan).

1.      Mikroalgae Penyerap Limbah Logam Berat

Penanganan logam berat dengan mikroorganisme atau mikrobia (dalam istilah Biologi dikenal dengan bioakumulasi, bioremediasi, atau bioremoval), menjadi alternatif yang dapat dilakukan untuk mengurangi tingkat keracunan elemen logam berat di lingkungan perairan tersebut. Metode atau teknologi ini sangat menarik untuk dikembangkan dan diterapkan, karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan proses kimiawi. Beberapa hasil studi melaporkan, penggunaan mikroorganisme untuk menangani pencemaran logam berat lebih efektif dibandingkan dengan resin penular ion dan reverse osmosis dalam kaitannya dengan sensitivitas kehadiran padatan terlarut (suspended solid), zat organik dan logam berat lainnya. Serta, lebih baik dari proses pengendapan (presipitation) kalau dikaitkan dengan kemampuan menstimulasikan perubahan pH dan konsentrasi logam beratnya. Dengan kata lain, penanganan logam berat dengan mikroorganisme relatif mudah dilakukan, murah dan cenderung tidak berbahaya bagi lingkungan.

Organisme Selular Sianobakteria merupakan organisme selular yang termasuk kelompok mikroalga atau ganggang mikro. Di alam, organisme ini tersebar luas baik di perairan tawar maupun lautan. Sampai saat ini diketahui sekitar 2.000 jenis sianobakteria tersebar di berbagai habitat. Berdasarkan penelitian terbaru, sianobakteria merupakan salah satu organisme yang diketahui mampu mengakumulasi (menyerap) logam berat tertentu seperti Hg, Cd dan Pb.

Umumnya, penyerapan ion logam berat oleh sianobakteria dan mikroorganisme terdiri atas dua mekanisme yang melibatkan proses aktif uptake (biosorpsi) dan pasif uptake (bioakumulasi).

a.      Proses aktif uptake

Proses ini juga dapat terjadi pada berbagai tipe sel hidup. Mekanisme ini secara simultan terjadi sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan sianobakteria, dan/atau akumulasi intraselular ion logam tersebut. Logam berat dapat juga diendapkan pada proses metabolisme dan ekresi sel pada tingkat kedua. Proses ini tergantung dari energi yang terkandung dan sensitivitasnya terhadap parameter yang berbeda seperti pH, suhu, kekuatan ikatan ionik, cahaya dan lainnya.

b. Proses pasif uptake

Proses ini terjadi ketika ion logam berat terikat pada dinding sel biosorben. Mekanisme pasif uptake dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu;

1)      Pertukaran ion di mana ion pada dinding sel digantikan oleh ion-ion logam berat;

2)      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..

2.      Aplikasi  Biosorpsi Untuk Penanggulangan Logam Berat  Dari   Limbah Pertambangan

Proses penangkapan logam berat untuk mencegah masuknya logam berat tersebut ke badan perairan di daerah hulu sungai. Penangkapan limbah dilakukan melalui proses biosorpsi dengan memanfaatkan media biomasa yang mudah diperoleh di daerah setempat, seperti jarong, jerami, alang-alang, eceng gondok, sekam padi dan bagas.

Metode yang digunakan adalah absorbsi kation logam berat oleh dinding sel media bio yang bermuatan negatip dari gugus karboksil, hidroksil, sulfidril, amina dan fosfat. Gugus fungsi yang tidak bermuatan seperti atom N dalam peptida berfungsi sebagai ligan yang akan membentuk senyawa koordinasi dengan kation logam. Ikatan koordinasi antara dinding sel dan logam melibatkan ligan dan sisi aktif yang berbeda untuk setiap species, antara lain gugus karboksil dan fosforil yang membentuk ikatan primer dengan logam. Ikatan sekunder yang lemah terbentuk antara gugus hidroksil dan amil. Untuk itu dilakukan percobaan menggunakan berbagai media bio yang mudah diperoleh di daerah setempat seperti jarong, jerami, alangalang, eceng gondok, sekam padi dan bagas. Teknologi yang digunakan berupa unggun media bio yang ditempatkan masing-masing dalam 6 buah kolom tegak yang terbuat dari PVC dan persfex berdiameter 20 cm dengan tinggi 180 cm. Setiap kolom dilengkapi dengan keran pengatur debit air, kontrol tinggi air dan pompa sirkulasi.

3.       Pengolahan Limbah Logam Berat Cr(VI)

Logam Cr di alam terdapat dalam dua bentuk oksida, yaitu Cr(III) dan Cr(VI). Uniknya hanya Cr(VI) yang bersifat karsinogenik sedangkan Cr(III) tidak. Toksisitas Cr(III) hanya sekitar 1/100 kali Cr(VI), bahkan menurut penelitian Cr(III) ternyata merupakan salah satu nutrisi yang dibutuhkan tubuh manusia dengan kadar 50-200 mikrogram per hari. Cr(VI) mudah larut dalam air dan membentuk divalent oxyanion yaitu kromat dan dikromat.

Cr(III) mempunyai sifat mudah diendapkan atau diabsorpsi oleh senyawa organik maupun anorganik pada kondisi basa, sehingga pengolahan limbahnya dapat dilakukan dengan metode presipitasi di mana akan terbentuk endapan senyawa hidroksida. Metode ini tidak bisa digunakan pada limbah yang mengandung Cr(VI), sehingga untuk limbaah yang mengandung Cr(VI) harus direduksi terlebih dahulu menjadi Cr(III). Hal ini karena pada kondisi basa akan terjadi reaksi kesetimbangan senyawa dikromat dan kromat seperti di bawah ini:

Cr₂O₇^2-  +  2OH^-            <=>         2CrO₄^2-   +    H₂O

 Oranye                                             Kuning

Pada kondisi asam reaksi akan bergerak ke kiri menjadi dikomat, sedangkan pada kondisi basa kesetimbangan akan bergerak ke kanan.

Reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III) harus dilakukan dalam suasana asam dengan langkah-langkah sebagai berikut. Pertama-tama air limbah dikondisikan pada pH 2.0 sampai 2.5 dengan asam sulfat, asam klorida atau asam lainnya. Kemudian direduksi dengan menggunakan sodium metabisulfit (NaHSO₃), gas SO₂, Na₂S, H₂S, garam ferro atau bahan pereduksi lainnya. Reaksi reduksi-oksidasi (redoks) berlangsung cepat dan ditandai dengan perubahan warna dari warna oranye/kuning menjadi hijau kebiruan. Perubahan warna ini menandakan telah terjadi perubahan ke senyawa Cr(III). Langkah berikutnya adalah dengan mempresipitasinya dengan menambahkan unsur OH^- yang biasanya dari NaOH atau kapur hidroksida pada pH 8.5 sampai 9.0. Pada kondisi ini akan terbentuk Cr(III) hidroksida sesuai dengan reaksi berikut:

Cr⁶⁺  +   Fe²⁺   ->   Cr³⁺  +  Fe³⁺                                      (proses reduksi)

Cr³⁺  +   3OH^-   ->   Cr(OH)₃                                         (proses presipitasi)

Pengolahan Cr(VI) bisa dengan cara lain yaitu dengan cara elektrolisa. Metode ini lebih cocok untuk cairan air limbah yang konsentrasinya tinggi, sesuai dengan reaksi berikut ini:

 Cr₂O₇^2-  +  14H⁺  +  6e   ->   2Cr³⁺  +  7H₂O

Metode lainnya yaitu dengan penukar ion meski jarang dilakukan karena memerlukan energi yang sangat tinggi dan bahan kimia yang sangat banyak. Untuk air limbah organik asam kromat digunakan resin penukar ion positif yang bersifat basa kuat.

Metode lain yang juga dapat dipergunakan adalah reduksi fotokatalitik, di mana merupakan kombinasi proses fotokimia dan katalis yang terintegrasi untuk dapat melangsungkan suatu reaksi transformasi kimia yang berlansung pada permukaan bahan katalis semikonduktor yang terinduksi oleh sinar.

F.     Kasus Pencemaran Logam Berat Di Indonesia

Teluk Buyat, terletak di Kabupaten Minahasa, Sulawesi Utara, adalah lokasi pembuangan limbah tailing (lumpur sisa penghancuran batu tambang) milik PT. Newmont Minahasa Raya (NMR). Sejak tahun 1996, perusahaan asal Denver, AS, tersebut membuang sebanyak 2.000 ton limbah tailing ke dasar perairan Teluk Buyat setiap harinya.

Sejumlah ikan ditemui memiliki benjolan semacam tumor dan mengandung cairan kental berwarna hitam dan lendir berwarna kuning keemasan. Fenomena serupa ditemukan pula pada sejumlah penduduk Buyat, dimana mereka memiliki benjol-benjol di leher, payudara, betis, pergelangan, pantat dan kepala

Sejumlah laporan penelitian telah dikeluarkan oleh berbagai pihak sejak 1999 hingga 2004. Penelitian-penelitian ini dilakukan sebagai respon atas pengaduan masyarakat nelayan setempat yang menyaksikan sejumlah ikan mati mendadak, menghilangnya nener dan beberapa jenis ikan, serta keluhan kesehatan pada masyarakat. Dari laporan-laporan penelitian tersebut, ditemukan kesamaan pola penyebaran logam-logam berat seperti Arsen (As), Antimon (Sb), dan Merkuri (Hg) dan Mangan (Mn), dimana konsentrasi tertinggi logam berbahaya tersebut ditemukan di sekitar lokasi pembuangan tailing Newmont. Hal ini mengindikasikan bahwa pembuangan tailing Newmont di Teluk Buyat merupakan sumber pencemaran sejumlah logam berbahaya. Namun demikian, sejumlah Menteri, diantaranya Menteri Lingkungan Hidup Nabiel Makarim, mengeluarkan pernyataan bahwa Teluk Buyat tidak tercemar. Menteri Kesehatan Achmad Sujudi bahkan mengatakan seolah-olah penyakit yang diderita oleh masyarakat Teluk Buyat adalah penyakit kulit dan akibat kekurangan gizi.

Perdebatan yang selama ini muncul terkait dengan dugaan penyakit Minamata seperti yang pernah terjadi di Jepang lebih dari tiga dekade yang lalu. Padahal penyakit Minamata itu adalah penyakit akibat kontaminasi merkuri, sedangkan di Teluk Buyat yang terjadi adalah kontaminasi sejumlah logam berat: arsen, merkuri, antimon, mangan, dan senyawa sianida. Jadi, yang harus diverifikasi atau diuji adalah keterkaitan antara keluhan-keluhan masyarakat atau penyakit mereka dengan gejala penyakit yang diakibatkan oleh sejumlah logam berat tersebut. “Kontaminasi Arsen pada tubuh menimbulkan gejala-gejala seperti dada panas, rasa mual, mudah lelah dan lupa, kolaps, dan kanker kulit. Yang tidak pernah dilihat adalah dampak dari logam-logam lain, seperti antimon, mangan, dan juga sianida. Sianida dan mangan bisa menyebabkan gangguan kulit, terutama mangan, seperti yang kita lihat di pertambangan di Kalimantan,” papar Raja Siregar pengkampanye di Eksekutif National WALHI.

Dari berbagai laporan penelitian, termasuk yang dilakukan WALHI, sejumlah konsentrasi logam berat (arsen, merkuri, antimon, mangan) dan senyawa sianida pada sedimen di Teluk Buyat sudah tinggi. Jika dibandingkan pada konsentrasi logam berat sebelum pembuangan tailing (data dari studi Analisis Mengenai Dampak Lingkungan/AMDAL tahun 1994), konsentrasi arsen di daerah dekat mulut pipa tailing di Teluk Buyat meningkat hingga 5-70 kali lipat (data WALHI dan KLH 2004). Konsentrasi merkuri meningkat 10 kali lipat di sekitar pipa pembuangan tailing.Jika dibandingkan dengan Teluk Totok (lokasi penambangan rakyat), konsentrasi arsen dan antimon jauh lebih tinggi di sekitar pembuangan tailing PT NMR (data Walhi dan KLH 2004). Untuk merkuri, konsentrasi di Teluk Buyat dan Teluk Totok hampir sama. Namun, pada data penelitian KLH 2004, konsentrasi merkuri di lokasi pembuangan tailing Newmont lebih besar dibandingkan dengan di Teluk Totok.