Sedang polutan logam berat dan unsur radioaktif dapat dibersihkan oleh
tanaman melalui ... Sebagai contoh satu pohon Poplar dapat menyerap. 30
galon air ...
XI. FITOREMEDIASI
Kompetensi: Menjelaskan rekayasa bioproses yang digunakan untuk fitoremediasi
Fitoremediasi adalah proses bioremediasi yang menggunakan berbagai tanaman untuk menghilangkan, memindahkan, dan atau menghancurkan kontaminan dalam tanah dan air bawah tanah. Konsep penggunaan tanaman untuk penanganan limbah dan sebagai indikator pencemaran udara dan air sudah lama ada, yaitu fitoremediasi dengan sistem lahan basah, lahan alang-alang dan tanaman apung. Selanjutnya konsep fitoremediasi berkembang untuk penanganan masalah pencemaran tanah. Secara tradisional, tanaman telah lama digunakan untuk proses penjernihan air. Mekanisme yang terjadi adalah proses koagulasi menggunakan ekstrak tanaman yang bersifat koagulan. Tanaman enceng gondok (Eichornia crassipes) telah lama digunakan untuk pengolahan air limbah secara tradisional. Di daerah hilir banyak saluran-saluran air yang dipenuhi dengan enceng gondok, yang secara alami dapat membersihkan air limbah. Tanaman air lain seperti kapu-kapu (Pistia stratiotes) dan kiambang (Salvinia natans) juga dapat dimanfaatkan untuk pengolahan air limbah. Akhir-akhir ini tanaman alangalang juga dimanfaatkan untuk pengolahan air limbah menggunakan sistem wetland (lahan basah). Jenis alang-alang yang sudah dicoba digunakan adalah Phragmites australis, Typha latifolia, dan Schoenoplectus lacustris. Fitoremediasi dapat dilakukan secara in situ (langsung di tempat terjadinya pencemaran), maupun secara ex situ atau menggunakan kolam buatan yang merupakan bioreaktor besar untuk penanganan limbah. Tanaman dapat digunakan secara langsung dalam bentuk alaminya lengkap terdiri bagian akar, batang, dan daun, maupun dalam bentuk kultur jaringan tanaman. Adanya batas konsentrasi polutan yang dapat ditolelir oleh tanaman, menyebabkan teknik fitoremediasi biasanya menggunakan jenis-jenis tanaman yang toleran terhadap polutan tertentu. Konsentrasi polutan yang tinggi melebihi batas toleran menyebabkan tanaman mengalami stres dan akhirnya mati, pada kondisi seperti ini diperlukan pengenceran atau dikombinasikan dengan metode lain. Tanaman secara umum hanya dapat hidup pada limbah dengan BOD kurang dari 300 miligram per liter.
Tanaman dapat membersihkan polutan dari tanah, air maupun udara, dengan berbagai cara. Tanaman dapat merusak atau merombak polutan organik, maupun menyerap dan menstabilisasi logam polutan. Dalam hal ini polutan organik dapat dibersihkan oleh tanaman melalui satu mekanisme atau kombinasi proses-proses fitodegradasi, rizodegradasi, dan fitovolatilisasi. Polutan organik seperti crude oil, pelarut, dan polyaromatic hydrocarbons (PAHs) telah dibuktikan dapat diatasi dengan teknik ini. Sedang polutan logam berat dan unsur radioaktif dapat dibersihkan oleh tanaman melalui proses fitoekstraksi/fitoakumulasi, rizofiltrasi, dan atau fitostabilisasi.
1. Biodegradasi dalam rizosfer Dalam proses ini, tanaman mengeluarkan senyawa organik dan enzim melalui akar (disebut eksudat akar), sehingga daerah rizosfer merupakan lingkungan yang sangat baik untuk tempat tumbuhnya mikroba dalam tanah. Mikroba di daerah rizosfer akan mempercepat proses biodegradasi kontaminan. 2. Fitostabilisasi Dalam proses stabilisasi, berbagai senyawa yang dihasilkan oleh tanaman dapat mengimobilisasi kontaminan, sehingga diubah menjadi senyawa yang stabil. Tanaman mencegah migrasi polutan dengan mengurangi runoff, erosi permukaan, dan aliran air bawah tanah. 3. Fitoakumulasi (fitoekstraksi) Akar tanaman dapat menyerap kontaminan bersamaan dengan penyerapan nutrien dan air. Massa kontaminan tidak dirombak, tetapi diendapkan di bagian trubus dan daun tanaman. Metode ini digunakan terutama untuk menyerap limbah yang mengandung logam berat. 4. Rizofiltrasi (Sistem hidroponik untuk pembersihan air) Rizofiltrasi prinsipnya sama dengan fitoakumulasi, tetapi tanaman yang digunakan untuk membersihkan ditumbuhkan dalam media cair (sistem hidroponik). Sistem ini dapat digunakan untuk mengolah air bawah tanah secara ex-situ. Air bawah tanah dipompa ke permukaan untuk diolah menggunakan tanaman. Sistem hidroponik memerlukan media cair buatan yang dikondisikan seperti dalam tanah, misalnya
diberi campuran pasir dan mineral perlit, atau vermikulit. Setelah tanaman jenuh dengan kontaminan, kemudian dipanen dan diproses lanjut. 5. Fitovolatilisasi Dalam proses ini, tanaman menyerap air yang mengandung kontaminan organik melalui akar, diangkut ke bagian daun, dan mengeluarkan kontaminan yang sudah didetoksifikasi ke udara melalui daun. 6. Fitodegradasi Kontaminan organik diserap ke dalam tanaman. Dalam proses metabolisme, tanaman dapat merombak kontaminan di dalam jaringan tanaman menjadi molekul yang tidak bersifat toksis. 7. Pengendalian hidrolis Tanaman yang berbentuk pohon, secara tidak langsung dapat membersihkan lingkungan, dengan cara mengendalikan pergerakan air bawah tanah. Pohon merupakan pompa alami, saat akar yang berada pada lapisan air bawah tanah menyerap air dalam jumlah besar. Sebagai contoh satu pohon Poplar dapat menyerap 30 galon air per hari. Pohon Cottonwood dapat menyerap lebih dari 350 galon per hari.
A. Penyerapan Karbon Emisi karbon ke udara terutama dihasilkan oleh kendaraan, mesin-mesin dan pembakaran berbagai senyawa karbon untuk berbagai keperluan. Selama hidupnya tanaman menyerap karbon dalam bentuk CO2 pada proses fotosintesis. CO2 dan air diubah menjadi karbohidrat dalam jaringan tanaman, dan dalam proses tersebut dihasilkan gas O2. Jadi secara alami tanaman mengurangi karbon yang ada di udara. Kemampuan tanaman menyerap karbon dipengaruhi ukuran tanaman, bentuk kanopi,, morfologi daun dan sifat fisiologi tanaman. Secara fisiologi terdapat tanaman C3 dan C4, yang mempunyai senyawa penangkap CO2 berbeda dalam reaksi fotosintesis. Tanaman C3 seperti bunga matahari dapat menangkap 68 mg CO2 / dm2/jam, sedang tanaman jagung mampu menangkap 100mgCO2 /dm2/jam. Kebanyakan tanaman rumput-rumputan
termasuk tanaman C4 yang mempunyai kemampuan tinggi menangkap CO2. Umumnya tanaman yang berbentuk pohon termasuk kelompok C3. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa tanaman dapat memperbaiki kualitas udara, dan mengurangi energi yang digunakan untuk mendinginkan atau menghangatkan gedung. Tanaman dapat memperbaiki kualitas udara lokal secara langsung dengan cara menghilangkan polusi udara, dan secara tidak langsung mengubah iklim mikro menjadi lebih sejuk dan mengurangi kecepatan angin. Secara umum, polusi udara dapat dihilangkan dari atmosfer melalui 3 cara, yaitu: melalui pengendapan, hujan, dan angin. Melalui proses pengendapan kering, polutan diendapkan di dekat kanopi tanaman, terutama di permukaan daun. Partikel dari udara terkumpul di permukaan daun karena gaya gravitasi dan pergerakan angin. Partikel di permukaan daun dapat di resuspensikan ke atmosfer oleh tiupan angin, atau tercuci oleh hujan, atau terkumpul di atas tanah saat daun dan bunga/buah gugur. Saat polutan yang berbentuk gas berada di dekat daun, maka dapat diabsorbsi oleh permukaan daun, atau terdifusi ke dalam sel-sel daun melalui lubang kecil di permukaan daun yang membuka yang disebut stomata. Naungan dan transpirasi dari tanaman mempengaruhi iklim mikro dengan cara mengatur suhu ambien, radiasi matahari, aliran angin, dan kelembaban relatif. Perubahan iklim mikro juga mempengaruhi konsentrasi polusi udara lokal. Dengan menempatkan pohon pohon dengan tepat, dapat sebagai pemecah angin misalnya di daerah pantai. Iklim mikro dapat diubah dengan cara lain. Sebagai contoh, Tanaman yang ditanam tersebar dapat mengurangi pemanasan permukaan tanah dan juga mengurangi kecepatan angin. Pada keadaan ini angin mencegah lingkungan dari suhu dingin, dan polutan dijerap pada kanopi tanaman. Jadi penting untuk mengetahui aliran udara di daerah tersebut dan cara menempatkan tanaman yang dapat mempengaruhi aliran udara tersebut. Tanaman menghasilkan bahan organik alami yang disebut senyawa organik volatil. Senyawa ini dapat mempengaruhi kualitas udara karena dapat bereaksi dengan polutan dan membentuk kabut asap pada kondisi iklim tertentu. Dalam hal ini tanaman dapat mengurangi panas dan emisi polusi yang dihasilkan oleh aktivitas kendaraan, dan mesin-mesin industri di perkotaan.
B. Penyerapan Gas Beracun Pada proses fotosintesis, tanaman juga dapat menyerap senyawa/gas selain karbon, seperti nitrogen oksida, gas amonia, sulfur dioksida, dan ozon, dan lainnya. Polutan-polutan tersebut sering mengotori udara di perkotaan. Dengan demikian tanaman dapat berfungsi sebagai filter udara alami, dengan adanya proses fotosintesis dan evepotranspirasi. Udara seperti disaring melalui tanaman, dibersihkan, didinginkan, dan dikembalikan lagi ke atmosfer. Peneliti dari USDA Forest Service menggunakan model komputer yang disebut Urban Forest Effects (UFORE) untuk memperkirakan jumlah polusi udara yang dihilangkan dengan menggunakan hutan kota di kota Jacksonville, Tampa dan Miami, di Florida. Polusi gas yang diatasi termasuk partikel berukuran
