4901
Penurunan Konsentrasi Pb dengan Metode Fitoremediasi Menggunakan Tumbuhan Jeringau (Acorus calamus)
Suhar1, Eka Marya Mistar2*, Ida Hasmita3, Nurul Aflah4, Ika Rezvani Aprita5
1,2,3Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Serambi Mekkah, Indonesia
4Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Indonesia
5Program Studi Teknologi Pengolahan Hasil Ternak, Politeknik Venezuela, Indonesia
*Koresponden email: eka.marya.mistar@serambimekkah.ac.id
Diterima: 14 Desember 2022 Disetujui: 9 Januari 2023
Abstract
Industrial activities have led to the aquatic environment degradation. One of the pollutants is lead (Pb) which has a dangerous toxic effect, cannot be decomposed and is mutagenic. High levels of Pb in waters can result in the death of aquatic biota and pose a threat to human health. This study examined the ability of the Jeringau plant (Acorus calamus) to absorb Pb. The Jeringau plant is taken from the river bank, with a length of 20 cm, has many leaves and roots. Artificial Pb waste was made with various concentrations of 0.5 mg/L, 1 mg/L and 2 mg/L. Furthermore, the Jeringau plant was put into a reactor containing Pb waste and observed for 9 days. The obtained results showed that Pb concentration decreased at the ninth day of 0.03 mg/L, 0.067 mg/L and 0.201 mg/L.
Keywords: phytoremediation, jeringau (Acorus calamus), Pb, lead, heavy metal
Abstrak
Kegiatan industri telah menyebabkan peningkatan degradasi lingkungan perairan. Salah satu pencemar yaitu timbal (Pb) yang memiliki efek toksik yang berbahaya, tidak dapat terurai dan mutagenik. Kadar Pb yang tinggi di perairan dapat mengakibatkan kematian biota air dan menjadi ancaman terhadap kesehatan manusia. Penelitian ini mengkaji kemampuan tumbuhan Jeringau (Acorus calamus) terhadap penyerapan limbah Pb. Tumbuhan jeringau diambil dari pinggir sungai, dengan panjang 20 cm, memiliki banyak daun serta akar. Limbah Pb buatan dibuat dengan variasi konsentrasi 0,5 mg/L, 1 mg/L dan 2 mg/L. Selanjutnya tumbuhan Jeringau dimasukkan ke dalam reaktor yang berisikan limbah Pb dan dilakukan pengamatan selama 9 Hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Jeringau dapat menurunkan konsentrasi Pb yaitu dari 0,03 mg/L, 0,067 mg/L dan 0,201 mg/L.
Kata kunci : fitoremediasi, jeringau (Acorus calamus), Pb, timbal, logam berat
1. Latar Belakang
Logam berat beracun seperti timbal Pb(II) di air adalah polutan yang serius dan telah menjadi perhatian besar di seluruh dunia [1]. Timbal (Pb) biasanya ditemukan dalam bijih besi. Logam ini sering digunakan dalam industri modern seperti dalam perpipaan air dikarenakan materialnya tahan akan korosi.
Pb(II) adalah racun yang dikenal memiliki efek toksik yang tidak dapat diubah pada organisme hidup dan lingkungan [2]. Pb juga digunakan dalam pembuatan baterai, cat, campuran bahan bakar bensin. Karena timbal dapat dengan mudah dicairkan, dan didaur ulang sehingga dapat dilakukan di unit industri skala kecil dan bengkel pinggir jalan. Karena sistem pengolahan dan pembuangan air limbah yang efisien dari unit-unit ini masih kurang di sebagian besar pusat perkotaan di negara-negara berkembang, pencemaran timbal pada badan air alami terus berlanjut. Ion Pb (II) dilaporkan terakumulasi dalam kerangka manusia yang kemudian menggantikan kalsium dan melemahkan tulang, menyebabkan kerusakan permanen pada organ vital seperti otak, hati, paru-paru dan ginjal [3].
Logam berat memasuki ekosistem melalui sumber alami maupun antropogenik. Secara alami, logam berat berasosiasi dengan letusan gunung berapi, erosi angin dan kebakaran hutan. Logam dari sumber alam menyebabkan lebih sedikit kerusakan lingkungan secara umum, sedangkan logam dari sumber antropogenik seperti pembangkit listrik tenaga panas, tambang, pengecoran dan pertanian menimbulkan ancaman bagi umat manusia [4]. Tidak seperti kontaminan organik, logam berat tidak dapat terurai secara hayati, dan menimbulkan perhatian kritis bagi organisme hidup dan lingkungan melalui aksinya sebagai senyawa karsinogenik dan mutagenik [5].
4902
Mekanisme pengolahan yang sederhana [6], hemat biaya namun cukup efisien perlu ditemukan untuk timbal dan logam berat lainnya. Fitoremediasi dapat menjadi solusi yang layak untuk mengatasi masalah ini [7]. Fitoremediasi adalah metode inovatif dan mendalam untuk membersihkan logam berat yang telah dilepaskan oleh aktivitas manusia ke lingkungan dan dimana logam tersebut telah bertahan selama bertahun-tahun. Fitoremediasi menggunakan media tumbuhan untuk memulihkan tanah dan sumber air yang terkontaminasi [8][9]. Hal ini karena tanaman memiliki efek yang lebih langsung pada tingkat kontaminan melalui fitoekstraksi, yang mengonsentrasikan kontaminan (misalnya, logam berat) dari lingkungan ke jaringan tanaman. Beberapa penelitian telah melaporkan beragam jenis tumbuhan yang berpotensi mengekstraksi Pb dari lokasi yang terkontaminasi seperti yang disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Tumbuhan yang berpotensi menyerap Pb Penelitian Jenis tanaman
Ma et al, 2020 [10] Acorus calamus
Saad dkk., 2020 [8] Spinacia Oleracea dan aquatica Forsk Hapsari dkk., 2018 [11] Ipomoea aquatica
Chanu and Gupta, 2016 [7] Aquatica Forsk Yuan dkk., 2016 [12] Alternanthera Sugiyanto dan Kasitowati, 2016 [13] Enhalus acoroides Caroline dan Moa, 2015 [14] Echinodorus palaefolius Basri dan Hamzah. 2015 [15] Acorus calamus
Rossi dkk., 2014 [16] Eichornia crassipes Anam dkk, 2013 [17] Equisetum Hyemale Basile dkk., 2012 [18] Leptodictyum riparium
Hu dkk., 2010 [19] Potamogeton crispus dan Sagittaria sagittifolia Piotrowska dkk., 2010 [20] Wolffia arrhiza
Pada penelitian ini, proses fitoremediasi dilakukan menggunakan tumbuhan jeringau. Acorus calamus merupakan keluarga Acoraceae, suatu tumbuhan berbonggol dengan daun berbentuk pedang, rimpang dan tumbuh merayap [21]. Jeringau (Acorus calamus) merupakan tumbuhan herba menahun yang banyak tumbuh pada lingkungan lembab dan basah seperti rawa, kolam, pinggir sungai dan danau [22]. Di Indonesia, Jeringau banyak dimanfaatkan untuk pengobatan berbagai penyakit antara lain sakit perut, demam, cacingan, pasca melahirkan dan perawatan bayi, serta masuk angin [23].
2. Metode penelitian
Tumbuhan jeringau diambil dari pinggir sungai sebanyak 9 batang dengan panjang 20 cm kemudian dibersihkan dan diaklimatisasi selama 24 jam. Selanjutnya dimasukkan ke dalam reaktor yang berisikan limbah Pb buatan. Larutan Pb dibuat dengan variasi konsentrasi 0.5 mg/L, 1 mg/L dan 2 mg/L. Kemudian dilakukan pengambilan sampel air pada hari ke 1, 3, 5, 7 dan 9 yang selanjutnya dibawa ke laboratorium untuk dianalisa konsentrasi Pb menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectrophotometry). Proses penyerapan Pb oleh jeringau ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Proses penyerapan Pb oleh tumbuhan Jeringau Sumber : Dokumentasi pribadi, 2022
4903
Data primer dikumpulkan dari penelitian di laboratorium, dimana dilakukan pengujian konsentrasi Pb sesudah berkontak dengan jeringau selama 9 hari. Sedangkan data sekunder diperoleh dari beberapa literatur seperti jurnal penelitian, buku dan karya ilmiah. Penyajian hasil penelitian dijelaskan secara deskriptif, menggunakan dengan grafik dan tabel yang dilengkapi narasi.
3. Hasil dan pembahasan 3.1 Penyerapan Pb
Tumbuhan Jeringau memiliki kemampuan beradaptasi dan bertahan hidup dalam lingkungan yang tercemar Pb. Jeringau mampu untuk menyerap logam berat Pb pada air limbah buatan, sehingga kadar logam berat Pb dalam air limbah menurun dan menyebabkan kadar logam berat Pb pada tanaman meningkat. Berdasarkan hasil analisa, terjadi penurunan konsentrasi Pb selama perlakuan fitoremediasi.
Hasil penyerapan Pb oleh tumbuhan Jeringau selama 9 hari ditampilkan pada Gambar 2, 3 dan 4.
Gambar 2. Grafik penurunan Pb (konsentrasi awal 0,5 mg/L)
Gambar 3. Grafik penurunan Pb (konsentrasi awal 1 mg/L) -0,1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
-1 1 3 5 7 9
Konsentrasi Pb, mg/L
Hari
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Konsentrasi Pb, Mg/L
Hari
4904
Gambar 4. Grafik penurunan Pb (konsentrasi awal 2 mg/L)
Gambar 2 dan 3 menunjukkan adanya penurunan kadar konsentrasi Pb pada variasi konsentrasi 0,5 mg/L, 1 mg/L dan 2 mg/L. Terjadi penurunan konsentrasi pada hari ke 9 yaitu 0,003 mg/L, 0,067 mg/L dan 0,201 mg/L. Hal ini membuktikan bahwa tumbuhan Jeringau mampu menurunkan kadar konsentrasi Pb sampai memenuhi nilai ambang batas yang diizinkan yaitu 0,3 mg/L sesuai dengan PP Nomor 82 Tahun 2001 dan Permenkes Nomor 492 Tahun 2010. Penyerapan logam berat ke dalam tumbuhan dapat melalui akar dan daun. Akar merupakan bagian tumbuhan yang bertugas sebagai penyerap dan pendistribusian unsur hara ke bagian lain tumbuhan. Berdasarkan fungsinya, akar memiliki kandungan logam berat yang lebih tinggi dibandingkan bagian tumbuhan yang lain [11]. Ref [24] juga menambahkan semakin tinggi konsentrasi Pb dalam media tanam tumbuhan, maka akan semakin besar pula Pb yang terserap oleh tumbuhan.
3.2 Pengukuran pH dan suhu
Air limbah buatan yang telah diamati dan diuji selama 9 hari memiliki rentang pH 6 – 6,7 (dalam keadaan asam ringan dan hampir mendekati netral) dengan rentan suhu 27 – 29 0C (suhu ruangan). Menurut ref. [25] bila dalam suatu kondisi terjadi pH yang tidak netral maka dapat mengganggu kinerja biologis pada proses penjernihan badan air. Hasil pengukuran pH disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengukuran pH dan Suhu Hari Tanaman
Jeringau/Batang
Suhu oC pH
0,5 1 2 0,5 1 2
1 9 28 28 28 6 6 6,5
3 9 28 28 28 6 6,5 6,5
5 9 27 27 27 6,7 6,6 6,7
7 9 27 27 27 6,7 6,7 6,7
9 9 29 29 29 6,6 6,5 6,7
Sumber: Data penelitian, 2022
3.3 Pertumbuhan Tanaman Jeringau Terhadap Penyerapan Logam Berat Pb
Perubahan fisik tumbuhan diamati untuk mengetahui dampak yang timbul setelah tumbuhan Jeringau (Acorus calamus) berkontak dengan Pb selama 9 hari. Perlakuan dan pemaparan limbah dengan konsentrasi yang berbeda terhadap tumbuhan jeringau (Acorus calamus) terlihat adanya daun baru atau tunas baru yang tumbuh. Hal ini menunjukkan bahwa tumbuhan Jeringau mampu tumbuh walaupun pada kondisi yang tercemar logam berat Pb. Perubahan Jeringau ditampilkan pada Tabel 3.
0 0,5 1 1,5 2 2,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Konsentrasi Pb, mg/L
Hari
4905
Tabel 3. Perubahan tumbuhan Jeringau setelah 9 hari Hari Konsentrasi
(mg/L)
Pengamatan
Awal Pengamatan Akhir Keterangan %
Hidup 0 – 9 0,5
Tumbuhan hijau segar akar tidak putus
Tumbuhan segar dan akar tidak putus
Tumbuhan
Hidup 100
0 – 9 1
Tumbuhan hijau segar akar tidak putus
Daun tumbuhan agak menguning dan akar masih kuat/tidak putus
Tumbuhan
Hidup 100
0 – 9 2
Tumbuhan hijau segar akar tidak putus
Daun tumbuhan kuning kecokelatan dan beberapa akar putus
Tumbuhan
Hidup 90
Sumber: Data penelitian, 2022
4. Kesimpulan
Penelitian ini dilakukan untuk mengidentifikasi kemampuan Jeringau dalam menghilangkan Pb dalam air limbah buatan. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa Jeringau memiliki kemampuan untuk mengakumulasi Pb di dalam jaringannya. Proses fitoremediasi selama 9 hari berhasil menurunkan kadar Pb dari konsentrasi awal 0,5 mg/L, 1 mg/L dan 2 mg/L menjadi 0,003 mg/L, 0,067 mg/L dan 0,201 mg/L.
5. Daftar Pustaka
[1] A. Dargahi, H. Golestanifar, P. Darvishi, A. Karami, S.H. Hasan, A. Poormohammadi, A. Behzadnia.
2016. An investigation and comparison of removing heavy metals (Lead and Chromium) from aqueous solutions using magnesium oxide nanoparticles, Pol. J. Environ. Stud. 25; 557–562.
[2] N.D. Shooto, E. B. Naido, M. Maubane. 2019. Sorption studies of toxic cations on ginger roots adsorbent, J. Ind. Eng. Chem. 76, 133–140.
[3] N. D. Shooto. 2020. Removal of toxic hexavalent chromium (Cr(VI)) and divalent lead (Pb(II)) ions from aqueous solution by modified rhizomes of Acorus calamus. Surfaces and Interfaces 20, 100624.
[4] M. Jaishankar, T. Tseten, N. Anbalagan, B. B. Mathew, K. N. Beeregowda. 2014. Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals. Interdiscip Toxicol. ; 7(2): 60–72.
[5] W. Wu, P. Wu, F. Yang, D. L. Sun, D. X. Zhang, Y. K. Zhou. 2018. Assessment of heavy metal pollution and human health risks in urban soils around an electronics manufacturing facility. Sci.
Total Environ. 630, 53–61.
[6] Suhar, E. M. Mistar, I. Hasmita, T. M. Zulfikar. 2022. Efektifitas Tanaman kangkung air (Ipomoea aquatic forsk) sebagai media penyerap merkuri (Hg). Jurnal Perisai, Vol. 01 No. 01.
[7] L. B. Chanu, A. Gupta. 2016. Phytoremediation of lead using Ipomoea aquatica Forsk. in hydroponic solution. Chemosphere 156, 407–411.
[8] F. N. M. Saad, F. J. Lim, T. N. T. Izhar, Z. M. S. Odli. 2020. Evaluation of phytoremediation in removing Pb, Cd and Zn from contaminated soil using Ipomoea Aquatica and Spinacia Oleracea.
IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 476 ; 012142.
[9] S. Muthusaravanan, N. Sivarajasekar, J. S. Vivek, T. Paramsivan, M. Naushad, J. Prakashmaran, V.
Gayatri, O. K. Al-Duaij. 2018. Phytoremediation of heavy metal: mechanism, methods and enhancements. Environmental Chemistry Letters volume 16, pages 1339–1359.
[10] H. Ma, F. Gao, X. Fan, B. Cui, C. Liu, E. Cui, Z. Zhang, C. Hu, Y. Mo. 2020. Vinasse affects the formation of iron plaque on roots of Acorus calamus and immobilization of lead, cadmium, copper, zinc by this plant. Journal of Water Process Engineering 38; 101587.
[11] J. E. Hapsari, C. Amri, A. Suyanto. 2018. Efektifitas Kangkung Air (Ipomoea aquatica) sebagai fitoremediasi dalam menurunkan kadar timbal (Pb) air limbah batik. Analit: Analytical and Environmental Chemistry, Volume 3, No. 01.
4906
[12] Y. Yuan, S. Yu, G.S. Banuelos, Y. He, 2016. Accumulation of Cr, Cd, Pb, Cu, and Zn by plants in tanning sludge storage sites: opportunities for contamination bioindication and phytoremediation.
Environ. Sci. Pollut. Res. 23, 22477–22487.
[13] R. A. N. Sugiyanto, D. Yona, R. D. Kasitowati. 2016. Analisis akumulasi logam berat timbal (Pb) dan kadmium (Cd) pada lamun Enhalus acoroides sebagai agen fitoremediasi di Pantai Paciran, Lamongan. Seminar Nasional Perikanan dan Kelautan VI, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Universitas Brawijaya Malang.
[14] J. Caroline, G. A. Moa. 2015. Fitoremediasi logam timbal (Pb) menggunakan tanaman melati air (Echinodorus palaefolius) pada limbah industri peleburan tembaga dan kuningan. Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan III. Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
[15] Y. Basri, E. Hmzah. 2015. Studi Eksperimen : Efektivitas Kemampuan Tanaman Jeringau (Acorus calamus) untuk Menurunkan Kadar Logam Berat di Air. Higiene, Volume 1. No. 1.
[16] B. S. Rossi, Paryanti, Y. Ristianingsih, A. Tuhuloula. 2014. Penurunan konsentrasi logam Pb2+ dan Cd2+ pada limbah cair industri sasirangan dengan metode fitoremediasi. Jurnal Teknologi Agro- Industri, Vol. 1 No.1.
[17] MS. M. M. Anam, E. Kurnati, B. Suharto. 2013. Penurunan kandungan logam Pb dan Cr leachate melalui fitoremediasi bambu air (Equisetum Hyemale) dan zeolite. Jurnal Keteknikan Pertanian Tropis dan Biosistem Vol. 1 No. 2, 43-59.
[18] A. Basile, S. Sorbo, B. Conte, R. C. Cobianchi, F. Trinchella, C. Capasso, V. Carginale. 2012.
Toxicity, accumulation, and removal of heavy metals by three aquatic macrophytes. Int. J.
Phytoremediat. 14 (4), 374-387.
[19] J.Z. Hu, A.Z. Zheng, D.L. Pei, G.X. Shi, 2010. Bioaccumulation and chemical forms of cadmium, copper and lead in aquatic plants. Braz. Arch. Biol. Technol. 53 (1), 235-240.
[20] A. Piotrowska, A. Bajguz, B. Godlewska-Z_ yłkiewicz, E. Zambrzycka. 2010. Changes in growth, biochemical components, and antioxidant activity in aquatic plant Wolffiaarrhiza (Lemnaceae) exposed to cadmium and lead. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 58, 594-604.
[21] A. Kumar, Vandana. 2013. Medicinal Properties of Acorus calamus. Journal of Drug Delivery &
Therapeutics; 3(3), 143-144.
[22] A. Joshi, Y. Joshi, A. Dimri, V. Singh, D. Juyal. 2014. Comparative study of hexane extract for volatile and non volatile components of leaves and rhizomes of Acorus calamus linn. using high performance thin layer chromatography (HPTLC). Journal of Applied Pharmaceutical Research, Vol 2, No 2.
[23] S. Wahyono, R. Mujahid, Y. Widiyastuti, D. Subositi, S. Haryanti, N. Supriyati, H. Widodo, T.
Widayat, A.P.K. Dewi, W.J. Priyambodo, N. Rahmawati dan M.B.S. Adi. 2012. Laporan Nasional Ristoja 2012 (Riset Tumbuhan Obat dan Jamu 2012): Eksplorasi Pengetahuan Lokal Etnomedisin dan Tumbuhan Obat di Indonesia Berbasis Komunitas. Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Tanaman Obat dan Obat Tradisional. Badan Litbang Kesehatan. Kementerian Kesehatan RI.
[24] Haryati, Maharani, Diah T., Mutianingsih. 2012.Kemampuan Tanaman Genjer (Limnocharis Flava) (L.Buch) Menyerap Logam Berat timbal Limbah Cair Kertas pada Biomassa dan Waktu Pemaparan yang Berbeda. Jurnal Lentera Bio, 1(3): 131-138.
[25] F. Dewi, M. Faisal, Mariana. 2015. Efisiensi penyerapan phospat limbah laundry menggunakan kangkung air (Ipomoea aquatic forsk) dan jeringau (Acorus calamus). Jurnal Teknik Kimia USU, Vol. 4, No. 1.
