II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Fitoremediasi Tumbuhan dapat digunakan untuk remediasi lingkungan sudah dimulai sekitar tahun 1970. Seorang ahli geobotani di Coledania menemukan tumbuhan seberlitia acuminate yang dapat mengakumulasi hingga 20% nikel dalam tajuknya dan pada tahun 1980-an beberapa penelitian mengenai akumulasi logam berat sudah mengarah pada realisasi penggunaan tumbuhan untuk membersihkan polutan (Hidayanti, 2005). Fitoremediasi adalah suatu teknologi yang memanfaatkan tanaman untuk membersihkan wilayah yang tercemar/terkontaminasi. Fitoremediasi berasal dari kata Phyto (Yunani/greek) phyton yang berarti tumbuhan/tanaman (plant), remediare (to remedy) yaitu memperbaiki atau membersihkan sesuatu. Jadi Fitoremediasi (Phytoremediation) merupakan suatu sistem dimana tanaman tertentu yang bekerjasama dengan mikroorganisme dalam media (tanah, koral dan air) dapat mengubah zat kontaminan (pencemar/polutan) menjadi kurang atau tidak berbahaya bahkan menjadi bahan yang berguna secara ekonomi (Dewi, 2013). Fitoremediasi adalah upaya penggunaan tanaman dan bagian-bagiannya untuk dekontaminasi limbah dan masalah-masalah pencemaran lingkungan baik secara ex-situ menggunakan kolam buatan atau reaktor maupun in-situ (langsung di lapangan) pada tanah atau daerah yang terkontaminasi limbah (Hardyanti, 2007). Menurut Dewi (2013) Sistem fitoremediasi berlangsung secara alami, terdapat enam tahap proses yang dilakukan tumbuhan terhadapat zat kontaminan/pencemar yang berada di sekitarnya, yaitu: 5
6 a. Phytoacumulation (phytoextraction) adalah proses tumbuhan menarik zat kontaminan dari media sehingga berakumulasi di sekitar akar tumbuhan. b. Rhizofiltration adalah proses pengendapan zat kontaminan oleh akar untuk menempel pada akar. c. Phytostabilization adalah perlekatan zat-zat kontaminan tertentu pada akar yang tidak mungkin terserap dalam batang tumbuhan. d. Rhyzodegradation yaitu penguraian zat-zat kontaminan oleh aktivitas mikroorganisme yang berada di sekitar akar tumbuhan (Irawanto, 2010). e. Phytodegradation yaitu proses penguraian zat kontaminan yang memiliki rantai molekul kompleks menjadi bahan yang tidak berbahaya dengan susunan molekul yang lebih sederhana dan berguna bagi tumbuhan itu sendiri. f. Phytovolatization adalah proses perubahan polutan oleh tanaman menjadi senyawa yang mudah menguap sehingga dapat dilepaskan ke udara. Tanaman air memiliki kemampuan yang berbeda dalam menyerap dan mengakumulasikan logam. Beberapa penelitian yang telah dilaporkan tentang tanaman yang merupakan akumulator logam yang spesifik, misalnya lemna minor dan Azolla pinnata merupakan akumulator yang baik untuk Fe dan Cu. Selain itu, Pistia Stratiotes juga dapat menyerap dan mengakumulasi Hg, Cu, dan As (Fahrudidin, 2010). 2.2 Tanaman Azolla (Azolla sp.) Azolla berasal dari bahasa Latin, yaitu Azo yang berarti kering dan Ollyo berarti mati. Tanaman ini akan mati bila dalam keadaan kering. Azolla merupakan tumbuhan sejenis paku-pakuan air yang hidupnya mengambang di atas permukaan air. Berukuran kecil, lunak, bercabang-cabang tidak beraturan. Helaian daunnya
7 tumpang tindih, tersusun saling menutup. Setiap daun terdiri dari dua helaian, yaitu : helaian bawah dan atas. Helaian atas berupa daun tebal, dan berada di atas air. Berwarna hijau karena mengandung klorofil yang berguna dalam asimilasi (Anonim, 2007). Azolla merupakan tumbuhan paku air kecil berdiameter 1-2 cm yang halus dan mengapung di atas permukaan air secara individu/berkelompok. Azolla secara garis besar dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu akar, rhizome dan daun. Azolla memiliki struktur tumbuh yang khas, beradaptasi dengan keadaan basah. Hidup pada daerah yang selalu tergenang seperti sungai, selokan, waduk, dan lain sebagainya. Tumbuhan air ini memiliki keunikan dalam mengolah limbah organik. Kemampuannya dalam mengolah limbah organik tidak diragukan lagi. Tumbuhan berstolon ini menyerap makanan organiknya dengan cara penyerapan melalui akar yang mirip rambut. Di dalam rongga daun khususnya bagian lobus dorsal tersebut ditemukan Anabaena azolla yang berfungsi mengikat nitrogen udara dalam jumlah besar pada permukaan daunnya diselubungi lapisan kutikula untuk melindungi kehilangan air yang berlebihan dan pengaruh fisik dari luar (Khan, 1988). Taksonomi tumbuhan azolla (Arifin,1996) Divisio Kelas Ordo Famili Genus Spesies : Pteridophyta : Leptosporangiopsida (heterospous) : Salviniales : Salviniaceae : Azolla : Azolla sp.
8 Azolla mempunyai kemampuan untuk mengakumulasi logam berat dalam jumlah besar. Azolla mampu tumbuh cepat dengan biomassa besar dan mampu menyerap beberapa jenis logam berat sehingga berpotensi sebagai fitoabsorber limbah yang mengandung logam berat (Stepniewska, 2005). Kemampuan azolla dibuktikan dari penelitian yang menyatakan azolla segar mampu mengadsorbsi logam berat Pb, Cd, Cu dan Zn masing-masing sekitar 228, 86, 62 dan 48 pada kondisi biomassa azolla kemudian logam tersebut diikat bagian jaringan tubuhnya (Khosravi dkk., 2005). 2.3 Tanaman Kayu Apu (Pistia Stratiotes L.) Taksonomi Tanaman kayu apu (Ulfin, 2001), adalah sebagai berikut : Kingdom : Plantae (tumbuhan) Subkingdom : Tracheobionta (tumbuhan berpembuluh) Divisi Kelas Ordo Famili Genus : Magnoliophyta (tumbuhan berbunga) : Filicinae : Hydropterides : Salviniaceae : Pistia Spesies :Pistia stratiotes L. Kayu apu (Pistia stratiotes L.) merupakan Salviniaceae dari genus Pistia. Kayu apu memiliki dua tipe daun yang sangat berbeda. daun yang tumbuh dipermukaan air berbentuk cuping agak melingkar, berklorofil sehingga berwarna hijau, dan permukaannya ditutupi rambut berwarna putih agak transparan. Rambut-rambut ini mencegah daun menjadi basah dan juga membantu kayu apu mengapung. Daun tipe kedua tumbuh didalam air berbentuk sangat menyirip
9 seperti akar, tidak berklorofil dan berfungsi menangkap hara dari air seperti akar. Secara fisiologis tumbuhan kayu apu (Pistia stratiotes L.) memiliki kemampuan untuk menyerap bahan radioaktif sehingga dapat digunakan untuk mengurangi limbah akibat pencemaran radioaktif di lingkungan karena kemampuannya tersebut, maka tumbuhan ini dapat digunakan sebagai fitoremidiasi. Bahan radioaktif tersebut diserap oleh akar, kemudian mengalami translokasi didalam tumbuhan dan dilokasikan pada jaringan. Menurut Ulfin (2001) kayu apu mengandung fitokelatin yaitu suatu protein yang terdiri dari atom belerang pada sistein yang berfungsi untuk mengikat logam berat selanjutnya bila logam berat masuk ke dalam tanaman, maka akan dikelat oleh suatu protein yang ada dalam akar kemudian disimpan sebagian ke daun. Umumnya tanaman ini tahan terhadap unsur hara yang sangat rendah dalam air tetapi responnya terhadap kadar hara yang tinggi juga sangatlah besar. Kayu apu mampu menyerap logam berat seperti Pb dan Cd pada industri batik dengan waktu 12 hari (Kao et al., 2001) dan Cr di atas 2 mg/kg setelah 1 minggu (Zayed and Terry, 2003). 2.4 Jenis- jenis Pencemar Air Wardhana (2004) mengemukakan bahwa pencemaran air dapat disebabkan oleh beberapa jenis pencemar, tergantung dari sumber pencemar tersebut. Komponen-komponen pencemar air dapat dikelompokan sebagai berikut : (1) Bahan padat (limbah padat) Komponen bahan padat yang dapat mencemari air berupa butiran pasir, tanah, ataupun bahan padat lainnya, akibat adanya erosi ataupun limbah hasil proses instalasi pengolahan air limbah (IPAL) berupa endapan (sludge) yang
10 biasanya hasil dari proses filter press. Apabila limbah sludge tersebut dibuang ke badan air dan mengendap ke dasar, maka akan menutup permukaan air sehingga mengganggu organisme di dalam air. Limbah padat yang terbentuk lebih halus, bila dibuang ke badan air tidak dapat larut dalam air dan tidak dapat mengendap melainkan membentuk koloid yang melayang-layang di dalam air. Koloid tersebut akan menjadikan air menjadi keruh sehingga akan menghalangi penetrasi sinar matahari ke dalam air. Kandungan oksigen terlarut di dalam air juga menurun sehingga akan mempengaruhi kehidupan organisme di dalam air. (2) Bahan organik Limbah organik yang dapat mencemari air dapat berasal dari sisa-sisa tanaman maupun hewan yang telah lapuk. Limbah organik biasanya dapat membusuk atau terdegradasi oleh mikoorganisme. Bila limbah organik tersebut terbuang langsung ke badan perairan akan menambah populasi di dalam air dan akan berkembangnya mikoorganisme bakteri patogen. Hal ini dapat menurunkan kualitas air sehingga air tersebut tidak sesuai dengan peruntukannya. (3) Bahan anorganik Limbah anorganik pada umumnya berasal dari limbah pertanian seperti sisa pupuk dan pestisida maupun limbah industri yang menggunakan unsur-unsur logam berat. Logam berat adalah logam yang mempunyai berat 5 g atau lebih untuk setiap cm 3. Ion logam yang berasal dari logam berat sangat berbahaya bagi kehidupan khususnya manusia, seperti: Arsen (As), Kadmium (Cd), Timbal (Pb), Kroom (Cr), Kalsium (Ca), Nikel (Ni), Magnesium (Mg), Air Raksa (Hg), dan lain-lain. Bila limbah anorganik langsung dibuang di badan perairan maka akan terjadi peningkatan jumlah ion logam di dalam air.
11 (4) Bahan makanan Limbah bahan makanan pada dasarnya bersifat organik. Apabila limbah bahan makanan mengandung protein maka pada saat didegradasi oleh mikoorganisme akan terurai menjadi senyawa yang mudah menguap dan menimbulkan bau busuk. Limbah bahan makanan yang banyak mengandung mikoorganisme bakteri patogen yang dapat menyebabkan penyakit bagi manusia. (5) Bahan buangan cairan berminyak Komponen bahan buangan yang mengandung minyak dapat berasal dari sisa-sisa minyak mesin maupun minyak dari bahan makanan. Adanya minyak dan lemak yang mengapung di permukaan air akan dapat mengurangi masuknya cahaya ke dalam air sehingga kehidupan biota air menjadi terganggu. (6) Limbah zat kimia a. Insektisida Isektisida mempunyai dampak terhadap lingkungan, karena bahan insektisida di dalam air sulit dipecahkan oleh mikoorganisme. Pemakaian insektisida dicampur dengan minyak bumi, sehingga air yang tercemar sisa insektisida akan tertutupi lapisan minyak. Adanya minyak dalam permukaan air akan menyebabkan turunnya kandungan oksigen di dalam air. b. Pembersih Zat kimia yang berfungsi sebagai pembersih seperti : sabun, shampo, detergen, dan sebagainya. Indikasi adanya limbah zat kimia pembersih yang berlebihan ditandai dengan timbulnya buih-buih pada permukaan air. Limbah pembersih tersebut berpotensi dapat menimbulkan :
12 1) Bahan antiseptik yang digunakan akan menggangu kehidupan mikroorganisme di dalam air. 2) Sebagian bahan pembersih tertentu tidak dapat terurai atau terdegradasi oleh mikroorganisme yang ada di dalam air. 3) Larutan pembersih dapat menaikan ph air menjadi 10.5 11 sehingga dapat menganggu kehidupan mikroorganisme di dalam air. c. Zat warna kimia Zat warna merupakan racun, penggunaan zat warnapun juga digunakan disektor industri makanan dan minuman yang dikonsumsi manusia. Adapun industri-industri yang menggunakan zat warna seperti : (1) Industri cat, film, percetakan, (2) Industri otomotif, elektronik, (3) Industri kantor dan rumah tangga, (4) Industri farmasi, (5) Industri plastik, tekstil, (6) Industri makanan dan minuman. Kandungan zat kimia yang ada di dalam air akan mempengaruhi ph air dan kandungan oksigen di dalamnya. Oleh karena itu akan berpengaruh terhadap kehidupan organisme yang ada di dalam air dan apabila masuk ke dalam tubuh manusia akan merangsang tumbuhnya kanker (Sunu Pramudya, 2001). Menurut Dauh (2008) penyebab pencemaran air terdiri dari berbagai jenis serta berasal dari berbagai sumber dan yang paling berpotensi menyebabkan terjadinya pencemaran air adalah saluran limbah kota dan limbah industri. Sungai juga sebagai tempat menampung air limpasan (run off) pada saat hujan, yang sudah tentu akan menghayutkan segala macam komponen yang ada pada permukaan tanah yang dilalui baik berupa bahan padat (tanah dan pasir ), sisa tanaman dan hewan,
13 bahan-bahan buangan lainnya seperti : limbah rumah tangga, pupuk pertanian maupun pestisida. 2.5 Kualitas Air Kualitas air adalah karakteristik yang dicerminkan oleh parameter kimia organik, kimia anorganik, fisik, biotik, dan radioaktif bagi perlindungan dan pengembangan air untuk peruntukan tertentu (Suparto, 2008). Kualitas air ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kandungan sodium tersuspensi dan bahan kimia yang terlarut dalam air tersebut (Arsyad, 2010). Dikatakan pula bahwa bahan-bahan kimia yang terkandung dalam air mempengaruhi kesesuaian air bagi pemenuhan kebutuhan manusia. Fardiaz (1992) mengungkapkan bahwa, untuk mencegah terjadinya pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh perkembangan industri perlu dilakukan baku mutu lingkungan termasuk baku mutu air pada sumber air. Baku mutu air pada sumber air adalah batas kadar yang diperbolehkan bagi zat atau bahan pencemar yang terdapat dalam air, namun air tersebut tetap dapat digunakan sesuai dengan kriteria peruntukannya. Pemanfaatan sumberdaya air, baik untuk keperluaan industri, pertanian, peternakan, dan kebutuhan air minum perlu terlebih dahulu menentukan status kualitas airnya (Baku Mutu air yang sudah ditetapkan) seperti pada Peraturan Gubernur Bali No 8 Tahun 2007, tentang Baku Mutu Lingkungan Hidup dan Kriteria Baku Kerusakan Lingkungan Hidup. Penggolongan air menurut Baku Mutu Lingkungan (BML) yang mengacu pada Peraturan Pemerintah No. 20 Tahun 1990, tentang penggolongan air menurut peruntukannya ditetapkan sebagai berikut :
14 (1) Golongan A, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa diolah terlebih dahulu. (2) Golongan B, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air baku untuk diolah sebagai air minum dan keperluan rumah tangga. (3) Golongan C yaitu air yang dapat dipergunakan untuk keperluan perikanan dan perternakan. (4) Golongan D yaitu air yang dapat dipergunakan untuk keperluan pertanian dan dapat dimanfaatkan untuk keperluan perkotaan, industri, dan listrik tenaga air. Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tanggal 14 Desember 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air Dan Pengendalian Pencemaran Air, Kriteria mutu air sesuai peruntukannya didasarkan pada kelas. Adapun baku mutu air kelas IV sesuai peruntukannya untuk keperluan pertanian menurut Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 (Tabel 2.1). 2.6 Parameter Kualitas Air 2.6.1 Biological Oxygen Demand (BOD) Biological oxygen demand adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme di dalam air untuk memecah (mendegradasi) bahan buangan organik yang ada di dalam air tersebut (Wardhana, 2001). Banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme sangat tergantung pada jumlah dan jenisjenis bahan organik yang masuk ke perairan. Bahan organik yang mudah terurai umumnya berasal dari limbah domestik, sedangkan yang sukar terurai umumnya berasal dari limbah pertanian, pertambangan dan industri.
15 Tabel 2.1 Kriteria Baku Mutu Air Berdasarkan Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air No Parameter Satuan Kadar Maksimum *) A. Fisik 1. Temperatur 2. Total Padatan Terlarut 3. Total Padatan Tersuspensi 0 C Deviasi 5 2.000 400 B. Kimia 1. PH 2. BOD 3. COD 4. DO C. Biologi 5. Total Fosfat sebagai P 6. NO2 Sebagai N 7. NH3-N 8. Kobalt 9. Barium 10. Selenium 11. Boron (B) 12. Arsenik (As) 13. Kadmium (Cd) 14. Kromium (Cr) 15. Timbal (Pb) 16. Tembaga 17. Besi 1. Total coliform 2. Fecal Coliform Jumlah/100ml Jumlah/ 100ml Sumber : Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 *) Batas maksimum kelas IV untuk pertanian 5 9 12 100 0 5 20-0,2-0,05 1 1 0.01 0,01 1 0,2-10000 2000
16 Dekomposisi bahan organik pada dasarnya terjadi melalui dua tahap. Pada tahap pertama, bahan organik diuraikan menjadi bahan anorganik. Pada tahap kedua, bahan anorganik yang tidak stabil mengalami oksidasi menjadi bahan anorganik yang lebih stabil. Misalnya ammonia mengalami oksidasi menjadi nitrit dan nitrat (nitrifikasi) (Efendi, 2003). Secara tidak langsung nilai BOD suatu perairan merupakan gambaran kadar bahan organik, yaitu jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroba aerob untuk mengoksidasi bahan organik menjadi karbondioksida dan air (Davis dan Cornwell, 1991). Jika dalam perairan banyak ditemukan senyawa organik maka akan menimbulkan banyak bakteri aerobik sehingga dapat mengurangi jumlah oksigen di dalam air karena oksigen di dalam air digunakan oleh bakteri untuk memecah bahan organik tersebut. 2.6.2 Chemical Oxygen Demand (COD) Chemical Oxygen Demand adalah banyaknya oksigen yang dibutuhkan oksidator untuk mengoksidasi bahan/senyawa organik dan anorganik dalam satu liter air. Nilai COD biasanya lebih tinggi dari BOD karena bahan yang stabil (tidak terurai) dalam uji BOD dapat teroksidasi dalam COD. Misalnya selulosa sering tidak terukur dalam BOD karena sulit terurai tetapi dapat dioksidasi melalui COD. Umumnya, besar nilai COD kira-kira dua kali nilai BOD karena senyawa-senyawa kimia yang dapat dioksidasi secara kimiawi lebih besar dengan oksidasi secara biologis. Semakin besar nilai COD maka semakin tinggi tingkat pencemaran (Sunu Pramudia, 2001).
17 2.6.3 Total Supended Solid (TSS) Total suspended solid atau padatan tersuspensi adalah padatan yang menyebabkan kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak dapat langsung mengendap, terdiri dari partikel-partikel yang ukuran maupun beratnya lebih kecil dari sedimen. TSS dapat juga diartikan sebagai residu dari padatan total yang tertahan oleh saringan dengan ukuran partikel maksimal 2 µm atau lebih besar dari ukuran partikel koloid. TSS menyebabkan kekeruhan pada air akibat padatan tidak terlarut dan tidak langsung mengendap ( Bambang, 1996). Semakin tinggi padatan tersuspensi yang terkandung dalam suatu perairan maka perairan semakin keruh. Material tersuspensi mempunyai efek kurang baik terhadap kualitas badan air karena dapat menimbulkan karena dapat menurunkan kejernihan air dan dapat menghalangi sinar matahari masuk ke dalam air (Purnamawati, 2015). Padatan yang tersuspensi dalam air umumnya terdiri dari fitoplankton, zooplankton, kotoran manusia, kotoran hewan, lumpur, sisa tanaman dan hewan serta limbah industry. Padatan tersuspensi total suatu contoh air adalah jumlah bobot bahan tersuspensi dalam suatu volume air tertentu (Sastrawijaya, 2000). 2.6.4 Total Dissolved Solid (TDS) Total dissolved solid atau zat padatan terlarut adalah jumlah padatan terlarut dalam satu liter air. Total padatan terdiri dari senyawa-senyawa padat organik maupun anorganik yang terlarut dalam air dan mempunyai ukuran lebih kecil dari padatan tersuspensi. Padatan ini dapat menumbuhkan tanaman air, dapat menjadi racun bagi makhluk hidup lainnya, dan menimbulkan bau akibat terjadinya proses dekomposisi bahan organik yang terlarut dalam limbah oleh kegiatan mikoorganisme dan juga dapat menyebabkan terjadinya perubahan
18 warna. Pada air limbah warna biasanya disebabkan oleh kehadiran materi-materi/ komponen terlarut (dissolved) dan materi/komponen yang tersuspensi (suspended), serta senyawa-senyawa koloidal. Timbulnya warna dalam air limbah disebabkan karena adanya senyawa organik yang terlarut dalam air, warna juga disebabkan karena beberapa bahan yang terlarut logam berat seperti : Chrom (Cr) atau Tembaga (Cu) (Sunu Pramudya, 2001)