BIOKONSENTRASI LOGAM Fe OLEH CACING AKUATIK DALAM PROSES REDUKSI LUMPUR LIMBAH

BIOKONSENTRASI LOGAM Fe OLEH CACING AKUATIK DALAM PROSES REDUKSI LUMPUR LIMBAH BIOCONCENTRATION OF IRON METALS (Fe) BY AQUATIC WORM DURING SLUDGE REDUCTION PROCESS Ro du Dhuha A. (1), Atiek Moesriati (2), Alfan Purnomo (3) Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jalan Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111, Indonesia Email: rodudhuha@gmail.com Abstrak: Tubifex sp. dan Lumbriculus sp. mampu mengakumulasi logam secara biologis yang selanjutnya dapat terjadi pengurangan logam berat dalam lumpur. Lumpur hasil pengolahan limbah industri sering mengandung logam berat, polutan organik dan bakteri patogen. Fe (besi) merupakan logam yang mana dalam jumlah besar di lingkungan dapat menyebabkan toksik. Hasil analisis kadar logam dalam salah satu lumpur limbah dari unit secondary treatment mengandung Fe sebesar 17.100 mg/kg. Pengelolahan lumpur menggunakan cacing akuatik merupakan alternatif dalam mengurangi jumlah lumpur yang dihasilkan dari suatu instalasi pengolahan air limbah. Penelitian ini dilakukan dalam skala laboratorium dengan sistem batch. Sampel lumpur berasal dari hasil pengolahan limbah pada unit instalasi secondary treatment IPAL SIER yang kemudian dimasukan dalam reaktor berisi cacing. Reaktor untuk tiap sampel menggunakan rasio worm/sludge (w/s) 0,4; 0,6; dan 0,8. Akumulasi logam Fe pada cacing dilakukan selama 7 hari dengan pengamatan setiap hari. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini jumlah logam Fe yang terkandung dalam tubuh cacing Tubifex sp. dan Lumbriculus sp. akibat proses reduksi lumpur masing-masing sebesar 6.198mg/kg atau dan 2.036mg/kg. Worm/sludge dan jenis cacing mempengaruhi akumulasi logam Fe oleh cacing akuatik. Kata Kunci : Bioakumulasi, logam Fe, Tubifex sp, Lumbriculus sp. Abstract: Tubifex sp and Lumbriculus sp. sp biologically able to accumulate metals which can occur subsequent reduction of heavy metals in the sludge. Industrial sewage sludge processing results often contain heavy metals, organic pollutants and pathogens. Fe (iron) is a metal which in large quantities in the environment can cause toxic. The result analysis levels metal in mud from secondary unit treatment containing Fe as much as 17.100 mg/kg. Improper processing can have an impact on the environment and human health. Sludge treatment using aquatic worms are an alternative to reduce the amount of sludge produced from the wastewater treatment plant. This research was conducted in laboratory scale with a batch system. Samples of the mud comes from the results of the installation unit on sewage treatment secondary treatment IPAL SIER wich then inserted in the reactor containing worm. Reactor for each sample used a ratio of worm/sludge (w/s) thas is 0,4; 0,6; dan 0,8. The accumulation of metal in worms carried for 7 days with daily observations. The results obtained from this study the amount of Fe contained in the body of worms Tubifex sp. and Lumbriculus sp. due to sludge reduction processes respectively at 6.198 mg/kg and 2.036 mg/kg. Worm/sludge and types of worms affecting Fe metal accumulation by aquatic worms. Keyword : Bioaccumulation, iron metals, Tubifex sp., Lumbriculus sp. PENDAHULUAN Instalasi pengolahan air limbah pada umumnya memberikan hasil buangan berupa lumpur dari proses pengolahan. Proses pengolahan secara aerobik mengakibatkan jumlah lumpur yang cukup besar (Ellisen, 2006). Lumpur yang dihasilkan dari pengolahan limbah mengandung logam berat, patogen dan mikropolutan organik (Huang et al., 2012). Pengolahan lumpur yang tidak benar dapat menimbulkan dampak terhadap lingkungan dan kesehatan manusia. Lumpur hasil pengolahan menjadi salah satu tantangan serius dalam pengolahan air limbah. Hal tersebut sebagai akibat dari adanya hukum yang mengatur, besarnya biaya dan keresahan masyarakat akibat pembuangan lumpur dari pengolahan limbah (Wei et al., 2008). IPAL SIER merupakan instalasi pengolahan dengan sumber air 1

limbah berasal dari industri (PT. SIER Persero). Menurut Sanin et al. (2011), air limbah industri mengandung logam berat diantaranya adalah Fe Fe (besi) merupakan logam yang mana dalam jumlah besar di lingkungan dapat menyebabkan toksik. Hasil analisis kadar logam dalam salah satu lumpur limbah dari unit secondary treatment mengandung Fe sebesar 17.000 mg/kg. konsentrasi tersebut sangat besar bila dibandingkan dengan baku mutu pupuk organik dan pembenahan tanah yaitu maksimal 400 mg/kg (Peraturan menteri pertanian, 2006). Lumpur yang terkena atau mengandung logam berat perlu pengolahan tambahan untuk mereduksinya (Elissen et al., 2006). Dilain sisi pengolahan tersebut dapat meningkatkan biaya pengolahan. Sebagai contoh, biaya pengolahan lumpur dan pembuangan dapat meningkat hingga 60% dari total biaya operasional instalasi pengolahan air limbah (Wei et al., 2008). Ellisen et al,. (2006) menemukan sebuah konsep reaktor menggunakan cacing akuatik untuk mereduksi jumlah lumpur. Penelitian tersebut menunjukan bahwa dengan menggunakan reaktor cacing TSS dapat tereduksi sebesar 75%. Cacing akuatik juga dapat mengakumulasi logam berat dalam tubuhnya hingga kadar maksimum yang dapat diterima (Elissen et al., 2010). Menurut Zhang (2012), beberapa cacing akuatik ditemukan dalam pengolahan air limbah yang bertujuan untuk mengurangi lumpur, seperti Tubificidae, Lumbriculidae dan Aeolosomatidae. Tubificidae (misal Tubifex tubifex) memiliki tingkat konsumsi tinggi, rentang hidup yang panjang dan kapasitas yang unggul untuk mentolerir polutan dan senyawa beracun dalam ekosistem akuatik. Cacing akuatik golongan oligochaeta merupakan predator alamiah yang diidentifikasi memiliki kemampuan dalam mereduksi lumpur (Buys et al.,2008). Selain Tubifex sp., Lumbriculus sp. merupakan cacing akuatik dengan golongan oligochaeta yang mampu merduksi lumpur dan mengakumulasi logam. Lumbriculus sp. merupakan organisme yang toleran terhadap pencemar. Lumbriculus sp. pada umumnya digunakan untuk mengukur biokonsentrasi kontaminan pada sedimen (Karlsson, 2013). Cacing-cacing tersebut mengkonsumsi lumpur sebagai makanannya, sehingga mengakumulasi logam Fe yang terkandung dalam lumpur. Logam Fe dalam limbah cair yang diolah secara konvensional dapat terkandung pada lumpur yang dihasilkan. Pada penelitian ini akan menganalisis kemampuan cacing akuatik (Tubifex sp. dan Lumbriculus sp.) mengakumualasi logam Fe dalam pengolahan lumpur pada reaktor cacing akuatik. METODE Alat dan bahan Direncanakan reaktor cacing memiliki dua kompartemen yaitu kompartemen air dan kompartemen lumpur. Pada kompartemen lumpur berisi lumpur dengan cacing untuk mereduksi lumpur limbah. Kompartemen air berisi air sebagai habitat cacing akuatik. Material pembawa dirangkai didasar kompartemen lumpur yang berfungsi sebagai tempat menempelnya cacing. Lumpur yang idgunakan berasal dari lumpur hasil effluent pengolahan air limbah. Dimensi reaktor cacing adalah 15 cm x 15 cm x 10 cm untuk kopartemen lumpur dan 20 cm x 20 cm x 20 cm untuk kompartemen air. Gambar dari reaktor dapat dilihat pada Gambar 1. Jenis cacing yang akan digunakan yaitu dari kelas Oligochaeta dengan genus Tubifex sp. dan Lumbriculus sp. Gambar 1. Dimensi reaktor rencana Konsep reaktor cacing adalah lumpur limbah akan dimanfaatkan oleh cacing sebagai sumber makanan sehingga akan terjadi reduksi lumpur. Hal tersebut akan sejalan dengan penurunan kandungan logam dalam lumpur dan 2

peningkatan logam pada cacing. Cacing akan mencari oksigen dari kompartemen air, dimana cacing akan menggantungkan badannya pada paterial pembawa dengan posisi ekor berada dibawah. Mekanisme penelitian 1. Cacing akuatik dibersihkan dari parasit dengan menggunakan air mengalir selama semalam 2. Cacing akuatik yang telah dicuci dimasukkan kedalam reaktor sesuai dengan berat tiap rasio w/s awal (berat kering) 0,4 ; 0,6 dan 0,8. 3. Menganalisis kadar Fe pada lumpur, air dan cacing sebagai analisis awal. 4. Diamati kondisi lingkungan meliputi suhu, ph dan DO 5. Analisis konsentrasi Fe pada cacing dilakukan setiap hari Metode analisis Fe pada cacing 1. Mula-mula spesimen cacing akuatik dipisahkan dari sedimen dan kotoran yang melekat di permukaan tubuhnya. Selanjutnya dicuci dengan air kran, dibilas dengan air mengalir dan dimasukkan ke dalam cawan porselen. Kemudian cacing ditimbang dan dicatat bobot basahnya. 2. Cacing sutera dikeringkan dalam oven suhu 105 0 C hingga berat konstan kemudian dimasukkan ke dalam deksikator untuk persiapan pengujian selanjutnya. 3. Sebanyak 0,1 g sampel kering dimasukkan ke dalam beaker glass, selanjutnya dilarutkan dengan aquades sebanyak 25 ml dan didestruksi menggunakan 1 ml HCl. 4. Larutan yang terbentuk akan dianalisis kandungan Fe menggunakan metode fenantrolin. ANALISIS DAN PEMBAHASAN Secara morfologi ukuran tubuh Tubifex sp. lebih kecil daripada Lumbriculus sp. Cacing Tubifex sp. yang digunakan untuk penelitian berukuran sekitar 1-3 cm sedangkan cacing Lumbriculus sp. yang digunakan berukuran sekitar ±12 cm. Pada penelitian terlihat pergerakan cacing Tubifex sp. lebih aktif dan selalu menggerak-gerakkan ekornya Berbeda dengan jenis cacing Lumbriculus sp. meskipun memiliki tubuh yang lebih besar dari Tubifex sp., cacing ini memiliki gerak yang pasif dan selalu condong untuk bergerak keluar reaktor. Sehingga pada reaktor variasi jenis cacing kedua diberi isolasi agar cacing tidak dapat keluar. Selama penelitian terjadi peningkatan konsentrasi pada tubuh cacing. Peningkatan kandungan tersebut akibat dimakannya lumpur yang mengandung Fe atau terserapnya besi melalui lapisan kulit pada seluruh tubuh cacing. Berikut merupakan mekanisme akumulasi logam di dalam tubuh cacing, yang mana dapat dilihat pada Gambar 2. Sumber: Ellisen, 2007 Gambar 2. Mekanisme akumulasi logam dalam tubuh cacing Menurut Ellisen (2007), lumpur dalam bentuk flok akan di konsumsi oleh cacing. Selanjutnya terakumulasi dalam tubuh atau di keluarkan melalui feses. Pada tubuh cacing logam Fe yanag tidak dibutuhkan akan keluar sebagai feses. Tidak hanya lewat sistem makanan, logam Fe dapat masuk dan terakumulasi pada cacing akibat penyerapan di seluruh permukaan tubuh cacing. Selain penyerapan, terdapat pula ekskresi pada cacing yang juga terjadi di seluruh permukaan kulit. Baik flok maupun feses lumpur dapat menjadi larutan pada fase lumpur dalam air. Cambell et al. (2004) menjelaskan bahwa besi dibutuhkan dalam tubuh untuk berikatan dengan protein dan membentuk sel darah merah. Selain itu besi akan berikatan dengan darah untuk menghantarkan oksigen keseluruh tubuh. Fe merupakan unsur mikronutrien pada cacing. Fe dibutuhkan dalam pembentukan sel darah merah, selain itu Fe akan berikatan dengan sel darah dan dimanfaatkan dalam metabolisme energi (Campbell et al., 2004). Peningkatan jumlah Fe terlalu banyak akan merusak sel jaringan tubuh. Pada umunya setiap makhluk hidup memiliki batas kemampuan untuk mengakumulasi zat toksik dalam tubuh, namun kemampuan setiap individu 3

berbeda. Berikut kemampuan cacing Tubifex sp. dan Lumbriculus sp. mengakumulasi logam Fe pada peran sebagai reaktor biologis dalam penurunan lumpur limbah. Data kandungan Fe pada caing Tubifex sp. dapat dilihat pada Gambar 3. Konsentrasi (mg/l) 7000,00 6000,00 5000,00 4000,00 3000,00 2000,00 1000,00 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 Waktu (hari) o,4 0,6 0,8 Gambar 3. Konsentrasi Fe dalam cacing Tubifex sp. Pada cacing Tubifex sp. pada hari ke 6 mengalami puncak penyerapan logam Fe. Pada hari ketujuh penyerapan logam mulai menurun, hal tersebut dikarenakan adanya proses pembuangan dari cacing berupa feses yang kemungkinan mengandung logam. Pada rasio 0,4 Cacing Tubiex dapat mengakumulasi Fe sebesar 5.465 mg/kg. Rata-rata peningkatan logam Fe dalam tubuh sebesar 369,28% atau sebesar 295.427,87 mg/kg. Pada rasio 0,6 Tubifex sp. dapat mengakumulasi hingga 5.220 mg/kg. Peningkatan akumulasi rata-rata sebesar 365,75% atau sebesar 292.602mg/kg. Pada rasio 0,8 logam yang dapat diakumulasi oleh cacing sebesar 6.198 mg/kg. Rata-rata peningkatan Fe dalam tubuh cacing adalah 337,58% atau sebesar 270.066 mg/kg. Data konsentrasi Fe pada cacing Lumbriculus sp. dapat dilihat pada Gambar 4. Konsentrasi (mg/l) 2500,00 2000,00 1500,00 1000,00 500,00 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 Waktu (hari) 0.4 0.6 0.8 Gambar 4. Konsentrasi Fe pada cacing Lumbriculus sp. Pada grafik terlihat peningkatan jumlah logam Fe dalam tubuh cacing. Hari pertama hingga hari ke lima grafik mengalami peningkatan konsentrasi, selanjutnya tidak terlihat peningkatan grafik pada hari keenam dan tujuh. Cacing dengan rasio 0,4 dapat mengakumulasi logam fe dalam tubuhnya hingga 1570,8 mg/kg hal tersebut bisa dilihat pada hari ke lima peningkatan konsentrasi rata-rata sebesar 74,31% atau sebesar 55.032,64 mg/kg. Pada hari keenam dan ke tujuh logam yang dapat diakumulasi oleh Lumbriculus sp. tidak sebanyak pada hari ke 5 dan mulai ada fase stasioner, dimana cacing tidak dapat mengakumulasi lebih banyak lagi. Fase yang sama terjadi pada rasio 0,6 pada hari ke lima cacing telah mengakumulasi logam Fe sebesar 1.869,7 mg/kg pada hari keenam dan ketujuh terlihat pada grafik terjadi fase stasioner, cacing mengakumulasi logam pada hari kelima. Rata-rata peningkatan konsentrasi yang terjadi sebesar 96,09% atau sebesar 71.162,9 mg/kg. Akumulasi logam Fe pada rasio 0,8 terjadi peningkatan hingga hari kelima mengalami batas maksimum penyerapan logam Fe. Nilai logam Fe yang terakumulasi sebesar 2035,7 mg/kg. Fase stasioner ditunjukan pada hari keenam dan hari ketujuh denganjumlah akumulasi yang tidak melebihi dari hari kelima. Peningkatan konsentrasi pada rasio 0,8 sebesar 105,6% atau sebesar 77.804,77 mg/kg. 4

Cacing Tubifex sp. dan Lumbriculus sp. menunjukkan kecenderungan yang sama yaitu peningkatan konsentrasi Fe dalam tubuh tiap harinya. Namun yang paling banyak mengakumulasi logam pada cacing Tubifex sp. adalah rasio 0,4 karena peningkatan rata-rata paling besar yaitu 369,28 % dari berat awal konsentrasi Fe pada cacing. Akumulasi terbesar pada cacing Lumbriculus sp. terdapat pada rasio 0,8 yaitu 105,6% dari kandungan awal Fe di tubuh cacing. Berdasarkan hasil penelitian cacing Tubifex sp. memiliki tingkat penyerapan lebih tinggi dibandingkan cacing Lumbriculus sp. Hal tersebut disebabkan oleh beberapa faktor diantararnya akibat pergerakan cacing, dan kondisi lingkungan. Menurut Pennak (1991), pergerakan cacing Tubifex sp. yang lebih lincah menyebabkan kebutuhan energi yang tinggi, sehingga tingkat konsumsi lumpur juga akan tinggi dan berpengaruh terhadap banyaknya Fe yang berikatan dengan bahan organik yang di makan. Suhu akan berpengaruh terhadap respirasi, pertumbuhan dan reproduksi cacing akuatik. Suhu juga akan mempengaruhi efisiensi pencernaan lumpur dan reduksi lumpur dengan cacing akuatik (Hendrickx et al., 2009). Kondisi lingkungan (suhu) pada cacing Tubifex sp. beerada dalam kondisi optimum sedangkan pada Lumbriculus sp. suhu optimum berada pada 20-25 0 C. kondisi lingkungan pada penelitian mencapai 30 0 C, sehingga suhu lingkungan mempengaruhi kinerja dalam mengkonsumsi lumpur. Jumlah cacing yang lebih banyak juga mempengaruhi banyaknya lumpur yang dapat konsumsi sehingga terjadi penurunan konsentrasi Fe pada lumpur. KESIMPULAN Rata-rata jumlah logam Fe yang terkandung dalam tubuh cacing Tubifex sp. dan Lumbriculus sp. akibat proses reduksi lumpur masing masing 295.427,87 mg/kg dan 77.804,77 mg/kg dengan peningkatan sebesar 369,28% dan 105,6%. Cacing Tubifex sp. mampu mengakumulasi logam Fe dengan prosentase yang lebih besar dibandingkan dengan cacing Lumbriculus sp. Rasio w/s yang paling besar dalam mengakumulasi logam Fe pada cacing Tubifex sp. adalah rasio 0,4 dan pada cacing Lumbriculus sp. pada rasio 0,8. Saran Perlu dilakukan penelitian mengenai biomagnifikasi logam Fe pada tubuh cacing akuatik dalam proses reduksi lumpur, sehingga dapat diketahui bioakamulasi logam Fe dalam tubuh cacing. Ucapan terima kasih Penulis mengucapkan terimakasih kepada Allah SWT atas limpahan rahmat, berkah, dan hidayah-nya sehingga laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Selanjutnya penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ibu Ir. Atiek Moesriati, M.Kes, dan Bapak Alfan Purnomo ST., MT. selaku dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir inpenelitian ini. Ir. Eddy Setiadi Soedjono, Dipl.SE., M.Sc., Ph.D, Ir. Didik Bambang Supriyadi, MT. dan Prof. Dr., Ir. Nieke Karnaningroem, M.Sc. selaku dosen penguji sehingga penelitian ini menjadi lebih baik. Bapak Samsi selaku karyawan PT SIER yang memberi ijin dan membantu dalam pengamambilan sampel lumpur. Daftar Pustaka Buys, B., Klapwijk, A., Elissen, H., and Rulkens, W.H. Development of a test method to assess the sludge reduction potential of aquatic organisms in activated sludge. Bioresource Technology 99 (2008): 8360-8366. Campbell, N. A., Reece, J. B., and Mitchell, L. G. Biologi edisi kelima jilid 3. Jakarta: Erlangga, 2004. Ellisen, H.J.H., Hendrickx, T. L. G., Temmink, H., and Buisman, C. J. N. A new reactor concept for sludge reduction using aquatic worms. Bioresource Technology 40 (2006.): 3713-3718. Ellisen, H.J.H. Sludge reduction by aquatic worms in wastewater treatment with emphasis on the potential application of Lumbriculus variegatus [thesis]. Netherlands: Doctor of Philosophi,Wageningen University, 2007. Elissen, H.J.H., Mulder, W.J., Hendrickx, T.L.G., Elbersen, H.W., Beelen, B., Temmink, H., Buisman, C.J.N. Aquatic worms grown on biosolids: biomass composition and potential applications. Bioresource Technology 101 (2) (2010): 804 811. Hendrickx, T.L.G., Temmink, H., Elissen, H.J.H., Buisman, C.J.N. The effect of operating conditions on aquatic worms eating waste sludge. Bioresource Technology 43 (2008.): 943-950. 5

Huang, W., Shu, Y., Cai, L., Si, S. Transformation and Migration of Heavy Metals by Aquatic Worms in Wastewater Treatment. Advanced Materials Research 573-574 (2012.): 526-533. Karlsson, M.V. Upatake of pharmaceuyicals and personal care products from sediments into aquatic organism [tesis]. New York: Doctor of Philosophi, University of York,2013. Pennak, R. W. Fresh water invertebrates of the united state, ptorozoa to mollusca third edition. Colorado: University of Colorado boulder, 1991. Sanin, F.D., William, W., Clarkson, P., and Vesilind, A. Sludge Engineering: The Treatment and Disposal of Wastewater Sludges. Pennsylvania : DEStech Publication, Inc, 2011. Wei, Y., Zhu, H., Wang, Y., Li, J., Zhang P., Hu J., and Liu J. Nutrients release and phosphorus distribution during oligochaetes predation on activated sludge. Biochemical enginering journal 43 (2008): 239-245. Zhang, X., Tian, Y., Wang, Q., Chen, L., and Wang, X. Heavy metal distribution and speciation during sludge reduction using aquatic worms. Bioresource Technology 126 (2012): 41-47. 6