There are numerous opportunities to utilize microbes for the treatment and management of industrial wastewater.
///

Makhluk merayap menyeramkan yang dapat membersihkan air limbah industri

Air limbah dari kegiatan industri mengandung polutan yang membahayakan lingkungan. Mikroba memainkan peran penting dalam membersihkan air limbah ini melalui proses biodegradasi.

Air limbah yang dihasilkan oleh kegiatan industri menimbulkan masalah lingkungan yang signifikan. Air limbah dari proses industri seringkali mengandung tingkat polutan yang tinggi seperti logam berat, senyawa organik, bahan kimia, dan zat beracun. Polusi muncul ketika air limbah yang tidak diolah atau tidak diolah dengan baik dibuang ke sungai, danau, atau lautan. Akibatnya, kehidupan akuatik dapat mengalami dampak buruk, ekosistem dapat terganggu, dan manusia dapat terpapar air yang berbahaya. Kesuburan tanah juga dapat terpengaruh, dan organisme serta tanaman dapat mengalami kerusakan akibat polutan dalam air limbah.

Individu yang mengonsumsi makanan yang terkontaminasi, meminum air yang terkontaminasi, atau bersentuhan dengan air tersebut dapat mengalami masalah pencernaan, penyakit kulit, gangguan pernapasan, atau risiko kanker dalam jangka panjang. Mikroba memainkan peran penting dalam pengolahan dan reklamasi air limbah industri. Keberadaan komunitas mikroba membantu penguraian air limbah industri melalui proses biodegradasi. Bakteri dan jamur tertentu menghasilkan enzim yang memecah molekul organik yang kompleks. Untuk mengelola komunitas mikroba secara efektif dalam sistem pengolahan air limbah industri, maka perlu dilakukan pemantauan populasi mikroba, menjaga kondisi lingkungan yang optimal, dan menyediakan sumber karbon dan nutrisi yang sesuai. Memanfaatkan komunitas mikroba dapat meningkatkan kualitas air dan perlindungan lingkungan dengan mengoptimalkan proses pengolahan air limbah, memastikan pembuangan polutan yang efektif dan berkelanjutan.

Habitat mikroba dalam air limbah

Sistem pengolahan air limbah industri bergantung pada komunitas mikroba untuk siklus nutrisi. Nitrifikasi mengubah amonia menjadi nitrat, sementara denitrifikasi mengubah nitrat kembali menjadi gas nitrogen. Biofilm, yang terdiri dari mikroorganisme yang tertanam dalam matriks zat ekstraseluler, sangat lazim dalam air limbah industri. Dalam sistem pengolahan air limbah, biofilm dapat berkembang pada permukaan seperti pipa, tangki, dan filter. Komunitas mikroba dalam sistem pengolahan air limbah industri sering menunjukkan interaksi sinergis, dengan mikroorganisme yang berbeda yang saling bekerja sama untuk meningkatkan efisiensi pengolahan. Enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme tertentu dapat mendegradasi polutan kompleks, sementara yang lain dapat memanfaatkan senyawa yang lebih sederhana sebagai substrat.

Kredit. Dihasilkan dengan Midjourney

Faktor lingkungan dan fluktuasi dalam konsentrasi polutan dapat mempengaruhi komunitas mikroba dalam sistem pengolahan air limbah industri. Komunitas ini memiliki kemampuan untuk beradaptasi dengan berbagai kondisi pengoperasian sambil mempertahankan kinerja pengolahannya. Untuk mengoptimalkan proses pengolahan, penting untuk memahami komposisi dan dinamika komunitas mikroba dalam sistem pengolahan air limbah industri. Dengan pengetahuan ini, kita dapat menyusun strategi untuk memanipulasi komunitas mikroba dan merekayasa mereka untuk mencapai keberhasilan yang maksimal.

Penerapan mikroba dalam detoksifikasi air limbah

Bakteri dan jamur, di antara mikroorganisme lainnya, memiliki enzim yang mampu mengurai senyawa organik kompleks yang biasa ditemukan dalam air limbah. Mikroorganisme ini mengubah polutan organik menjadi bentuk yang lebih sederhana dan tidak terlalu beracun. Proses biologis bertanggung jawab untuk menghilangkan nutrisi seperti nitrogen dan fosfor dari air limbah. Selain itu, bakteri pengakumulasi polifosfat (PAO) dapat menghilangkan fosfor dari lingkungan dengan menyimpannya sebagai senyawa yang tidak larut. Proses pengolahan mikroba ini membantu menjaga kualitas air dan mencegah eutrofikasi. Dalam banyak proses industri, ion logam dan logam berat sering terdapat dalam air limbah industri. Mikroba dapat berinteraksi dengan logam-logam ini, mengubahnya menjadi bentuk yang tidak terlalu beracun atau tidak larut.

Gambar 1. Representasi skematis pengolahan air limbah
Kredit. Penulis

Mikroba juga dapat mendetoksifikasi kontaminan dan senyawa berbahaya yang resisten terhadap metode degradasi konvensional. Enzim spesifik yang dikenal sebagai oksigenase dapat memecah kontaminan biologis seperti bifenil poliklorinasi (PCB) dan hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH). Sistem pengolahan berbasis biofilm seperti filter tetesan dan kontaktor biologis berputar secara efektif memanfaatkan komunitas mikroba untuk mendegradasi dan menghilangkan polutan dari air limbah. Sel bahan bakar mikroba (MFC) memberikan pendekatan inovatif lainnya, mengolah air limbah sambil menghasilkan listrik sebagai hasil tambahan. Dalam MFC, mikroorganisme mengoksidasi bahan organik dalam air limbah, mentransfer elektron ke elektroda dan menghasilkan listrik. Memahami keanekaragaman komunitas mikroba dan peran fungsionalnya sangat penting untuk mengoptimalkan proses pengolahan air limbah dan mengembangkan pendekatan berkelanjutan untuk pengelolaan air limbah.

Tantangan dan peluang

Air limbah industri mengandung campuran polutan, bahan kimia, dan kontaminan yang kompleks. Keragaman mikroorganisme menghadirkan tantangan bagi pengolahan mikroba karena mikroorganisme yang berbeda lebih menyukai senyawa tertentu. Memilih dan memelihara komunitas mikroba yang dapat secara efektif mendegradasi polutan tertentu dalam air limbah industri bisa jadi sulit. Ketika terdapat konsentrasi logam berat, bahan kimia beracun, atau biosida yang tinggi, mikroorganisme yang mendegradasi polutan menjadi kurang efektif.

Memastikan aktivitas mikroba yang stabil dan aktif dalam proses pengolahan air limbah industri merupakan hal yang menantang. Perubahan pH, suhu, dan ketersediaan nutrisi dalam air limbah dapat mengganggu komunitas mikroba dan mengurangi efisiensi pengolahan. Persaingan dan pemangsaan di antara komunitas mikroba dapat terjadi dalam sistem pengolahan air limbah industri, yang mengarah pada pergeseran komposisi komunitas dan penurunan efisiensi pengolahan karena mikroorganisme bersaing untuk mendapatkan sumber daya.

Meningkatkan proses pengolahan air limbah mikroba dari studi laboratorium ke implementasi skala penuh dapat menjadi tantangan. Pertimbangan yang cermat terhadap faktor-faktor seperti desain reaktor, laju aliran, dan batasan perpindahan massa diperlukan untuk memastikan distribusi mikroba yang efisien dan hasil pengolahan yang optimal. Teknologi pengolahan mikroba juga harus memenuhi persyaratan peraturan dan mendapatkan penerimaan publik sebelum diadopsi secara luas. Kemajuan dalam pemantauan mikroba, rekayasa genetika, dan biologi sintetis sangat menjanjikan untuk meningkatkan proses pengolahan mikroba air limbah industri.

Kesimpulan

Ada banyak peluang untuk memanfaatkan mikroba untuk mengolah dan mengelola air limbah industri. Kapasitas mikroba untuk mendegradasi polutan berkontribusi pada peningkatan kualitas air. Mikroba menunjukkan berbagai kemampuan metabolisme yang sangat beragam dan serbaguna. Proses pengolahan air limbah yang menggunakan mikroba menawarkan potensi pemulihan energi. Sel bahan bakar mikroba (MFC) dapat mengurai bahan organik dalam air limbah sekaligus menghasilkan listrik sebagai hasil tambahan. Pendekatan ini memungkinkan pengolahan air limbah dan produksi energi terbarukan, menghadirkan solusi yang berkelanjutan dan hemat biaya.

Metode pengolahan mikroba sering kali terbukti lebih hemat biaya jika dibandingkan dengan pendekatan pengolahan konvensional. Mikroba dapat berfungsi dalam kondisi ringan, sehingga mengurangi kebutuhan akan infrastruktur yang mahal dan proses yang boros energi. Dengan memanfaatkan pengolahan mikroba, ketergantungan pada bahan kimia yang keras dan metode intensif energi dapat diminimalkan, sehingga menurunkan jejak karbon dan dampak lingkungan dari pengolahan air limbah. Upaya penelitian dan pengembangan yang sedang berlangsung difokuskan pada pengoptimalan proses mikroba, mengeksplorasi spesies mikroba baru, dan mengembangkan teknologi pengolahan inovatif untuk memaksimalkan manfaat mikroba dalam pengolahan air limbah industri.

๐Ÿ”ฌ๐Ÿงซ๐Ÿงช๐Ÿ”๐Ÿค“๐Ÿ‘ฉโ€๐Ÿ”ฌ๐Ÿฆ ๐Ÿ”ญ๐Ÿ“š

Referensi jurnal

Sharma, P. (2021). Efficiency of bacteria and bacterial assisted phytoremediation of heavy metals: an update. Bioresource Technology328, 124835. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124835

Dr. Sharma adalah seorang Ilmuwan Penelitian Pascadoktoral di Universitas Nasional Singapura yang berspesialisasi dalam pengelolaan limbah/air limbah melalui penggunaan mikroba untuk mencapai pengelolaan polusi yang berkelanjutan. Keahliannya terletak pada strategi mikroba, khususnya pencernaan anaerobik/reaktor, yang dapat menghasilkan biogas sebagai sumber energi terbarukan. Beliau memperoleh gelar Doktor di bidang Mikrobiologi Lingkungan di India pada tahun 2020. Kontribusi penelitiannya yang luar biasa telah mendapatkan pengakuan nasional dan internasional, termasuk penghargaan bergengsi seperti "Medali Ilmuwan Muda" dari International Society of Environmental Botanists (ISEB), CSIR-NBRI, di India, Penghargaan Makalah Terbaik dari NKUST, di Taiwan, dan Penghargaan Hibah Perjalanan dari Federation of European Microbiological Societies (FEMS) di Hamburg, Jerman pada tahun 2023.