/ default

Publikasi Ilmiah
Gerakan Literasi Sekolah


BIOREMIDIASI PEWARNA TEKSTIL MENGGUNAKAN JAMUR WHITE ROT
| 817 views


Dampak Pewarna Tekstil terhadap Lingkungan

Industri tekstil menyumbang dua-pertiga dari pasar zat warna keseluruhan dan mengkonsumsi volume air yang besar  dan bahan kimia untuk pengolahan basah tekstil. Pembuangan air limbah merupakan penyebab utama dari dampak lingkungan yang berbahaya dari industri tekstil. Robinson et al., (67) diperkirakan sekitar 10-15% dari pewarna tekstil yang dibuang ke saluran air limbah sebagai  keluaran dari industri  terdiri dari natrium, klorida, sulfat, kekerasan dan limbah bahan pewarna karsinogenik. Limbah dari industri tekstil ditandai dengan warna yang tinggi terlihat (3000-4500 unit), kebutuhan oksigen kimia (800-1600 mg / L), dan basa pH kisaran 9-11. Mereka juga memiliki sejumlah besar bahan kimia organik, biodegradabilitas rendah dan total padatan di kisaran 6000-7000 mg / L (42). Bahan kimia yang digunakan dalam pengolahan tekstil bervariasi dalam komposisi kimia, mulai dari senyawa anorganik untuk polimer dan produk organik dan tergantung pada sifat bahan baku dan produk.

Pencemaran utama oleh limbah tekstil berasal dari pencelupan dan air limbah ditandai dengan padatan tersuspensi tinggi, kebutuhan oksigen kimia (COD/ Chemical oxygen demand) tinggi, panas, warna, keasaman dan zat terlarut lainnya. Kehadiran pewarna dalam ekosistem air mengurangi penetrasi sinar matahari ke lapisan yang lebih dalam mengurangi aktivitas fotosintesis, penurunan kualitas air, menurunkan kelarutan gas yang menyebabkan efek toksik sensitif terhadap flora dan fauna air. Oleh karena itu, pelepasan pewarna berbahaya dalam lingkungan dapat menjadi resiko ekotoksik dan dapat mempengaruhi manusia melalui rantai makanan. Di antara pewarna tekstil yang digunakan, zat warna azo dan nitrasi hidrokarbon aromatik polisiklik dua kelompok bahan kimia yang melimpah di lingkungan. Mereka menyebabkan kontaminasi ketat dalam sungai dan air tanah di daerah sekitar industri pencelupan. Dampak dari pewarna azo dalam industri makanan dan produk rusak terhadap kesehatan manusia telah menimbulkan kekhawatiran selama beberapa tahun. Selain itu pewarna azo telah dikaitkan dengan kanker kandung kemih manusia, sarkoma limpa, hepatocarcinomas dan anomali nuklir pada hewan percobaan dan penyimpangan kromosom pada sel mamalia. Beberapa pewarna azo menginduksi nodul hati pada hewan percobaan dan ada angka lebih tinggi dari kanker kandung kemih pada pencelupan pekerja industri. Benzidine berbasis pewarna azo secara luas digunakan dalam pembuatan pewarna, tekstil pencelupan, pencetakan kertas warna dan industri kulit. Benzidine telah lama dikenal sebagai kencing kandung kemih karsinogen manusia dan tumorigenic dalam berbagai hewan laboratorium.


Bahan kimia yang digunakan dalam industri pencelupan bersifat karsinogenik dan mutagenik, dan limbah bahkan mengurangi tingkat perkecambahan biji dan pertumbuhan tanaman tanaman.Karbohidrat, protein dan klorofil penurunan kadar tanaman menunjukkan sifat racun dari limbah industri pewarna. Konsentrasi prolin meningkat diamati pada tanaman terkena pewarna tekstil limbah. Pertumbuhan alga dan ikan tidak terpengaruh oleh konsentrasi pewarna dibawah 1 mg / L. Pewarna yang paling beracun bagi ganggang dan ikan merupakan pewarna dasar dan asam. Bahan kimia hadir dalam limbah industri tekstil mempengaruhi kehidupan normal hewan. Senyawa beracun dari pewarna limbah masuk ke organisme air, melewati rantai makanan dan akhirnya mencapai manusia dan menyebabkan berbagai gangguan fisiologis seperti hipertensi, demam sporadis, kerusakan ginjal, kram dll (62).


Metode yang digunakan dalam penghapusan pewarna

Debit limbah cair dari industri tekstil dan zat warna ke badan air dan sistem pengolahan air limbah saat ini menyebabkan masalah kesehatan yang signifikan untuk badan pengatur lingkungan. Peraturan pemerintah semakin menjadi ketat terutama di negara-negara maju, mengenai penghapusan pewarna dari limbah industri. Penghapusan pewarna dapat terjadi secara fisik, kimia dan biologis.

Umumnya metode fisik pewarna dihapus oleh adsorpsi, dalam metode kimia kromofor telah dimodifikasi melalui reaksi kimia, metode biologis terjadi melalui penyerapan dan degradasi enzimatik.


Metode Fisik: Adsorpsi mengacu pada proses di mana sebuah zat atau bahan terkonsentrasi pada permukaan padat dari cairan nya gas sekitarnya. Ada dua jenis adsorpsi berdasarkan jenis tarik-menarik antara permukaan padat dan molekul teradsorpsi. Jika objek wisata ini adalah karena kekuatan ikatan kimia, proses ini disebut adsorpsi kimia (kemisorpsi). Teknik adsorpsi telah mendapatkan bantuan baru karena efisiensi mereka dalam menghilangkan polutan terlalu stabil untuk metode konvensional. Teknik filtrasi membran telah banyak digunakan untuk minum dan pengolahan air limbah. Proses filtrasi terdiri dari mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi dan reverse osmosis. Ultrafiltrasi, nanofiltrasi dan reverse osmosis dapat diterapkan sebagai proses pengolahan utama atau kirim untuk pemisahan, pemurnian dan penggunaan kembali garam dan molekul besar termasuk pewarna dari limbah dyebath dan curah air limbah pengolahan tekstil. Teknik pertukaran ion efektif dalam penghilangan pewarna kationik dan anionik dan belum digunakan secara luas untuk pengolahan air limbah pewarna karena berpendapat bahwa penukar ion tidak dapat mengakomodasi berbagai pewarna. Alumina merupakan sintetik berpori gel kristal tersedia dalam bentuk granul sedangkan, silika gel adalah granul kristal berpori dan non ukuran yang berbeda disiapkan oleh koagulasi asam silicilic koloid. Alumina dan silica gel telah dipelajari oleh berbagai pekerja untuk menghilangkan pewarna. Proses iradiasi untuk menghilangkan pewarna yang mengandung limbah dalam reaktor tabung ganda memerlukan volume besar oksigen terlarut zat-zat organik untuk dipecah oleh radiasi efektif.

Metode Kimia: Teknik elektrokimia sangat efisien untuk menghilangkan warna dari pewarna air limbah. Elektrokimia penghapusan pewarna dari air limbah adalah proses yang relatif baru menunjukkan penghapusan warna efisien dan degradasi polutan yang sangat sulit. Proses ini sangat sederhana dan didasarkan pada penerapan arus listrik untuk air limbah dengan menggunakan elektroda besi  untuk menghasilkan besi hidroksida. Hidroksida besi  ini menghilangkan pewarna asam larut dan tidak larut dari limbah. Ozonisasi adalah teknologi awalnya digunakan di tahun 70-an dan itu dilakukan oleh ozon dihasilkan dari oksigen. Oksidasi oleh ozon mampu mendegradasi hidrokarbon diklorinasi, fenol, pestisida dan hidrokarbon aromatik. Ozon cepat membuat tidak berwarna pewarna larut air tetapi dengan pewarna non larut bereaksi jauh lebih lambat. Selain itu, limbah pengolahan tekstil biasanya mengandung konstituen tahan api lainnya yang akan bereaksi dengan ozon (50). Suatu larutan hidrogen peroksida dan katalis besi, yang dikenal sebagai reagen Fenton, adalah bahan kimia yang cocok berarti memperlakukan air limbah yang baik resisten terhadap pengobatan biologis atau beracun untuk hidup biomassa. Pemisahan kimia yang digunakan aksi penyerapan atau ikatan untuk menghapus pewarna terlarut dari air limbah dan telah terbukti efektif dalam penghilangan warna dari kedua pewarna larut dan tidak larut. Proses oksidasi Fenton dapat menghilangkan warna berbagai pewarna dan dibandingkan dengan ozonisasi, proses ini relatif murah dan hasil umumnya pengurangan COD lebih besar (28). Metode fotokimia atau fotokatalitik degradasi molekul pewarna untuk CO2 dan H2O dengan perlakuan UV di hadapan H2O2. Degradasi disebabkan oleh produksi konsentrasi tinggi radikal hidroksil. Sinar UV dapat digunakan untuk mengaktifkan bahan kimia seperti H2O2, dan tingkat pemindahan pewarna dipengaruhi oleh intensitas radiasi UV, pH, struktur pewarna dan komposisi pewarna tekstil. Sinar UV telah diuji dalam kombinasi dengan H2O2, TiO2,  reagen Fenton, O3 dan katalis padat lainnya untuk penghilangan warna larutan pewarna. Keuntungan dan kerugian metode fisik dan kimia yang tercantum dalam Tabel 1.

Tabel 1. Keuntungan dan kerugian metode fisik dan kimia

Metode

Keuntungan dan kerugian

Metode Fisika

Filtrasi membran

 

Adsorpsi

 

 

Pertukaran Ion

 

 

 

Alumina dan Silica gel

 

 

Iradiasi

 

Penghapusan semua jenis pewarna, konsentrasi produksi lumpur

Efektif untuk adsorpsi kationik, pewarna mordant dan asam, tapi mahal, juga karbon harus diregenerasi

Tidak ada kerugian adsorben pada regenerasi, reklamasi pelarut setelah digunakan, menghapus pewarna larut, tetapi teknologi dan pelarut organik mahal

Efektif untuk menghilangkan pewarna dasar, tapi gel harga tinggi dan reaksi samping mencegah aplikasi komersial

Efektif teroksidasi pada skala laboratorium, banyak diperlukan oksigen terlarut

 

Metode Kimia

Elektrolisis

 

 

Ozonisasi

 

Reagent Fenton

 

Metode fotokimia

 

Efektif menghilangkan warna, kerusakan senyawa yang tidak berbahaya, tetapi biaya listrik tinggi

Penghilangan pewarna larut dalam air, tetapi biaya yang efektif

Efektif menghilangkan  pewarna terlarut dan tidak terlarut dalam pewarna tekstil, perbaikan lumpur

Perlakuan efektif dari limbah pewarna, tidak ada pembentukan lumpur, pembentukan produk, cukup memperlambat proses.

 

 

 

Metode Biologi: metode biologis umumnya dianggap paling efektif dan kurang energi intensif untuk menghilangkan sebagian besar polutan dari air limbah. Mikroorganisme yang berbeda telah digunakan untuk pengobatan berbagai limbah pewarna. Keuntungan yang paling penting dari metode ini adalah biaya operasional rendah. Biosorpsi, biodegradasi dan ligninolitik enzim telah dieksplorasi sebagai metode pengobatan biologis untuk menghilangkan pewarna yang mengandung limbah. Penghapusan pewarna oleh adsorben murah telah banyak terakhir. Biomassa Jamur dan bakteri yang merupakan produk sampingan dari fermentasi dapat digunakan sebagai sumber murah dari biosorben. Knapp et al. (38) melaporkan kedua sel bakteri dan jamur adalah kemampuan penghapusan sebagian atau lengkap dari pewarna industri dengan menggunakan proses adsorpsi. Namun, dengan beberapa jamur, adsorpsi adalah satu-satunya mekanisme penghilangan warna, tetapi dengan jamur pelapuk putih baik adsorpsi dan degradasi dapat terjadi bersamaan atau berurutan. Ada banyak laporan tentang penghilangan warna dari pewarna air limbah oleh biomassa jamur hidup atau mati. Namun, hanya informasi yang tersedia terbatas pada interaksi antara biomassa dan struktur molekul pewarna. Mekanisme utama penghapusan pewarna oleh sel-sel mati adalah biosorpsi, yang melibatkan interaksi fisikokimia (adsorpsi, pengendapan, dan pertukaran ion). Menurut Hu (26) dalam jurnal menunjukkan kemampuan sel bakteri untuk menyerap pewarna reaktif. Menurut Zhou dan Zimmerman dalam jurnal, Actinomyces digunakan sebagai adsorben untuk penghilangan warna dari limbah yang mengandung anthroquinone, phalocyanine dan pewarna azo. Menurut Yesilada et al., menyelidiki penghilangan warna dari pewarna tekstil dengan menggunakan pelet dari membusuk putih jamur Funalia trogii. Kegiatan penghilangan warna secara nyata dipengaruhi oleh konsentrasi zat warna, jumlah pelet, temperatur, dan agitasi dari media. Penghapusan limbah pewarna oleh biosorpsi masih dalam tahap penelitian. Itu tidak praktis didekati untuk mengobati volume besar limbah pewarna karena pembuangan volume besar biomassa setelah biosorpsi.

Biodegradasi pewarna secara luas ditunjukkan oleh kultur murni dan campuran bakteri dan jamur dalam kondisi aerob dan anaerob. Proses biodegradasi aerobik dipengaruhi oleh beberapa faktor lingkungan dan nutrisi seperti pH, suhu, jumlah oksigen dan sumber karbon co-metabolik. Bakteri dan jamur adalah dua kelompok utama mikroorganisme yang telah dipelajari secara ekstensif dalam pengolahan air limbah pewarna. Enzim disekresikan oleh bakteri aerobik dapat rinciannya senyawa organik. Dengan demikian, isolasi strain bakteri aerobik mampu menurunkan pewarna yang berbeda telah dilakukan selama lebih dari dua dekade (63). Biodegradasi zat warna oleh kelompok tertentu jamur selama penghapusan pewarna telah banyak dibuktikan. Degradasi dan mineralisasi pewarna berhasil oleh jamur pelapuk putih tertentu (16). Enzim ligninolitik disekresikan oleh jamur pelapuk putih mengikat non-khusus untuk substrat dan karena itu dapat menurunkan berbagai senyawa dan campuran bahkan  polutan kompleks termasuk pewarna (20). Berbagai enzim yang terlibat dalam penghilangan warna pewarna tekstil adalah enzim lakase, Mngan Peroksidase (MnP), Mangan Peroksidase Independen (MnIP), Lignin Peroksidase (LiP), tirosinase dll. Produksi enzim ini dan aktivitas mereka dalam biodegradasi pewarna sering dinilai dari penampilan karpet miselia, yang akhirnya muncul berwarna (37). Potensi keuntungan dari menggunakan enzim bukan kultur jamur terutama terkait dengan faktor-faktor berikut: masa pengobatan yang lebih pendek, pengoperasian konsentrasi tinggi dan rendah dari substrat, adanya penundaan terkait dengan fase lag biomassa, pengurangan volume lumpur dan tidak ada kesulitan pengendalian proses (1). Namun ada beberapa keterbatasan praktis dalam penggunaan enzim gratis seperti tingginya biaya yang terkait dengan produksi, isolasi dan pemurnian enzim dan waktu hidup yang pendek enzim. Untuk mengatasi hal ini keterbatasan enzim imobilisasi telah terbukti meningkatkan stabilitas enzim (46). Selain itu, enzim imobilisasi memungkinkan penggunaan kembali enzim dan operasi kontinyu dalam bioreaktor yang sangat penting untuk aplikasi industri enzim.


Penghilangan Warna Pewarna Tekstil oleh Jamur Pelapuk Putih (White Rot)

 Jamur pelapuk putih telah dipelajari selama hampir tiga dekade dan spesies baru yang terbukti membuat tdk berwarna berbagai pewarna tekstil dengan enzim lignin mendegradasi pewarna itu (13). Tien dan Kirk melaporkan  penghilangan warna pada pewarna  pertama dilakukan oleh jamur Phanerochaete chrysosporium. Banat et al., (8) juga melaporkan bahwa jamur pelapuk putih lainnya seperti Hirschioporus larincinus, Inonotus hispidus, Phlebia tremellosa dan Coriolus versicolor dapat digunakan untuk penghilangan warna pada limbah pewarna. Beberapa jamur pelapuk putih lainnya digunakan untuk penghilangan warna dari pewarna tekstil sintetis yang berbeda dan limbah nya (29). Wesenberg et al. (81) disurvei 29 jamur pelapuk putih mampu penghilangan warna pewarna tekstil. Sejak itu, beberapa peneliti telah mengevaluasi penghilangan warna dari pewarna komersial oleh spesies baru (3; 41; 67). Kemampuan penghilangan warna pewarna tekstil bervariasi dengan spesies jamur atau enzim (54). Lignin-memodifikasi enzim memainkan peran penting dalam metabolisme zat warna oleh jamur pelapuk putih (45).

Enzim ligninolitik (lignolytic atau lignin memodifikasi atau  enzim pendegradasi lignin) yang ekstrasel diekskresikan oleh jamur pelapuk putih memulai oksidasi lignin dalam lingkungan ekstraselular sel jamur. Enzim ligninolitik dihasilkan oleh jamur pelapuk putih telah dikategorikan ke dalam dua kelompok: peroksidase (MnP dan LiP) dan lakase. Tergantung pada spesies dan kondisi lingkungan, jamur pelapuk putih menghasilkan satu atau lebih jenis enzim ligninolitik. Enzim ligninolitik secara langsung terlibat tidak hanya dalam degradasi lignin pada substrat alami lignoselulosa mereka tetapi juga dalam degradasi berbagai senyawa xenobiotik termasuk pewarna. Fisiologi dan produksi lignin enzim memodifikasi (LME) oleh jamur pelapuk  putih telah menunjukkan potensi besar dalam degradasi pewarna azo dan limbah yang terkait. Penghilangan warna dari pewarna dengan menggunakan enzim memodifikasi lignin dipelajari secara ekstensif contoh menggunakan lakase dari Trametes versicolor, Trametes berbulu, Trametes modesta, Sclerotium roysii,  Laccaria Fraterna, Pleurotus ostreatus, Lentinus polychrous. LiP dari Phanerochaete chrysosporium dan MnP dari Phanerochaete chrysosporium, Bjerkandera adusta, Pleurotus eryngii.

Mekanisme Penghilangan Warna Pewarna Tekstil oleh Jamur Pelapuk Putih

Mekanisme penghilangan warna pewarna tekstil oleh jamur pelapuk putih terutama dikategorikan menjadi empat jenis yaitu biosorpsi, biodegradasi, bioreaktor dan imobilisasi lignin dimodifikasi oleh enzim pada gambar.

Di antara mekanisme itu, biodegradasi memainkan peran utama dalam penghilangan warna pada pewarna tekstil oleh jamur pelapuk putih karena mereka dapat menghasilkan enzim ligninolitik untuk termineralisasi pewarna. Namun, kontribusi relatif lakase, MnP dan LIP untuk penghilangan warna dari pewarna mungkin berbeda untuk setiap jamur. Phanerochaete chrysosporium LiP memainkan peran utama dalam penghilangan warna pewara tekstil. Pewarna antrakuinon bertindak sebagai substrat lakase tetapi dalam kasus azo dan indigoid pewarna tidak substrat dari lakase (80). Jalur indigo mendegradasi pewarna oleh enzim laccase telah ditunjukkan oleh Campos et al. (11) dan lakase yang digunakan dalam percobaan mereka diproduksi dan dimurnikan dari Trametes hirsuta dan Sclerotium rolfsii. Kitwechkun dan Khanongnuch (36) mempelajari penghilangan warna dari zat warna azo (oranye II) oleh imobilitas jamur pelapuk putih Coriolus versicolor. Martin et al. (43) disaring beberapa jamur untuk degradasi turunan syringol pewarna azo memiliki kedua kelompok karboksilat atau sulfonat. Trametes versicolor menunjukkan performa terbaik dan biodegradasi potensi dikonfirmasi oleh degradasi berbeda diganti pewarna bioaccessible jamur. Tes biodegradasi menggunakan campuran dari pewarna bioaccessible dilakukan untuk mengevaluasi kemungkinan pengolahan air limbah jamur untuk industri tekstil.

Mekanisme biosorpsi memainkan peran utama dalam penghilangan warna dari pewarna oleh jamur. Knapp et al., (37) melaporkan bahwa tingkat penyisihan warna oleh adsorpsi selalu terbatas dan umumnya kurang dari 50%. Dalam kasus adsropsi Coriolus versicolor  hanya menyumbang 5-10% dari penyisihan warna (18). Namun, tingkat adsorpsi tergantung pada jenis mikroorganisme dan kondisi lingkungan mereka. Dalam beberapa jamur, biosorpsi adalah satu-satunya mekanisme penghilangan warna. Dengan jamur pelapuk putih, adsorpsi tidak muncul untuk menjadi mekanisme prinsip penghilangan warna. Sangat mungkin bahwa adsorpsi bisa bermain terpisah dalam proses keseluruhan, karena sebelum adsorpsi ke miselium jamur dapat berfungsi untuk membawa kromofor ke kontak lebih dekat dengan enzim degradatif, yang sering dikaitkan dengan sebagian besar permukaan sel. Para biosorbents yang digunakan kembali dalam tiga diulang adsorpsi / desorpsi siklus tanpa kerugian yang signifikan dalam kapasitas biosorpsi.

Sejumlah penelitian telah muncul di berbagai desain reaktor untuk produksi LME termasuk tank diaduk, tempat tidur dikemas, airlifts, kolom gelembung, berputar disk, dll, ada kelangkaan laporan analog pada penggunaan sistem reaktor menggunakan putih membusuk jamur untuk pengolahan limbah. Menjelang desain sistem bioreaktor untuk penghilangan warna, Zhang et al. (85) menggunakan alginat-amobil Basidiomycetes, produsen LIP, MnP dan Lac, dalam beberapa konfigurasi reaktor. Selain itu, mereka menggunakan tiga konfigurasi reaktor yang berbeda (kontinu dikemas tidur bioreaktor, makan bets fluidized-bed bioreaktor dan berkesinambungan fluidized-bed bioreaktor) untuk merancang dan tes untuk dekolorisasi dari zat warna azo, Orange II menggunakan jamur busuk putih. Ditemukan bahwa makan bets fluidized-bed bioreaktor adalah sangat cocok untuk Orange II penghilangan warna karena menunjukkan efisiensi dekolorisasi sangat tinggi. Pengkajian mendalam pada kinerja bioreaktor mulai muncul, ingin memperluas kapasitas busuk jamur putih untuk membuat pewarna menjadi tidak berwarna secara kontinyu selama jangka waktu yang lama tanpa perlu suplementasi miselium baru dan, meskipun tantangan, di bawah kondisi yang tidak steril.

Sel jamur Immobilisasi memiliki beberapa keunggulan dibandingkan sel-sel tersebar seperti menggunakan kembali sederhana biomassa, pemisahan cair-padat dan mudah menyumbat minimal dalam sistem kontinu-aliran.

KESIMPULAN
Literatur Ulasan mengungkapkan fakta bahwa telah terjadi peningkatan yang tinggi dalam produksi dan pemanfaatan pewarna dalam beberapa tahun terakhir menghasilkan ancaman polusi yang besar. Hal ini bermanfaat mencatat bahwa penghapusan pewarna dapat dilakukan dengan berbagai teknik. Penghapusan pewarna dijelaskan dalam review ini memiliki kelebihan dan kelemahan. Teknologi konvensional tidak efisien terhadap penghapusan semua jenis pewarna karena struktur molekul dan sifat kimia yang kompleks. Beberapa teknologi saat ini seperti koagulasi, ozonisasi dan karbon aktif secara efisien dapat menghapus hanya kelompok terbatas dari pewarna. Kombinasi fisik, kimia dan biologi yang lebih efisien untuk menghilangkan pewarna tekstil tapi bisa ekspansif. Dua dekade terakhir sejumlah besar pekerjaan penelitian telah di bawah pergi pada efisiensi putih busuk jamur pada penghilangan warna pewarna tekstil. Meskipun berbagai metode untuk menilai penghilangan warna dari pewarna peneliti telah membayar lebih banyak perhatian untuk menggunakan sistem enzim lignin untuk mendegradasi dalam memecahkan masalah polusi lingkungan yang serius.

                                                 

 

 

Daftar Pustaka

Singh, Harbhajan (2006), Mycoremidiation, Fungal Bioremidiation, Canada, John Wiley & Sons, Inc. 25 November 2013




sumber : Dewi Fitrianti, S. Pd, Si
qwe