Short Review Tentang Timbal (Pb)

Masih menjadi perdebatan bagaimana mendefinisikan logam berat di kalangan para ahli, tetapi bagaimana pun bentuk pengklasifikasiannya, logam berat merupakan salah satu unsur yang berbahaya dan beracun apabila laju pencemarannya di lingkungan tidak dikendalikan (Adal et al, 2015). Logam berat diketahui tidak memilki manfaat bagi tubuh makhluk hidup walaupun sebenarnya pada prakteknya di lapangan, logam berat sangat bermanfaat untuk mendukung aktivitas manusia.

Timbal menyebabkan keprihatinan khususnya karena memiliki kemungkinan yang besar terhadap anak-anak. Timbal dapat mempengaruhi sistem saraf dan memperlambat respon. Ini mempengaruhi kemampuan belajar dan perilaku. Anak-anak dapat terkena timbal secara langsung sejak kelahiran mereka, karena menerima timbal dari ibu mereka melalui darah. Anak-anak juga dapat terkena untuk timbal melalui debu dan tanah yang terkontaminasi oleh terdeposisi di udara dan sumber lainnya. Timbal di lingkungan diketahui dapat menjadi racun bagi tanaman, hewan dan mikroorganisme. Efek dari pencemaran timbal umumnya terbatas pada daerah yang terkontaminasi.

Timbal adalah elemen logam milik kelompok IV A dari Tabel Periodik ( nomor atom : 82 , dan massa atom relatif : 207,2 ). Seperti dirangkum oleh US EPA (1998 ), timbal murni berupa logam putih keperakan yang mengoksidasi dan berubah biru abu-abu bila terkena udara. Timbal cukup lunak untuk tergores dengan kuku. Timbal berbentuk padat (11,3 g / cm3), mudah dibentuk, dan mudah melebur. Sifat-sifatnya yang lain meliputi: titik leleh rendah; ditempa; ulet; mudah untuk melemparkan; kepadatan tinggi; kekuatan rendah; mudah untuk bereaksi; tahan asam; reaksi elektrokimia dengan asam sulfat; stabilitas kimia di udara, air dan bumi; dan kemampuan untuk melemahkan gelombang suara, radiasi dan getaran mekanik pengion. Timbal mengeras karena adanya paduan dengan sejumlah kecil arsenik, tembaga, antimony, atau logam lainnya. Paduan ini sering digunakan dalam pembuatan berbagai produk yang mengandung timah.

Timbal secara alami terdapat sebagai timbal sulfida, timbal karbonat, timbal sulfat dan timbal klorofosfat (Faust & Aly, 1981). Kandungan Pb dari beberapa batuan. Kerak bumi sangat beragam. Batuan eruptif seperti geranit dan riolit memiliki kandungan Pb kurang lebih 200 ppm. Timbal (Pb) merupakan logam yang bersifat neurotoksin yang dapat masuk dan terakumulasi dalam tubuh manusia ataupun hewan, sehingga bahayanya terhadap tubuh semakin meningkat. Timbal merupakan salah satu logam berat yang sangat berbahaya bagi makhluk hidup karena bersifat karsinogenik, dapat menyebabkan mutasi, terurai dalam jangka waktu lama dan toksisistasnya tidak berubah. Pb dapat mencemari udara, air, tanah, tumbuhan, hewan, bahkan manusia. Masuknya Pb ke tubuh manusia dapat melalui makanan dari tumbuhan yang biasa dikonsumsi manusia seperti padi, teh dan sayur-sayuran. Logam Pb terdapat di perairan baik secara alamiah maupun sebagai dampak dari aktivitas manusia. Logam ini masuk ke perairan melalui pengkristalan Pb di udara dengan bantuan air hujan. Selain itu, proses korofikasi dari batuan mineral juga merupakan salah satu jalur masuknya sumber Pb ke perairan.

Sumber dan Emisi

Pelepasan timbal ke biosfer dapat dikelompokkan ke dalam kategori berikut :
•  Sumber alami – pelepasan timbal karena mobilisasi yang terjadi secara alamiah dari dalam kerak bumi dan mantel, seperti aktivitas vulkanik dan pelapukan batuan;
•  Sumber antropogenik (yang terkait dengan aktivitas manusia) pelepasan dari mobilisasi timbal pengotor dalam bahan baku seperti bahan bakar fosil - terutama bijih, batubara dan diekstraksi, yang diperlakukan dan didaur ulang oleh mineral lainnya;
•  Pelepasan antropogenik yang dihasilkan dari timah yang digunakan secara sengaja dalam produk dan proses, karena pelepasan oleh manufaktur, penggunaan, pembuangan atau pembakaran produk;

Timbal di Lingkungan 
Sebagai akibat dari titik leleh unsur timbal yang cukup tinggi di 328°C dan titik didih 1.750°C , unsur timbal akan tersimpan pada permukaan atau ada di atmosfer sebagai komponen aerosol atmosfer pada suhu atmosfer ambien. Di atmosfer, timbal ada dalam bentuk PbSO4 dan PbCO3 (US ATSDR, 2005). Waktu tinggal dan transportasi timbal di atmosfer terkait dengan karakteristik aerosol .
Di dalam lingkungan air, timbal berbentuk ionik (sangat bebas dan bioavailable), kompleks organik dengan bahan humus terlarut (mampu mengikat agak kuat dan ketersediaan batas) , yang melekat pada partikel koloid seperti oksida besi (sangat terikat dan kurang mampu bergerak bila tersedia dalam bentuk oksida daripada ketika menjadi ion-ion bebas), atau menjadi partikel padat dari tanah liat atau mati sisa-sisa organisme (pergerakan dan ketersediaan sangat terbatas).Spesi timbal di lingkungan air dikendalikan oleh banyak faktor, seperti : pH, salinitas, serapan dan proses biotransformasi. Timbal biasanya hadir di lingkungan perairan asam sebagai PbSO4, PbCl4, timbal ionik, bentuk kationik dari hidroksida timbal dan hidroksida biasa Pb(OH)2.

Secara umum, memimpin tidak sangat mobile di tanah. Gerakan ke bawah dari unsur timbal dan senyawa timbal anorganik dari tanah ke air tanah oleh pencucian sangat lambat dalam kondisi alam yang paling (NSF, 1977, sebagaimana dikutip oleh AS ATSDR, 2005). PH tanah, kandungan asam humat dan jumlah bahan organik mempengaruhi isi dan mobilitas timbal dalam tanah (Hansen et al., 2004a). Selanjutnya, Hansen et al. (2004a) menyatakan bahwa hanya sebagian kecil dari timbal dalam tanah hadir dalam larutan, yang merupakan sumber langsung untuk memimpin di akar tanaman; pengasaman tanah, bagaimanapun, terkait dengan meningkatnya mobilitas dan bioavailabilitas timbal. Kondisi yang lebih asam (pH rendah) tidak hanya meningkatkan kelarutan timbal, tetapi juga dari logam berat lainnya.

Fakta bahwa asam yang relatif terkonsentrasi, zat pereduksi, oksidator, atau chelating agen yang diperlukan untuk membebaskan sebagian besar memimpin dari tanah digunakan sebagai satu baris bukti yang mengarah migrasi dan serapan oleh tanaman di tanah diharapkan menjadi rendah (US EPA, 2005). Penyerapan rendah pada tanaman menghasilkan konsentrasi yang relatif rendah timbal dalam bahan makanan. Timbal sangat diserap untuk bahan organik dalam tanah. Lempung, silts, besi dan oksida mangan, dan bahan organik tanah dapat mengikat timbal dan logam lainnya elektrostatis (tukar kation) serta kimia (adsorpsi spesifik) (US ATSDR, 2005). Terserap memimpin dalam matriks tanah dapat memasukkan air permukaan sebagai akibat dari erosi yang mengandung timbal partikel tanah.

Efek Terhadap Manusia
Timbal dalam bentuk anorganik dan organik memiliki toksitas yang sama pada manusia. Misalnya pada bentuk organik seperti tetraetil-timbal dan tetrametiltimbal (TEL dan TML). Timbal dalam tubuh dapat menghambat aktivitas kerja enzim. Namun yang paling berbahaya adalah toksitas timbal yang disebabkan oleh gangguan absorbsi kalsium Ca. Hal ini menyebabkan terjadinya penarikan deposit timbal dari tulang tersebut
Timbal adalah logam toksik yang bersifat kumulatif sehingga mekanisme toksitasnya dibedakan menurut beberapa organ yang dipengaruhinya, yaitu sebagai berikut:
1.    Sistem hemopoeitik : timbal akan mengahambat sistem pembentukan hemoglobin sehingga menyebabkan anemia
2.    Sistem saraf pusat dan tepi : dapat menyebabkan gangguan enselfalopati dan gejala gangguan saraf perifer
3.    Sistem ginjal  : dapat menyebabkan aminoasiduria, fostfaturia, gluksoria, nefropati, fibrosis dan atrofi glomerular
4.    Sistem gastro-intestinal : dapat menyebabkan kolik dan konstipasi

Teknologi Pencegahan dan Pengendalian Pencemaran
Metode khusus untuk mengendalikan pelepasan timbal dari sumber-sumber ini pada umumnya di bagi menjadi empat kelompok berikut:
•    Mengurangi konsumsi bahan baku dan produk yang mengandung timbal sebagai pengotor;
•    Mengganti ( atau menghapus ) produk, proses dan praktek yang mengandung atau menggunakan timbal dengan alternatif bebas timbal;
•    Mengontrol pelepasan timbal melalui teknologi proses emisi rendah dan pembersihan gas dan air limbah ;
•    Manajemen limbah yang mengandung timbal

Referensi
Adal, Adefris et al. 2015. Heavy Metal Toxicity: Background, Pathophysiology, Epidemiology. Article.http://emedicine.medscape.com/article/814960-overview
US EPA. 1999. Contaminant persistence and mobility factors. The Class V Underground Injection Control Study, Appendices E. United States Environmental Protection Agency, Office of Ground Water and Drinking Water.
US EPA. 2005. Preliminary exposure assessment support document for the TSCA section 21 petition on lead-balancing weights. United States Environmental Protection Agency.
US ATSDR. 2005. Toxicological profile for lead. (Draft for Public Comment). U.S. Department of Health and Human Services. Public Health Service. Agency for Toxic Substances and Disease Registry, Atlanta, U.S.A.
Wednesday, November 18, 2015
Posted by Bimastyaji Surya

Review of Constructed Wetland Microbial Fuel Cells

Based on Liam Doherty at al (2015) review, Constructed Wetland Microbial Fuel Cells (CM-MFC) is a recently emerged technology for treating wastewater and generating electricity. MFC utilize substrate to generate electricity and it can be supported by microorganism that is applied in rhizospere of constructed wetland. Constructed wetland is known as technology which can remove pollutant such as nitrogen (nitrate, nitrite, and ammonia), phosphorus, and even heavy metals. So do MFC, can treat both chemical oxygen demand (COD) and harmful contaminant in wastewater. 

Sediment microbial fuell cell (SMFC) which has been developed before microbial fuel cells use plant (Plant MFC) to get higher voltage, moreover, currently it shows a promising bioenergy because it can generate electricity to power mini fan and biosensor in somewhere lake in US.


There are a lot of studies to improving this technology performance. Many researcher have been made some different design knowing the best configuration to treating the fuel and generating electricity. Present study give an information that combination of Constructed Wetland and Microbial Fuel Cell can work effectively if we use suitable material for each part of microbial fuel cell (anode, cathode, or separator).
 
 
Image Sources :  Oon et al, 2015


Oon et al (2015) in their research showing best voltage of upflow constructed wetland microbial fuel cell (UFCW-MFC) when electrode (anode and cathode) spacing was small (in this research, 15 cm of space required). Maximum power density was 6,12 mW/m2, respectively. Nitrate and ammonium can be removed for about 40% and 91%. Aeration have done to control the aerobic and anaerobic regions of the system. They use carbon felt electrodes which have 280 cm2 of surface area and inoculated in the mixed culture sludge. This sophisticated design give a new paradigm that microbial fuel cells can be applied with upflow constructed wetland.

Different study (Lu et al, 2015) focused on how microbial consortia in anode side can improve the wetland microbial fuel cell performance. Associated with Canna indica, bacterial and archaeal communities can produce maximum current of 106 mA/m2 by utilizing fuel as electron donor and another nutrient contained in rhizospere. That association is called syntrophy which positively give better performance of microbial fuel cells. But there is another syntrophy which can be limit the growth condition of microbial consortia especially oligotrophic bacteria. That is competition between denitrifying bacteria or methanogens which produce an electron acceptor that can decrease the current production.

 

This review proof me something that microbial fuel cells and constructed wetland are suitable to be applied in Indonesia in which many treatment plants applicate wetlands to treat wastewater. Microbial fuel cells is also being developed in lab-scale and is still few research on it. This chance need to be explored, especially to increase pollutant removal effieciency, and further to generate electricity. This field of study still rare to be found in Indonesia. Many renewable energy researcher still focus on biodiesel and another bioconversion of waste. Constructed wetland microbial fuel cell can be a compromising technology which have viable cost, generate electricity, and high efficiency removal. This ‘power plant’ is a green energy that this country needed.


References :
Oon Yoong-Ling, Soon-An Ong, Li-Ngee Ho, Yee-Shian Wong, Yoong-Sin Oon, Harvinder Kaur Lehl, Wei-Eng Thung. 2015. Hybrid system up-flow constructed wetland integrated with microbial fuel cell for simultaneous wastewater treatment and electricity generation. Bioresource Technology 186 (2015) 270–275. Malaysia.
Lu Lu, Defeng Xing, Zhiyong Jason Ren. 2015. Microbial community structure accompanied with electricity production in a constructed wetland plant microbial fuel cell. Bioresource Technology 195 (2015) 115–121. China.
Liam Doherty, Yaqian Zhao, Xiaohong Zhao, Yuansheng Hu, Xiaodi Hao, Lei Xu, Ranbin Liu. 2015. A review of a recently emerged technology: Constructed wetland - Microbial fuel cells. Journal of Water Research 85 (2015) 38-45. University College Dublin : Dublin.  
Monday, October 12, 2015
Posted by Bimastyaji Surya

Blog Archive

Teman-teman

- Copyright © Bimastyaji Surya Ramadan -Metrominimalist- Powered by Blogger - Designed by Johanes Djogan -