Daerah peralihan antara laut dan daratan disebut sebagai wilayah pesisir. Letak pesisir yang berada di antara daratan dan lautan menyebabkan wilayah pesisir mendapatkan tekanan dari fenomena alam yang terjadi di darat dan di laut. Masyarakat wilayah pesisir dalam melakukan aktivitasnya, bergantung pada kondisi lingkungan dan sumber daya alam yang ada. Aktivitas masyarakat pesisir secara umum meliputi aktivitas ekonomi, kegiatan pariwisata, kegiatan transportasi laut, kegiatan industri, pertambangan, kegiatan pembangkit energi, dan kegiatan industri maritim. Aktivitas masyarakat pesisir, apabila tidak diiringi dengan pengelolaan lingkungan dapat memberikan dampak negatif. Salah satu dampak negatif yang ditimbulkan adalah meningkatnya bahan pencemar di laut dan sedimen di wilayah pesisir sehingga menyebabkan menurunnya kualitas sedimen di wilayah pesisir.
Bahan pencemar yang dapat ditemukan di pesisir antara lain adalah, unsur hara (nutrient), logam berat, pestsida, organisme pathogen, limbah padat, oxygen depleting substance (bahan-bahan yang menyebabkan rendahnya oksigen terlarut), dll. Dampak yang dapat ditimbulkan dari pencemaran pesisir adalah, rusaknya ekosistem bakau, rusaknya terumbu karang, terganggunya kehidupan biota laut (ikan, kerang, dll), dan meningkatkan potensi terjadinya abrasi. Sehingga, diperlukan pengolahan untuk menurunkan bahan pencemar. Salah satu metode pengolahan yang dapat digunakan yaitu Sediment Microbial Fuel Cells (SMFCs).
MFCs merupakan teknologi yang dapat digunakan untuk menurunkan kadar polutan dalam substrat (air limbah/sedimen). Dalam metode MFCs, terjadi proses konversi kimia menjadi energi listrik melalui transfer elektron yang dikatalisis mikroba ke elektroda. MFC pada umumnya dioperasikan menggunakan kompartemen tunggal atau kompartemen ganda, elektroda dihubungkan oleh sirkuit eksternal untuk transpor elektron. Sediment Microbial Fuell Cell (SMFCs) merupakan MFC yang khusus digunakan untuk melakukan remediasi sedimen dan memproduksi energi listrik. Kelebihan dari metode SMFC adalah, aman bagi ekosistem bentik dan mudahnya pengamatan degradasi polutan yang terjadi. Kondisi sedimen menjadi faktor penting yang dapat memengaruhi efisiensi daya yang diproduksi dan efisiensi penguraian bahan organik. Penambahan material konduktif merupakan langkah efisien yang banyak dilakukan dengan tujuan meningkatkan performa SMFC dalam memproduksi listrik dan menguraikan bahan organic.
Produksi daya listrik dan degradasi bahan pencemar dapat ditingkatkan dengan penambahan Nano Zero-Valent Iron (NZVI) pada sedimen. Sedimen didapatkan dari Teluk Dalam Fukuyama di Jepang dengan menggunakan sampler Ekman. Uji kandungan awal pada sampel sedimen menunjukkan kandungan bahan organik yang tinggi dengan kondisi sedimen anaerobik dan aktifitas elektron (Eh) sebesar -185 mV. Konsentrasi awal fosfat sebesar 49,o mg/L, ammonia 101,8 mg/L, dan hidrogen sulfida 12,5 mg/L. Reaktor SMFC dibuat dari silinder plastik dengan diameter 73 mm dan tinggi 130 mm, yang kemudian diisi dengan 500 mL sedimen laut, kemudian diisi dengan air deionisasi secara perlahan. Kain serat karbon dengan diameter 6-7 m (Elektro-Chem Jepang) dan dimensi 5 cm x 5 cm digunakan sebagai bahan elektroda di SMFC. Anoda diletakkan secara terkubur dalam sedimen pada kedalaman 30 mm, sedangkan katoda mengapung 30 mm di atas permukaan sedimen di tengah lapisan air deionisasi. Anoda dan katoda dihubungkan melalui sirkuit eksternal menggunakan kawat nikel (Nilaco, NI311477).
NZVI (Sigma-Aldrich) ditambahkan ke dasar sedimen dengan dosis 0,06% atau 0,6%, dan dibandingkan dengan reaktor tanpa NZVI. SMFC dioperasikan dalam mode sirkuit terbuka dan sirkuit tertutup. Semua percobaan dilakukan di bawah suhu kamar sekitar mulai dari 25 oC hingga 30 oC. Semua SMFC dioperasikan selama 350 jam. Pencatatan arus listrik yang dihasilkan dilakukan selama 7 hari setelah SMFC dibentuk. SMFC kemudian diaklimatisasi selama 2 minggu sebelum mengukur arus listrik yang dihasilkan berikutnya. Arus direkam selama 350 jam dengan resistansi eksternal 10.000Ω dengan menggunakan pencatat data tegangan yang terhubung ke komputer yang beroperasi (T&D CEh., VR-71).
Hasil kerapatan arus yang didapatkan pada 5 jam pertama yaitu, CSMFC5 sebesar 335,2 mA/m2; SMFC0 sebesar 50 mA/m2; dan SMFC0,5 sebesar 80 mA/m2. Seteah 10 jam, kerapatan arus turun menjadi 50 mA/m2 dan stabil menunjukkan bahwa eksoelektrogen melekat pada anoda dan mendegradasi senyawa organik. Akumulasi rapat arus tertinggi diamati pada CSMFC 0,5 dengan 413.820,8 mA/m2. CSMFC dan CSMFC5 memiliki nilai yang hampir sama yaitu 247.878,4 dan 275.456,8 mA/m2. Penambahan 0,6% NZVI ke SMFC sirkuit tertutup dapat menurunkan hidrogen sulfida dari 12,5 mg/L menjadi 0 mg/L. Selain itu, menambahkan NZVI ke SMFC sirkuit tertutup dapat menurunkan konsentrasi fosfat dari 49 mg/L menjadi 11 mg/L. Dengan jumlah NZVI yang sama, penghilangan polutan di sirkuit tertutup lebih tinggi daripada di sirkuit terbuka karena aliran listrik di SMFC. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa penambahan NZVI ke SMFC secara efektif meningkatkan kerapatan arus yang dihasilkan dan mengurangi konsentrasi hidrogen sulfida dan fosfat dalam sedimen.
Penulis: Nur Indradewi Oktavitri
Tulisan detail terkait artikel ini dapat dilihat dalam publikasi kami di: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352186421006167
Nur IndradewiOktavitri, ShinyaNakashita, TadashiHibino, ,Thanh VanTran, IlwonJeong, Tae-Geon Oh, Kyunghoi Kim. 2021
Enhancing pollutant removal and electricity generation in Sediment Microbial Fuel Cell with nano zero-valent iron
Environmental Technology & Innovation 24 (2021) 101968
