Biodegradasi

Biodegradasi atau penguraian hayati adalah proses di mana bahan organik diuraikan oleh enzim yang dihasilkan oleh organisme hidup. Istilah yang sering digunakan dalam kaitannya dengan ekologi, pengelolaan sampah dan lingkungan proses pengobatan (bioremediation). Istilah yang digunakan dalam ekologi untuk menggambarkan proses biokimia yang cenderung membawakan zat organik, yang dihasilkan secara alami laings UIung ataupun motor tidak langsung dari fotosintesis dalam zat anorganik. Biodegradasi memainkan membalikkan dengan fotosintesis dan proses biosintesis berikutnya yang menimbulkan biomassa . Sementara fotosintesis menghasilkan molekul organik dari molekul anorganik, mengurangi biodegradasi molekul organik yang kompleks menjadi sederhana konstituen secara bertahap untuk akhirnya membawa mereka ke tahap anorganik.

Fenomena biodegradasi sangat penting untuk lingkungan yang harus bebas dari sampah dan limbah untuk membuat jalan bagi kehidupan baru. Pohon-pohon, tanaman, alga, bahwa semua organisme fotosintetik, berkat matahari mampu menyerap karbon dioksida di atmosfer dan menggunakannya untuk mensintesis gula, molekul organik di dasar semua zat organik banyak di biosfer.
Melalui rantai makanan, aliran zat dan energi melewati dari tanaman ( produsen ) ke herbivora ( konsumen primer ) dan dari ini ke karnivora ( konsumen sekunder ). Mekanisme ini macet dengan cepat, tetapi, jika tidak ada pilihan terbalik, yaitu bahwa yang membebaskan karbon dari bahan organik mati, memastikan sirkulasi materi. Kemudian proses biodegradasi, dalam keseimbangan alam, martabat sama dengan proses fotosintesis yang hasilnya dan pada saat yang sama, keberangkatan. Biodegradasi dilakukan oleh dekomposer, mikro-organisme ( jamur, bakteri, protozoa ) yang tumbuh pada bahan organik mati, atau produk limbah dari ' ekosistem .
Dari sudut pandang kimia, degradasi adalah oksidasi senyawa organik. Proses oksidasi yang paling penting adalah respirasi telepon yang memungkinkan pelepasan karbon dioksida dan penutupan siklus biogeokimia karbon.

Secara umum biodegradasi atau penguraian bahan (senyawa) organik oleh mikroorganisme dapat terjadi bila terjadi transformasi struktur sehingga terjadi perubahan integritas malekuler. Proses ini berupa rangkaian reaksi kimia enzimatik atau biokimia yang mutlak memerlukan kondisi lingkungan yang sesuai dengan pertumbuhan dan perkembangbiakan mikroorganisme.

Biodegradasi hidrokarbon oleh komunitas mikrob tergantung pada komposisi komunitas dan respon adaptif terhadap kehadiran hidrokarbon. Laju biodegradasi senyawa hidrokarbon kompleks dengan berat molekul besar seperti senyawa aromatik, resin, dan asfalten lebih lambat dibandingkan dengan senyawa dengan berat molekul rendah. Meski demikian beberapa studi menunjukkan bahwa degradasi pada kondisi optimum terhadap senyawa kompleks memiliki laju yang tinggi demikian pula dengan fenol dan klorofenol .

 Jenis Limbah Sampah Plastik
Sebenarnya ada dua jenis plastik, non biodegradasi dan biodegradasi. Plastik jenis non biodegradasi tidak dapat diurai oleh mikrob. Jika plastik ini ternaman di tanah, mikrob tak mampu memutuskan ikatan rantai atom C-nya. Sedang plastik biodegrasi dapat diurai oleh mikrob. Plastik ini bukan pencemar/polutan bagi tanah, dikatakan plastik ini aman lingkungan. Smart plastic Cleaner planet.
Plastik tergolong senyawa polimer, strukturnya terdiri atas rantai atom karbon, C yang panjang, masing-masing atom C mengikat atom hidrogen, H. Selain itu, rantai atom C mengandung atom oksigen, O. Ketika sebuah kantong plastik kita isi dengan air, air tak dapat menerobos pori-pori plastik yang sangat kecil, jauh lebih kecil dibanding selaput semipermeabel. Bahkan udarapun tak dapat menembus plastik. Polimer plastik ini ikatan kimianya sangat kuat, serat polimer ini menempel ketat satu dengan lainnya.

 Proses Biodegredasi Pada Plastik Biodegredasi
Plastik aman lingkungan, yaitu plastik biodegradasi, dalam proses pembuatannya menggunakan suatu bahan yang dinamakan “Ecopure additive.” Bahan ini ditambahkan selama proses. Ecopure adalah suatu matrik plastik, berada diantara serat plastik. Bahan ini tidak mengubah molekul plastik. Bahan ini diperlukan agar plastik dapat diurai oleh mikrob. Plastik yang mengandung ecopure, ramah dan aman lingkungan, tidak berbahaya, tidak beracun. Ecopure exposed plastik ke mikrob. Ecopure bersifat higroskopis, yaitu dapat menyerap air sehingga terjadi akumulasi air di sekitar serat plastik. Air agresif masuk ke matrik plastik, sehingga plastik mengembang, memberikan peluang kepada mikrob untuk memasuki matrik plastik. Enzim mikrob memutuskan rantai atom C, sehingga secara beruntun plastik terurai, membentuk gas CO2 dan gas metana, yang berupa biogas.

 Proses Biodegradasi Limbah Cair Senyawa Organik
Limbah yang mengandung senyawa organik dapat dirombak oleh mikrob dan dapat dikendalikan secara biologis. Pengendalian secara biologis dapat dilakukan dengan proses aerob dan anaerob.

 Pengolahan Limbah cair dengan proses Anaerobik
Proses pengolahan anaerobik adalah proses pengolahan senyawa – senyawa organik yang terkandung dalam limbah menjadi gas metana dan karbon dioksida tanapa memerlukan oksigen.
Penguraian senyawa organik seperti karbohidrat, lemak dan protein yang terdapat dalam limbah cair dengan proses anaerobik akan menghasilkan biogas yang mengandung metana (50-70%), CO2 (25-45%) dan sejumlah kecil nitrogen, hidrogen dan hidrogen sulfida.

  Reaksi sederhana penguraian senyawa organik secara aerob :
Sebenarnya penguraian bahan organik dengan proses anaerobik mempunyai reaksi yang begitu kompleks dan mungkin terdiri dari ratusan reaksi yang masing- masing mempunyai mikroorganisme dan enzim aktif yang berbeda.
Penguraian dengan proses anaerobik secara umum dapat disederhanakan menjadi 4 tahap:
 – Tahap pembentukan asam
Dari tahap pembentukan asam adalah hidrolisa senyawa organik baik yang terlarut maupun yang tersuspensi dari berat molekul besar (polimer) menjadi senyawa organik sederhana (monomer) yang dilakukan oleh enzim-enzim ekstraseluler. Beberapa senyawa organik dan enzim pengurainya yaitu :
enzim 	substrat 	produk
Esterase: Lipase 	Gliserida (fat) 	Gliserol + Asam lemak
Phosphatase:Lecithinase 	Lecitin 	Choline + H3PO4 + fat
Carohydrase : Fructosidase 	Sucrosa 	Frukosa + Glukosa

   Tahap Acidogenesis
Pengubahan senyawa sederhana menjadi asam organik yang mudah menguap
seperti asam asetat, asam butirat, asam propionat dan lain-lain. Dengan terbentuknya asam organik maka pH akan terus menurun namun pada waktu yang bersamaan akan terbentuk buffer yang akan menetralisisr pH.

   Tahap Acetogenesis
Pembentukan asam dari senyawa-senyawa organik sederhana (monmer) dilakukan oleh bakteri-bakteri penghasil asam yang terdiri dari sub divisi acids/farming bacteria dan acetogenic bacteria. Asam propionat dan butirat diuraikan oleh acetogenic bacteria menjadi asam asetat.
 
  Tahap Metanogenesis
Merupakan tahap dominasi perkembangan sel mikroorganisme dengan spesies tertentu yang menghasilkan metana.Pembentukan metana dilakukan oleh bakteri penghasil metana yang terdiri dari sub divisi acetocalstic methane bacteria yang menguraikan asam asetat menjadi metana dan karbon dioksida.Karbon dioksida dan hidrogen yang terbentuk dari reaksi penguraian di atas, disintesa oleh bakteri pembentuk metana menjadi metana dan air. Bakteri penghasil metana sangat sensitif terhadap perubahan pH. Rentang pH optimum untuk jenis bakteri penghasil metana antara 6,4 – 7,4.

  Proses pembentukan asam dan gas metana dari suatu senyawa organik sederhana melibatkan banyak reaksi percabangan. Mosey (1983) yang menggunakan glukosa sebagai sampel untuk menjelaskan bagaimana peranan keempat kelompok bekteri tersebut menguraikan senyawa ini menjadi gas metana dan karbon tlioksida sebagai berikut :

1.Acid forming bacteria mengiraikan senyawa glukosa menjadi:

C4H12O6 + 2H2O — > 2CH3COOH (asam asetat)+ 2CO2 + 4H2

C6H12O6 — > CH3CH2CH2COOH (asam butirat)+ 2CO2 + 2H2

C3H12O6 + 2H2 — > 2CH3CH2COOH (asam propionat) + H2O

2.Acetogenic bacteria menguraikan asam propionat dari asam menjadi:

CH3CH2COOH (asam propionat) –> CH3COOH (asam asetat) + 3H2

CH3CH2CH2COOH (asam butirat) –> CH3COOH (asam asetat) + 2H2

3.Acetoclastic methane menguraikan asam asetat menjadi:

CH3COOH (asam asetat) –> CH4 (metana) + CO2

Methana bacteria mensintesa hidrogen dan karbonmonoksida menjadi:

2H2 + CO2 –> CH4 (metana) + 2H2O

  Faktor Pembatas Biodegradasi
Kemampuan sel mikroorganisme untuk melanjutkan pertumbuhannya sampai minyak bumi didegradasi secara sempurna bergantung pada suplai oksigen yang mencukupi dan nitrogen sebagai sumber nutrien. Seorang ilmuwan bernama Dr. D. R. Boone menemukan bahwa nitrogen tetap merupakan nutrien yang paling penting untuk degradasi bahan bakar. Selain itu keaktifan mikroorganisme pendegradasi hidrokarbon juga dipengaruhi oleh kondisi lingkungan seperti temperatur dan pH. Kondisi lingkungan yang tidak sesuai menyebabkan mikrob ini tidak aktif bekerja mendegradasi minyak bumi. Sebagai contoh, penambahan nutrien anorganik seperti fosfor dan nitrogen untuk area tumpahan minyak meningkatkan kecepatan bioremediasi secara signifikan.

Rujukan 

Kimia lingkungan
 
Digesti anaerobik
Pengelolaan sampah yang dapat terurai secara hayati