Bioremediasi Limbah Tekstil Menggunakan Cendawan Dark Septate Endophyte dan Sistem Floating Treatment Wetland

Abstract

Industri tekstil merupakan salah satu sektor industri yang paling penting dan menempati urutan pertama ekspor non migas di Indonesia. Industri ini mengalami perkembangan yang sangat pesat dan memberikan kontribusi yang besar terhadap perekonomian dan kesejahteraan masyarakat. Namun, industri tekstil menghadapi tantangan besar terutama dalam pengelolaan limbahnya. Limbah tekstil (limbah cair tekstil) merupakan limbah yang sangat kompleks mengandung berbagai senyawa kimia berbahaya, seperti zat warna sintetis, logam berat, dan bahan organik lainnya yang berpotensi mencemari lingkungan jika dilepaskan tanpa diolah terlebih dahulu. Dua zat warna sintetis yang paling banyak digunakan dalam industri tekstil adalah grup antraquinon dan azo. Zat warna tersebut bersifat racun, karsinogenik, dan berbahaya untuk lingkungan dan kesehatan manusia. Oleh karena itu, diperlukan teknologi pengolahan limbah tekstil sebagai upaya pengurangan pencemaran lingkungan. Pengolahan limbah tekstil berbasis cendawan (mikoremediasi) atau tanaman (fitoremediasi) telah banyak dilaporkan. Berbagai jenis cendawan dan tanaman pun telah banyak digunakan sebagai agen bioremediasi limbah tekstil. Namun, sampai saat ini belum ada satu pun penelitian terkait kemampuan cendawan Dark Septate Endophyte (DSE) dan tanaman mangrove dalam meremediasi limbah tekstil termasuk dekolorisasi zat warna dan penyisihan logam berat kromium VI (Cr(VI)). Penelitian ini bertujuan: 1) Mengkarakterisasi DSE dengan potensi sebagai pendegradasi zat warna sintetis (azo dan antraquinon) dan penyisih logam berat Cr(VI). 2) Menganalisis faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi aktivitas DSE dalam mendekolorisasi zat warna sintetis golongan azo dan antraquinon. 3) Menemukan metode mikoremediasi yang sesuai melalui sistem sel terimobilisasi dan konsorsium DSE untuk mendegradasi limbah tekstil. 4) Menguji coba kombinasi sistem integrasi antara cendawan DSE dengan Floating Treatment Wetland (FTW) menggunakan tanaman mangrove (Rhizophora sp.) dalam mendegradasi limbah tekstil. Hasil penelitian diharapkan dapat bermanfaat sebagai metode alternatif pengolahan limbah tekstil yang dapat digunakan oleh berbagai stakeholder. Penelitian dilakukan dalam empat tahapan. Tahapan pertama adalah karakterisasi DSE berdasarkan kemampuan dekolorisasi zat warna tekstil yaitu RBBR (antraquinon) dan AB 113 (azo) serta penyisihan logam Cr(VI). Pada tahap ini digunakan enam cendawan DSE yaitu KSP, PP, CPP, TKC, K.III.3.4, dan DD. Kemampuan dekolorisasi zat warna dievaluasi dalam media padat dan cair yang masing-masing mengandung 50 mg/L zat warna RBBR dan AB 113. Begitupun dengan kemampuan penyisihan Cr(VI) dievaluasi pada media padat dan cair yang mengandung berbagai konsentrasi Cr(VI), yaitu 10, 30 dan 50 mg/L. Kemampuan dekolorisasi dan penyisihan Cr(VI) dihitung berturut-turut berdasarkan efisiensi dekolorisasi (%) dan efisiensi penyisihan (%). Penelitian tahap kedua adalah uji efisiensi dekolorisasi pada berbagai kondisi lingkungan yaitu variasi konsentrasi zat warna (100, 200, 250, dan 300 mg/L), pH (3, 5, 7, 9, dan 11) dan salinitas (1, 3, 5, dan 7%). Cendawan yang digunakan dalam tahap ini adalah tiga cendawan DSE yang menghasilkan efisiensi dekolorisasi tertinggi pada tahap pertama yaitu strain KSP, PP dan CPP. Penelitian tahap ketiga adalah pengolahan limbah tekstil menggunakan cendawan DSE dengan tiga pendekatan yaitu sistem kultur tunggal tanpa imobilisasi, kultur tunggal terimobilisasi pada Light Expanded Clay Aggregate (LECA) dan konsorsium tanpa imobilisasi. Pada tahap ini digunakan dua cendawan yang menghasilkan efisiensi dekolorisasi tertinggi pada tahap dua (KSP dan PP) dan satu cendawan yang menghasilkan penyisihan Cr(VI) tertinggi kedua pada tahap satu (TKC). Limbah yang digunakan adalah limbah tekstil dari PT. Coats Indonesia. Tahap keempat adalah pengolahan limbah tekstil berbasis fitoremediasi dan mikoremediasi melalui integrasi sistem FTW menggunakan mangrove (Rhizophora sp.) dan augmentasi tanaman mangrove dengan DSE pada sistem terbaik pada hasil tahap ketiga yaitu kultur tunggal strain KSP tanpa imobilisasi. Percobaan dilakukan dalam skala semi lapangan dengan sistem batch. Pengukuran kualitas air limbah tekstil hasil pengolahan tahap tiga dan empat dianalisis berdasarkan karakteristik fisika kimia dan nutriennya. Frekuensi kolonisasi (%) dihitung untuk menggambarkan keberhasilan kolonisasi DSE pada akar mangrove. Semua cendawan DSE yang diuji coba mampu mendekolorisasi zat warna tekstil RBBR dan AB 113 pada konsentrasi 50 mg/L serta menyisihkan logam berat Cr(VI) dengan konsentrasi 10-50 mg/L. Tiga strain DSE mempunyai efisiensi dekolorisasi tertinggi untuk zat warna RBBR dan AB 113 yaitu KSP (88,87% dan 96,99%), PP (81,43% dan 94,34%) dan CPP (73,53% dan 93,81%). Tiga strain DSE dengan efisiensi penyisihan Cr(VI) tertinggi yaitu PP (99,75– 99,92%), TKC (99,75–99,88%) dan KSP (98,86–99,66%). Berdasarkan hasil tahap ini, tiga strain DSE yaitu KSP, PP dan CPP dipilih untuk penelitian tahap kedua yaitu efisiensi dekolorisasi pada berbagai kondisi lingkungan. Efisiensi dekolorisasi cendawan DSE dipengaruhi oleh faktor lingkungan dan setiap cendawan DSE mempunyai kondisi optimum yang berbeda. Kondisi optimum yang diperlukan KSP untuk mendekolorisasi zat warna RBBR dan AB 113 adalah pH asam (pH 3–5) dengan efisiensi dekolorisasi berturut-turut sebesar 92,73–93,06% dan 98,55–98,77%. Untuk strain CPP, pH optimum untuk mendekolorisasi zat warna RBBR dan AB 113 berturut-turut pada pH basa (9) dan pH asam (pH 3-5) dengan efisiensi dekolorisasi berturut-turut sebesar 89,68% dan 90,55–91,94%. Berbeda dengan strain PP, kondisi optimum diperoleh pada pH netral sampai basa (pH 7–9) dengan efisiensi dekolorisasi sebesar 94,79– 95,04% (RBBR) dan 97,70–96,96% (AB 113). Cendawan DSE mampu bekerja pada kisaran salinitas 1–7% dengan efisiensi dekolorisasi untuk RBBR dan AB 113 berturut-turut sebesar 61,46–93,28% dan 52,85–96,09%. Dua strain DSE (KSP dan PP) dengan efisiensi dekolorisasi terbaik pada tahap ini dan satu strain terbaik kedua (TKC) pada uji penyisihan Cr(VI) digunakan untuk penelitian tahap ketiga. Secara umum, semua perlakuan (sistem kultur tunggal tanpa imobilisasi dan terimobilisasi LECA serta konsorsium tanpa imobilisasi) secara nyata berhasil mendegradasi limbah tekstil dibandingkan kontrol (P<0,05). Sistem imobilisasi sel dengan LECA berhasil meningkatkan efisiensi penyisihan fosfat dan ortofosfat berturut-turut sebesar 90,15–96,27% dan 82,00–86,92%. Konsorsium DSE juga mampu meningkatkan efisiensi penyisihan kedua nutrien tersebut berturut-turut sebesar 58,92–73,90% dan 48,49–59,79%. Meskipun demikian, kultur tunggal KSP tanpa imobilisasi menunjukkan performa terbaik dibandingkan perlakuan lain, sehingga kultur tunggal KSP digunakan untuk penelitian tahap selanjutnya. Pengolahan limbah tekstil berbasis fitoremediasi melalui sistem FTW menggunakan tanaman mangrove (Rhizophora sp.) menghasilkan efisiensi penyisihan warna, N-NH4 + ; TN; P-PO4 2-; TP dan COD berturut-turut sebesar 59,84%; 68,76%; 80,22%; 75,00%; 91,83%; dan 92,32%. Augmentasi mangrove dengan strain KSP lebih meningkatkan efisiensi penyisihan nutrien tersebut berturut-turut menjadi 67,80%; 78,39%; 90,60%; 93,24%; 97,67%; dan 95,60%. Lebih jauh, kualitas air yang dihasilkan dari teknologi ini telah memenuhi standar yang ditetapkan pemerintah Republik Indonesia yang tertuang pada P.16/Menlhk/setjen/Kum.1/4/2019 tentang tentang baku mutu air limbah. Cendawan DSE berhasil mengolonisasi akar mangrove dengan frekuensi kolonisasi sebesar 90%. Penelitian ini membuktikan bahwa cendawan DSE mempunyai kemampuan dalam mendekolorisasi zat warna tekstil RBBR dan AB 113 serta menyisihkan logam berat Cr(VI). Kemampuan dekolorisasi DSE dipengaruhi oleh kondisi lingkungan seperti konsentrasi zat warna, pH dan salinitas. Cendawan DSE dengan sistem kultur tunggal tanpa imobilisasi terbukti efektif dalam mendegradasi limbah tekstil. Kultur tunggal terimobilisasi dalam LECA dan konsorsium efektif dalam meningkatkan efisiensi penyisihan fosfat dan TP. Teknologi pengolahan limbah tekstil berbasis fitoremediasi melalui sistem FTW dengan tanaman mangrove dapat dijadikan sebagai alternatif pengolahan limbah tekstil dan augmentasi tanaman mangrove dengan cendawan DSE (mikoremediasi) terbukti lebih meningkatkan performa fitoremediasi. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menyediakan teknologi alternatif pengolahan limbah tekstil yang pada akhirnya dapat mengurangi pencemaran lingkungan yang disebabkan limbah tekstil. Hasil ini merupakan laporan pertama pemanfaatan cendawan DSE dalam berbagai aspek seperti dekolorisasi zat warna tekstil, penyisihan logam berat Cr(VI) dan remediasi limbah tekstil; imobilisasi cendawan DSE dalam matrik LECA; pemanfaatan mangrove (Rhizophora sp.) dalam remediasi limbah tekstil; kolonisasi DSE dalam akar mangrove; dan integrasi sistem FTW dan augmentasi cendawan DSE dalam pengolahan limbah tekstil.

The The textile industry is one of the most important industrial sectors and ranks first in non-oil and gas exports in Indonesia. This industry has experienced rapid development and has contributed considerably to the economy and human welfare. However, the textile industry faces significant challenges, especially in wastewater treatment. Textile wastewater is a very complex waste containing various hazardous chemical compounds such as synthetic dyes, heavy metals, and other organic materials, which have the potential to pollute the environment if released without being treated first. The two most widely used synthetic dyes in the textile industry are the anthraquinones and azo groups. These dyes are toxic, carcinogenic, and harmful to the environment and human health. Therefore, textile wastewater processing technology is needed to reduce environmental pollution. Treatment of textile wastewater based on fungi (mycoremediation) or plants (phytoremediation) has been widely reported. Various fungi and plants have also been widely used as textile wastewater bioremediation agents. However, until now, there has been no study on the ability of Dark Septate Endophyte (DSE) fungi and mangrove plants to remediate textile wastewater, including decolorizing dyes and removing the heavy metal of chromium (Cr(VI)). The aims of this study: 1) Characterizing DSE with its potential as a degrader of synthetic dyes (azo and anthraquinone) and a remover of the heavy metal Cr(VI). 2) Analyzing environmental factors that affect DSE activity in decolorizing synthetic dyes from the azo and anthraquinone groups. 3) Finding suitable mycoremediation methods through immobilized cell systems and the DSE consortium to degrade textile wastewater. 4) Testing integration systems of DSE fungi and Floating Treatment Wetland (FTW) using mangrove plants (Rhizophora sp.) in degrading textile wastewater. The research results are expected to be helpful as an alternative method of processing textile wastewater that various stakeholders can use. The research was conducted in four stages. The first stage was the characterization of DSE based on the ability to decolorize textile dyes, namely RBBR (anthraquinone) and AB 113 (azo), and the removal of the heavy metal Cr(VI)). At this stage, six DSE fungi were used: KSP, PP, CPP, TKC, K.III.3.4, and DD. The ability to decolorize dyes and reduce heavy metal Cr(VI) was evaluated in solid and liquid media containing 50 mg/L of dyes RBBR and AB 113 each. Likewise, the ability to reduce Cr(VI) was evaluated in solid and liquid media containing various Cr(VI) concentrations, namely 10, 30, and 50 mg/L. The decolorization and removal abilities of Cr(VI) were calculated based on decolorization efficiency (%) and removal efficiency (%), respectively. The second phase of the research was to test the efficiency of decolorization under various environmental conditions, namely variations in dye concentration (100, 200, 250, and 300 mg/L), pH (3, 5, 7, 9, and 11), and salinity (1, 3, 5 and 7%). Three DSE fungi, KSP, PP, and CPP strains, which had the highest decolorization efficiency in the first stage, were employed in this stage. The third phase of the research was processing textile wastewater using DSE fungi with three approaches: a single culture system without immobilization, a single culture immobilized at Light Expanded Clay Aggregate (LECA), and a consortium without immobilization. At this stage, two fungi, which produced the highest decolorization efficiency in stage two (KSP and PP), and one fungus, which produced the second highest Cr(VI) removal in stage one (TKC), were used. The textile wastewater from PT. Coats Indonesia was used. Stage four, namely phytoremediation and mycoremediation-based textile wastewater treatment through integration of FTW system with mangroves (Rhizophora sp.) and augmentation of mangrove plants with DSE on the best system on the results of stage three, namely single culture with KSP strains without immobilization. The experiment was carried out on a semi-field scale with a batch system. Measurement of the quality of textile wastewater from the processing of stages three and four was analyzed based on its physicochemical and nutrient characteristics. Colonization frequency (%) was calculated to describe the success of DSE colonization on mangrove roots. All DSE fungi tested could decolorize RBBR and AB 113 textile dyes at a concentration of 50 mg/L and remove the heavy metal Cr(VI) to 10–50 mg/L. Three DSE strains had the highest decolorization efficiency for RBBR and AB 113 dyes, namely KSP (88.87% and 96.99%), PP (81.43% and 94.34%) and CPP (73.53% and 93%). The three DSE strains with the highest Cr(VI) removal efficiency were PP (99.75–99.92%), TKC (99.75–99.88%) and KSP (98.86–99.66%). Based on the results of this stage, three DSE strains, namely KSP, PP, and CPP, were selected for the second phase of the study, namely decolorization efficiency under various environmental conditions. The decolorization efficiency of DSE fungi was influenced by environmental factors, and each DSE fungus has different optimum conditions. The optimum conditions for KSP to decolorize RBBR and AB 113 dyes were acidic pH (pH 3–5) with decolorization efficiencies of 92.73–93.06% and 98.55–98.77%, respectively. For the CPP strain, the optimum pH for decolorizing RBBR dye is at alkaline pH (9), while AB 113 is at acidic pH (pH 3-5) with decolorization efficiency of 89.67% and 90.55–91.94% respectively. In contrast to the PP strain, optimum conditions were obtained at neutral to alkaline pH (pH 7–9) with decolorization efficiencies of 94.79– 95.04% (RBBR) and 97.70–96.96% (AB 113). DSE fungi could work in the 1–7% salinity range with decolorization efficiencies for RBBR and AB 113 of 61.46– 93.28% and 52.85–96.09%, respectively. Two DSE strains (KSP and PP) with the best decolorization efficiency at this stage and one second-best strain (TKC) in the Cr(VI) removal test were used for the third phase. In general, all treatments (single culture system without immobilized and immobilized LECA and consortium without immobilization) significantly succeeded in degrading textile waste compared to controls (P<0.05). The cell immobilization system with LECA increased the phosphate and orthophosphate removal efficiency by 90.15–96.27% and 82.00–86.92%, respectively. The DSE consortium also increased the removal efficiency of the two nutrients by 58.92–73.90% and 48.49– 59.79%, respectively. Nevertheless, KSP single culture without immobilization performed better than other treatments, so KSP single culture was used for further research. Phytoremediation-based textile wastewater treatment through the FTW system with mangrove plants (Rhizophora sp.) showed removal efficiency in color, N-NH4 + ; TN; P-PO4 2- ; TP and COD were 59.84%; 68.76%; 80.22%; 75.00%; 91.83%; and 92.32%, respectively. Mangrove augmentation with KSP strains further increased the removal efficiency of these nutrients to 67.80%, 78.39%, 90.60%, 93.24%, 97.67%, and 95.60%, respectively. Furthermore, the quality of water produced from this technology meets the standards set by the government of the Republic of Indonesia, which are contained in P.16/Menlhk/setjen/Kum.1/4/2019 concerning wastewater quality standards. In addition, DSE fungi have succeeded in colonizing mangrove roots with a colonization frequency of 90% This study proved that the DSE fungi can decolorize RBBR and AB 113 textile dyes and remove the heavy metal Cr(VI). Environmental conditions such as dye concentration, pH, and salinity affect DSE's decolorization ability. DSE fungi with a single culture system without immobilization proved effective in degrading textile wastewater. Immobilized single cultures in LECA and consortium effectively increased phosphate and TP removal efficiency. Textile wastewater treatment technology based on phytoremediation through the FTW system with mangrove plants can be used as an alternative to textile wastewater processing, and the augmentation of mangrove plants with DSE fungi (mycoremediation) was proven to improve the performance of phytoremediation further. The results of this study were expected to provide alternative technologies for processing textile wastewater, which in turn can reduce environmental pollution caused by textile wastewater. This result is the first report regarding the use of DSE fungi in various aspects such as decolorization of textile dyes, removal of heavy metal Cr(VI) and remediation of textile wastewater; immobilization of DSE fungi in the LECA matrix; utilization of mangroves (Rhizophora sp.) in remediating textile wastewater; DSE colonization success in mangrove roots; and integration of FTW systems and DSE fungi augmentation in textile wastewater treatment.