Ilmu Nuklir dalam Penanganan Masalah Lingkungan Sungai

Pada Oktober 2015 silam terjadi sebuah fenomena lingkungan yang aneh di tempat tinggal saya, Berau-Kalimantan Timur. Sungai Segah yang merupkaan sungai terbesar di Kabupaten Berau warnanya tiba-tiba berubah menjadi hijau, dan karena perubahan ini ikan-ikan di sungai mati dan mengapung(1).

Tentu saja bagi sebagian orang peristiwa ini menjadi berkah, karena mereka bisa dengan mudah menjaring ikan yang sekarat di permukaan air. Tetapi bagi para pemilik tambak yang menggantungkan nafkahnya pada aliran Sungai Segah, ini merupakan bencana besar. Beberapa pemilik keramba ikan terpaksa gulung tikar dan kehilangan pekerjaannya karena mengalami kerugian mencapai 25 juta rupiah(2).

Seminggu setelah kejadian ini, diketahui bahwa penyebab air berubah warna menjadi hijau dan menyebabkan ikan-ikan di sungai ini mati ialah algae blooming. Algae blooming merupakan peristiwa dimana mikroorganisme sianobakteria mengalami peningkatan jumlah yang signifikan di dalam air tawar. Peristiwa ini merupakan kejadian yang pertama kali di Berau. Kemudian pertanyaannya ialah apa penyebabnya?

Salah satu penyebab dari terjadinya algae blooming ialah karena tingginya kandungan amoniak (NH3) pada aliran sungai. Meningkatnya kandungan senyawa organik di sungai akan menyebabkan perkembangbiakan mikroorganiseme Sianobakteria meningkat secara pesat (logaritmik). Perkembangan jumlah Sianobakteria ini memberikan warna hijau pada aliran sungai dan menurunkan kandungan oksigen dalam air (DO) dan menurunkan pH air menjadi asam. Turunnya pH air dan kadar oksigen dalam air menyebabkan ikan-ikan kesulitan untuk bernafas dan sekarat kemudian mati(3).

Karena kasus limbah ini akhirnya dinyatakan sebagai peristiwa alami maka tidak ada pihak yang bisa dituntut untuk kerugian yang diderita oleh pemilik keramba. Kesimpulan bahwa ini adalah peristiwa alami didasarkan bahwa peningkatan jumlah Sianobakteria di berbagai tempat di dunia terjadi secara alami.

Tetapi mengingat kejadian ini baru pertama kali terjadi di Sungai Segah, maka logika ini sulit diterima. Apalagi ini terjadi setelah dibukanya beberapa lokasi perkebunan sawit di daerah aliran Sungai Segah (DAS). Perkebunan sawit tentu saja menjadi sorotan utama disini karena salah satu kebutuhan dari lahan sawit ialah pupuk yang mengandung amoniak. Penggunaan pupuk yang berlebihan, lokasi perkebunan yang terlalu dekat dengan sungai ataupun aliran air dari kebun sawit menuju sungai yang tanpa filter akan menyebabkan senyawa nitrogen ini masuk ke aliran sungai.

Metode Fingerprinting Isotope

Untuk kasus yang sama, di berbagai belahan dunia sebenarnya telah digunakan metode nuklir dalam menganalisa sumber pencemaran. Dengan menggunakan metode ini kita bisa mengetahui dari mana sumber ammoniak yang mencemari sungai dan menyebabkan pertumbuhan jumlah Sianobakteria.

Di alam, kandungan dari nitrogen pada pupuk akan mengalami perubahan bentuk senyawa ketika diserap oleh tanaman maupun mikroorganisme. Untuk meneliti bentuk senyawa asal dari nitrogen yang telah terlalut di sungai akan sangat sulit oleh karena itu digunakan metode fingerprint isotope. Namun metode ini telah digunakan di Great Lakes of Nicaragua dan Inle Lake Myanmar(4).

Secara sederhana metode ini menggunakan isotop nitrogen 15N yang terdapat pada tanah kemudian membandingkanya dengan kandungan isotop nitrogen 15N yang terdapat pada aliran sungai. Karena kandungan alami isotop ini sangat rendah maka dinyatakan dalam satuan part per thousand (dari total unsur Nitrogen). Jika pada pengukuran ini ditemukan kesamaan konsentrasi 15N yang terlarut di air dengan yang ada pada tanah maka akan diketahui dari mana asal dari limbah nitrogen tersebut.

Penggunaan pupuk di lahan tanam yang berbeda-beda konsentrasinya dan perbedaan kandungan isotop nitrogen pada lahan tanam akan memberikan kita informasi yang spesifik mengenai jumlah konsentrasi isotop nitrogen pada lahan tersebut, ini akan menjadi acuan (fingerprint) yang spesifik untuk setiap perkebunan. Dengan adanya fingerprint ini kita dapat menentukan darimana penambahan nitrogen (dalam bentuk amoniak) yang terlalut di sungai. Pengukuran ini dapat menggunakan Isotope Ratio Mass Spectroscopy (IRMS) yang telah ditemukan oleh J.J Thompson pada 1910(5).

Jika saja metode nuklir ini diterapkan pada kasus pencemaran di Sungai Segah, maka akan dengan mudah diketahui dari mana asal limbah amoniak pada aliran sungai. Ini akan membawa pada kesimpulan pihak mana yang bertanggung jawab untuk kerugian puluhan juta yang diderita oleh pemilik keramba dan para nelayan yang menggantungkan mata pencahariannya di aliran Sungai Segah.

Ilmu Nuklir Dalam Optimasi Penggunaan Pupuk

Penggunaan pupuk yang berlebih merupakan praktek yang sangat umum dalam industri perkebunan dan terjadi di seluruh dunia. Berbagai penelitian menyimpulkan bahwa dari seluruh pupuk yang digunakan di perkebunan, hanya 40% yang akan teserap oleh tanaman, sedangkan 60% sisanya akan menguap ke atmosfer dan terserap masuk ke aliran air bahwah tanah.

Baru-baru ini, Su Win, Direktur dari Divisi Pemanfaatan Air dan Rekayasa Pertanian dari Myanmar melakukan penelitian untuk melakukan optimasi penggunaan pupuk nitrogen dalam pertanian. Ia juga menggunakan teknik tracking isotop nitrogen-15 dalam penelitiannya(7).

Dalam proses pertumbuhannya, tanaman membutuhkan senyawa nitrogen terutama pada proses fotosintesis dimana tanaman menyerap energi matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia. Dalam penelitian ini digunakan pupuk nitrogen yang telah dilabeli dengan (mengandung) isotop nitrogen-15.

Jika pada metode konvensional para peneliti hanya menghitung jumlah nitrogen yang terserap oleh tanaman berdasarkan dari jumlah nitrogen yang tersisa di tanah, maka metode ini sangat rendah akurasinya, karena senyawa nitrogen dari pupuk bisa saja terlarut pada air tanah ataupun menguap ke atmosfer seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Sedangkan tracking (pelacakan) secara langsung tidak memungkinkan karena nitrogen telah membentuk senyawa-senyawa kompleks pada jaringan tubuh tanaman.

Metode dengan ilmu nuklir memanfaatkan isotop nitrogen-15 untuk melacak jumlah senyawa nitrogen yang diserap langsung oleh tanaman. Jadi pupuk yang mengandung isotop nitrogen-15 diberikan pada tanaman, kemudian dilakukan tracking (pelacakan) jumlah isotop nitrogen yang diserap oleh tanaman menggunakan alat 15N NMR (Nitrogen-15 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy). Ini mungkin dilakukan karena isotop 15N memiliki bilangan nuclear spin ½ yang NMR-nya sangat mudah untuk dibaca. Dengan cara ini maka konsentrasi nitrogen yang diserap tanaman akan diketahui dengan akurasi yang benar-benar tepat. Metode ini hanya akan berhasil jika penggunaan air pada tanaman juga efektif, karena terlalu banyak menggunakan air setelah pemberian pupuk akan membawa sejumlah nitrogen larut dalam air tanah(7)(9).

Penelitian menggunakan ilmu nuklir isotope tracking ini memberikan hasil yang menggembirakan. Dengan metode ini didapatkan metode optimum penggunaan pupuk dalam pertanian. Ini mampu menghemat penggunaan pupuk hingga 30%.

Optimasi ini juga mengurangi terlalutnya nitrogen dari pupuk ke lingkungan sekitar hingga 20%. Artinya pencemaran sungai akibat terlalu banyak kandungan senyawa amoniak dapat berkurang hingga 20%(7).

Radiasi Gama Untuk Pengendalian Mikroorganisme Patogen di Air

Kasus di Sungai Segah ini ternyata tak hanya terjadi satu kali. Setelah peristiwa algae blooming pertama, beberapa minggu berikutnya terjadi kembali algae blooming yang menewaskan ikan-ikan di Sungai Segah. Peristiwa ini berulang hingga satu bulan kedepan dan terjadinya secara random.

Perkembangan jumlah mikroorganisme patogen pada aliran sungai ini bukanlah hal yang baru dalam ilmu lingkungan. Oleh karena itu para ahli lingkungan hidup telah membuat metode pencegahan maupun penanganannya. Selain metode konvensional salah satu metode yang populer digunakan di dunia ialah dengan radiasi ion.

Metode ini menggunakan sinar gama dan electron beam sebagai desinfektan air yang tercemar. Dosis penggunaan sinar radiasi ini berbeda sesuai dengan jumlah mikroorganisme yang mencemari air. Sumber radiasi yang dapat digunakan untuk desinfektan ini berasal dari radiasi gamma (Cobalt-60 atau Cessium-137) dan electron beam accelerators(8).

Jika menggunakan metode konvensional, mikroorganisme patogen ini akan mengalami regrow atau pertumbuhan kembali. Ini sama seperti yang terjadi pada Sungai Segah setelah terjadinya algae blooming yang pertama, akan terjadi yang kedua maupun ketiga. Namun, jika menggunakan metode radiasi maka mikroorganisme patogen tidak akan dapat tumbuh kembali dalam waktu dekat.

Radiasi gamma dapat merusak dinding dan membran sel dari mikroorganisme dan bahkan mengakibatkan perubahan material DNA pada mikroorganisme. Perubahan material DNA ini akan menyebabkan mikroorganisme patogen tidak dapat berkembang biak kembali.

Kesimpulan

Berdasarkan kasus algae blooming di Sungai Segah yang berada di Berau-Kaltim ini kita dapat mempelajari bahwa kasus semacam ini akan bisa terselesaikan dengan mudah jika menggunakan ilmu nuklir dalam bidang lingkungan. Ini bukan hanya akan memberikan keadilan bagi para pengusaha tambak di aliran Sungai Segah yang ikannya mati tetapi juga akan memberikan solusi penggunaan pupuk untuk industri perkebunan yang lebih bijak.

Dalam hal ini, peranan ilmu nuklir ialah memberikan kontribusi dalam menegakkan keadilan bagi rakyat kecil dan juga akan menyokong ekonomi untuk industri-industri besar tanpa merusak lingkungan. Aliran sungai yang disterilisasi juga akan meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan masyarakat. Oleh karena itu ilmu nuklir merupakan instrument ilmu pengetahuan modern yang harus kita kuasai untuk menyelesaikan permasalahan lingkungan secara lebih bijaksana.

Pustaka:

(1) Berau Post. (05 Oktober 2015). Fenomena Sungai Segah yang Bikin Bingung BLH. Pro Berau. Diambil dari www.berau.prokal.co

(2) Berau Post. (23 April 2016). Air Sungai Segah Diduga Tercemar. Pro Berau. Diambil dari www.berau.prokal.co

(3) Berau Post. (07 Oktober 2015). Ternyata, Ini Penyebab Matinya Ribuan Ikan di Sungai Segah. Pro Berau. Diambil dari www.berau.prokal.co

(4) Karuppan Sakadevan. (Februari 2015). Tracking Pollution to Its Source. International Commission for the Protection of the Danube River. Diambil dari www.icpdr.org

(5) Sulzman W.E. 2007, Stable Isotope Chemistry and Measurement: A Primer. Blackwell Publishing Ltd. Malden, USA.

(6) IAEA General Conference, 2010, Nuclear and Isotoopic Techniques for Marine Pollution Monitoring. International Atomic Energy Agency. Dokumen di download dari from www.iaea.org

(7) Gaspar Miklos. (23 May 2017). Stable Nitrogen Isotope Helps Scientist Optimize Water, Fertilizer Use. International Atomic Energy Agency. Diambil dari www.iaea.org

(8) El-Motaium, R.A. 2006. Application of Nuclear Techniques in Environmental Studies and Pollution Control, Proceeding of the 2nd Environmental Physics Conference. Egypt.

(9) William Reusch, Suplemental NMR Topics, Michigan State University Departement of Chemistry, diambil dari www.chemistry.msu.edu

Oleh : Muhammad Mahfuzh Huda (Graduate School of Natural Science and Technology – Okayama University)

Diperiksa Oleh : Erwin Fajar dan Dwi Rahayu

Tim Kajian Nuklir PPI Dunia

 

Share on LinkedInShare on FacebookEmail this to someoneTweet about this on TwitterShare on Google+Pin on Pinterest

You May Also Like

Leave a Reply

%d bloggers like this: