PENGHILANGAN GLUKOSA, FECAL COLIFORM DAN TOTAL COLIFORM MENGGUNAKAN SISTEM PLASMA DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE (DBD) UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS AIR Yenni Trianda1, Marhaeni Mahardika1, Reni Desmiarti1, Ariadi Hazmi2 1
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta Jl. Gajah Mada No.19, Olo Nanggalo Padang-25143
[email protected],
[email protected],
[email protected] 2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas Kampus Limau Manis, Unand Padang
[email protected] Abstrak
Penghilangan glukosa sebagai karbon organik, Fecal Coliform dan Total Coliform diteliti dengan menggunakan sistem plasma Dielectric Barrier Discharge (DBD). Percobaan ini dilakukan untuk meneliti kemampuan DBD dalam menghilangkan glukosa pada konsentrasi tinggi (300 mg/L) dan sejumlah mikroorganisme (34.000 MPN/100 mL). Efek dari tegangan yang diberikan dalam penghilangan glukosa, Fecal Coliform dan Total Coliform diamati. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi penghilangan Fecal Coliform, Total Coliform dan glukosa adalah masing-masing sebesar 76,5% dan 39,13% untuk pemberian tegangan 15 kV selama 60 menit. Penelitian ini dilakukan sebagai dasar dalam perancangan alat untuk sistem pengolahan air minum DBD secara kontinyu. Kata kunci : Dielectric Barrier Discharge, Glukosa, Total Coliform, Fecal Coliform Abstract
Removal of glucose as organic carbon, Fecal Coliforms and Total Coliforms was examined by Dielectric Barrier Discharge (DBD) plasma system. These experiments were conducted to investigate the ability of DBD to removal of high concentration of glucose (300 mg/L) and high number of microorganisms (34,000 MPN/100mL). The effect of applied voltage on the removal of glucose, Fecal Coliforms and total Coliforms was examined. The results showed that removal efficiencies of Fecal Coliforms, Total Coliforms and glucose are 76.5% and 39.13%, respectively for applied voltage at 15 kV for 60 minutes. This research were conducted as a basis to design a continue DBD plasma system for drinking water purpose. Keywords: Dielectric Barrier Discharge, Glucose, Total Coliforms, Fecal Coliforms
flokulasi, filtrasi dan penggunaan desinfektan
Pendahuluan Penggunaan air minum isi ulang di masyarakat
semakin
Namun
menghasilkan bahan baku air minum dengan
kualitas dari air minum isi ulang tidak bisa
kualitas yang baik sesuai dengan baku mutu
dijamin. Selain itu, penggunaan sistem
yang telah ditetapkan pemerintah (Peraturan
pengolahan
Pemerintah
bahan
meningkat.
seperti klorin, tidak dapat menjamin untuk
baku
air
minum
konvensional seperti sedimentasi, koagulasi-
No.28
tahun
2001
tentang
Standar Baku Mutu untuk Air Baku dan
Pengolahan air menggunakan sistem
Permenkes RI No.492/Menkes/Per/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum). Data
di
Badan
Perencanaan
plasma merupakan salah satu cara untuk menghasilkan air yang layak dikonsumsi
Pembangunan Nasional (Bappenas, 2011)
masyarakat
menyebutkan sekitar 60-70% sumur milik
Plasma di dalam air akan menghasilkan
warga tercemar E-Coli. Bakteri tersebut
spesies aktif seperti OH-, •H+, O3 dan H2O2.
berasal dari jamban yang berdekatan dengan
Hampir seluruh spesies aktif ini memiliki
sumur, bahkan sebagian besar sungai-sungai
potensial oksidasi yang tinggi dan berpotensi
di Indonesia juga tercemar E-Coli sehingga
membunuh
air sungai di Indonesia tidak layak minum
menguraikan senyawa organik yang berada
(Media Indonesia, 04 Mei 2011). Saat ini
dalam air (Sun dkk, 1997). Kelebihan lain
hanya 20% air bersih yang layak minum dan
dari sistem plasma dalam air ini adalah dapat
baru 15% masyarakat yang mengakses air
menghasilkan
dari
gelombang kejut (shockwaves) yang juga
pengelolaan
memenuhi
air.
kebutuhan
Pembaharuan, optimalnya
03 alat
Mei
Sisanya
untuk
sendiri
(Suara
2011).
Kurang
pengolah
air
guna
menghilangkan polutan produk pada Air
dapat
dari
segi
aspek
kesehatan.
mikroorganisme
sinar
membunuh
serta
ultraviolet
serta
mikroorganisme
dan
menguraikan senyawa organik dalam air (Robinson dkk, 1973). Penelitian
ini
dilakukan
guna
Minum Isi Ulang (AMIU), terutama untuk air
mengamati
baku yang mengandung Total Coliforms
mikroorganisme dan laju degradasi senyawa
maupun Fecal Coliforms yang menyebabkan
organik pada sampel air yang melewati
kualitas air minum isi ulang tidak bisa
sistem pengolahan plasma tegangan tinggi
terkontrol dengan baik. Sistem pengolahan
Dielectric Barrier Discharge (DBD). Selain
air minum pada depot air minum isi ulang
itu, kualitas air yang dihasilkan juga diamati
masih mempergunakan karbon aktif untuk
melalui
menghilangkan bau dan penggunaan klorin
seperti pH, Oxidation Reduction Potential
sebagai
(ORP) dan Electrical Conductivity (EC).
desinfektan
untuk
membunuh
laju
parameter-parameter
penghilangan
pendukung
mikroorganisme yang ada dalam air. Karbon aktif memiliki kelemahan sulit diregenerasi sehingga diperlukan biaya yang cukup besar untuk mengganti karbon aktif yang baru. Sedangkan klorin merupakan zat kimia yang cukup berbahaya bagi kesehatan manusia jika kuantitasnya tidak terkontrol dengan baik.
Metodologi Percobaan Sistem plasma metode DBD dari penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1. Peralatan penelitian yang dipakai terdiri dari generator tegangan tinggi AC, reaktor plasma,
elektroda, probe tegangan dan arus, osiloskop
Coliform) awalnya. Sementara itu untuk
dan komputer.
sampel glukosa digunakan larutan standar glukosa 300 ppm yang diencerkan dengan menggunakan aquades. Analisis Sampel Analisis kandungan mikroorganisme (Fecal Coliform dan Total Coliform) sampel
Gambar 1. Skema Penelitian Sistem Plasma
dilakukan
di
Laboratorium
Kesehatan
Provinsi Sumatera Barat karena laboratorium
Dielectric Barrier Discharge
ini sudah terakreditasi. Sedangkan analisis kandungan Sumber Pulsa Generator
C-organik
dilakukan
di
Labratorium Jurusan Teknik Lingkungan tegangan
tinggi
AC
Universitas Andalas. Sementara itu, analisa
digunakan untuk membangkitkan plasma
pH
dalam air. Derajat ionisasi plasma dikontrol
konduktivitas dengan conductivity meter dan
dengan memvariasikan input tegangan AC
ORP dengan ORP meter keluaran Martini
yang berkisar antara 10, 13 dan 15 kV.
Instrument (MI 150 Bench Meter).
Tegangan
dan
arus
diukur
dilakukan
dengan
pH
meter,
dengan
menggunakan osiloskop (Tektronik TDS220)
Hasil dan Pembahasan
Tegangan melalui probe tegangan tinggi dan probe arus. Pengaruh Reaktor terbuat dari gelas piala 250 mL Penghilangan Mikroorganisme dengan elektroda jarum yang dihubungkan
Berdasarkan
penelitian
Terhadap
yang
telah
dengan tegangan tinggi AC ditempatkan
dilakukan diperoleh hasil bahwa efisiensi
dibagian atas reaktor dan elektroda bidang
penghilangan
yang dihubungkan ke ground ditempatkan
Coliforms
dan
dibagian bawah reaktor.
meningkat
seiring
mikroorganisme Total
Coliforms)
dengan
(Fecal akan
peningkatan
tegangan yang diberikan. Tegangan 10 kV Bahan
yang diberlakukan pada air sampel selama 60 Sampel bahan baku mikroorganisme
menit dapat menghilangkan Fecal Coliforms
berupa aquades yang dicampur air selokan
dan Total Coliforms sebesar 47,06 %
depan Kampus III Universitas Bung Hatta
sedangkan pada tegangan 13 kV, efisiensi
dengan pengenceran 200 kali yang telah
penghilangan Fecal Coliforms dan Total
terlebih
Coliforms dan meningkat menjadi sebesar
dahulu
diukur
jumlah
mikroorganisme (Fecal Coliform dan Total
67,65 %.
Peningkatan tegangan menjadi
15 kV memberikan hasil bahwa efisiensi
membunuh mikroorganisme dengan cara
penghilangan Fecal Coliforms dan Total
elektroporasi, yaitu melubangi membran sel
Coliforms adalah 76,47 %.
akibat adanya pengaruh muatan listrik oleh ion-ion dan elektron sehingga mengakibatkan deaktivasi mikroorganime (Mendis et al, 2003).
Selain
itu,
spesies
aktif
yang
dihasilkan akan mendegradasi DNA sehingga mikroorganisme seperti Fecal Coliforms dan Total Coliforms menjadi tidak aktif (Heesch et al, 2000).
Pengaruh
Tegangan
Terhadap
Penghilangan C-Organik
Gambar 3. Pengaruh Tegangan Terhadap Penghilangan C-Organik Gambar 2. Pengaruh Tegangan Terhadap Bakteri Total Coliforms dan Fecal Coliforms (a) 10 kV (b) 13 kV (c) 15 kV
Berdasarkan gambar 3 dapat dilihat bahwa nilai efisiensi pengurangan C-Organik akan meningkat seiring dengan peningkatan
Kondisi ini sesuai dengan teori bahwa
tegangan yang diberikan. Pada tegangan
semakin tinggi peningkatan tegangan yang
10 kV yang diberlakukan pada air sampel
diberikan akan berbanding lurus dengan
selama 60 menit efisiensi pengurangan
efisiensi
mikroorganisme
C-organik sebesar 21,74%, sedangkan pada
(Fecal Coliforms dan Total Coliforms).
tegangan 13 kV, efisiensi pengurangan
Semakin meningkat tegangan yang diberikan
adalah
penghilangan
-
+
maka spesies aktif seperti OH , •H , O3 dan H2O2
yang dihasilkan akan semakin
meningkat pula. Spesies aktif ini akan
sebesar
32,25%.
Peningkatan
tegangan menjadi 15 kV memberikan nilai
efisiensi pengurangan C-organik sebesar 39,13%. Kondisi ini sesuai dengan teori bahwa semakin tinggi tegangan arus lisrik yang diberikan,
maka
efisiensi
pengurangan
C-Organik akan semakin meningkat pula. Hal
ini
disebabkan
oleh
peningkatan
tegangan akan meningkatkan derajat ionisasi air sehingga dihasilkan lebih banyak spesies aktif seperti OH-, •H+, O3 dan H2O2 yang mampu
mendegradasi
senyawa
organik
(Sugiarto, 2005).
Pengaruh Tegangan Terhadap pH, ORP dan EC Pengaruh tegangan terhadap pH, ORP dan EC ditampilkan pada Gambar 4a. Hasil pengukuran menunjukkan dengan perbedaan besar tegangan pembangkit plasma
tidak
terlalu berpengaruh terhadap perubahan pH air. Nilai pH umumnya masih berada pada
Gambar 4. Pengaruh Tegangan Terhadap
rentang 6,3 – 7,3 dan berada pada batasan
Parameter Kualitas Air (a) pH
baku mutu yang telah ditetapkan. Sedangkan peningkatan tegangan pembangkit plasma
(b) ORP
(c) EC
Sementara itu, pada gambar 4c dapat
juga akan meningkatkan nilai ORP yang
dilihat
ditunjukkan pada Gambar 4b. Menurut
Conductivity) pada tegangan 10 kV yang
Suslow
diberlakukan
(2004),
ORP
merupakan
nilai
bahwa
nilai
pada
air
EC
(Electrical
sampel
selama
kemampuan sistem untuk melakukan reaksi
60 menit yaitu sebesar 158,6 µS sedangkan
oksidasi reduksi dan dapat digunakan untuk
pada tegangan 13 kV, nilai EC mengalami
memonitor
mikroorganisme
penurunan menjadi 105,8 µS. Peningkatan
didalam air. Semakin tinggi nilai ORP air,
tegangan menjadi 15 kV memberikan hasil
semakin mudah reaksi oksidasi terjadi dan
bahwa nilai EC mengalami peningkatan yaitu
semakin banyak membran sel yang rusak dan
sebesar 175,1 µS.
kandungan
mati sehingga kualitas air semakin meningkat.
Hal ini tidak sesuai
dengan teori bahwa peningkatan tegangan
Ucapan Terima Kasih
akan berbanding lurus dengan nilai EC.
Penulis ingin mengucapkan terima kasih
Penyimpangan ini terjadi disebabkan oleh
kepada
pembacaan alat ukur EC yang tidak stabil
penelitian ini melalui DIPA Kopertis X No.
akibat pengaruh radiasi yang dihasilkan oleh
032.04.2.532476/2013 Tanggal 5 Desember
alat generator plasma tegangan tinggi.
2012,
sesuai
yang
dengan
telah
Surat
membiayai
Perjanjian
Pelaksanaan Penelitian Unggulan Perguruan
Kesimpulan Penghilangan
glukosa
dan
mikroorganisme (Fecal Coliform dan Total Coliform)
DIKTI
menggunakan
sistem
Tinggi
No. 019/Kontrak/010/KM/2013
tanggal 18 Februari 2013.
plasma
dielectric barrier discharge (DBD) telah dilakukan dengan mempelajari pengaruh
Daftar Pustaka
tegangan
Dors, Miroslaw, 2011, Plasma For Water Treatment, Poland, Polish Academy of Sciences. Hazmi A., Desmiarti R., Bayu H., Lilla, 2010, Pengolahan Air Limbah Dengan Sistem Plasma: Studi Literatur. Proceeding KonNas PBKL-2010 ISSN: 2087-6343. hal 114-117. Padang 4-5 Nov. Hazmi A., Desmiarti R. Eka PW, 2011, Penghilangan Mikroorganisme dalam Air Minum dengan Pulsa Tegangan Tinggi, Prosiding SNTK TOPI, Pekan Baru, Hal. DLL03. 13-16. 21-22 Juli. Hazmi A., Desmiarti R. Eka PW, 2011, Penghilangan Mikroorganisme dalam Air Minum dengan Dielectric Barrier Discharge, Jurnal Rekayasa Elektrika, Vol. 10, No. 1. Heesch, E.J.M., Pemen, A.J.M., Huijbrechts, A.H.J., van der Laan, P.C.T., Pissinski, K.J., Zanstra, G.J., de Jong, 2000, IEEE Trans. Plasma Sci., Vol. 28, p. 137. Joshi A. A, B. R. Locke, P. Arce, W. C. Finney., 1995, Formation of Hydroxyl Radical, Hydrogen Peroxide and Aqueous Electrons by Pulsed Streamer Corona Discharge in Aqueous Solution, J. Hazard Materials, Vol. 44. Robinson J. W, M. Ham, A. N. Balaster, 1973, Ultraviolet Radiation from
terhadap
kandungan
mikroorganisme, C-organik, ORP, pH, dan konduktivitas. Tegangan yang diinjeksikan ke dalam air minum adalah sebesar 10, 13 dan 15 kV. Hasil penelitian menunjukkan, ratarata efisiensi penghilangan bakteri Fecal Coliform dan
Total Coliform berkisar
47-76,5 % setelah diberi tegangan 10, 13 dan 15 kV selama 60 menit. Selain itu, efisiensi penghilangan
C-organik
berkisar
antara
21,7-39,1%. Nilai ini juga diikuti dengan kenaikan
ORP
dan
konduktivitas
yang
kualitas air sampel. pH air minum yang dihasilkan berada pada rentang 6,3-7,3 dan masih berada dalam batas baku mutu yang telah ditetapkan. Hasil penelitian ini akan menjadi dasar perancangan alat untuk sistem pengolahan air minum DBD secara kontinyu.
Electrical Discharges in Water, J. Aplied Physics, Vol. 44. Sato, M et al., 2007, Decomposition of Phenol in Water Using Water Surface Plasma in Wetted-wall Reactor, International Journal of Plasma Environmental Science & Technology Vol. 1, No. 1. Sugiarto A. T., 2005, Investigasi Spark Discharge dalam Air Dengan Metode Spektroskopik, Tangerang, Pusat Penelitian KIM-LIPI. Sugiarto A. T., 2006, Electrical Discharge dalam Air dan Aplikasinya dalam
Pengukuran Senyawa Organik, Bandung, Prosiding Seminar Nasional Tenaga Listrik dan Mekanik. Sun B., M. Sato, J. S. Clements, 1997, Optical Study of Active Species Produced by a Pulsed Streamer Corona Discharge in Water, J. Electrostatics, 39. Tuhu Agung R, Hanry Sutan Winata, 2010, Pengolahan Air Limbah Industri Tahu Dengan Menggunakan Teknologi Plasma, Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan Vol.2 No. 2 hal 19-28.
