Disinfeksi Bakteri Escherichia coli Menggunakan Proses Kavitasi

Disinfeksi Bakteri Escherichia coli Menggunakan Proses Kavitasi
Hidrodinamika Water-Jet yang Dikombinasikan dengan Karbon Aktif dan
Zeolit
Dina Isholawati1, Eva Fathul Karamah2
Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia.
Email: [email protected], [email protected]
Abstrak
Penelitian ini memanfaatkan karbon aktif dan zeolit sebagai adsorben untuk proses disinfeksi alternatif
Escherichia coli. Metode alternative disinfeksi bakteri Escherichia coli yang potensial salah satunya
menggunakan proses kavitasi hidrodinamika water jet. Untuk mengoptimalkan penelitian ini digunakan
adsorben karbon aktif dan zeolit dengan variasi dosis adsorben. Pada laju alir disinfeksi 9 liter/menit
menunjukkan hasil yang terbaik untuk disinfeksi bakteri Escherichia coli. Dosis adsorben terbaik untuk karbon
aktif maupun zeolit aktif yaitu dosis 2 gram/liter. Pada dosis tersebut menunjukkan jumlah bakteri pada
konsentrasi awal berkisar 1.106 CFU/mL dan jumlah bakteri yang didisinfeksi pada menit ke 60 menggunakan
karbon aktif dan zeolit aktif adalah 0 CFU/mL dan 291 CFU/mL.Adsorben dianalisis menggunakan
karakterisasi Brunauer-Emmett-Teller (BET) Autosorb sebelum dan setelah disinfeksi, hasil presentase
mengecilnya luas permukaan karbon aktif dan zeolit aktif adalah 28 % dan 18%.
Kata kunci:Disinfeksi, Escherichia coli, karbon aktif, kavitasi, zeolit aktif.
Abstract
Disinfection of Escherichia coli Bacteria Using Hydrodynamic Cavitation Process WaterJet Combined with Activated Carbon and Zeolite
This study utilizes activated carbon and zeolite as an adsorbent for alternative disinfection of Escherichia coli.
Beside that to ability adsorbtion organic materials, theseadsorbents can also function as a disinfectant.
Alternative method of disinfection of Escherichia coli bacteria that is potentially one of them using
hydrodynamic cavitation process water jet. At a flow rate of disinfection 9 liters / min showed the best results
for the disinfection of Escherichia coli bacteria. The best dose of adsorbent for activated carbon and active
zeolite is2 grams / liter. In this study indicates that the number of bacteria in initial concentration range 1.106
CFU/mL and number of bacteria disinfected in 60 minutes uses activated carbon and zeolite active are 0 CFU /
mL and 291 CFU / ml. Adsorbents were analyzed by Brunauer-Emmett-Teller (BET) Autosorb characterization
before and after disinfection, the results of shrinking percentage of the surface area of activated carbon and
zeolite active were 28% and 18%.
Keyword: Disinfection, Escherichia coli, activated carbon, cavitation, activated zeolit.
1.
Pendahuluan
Air sungai dan air sumur (air tanah permukaan ) merupakan sumber utama air bersih
bagi seluruh makhluk hidup di bumi ini. Saat ini kualitas air terutama di kota-kota besar
sudah menurun kualitasnya karena pencemaran bakteri Escherichia coli senyawa-senyawa
lain yang membahayakan kesehatan yang kadarnya sudah melebihi baku mutu yang ada.
Menurut data Kementerian Kesehatan, dari 5.798 kasus diare, 94 orang meninggal
(Yuliastuti, 2011). Salah satu cara yang potensial untuk mendisinfeksi mikroorganisme
adalah menggunakan kavitasi hidrodinamika. Secara garis besar kavitasi merupakan
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
fenomena terjadinya pembentukan, pertumbuhan dan hancurnya gelembung mikro dalam
cairan (Gogate dan Pandit, 2001). Sedangkan kavitasi hidrodinamika adalah kavitasi yang
dihasilkan akibat adanya perbedaan tekanan dengan menggunakan geometri dari sistem yang
menghasilkan variasi kecepatan (Jyoti dan Pandit, 2004).
Secara biologi disinfeksi mengggunakan kavitasi hidrodinamika dapat terjadi karena
tipisnya dinding sel E. coli. E. coli sebagai bakteri gram negative memiliki dinding sel yang
lebih tipis dibandingkan dengan bakteri gram positif sehingga memungkinkan untuk
mendisinfeksi E. coli, sehingga Kavitasi merupakan metode desinfeksi alternatif yang
potensial untuk mendesinfeksi bakteri Escherichia coli. Menurut Parag (2007), dengan
penambahan partikel padatan akan memberikan nilai tambahan untuk fenomena kavitasi yang
terjadi direaktor. Penelitian lain yang dilakukan Ince dan Bellen, 2001 mengamati bahwa
konsentrasi Escherichia coli menurun dengan menggunakan 20 kHz sonikasi dan apabila
padatan ditambahkan (butiran keramik, partikel seng metalik dan karbon aktif) sehingga
meningkatkan inaktivasi Escherichia coli. Dengan demikian additive mempunyai sifat katalis
untuk membantu proses disinfeksi selain efek permukaan yang meningkatkan intensitas
kavitasi dalam sistem.
Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Merry, 2011 membuktikan bahwa lebih dari
99% bakteri Escherichia coli dapat didisinfeksi menggunakan water-jet cavitation
hydrodinamic. Pada penelitian ini akan dilakukan penelitian lanjutan disinfeksi bakteri
Escherichia coli dengan menggunakan water-jet yang dikombinasikan adsorben karbon
dengan macam-macam variasi dosis adsorben karbon aktif dan zeolit aktif. Dari penelitian
ini diharapkan dapat mengetahui seberapa efektifkah penambahan adsorben dalam
mendesinfeksi bakteri Escherichia coli pada proses kavitasi.
2.
Bahan dan Metode Penelitian
Adsorben yang digunakan dalam penelitian ini yaitu karbon aktif dan zeolit yang berasal
dari Lampung. Pada tahap awal dilakukan proses aktivasi terhadap zeolit untuk memperluas
permukaan. Ukuran karbon aktif dan zeolit disamakan yaitu 2 mm. Pertama zeolit dicuci
menggunakan air keran, setelah itu dipanaskan dengan aquadest suhu 1000C kemudian
dioven suhu 60 0C selama 30 menit. Larutan yang digunakan untuk memanaskan setelah
aquadest yaitu HCl, NaOH, NaCl dan NH4OH. Selanjutnya zeolit dikalsinasi menggunakan
oven suhu 400 0C selama 2 jam. Konsentrasi indukan bakteri awalnya yaitu 1.108 CFU/mL
sedangkan volume reaktor 3000 mL. Indukan yang dibuat sebanyak 1000 mL sehingga untuk
mendapatkan konsentrasi awal untuk disinfeksi 1.106 CFU/ mL diambil 30 mL dari sampel 1
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
Liter.Proses disinfeksi menggunakan laju alir 9 LPM dengan variasi dosis adsorben karbon
aktif dan zeolit aktif yaitu 2 gram/ Liter, 4 gram / Liter dan 8 gram / Liter. Penelitian
dilakukan selama 60 menit dimana diambil sampel tiap 15 menit sekali. Pada penelitian
kombinasi karbon aktif dan zeolit, laju alir yang dipakai adalah laju alir terbaik saat hanya
menggunakan water jet saja. Pendingin selalu ditambahkan untuk meminimalisasi peranan
suhu yang ikut mendisinfeksi bakteri E.coli. Perhitungan total bakteri menggunakan analisa
Total Plate Count (TPC). Metode TPC digunakan untuk menghitung jumlah mikroorganisme
yang kandungannya dalam sampel sekitar 30-300 cfu/mL. Adsorben hasil disinfeksi
kemudian di analisis menggunakan analisis BET baik karbon aktif maupun zeolit aktif
dengan tujuan mengetahui luas permukaan sebelum dilakukan disinfeksi bakteri dan setelah
dilakukan disinfeksi.
3.
Hasil Penelitian dan Pembahasan
3.1 Uji Sirkulasi Tanpa Water Jet dan Adsorben
Pada penelitian ini sebelumnya dilakukan uji blanko yaitu uji sirkulasi tanpa menggunakan
water jet dan adsorben. Laju alir yang digunakan adalah 4, 8 dan 9 LPM sehingga jumlah
penurunan bakteri dapat terlihat.
3.1.1 Uji Sirkulasi Dengan Pendingin Variasi Laju Alir
Dari Gambar 1. (a) di bawah dapat disimpulkan bahwa konsentrasi bakteri menurun
sampai menit ke 60. Konsentrasi akhir bakteri paling kecil yaitu pada laju alir 9 LPM. Hal ini
dikarenakan laju alir yang paling tinggi dapat memicu terbentuknya radikal hidroksil lebih
banyak sehingga kemampuan untuk disinfeksi lebih maksimal. Selain itu tekanan yang tinggi
8 7 6 5 4 3 2 1 30 4 LPM 8 LPM 9 LPM 0 15 30 45 Waktu (menit) 60 Suhu (0C) Log CFU/mL (shock wave) dapat memicu hancurnya struktur bakteri E. coli.
4 LPM 8 LPM 9 LPM 25 20 15 10 0 15 30 45 60 Waktu (menit) (a)
(b)
Gambar 1. Grafik Log (a) dan Suhu (b) Uji Sirkulasi Dengan Pendingin Variasi Laju Alir
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
Gambar 1. (b) di atas menunjukkan bahwa bertambahnya waktu sirkulasi berbanding
lurus dengan kenaikan suhu. Pada tiga variasi laju alir diatas terjadi kenaikan suhu, suhu
paling besar ada pada laju alir 9 LPM, semakin besar laju sirkulasi maka semakin besar
kemungkinan
kontak antara fluida yang menyebabkan turbulensi aliran yang akan
menyebabkan terjadinya local hotspot. Panas yang dihasilkan juga dapat berasal dari kavitasi
hasil kerja pompa sehingga menghasilkan panas dimana dalam pompa tersebut terjadi
gesekan yang besar antara fluida dengan impellernya.
3.1.2 Uji Sirkulasi Tanpa Pendingin Variasi Laju Alir
Untuk mengetahui seberapa besar efek kavitasi hidrodinamika dalam mendisinfeksi
bakteri maka diberi tambahan pendingin sehingga dapat meminimalisasi pengaruh suhu
8 7 6 5 4 3 2 1 4 LPM 8 LPM 9 LPM 55 Suhu (0C) Log CFU/mL dalam proses ini.
4 LPM 8 LPM 9 LPM 45 35 25 0 15 30 45 Waktu (menit) 60 0 15 30 45 60 Waktu (menit) (a)
(b)
Gambar 2. Profil Log Konsentrasi E. coli dan Suhu Tanpa Water Jet Tanpa Pendingin
Pada Grafik 2. (a) diatas terlihat profil disinfeksi Escherichia coli terjadi penurunan
konsentrasi bakteri sampai menit ke 60. Akan tetapi terdapat satu titik pada laju alir 8 LPM
mengalami kenaikan jumlah konsentrasi bakteri. Hal ini dapat terjadi dikarenakan pada saat
menit ke 30 bakteri berada dalam suhu optimum dimana bakteri dapat tumbuh dengan cepat.
Setelah melewati suhu optimum maka bakteri mengalami penurunan kembali. Semakin lama
waktu yang dibutuhkan untuk disinfeksi maka substrat akan semakin habis (Peter, 2013),
sehingga bakteri ini mengubah lingkungan sekitar yang dapat menghambat pertumbuhan
mereka (Tejay, 2011). Laju alir terbaik jika tidak menggunakan water jet adalah laju alir 9
LPM. Gambar 2.(b) menunjukkan bahwa bertambahnya waktu sirkulasi berbanding lurus
dengan kenaikan suhu. Pada tiga variasi laju alir diatas terjadi kenaikan suhu, suhu paling
besar ada pada laju alir 9 LPM, semakin besar laju sirkulasi maka semakin besar
kemungkinan
kontak antara fluida yang menyebabkan turbulensi aliran yang akan
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
menyebabkan terjadinya local hotspot. Panas yang dihasilkan juga dapat berasal dari kavitasi
hasil kerja pompa. Untuk mengeliminasi pengaruh panas dari sirkulasi dan pompa, maka
dalam penelitian ini digunakan pendingin. Hal ini dilakukan untuk meyakinkan bahwa semua
proses disinfeksi/ inaktivasi bakteri terjadi karena efek kavitasi hidrodinamika. Di sisi lain,
penggunaan pendingin bertujuan untuk mencegah kerusakan alat (pompa). Penggunaan
pendingin pada rangkaian alat kavitasi hidrodinamika juga dilakukan di beberapa penelitian
terdahulu (Jyoti dan Pandit, 2001; M.S. Doulah, 1977; Mezule et al., 2009).
3.2 Disinfeksi Dengan Water Jet Tanpa Adsorben Dengan Pendingin
Penelitian selanjutnya yaitu uji sirkulasi menggunakan water jet. Hal ini dilakukan untuk
membandingkan seberapa besar pengaruh penambahan water jet dalam disinfeksi bakteri
Escherichia coli. Dari Gambar 5 dibawah ini dapat penurunan konsentrasi sampai menit ke
8 7 6 5 4 3 2 1 4 LPM 8 LPM 9 LPM 4 LPM 25 8 LPM Suhu (0C) Log CFU/mL 60.
9 LPM 20 15 0 15 30 45 Waktu (menit) 60 10 0 15 30 45 Waktu (menit) (a)
60 (b)
Gambar 3. Profil Log Konsentrasi E. coli dan Suhu dengan Water Jet
Dari Gambar 3 (a) di atas dapat disimpulkan bahwa konsentrasi bakteri menurun sampai
menit ke 60. Konsentrasi bakteri paling kecil yaitu pada laju alir 9 LPM sehingga pada laju
alir terbaik ini dibandingkan dengan menggunakan pendingin. Hal ini dikarenakan laju alir
yang paling tinggi dapat memicu terbentuknya radikal hidroksil lebih banyak sehingga
kemampuan untuk disinfeksi lebih maksimal. Dari Gambar 3 (b) di atas dapat dilihat profil
suhu selama dilakukan disinfeksi. Suhu tertinggi berada pada laju alir 9 LPM. Kenaikan suhu
pada proses ini lebih tinggi dibandingkan dengan tanpa menggunakan water jet. Hal ini
disebabkan karena ukuran diameter injektor berbeda, ukuran water jet yang digunakan dalam
penelitian ini yaitu diameter inlet 7 mm dan diameter outlet 4 mm. Pada diameter outlet ini
terjadi perubahan geometri aliran sehingga menyebabkan pemisahan pada boundary layer
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
dan akan membentuk aliran eddie serta resirkulasi yang berbalik arah dan menyebabkan
shock wave pada sistem. Akibat dari peristiwa diatas maka akan terjadi peningkatan tekanan
yang hilang dan menyebabkan discharge pressure berkurang secara proporsional. Sehingga
pembentukan gelembung mikron lebih banyak dihasilkan pada diameter kecil. Dari hasil ini
dapat disimpulkan bahwa tingginya suhu apabila tanpa pendingin tidak berpengaruh besar
terhadap kelangsungan hidup bakteri. Konsentrasi akhir apabila tanpa pendingin sejumlah
1100 CFU/mL sedangkan jika menggunakan pendingin konsentrasi pada menit ke 60 menjadi
5000 CFU/mL.
3.3 Disinfeksi Dengan Kombinasi Adsorben Karbon Aktif
Karbon aktif yang digunakan disini adalah karbon aktif yang berukuran 2 mm dan
sebelum digunakan untuk disinfeksi harus dicuci, kemudian diautoclave dengan suhu 120°C
selama 20 menit. Pada Gambar 4 di bawah ini terlihat penurunan konsentrasi dengan dosis
adsorben yang berbeda.
2 g /L 4 g /L 6 8 g / L 4 2 2 g /L 25 Suhu (0C) Log CFU/mL 8 4 g /L 20 8 g /L 15 10 0 0 10 20 30 40 50 60 Waktu (Menit) 0 15 30 45 60 Waktu (Menit) (a)
(b)
Gambar 4. Profil Log Konsentrasi E. coli (a) dan Suhu (b) Kombinasi Karbon Aktif
Dari Gambar 4 (a) di atas menjelaskan bahwa semakin lama kontak adsorben dengan
bakteri maka konsentrasi bakteri semakin berkurang. Dosis terbaik dalam penelitian ini yaitu
2 g/L, pada dosis ini bakteri sudah habis didisinfeksi pada menit ke 60 sehingga perlu
dibandingkan dengan tanpa pendingin. Jika tanpa pendingin, bakteri habis didisinfeksi pada
menit ke 45. Menurut Parag (2007), dengan penambahan partikel padatan akan memberikan
nilai tambahan untuk fenomena kavitasi yang terjadi direaktor. Penelitian lain yang dilakukan
Ince dan Bellen, 2001 mengamati bahwa konsentrasi Escherichia coli menurun dengan
menggunakan 20 kHz sonikasi dan apabila padatan ditambahkan (butiran keramik, partikel
seng metalik dan karbon aktif) sehingga meningkatkan inaktivasi Escherichia coli. Dengan
demikian additive mempunyai sifat katalis untuk membantu proses disinfeksi selain efek
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
permukaan yang meningkatkan intensitas kavitasi dalam sistem. Beberapa hal yang
mempengaruhi disinfeksi menggunakan adsorben, seperti fenomena coalescence. Fenomena
ini dapat terjadi apabila kontak langsung terjadi antara fluida dengan karbon aktif sehingga
menyebabkan terbentuknya oksigen. Karena terbentuknya oksigen ini maka radikal hidroksil
yang dihasilkan juga semakin sedikit. Hal ini lah yang menurunkan kinerja disinfeksi.
Hasil disinfeksi menggunakan karbon aktif dengan dosis yang kecil malah menghasilkan
hasil terbaik. Hal ini dapat disebabkan semakin banyaknya bakteri E.coli maka semakin
besar kemungkinan bakteri untuk membentuk lapisan biofilm pada karbon aktif. Adanya
biofilm ini menyebabkan luas permukaan adsorben semakin kecil, sehingga dapat
menurunkan kinerja karbon aktif dalam mendisinfeksi bakteri E.coli. Penambahan karbon
aktif telah diteliti dapat menghilangkan limbah mikroorganisme skala laboratorium bahkan
skala teknis (Zwickenpflug, et al., 2010) Dari Gambar 4.(b) diatas dapat dilihat bahwa
meningkatnya suhu terjadi pada ketiga dosis karbon aktif. Dosis adsorben saat 2 g/L
mengalami kenaikan suhu yang besar karena semakin kecil massa zat maka kalor yang
diterima semakin sedikit, sehingga sisa kalor yang dihasilkan dilepaskan kembali ke fluida.
Hal ini sejalan dengan persamaan energi kalor.
3.4 Disinfeksi Dengan Kombinasi Adsorben Zeolit Aktif.
Sebelum zeolit digunakan, terlebih dahulu diaktivasi menggunakan asam, basa dan
kalsinasi. Zeolit tertentu menyerap sel mikroba pada permukaan dan adsorpsi selektif untuk
mikroorganisme (Munehiro K , 2008). Di bawah ini terdapat Gambar 5 yang menampilkan
8 2 g /
L 4 g /
L Log CFU/mL 7 6 5 4 3 2 0 15 30 45 waktu (menit) Suhu (0C) penurunan konsentrasi bakteri variasi dosis adsorben menggunakan pendingin.
24 22 20 18 16 14 12 10 2 g /L 4 g /L 8 g /L 0 60 15 30 45 60 Waktu (Menit) (a)
(b)
Gambar 5. Profil Log Konsentrasi E.coli (a) dan Suhu (b) Kombinasi Zeolit Aktif Dengan
Pendingin
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
Konsentrasi awal bakteri Escherichia coli dibuat sama yaitu 106 CFU/mL. Dari Grafik
5.(a) diatas dapat dilihat laju penurunan konsentrasi setiap 15 menit selama 1 jam. Hasil
terbaik menggunakan zeolit aktif pada dosis 2 g/L. Beberapa hal lain yang mempengaruhi
disinfeksi, seperti fenomena coalescence. Fenomena ini dapat terjadi apabila kontak langsung
terjadi antara fluida dengan karbon aktif sehingga menyebabkan terbentuknya oksigen.
Karena terbentuknya oksigen ini maka radikal hidroksil yang dihasilkan juga semakin sedikit.
Hal ini lah yang menurunkan kinerja disinfeksi. Biofilm adalah bentuk dominan dari
kehidupan mikroba dalam air di lingkungan (Wanner et. al., 2006). Mikroorganisme
menggunakan kemampuan mereka untuk membentuk biofilm sebagai bagian dari strategi
mereka untuk hidup bertahan.(C, Falholt et. al.,, 1997). Zeolit yang sifatnya asam dan bakteri
juga bersifat asam hal ini dapat memicu zeolit sebagai tempat berlindungnya bakteri. Hal ini
dapat terjadi karena sifat polar dan non polar yang dimiliki mereka sehingga tarik menarik
antar ikatan semakin kuat dan cenderung membentuk biofilm.
Pada Gambar 5.(b) di atas dapat dilihat profil suhu dengan dosis zeolit aktif yang berbeda.
Jika menggunakan zeolit aktif, suhu tertinggi saat menit ke 60 yaitu pada dosis 2 g/L.
Semakin sedikit dosis adsorben yang dikontaminasi maka semakin tinggi suhu yang
dihasilkan. Suhu zeolit pada menit ke 60 lebih rendah dari zeolit aktif karena selain densitas
zeolit lebih besar, zeolit ini lebih mudah menyerap panas. Sehingga panas yang dihasilkan
oleh pompa ataupun hasil tumbukan gelembung mikro diserap oleh zeolit.
Faktor yang mendukung kemampuan zeolit untuk mengadsorbsi bakteri yaitu
interaksi electric double layer dan interaksi hidrofobik. Interaksi electric double layer antara
sel bakteri dan zeolit dapat ditunjukkan dengan pengukuran potensial zeta. Interaksi ini
dihitung dengan suatu persamaan potensial interaksi, di mana jika potensial tersebut kurang
dari nol, maka gaya tarik menarik akan mendominasi sehingga sel bakteri dapat teradsorbsi
pada zeolit. Sebaliknya, jika potensial lebih dari nol maka gaya tolak menolak akan
mencegah sel bakteri mendekati zeolit kecuali jika energi kinetik sel cukup tinggi untuk
melebihi penghalang potensial. Hal ini sesuai dengan penelitian Kubota & Nakabayashi,
2008, bahwa bakteri E.coli dalam rentang pH 5-9 menghasilkan nilai potensial zeta antara 5mV sampai -10 mV. Interaksi hidrofobik terjadi saat dua partikel hidrofobik mengalami
kontak dengan lingkungan yang aqueous, kemudian akan berikatan satu sama lain dengan
bantuan molekul air disekitarnya yang dapat menyatukan mereka bersama.Interaksi
hidrofobik dapat digunakan MATH ( Microbial Adhesion To Hydrocarbon) assay. MATH
assay merupakan metode pengujian karakterisasi hidrofobitas bakteri dengan pengukuran
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
absorbansi spektrofotometrik untuk konsentrasi sel dalam suspense yang dikontakkan dengan
cairan hidrokarbon.
3.5 Perbandingan Hasil Terbaik Water Jet, Karbon Aktif dan Zeolit Aktif
Penelitian ini membuktikan bahwa efektifitas disinfeksi bertambah dengan adanya
penambahan adsorben. Dari Grafik di bawah ini dapat diambil kesimpulan bahwa
Log CFU/mL penggunaan water jet pada proses ini belum efektif untuk mendisinfeksi bakteri E.coli.
8 7 6 5 4 3 2 1 0 Water Jet Karbon Ak=f 2g/L Karbon Ak=f 4g/L Karbon Ak=f 8g/L Zeolit Ak=f 2g/L Zeolit Ak=f 4g/L zeolit Ak=f 8g/L 0 15 30 45 60 Waktu ( menit ) Gambar 6. Perbandingan Water Jet, Karbon Aktif dan Zeolit Aktif
Pada penelitian ini dosis yang paling rendah lah yang menunjukkan kemampuan
disinfeksi paling baik. Hal ini dapat dikarenakan beberapa hal seperti: Bakteri yang
menempel pada suatu permukaan cenderung membentuk agregat dimana sel tersebut saling
melekat satu sama lain dan membentuk suatu matriks polimer yang disebut biofilm. Semakin
besar dosis adsorben maka semakin besar kemungkinan terjadi kontak antara bakteri dengan
adsorben. Semakin lama terjadi kontak maka pembentukan biofilm akan semakin tebal.
Adanya biofilm ini menyebabkan penurunan kerja adsorbsi dan efektifitas kerja. Pada dosis 8
g/L kemungkinan yang banyak terserap pada adsorbennya adalah zat organik yang terdapat
dalam biakan bakteri tersebut, sehingga kesempatan terserapnya bakteri kecil. Saat dosis 2
g/L, maka adsorben dalam saringan dapat terfluidisasi sempurna sehingga kemampuan untuk
menyerap bakteri semakin besar. Berbeda dengan dosis 8 g/L, saat penelitian ini dilakukan
banyak adsorben yang menyumbat saringan sehingga adsorben tidak dapat sempurna dalam
menyaring bakteri. Adanya efek mekanik yang disebabkan oleh sirkulasi aliran. Efek ini
nantinya akan menaikkan tekanan dan turbulensi sehingga membuat bakteri cepat terlepas
dari adsorbennya. Karbon aktif mempunyai kemampuan mengadsorp lebih besar dari pada
zeolit aktif dikarenakan sifat hidrofobik dan hidrofilik yang dimiliki adsorben itu sendiri.
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
Karbon aktif cenderung hidrofobik atau non polar cenderung efektif untuk mengadsorpsi zat
yang tidak larut dalam air. Sedangkan zeolit mempunyai sifat hidrofilik atau polar sehingga
kemampuan tarik menarik antara adsorben dan bakteri kuat dan efektif untuk mengadsorbsi
zat yang larut dalam air.
Dalam studi lain, Ince dan Belen (2001) mengamati bahwakonsentrasi E. coli dalam air
deionisasi menurundengan waktu kontak pada 20 kHz sonikasi, dan
apabila padatan
ditambahkan (butiran keramik, partikel seng metalik dankarbon aktif) dapat meningkatkan
inaktivasi E. coli. Karbon aktif adalah bahan yang paling efektif karena yang permukaan
aktif, yang disukai adsorpsi bakteri. Dengan demikian, sangat penting bahwa aditif harus
memiliki beberapaaksi katalitik untuk mempromosikan proses desinfeksi diselain efek
permukaan yang meningkatkan intensitaskavitasi dalam system. Jonas E, et.al, telah
membuktikan bahwa daya serap yang rendah pada zeolit ini diakibatkan oleh lapisan terluar
dari bakteri gram negatif yaitu lipopolisakarida. Bakteri ini mungkin mendekati zeolit, tetapi
sel tidak mengikat dan menyerap zeolit karena lapisan antara lipopolisakarida sel dan
permukaan zeolit sangat lemah sehingga menjadi penghalang adhesi (Jonas et al., 2014).
Menurut Kubota & Nakabayashi, 2008 zeolit klinoptilolit jenis ini dapat mengadsorb bakteri
paling baik cenderung hidrofobik dibandingkan bakteri B. Subtilis dan Staph aureus. Bakteri
yang E.coli teradsorbsi paling baik pada zeolit juga menunjukkan tingkat hidrofobitas yang
tinggi (Kubota & Nakabayashi, 2008).
3.5 Luas Permukaan Karbon Aktif dan Zeolit
Untuk mengetahui berapa besar luas permukaan digunakan analisis BET. Dengan adanya
analisis ini diharapkan dapat mengetahui seberapa besar kah peran adsorben dalam proses
disinfeksi bakteri.
Luas Permukaan (m2/gram) 500 426.178 400 304.922 300 200 100 0 45.139 37.102 Karbon Ak=f Sebelum Disinfeksi Karbon Ak=f Setelah Disinfeksi Zeolit Ak=f Sebelum Disinfeksi Zeolit Ak=f Setelah Disinfeksi Adsorben Gambar 7. Perbandingan Analisis BET Karbon Aktif dan Zeolit
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
Pada analisa diatas diperoleh luas permukaan karbon aktif sebelum dan setelah disinfeksi
masing-masing yaitu 426,18 m2/gram dan 304,92 m2/gram. Sedangkan untuk zeolit aktif nilai
luas permukaan masing masing sebelum dan setelah didisinfesi yaitu 45,14m2/gram dan
37,10 m2/gram. Luas permukaan dari karbon aktif pada awal sebelum disinfeksi lebih tinggi
dari zeolit sehingga presentase adsorpsi lebih banyak terserap pada adsorben yang memiliki
luas permukaan yang besar. Selisih luas dari karbon aktif dan zeolit yaitu 121,256 m2/gram
dan 8,04 m2/gram. Karbon aktif terbukti menyerap bakteri lebih banyak dari zeolit jika dilihat
dari selisih luas permukaan masing-masing adsorben.
4
Kesimpulan
Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: Penambahan adsorben terbukti sangat
efektif untuk meningkatkan kerja kavitasi hidrodinamika. Dosis adsorben terbaik baik karbon
aktif maupun zeolit yaitu pada 2 gram/liter dengan laju alir 9 liter/menit dan konsentrasi awal
bakteri berkisar pada 1.106 CFU/mL. Dari hasil disinfeksi, adsorben terbaik yang digunakan
yaitu karbon aktif karena saat dosis 2 gram/liter semua bakteri mati pada menit ke 60.
Sedangkan dengan zeolit aktif pada menit ke 60 tersisa bakteri 291 CFU/mL.
5
Saran
Saran untuk penelitian selajutnya adalah dilakukan uji disinfeksi bakteri hanya menggunakan
adsorben tanpa Water Jet, agar bisa dibandingkan dengan hasil akhir kombinasi adsorben.
Analisa ditambah dengan SEM agar mengetahui struktur apa saja yang terserap dalam
adsorben. Diberikan tambahan sinar ultraviolet pada alat sehingga proses disinfeksi lebih
maksimal. Pada saat running diusahakan agar suhu dibawah 50 ⁰C agar kinerja pompa tidak
menurun dan dapat merusak alat. Pompa diatas laju alir 9 LPM sudah tidak bekerja secara
optimum sehingga jika dikehendaki laju alir diatasnya, maka pompa harus diganti.
Daftar Referensi
C, J., Falholt, P., dan Gram, I. (1997). Enzymatic Removal and Disinfection of Bacterial Biofilms. Appl Environ
Microbiol , 63 (9) : 3724-3728.
Doulah, M. S. (1977). Mechanism of Biological Cells in Ultrasonic Cavitation. chemical Engineering Journal .
Gogate, P. R., dan Pandit, A. B. (2001). Hydrodynamic cavitation Reactors A State of The Art Review. Journal
Chemical Engineering .
Gogate, P. R., dan Pandit, A. B. (2001). Hydrodynamic Cavitation Reactors: A State of the Art Review.
Matunga : Division of Chemical Engineering, University Department of Chemical Technology .
Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014
Ince, N. H., dan Bellen, R. (2001). Aqueous phase disinfection with powerultrasound: Process Kinetics and
Effect of Solid Catalyst. Environmental Science and Technology 35 , 1885.
Jonas, L., Armin, Z., Martin, B., Gerhard, K., Christian, K., dan Thomas, W. (2014). Comparison of Two
PAC/UF processes for the Removal of Micropollutans from Wastewater Treatment Plant Effluent :
Process Performance and Removal Efficiency. Water Research 56 , 26-36.
Jyoti, K. K., dan Pandit, A. B. (2004). Ozone and Cavitation for Water Disinfection. Biochemical Engineering
Journal , 9-19.
Kubota, M., Nakabayashi, T., Matsumoto, Y., Shiomi, T., Yamada, Y., Ino, K., (2008). Selective Adsorbtion of
Bacterial Cells Onto Zeolites 64. Colloids and Surfaces B , 85-97.
Mezule, L., Tsyfansky, S., Yakushevich, V., dan Juhna, T. (2009). A Simple Technique for Water Disinfection
with Hydrodynamic Cavitation: Effect on Survival of Escherichia coli. Chemical Engineering
Journal 248 , 152-159..
Parag, R. G. (2007). Application of cavitational reactors for water disinfection: Current status and path forward.
Journal of Environmental Management 85 , 801-815.
Peter, F. (2013, 07 24). Department of Energy. Retrieved 06 08, 2014, from pH and Bacterial Growth:
www.newton.dep.anl.gov
Tejay, B. (2011, 12 26). Buffered Growth : The Effects on Bacteria. Retrieved 06 08, 2014, from Mustang High
School, Ohla homa: Biosurvey.ou.edu
Wanner, O., Eberl, H., Morgenroth, E., Noguera, D., Picioreanu, D., dan Rittmann, B. (2006). Dechipering and
Using Biofilms. Water 21 , 34-35.
Yuliastuti, D. 30 Penyakit Ini Akibat Air Bersih. www.tempo.co . Accesed Juni 04, 2014.
Zwickenpflug, B., Bohler, B., Sterkele, M., Joss, B., Siegrist, A., Traber, J.,. (2010). Use of Powdered Activated
Carbon for the Removal of Micropollutans from Municipal Wastewater. dubendorf: EAWAG on
Behalf on the Swiss Federal Office for the Environment. Disinfeksi bakteri…, Dina Isholawati, FT UI, 2014