BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Desinfeksi merupakan salah satu proses dalam pengolahan air minum ataupun air limbah. Pada penelitian ini proses desinfeksi menggunakan metode elektrokimia yang dimodifikasi dengan penambahan sistem klorinasi (penambahan larutan NaCl). Penambahan sistem klorinasi diharapkan dapat membantu mempercepat sistem desinfeksi pada metode yang digunakan pada penelitian ini karena NaCl dianggap sebagai salah satu desinfektan yang apabila NaCl dielektrolisis diharapkan akan menghasilkan gas klorin yang biasa digunakan sebagai desinfektan. Gas klorin adalah zat kimia yang sering dipakai sebagai desinfektan karena harganya murah dan masih mempunyai daya desinfeksi sampai beberapa jam setelah pembubuhannya (residu klor). Gas klorin diharapkan bisa diproduksi dari larutan NaCl dimana terkandung ion-ion klorida di dalamnya. Reaksi yang terjadi terhadap elektrolisis NaCl sebagai berikut: Pada anoda (+): 2H 2 O (l) 4H + (aq) + O 2(g) + 4e - 2NaCl Cl 2(g) + 2e - + 2Na + Pada katoda (-): 2H 2 O (l) + 2e - 2OH - (aq) + H 2(g) Pada proses elektrolisis larutan NaCl, ion negatif seperti klorida (Cl - ) dan hidroksil (OH - ) bergerak ke anoda untuk melepas elektron. Ion klorida dan hidroksil menjadi gas oksigen, gas klorin, ion hipoklorit, asam klorida dan asam hipoklorit. Ion positif seperti hidrogen (H + ) bergerak ke katoda untuk menerima elektron dan menjadi gas hidrogen (H 2 ). 27
28
29 Gambar 2 menunjukkan hasil SEM Karbon baterai pada perbesaran 50 kali (kiri) dan 5000 kali (kanan). Pada perbesaran 50 kali belum menunjukkan adanya lubang pori-pori dan permukaan karbon baterai masih terlihat halus sedangkan pada perbesaran 5000 kali (kanan) menunjukkan bahwa morfologi permukaan karbon baterai tidak halus (kasar) dan mempunyai lubang pori-pori. Karakterisasi karbon lebih difokuskan pada sifat adsorpsi dari pada struktur porinya. Bentuk pori yang tidak beraturan dapat terlihat pada hasil SEM karbon pada perbesaran 5000 kali pada gambar 2. Semakin banyak dan besar pori yang terbentuk pada elektroda maka semakin banyak ion yang dapat teradsorp pada permukaan elektroda. Sifat adsorpsi karbon sangat tergantung terhadap porositas permukaannya. Pada penelitian ini diharapkan bahwa semakin banyak dan besar pori yang terbentuk pada elektroda maka semakin banyak mikroorganisme yang dapat terjebak dalam pori-pori tersebut dan terbunuh melalui gas klorin yang terbentuk proses elektrolisis tersebut. Sifat porositas karbon sangat tergantung pada porositas permukaannya. Karakterisasi karbon lebih difokuskan pada sifat adsorpsi dari pada struktur porinya. Gambar 3 menunjukkan hasil komposisi karbon baterai dengan menggunakan SEM EDX dimaksudkan untuk mengamati bahan penyusun karbon baterai serta bentuk permukaan dari elektroda karbon. Hasil dari SEM EDX dapat merekam kandungan C dari elektroda karbon sebelum uji elektrokimia adalah 99,40 %. Pada Gambar 3 juga menunjukkan adanya komposisi lain pada karbon
30 baterai yaitu Alumunium (Al) sebesar 0,17 %, Silika (Si) sebesar 0,28 % dan Sulfur (S) sebesar 0,15 %. Gambar 3. Hasil komposisi karbon baterai dengan SEM-EDX 5.1 Pengaruh Variasi Konsentrasi NaCl Pada Proses Desinfeksi. Pada variasi konsentrasi NaCl dalam proses desinfeksi digunakan variasi konsentrasi NaCl sebesar 1 ppm, 1,5 ppm, 2 ppm, dan 3,5 ppm. Pada setiap variasi masing-masing dilakukan pada tegangan 5 volt dalam waktu 5 menit. Tabel 3. Pengaruh Variasi Konsentrasi NaCl Terhadap Jumlah Coliform dan E.Coli dengan Tegangan 5 Volt dan Waktu Elektrolisis 5 Menit. Konsentrasi NaCl (ppm) Sebelum Elektrolisis Jumlah Coliform (org/100ml) Jumlah E.Coli (org/100ml) 190 22 1 188 59 1,5 190 190 2 78 78 3,5 99 99
31 Tabel 3 diketahui hasil analisis bakteri dengan Pengaruh Variasi Konsentrasi NaCl Terhadap Jumlah Coliform dan E.Coli dengan Tegangan 5 Volt dan Waktu Elektrolisis 5 Menit, dan berdasarkan dari Tabel 5.1 maka dibuat grafik seperti pada Gambar 4. Jumlah(org/100 m) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 190 188 190 190 59 22 78 78 99 99 coliform coli Konsentrasi NaCl (ppm) Gambar 4. Pengaruh Variasi Konsentrasi NaCl Terhadap Jumlah Koliform dan E.coli dengan Tegangan 5 Volt dan Waktu Elektrolisis 5 Menit. Gambar 4 didapatkan hasil analisis analisis bakteri dengan metode MPN pada pengaruh variasi konsentrasi NaCl terhadap jumlah koliform dan E.coli yang dilakukan di Balai Laboraturium Kesehatan Yogyakarta, pada bakteri koliform jumlah bakteri relatif konstan hingga variasi konsentrasi NaCl 1,5 ppm namun setelah itu jumlah bakteri koliform menurun hingga jumlah 78 org/100ml, sedangkan untuk bakteri E.coli mengalami kenaikan yang sangat drastis hingga jumlah bakteri E.coli sebesar 190 org/100ml yang kemudian turun kembali menjadi 78 org/100ml pada konsentrasi NaCl 2 ppm. Jumlah kedua bakteri yang tidak stabil dan cenderung naik-turun kemungkinan disebabkan karena bakteri adalah makhluk hidup yang
32 pertumbuhannya dipengaruhi banyak faktor salah satunya adalah faktor lingkungan yang tidak dapat terduga. Cara kerja klorin membunuh kuman atau bakteri yaitu melalui penambahan klorin dalam air yang akan memurnikannya dengan cara merusak struktur selorganisme sehingga bakteri akan mati (Reed,2004). Klor bereaksi kuat dengan lipid dan peptidoglikan pada membran sel. Hal ini dapat mempengaruhi perbedaan konsentrasi yang tinggi antara lingkungan ekstrasel dan lingkungan intrasel yang berpotensi mengganggu tekanan osmotik dalam sel dan mengancam terjadinya lisis atau kehancuran sel. Ketidakstabilan jumlah hasil analisis bakteri koliform dan bakteri E.coli kemungkinan dapat dikarenakan beberapa faktor seperti sampel yang diambil tidak langsung dianalisis dan kemungkinan kandungan bakteri didalamnya sudah berkembang dalam botol sampel, selain itu faktor lain bisa disebabkan karena faktor elektroda karbon yang secara terus menerus digunakan tanpa dibersihkan terlebih dahulu dari kemungkinan bakteri yang menyerap didalamnya, sehingga kemungkinan pada saat digunakan kembali bakteri yang terserap didalam elektroda karbon tersebut belum mati dan bahkan bakteri-bakteri tersebut berkembang biak didalamnya. Bakteri adalah suatu organisme makhluk hidup yang terus menerus berkembang biak dengan cepat dalam jangka waktu yang tidak lama. Penggunaan sampel air yang sama ketika sedang dalam proses elektrolisis yang lain dalam jangka waktu tertertu, berkemungkinan sampel air dengan kandungan bakteri didalam sampel air tersebut telah berkembang biak dengan membelah sel,
33 sehingga jumlah bakteri pada sampel air tersebut telah bertambah dari jumlah organisme bakteri sebelumnya, sehingga mengakibatkan jumlah bakteri pada proses analisis terus meningkat dan tidak stabil. 5.2 Pengaruh Variasi Waktu Elektrolisis Pada Proses Desinfeksi. Pada variasi waktu elektrolisis dalam proses desinfeksi digunakan variasi waktu elektrolisis selama 2 menit, 5 menit, 15 menit dan 20 menit. Pada setiap variasi masing-masing dilakukan pada tegangan 5 volt dalam konsentrasi NaCl sebesar 2 ppm. Tabel 4. Pengaruh Variasi Waktu Elektrolisis Terhadap Jumlah Coliform dan E.Coli dengan Konsentrasi NaCl 2 ppm dan Tegangan Elektrolisis 5 Volt. Waktu Elektrolisis (menit) Sebelum Elektrolisis Jumlah Coliform (org/100ml) Jumlah E.Coli (org/100ml) 190 22 2 99 22 5 0 0 15 68 38 20 190 50 Tabel 4 diketahui hasil analisis bakteri dengan Pengaruh Variasi Waktu Elektrolisis terhadap Jumlah Coliform dan E.Coli dengan Tegangan 5 Volt dan Waktu Elektrolisis 5 Menit, dan berdasarkan dari Tabel 5.1 maka dibuat grafik seperti pada gambar 5.
34 Jumlah (org/100ml) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 190 99 22 22 0 0 68 38 190 50 coliform coli Gambar 5. Pengaruh Variasi Waktu Elektrolisis Terhadap Jumlah Koliform dan E.coli dengan Konsentrasi NaCl 2 ppm dan Tegangan Elektrolisis 5 Volt. Gambar 5 menunjukkan didapatkan hasil analisis bakteri dengan metode MPN pada pengaruh waktu elektrolisis terhadap jumlah koliform dan E.coli yang dilakukan di Balai Laboraturium Kesehatan Yogyakarta, pada bakteri koliform jumlah bakteri mengalami penurunan secara drastis dari jumlah Bakteri awal 190 org/100ml menjadi 99 org/100ml pada waktu elektrolisis 2 menit, sedangkan pada bakteri E.coli jumlah bakteri tersebut tetap seperti sebelum waktu elektrolisis yaitu dengan jumlah bakteri 22 org/100ml. Pada waktu elektrolisis 5 menit jumlah bakteri keduanya 0 org/100ml dan sudah sesuai seperti baku mutu air minum. Pada waktu 15 menit dan 20 menit waktu elektrolisis terjadi kenaikan jumlah bakteri pada keduanya sehingga pada variasi waktu akhir elektrolisis 20 menit jumlah bakteri koliform menjadi 190 org/100ml dan bakteri E.coli menjadi 50 org/100ml. waktu (menit)
35 Pada variasi waktu pada penelitian ini dianggap pada waktu elektrolisis selama 5 menit dianggap waktu optimal penggunaan elektroda karbon pada proses desinfeksi metode elektrokimia ini, karena seperti yang terlihat pada grafik gambar 3 jumlah bakteri pada variasi waktu 5 menit sudah mencapai angka 0 org/100ml sesuai baku mutu air minum, namun setelah waktu elektrolisis diperpanjang jumlah bakteri koliform dan E.coli bertambah banyak seperti awal perlakuan bahkan pada jumlah bakteri E.coli melebihi jumlah bakteri awal sebelum perlakuan. Kemungkinan karbon yang digunakan sebagai elektroda hanya mampu menyerap bakteri pada sampel air selama 5 menit waktu elektrolisis. Cara kerja klorin membunuh kuman atau bakteri yaitu melalui penambahan klorin dalam air yang akan memurnikannya dengan cara merusak struktur selorganisme sehingga bakteri akan mati (Reed,2004). Klor bereaksi kuat dengan lipid dan peptidoglikan pada membran sel. Hal ini dapat mempengaruhi perbedaan konsentrasi yang tinggi antara lingkungan ekstrasel dan lingkungan intrasel yang berpotensi mengganggu tekanan osmotik dalam sel dan mengancam terjadinya lisis atau kehancuran sel. Ketidakstabilan jumlah hasil analisis bakteri koliform dan bakteri E.coli kemungkinan dapat dikarenakan beberapa faktor seperti sampel yang diambil tidak langsung dianalisis. Bakteri adalah suatu organisme makhluk hidup yang terus menerus berkembang biak dengan cepat dalam jangka waktu yang tidak lama. Penggunaan sampel air yang sama ketika sedang dalam proses elektrolisis yang lain dalam jangka waktu tertertu, berkemungkinan sampel air dengan
36 kandungan bakteri didalam sampel air tersebut telah berkembang biak dengan membelah sel, sehingga jumlah bakteri pada sampel air tersebut telah bertambah dari jumlah organisme bakteri sebelumnya, sehingga mengakibatkan jumlah bakteri pada proses analisis terus meningkat dan tidak stabil. Faktor lain bisa disebabkan karena faktor elektroda karbon yang secara terus-menerus digunakan tanpa dibersihkan terlebih dahulu atau disterilisasi terlebih dahulu sehingga kemungkinan bakteri yang menyerap didalam pori-pori karbon dan pada saat digunakan kembali bakteri yang terserap didalam elektroda karbon tersebut belum mati dan bahkan bakteri-bakteri tersebut berkembang biak didalamnya sehingga jumlah bakteri terus meningkat. 5.3 Pengaruh Variasi Tegangan Elektrolisis Pada Proses Desinfeksi. Pada variasi tegangan elekrolisis dalam proses desinfeksi digunakan variasi tegangan pada sumber arus DC sebesar 2 volt, 5 volt, 15 volt, dan 20 volt. Pada setiap variasi masing-masing dilakukan elektrolisis selama 5 menit dalam konsentrasi NaCl sebesar 2 ppm. Cara kerja klorin membunuh kuman atau bakteri yaitu melalui penambahan klorin dalam air yang akan memurnikannya dengan cara merusak struktur selorganisme sehingga bakteri akan mati (Reed,2004). Klor bereaksi kuat dengan lipid dan peptidoglikan pada membran sel. Hal ini dapat mempengaruhi perbedaan konsentrasi yang tinggi antara lingkungan ekstrasel dan lingkungan intrasel yang berpotensi mengganggu tekanan osmotik dalam sel dan mengancam terjadinya lisis atau kehancuran sel.
37 Tabel 5. Pengaruh Variasi Tegangan Elektrolisis Terhadap Jumlah Coliform dan E.Coli dengan Konsentrasi NaCl 2 ppm dan Waktu Elektrolisis 5 menit. Tegangan Elektrolisis (volt) Sebelum Elektrolisis Jumlah Coliform (org/100ml) Jumlah E.Coli (org/100ml) 190 22 3 0 0 5 78 23 7 233 38 10 50 50 Tabel 5 diketahui hasil analisis bakteri dengan Pengaruh Variasi Tegangan Elektrolisis terhadap Jumlah Coliform dan E.Coli dengan Tegangan 5 Volt dan Waktu Elektrolisis 5 Menit, dan berdasarkan dari Tabel 5 maka dibuat grafik seperti pada gambar 6. Jumlah (org/100ml) 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 190 22 0 0 78 233 24 38 50 50 coliform coli Tegangan (volt) Gambar 6. Pengaruh Variasi Tegangan Elektrolisis Terhadap Jumlah Koliform dan E.coli dengan Konsentrasi NaCl 2 ppm dan Waktu Elektrolisis 5 menit.
38 Berdasarkan pada gambar 6 didapatkan hasil analisis bakteri dengan metode MPN pada pengaruh tegangan elektrolisis terhadap jumlah koliform dan E.coli yang dilakukan di Balai Laboraturium Kesehatan Yogyakarta, pada bakteri koliform jumlah bakteri mengalami penurunan langsung hingga tidak ada jumlah bakteri koliform bahkan jumlah bakteri E.coli juga tidak ada dan hal ini sudah sesuai dengan standar baku mutu air minum dengan jumlah bakteri koliform dan E.coli adalah 0 org/100ml. Namun ketika tegangan dinaikkan dari 3 volt menuju 5 volt dan 7 volt jumlah bakteri koliform dan bakteri E.coli terus meningkat, seperti yang terlihat di grafik pada gambar 4 hingga jumlah bakteri koliform dan bakteri E.coli adalah 233 org/100ml dan 38 org/100ml sedangkan ketika tegangan dinaikkan menuju ke voltase 10 jumlah bakteri koliform dan bakteri E.coli samasama menjadi 50 org/100ml. Ketidakstabilan jumlah hasil analisis bakteri koliform dan bakteri E.coli kemungkinan dapat dikarenakan beberapa faktor seperti sampel yang diambil tidak langsung dianalisis. Bakteri adalah suatu organisme makhluk hidup yang terus menerus berkembang biak dengan cepat dalam jangka waktu yang tidak lama. Penggunaan sampel air yang sama ketika sedang dalam proses elektrolisis yang lain dalam jangka waktu tertertu, berkemungkinan sampel air dengan kandungan bakteri didalam sampel air tersebut telah berkembang biak dengan membelah sel, sehingga jumlah bakteri pada sampel air tersebut telah bertambah dari jumlah organisme bakteri sebelumnya, sehingga mengakibatkan jumlah bakteri pada proses analisis terus meningkat dan tidak stabil.
39 Faktor lain bisa disebabkan karena faktor elektroda karbon yang secara terus-menerus digunakan tanpa dibersihkan terlebih dahulu atau disterilisasi terlebih dahulu sehingga kemungkinan bakteri yang menyerap didalam pori-pori karbon dan pada saat digunakan kembali bakteri yang terserap didalam elektroda karbon tersebut belum mati dan bahkan bakteri-bakteri tersebut berkembang biak didalamnya sehingga jumlah bakteri terus meningkat. 5.4 Analisis Kandungan Klorida (Cl - ) Berdasarkan hasil pemeriksaan kandungan klor (Cl - ) pada sampel air yang telah dilakukan elektrodesinfeksi yang dilaksanakan di Laboraturium Penelitian Kimia FMIPA Universitas Islam Indonesia dengan menggunakan cara SNI 06-6989.19-2004 berdasarkan metode argentometri. Tabel 6. Hasil analisis klorida sampel Jenis Sampel Volume Titran/ Kadar Klorida AgNO 3 (ml) Sampel (mg/l) Blanko 0,4 - Sebelum Elektrolisis 0,5 1,928 Variasi Waktu 2 menit 0,5 1,928 Variasi Waktu 5 menit 0,5 1,928 Variasi Waktu 15 menit 0,5 1,928 Variasi Waktu 20 menit 0,5 1,928 Variasi Konsentrasi 1 ppm 0,6 3,856 Variasi Konsentrasi 1,5 ppm 0,6 3,856 Variasi Konsentrasi 2 ppm 0,7 5,785 Variasi Konsentrasi 3 ppm 0,7 5,785 Variasi Tegangan 3 Volt 0,5 1,928 Variasi Tegangan 5 Volt 0,5 1,928 Variasi Tegangan 7 Volt 0,5 1,928 Variasi Tegangan 10 Volt 0,5 1,928
40 Tabel 6 menunjukkan jumlah klorida dari sampel-sampel yang diujikan adalah 1,928 mg/l-5,785 mg/l. Pada hasil analisis klorida pada variasi waktu 2 menit, 5 menit, 15 menit, dan 20 menit hasil kadar klorida sama yaitu 1,928 mg/l. Pada hasil analisis klorida pada variasi konsentrasi 1,0 ppm, 1,5 ppm, 2 ppm, dan 3 ppm menunjukkan hasil analisis klorida secara berturut-turut adalah 3,856 mg/l, 3,856 mg/l, 5,785 mg/l dan 5,785 mg/l sedangkan pada hasil analisis klorida variasi tegangan 3 volt, 5 volt, 7 volt, dan 10 volt hasil kadar klorida sama yaitu 1,928 mg/l dimana dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa angka tersebut jauh dari angka batas baku mutu air minum yaitu 250 mg/l. Penentuan kadar klorida (Cl - ) pada penelitian ini dilakukan sebagai uji parameter kimiawi sebagai persyaratan kualitas air minum. Parameter kimiawi merupakan salah satu persyaratan kualitas air minum karena kandungan klorida pada air minum. Pada penentuan klorida dengan metode argentometri ini diperoleh hasil yang sudah berada dalam spesifikasi mutu yang ditetapkan yaitu maksimum 250 mg/l. Terjadi reaksi pada proses titrasi ini : 2 AgNO 3 + K 2 CrO 4 Ag 2 CrO 4 + 2 KNO 3 5.5 Analisa Kandungan Gas Klorin (Cl 2 ) Berdasarkan hasil pemeriksaan kandungan gas klorin (Cl 2 ) pada sampel air yang telah dilakukan elektrodesinfeksi yang dilaksanakan di Laboraturium Penelitian Kimia FMIPA Universitas Islam Indonesia. Reaksi percobaan yang terjadi adalah : Cl 2 + 2 KI I 2 + 2 KCl I 2 + Na 2 S 2 O 3 + amilum Na 2 S 2 O 6 + 2NaI
41 Metode uji yang digunakan menjelaskan bagaimana cara penentuan sisa klor dalam air, dimana klorin akan membebaskan I 2 dari Kalium Iodida (KI) pada ph 8. Iodin yang dibebaskan kemudian dititrasi dengan Natrium Tiosulfat (Na 2 S 2 O 3 ) dengan menggunakan amilum sebagai indikator. Pada hasil pemeriksaan kandungan gas klorin (Cl 2 ) pada sampel air yang telah dilakukan elektrodesinfeksi ini setelah proses titrasi, semua menunjukan hasil negatif mengandung gas klorin dengan tidak adanya perubahan warna. Hal ini kemungkinan dikarenakan gas klorin yang mudah menguap. Semakin besar tegangan listrik yang diberikan semakin banyak gas klorin yang dapat diproduksi oleh karena itu pada penelitian elektrodesinfeksi ini gas klorin tidak terbentuk karena menggunakan tegangan listrik yang kecil dan konsentrasi NaCl yang kecil. Klorin sangat mudah menguap dan sangat mudah bereaksi dengan air. Kandungan air di udara khususnya di atmosfer mengakibatkan zat klorin mudah menguap yang berupa penguapan air laut yang membawa zat klorin (Cl) sehingga lapisan ozon pun mudah juga berlubang oleh karena itu gas klorin tidak mudah dilakukan analisis kuantitatif. Khlor dapat terikat senyawa organik berbentuk (Cl- HC) dan bersifat karsinogenik. Nilai sisa klor harus pas, tidak boleh berlebih karena akan bereaksi dengan metil (sisa dekomposisi) yang akan terbentuk Tri halo metan (THM) yang menyebabkan kanker kandung kemih.