BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian tentang pengaruh elektrodisinfeksi terhadap Coliform dan E.Coli dalam air dengan menggunakan elektroda platina-platina (Pt/Pt) dilakukan di Laboratorium Penelitian Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Islam Indonesia. Sampel air yang sudah dielektrolisis kemudian dianalisis dengan menggunakan metode MPN (Most Probable Number) untuk mengetahui pengurangan jumlah bakteri Coliform dan E.Coli yang terdegradasi akibat dari proses elektrolisis. Selain itu juga dilakukan pengukuran ph, serta uji peroksida dengan menggunakan Spektofotometer UV- Vis double beam. Uji peroksida dilakukan untuk mengetahui peroksida yang terbentuk ketika proses elektrolisis berlangsung. 5.1 Proses Elektrodisinfeksi dengan Menggunakan Elektroda Platina (Pt) Proses elektrolisis pada penelitian ini menggunakan beberapa komponen yaitu reaktor elektrolisis dan juga elektroda (katoda anoda) platina (Pt). Elektroda berfungsi sebagai penghantar arus listrik dari sumber arus (power supply DC) menuju sampel air sehingga terjadi proses elektrolisis. Elektroda dipasang dibagian dalam reaktor dan dalam kondisi steril serta tertutup, tujuannya agar mengurangi kontaminan dari lingkungan luar sehingga nantinya dapat mempengaruhi hasil proses elektrolisis. 31
Platina digunakan sebagai katoda (negatif) dan anoda (positif) dikarenakan sifatnya yang inert (tidak mudah teroksidasi), tidak mudah korosif serta stabil apabila dialirkan listrik dengan tegangan tinggi. Penggunaan platina (Pt) sebagai elektroda karena sifatnya tidak mudah teroksidasi. Elektroda yang baik adalah elektroda yang memiliki sifat kestabilan, konduktivitas, inert dan elektrokatalis yang baik. Proses elektrolisis dilakukan dengan variasi tegangan sebesar 2,8; 5; 10; 15; dan 20 volt dengan waktu yang sama yaitu 1 jam,. Selama proses elektrolisis berlangsung diperoleh pengamatan yaitu terbentuk gas atau gelembunggelembung yang menempel pada elektroda. Menurut (Sunarya, 2007) gas atau gelembung gelembung yang terbentuk pada katoda (negatif) menghasilkan atau terbentuk gas hidrogen (H 2 ) sedangkan pada anoda (positif) terbentuk gas oksigen (O 2 ). Katoda merupakan tempat terjadinya reduksi sedangkan pada anoda merupakan tempat terjadinya oksidasi. Sampel air yang sudah dielektrolisis kemudian dianalisis dengan metode MPN (Most Probable Number) untuk mengetahui penurunan jumlah Coliform dan E.Coli sebelum dan sesudah dilakukan elektrolisis. Prinsip dasar proses elektrodisinfeksi adalah kontribusi utama dalam proses disinfeksi adalah OH. Hal ini berdasarkan pada reaksi oksidasi anoda dan reduksi katoda yang dipaparkan oleh penelitian (Li, 2004). Mekanisme pembentukan OH dalam proses elektrolisis dapat diketahui pada reaksi oksidasi anoda dan reduksi katoda berikut ini: 2H 2 O 4H + + 4e - + O 2 32
4H 2 O + 4e - 2H 2 + 4OH - Atom hidrogen (H) menjadi salah satu tahap-tahap peralihan dalam pembentukan molekul hidrogen dalam reaksi reduksi katodik. Urutan reaksi dari atom hidrogen: H* + O 2 HO 2 HO 2 + H* H 2 O 2 Dalam reaksinya, di mana elektroda yang terbuat dari logam (M), hidrogen peroksida mengambil bagian dalam menghasilkan reaksi radikal hidroksil ( OH): H 2 O 2 + M 2+ M 3+ +. OH + OH - (LaConti, 2003) Pembentukan hirogen peroksida (H 2 O 2 ) selanjutnya dibuktikan dan dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis Hitachi U-2010. Langkah akhir dari penelitian dilakukan pengamatan ph dengan menggunakan ph meter Ohaus pada masing-masing perlakuan elektrolisis. 5.2 Pengaruh Variasi Tegangan terhadap Efektivitas Elektrodisinfeksi pada Coliform dan E.Coli Penelitian ini menggunakan variasi tegangan sebesar 2,8; 5; 10; 15; dan 20 Volt dengan waktu elektrolisis selama 1 jam. Hasil pengamatan pada saat proses elektrolisis adanya pembentukan gelembung gas pada anoda dan katoda. Semakin tinggi potensial yang digunakan maka produksi gelembung gas pada anoda maupun katoda sebagian banyak. Pada proses elektrolisis anoda mengalami oksidasi sedangkan katoda mengalami reduksi. Pada tegangan 2,8 Volt menghasilkan gelembung gas sangat sedikit, sedangkan pada tegangan 5; 10, 15 33
serta 20 Volt memproduksi gelembung gas yang lebih banyak, produsi gelembung gas lebih banyak dihasilkan di katoda karena pada katoda terjadi proses reduksi. Tabel 1. Data hasil pengujian Coliform pada air dengan berbagai variasi tegangan No Parameter Satuan Hasil Uji 1 Golongan Coliform *a air sebelum dielektrolisis MPN/100 ml a 2,8 V 5 V 10 V 15 V 20 V 24 11 0 0 29 8 35 30 Coliform 25 20 Coliform 15 10 5 0 0 2,8 5 10 15 20 Potensial (Volt) Gambar 6. Pengaruh tegangan (Volt) pada proses elektrolisis terhadap jumlah Coliform dengan waktu elektrolisis selama 1 jam Berdasarkan Tabel 1 dan Gambar 6 dapat ditunjukkan bahwa penurunan jumlah Coliform menurun secara signifikan dari tegangan sebesar 2,8 Volt sampai dengan tegangan sebesar 10 Volt, dari jumlah awal sebelum dielektrolisis Coliform 24 MPN/100 ml menjadi 0 MPN/100 ml Berdasarkan potensial oksidasi relatif (Relative Oxidation Potentials) beberapa senyawa desinfektan 34
seperti yang dijelaskan oleh (Rice, 1989) pada tegangan 2,8 Volt pada proses elektrolisis akan membentuk senyawa desinfektan yang berupa radikal hidroksi ( OH), dengan adanya pernyataan yang dikutip dari (Rice, 1989) tersebut jadi kemungkinan penurunan jumlah Coliform pada air setelah melalui proses elektrolisis disebabkan oleh adanya radikal hidroksil ( OH), Penjelasan sebelumnya telah menyatakan bahwa radikal hidroksil ( OH) yang terbentuk berasal dari hidrogen peroksida yang mempunyai bagian dalam pembentukan radikal hidroksil ( OH). yang terdapat pada air selama proses elektrolisis berlangsung. Tegangan 15 Volt dan 20 Volt menunjukkan hasil yang tidak signifikan karena pada tegangan tersebut bakteri Coliform tidak mengalami penurunan tetapi mengalami kenaikan apabila dibandingkan dengan jumlah Coliform sebelum dielektrodisinfeksi, kemungkinan pada proses ini terjadi kontaminasi dari lingkungan luar pada saat proses analisis bakteri maupun pada proses elektrodisinfeksi, dan juga dapat disebabkan dengan penurunan fungsi elektroda platina (Pt) karena adanya tegangan tinggi yang digunakan yaitu 15 Volt dan 20 Volt. Semakin besar tegangan yang digunakan pada proses elektrolisis dengan waktu yang sama (1 jam) setidaknya memberikan efek terhadap pengurangan jumlah Coliform pada air meskipun hasil yang ditunjukkan antara variasi tegangan (Volt) yang digunakan dengan bakteri Coliform yang terbunuh tidak signifikan. 35
Tabel 2. Data hasil pengujian Eschericia Coli pada air dengan berbagai variasi tegangan No Parameter Satuan Hasil Uji 1 Golongan E. Coli *a air sebelum dielektrolisis MPN/100 ml a 2,8 V 5 V 10 V 15 V 20 V 14 11 0 0 14 8 16 14 E.Coli E.Coli (CFU/mL) 12 10 8 6 4 2 0 0 2,8 5 10 15 20 Potensial (Volt) Gambar 7. Pengaruh tegangan (Volt) pada proses elektrolisis terhadap jumlah E.Coli dengan waktu elektrolisis selama 1 Jam Berdasarkan Tabel 2 dan Gambar 2 juga terjadi penurunan jumlah E.Coli dari tegangan 2,8 Volt sampai dengan tegangan 10 Volt, hal ini sama dengan penurunan yang ditunjukkan pada Coliform. Selanjutnya dengan tegangan 15 Volt terdapat kenaikan E. Coli dengan jumlah sama seperti sebelum dilakukan elektrolisis yaitu 14 MPN/100 ml. setelah dielektrolisis dengan tegangan 20 Volt terdapat penurunan kembali menjadi 8 MPN/100 ml. 36
Penurunan yang tidak signifikan pada variasi tegangan yang dilakukan dalam penelitian ini kemungkinan dapat dipengaruhi dari proses elektrolisis yang kurang sempurna maupun pada proses analisis bakterinya. Dilihat dari beberapa variasi tegangan yang dipakai dan berdasarkan hasil yang ditunjukkan bahwa sedikit lebihnya penambahan tegangan (volt) sangat berpengaruh pada proses elektrolisis. Hasil yang ditunjukkan oleh beberapa tegangan yang digunakan pada proses elektrolisis bahwa besar tegangan yang efektif untuk membunuh ataupun mengurangi Coliform dan E.Coli dengan menggunakan elektroda Platina (Pt) adalah pada variasi tegangan 5 dan 10 Volt,karena pengurangan jumlah Coliform dan E.Coli hasilnya adalah 0 dengan kata lain bakteri Coliform dan E.Coli terbunuh dengan sempurna. 5.3 Pengaruh Konsentrasi H 2 O 2 terhadap Efektivitas Elektrodisinfeksi pada Coliform dan E.Coli Konsentrasi H 2 O 2 yang terbentuk pada saat proses elektrodisinfeksi diukur dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis double beam Hitachi U-2010. Konsentrasi H 2 O 2 yang terbentuk pada saat proses elektrodisinfeksi mempunyai hubungan yang positif terhadap bakteri Coliform maupun E.Coli yang terbunuh. Pengukuran H 2 O 2 dengan spektrofotometer UV-Vis double beam Hitachi U- 2010 dilakukan dengan beberapa langkah diantaranya adalah melakukan standarisasi larutan H 2 O 2 dengan menggunakan Na 2 S 2 O 3 1N. Proses satndarisasi dilakukan untuk mengetahui konsentrasi yang sesungguhnya dari larutan Na 2 S 2 O 3. 37
Proses standarisasi H 2 O 2 menggunakan titrasi iodometri (titrasi tidak langsung). Penggunaan titrasi iodometri karena H 2 O 2 merupakan suatu oksidator. Penggunaan reagen dalam proses standarisasi H 2 O 2 seperti HCl berfungsi sebagai pembentuk suasana asam, sedangkan KI berfungsi sebagai oksidator, ammonium molibdat sendiri berfungsi sebagai katalis yang akan mempercepat proses reaksi. Amilum digunakan sebagai indikator yang diikuti dengan perubahan warna biru yang menandakan terbentuknya I 2, amilum juga biasa digunakan sebagai indicator reagen KI. Selain proses standarisasi H 2 O 2 juga dilakukan proses standarisasi Na 2 S 2 O 3. Standarisasi dilakukan dengan menggunakan K 2 Cr 2 O 7, karena larutan K 2 Cr 2 O 7 merupakan larutan standar primer sedangkan Na 2 S 2 O 3 sebagai latutan standar sekunder. Reagen yang digunakan dalam proses standarisasi Na 2 S 2 O 3 sama halnya seperti proses standarisasi H 2 O 2. Reaksi yang terjadi pada proses standarisasi H 2 O 2 adalah: H 2 O 2 + 2H + + 2e - 2H 2 O 2I - I 2 + 2e - (Katoda) (Anoda) H 2 O 2 + 2H + + 2I - 2H 2 O + I 2 2S 2 O 3 2- S 4 O 6 2- + 2e - I 2 + 2e - 2I - (Anoda) (Katoda) 2S 2 O 3 2- + I 2 S 4 O 6 2- + 2I - 38
Reaksi yang terjadi pada proses standarisasi Na 2 S 2 O 3 : Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e - 2Cr 3+ + 7H 2 O (l) 2I - I 2 + 2e - (Katoda) (Anoda) Cr 2 O 7 2- + 6I - + 14H + 2Cr 3+ + 3I 2 + 7H 2 O 2S 2 O 3 2- S 4 O 6 2- + 2e - Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e - 2Cr 3+ + 7H 2 O (l) (Anoda) (Katoda) 6S 2 O 3 2- + Cr 2 O 7 2- + 14H + 3S 4 O 6 2- + 2Cr 3+ + 7H 2 O (l) A B C D E Gambar 8. Hasil uji peroksida pada sampel air setelah dielektrolisis dengan waktu 1 jam dan variasi tegangan (A) 2,8 V; (B) 5 V; (C) 10 V; (D) 15 V; (E) 20 V. Tabel 3. Hubungan antara variasi tegangan (Volt) dengan konsentrasi H 2 O 2 yang terbentuk pada proses elektrodisinfeksi No Tegangan (Volt) Absorbansi Konsentrasi (mg/l) 1 2,8 0,016 0,0138 2 5 0,183 0,2565 3 10 0,065 8,504 4 15 0,019 0,0181 5 20 0,029 0,0327 39
KONSENTRASI (mg/l) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0.0138 0.2565 9 0.0181 0.0327 konsentrasi (mg/l) absorbansi 0 2,8 5 10 15 20 Volt Gambar 9. Hubungan antara variasi tegangan (Volt) dengan konsentrasi H 2 O 2 yang terbentuk pada proses elektrodisinfeksi Pada tabel 3 dan Gambar 9 dapat diketahui bahwa hubungan antara variasi tegangan (Volt) dengan konsentrasi H 2 O 2 yang terbentuk pada proses elektrodisinfeksi tidak menunjukkan hubungan yang signifikan. Konsentrasi H 2 O 2 terbesar ditunjukkan pada tegangan (Volt) 5 V dan 10 V, apabila dibandingkan dibandingkan dengan jumlah bakteri yang terbunuh, pada tegangan (Volt) 5 V dan 10 V bakteri Coliform dan E.Coli terbunuh semua. Jadi dapat diasumsikan bahwa konsentrasi H 2 O 2 yang terbentuk pada proses elektrodisinfeksi bebrpengaruh terhadap kematian bakteri Coliform dan E.Coli. Mekanisme kematian sel bakteri oleh H 2 O 2 dikarenakan berkurangnya permeabilitas sel yaitu sifat ataupun kemampuan dari suatu membran untuk dapat dilewati oleh suatu zat. Selain oleh faktor tegangan kematian bakteri Coliform dan E.Coli juga disebabkan oleh OH yang terbentuk dari H 2 O 2. Pembentukan OH ditunjukkan pada reaksi berikut: 40
2H 2 O 4H + + 4e - + O 2 4H 2 O + 4e - 2H 2 + 4OH - Atom hidrogen (H) menjadi salah satu tahap-tahap peralihan dalam pembentukan molekul hidrogen dalam reaksi reduksi katodik. Urutan reaksi dari atom hidrogen: H* + O 2 HO 2 HO 2 + H* H 2 O 2 Dalam reaksinya, di mana elektroda yang terbuat dari logam (M), hidrogen peroksida mengambil bagian dalam menghasilkan reaksi radikal hidroksil ( OH): H 2 O 2 + M 2+ M 3+ +. OH + OH - (LaConti, 2003). Tegangan akan merusak dinding-dinding sel bakteri sehingga akan meningkatkan permeabilitas sel, dalam hal ini tubuh bakteri tidak dilindungi oleh dinding sel karena dinding sel telah rusak, kemudian OH yang terbentuk dari H 2 O 2 akan menembus sitoplasma yang tersusun atas protein dan DNA. OH akan berperan aktif untuk mempercepat kematian bakteri. Langkah akhir dari penelitian ini adalah melakukan pengamatan ph dengan menggunakan ph meter Ohaus pada masing-masing air yang sudah dielektrolisis dengan beberapa variasi tegangan. 41
Tabel 4. Hasil pengukuran ph pada air setelah proses elektrolisis dengan beberapa variasi tegangan No Perlakuan ph 1 0 V 8,36 2 2,8 V 8,21 3 5 V 8,17 4 10 V 7,66 5 15 V 8,11 6 20 V 8,09 8.6 8.4 PH ph 8.2 8 7.8 7.6 7.4 PH 7.2 0 2,8 5 10 15 20 potensial (Volt) Grafik 10. Hasil pengukuran ph air setelah dielektrolisis dengan beberapa variasi tegangan (Volt) Berdasarkan tabel 4 dan Gambar 10 dapat diketahui bahwa dengan adanya proses elektrolisis dengan berbagai variasi tegangan (Volt) tidak begitu berpengaruh 42
terhadap perubahan ph air yang dielektrolisis karena jika dibandingkan PH awal air sebelum dielektrolisis dengan ph air setelah dielektrolisis tidak berubah begitu besar masih kisaran 8, hanya saja pada variasi tegangan 10 Volt ph yang ditunjukkan mengalami penurunan sedikit yaitu kisaran ph 7,66. ph air yang diukur cenderung basa dikarenakan adanya pembentukan OH - yang cenderung lebih dominan pada proses oksidasi reduksi pada saat proses elektrodisinfeksi, berikut reaksi yang terjadi: 2H 2 O 4H + + 4e - + O 2 (anoda) 4H 2 O + 4e - 2H 2 + 4OH - (katoda) Hasil ph air yang terukur jika dibandingkan dengan literartur sesuai Standar Baku Mutu Air Bersih No. 416/Menkes/ Per/ IX/1990 bahwa ph air bersih kisaran ph 6,5-8,5, jadi masih memenuhi syarat dan ketentuan ataupun baku mutu apabila digunakan. Tabel 5. Hubungan antara variasi tegangan (Volt) dengan Coliform dan E. Coli yang terbunuh serta H 2 O 2 yang terbentuk pada proses elektrodisinfeksi No Tegangan (Volt) Coliform (MPN) E.Coli (MPN) Konsentrasi H 2 O 2 (mg/l) 1 2,8 11 11 0,0138 2 5 0 0 0,2565 3 10 0 0 9 4 15 29 14 0,0181 5 20 8 8 0,0327 43
Tegangan (Volt) 30 25 Coliform (MPN) E.Coli (MPN) 20 15 Konsentrasi H2O2 (mg/l) 10 5 0 1 2 3 4 5 Gambar 11. Hubungan antara variasi tegangan (Volt) dengan Coliform dan E.Coli yang terbunuh serta H 2 O 2 yang terbentuk pada proses elektrodisinfeksi Hubungan antara variasi tegangan (Volt) dengan Coliform dan E. Coli yang terbunuh serta H 2 O 2 yang terbentuk pada proses elektrodisinfeksi ditunjukkan pada tabel dan gambar dimana dapat diketahui bahwa antara tegangan (Volt) dengan Coliform dan E. Coli yang terbunuh serta H 2 O 2 yang terbentuk pada proses elektrodisinfeksi tidak menunjukkan kenaikan yang signifikan. Hal ini dapat dipengaruhi oleh dari proses elektrodisinfeksi yang dilakukan, proses analisis bakteri serta pengukuran H 2 O 2 yang kurang optimal. 44