Aglls Pllr/vadi, dkk ISSN 02 I6 - 3 I 28 21

RANCANG BANGUN OZONIZERGANDA DAN MANFAATNYA

JINJING SALURAN

Agus Purwadi, Widdi Usada, Suryadi, Isyuniarto dan Sri SukmajayaPushtbang Teknologi Maju BATAN, Yogyakarta

ABSTRAK

RANCANG BANGUN OZONIZER JINJING SALURAN GANDA DAN MANFAAT-NYA. Telah diral/cal/gdal/ dibuat satu Ul/it ozol/izer jil/jil/g salrmIII gal/da dan metode pel/gukuran hasi/nya. Dua salural/ gasmasukan identik masil/g-masil/g merupakal/ celah sempit dial/tara dielektrik dal/ katoda terletak disepanjal/g tab wIg lucutal/. Katoda dal/ al/oda dibuat dari bahal/ stail/less steel (SS) dal/ aluminium (AI)

bentuk si/inder dengan garis tengah masing-mGsing 25,5 mm dal/ 14,5 mm, panjang dan tebal sall/a yakni120 mm dal/ I 11/111,sedal/g dideklrik dihulll dari hllhlln sililJ(lcr geills dengan garis lengah 18 I//ln, pal/jallg170 mm dal/ tebal 1,6 mm. Uji coba alat dilllkukan dengall mel/ggllllllkan tegangall lucut 25 k V del/gan

frequel/si 1,5 kHz. 1denti(ikasi lerhenlukl/ya glls OZOI/ditandai dengan adal/ya bau khas ozon serta dapatlerpisallllya molekul yodium (\\'ama klll/ing) dari lant/al/ kalium yodida yang terkontamil/asi glls keluaranozonizer. Dengan mengglll/lIkan melode serapal/ dil/llljukkal/ bahwa kecepatal/ produksi OZOI/rerataadlliah 0,04 mg/dt /IIltuk keceplltal/ aliI' gas masukan udara sebesar 2,50 Ipm. Prodllksi OZOI/del/gal/spesifikasi tersebut dapal dimafaalkal/ 1IIlwk mel/gural/gi/memh/llwh bakteri £. Coli selama kurllll waktuoptimum 50-60 mel/it.

ABSTRACT

CONSTRUCTION OF THE DOUBLE CHANNELS PORTABLE OZONIZER AND ITS ADVENTAGE. It has

been cOl/structed the double chal/nels portable ozol/i:cr al/d measurement method of its yield. Calhode al/danode were made of stainless steel (SS) al/d allumil/ium (AI) iI/ the cylil/derform with diameters of 25.5 mmand 14.5 IIl11l,the equal length of 120 11/111as well as Ihe Ihickl/ess of I 111111respeclil'ely al/d Ihe dieleclricwas made of cylil/der glass with diameter of 18 mm. Ihe lel/gth of 170 IIl11llInd the thickl/ess of I. 6 1///11.Thetestil/g of apparatus was carried out by usil/g discharge I'ollage of 25 k V and frequel/c:r of 1,5 kif:.1dentificaliol/ of the ozone gas occured \\'as marked by the existil/g of special ozone smell al/d Ihe separatiol/of yodium molecllie (yellow colour) from Ihe kalium yodida sollllion which contaminaled gas 0111pUI fromthe ozol/izer. By IIsing absorbing method cal/ be shown that the mean velocity of ozone production was 0.04mg/s for the flow rate of air gas inpul of 2,50 (pm. The ozol/e product with this specification can be used toreduce/kill the E. Coli baclery 01/ the optimum duratiol/ time of 50-60 mil/utes.

PENDAHULUAN

Gas ozon (03) dapat berfungsi sebagaipembersih, penghilang bau serta sebagai bahandesinfektan yang mampu membunuh semua mikro­organisme seperti bakteri, virus, jamur, benih dsb.Ozon merupakan bahan pengoksida yang sangatkuat kedua setelah f1uorin, dan kalau dibandingkanterhadap khlorin kekuatan ozon sebagai tenagadesinfektan bisa 3250 kali lebih cepat serta 50%lebih kuat tenaga oksidatifnyallJ. Mengingat akanefek kegunaan dan kelebihan ozon maka takmengherankan bila ozon hingga sekarang masihterus dimanfaatkan untuk sterilisasi air, udara danbahan makanan sehingga disamping bahan dapattahan lama juga bisa lebih aman untuk dikonsumsi.

Ozon scbclllm atall setelah bereaksi denganlInsur lain akan sclalu menghasilkan oksigen (02)sehingga tcknologi ozon sangat ramah lingkunganatall sering dikatakan ozon merupakan kimia hijallmasa dcpan. Ozon merupakan gas triatomicallotrope oksigen yang dapat tcrbentuk akibatadanya rekombinasi atom-atom oksigen. Ozon

merupakan gas yang hampir tak berwama denganbau yang khas sehingga dapat terdeteksi oleh inderacium sampai dengan konsentrasi 0,0 I ppm (part permillion). Konsentrasi ozon maksimum pada ruangterbuka adalah sekitar 0, I ° ppm, sedangkonsentrasi setinggi 1,00 ppm masih dapatdianggap tak berbahaya asal tidak terhirup ke dalamsa luran pemafasan hingga lebih dari 10 menit[2J.

Sifat terpenting ozon yang telah banyakdiketahui orang awam adalah .berkemampuanmenyerap radiasi tenaga tinggi berpanjanggelombang antara 220-360 nano-meter (om) yangmerupakan daerah spektrum ultraviolet (UV). lnimerupakan fungsi terpenting ozon di lapisanstratosfer yang dapat berguna sebagai pelindungdari bahaya radiasi ultraviolet (UV) matahari bagisegala makhluk hidllp di pem1llkaan bumi. Dilapisan atmosfir, secara alamiah ozon dibentuk oleh

adanya cahaya ultraviolet matahari atau adanyapetir yakni dengan memanfaatkan tenaganya untukmengeksitasi molekul-molekul oksigen ke tingkattenaga yang lebih tinggi untuk memproduksi atom­atom oksigen yang tak stabil. Atom-atom oksigen

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

22 ISSN 0216 - 3128 Agus Purwadi, dkk

Gambar 1. Skema ozonizer fl/cl/tan senyap

P= 4fCD[Cd(CD + Cc)] UMin (Up-UMin) (3)

Kalau tegangan lucutan UL adalah sebagaitegangan rerata yang menyeberang celah Illcutanselama fase lucutan aktif maka hubungannyaterhadap daya P dapat dinyatakan oleh persamaansebagai berikut :

Rumusan tenaga ini berlaku untuk Up ~ (CD+ Cd / CD X UL• Karena UL tak dapat diukursecara langsung, maka akan menguntungkan kalaubesamya tenaga P dinyatakan dengan rumusansebagai berikut:

(I)P = UL / ~T f 1 dt

Up ~ UMin dimana U~lin adalah tcganganeksternal yang diperlukan llntllk menopang Illclltan.Ketika U~lin dicapai maka aktivitas Illclltan mikrodimulai pula dan terus ber-tambah sampai teganganpllncak dicapai. Hal seperti ini diulangi lagidengan kejadian yang sarna pada setengahgelombang negatip berikutnya, seperti ditunjukkanpada Gambar 2.

Tegangan tinggi AC

DielekJik Elektroda..---

IUddld/~ W WW~~ (-.Lucutan senyap

Dimana ~ T adalah interval waktu selama

lucutan aktifyang mana dapat diperluas sampai faseaktif berikutnya dalam satu siklus/perioda. I adalaharus lucutan dan T periode dari tegangan bolakbalik yang dibebankan. Jika CD dan Cc masing­masing adalah kapasitan dari penghalang dielektrikdan cel;Jh lucutan, f = lIT adalah frequensi yangdipakai serta Up adalah tegangan puncak makatenaga yang didisipasi/ dihamburkan diberikan olehpersamaan :

elektroda tabung ozonizer lucutan senyap sehinggapada celah lucutan yakni pada daerah antara lapisandielektrik dengan elektroda akan terjadi lucutan­lucutan mikro yang sifat kelistrik-annya secarakeseluruhan dapat dijabarkan dengan kuantitasrerata(3].

tunggal yang biasanya berpresentase rendah akanbergabung dengan molekul oksigen membentukozon. Molekul ozon dalam kenyataannya tidakdapat berdiri sendiri tetapi harus merupakankombinasi dari 2 molekul yang masing-masingkeberadaan-nya sebagai resonansi tak teratur(resonance hybrid). Hal ini dapat terjadi karenapasangan elektron yang berperan dalam ikatanrangkap, kenyataannya dapat berpindah-pindah danmereka bebas untuk bergerak diantara atom-atomoksigen, yang berakibat atom oksigen yangditinggal-kannya menjadi bermuatan positip danatom oksigen lain yang ditujuJditempati elektronmenjadi bermuatan negatip. Oleh karenanya suatuketika jika dua atom oksigen yang salingberdekatan sama-sama bem1Uatan negatip ataupositip maka mereka akan saling tolak-menolak danapabila muatan itu berlawanan maka mereka akansaling tarik menarik sedemikian hingga atom-atompada molekul ozon dapat mengalami suaturesonansi yang tidak tentu.

Aplikasi ozon mempunyai banyak manfaatterhadap bidang teknologi lain seperti bidangkesehatan, industri makanan/ minuman dan tekstil,maka pembuatan generator/pembangkit ozon sangatperlu untuk direalisasikan. Hal ini juga mengingatbahwa sifat ozon di alam sangat tak stabilmengakibatkan ozon tidak dapat dipaketkan untuk

dibawa ke suatu tempat, sehingga ozon harus dibuatdi tempat yang yang memerlukan. Generator ozon(ozonizer) dengan saluran ganda dapat dibuat atasdasar metode lucutan senyap(sifent discharge)dimana lucutannya nyaris tidak terdengar selamaproses pembentukan ozon pada tabung ozonizerplasma berlangsung. Lucutan ini dapat direalisirdengan menga-lirkan gas udara atau oksigen padacelah sempit (ce\ah lucutan) diantara dua elektrodayang paling sedikit disalah satu pem1Ukaanelektrodanya dilapisi dielektrik (bahan isolator)yang biasanya terbuat dari bahan gelas, sedangsumber tegangan yang digunakan adalah sumbertegangan tinggi bolak-balik .. Dalam tulisan inidibahas tentang pengenalan pengertian ozonizerlucutan senyap, absorbansi tenaga radiasi padasuatu larutan, rancang bangun tabung pembangkitozon (sa luran ganda), pengujian alat meliputimetoda identifikasi dan penentuan prodllksi ozonyang dihasilkan serta aplikasi alat ozonizer llntllkmengll-rangi/membllnuh bakteri E. Colli.

TEORI

Ozoniser sailiran ganda dapat dijclaskandengan mcnggunakan skema ozonizer lucutansenyap scperti ditunjllkkan pada Gambar I.Tegangan Illar (cksternal) yang mel1lpakantcgangan tinggi AC dibcbankan pad a bagian

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Aglls Pllrwadi, dkk ISSN 0216 - 3128 23

Adanya dielektrik yang menutup salah satu

elektroda adalah merupakan fungsi kunci darikeistimewaan lucutan senyap dimana dielektrik

dapat berfungsi sebagai sumber filamen arus yangberisi elektron energetik (1-10 eV). Besarnya

tenaga ini merupakan daerah tenaga ideal untuk

terjadinya eksitasi dari partikel atom dan molekulsehingga mampu untuk memisahkan ikatan-ikatan

kimia suatu partikel[5]. Atom dan molekul yang

tereksitasi memiliki reaktivitas yang lebih tinggidaripada mereka yang dalam keadaan ground state.

Oleh karenanya penggunaan Jucutan senyap padaozonizer saluran ganda merupakan metoda yang

paling cocok untuk digunakan dalam bidang

aplikasi kimia plasma volum dibandingkan denganmodel lucutan tak seimbang lainnya seperti lucutan

bara (glow discharge) ataupun lucutan gelombangmikro.

Dalam volume lucutan, interaksi antar

partikel bermuatan (ion, elektron) dengan partikel

kimia lain (atom, molekul dan radikal) sangatmemegang peranan. Interaksi ini dapat merubah

partikel kimia, eksitasi molekul yang menimbulkan

disosiasi, sintesa atau membentuk jenis partikel

baru seperti ozon. Laju produksi ozon dapatditentukan dengan metode absorbansi (serapan)

atas dasar sifat ozon yang berkemampuan menyerap

radiasi yang berpanjang gelombang pendek (tenagatinggi) yakni pada daerah spektrum ultraviolet

(UV) .. Jika seberkas radiasi UV bertenaga awal Po

dilewatkan melalui sampel laruta maka sebagiantenaga radiasi tersebut akan deserap oleh larutan

dan sisa tenaga akan diteruskan. Perbandingan

antara tenaga radiasi yang diteruskan (P) terhadapradiasi awal (Po) disebut transmi-ansi (1') yangdapat dirumuskan sebagai :

Persamaan (6) merupakan persamaansederhana yang mudah diingat dan sangat bermaknakarena kalau diketahui data transmitansi dinyatakan

Kalau transmitansi l' dinyatakan dalam

prosen (%) maka %1' = 1001', sedang absorbansi Adapat dituliskan sebagai :

Menggunakan persamaan (4) dan transmi­

tansi dinyatakan dalam %1' maka persamaan (5)dapat dituliskan sebagai :

..·..·..···0

·..~..T2 Um1n

...... ..!.

Gambar 2. Skema tegangan lucutan dan aktivitaslucl/tan mikro

Selama tegangan ekstemal lebih kecil dari

UMin maka peralatan berkelakuan seperti kapasitasmurni Clot dan tak ada tenaga yang dihamburkan

(fase pasiv). Ketika tegangan U > UMin tegangancelah ditetapkan pada tegangan lucutan ± UI. dantenaga P diberikan oleh arus lucutan I dikalikan

dengan tegangan lucutan UI. (fase aktiv). Fase aktif

selalu dibatasi pada harga ekstrim teganganekstemal, dimana pada titik-titik ini dU/dt = 0 dan

tak ada pemindahan arus yang menyeberangdielektrik. Dari rumusan tenaga pada persamaan

(2) di atas, terlihat bahwa untuk harga-harga Cc

dan CD tertentu maka tenaga P hanya bergantung

pada frquensi f, tegangan puncak Up dan teganganlucutan UI. sedang untuk bentuk tegangan masukanyang berbeda adalah tak berpengaruh. Demikian

halnya kalau tegangan puncak Up telah ditetapkan

serta Cc dan CD tertentu maka tenaga P hanyasebanding dengan frequensi f. 1'egangan lucutan

UI. adalah kuantitas turunan yang mana dapatsegera dihitung setelah UMin terukur. Harga UI.bergantung pada jenis gas masukan, jarak celahlucutan dan tekanan tabung lucutan.

Sumber daya tegangan bolak-balik denganfreqllensi orde kilo Hertz (kHz) merupakankomponen pendukung yang sangat penting dalam

rangkaian unit ozonizer. Komponen pendukung

tersebut terdiri dari rangkaian osilator, rangkaianpenguat daya dan rangkaian penguat tegangan.

Pada awalnya rangkaian osilator memberikan sinyal

(pulsa) bolak-balik, kemudian dayanya ditingkatkanoleh rangkaian penguat daya dan selanjlltnya oleh

rangkaian pelipat tegangan (transfornlator tegangantinggi) tegangan keluaran dari rangkaian pengllatdaya ditingkatkan menjadi tegangan tinggil4J.

1'ransmitansi, l' = P / Po

Absorbansi, A = log (PIPo)

Absorbansi, A = 2 - log (%T)

(4)

(5)

(6)

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

24 ISSN 0216 - 3128 Agus Purwadi, dkk

dalam prosen, maka harga absorbansi (A) langsungdapat ditentukan. Jadi jika seberkas sinar UVdilewatkan suatu sampel larutan dengan tanpa adaabsorbansi (%T = 100) maka absorbansinya adalahnol dan jika semua tenaga sinar UV terse rap kedalam sampellarutan (%T = 0) maka absorbansinyaadalah tak berhingga.

TAT A KERJA

Baha" yang digunakan

1. Untuk idcntifikasi dan penentuan jumlahproduksi ozon, meliputi larutan penyerap(dikontaminasi oleh keluaran gas ozon daritabung lucutan) merupakan campuran antaralarutan standar 12dengan larutan pewama.

2. Bahan-bahan kimia yang digunakan untuklarutan standar 12 terdiri dari Kalium lodida(KI), lodium (12), dan air ultra mumi

3. Larutan pewarna menggunakan bahan Kaliumdihidrogcn phospat (KH2P04), Oinatriumhidrophospat (Na2HP04), KI dan air ultra mumi.

Pera/atan yung digllllukan

Peralatan yang digunakan dalam rancang

bangun ozonizer saluran ganda serta untukmengidentifikasi ozon yang dihasilkan meliputitabung lucutan ganda yang merupakan tempat

terjadinya proscs ozonisasi dari bahan gas alir

udara atau oksigen, pompa hisap sebagaipenghisap gas oksigen atau udara, kran dan

flowmeter untuk mengontrol aliran gas udara atauoksigen dimana kran digunakan untuk mematikan

aliran gas dari tangki reservoir, sedang volume gas

yang mengalir dapat dihitung pada kecepatan yang

telah ditentukan, sumber daya tegangan tinggibolak-balik orde kV untl.lk melucut elektroda dan

spectrometer HP 8452A untuk menganalisa larutanpenyerap (yang terkontaminasi ozon).

Tabung Luclltan Ganda

Peralatan tabung lucutan ganda yangmerupakan lcmpal penghasil ozon atall disebut juga

pembangkil ozon tlapat dirancang dengan benlukscpcrti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Bagian-bagian dari tabung lllcutan meliputi

(1) dielektrik gclas bentllk silinder dengan panjang17,0 mm, tcbal 1,6 mm dan diameter 18 mm, (2)elektroda dalam (anoda) terbllat dari bahan

alluminium (AI) bentuk silinder dengan panjang120 nun, tebal 1,00 mm dan diameter 14,5 nun,

(3) elektroda luar (katoda) yang terbuat bahan

stainless steel (SS) bentuk silinder dengan panjang120 nun, tebal 1,0 mm dan diameter 25,5 nun, (4)celah lucutan sebagai tempat aliran gas udara atau

oksigen dari lobang masukan udara, (5) penyanggasekaligus sebagai penutup ujung-ujung tabung

lucutan yang terbuat dari bahan fleksiglass denganpanjang 70 nun, lebar 70 mm dan teballO nun, (6)

lobang masukan yakni tempat masuknya udara atau

oksigen dari pompa udara yang terbuat bari bahan

besi dengan panjang 15 mm, tebal 0,5 mm dan

diameter 2 nun, (7) lobang keluaran ozon dengan

bahan dan ukuran sarna dengan lobang masukan,

(8) tenninal positip tempat untuk memasoktegangan tinggi positip dan tegangan negatipnyapad a (9) terminal negatip.

00'(1smM!. 3b.

Gamber3c. 0,

Gambar 3. Rancangan tabung lucutan salur

ganda, gambar 3a. Tampak depan,

gambar 3b. Tampak samping dan

Gambar 3c. Tampak atas

Komponcn Pcndukung

Komponen pendukung merupakan bahan

pelengkap yang diperlukan lIntuk dapatbcroperasinya ozonizer. Komponen tersebut

me1ipllti selang sa luran lIntuk masllkan lIdara dan

keluaran gas ozon dari tabung lucutan, pompaudara untuk menghisap udara dari udara di sekitar,

flow meter untuk mengukur kecepatan alir udarayang akan dibentuk ozon, timer untuk membatasi

waktu operasi ozonizer serta penentuan volume

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Agus PUrlvadi, dkk ISSN 0216 - 3128 25

udara yang dialirkan, kotak chasis dari logam/

allurni-nium digunakan untuk mengepak semua

komponen elektronik dan mekanik dari ozonizermenjadi satu satuan wadah yang apik , praktis dan

mudah dijinjing untuk dapat dibawa ke sembarang

tempat (portable).

10K

.12V

6•••

Gambar 4. Rmzgkaiall sumber daya tegallgalltillggi

Sumber Daya Tegangan Tinggi Bolak-Balik

Keberadaan komponen ini sangat mutlak

diperlukan dalam unit generator ozon yakni untukmelucut tabung lucutan tempat terjadinya proses

pembentukan ozon. Sumber daya tegangan tinggiyang digunakan terdiri dari komponen IC NE 555

sebagai osilator, transistor daya 2N3055 sebagai

penguat daya dan Ignition Coil 12V sebagai pelipat

tegangan. Skerna dari rangkaian sumber dayategangan tinggi yang digunakan adalah seperti

ditunjukkan pada Gambar 4.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pembuatan tabung ozonizer saluranganda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dansumber daya tegangan tinggi pada Gambar 4 telahdilengkapi dengan komponen selang saluran udara,pompa udara, flowmeter dan timer menjadi satuunit rangkaian elektronik dan mekanik dariozonizer saluran ganda yang kompak sepertiditunjllkkan pad a Gambar 6, scdang unit ozonizeryang telah dikemas rapi dan siap dioperasikan disembarang tempat (portable) dengan laju produksiozon scbesar 0,004 mg/dt adalah sepertiditllnjllkkan pada Gambar7.

Larutan standar 12 dibuat sebanyak 500 mldengan mencampurkan bahan 16 gr KI + 3,173 gr12 + air ultra mumi, sedang untuk larutan pewarnadibuat sebanyak 2 liter dengan mencampurkanbahan 27,22 gr KH2P04 + 28,4 gr Na2HP04 + 20gr KI + air ultra murni. Sampel yang telahdikontaminasi ozon selarna dalam waktu tertentu,

selanjutnya dianalisa dengan bantuan alatspektrometer HP 8425A untuk ditentukan hargaabsorbansinya (data absorbsi dapat langsungterbaca dari layar monitor komputer) yangselanjutnya digunakan untuk perhitungan penentuanlaju produksi ozon. Digunakan metode absorbsimengingat disamping ozon mempunyai sifatmenyerap terhadap sinar ultraviolet (UV) ozon jugadapat memisahkan yodium (12) dari larutanpotassium yodida (KI). Atas dasar kedua sifatinilah rnaka laju produksi keluaran gas ozon daripembangkit ozon dapat ditentukan1bl. Padapercobaan ini digunakan sinar UV yang berpanjanggelombang 352 nm (lampu cadmium yangterpasang pada alat spectrometer) untuk menyinarisampel (larutan) yang telah terkontaminasi gasozon. Kalau harga absorbansi sample telahdiketahui maka dengan menggunakan metodeabsorbansi laju ozon yang diproduksi dapatditentukan.

Gambar 5. Rallgkaiall pf!ra/atllll percohaallproduksi dl/Il idel/tifikasi 0201/

100

S55

71 61 4

1K

1K

10K

Cara Kerja

Produksi dan identifikasi ozon dapatdilakukan dengan skema peralatan percobaanseperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.Percobaan diawali dengan pengoperasian pompahisap udara yang besar kecepatannya dapat diteradengan flowmeter. Selanjutnya tabung lucut gandatempat ozon diproduksi dilucutkan dengan sumberdaya tegangan tinggi bolak-balik 25 kV,berfrequensi 1,5 MHz. Sampel (larutan enyerap)untuk pencntuan laju produksi ozon dipersiapkanuntuk dikontaminasi dengan keluaran gas ozon daritabung lllcut ganda. Larutan penycrap merupakancampuran larutan standar 12 dengan larutanpewarna.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta. 8 Juli 2003

26 ISSN 0216-3128 Agus Purwadi, dkk

Gambar 6. Rangkaian elektronik dan mekanikIInit ozollizer sailiran ganda

Gambar 7. Ozollizer .Hlllirall gallda portable de­IIgall lajll prodllksi OZOIl0,04 mg/dt

Uji coba alat telah dilakukan meliputiidentifikasi terbentuknya gas ozon serta penentuanlaju produksi ozon atau jumlah (berat) ozon yangdihasilkan persatuan waktu. Dari hasil percobaantelah terdctcksi bau khas (gas ozon) yang keluardari lubang keluaran tabung lucutan. Deteksisecara visual, juga telah tampak adanya perubahanwarna dari larutan kalium yodida (Kl) yang semulaberwarna jernih menjadi kuning (warna 12) setelahdikontaminasi dengan keluaran gas udara yangtelah dilewatkan tabung lucutan ganda. Hal iniberarti bahwa gas masukan udara pada tabunglucutan senyap tclah diubah mcnjadi gas ozonmengingat telah terjadinya reaksi :

2 KI+H20+O) -7 12 (hming) + 2 KOH + O2

Selanjutnya atas dasar reaksi di atas dapatditentukan konsentrasi ozon yang diproduksi olehkcdua tabung lucutan. Dari pcrsamaan reaksitcrlihat bahwa 1 gram molckul (grol) 12 dibcbaskanolch I gro} 0), schingga dengan Illcnggunakanlarutan pcnycrap standar 12 untuk mcnyerap gasozon maka dapat ditentukan konsentrasi 0) yangdihasilkan oleh pcmbangkit ozon. Grafik standaryang merupakan hubungan antara konsentrasi 12

terhadap harga absorbansi dapat dibuat dcngan caraIllcmvariasi konscntrasi larutan pcnycrap Icbihdulu, kCllludian masing-masing disinari UV selallla

waktu tertentu[6J, Karena absorbansi dari larutanpenyerap yang telah terkontaminasi gas ozon(keluaran tabung lucutan) dapat diukur denganbantuan alat spektrometer rnaka konsentrasi ozondapat ditentukan langsung dengan membanding-kanpada grafik standar.

Untuk menentukan gas ozon yangdiproduksi oleh tabung lucutan maka keluaran gasozon dikontaminasikan pada larutan penyerap (50rnI) selarna jangka waktu tertentu. Kecepatan alirangas rnasukan udara sebesar 2,5 liter/menit (lpm)dalam jangka waktu lucutan selama 3 detik rnakavolume gas udara yang (efektit) digunakan adalahsebanyak 0,125 liter. Larutan penyerap yang telahterkontaminasi gas ozon sclama 3 detik selanjutnyaditentukan harga absorbannya dengan spektrometerdan diperoleh sebesar 0,12. Dengan mengacu padagrafik standar diketahui bahwa pada absorbansisebesar 0,56 konsentrasinya adalah sebesar 5,13IlmoU50rnI diperoleh dalam jangka waktu selarna 3detik. Akhirnya dengan mengingat bahwa berat 1mol ozon adalah sebesar 24 gram, rnaka dapatdihitung laju/kecepatan rerata produksi ozon (daritabung lucutan tersebut) sebesar 0,04 milIi gramozon per detik (mg/dt) untuk gas rnasukan udaradengan kecepatan alir (debit) 2,50 liter per menit(Ipm).

Ozonizer jinjing dengan spesifikasi tersebuttelah diaplikasikan untuk mengu-rangi/membunuhbakteri Escherichia Coli (E. Coli) yakni dengankondisi pH 6,50 kernudian analisa bakteri E. Coliyang telah mendapat perlakuan (treatment) ozondilakukan di laboratorium air DepartemenKesehatan Sleman[7]. Hasil variasi waktu

pengalitan ozon terhadap jumlah bakteri E. Coliadalah scperti ditunjukkan pada ditunjukkan padaGambar 8.

~ 2000,.---- __n_." _.- __...8 '''''';; ,...lL 1400Iii 1100~ 1000'"'; ...-= soo'"'.i <GO

~ 200..,

10 20 so .co 60 10 to no 150 ,io

Waktu P_ngaUrlin az.~mglmnt) •

Gambar 8. Grajik hubungan antara waktupengaliran 020n terhadap jumlahbakteri E

Coli terlihat pada Gambar 8 bahwa untukwaktu pengaliran udara dari 0-30 menit jumlahbakteri masih tetap utuh yaitu 1898 Illpn/ 100011,halini karena sebagaian besar molckul ozon belumsalllpai menembus dinding sel atau hanya sebagiansaja dan itupun proses pcngikatan senyawa bahanorganik pada dinding sel oleh ozon belum terjadisehingga struktur sel (baik dalam dinding maupun

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Agus Purwadi, dkk ISSN 0216 - 3128 27

dalam sitoplasma) masih baik dan reaktivitas selmasih ada. Ilustrasi bentuk bakteri E. Coli dalam air

sebelum mendapat perlakuan ozon adalah sepertiditunjukkan pada Gambar 9, dan pada Gambar 10ditunjukkan ketika molekul ozonmenyerang/mendekati dinding bakteri E. Coli [8] •

Gambar 9. Bentuk bakteri E. Coli da/amair

Gambar 10. Mo/eku/ ozon da/am Air mendekati

din ding bakteri E. Coli

Kemudian perlakuan ozon terhadap air dari30-40 menit, terlihat jumlah bakteri mulai menurun

yakni tinggal 438 mpn/l00 ml dan belum semua

terbunuh, hal ini karena kerja/aksi ozon yangsifatnya menyerang dan langsung membunuh

bakteri E. Colli didalam air tidak terjadi secara

serempak. Sebagian besar bakteri yang matikarena te1ah mengalami proses pembunuhan oleh

ozon secara sempuma. Semula ozon yang telah

mendifusi ke dalam dinding sel mengikat senyawa

molekul organik dinding sel kemudian denganradikal bcbasnya (0 nakscn) mengoksidasi senyawaorganik sehingga merusak ikatan-kimia dalam sel

sepcrti ditllnjllkkan pada Gamba!" II.

Gambar 11. Radika/ bebas ozon (0 naksen)merusak ikatan kimia da/am se/

Karena dinding sel telah rusak maka

sitoplasma dibagian dalam bakteri yangmengandung protein, asam nukleat, lemak dankarbohidrat akan terhambur keluar dan struktur

baJ...'teriotomatis mulai rusak, seperti ditunjukkanpada gambar 12.

Gambar 12. Bakteri E. Coli dengan din ding se/yang te/ah dirusak o/eh ozon

Selanjutnya dengan berjalannya waktu maka

pengrusakan bakteri oleh ozon akan sempuma danotomatis reaktivitas sel diseluruh organ sudah tidak

ada lagi atau dengan kata lain bakteri telah mati,seperti ditunjukkan pada Gambar 13.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiahPenelitian Casar IImu Pengetahuan dan Teknologl NuklirP3TM-BATANYogyakarta, 8 Juli 2003

28 ISSN 0216 - 3128 Aglls PlIrwadi, dkk

Gambar 13. Bakteri E. Coli yang telah matiakibat pengrusakan oleh 02011

Dari hasil percobaan terlihat bahwapengaliran udara/ozon dari 40-50 menit jumlahbakteri tinggal 95 mpnilOOml, selanjutnya untukwaktu pengaliran udara 50-60 menit, jumlah bakteriE. Coli telah terbllnuh semua.

Perlu diketahui bahwa proses pembunuhanoleh ozon ini akan terjadi pada setiap bakteri E.Coli dengan kurun waktu yang jauh lebih cepat(bisa 3500 kali) bila dibandingkan denganmenggunakan bahan desinfektan lain yang biasadigunakan yakni bahan khlorin. Hal ini dapatterjadi mengingat oksidasi reaktif khlorin adalahasam hipokhlorat (hypochloric acid) yang manaterbentuk setelah khlorin terlarutkan dalam air.

Oksidan kuat ini selanjutnya harus mendifusimelalui dinding sel bakteri yang dalam hal iniadalah tidak mudah dan perlu waktu, barukemudian setelah sampai pada sitoplasma bakteriakan mengoksidasi enzim sehingga reaktifitasbakteri tidak ada Jagi, bakteri matil91. Jadi sama­sama sebagai bahan desinfektan disampingkecepatan membunuh bakterinya jauh lebih cepat,pemakaian ozon tidak punya efek samping yaknihasil reaksi ozon tidak akan meninggalkan residudan racun tapi malah memberikan oksigen yangsangat bergllna bagi semua makhluk hidup. Ozonjuga dapat menghilangkan bau/rasa dari suatubahan yang tidak sedap serta sebagai bahanpemutih yang tidak semua dipunyai oleh bahandesinfektan khlorin.

KESIMPULAN

I. Telah terkonstruksi satu unit alat portableozonizer saluran ganda siap pakai denganukuran pxlxt = (45x30xI0) cm. Alat terse butdilengkapi dengan panel-panel pengoperasiantegangan tinggi Iuclltan (I'oltmeter), durasiwaktu luclltan (timer) dan kecepatan alir udaramasllkan (flowmetcr).

2. Dengan menggunakan metode absorbsi telahterukur besar kecepatan rerata produksi ozonsebesar 0,04 mgldt untuk gas masukan udaraberkecepatan alir 2,50 Ipm. Hasil ini jauh lebihbaik (dua kali lipat) bila dibandingkan dengankalau hanya digunakan saluran tunggal (denganperlakuan pada kondisi parameter fisis yangsama).

3. Aplikasi ozonizer saluran ganda denganspesifikasi seperti pada no. 2 kalau digunakanuntuk perlakuan pada bakteri E. Coli yangterdapat dalam air, kurun waktu pengaliranudara (untuk dijadikan ozon) yang optimumadalah antara 30-60 menit.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan banyak terima kasihkepada Sdr. Isa Ansori, Sudaryanto, Ida Farida danTri Rusmanto atas bantuannya selama dalammerealisasi tabung lucutan sa luran ganda, analisislarutan penyerap (ozon) dalam penentuan lajuproduksi ozon dan pengaplikasian ozon untukmengurangi/membunuh bakteri E. Coli.

PUSTAKA

1. K. PATEL, et ai, What is ozon ?, OzonetekLimited, 30 Landons Road, Madras 6000 I0,India, 200 I.

2. A Service From The Canadian Center For

Accupational Health & Safety (CCOHS), BasicInformation On Ozone, February 19, 1999.

3. ULRICH KOGELSCHA TZ and B. Eliasson,Ozone Generation and Application, AseaBrown Boveri Baden, Switzerland, 1999.

4. WIDD! US ADA, dkk., Prosiding PPI LitdasIptek Nuklir P3TM-Batan Yogyakarta, 27 Juni2002.

5. BALDUR ELIASSON et a\., Modeling AndApplication Of Silent Discharge Plasmas, IEEETransactions On Plasma Science, Vo\. 19, No.2, April 1991.

6. AGUS PUR WAD! dkk., Pembentukan danPengukuran Prodllk Ozon Pada OzonizerPlasma, Pro siding PPI Litdas Iptek NuklirP3TM-Batan Yogyakarta, 7-8 Agustus 2001.

7. TRI RUSMANTO, Aplikasi Ozon UntukMengurangi Bakteri E. Colli Pada AirMinum,Skripsi S I, JlIrusan Teknik Lingkungan, Sekolah Tinggi Teknik Lingkungan 'YLH'Yogyakarta (2002).

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Agus Purwadi, dkk ISSN 0216 - 3128 29

8. ROBECCA AMATO, What is Ozone?,OSMONICS Inc., 1995-2002.

9. NN, Ozone in Water Treatment, ProgressiveEnvironmental Co, OSMONICS Inc., 1995­2002.

Agus Purwadi

Karena efisiensi UV dalam membunuhbakteri patogen kurang baik danpenggunaan ozon ramah lingkunganltanpa resiko radiasi.

Agus Purwadi

Ozon mempunyai potensial oxidasi 1,5kali lebill kuat dibandingkan eillorin dankeeepatan sebagai zat desinfektan(membunuh bakten) adalah 3250 kalilebih eepat serta hasil reaksi (oksidasi)adalah oksigen (ozon ramah lingkungan).

TANYAJAWAB

Samin

Ozon adalah gas beracun, sejauh mana arnandapat digunakan.

Agus Purwadi

Ya benar, namun dalam konsentrasildosis

antal'a 10.2 sid 10 ppm, dengan proseduryang betul ozon sangat berguna dalambidang industri tekstil, kedokteran danbidang pangan serla obat.

M. Yazid

Bagaiman kalau digunakan UY(bukan ozon)untuk sterilisasi air.

Supriyanto

Apa kelebihan ozondesinfektan kalaukhlorin.

sarna-sarna sebagai zatdibandingkan dengan

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

30 ISSN 0216 - 3128 Agll.I· 7'ajiazalli, tlkk

EVALUASI SEBARAN LOGAM Hg, Cd, Cr dan Co DALAMCUPLIKAN AIR, SEDIMEN DAN ENCENG GONDOKDILOKASI PERAIRAN SURABAYA III

Agus Taftazani, Sumining clan MuzakkyPllslitbal/g Tekl/ologi Majll BATAN, Yogyakarw

ABSTRAK

EVALUASI SEBARAN LOGAM Hg, Cd, Cr dal/ Co DALAM CUPLIKAN AIR, SED/MEN DAN ENCENGGONDOK DILOKASI PERAIRAN SURABA YA lll. Telah dilakllkan evaillasi sebaran kadar logam berat

dalam clIplikanlingkungan perairan sllngai SlIrabaya ke III dengall metode Allalisis Aktivasi Neutroll (AAN).Cllplikan diambil dari sUIIgai Morokrembangan dan sllllgai Kenjerall masing-masing dari 6 stasiun

I'el/galllf,i/<lll. ("Ill' Ii/.;<II1 air. s"dilll"11 dal/ el/cel/g gOl/do/.; dihaillskal/, dillOmgel/k(l/l kt'lIlIldial/ dir(l/Iillsid<'llglll/ jlll.\ I/eltlnlll l,u5xlUil n.cIII2.tleI' selllllla 12 jalll. Diperoleh dll/a, dallllll sellll/(/ Cllplik(l/l terdetehiI/IISllr /Y7Hg '77.6 /.;eV). .<ICr,320 k,'V), /l5Cd (527.7 keY) dan f>()Co, 1173, I keY). Kadar logalll her(1I Hg, Cd,Cr dal/ Co dlllalll air kedlla sl/llgai Slldllh lIlelalllpalli haws allllmng bakll mil/II Kep -02 /MEN KLH/I/1988,

sed(lIIgkan kadllr logam berat dalalll sedimen dan encel/g [londok heill/ll ada baklll/lltlll dal"i Men Kesehatanmall Mel/ KLH. Hllrga Fllktor Distribllsi (FIJ) sedilllel/ > FaklOr Bioakllllllliasi (FH) enceng gOllllok /III/Ilk

Ill/Sllr llg. Cd. Cr dlll/ Co.

ABSTRA CT

TlfIRD EVALUATION OF Hg, Cd, Cr III/d Co ELEAfENTS DISTRJl1UTlON IN \\'ATER. SEDIMENT AND\\'A TER HYACINTH FROM SURA/JA YA RIVER. I:'mlllatiol/ of hem'y IIIeta I elelllel/IS COII/elll of

e/ll'irol/Illel/wl .wlIll,les of K"l/jerlll/ IInd Moro/.;relllhlll/gal/ rin'rsSllrahllrll Ilsil/g NelllrOI/ ACli\'llliol/

Al/alrsi.l· (NAA) Techl/il{II" hm'e h,'en dOl/e. The e/ll'irol/Illel/l salllpies i.e. \\'II/('r, sedillll'llIlInd \I'/ller hYllcil/lhhm'" heel/ tllkel/ from 6 salllplil/[1 statiol/s at Morokrelllh(lIIgal/ and KI'I/jeral/ ri\'lTS. The salllpies hm'e heel/gril/d,'d. llOlIlogel/i:,'d al/(l 12 hOllrs irradiated IH' 1.05.dO" II.('m·:.se('·/ I/e/llrol/ jllIX. The elelllel/lS /Y7Hg

'77.6 keV).'ICr(320 kt>V), //.ICd (527.7 /';('\/) al/d I,"CO (1173. I /.;1'1') il/ all .WIIlPt.'S hm'e heel/ delee/ed. The

resllit shol\'ed Jillil the cOl/celllraliol/ of Hg. Cd. Cr al/d Co of \\'lIler salllple.l· I\'ere higher than Ihat I!f"

lIlaxillllllll palllinihie C())lc,'ll/ratiol/ for D-clan I\'ater accordil/g to Ihe Ihre.I·llOld I'aille decided hyE/II'in))/lIlel/wl Minisler, Ael. Kep.02 /MENKLH/I/1988. The COl/cell/ralion of Illose lIletals' il/ sedimell/ al/d

I\'aler hyacill/h salllpies cali/wI be evalllaled, becau.fe the reglliation relaled to the lIlaximlllll perlllissiblecOlIC/'lI/raliOlI of th,' heavl' metals decided by II/donesian Heallh Mil/ister or Envirol/mental Mil/isler Act are1101'/I·ailah/e. Th,' data sllOl\'('(IIIIat the di.l"/ri/mliOlI factor (FIJJ i ..f grell/er thal/ Ilwt Jill' hiotlccl/Il/lIlaliol/

fllClOr (FH) for Hg. Cd. Cr al/d Co elt'll/ell/s.

PENDAHULUAN

Adanya limbah induslri, bila kurang

sempurna pcngolahannya akan menjadi faklor yang

merugikan bagi lingkungan. Dcmikan juga halnya

pcrkcmhangan kawasan industri dan pemukiman

L ogam berat yang masuk kedalam lingkunganperairan dapat ditemukan dalam air. sedimen,dan organisme yang hidup di daerah tersebul,sehin\!\!a air. sedimcn dan or\!<lI1isme hidup dapat

digun~lian sebagai indikalor pe~ncemaran lautlll.

Setiap perairan memiliki kapasitas terima

(receil'illg capacity) yang terbatas terhadap bahan

pencemar. Dengan adanya peningkatan buangan air

limbah yang mengandung senyawa logam berat

beracun. cepat atau lambat hal tersebut akan

mengakibatkan kerusakan ekosistem perairan. Hal

ini karena logam beral sukar mengalami proses

pdapukan. baik seeara kimia, lisika maupun

hiojogis.

Surabaya, khususnya daerah perairan panlai dan

sungai di Morokrembangan dan di Kenjeran.

Limbah penduduk dengan segala kegialanya dan

induslri sepanjang sungai Surabaya berupa polulan

padal atau cair baik sebagai senyawa organikberacun, logam bemt beracun yang masuk ke

perairan sungai akhirnya mengalir ke pantai

Morokrembangan dan pantai Kenjeran. Wilayah

pesisir merupakan tempat bermuar~lIlya SungaiMorokrembangan dan Sungai Kenjeran serta

menjadi tempat buangan limbah domestik [21.

Oari tinjauan berbagai pustaka pencemaran

yang dihasilkan dari logam berat sampai tingkat

tertentu dapat mengganggu kesehatan manusia.

Masalah yang ditimbulkan oleh logam berat ini

cukup rumit, karena logam berat mempunyai sifat ­sifat beracun, tidak dapat dirombak atau, di

hancurkan oleh organismc hidup, dapal

diakumulasi dalam tubuh organismc termasuk

manusia, baik secanl langsung maupun lidak

langsung. Logam beral Hg, Cd, Cr adalah lermasuk

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003