Perpustakaan Digital ITB

Krisis air bersih sekarang ini merupakan permasalahan yang sangat sering kita dengar dan lihat di sekitar kita. Peningkatan populasi manusia dan pesatnya pertumbuhan industri telah berkontribusi besar pada tercemarnya sumber-sumber air bersih yang merupakan kebutuhan primer pendukung kehidupan. Beberapa teknik konvensional pengolahan air limbah sudah banyak dikembangkan. tetapi secara umum menggunakan teknologi tinggi, biayanya mahal dan beberapa menghasilkan produk sampingan yang tidak ramah lingkungan. Fotokatalisis heterogen dengan menggunakan TiO2 sebagai fotokatalis adalah sebuah proses oksidasi lanjut (advanced oxidation processes (AOPs)) yang sangat menjanjikan untuk mineralisasi senyawa organik di bawah radiasi cahaya. Tiga permasalahan dalam pengaplikasian secara langsung material ini dalam air limbah adalah: TiO2 tenggelam dalam air, kerumitan dalam pemisahan kembali material katalis setelah proses pengolahan berakhir, serta kemungkinan penggumpalan serbuk TiO2 yang disuspensi dalam air limbah. Oleh karena itu sebuah modifikasi telah dilakukan dengan cara melapiskan katalis TiO2 pada permukaan polimer ringan dan transparan berbahan dasar polipropilena (PP) dengan menggunakan metode kombinasi elektrostatik dan pemanasan. Proses pelapisan diawali dengan memberikan muatan elektrostatik pada polimer sehingga serbuk TiO2 dapat menempel dan selanjutnya dipanaskan pada temperatur 100oC untuk meningkatkan ikatannya. Variasi massa TiO2 dan waktu pemanasan telah dilakukan dan diperoleh bahwa kombinasi 2 g massa TiO2 untuk setiap 100 g massa butiran PP dan waktu pemanasan 75 menit merupakan parameter-parameter optimum dalam proses pelapisan. Sebuah teori sederhana juga diusulkan untuk menjelaskan pengaruh waktu pemanasan pada efektivitas pelapisan dan pembatasan jumlah TiO2 yang dapat menempel di permukaan butiran PP, yang menunjukkan kesesuaian yang sangat baik antara hasil fitting dengan data eksperimen. Proses fotokatalitik memiliki potensi aplikasi yang sangat besar dalam pengolahan air limbah. Bagaimanapun implementasi dari proses fotokatalitik pada skala besar mensyaratkan penggunaan sebuah reaktor, sebuah devais yang membawa foton, fotokatalis dan reaktan dalam sebuah kontak. Sebuah prototipe fotokatalitik reaktor panel datar (fotoreaktor PD) yang distimulasi sinar matahari telah dirancang bangun untuk pengolahan zat warna Metilen Biru (MB). Fotoreaktor tersebut terdiri dari panel-panel reaktor dari kaca berongga yang diisi dengan butiran PP berlapis titania. Panel-panel reaktor disusun secara miring dan berundak dan air limbah disirkulasi melalui panel-panel tersebut. Fotoreaktor tersebut telah diimplementasikan untuk mendegradasi 30 L larutan MB dengan konsentrasi mula-mula 25 mg L-1. Sebagai hasilnya, sebanyak lebih dari 98% MB berhasil didegradasi setelah 48 jam di bawah radiasi sinar matahari. Kemampuan fotoreaktor juga telah berhasil ditingkatkan dengan menambah jumlah panel reaktor menjadi empat panel, sehingga untuk mendegradasi MB dengan kondisi yang sama hanya dibutuhkan waktu 10 jam radiasi. Dengan kata lain, efisiensi penyisihan MB fotoreaktor empat panel meningkat hampir 5 kali lipat dibanding fotoreaktor satu panel. Dalam rentang waktu tersebut, fotoreaktor juga telah mampu menurunkan kadar biological oxygen demand (BOD) dan chemical oxygen demand (COD) dari larutan uji berturut-turut sebanyak 82% dan 80%. Pengaruh dari parameter-parameter operasional seperti konsentrasi awal larutan dan volume larutan juga telah ditinjau dalam eksperimen ini. Untuk mengevaluasi reusabilitas fotoreaktor, fotodegradasi dari 30 L MB dengan konsentrasi awal 25 mg L-1 telah diulang empat kali dengan durasi waktu yang sama menggunakan empat panel reaktor. Hasilnya menunjukkan bahwa untuk empat siklus eksperimen tersebut efisiensi fotoreaktor hanya berkurang sekitar 1,5% saja. Stabilitas dari performa fotoreaktor untuk penggunaan berulang juga dikuatkan dengan nilai standard deviasi dari efisiensi fotoreaktor untuk empat siklus eksperimen yaitu 0,64%, yang mengindikasikan bahwa efisiensi fotoreaktor cenderung konstan. Fotoreaktor PD yang dikembangkan dalam penelitian ini memiliki potensi yang sangat besar untuk digunakan dalam pengolahan air limbah organik skala besar di Indonesia, negara dengan intensitas rata-rata cahaya matahari yang cukup tinggi sepanjang tahun. Dibandingkan dengan fotoreaktor sejenis yang telah dilaporkan oleh beberapa peneliti sebelumnya, fotoreaktor PD jauh lebih sederhana dalam instalasi dan pelapisan katalis, lebih hemat biaya, dan mudah untuk regenerasi katalis. Fotoreaktor ini sangat potensial untuk dikembangkan menjadi pengolah limbah skala komersil.