Selama ini teknologi pengolahan limbah kurang mendapatkan perhatian
serius di Indonesia. Padahal, tidak sedikit permasalahan limbah cair
maupun gas terbentur pada permasalahan penggunaan teknologi. Dengan
semakin berkembangnya perindustrian di Indonesia, sudah selayaknya
pemilihan serta penggunaan teknologi yang tepat dalam mengatasi masalah
limbah segera diterapkan.
Melalui artikel ini penulis ingin
memperkenalkan sebuah teknologi yang kerap disebut teknologi plasma. Di
berbagai negara maju termasuk Jepang, teknologi plasma mulai banyak
dipergunakan untuk mengolah limbah gas dan cair dari berbagai kegiatan
industri domestik, serta dari asap kendaraan bermotor. Sedangkan di
negara Eropa dan Amerika berbagai penelitiaan dari penggunaan teknologi
plasma untuk mengolah limbah juga banyak dikembangkan.
Plasma
Plasma
adalah zat keempat di samping zat klasik: padat, cair, dan gas. Zat
plasma ini bukanlah plasma seperti pada kata plasma darah, kata yang
paling umum digunakan berkaitan dengan plasma dalam bidang Biologi.
Plasma zat keempat ini ditemukan pada tahun 1928 oleh ilmuwan Amerika,
Irving Langmuir (1881-1957) dalam eksperimennya melalui lampu tungsten
filament.
Plasma ini sangat mudah dibuat, caranya dengan
pemanfaatan tegangan listrik. Contoh, hadapkan dua electrode di udara
bebas. Seperti kita ketahui udara adalah isolator, materi yang tidak
menghantarkan listrik. Namun, apabila pada dua electrode tadi diberikan
tegangan listrik yang cukup tinggi (10 kV<), sifat konduktor akan
muncul pada udara tersebut, yang bersamaan dengan itu pula arus listrik
mulai mengalir (electrical discharge), fenomena ini disebut eletrical
breakdown.
Mengalirnya arus listrik menunjukkan akan adanya
ionisasi yang mengakibatkan terbentuknya ion serta elektron pada udara
di antara dua elektrode tadi. Semakin besar tegangan listrik yang
diberikan pada elektrode, semakin banyak jumlah ion dan elektron yang
terbentuk. Aksi-reaksi yang terjadi antara ion dan elektron dalam
jumlah banyak ini menimbulkan kondisi udara di antara dua electrode ini
netral, inilah plasma. Singkat kata plasma adalah kumpulan dari
electron bebas, ion dan atom bebas.
Polusi udara
Mengatasi
polusi dengan plasma sebenarnya bukan sebuah hal yang baru. Pada tahun
1907 Frederick Cottrell memperkenalkan electrostatic precipitator (EP)
untuk mengatasi polusi akibat aerosol (sampah udara) dari asap pabrik
hasil pembakaran. EP dapat digunakan untuk mengumpulkan aerosol. Prinsip
kerja dari EP adalah perpaduan dari medan electrostatic dan aliran ion
yang dihasilkan oleh corona discharge. Mekanisme kerjanya adalah
partikel aerosol ditangkap atau dikumpulkan oleh aliran ion, kemudian
kumpulan partikel tadi diangkut oleh medan electrostatic lalu
dipisahkan. Sekarang EP banyak digunakan untuk mengatasi aerosol dari
asap pabrik termasuk di antaranya, di Indonesia.
Namun, asap
hasil pembakaran dari pabrik maupun kendaraan bermotor tidak hanya
mengandung aerosol saja, tetapi didapati juga gas NOx, SOx, CO, dan
Dioxin yang diketahui sangat berbahaya pada kesehatan. Kita mengenal
hujan asam (HNO3 dan H2SO4) yang dapat
mengakibatkan kanker. Juga gas CO yang dapat mematikan apabila kita
menghirupnya secara langsung. Kita juga dapat merasakan bertambah suhu
bumi akibat pertambahan CO2.
Baru-baru ini kita
mendengar Dioxin yang muncul dari pembakaran sampah plastik, yang
walaupun kadarnya sedikit namun berbahaya bagi kesehatan kita. Hal ini
mendorong Dr Seiichi Masuda dari Tokyo University untuk mencari
teknologi yang dapat mengatasi gas beracun hasil pembakaran pabrik.
Pada tahun 1986 Seiichi Masuda mempublikasikan teknologi plasma sebagai
teknologi untuk mengatasi kandungan gas NOx, SOx dari asap pembakaran
pabrik.
Prinsip dari teknologi plasma dalam mengatasi kandungan
gas NOx atau SOx sangatlah mudah. Seperti di jelaskan pada penjelasan
di atas, plasma terbentuk dari kumpulan electron bebas, ion serta atom.
Aksi-reaksi pada ion dan electron dalam plasma seperti reaksi
ionisasi, excitasi, dan dissociasi dengan udara bebas disekitarnya
berlanjut dengan terbentuk species aktif (ion, electron, molekul yang
mudah bereaksi) seperti Ozone, OH, O, NH3 yang memiliki sifat
radikal sangat mudah bereaksi dengan senyawa-senyawa yang ada
disekitarnya. Species aktif yang terbentuk ini kemudian bereaksi dengan
gas NOx atau SOx kemudian mengubah serta menguraikannya.
Dewasa
ini di Jepang teknologi plasma berkembang sangat pesat. Di mana
teknologi plasma memiliki beberapa kelebihan yaitu pembuatan peralatan
dan maintenance yang sangat mudah, namun memiliki efektivitas penguraian
yang cukup tinggi. Struktur yang mudah dari peralatan teknologi plasma
memungkinkan untuk dipasang langsung pada kendaraan bermotor, untuk
mengurangi kadar NOx yang timbul pada asap kendaraan hasil dari
pembakaran bensin atau solar. Selain untuk mengatasi NOx dan SOx
teknologi plasma dapat dipergunakan juga untuk menguraikan berbagai
macam senyawa beracun seperti Dioxin, gas VOC (Volatile organic
compounds) seperti, CFC, trichloroethylene, toluene, benzene, serta gas
dari hasil pembakaran lainnya.
Mengatasi polusi
Seperti
halnya pencemaran udara, pencemaran air sangatlah kompleks. Dalam
proses produksi sebuah industri pada umumnya dipergunakan berbagai bahan
material dari berbagai jenis dan bentuk. Limbah cair industri,
pertanian, perkotaan dan rumah tangga selain mengandung senyawa berat
(Cd, Cu, Hg, Zn dll.), juga mengandung berbagai macam senyawa organik,
seperti dioxin, phenol, benzene, PCB, dan DDT.
Sistem pengolahan
limbah cair yang ada sekarang umumnya mempergunakan cara kombinasi
antara pemakaian chlorine serta sistem condensasi, sedimentasi, dan
filtrasi. Sedangkan untuk pengolahan limbah organik banyak mempergunakan
microbiologi, karbon aktif atau membran filtrasi.
Namun, limbah
organik semakin banyak yang sulit untuk diuraikan dengan microbiologi
atau membran filtrasi, serta membahayakan keselamatan makhluk hidup,
meskipun dalam kandungan konsentrasi yang sangat kecil (ppm/ppb)
seperti, senyawa dioxin, furan, dan atrazine. Sehingga sistem pengolahan
limbah cair yang ada sekarang tidaklah cukup. Apabila hal ini kita
biarkan, tanpa kita sadari, air minum yang dipergunakan akan banyak
mengandung senyawa organik, yang selain membahayakan kesehatan manusia
juga dapat merusak ekosistem makhluk hidup lainnya.
Untuk
mengatasi masalah limbah organik ini, teknologi ozone mulai dipergunakan
dalam proses pengolahan limbah cair. Teknologi ini dikenal dapat
membersihkan limbah cair hingga mendekati 100 persen (Japan Engineering
newspaper, 1996). Ozone yang dikenal sebagai oksidant kuat, selain
dapat menghancurkan senyawa-senyawa organik, juga sekaligus dapat
membunuh bakteri yang terkandung dalam limbah tadi. Meskipun demikian
masih ada beberapa kendala yang harus diselesaikan pada teknologi ozone
ini, seperti tingginya biaya operasional serta adanya sisa ozone yang
tertinggal dalam air setelah proses pengolahan berlangsung. Sisa ozone
yang memiliki kadar cukup tinggi, akan dapat membahayakan manusia.
Teknologi
yang kemudian diperkenalkan untuk mengatasi limbah cair setelah
teknologi ozone ini adalah teknologi plasma. Sebelum kita jelaskan lebih
lanjut tentang teknologi plasma, perlu disampaikan disini bahwa ozone
sendiri dapat dibuat dengan mempergunakan teknologi plasma (Siemens
1857). Dewasa ini teknologi plasmalah yang paling banyak dipergunakan
untuk membuat ozone. Jadi, secara tidak langsung teknologi ozone adalah
pemanfaatan dari teknologi plasma itu sendiri.
Selanjutnya,
teknologi plasma juga dapat dipergunakan secara langsung dalam proses
pengolahan limbah cair. Salah satu cara adalah dengan membuat plasma
dalam air. Seperti halnya plasma di udara, plasma dapat juga dibuat
dalam air. Proses pembuatannya sendiri hampir sama, hanya saja pembuatan
plasma dalam air memerlukan energi sedikit lebih besar dibandingkan
pembuatan plasma di udara, mengingat air adalah materi yang dapat
mengalirkan arus listrik.
Plasma dalam air dapat menyebabkan
timbulnya berbagai proses reaksi fisika dan kimia, seperti sinar
ultraviolet, shockwave, species aktif (OH, O, H, H2O2), serta thermal proses.
Banyaknya
reaksi fisika dan kimia yang dihasilkan oleh plasma dalam air, membuat
teknologi ini dapat merangkum beberapa proses yang dibutuhkan dalam
pengolahan air limbah. Sinar ultraviolet yang dihasilkan mampu
mengoksidasi senyawa organik sekaligus membunuh bakteri yang terkandung
dalam limbah cair. Shockwave yang ditimbulkan mampu menghasilkan
proses super critical water yang juga berperan dalam proses
pengoksidasian senyawa organik. Dan, yang paling penting banyak
dihasilkan species aktif seperti OH, O, H, dan H2O2
yang merupakan beberapa oksidant kuat yang dapat mengoksidasi berbagai
senyawa organik sekaligus juga membunuh bakteri dalam limbah cair
tersebut. Dan, tidak ketinggalan panas yang dihasilkan oleh plasma ini
pun berperan dalam berbagai proses pengoksidasian.
Dari berbagai
kelebihan proses yang dimilikinya, teknologi plasma dalam air mulai
mendapat perhatian khusus terutama untuk mengolah limbah organik yang
umumnya mengandung berbagai macam jenis senyawa organik. Dari berbagai
percobaan laboratorium, teknologi plasma dalam air sangat efektif untuk
menguraikan senyawa organik seperti TNT, phenol, trichloroethylene,
atrazine, dan berbagai jenis zat warna (dye).
Teknologi plasma
untuk mengolah limbah cair baik dengan teknologi ozone maupun dengan
teknologi plasma dalam air memiliki banyak kelebihan dibandingkan
dengan cara konvensional, microbiologi maupun membran filtrasi. Di
antaranya proses penguraian senyawa organik berlangsung sangat cepat,
pembuatan peralatan serta maintenance yang mudah, serta species aktif
yang dihasilkan dapat menguraikan hampir seluruh senyawa organik.
Di
Jepang dalam sepuluh tahun terakhir, penggunaan teknologi ozone maupun
teknologi plasma berkembang sangat pesat. Terlebih lagi setelah
ditetapkannya perundangan tentang Dioxin dan sejenisnya (January 2001).
Di mana dioxin dapat diuraikan dengan mempergunakan kombinasi dari
ozone dan sinar ultraviolet atau ozone dan hydrogen peroxide.
——–
Artikel ditulis oleh Anto Tri Sugiarto Peneliti KIM-LIPI, Sekjen ISTECS
(Institute for Science and Technology Studies) Chapter, Japan
sumber:
http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_lingkungan/atasi_polusi_dengan_plasma/
Ijin nyimak gan...
BalasHapusRegard, Ganti Oli.