## TEKNOLOGI SISTEM PLASMA RADIO –FREKUENSI (RF) UNTUK MENGHILANGKAN BAKTERI ESCHERICHIA COLI PADA AIR MINUM
Dean Corio*,Ariadi Hazmi**, Reni Desmiarti*** *Mahasiswa S2 Teknik Elektro Univertsitas Andalas **Staff Pengajar Teknik Elektro Universitas Andalas **Staff Pengajar Teknik Kimia Universitas Bung Hatta
Abstrak— Air  minum  isi  ulang  merupakan  salah  satu  sumber  air  minum  masyarakat  di  Indonesia, namun  kualitasnya  tidak  terjamin.    Kurang  optimalnya  alat  pengolah  air  guna  menghilangkan  polutan produk pada  Air Minum Isi  Ulang (AMIU), terutama  untuk air baku  yang  mengandung total coliforms maupun fecal coliforms menyebabkan kualitas AMIU tidak terkontrol dengan baik. Penggunaan teknologi plasma  radio  frekuensi  pada  sistem  pengolahan  AMIU  bisa  dijadikan  solusi.  Sistem  plasma  yang terinduksi  melalui  radio  frekuensi  pada  air    dapat  membentuk  senyawa  aktif.  Senyawa  aktif  ini  akan bereaksi  terhadap  mikroorganisme  dan  menyebabkan  mikroorganisme  mati.  Pada  pengujian  air  limbah 350.000 MPN (100 %), dengan frekuensi plasma 3,3 MHz dapat mendegradasi bakteri sampai 6 % dan dengan  settingan  frekuensi  3,7  MHz  dapat  mendegradasi  bakteri  hingga  0,07  %.  Pada  pengujian  air sungai  23.000  MPN  (100  %),  dengan  settingan  frekuensi  plasma  3,3  MHz  dapat  mendegradasi  bakteri hingga 9 % dan dengan settingan frekuensi 3,7 MHz dapat mendegradasi bakteri hinggaa 6 %.
Kata kunci : plasma, radio frekuensi, total coliform, fecal coliform.
Abstract — Refill drinking water is a source of public drinking water in Indonesia, but the quality is not guaranteed. less optimal means of water treatment to remove pollutants in Drinking Water Refill (AMIU), especially  for  raw  water  containing  total  coliforms  and  fecal  coliforms  cause  AMIU  quality  is uncontrolled. The use of radio frequency plasma technology on AMIU processing system can be used as a solution. Induced plasma system by radio frequency in water can form the active compound. The active compounds will react to microorganisms and causing microorganisms be reduced. In testing wastewater 35,000  MPN  (100  %),  with  plasma  frequency  of  3,3  MHz,  the  bacteria  can  degrade  to  6  %  and  with frequency  of  3,7  MHz  bacteria  can  degrade  to  0,07  %.  23.000  MPN  testing  river  water  (100  %),  with plasma frequency of 3,3 MHz setting can degrade the bacteria to 9 % and with 3,7 MHz frequency setting can degrade the bacteria to 6 %.
Keyword : plasma, radio frequency , total coliform, fecal coliform.

## I. PENDAHULUAN
Masyarakat  Indonesia  menggunakan  air minum  isi  ulang  (AMIU)  sebagai  sumber  air minum, namun kualitas air minum isi ulang ini tidak  bisa  dijamin  (Hazmi,  2012).  Selain  itu, penggunaan  sistem  pengolahan  bahan  baku  air minum  konvensional  seperti  sedimentasi, koagulasi-flokulasi,  filtrasi  dan  penggunaan desinfektan seperti klorin, tidak dapat menjamin untuk  menghasilkan  bahan  baku  air  minum dengan  kualitas  yang  baik  sesuai  dengan  baku mutu  yang  telah  ditetapkan  pemerintah (Peraturan  Pemerintah  No.28  tahun  2001 tentang Standar Baku Mutu untuk Air Baku dan Permenkes  RI  No.492/  Menkes/  Per/  IV/  2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum).
Kurang  optimalnya  alat  pengolah  air guna  menghilangkan  polutan  produk  pada  Air Minum  Isi  Ulang  (AMIU),  terutama  untuk  air baku  yang  mengandung Total  Coliforms maupun Fecal  Coliforms yang  menyebabkan kualitas  air  minum  isi  ulang  tidak  bisa terkontrol  dengan  baik.  Sistem  pengolahan  air minum  pada  depot  air  minum  isi  ulang  masih mempergunakan karbon aktif untuk menghilangkan  bau  dan  penggunaan  klorin sebagai desinfektan untuk membunuh mikroorganisme  yang  ada  dalam  air.  Karbon aktif memiliki kelemahan, yaitu sulit diregenerasi  sehingga  diperlukan  biaya  yang cukup besar untuk mengganti karbon aktif yang baru.  Sedangkan  klorin  merupakan  zat  kimia
yang  cukup  berbahaya  bagi  kesehatan  manusia jika kuantitasnya tidak terkontrol dengan baik.

## II. OBSERVASI

## 2.1. Plasma
Plasma  adalah  keadaan  benda  fase-gas berenergi, yang sering disebut sebagai "keadaan benda  keempat"  (Fridman,  2008).  Plasma terjadi ketika terbentuk percampuran kuasinetral dari elektron, radikal, ion positif dan negative  (Gomez,  2008).  Kondisi  kuasinetral merupakan  daerah  dimana  terdapat  kerapatan ion  (ni)  yang  hampir  sama  dengan  kerapatan elektron (ne) sehingga dapat dikatakan ni » ne » n,  dengan  n  menyatakan  kerapatan  secara umum yang disebut kerapatan plasma.
Plasma  dapat  dibuat  dengan  pemanfaat- an  tegangan  listrik,  yaitu  dengan  menghadap- kan  dua  elektroda  di  udara  bebas  (Sun,  1997). Udara  adalah  isolator,  materi  yang  tidak menghantarkan  listrik,  namun  apabila  kedua elektroda  tersebut  diberikan  tegangan  listrik yang  cukup  tinggi,  maka  sifat  konduktor  akan muncul pada udara tersebut. Bersamaan dengan itu  pula  maka  tegangan  listrik  mulai  mengalir ( electrical  dicharge ),  dimana  fenomena  ini disebut electrical breakdown (Yanaka, 2009). Dengan  memanfaatkan  plasma  maka akan  didapatkan  berbagai  macam  spesies  aktif ( active  species )  seperti  -OH,  -O,  -H,  O 3 ,  dan H 2 O 2 (Kitova,  2009).  Hampir  dari  seluruh spesies  aktif  ini  memiliki  oksidasi  potensial yang tinggi yang berpotensi dalam menguraikan kandungan  senyawa  organik  di  dalam  air (Kornev,  1998).  Selain  dari  pada  itu  plasma dapat  menghasilkan  sinar  ultraviolet  serta gelombang  kejut  ( shockwave )  yang  juga diketahui dapat menguraikan senyawa-senyawa organic (Fridman, 2008).
Fenomena electrical  breakdown dalam air umumnya terjadi dari dua fasa yaitu:
a. Fasa prebreakdown atau  lebih  dikenal dengan streamer discharge ,
b. Fasa breakdown atau  dikenal  dengan spark atau arc discharge .
Bentuk  ( mode )  dari  plasma  dalam  air mempengaruhi  efisiensi  dari  plasma  dalam menguraikan senyawa organik yang terkandung dalam  air  (Sato,  2005).  Berdasarkan  mode plasma didapati pembentukan hidroksil radikal,
radiasi  ultraviolet  dan  gelombang  kejut  sangat bervariasi.
Proses Proses
Rekombinasi Ionisasi Transfer Reaksi Netralisasi Hasil Reaksi

## Waktu
Gambar 2.1. Proses elementer plasma
Ketika medan listrik diinduksikan ke gas, maka  elektron  energetik  akan  mentransferkan energinya  pada  molekul  gas  melalui  proses tumbukan, eksitasi molekul, tangkapan elektron, disosiasi, dan ionisasi yang diperlihatkan pada Gambar 2.1.

## 2.2. Radio Frekuensi
Gelombang radio adalah satu bentuk dari radiasi  elektromagnetik,  dan  terbentuk  ketika objek bermuatan listrik dinaikkan frekuensinya pada  frekuensi  yang  terdapat  dalam  frekuensi gelombang  radio  (RF)  dalam  suatu  spektrum elektromagnetik (Geveke, 2008)
Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi  medan  listrik  dan  medan  magnet yang  berosilasi dan  merambat lewat ruang  dan membawa  energi  dari  satu  tempat  ke  tempat yang  lain  (Azharonok,  2011).  Gelombang elektromagnetik  ditemukan  oleh  Heinrich Hertz.  Setiap  muatan  listrik  yang  memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik  (Raouf,  1998).  Waktu  kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus  bolak-balik,  radiasi  elektromagnetik dirambatkan  pada frekuensi  yang  sama  dengan arus listrik (Foster, 2000).
Medan  listrik  dan  medan  magnet  yang dihasilkan  akan  dimanfaatkan  dalam  proses plasma, dimana medan magnet akan menyebabkan  material  logam  yang  terdapat pada air berada pada sisi kumparan yang dialiri arus  listrik  (Leal-Quirós,  2007).  Sedangkan, medan  listrik  akan  mempengaruhi  elektron yang  terdapat  pada  air  sehingga  terjadi  proses ionisasi  yang  menyebabkan  terbentuknya spesies  aktif  yang  akan  membunuh  bakteri  di dalam air (Shirafuji, 2010).
2.3. Perhitungan  Medan  Listrik  dan Fluks Elektromagnetik Pada Inductive  coupled  plasma (ICP) dengan  menggunakan  persamaan  Maxwell  kita dapat  menghitung  flux  elektromagnetik  (S0), dimana;
𝑆 0 = 9.94. 10 −2 . (𝐼 0 𝑛) 2 √ 𝑓 𝜎 (1)
Dimana;
S 0 = fluk elektromagnetik (W/cm 2 ) I 0 =arus terukur (A) n = jumlah lilitan selenoid f= frekuensi (MHz) σ = fixed conductivity ( ohm -1 cm -1 )
Konduktivitas  panas  plasma  sangaat tinggi,  dan  efek  kulit  menjaga  penembusan medan elektromagnetik (Fridman.2008). Medan listrik  plasma  per  unit  panjang  dapat  dihitung dengan rumus:
𝐸 𝑚𝑎𝑥 2 = 1.51.𝑃 𝑎 𝑤 𝑏 𝑤 [1 − ( 𝜆 𝜆 𝑐𝑟𝑖𝑡 ) 2 ] −1 2 ⁄ (2)
Dimana : E max =  medan  listrik  plasma  per  unit panjang (KV/cm) P adalah daya maksimum (KW) λ adalah panjang gelombang a w dan  b w adalah  diameter  kawat selenoid (cm)
Konsep dasar dari induksi plasma adalah induksi elektromagnetik, sehingga pada aplikasinya dapat digunakan untuk tabung yang tidak  terguka,  atau  tidak  boleh  bersentuhan langsung dengan elektroda.

## III. METODE PENELITIAN
Pembuatan sistem plasma radio frekuensi ini  terdiri  dari  3  bagian  yaitu;  pembuatan  catu daya, pembuatan reaktor plasma dan pembuatan penguat dan pembangkit radio frekuensi. Semua komponen  ini  nantinya  di  rangkai  satu  sama lain  untuk  kemudian  diletakkan  dalam  lemari kaca  dengan  rancangan  sistem batch .  Sebelum digunakan  pada  sampel  uji,  frekuensi  diseting menggunakan  varco  pada  rangkaian  dan dikalibrasi  dengan  frekuensi  couter  dengan nilai; 3 M Hz, 3,3 MHz dan 3,7 MHz.
Percobaan  dilakukan  pada  dua  sampel yaitu  sampel  limbah  selokan  selokan  350.000 MPN/100  ml  coliform  dan  350.000  MPN/100
ml  colitinja  dengan  frekuensi  sistem  plasma divariasikan  3  MHz,  3,3  MHz  dan  3,7  MHz; sampel air sungai 23.000 MPN/100 ml coliform dan  8.000  MPN/100  ml  colitinja  dengan frekuensi  sistem  plasma  divariasikan  3  MHz, 3,3  MHz  dan  3,7  MHz.  Proses  eksperimen untuk melakukan degradasi bakteri escherichia coli yang  terdapat  dalam  sampel  percobaan dilakukan  di  Laboratorium  Kimia  Organik Teknik  Kimia  Universitas  Bung  Hatta. Selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Pengukuran arus dan tegangan menggunakan  probe  yang  terhubung  dengan osciloscope. Arus dan tegangan serta parameter air  diukur  dan  diuji  setiap  (10,  20,  40,  60) menit.  Air  sampel  uji  yang  sudah  diradiasi dengan  variasi  waktu,  diukur  nilai  pH,  ORP, EC,  TDS  dan  suhu  menggunakan  alat  analisis digital  Martini  Mi  180  di  Labor  Kimia  Bung Hatta.  Untuk  pengujian  total  coli  dan  coliform dilakukan di Labkes Padang.
Reaktor Plasma Air sampel uji Air bersih probe arus Personal Computer Pembangkit plasma RF + - Picoscope Probe tegangan Gambar 3.1. Skema pengolahan air

## IV. HASIL DAN PEMBAHSAN

## 4.1. Pengolahan Data
Hasil  pengukuran  terhadap  sampel  air limbah selokan 350.000 MPN/ 100 ml coliform dan  air  sungai  23.000  MPN/100  ml  coliform berupa  data  picoscope  diolah  dan  ditampilkan berupa  kurva  karakteristik  arus  dan  tegangan, dapat  dilihat  pada  gambar  4.1.  Terlihat kencendrungannya,  bahwa  semakin  tinggi frekuensi  yang  diseting  untuk  pengolahan  air maka  semakin  tinggi  arus  dan  tegangan  yang terukur  pada  reaktor,  hal  ini  sesuai  dengan teorinya dimana kenakian frekuensi menyebabkan  kenaikan  fluks  magnet  dan medan  listrik.  Fluks  magnet  dan  medan  listrik sebanding  dengan  arus.    Sehingga  dapat disimpulkan bahwa frekuensi sebanding dengan arus dan tegangan sistem.
(a) (b) (c)

## (d)
Gambar  4.1.  (a).  tegangan  maksimum  pada sampel  uji  air  limbah  350.000  MPN/  100  ml, (b). arus maksimum pada sampel uji air limbah 350.000  MPN/  100  ml,  (c).  tegangan maksimum  pada  sampel  uji  air  sungai  23.000
MPN/ 100 ml, (d). arus maksimum pada sampel uji air sungai 23.000 MPN/ 100 ml.
4.2. Penurunan  Jumlah  Mikroorganisme di dalam Sampel Uji Penelitian
Setelah  dilakukan  radiasi  terhadap sampel  uji  selama  60  menit  dengan  variasi frekuensi,  hasilnya  diteliti  di  Labor  Kesehatan Padang. Data yang didapatkan di presentasekan terhadap kondisi awal sampel dan dapat dilihat pada gambar 4.2.
(a)

## (b)
Gambar  4.2.  Total  coliform  dan  colitinja dengan  variasi  frekuensi  untuk  sampel  (a).  Air sungai  23.000  MPN/  100  ml  coliform  dan  (b) Air  limbah  selokan  350.000  MPN/  100  ml coliform
Frekuensi  mempercepat  terbentuknya plasma dalam tabung reaktor, sehingga semakin besar  setingan  frekuensi  sistem  maka  akan semakin  cepat  proses  pendegradasian  bakteri eschericia  coli dalam  air  sampel  uji.  Terlihat pada  gambar  4.2.  dimana  dengan  frekuensi  3 MHz,  bakteri escherichia  coli mampu didegradasi  hingga  17  %  untuk  air  sungai. Ketika  setingan  frekuensi  dinaikkan  menjadi 3,3 MHz bakteri tertinggal dalam sampel hanya 9  %  untuk  sampel  air    sungai  dan  8  %  untuk sampel  air  limbah,  dengan  frekuensi  3,7  MHz maka bakteri eschirichia coli tertinggal hanya 7
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 20 40 60 Te ga ng an (V olt) waktu (menit) 3,7  MHz 3,0 MHz 3,3 MHz 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 20 40 60 I M ax (A) waktu (menit) 3 MHz 3,3 MHz 3,7 MHz 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 20 40 60 V M ax (V olt) waktu (menit) 3 MHz 3,3 MHz 3,7 MHz 0.30 0.50 0.70 0.90 1.10 1.30 1.50 0 20 40 60 I m ax (A) waktu (menit) 3 MHz 3,3 MHz 3,7 MHz 100% 17% 9% 7% 100% 19% 13% 6% Awal 3 MHz 3,3 MHz 3,7 MHz Colitinja dan Coliform Coliform Colitinja 100% 8% 0% 100% 6% 0% Awal 3,3 MHz 3,7 MHz Colitinja dan Coliform Colitinja Coliform
%  pada  sampel  air  sungai  dan  0,07%  untuk sampel air limbah.
4.3. Analisa  Medan  Listrik  dan  Fluks Magnet
Medan  listrik  dan  fluks  magnet  sistem dapat  dihitung  berdasarkan  Persamaan  (1)  dan (2). Hasil perhitungan secara grafik diperlihatkan pada gambar 4.3.
(a)
(b)
Gambar 4.3. medan listrik dan fluks magnet dengan variasi  frekuensi  untuk  sampel  (a).  Air  sungai 23.000  MPN/  100  ml  coliform  dan  (b)  Air  limbah selokan 350.000 MPN/ 100 ml coliform
Medan  magnet  berdasarkan  persamaan (1)  sebanding  dengan  frekuensi,  dimana semakin  naik  setingan  frekuensi  sistem  maka akan  semakin  banyak  fluks  magnet  yang terbentuk,  fluks  akan  meradiasi  gas  dalam reaktor sehingga menjadi spesies aktif (plasma) yang  bermanfaat  untuk  mendegradasi  bakteri escherichia coli .
Sedangkan  medan  listrik  berbanding terbalik dengan λ, sedangkan λ merupakan C/f, dimana  C  merupakan  kecepatan  cahaya  dan  f merupakan frekuensi. Sehingga dapat disimpulkan  medan  listrik  sebanding  dengan frekuensi.  Jadi  semakin  besar  frekuensi  sistem maka medan listrik yang terinduksi pada tabung reaktor juga akan semakin besar.

## V. KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  dapat  diambil  dari  penelitian ini adalah :
1. Sistem  radio  frekuensi  yang  digunakan untuk membangkitkan plasma dapat digunakan untuk mendegradasi
mikroorganisme  didalam  pengolahan  air minum.
2. Plasma  terbentuk  lebih  cepat  bila  frekuensi sitem di naikkan, sehingga proses degradasi bakteri  yang  dilakukan  semakin  cepat terjadi.
3. Waktu yang dibutuhkan untuk mendegradasi bakteri escherichia coli sebanding frekuensi, dimana semakin besar frekuensi maka waktu yang  dibutuhkan  untuk  menghilangkan bakteri dari air semakin cepat.
4. Pada  pengujian  air  limbah  350.000  MPN (100 %), dengan frekuensi plasma 3,3 MHz dapat mendegradasi bakteri sampai 6 % dan dengan  settingan  frekuensi  3,7  MHz  dapat mendegradasi  bakteri  hingga  0,07  %.  Pada pengujian  air  sungai  23.000  MPN  (100  %), dengan settingan frekuensi plasma 3,3 MHz dapat mendegradasi bakteri hingga 9 % dan dengan  settingan  frekuensi  3,7  MHz  dapat mendegradasi bakteri hinggaa 6%.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih  atas  bantuan  dan  dukungan berbagai pihak dalam penelitian ini:
 Bantuan  dana  Tesis  LPDP  berdasarkan SK Kep-143/LPDP/2013.
 Riset  Unggulan  Universitas  Bung  Hatta No.30-22/SP/Hatta-1/LPPM/III/2014.
 Rekan mahasiswa Teknik Kimia Universitas Bung  Hatta  yang  telah  membantu  dalam proses penelitian.

## DAFTAR PUSTAKA
A.Azharonok, et.all.2011. Non-Thermal Plasma Sterilization In RF And Mw Discharges. Stepanov  Institute  of  Physics  NAS. Belarus
Hazmi,  Ariadi.  2012.  Behavior  of  Micro organisms  Using  Radio-Frequency  (RF)
0 1 2 3 4 5 6 -1 0 1 2 3 4 5 S o(W/cm 2) Em ax (K V /c m ) medan listrik plasma per unit panjang Fluk magnet 3MHz                   3,3 MHz          3,7MHZ 0 2 4 6 8 10 12 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 S o(W/cm 2) Em ax (K V /c m ) medan listrik plasma per unit panjang Fluk magnet

## 3MHz                       3,3 MHz               3,7MHZ
Plasma  System.  Universitas  Andalas: Padang
Edbertho  Leal-Quirós,  et.all.  2007.  An  Asses sment  of  the  Power  Generated  With Plasma  Processing  of  Sludge  From Wastewater  Treatment  Plants.  IEEE Transactions  On  Plasma  Science,  VOL. 35, NO. 6, December 2007
Foster,  Kenneth  R.  2000.  Thermal  and Nonthermal  Mechanisms  of  Interaction of Radio-Frequency Energy with
Biological  Systems.  IEEE  Transactions On  Plasma  Science,  VOL.  28,  NO.  1, February 2000
Fridman,  Alexander.  2008.  Plasma  Chemistry. Cambridge: USA
Geveke,David J. 2008. Radio frequency electric ﬁelds  inactivation  of Escherichia  coli in apple cider.Elsevier.doi:10.1016/j.jfoodeng.200 7.06.029
Gomez, et.al. 2008.Thermal plasma technology for  the  treatment  of  wastes:  a  critical review.elsevier.doi:10.1016/j.jhazmat.20 08.04.017
Kitova.S.  2009.The  Effect  of  Rf  Plasma
Treatment  on  the  Surface  Activation  of Polycarbonate Substrate. Bulgarian
Academy of Sciences:Bulgaria
Kornev,  Jacob.  1998.  Electric  Discharge
Treatment  Of  Water  Containing  Organic Substances.  High  Voltage  Research Institute at Tomsk Polytechnic University.Russia
Masayuki Sato, Anto Tri Sugiarto. 2005. Water Purification  Method  Using  Plasma  in Water .  Research  Center  for  Calibration Instrumentation  and  Metrology  LIPI, Tangerang.
Raouf,Syahid  dan  Mark  J.kushner.  1998.  The effect  of  radio  frequency  plasma processing  reactor  circuitryon  plasma characteristics. Universitas illionis:
Urbana
Sun  B.,  M.  Sato,  J.  S.  Clements.  1997. “ Optical  Study  of  Active  Species Produced by a Pulsed Streamer Corona Discharge  in  Water ”,  J.  Electrostatics, 39.
Tatsuru  Shirafuji,  et.all.  2010.  FTIR  Study  of Methylene  Blue  Plasma  Degradation Products  through  Plasma  Treatment  on Water.IEEE
Yanaka,Yosaunuri.  2009.  Fundamentals  and Applications  of  High-pressure  Induction Thermal  Plasmas  with  Coil  Current Modulation. Kanazawa University: Jepang
Dean  Corio, Lahir  di  Bukit  Gombak  Situak, Kabupaten Limapuluh Kota tanggal 22 Juni 1986.  Menyelesaikan  studi  Teknik  Elektro di  Universitas  Andalas  tahun  2011  dan menyelesaikan S2 tahun 2014 di Universitas Andalas  dengan  konsentrasi  Teknik  Energi Elektrik.