Journal of Natural Resources and Environmental Management 10 (2): 247-256. http://dx.doi.org/10.29244/jpsl.10.2.247-256 E-ISSN: 2460-5824
http://journal.ipb.ac.id/index.php/jpsl

## Analisis pengaruh pH dan suhu pada desinfeksi air menggunakan microbubbble dan karbondioksida bertekanan
The  effect  of  pH  and  temperature  on  desinfection  process  using  microbubble  and  pressurized carbon dioxide
Evi Kurniati a , Vo T. Huy b , Fajri Anugroho a , Akhmad A. Sulianto a , Nadia Amalia a , Amira R. Nadhifa a
a Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya, Jl. Veteran, Malang, 65145, Indonesia [+62-341-580106]
b Department of Urban Infrastructural Engineering, Mientrung University of Civil Engineering , Tuy Hòa, Phú Yên, Vietnam [+84- 257-3823371]

## Article Info:
Received: 08 - 12 - 2019 Accepted: 06 - 06 - 2020
Keywords: Disinfection, Escherichia coli , pressurized carbon dioxide

## Corresponding Author:
Evi Kurniati Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya; Tel. +62-341-580106 Email: evikurniati@ub.ac.id
Abstract. Addressing the problem of surface water biological criteria due to pathogen bacteria such as Escherichia coli ( E. coli ). E. coli disinfection using pressurized microbubble carbon dioxide (CO 2 ) began to be developed as an alternative disinfection method. This study aims to examine the effect of pH and temperature differences on E. coli disinfection using a pressurized CO 2 microbubble and assess the effectiveness of pH in E. coli disinfection using a pressurized CO 2 microbubble. Experiments were carried out two stages i.e. variations  of  initial  pH  (4,  7  and  9)  continued  with  variation  of  initial temperature of water (20, 25, 30, 35, and 40⁰C), operated for 25 minutes in triplicate. The reactor pressure was 0.2 MPa. The calculation of E. coli was using Total Plate Count (TPC). Microbicide effect reacted most effectively on treatment with pH 4 in amount of 73% decreasing. The average temperature tended  to  increase,  while  pH  and  number  of E.  coli decreased.  The  most effective temperature for disinfecting E. coli was 40⁰C with a temperature and final pH at 55⁰C and 5.0. The amount of E. coli which was originally 1.5 x 106 CFU/ml, reduced to 0.2 x 106 CFU/ml and the effectiveness of disinfection was 86.7%.

## How to cite (CSE Style 8 th Edition):
Kurniati E, Huy VT, Anugroho F, Sulianto AA,  Amalia N, Nadhifa  AR. 2020. Analisis pengaruh pH dan suhu pada desinfeksi air menggunakan microbubbble dan karbondioksida bertekanan. JPSL 10 (2): 247-256. http://dx.doi.org/10.29244/jpsl.10.2.247-256.

## PENDAHULUAN
Ketersediaan  air  bersih  yang  layak  minum  menjadi  salah  satu  tujuan  dalam  SDGs.  Bagi  daerah  yang mengalami krisis air, keberadaan kualitas air yang aman untuk dikonsumsi masih menjadi persoalan tersendiri (Estika et al. , 2017). Air permukaan merupakan sumber yang paling tersedia untuk pemenuhan air minum di kota besar (Djoharam et al. , 2018), namun secara kualitas seringkali sangat kurang memenuhi syarat sehingga membutuhkan upaya yang besar untuk dapat memanfaatkannya. Diantara kualitas air yang kurang memenuhi adalah  pada  parameter  biologis.  Bakteri Escherichia  coli adalah  bakteri  yang  banyak  digunakan  sebagai indikator sanitasi karena bakteri ini adalah bakteri komensal pada usus manusia. Bakteri patogen E. coli dapat tumbuh pada suhu 7 hingga 44°C dan tumbuh lebih optimal pada suhu 37°C. pH optimum 7 hingga 7.5, dengan pH minimum 4 dan pH maksimum 9. Selain itu, E.coli dapat hidup di tempat lembab, relatif sensitif terhadap
panas,  dan  akan  mati  dengan  pasteurisasi  atau  proses  pemasakan  makanan  dengan  suhu  yang  relatif  tinggi (Tangahu, 2014).
Desinfeksi banyak digunakan untuk menghilangkan patogen dan mencegah terjadinya berbagai penyakit yang  timbul  akibat  air  yang  tercemar  ( waterborne  diseases ).  Desinfeksi  merupakan  tindakan  membunuh mikroorganisme selain bakteri berspora (Pfafflin dan Ziegler, 2006). Desinfeksi umumnya dilakukan dengan cara  fisik  maupun  kimia  terhadap  medium  yang  bukan  merupakan  makhluk  hidup.  Pemilihan  metode desinfeksi bergantung pada faktor-faktor seperti efikasi proses terhadap penghilangan patogen, tingkat akurasi monitoring dan kontrol proses, kemudahan penanganan residu proses, estetika hasil proses, dan ketersediaan dan  adoptivitas  teknologi.  Dalam  perkembangannya,  desinfeksi  air  yang  paling  umum  dilakukan  untuk menghilangkan E. coli yaitu menggunakan desinfektan Klorin dan Kloramin (klorinasi), Ozon (ozonasi), Iodin, Bromin, Ferrate ,  Hidrogen  peroksida,  radiasi  pengion,  Kalium  Permanganat,  Silver,  dan  sinar  ultraviolet (National  Research  Council,  1986).  Namun,  metode  desinfeksi  konvensional  tersebut  memiliki  beberapa kekurangan  diantaranya  menghasilkan  senyawa  yang  karsinogenik  dan  mutagenik  berupa Disinfection  by Product (DBP) ataupun aplikasi yang mahal (Komala, 2013). Desinfeksi E. coli menggunakan karbondioksida (CO 2 ) bertekanan mulai dikembangkan sebagai metode desinfeksi alternatif oleh Kobayashi et al. (2009) dimana tekanan superkritis hingga 10 MPa dan suhu tinggi (>55°C)  mampu  menginaktivasi E.  coli dan  Koliform.  Menurut  Vo et  al. (2013),  desinfeksi  menggunakan microbubbles CO 2 bertekanan,  berpotensi  menjadi  teknologi  alternatif  yang  menjanjikan  dan  dapat menonaktifkan  patogen  secara  efektif.  Karbondioksida  bertekanan  telah  banyak  digunakan  dalam  proses pengawetan makanan dan sterilisasi. Aplikasi CO 2 bertekanan lebih efektif di media dengan kandungan air yang  tinggi.  Selain itu,  kelarutan  CO 2 dalam  air  menjadi lebih  mudah  dan  cepat jika  didukung  oleh sistem tekanan. Dengan menggunakan teknik microbubble , dinilai dapat memungkinkan efisiensi kontak yang tinggi antara air dan gas.
Tekanan, suhu dan pH merupakan faktor penting dalam proses desinfeksi. Karakteristik E. coli memiliki daur hidup yang sangat dipengaruhi oleh suhu (Anggraeni, 2012). Penggunaan suhu tinggi dinilai efektif untuk melemahkan  ataupun  mematikan  bakteri  dengan  cara  mengkoagulasikan  protein-proteinnya.  Namun, perlakuan suhu tinggi membutuhkan energi yang besar. Peningkatan suhu juga membuat kelarutan CO 2 dalam air menurun. Sedangkan tekanan mampu meningkatkan kelarutan CO 2 di air. Sehingga, peningkatan suhu dan tekanan perlu dipertimbangkan agar proses desinfeksi dapat berjalan dengan optimal (Kobayashi et al ., 2009). Derajat keasaman juga merupakan faktor pembatas dalam pertumbuhan E. coli (Lee et al ., 2015). Sehingga diperlukan  observasi  pH  untuk  menemukan  pH  awal  yang  paling  efektif  dalam  proses  disinfeksi E.  coli menggunakan microbubble ini.  Oleh  karena  itu,  penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh microbubble dan CO 2 bertekanan pada desinfeksi E. coli pada pH awal dan suhu yang berbeda-beda. Dengan metode microbubble CO 2 bertekanan ini diharapkan dapat menghasilkan alat desinfeksi alternatif yang mudah dan efisien untuk mereduksi E. coli di air tanpa meninggalkan limbah berupa senyawa ekses yang karsinogenik dan mutagenik.

## METODE

## Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret hingga Juni 2019 di Laboratorium Teknik Sumber Daya Alam dan Lingkungan dan pengujian sampel dilakukan di Laboratorium Biondustri, Fakultas Teknologi Pertanian, Universitas Brawijaya, Malang.

## Metode Pengumpulan Data
Penelitian  merupakan  penelitian  eksperimental  laboratorium.  Alat  desinfeksi  yang  digunakan  berupa suatu  reaktor stainless  steel yang  di  dalamnya  terdapat difuser untuk  membentuk microbubble dan  selama operasi dialiri CO 2 dari tabung gas CO 2 , tekanan dalam reaktor dijaga pada 0.2 MPa (Gambar 1). Alat tersebut
dibangun menggunakan dasar rancangan sesuai penelitian Kobayashi et al. (2007a; 2007b), dimodifikasi oleh Imai dan Dang (2017) dan diadopsi untuk penelitian ini. Alat dilengkapi dengan heater untuk mengkondisikan larutan awal, sensor suhu yang berfungsi mengukur suhu, termokopel untuk mengatur suhu, dan pompa untuk sirkulasi  larutan.  Bakteri E.  coli diperoleh  dalam  bentuk slant dari  Laboratorium  Biomedis,  Fakultas Kedokteran, Universitas Brawijaya. Bakteri diremajakan terlebih dahulu sebelum digunakan untuk penelitian. Media pembiakan E. coli menggunakan Buffered Peptone Water (BPW). Seluruh rangkaian pengamatan dan perlakuan mikroba dilaksanakan secara aseptis. Sterilisasi peralatan menggunakan autoclave pada suhu 121 ⁰ C, 15 menit.
Gambar 1 Rangkaian alat desinfeksi microbubble dan CO 2 bertekanan
Pembuatan larutan induk E. coli yang digunakan sebagai bahan perlakuan adalah sebagai berikut: 1 ose E.  coli dilarutkan  ke  dalam  1000  ml  BPW  steril  dan  diaduk  menggunakan  vortex.  Campuran  kemudian dimasukkan ke dalam inkubator pada suhu 37 ⁰ C selama 24 jam dan dihitung jumlah koloninya. Campuran air dan  larutan  induk E.  coli untuk  proses  desinfeksi  memiliki  perbandingan  70:1. Hydrobatt yang  digunakan sebanyak  4000  ml,  sehingga  volume  larutan  induk E.  coli yang  dibutuhkan  adalah  sebanyak  57  ml  untuk mencapai jumlah koloni awal 1.5x10 6 CFU/ml. Pengkondisian pH dilakukan pada Hydrobatt menggunakan HCl  steril  sebelum  ditambahkan  larutan  induk E.  coli .  Suhu  awal  yang  ditetapkan  pada  suhu  25°C  yakni merepresentasikan suhu air di lingkungan. Operasional alat berlangsung selama 25 menit, setiap menit diambil sampel sebanyak 50 ml untuk pengamatan pH serta pada menit ke-25 untuk pengamatan jumlah E. coli . Pada pelaksanaan dengan variasi suhu, pH diatur pada pH netral, yaitu pH 7. Heater diatur pada suhu 20 ⁰ C. Gas CO 2 dimasukkan ke dalam reaktor dan pressure meter diamati hingga mencapai tekanan 0.2 MPa kemudian pompa dinyalakan. Suhu dan pH diukur setiap menit. Percobaan dilakukan selama 25 menit. Sampel diambil sebanyak 50 ml dari discharge valve dan disimpan didalam kulkas. Air dalam reaktor dikeluarkan dan reaktor dibersihkan dengan alkohol 70%. Dilakukan tahap yang sama untuk pH maupun suhu 25, 30, 35, dan 40 ⁰ C dengan  3  kali  ulangan.  Perhitungan  jumlah  koloni  menggunakan  metode Total  Plate  Count (TPC)  dengan media Nutrient Agar (NA). Untuk menghitung efektivitas desinfeksi pada tiap variasi suhu dan pH digunakan persamaan:
𝐸𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠 =   [ 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝐸. 𝑐𝑜𝑙𝑖 𝑎𝑤𝑎𝑙 − 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝐸. 𝑐𝑜𝑙𝑖 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝐸. 𝑐𝑜𝑙𝑖 𝑎𝑤𝑎𝑙 ]  𝑥 100%

## Metode Analisis Data
Metode analisis data dilakukan secara kuantitatif menggunakan analisis diskriptif berupa tampilan data serta pendekatan pengolahan data melalui metode statistik menggunakan One way ANOVA .

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Perubahan pH Selama Proses
Selama pengoperasian alat, terdapat perubahan pH dan suhu larutan. Proses desinfeksi yang berlangsung cenderung  mengkondisikan  pH  operasional  pada  rentang  4.8  hingga  5.5.  Larutan  dengan  pH  awal  4  akan meningkat dan stabil pada pH 4.8 sejak menit ke-8 (Gambar 2 dan Gambar 3). Rentang pH tersebut masih berada pada rentang pH yang dapat ditoleransi oleh bakteri E. coli .
Gambar 2 Hubungan pH dan waktu pada perlakuan pH
Gambar 3 Hubungan suhu (°C) dan waktu pada perlakuan pH
Selama  proses  desinfeksi  nilai  rata-rata  pH  cenderung  mengalami  penurunan.  Menurut  Zhang et  al. (2006), penurunan nilai pH disebabkan oleh karbondioksida (CO 2 ) yang larut di dalam air (H 2 O) akan menjadi asam karena pembentukan dan disosiasi asam karbonat (H 2 CO 3 ), yang membebaskan ion H + . Hal ini kemudian dapat  menurunkan  nilai  pH.  Berdasarkan  Barat  (2011),  karbondiosida  yang  terlarut  dalam  air  membentuk beberapa  kesetimbangan.  Pada  dasarnya  keberadaan  karbondioksida  di  air  terdapat  dalam  bentuk karbondioksida bebas (CO 2 ), asam karbonat (H 2 CO 3 ), ion bikarbonat (HCO 3 - ), dan ion karbonat (CO 3 2- ). Asam karbonat yang terurai akan membentuk beberapa ion, yaitu ion bikarbonat (HCO 3 - ), ion karbonat (CO 3 2- ), dan ion hidrogen (H + ). Pada penelitian yang dilakukan oleh Huy (2014), dijelaskan bahwa ion-ion yang terurai dari H 2 CO 3 memiliki daya tarik yang kuat terhadap molekul yang berada di dalam air. Ion H 3 O + yang terurai karena suhu dan tekanan, bereaksi dengan HCO 3 - dan membentuk asam karbonat yang bersifat asam lemah sehingga nilai pH yang ada pada larutan juga akan mengikuti asam lemah yang lebih dominan.
Takahashi  (2007)  menyatakan  bahwa  pada  larutan  dengan  kondisi  asam, microbubble juga  dapat menghasilkan ion hidroksida (OH - ) yang bersifat basa sehingga nilai pH larutan dapat menjadi naik.  Menurut Wang (2016), larutan dengan suhu tinggi mengandung H 2 CO 3 yang terbentuk lebih banyak apabila nilai CO 2 yang masuk stabil. Pada penelitian, nilai suhu yang terus meningkat dan CO 2 ditentukan pada tekanan 0.2 MPa
3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Menit
pH 4 pH 7 pH 9
selama penelitian. Perlakuan tersebut dapat memproduksi H 2 CO 3 yang lebih banyak pula, sehingga pH larutan juga dapat berubah mengikuti kondisi asam dan basa larutan. Hal-hal tersebut menyebabkan keadaan asam pada sampel pH 4 memiliki pH akhir yang lebih tinggi yaitu 4.8.
Berdasarkan  Abuzar  (2012),  saat  gas  CO 2 kontak  dengan  air  terjadi  peristiwa  transfer  gas  yang menyebabkan berpindahnya suatu senyawa dari fase gas ke fase cair. Mekanisme transfer gas ini terjadi secara difusi. Pada percobaan yang dilakukan Serin (2012), pada tekanan 0.2 MPa gas CO 2 masih bisa terlarut dalam air  hingga  suhu  100⁰C.  Pada  penelitian  ini,  gas  CO 2 dimasukkan  ke  dalam  reaktor  dalam  sistem  tertutup. Molekul-molekul  gas  dalam  suatu  ruangan  yang  dibatasi  dinding,  bergerak  ke  segala  arah  dengan  tidak beraturan.  Tabrakan  molekul  ke  dinding  ruangan  tersebut  terjadi  secara  terus  menerus,  yang  menimbulkan efek tekanan gas di dalam ruangan tersebut. Menurut Xue (2014), microbubble dapat mempercepat kelarutan gas CO 2 ke dalam air. Berdasarkan Susana (1988), saat air mengandung gelembung, maka gas CO 2 akan masuk ke  dalam  gelembung  tersebut  sehingga  menimbulkan  tekanan  parsial  CO 2 yang  sebanding  dengan  tekanan parsial yang ditimbulkan oleh air.
Tekanan parsial yang ditimbulkan oleh air ini akan semakin tinggi dengan semakin rendahnya pH air. Gas CO 2 yang  masuk  ke  dalam  reaktor  didasarkan  pada  batas  tekanan  reaktor  sebesar  0.2  MPa  atau  2  kg/cm 2 . Menurut Tangahu (2014), pH optimum untuk pertumbuhan E. coli adalah 7 hingga 7.5, dengan pH minimum 4  dan  pH  maksimum  9.  Sedangkan  berdasarkan  hasil  penelitian,  pH  terendah  yang  terukur  adalah  5. Konstannya nilai pH ini juga terjadi pada penelitian yang dilakukan oleh Huy (2014), penambahan CO 2 pada air dengan tekanan 0.7 MPa dapat menurunkan pH pada menit 1 dari 8.0 menjadi hampir 5.0 dan terus turun hingga menit ke-5 menjadi 4.5, lalu konstan dari menit ke-10 hingga 25 pada nilai 4.7. Dengan demikian dapat dikatakan  bahwa  keberadaan microbubble dapat  menggantikan  fungsi  tekanan  dalam  memberi  efek meningkatkan  kelarutan  CO 2 .  Sehingga  operasional  alat  desinfeksi  tidak  memerlukan  tekanan  tinggi menyebabkan biaya pembuatan reaktornya menjadi lebih rendah. Baku mutu efluen untuk dapat dibuang ke lingkungan adalah pH 6 hingga 9, maka suhu awal larutan yang sebaiknya digunakan adalah pada suhu 25°C.

## Perubahan Suhu Selama Proses
Pada  perlakuan  variasi  suhu,  suhu  awal  yang  tinggi  cenderung  pada  pH  operasional  rendah  (pH  5), sedangkan suhu awal rendah cenderung berlangsung pada pH yang lebih tinggi (pH 6-7), seperti pada Gambar 4. Selama proses desinfeksi 25 menit, suhu terus mengalami peningkatan pada perlakuan suhu awal (Gambar 5).  Hal ini  diduga  merupakan  efek nozzle microbubble dan  pompa  sirkulasi. Nozzle microbubble berfungsi untuk menghasilkan gelembung udara berukuran mikro dalam air. Mekanisme fisik tersebut ternyata memberi efek  peningkatan  suhu  larutan.  Menurut  Anggraeni  (2012),  hancurnya microbubble dalam  air  dapat meningkatkan suhu dan tekanan.
Gambar 4 Perubahan pH selama proses desinfeksi pada perlakuan suhu

## Gambar 5 Perubahan suhu selama proses pada perlakuan suhu awal
Hal  ini  sesuai  dengan  teori hotspot yang  menyatakan  bahwa  pecahnya microbubble menyebabkan kompresi dari gas dan uap di dalam gelembung terjadi secara adiabatik. Sedangkan pompa dapat mengubah energi listrik menjadi energi kinetik dalam bentuk putaran impeller yang menyebabkan peningkatan kecepatan fluida  yang  mengalir  di  dalamnya.  Selain  itu,  juga  terdapat  kerja  yang  merupakan  hasil  samping  dari  efek mekanis yang terjadi di dalam pompa. Kerja tersebut merupakan pemanasan yang terjadi baik pada fluida yang mengalir di dalam pompa maupun keadaan sekitarnya. Proses inilah yang menyebabkan terjadinya gesekan yang amat besar antara fluida sehingga suhu air mengalami peningkatan. Suhu juga dapat semakin meningkat karena  air  terus  disirkulasi,  sehingga  tidak  dimungkinkan  terjadinya  perpindahan  panas  yang  dapat menurunkan suhu air tersebut.
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Imai  dan  Dang (2017),  menunjukkan  hasil  bahwa  metode  desinfeksi dengan menggunakan microbubble yang dilakukan mengalami peningkatan suhu sebesar 11 hingga 28°C dan dapat  mempengaruhi efektivitas terlarutnya  CO 2 seiring  dengan  naiknya  suhu. Kelarutan  CO 2 dan  suhu  ini akan mempengaruhi proses inaktivasi E. coli yang terjadi pada penelitian. Pada sampel, suhu tertinggi adalah 42°C pada menit ke-25, dimana menunjukkan bahwa suhu masih berada di batas ambang kehidupan E. coli. Berdasarkan Tangahu (2014), E. coli tumbuh pada suhu antara 7 sampai dengan 44 ⁰ C, dengan suhu optimum 37 ⁰ C. Sehingga apabila suhu air melebih 44 ⁰ C, E. coli akan mengalami inaktivasi.  Menurut Isholawati (2014), dijelaskan bahwa E. coli tumbuh pada suhu 15 sampai dengan 45°C dan suhu optimal yaitu 37°C. E. coli dapat bertahan hingga suhu 60°C selama 15 menit dan pada 55°C selama 60 menit.
Dari hasil pengamatan diketahui bahwa suhu dan waktu berbanding lurus, dimana semakin lama waktu operasi maka semakin besar pula nilai suhu. Suhu meningkat karena adanya proses difusi dan sirkulasi air, serta peningkatan suhu dapat mempengaruhi kelarutan CO 2 di dalam air. Suhu yang meningkat pada penelitian masih berada pada ambang kehidupan E. coli dan dapat membantu CO 2 masuk ke dalam sitoplasma bakteri untuk  menginaktivasi  bakteri.  Mekanisme  kematian  bakteri  akibat  proses  pemanasan  yaitu  sel-sel  bakteri setelah mengalami cedera akan memperlihatkan hilangnya permeabilitas dan meningkatkan kepekaan terhadap beberapa  senyawa  yang  bakteri  biasanya  tahan.  Sel-sel  yang  cedera  secara  sublethal  mengalami  kerusakan pada membran sel, dinding sel, deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleid acid (RNA) ribosom (degradasi), dan beberapa enzim penting (denaturasi). Kematian terjadi karena adanya kerusakan pada beberapa komponen fungsional dan struktural penting dari sel (Mirnawati et al. , 2016).

## Konsentrasi E. coli dan Efektivitas Desinfeksi
Bakteri E. coli merupakan salah satu bakteri yang hidup di alam terbuka dalam tanah dan berkembang biak dengan cepat. Berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan No.492/Menkes/Per/IV/2010, kadar maksimum yang diperbolehkan untuk E. coli untuk air minum adalah 0 CFU/100ml. Perlakuan pH awal rendah (pH 4) memberikan efektivitas desinfeksi paling besar dan berbeda nyata (Gambar  6) berdasarkan Uji Tukey pada  =0.05. Sedangkan apabila pH awal merupakan pH netral (pH 7), maka suhu 40°C memberikan efektivitas terbesar  (Gambar  7)  berdasarkan  Uji  Tukey  pada  =0.05.  Efektivitas  desinfeksi  terbesar  dicapai  oleh  T 40 sebesar 86.7% dengan jumlah E. coli awal 1.5 x 10 6 CFU/ml dan jumlah E. coli akhir 2 x 10 5 CFU/ml atau 2 x 10 3 CFU/100ml.  Meskipun  efektivitas  desinfeksi  cukup  tinggi,  namun  masih  belum  dapat  memenuhi  baku mutu yang ditetapkan. Hal ini dikarenakan selama proses berlangsung, terjadi peningkatan suhu yang cukup tinggi  sehingga  mempengaruhi  kelarutan  CO 2 (Imai  dan  Dang,  2017)  yang  berdampak  pada  berkurangnya kemampuan  inaktivasinya.  Kenaikan  suhu  diduga  karena  spesifikasi  pompa  yang  digunakan  terlalu  besar sehingga  sirkulasi  air  terjadi  terlalu  cepat.  Penelitian  selanjutnya  perlu  dilakukan  dengan  menggunakan spesifikasi pompa yang lebih kecil.

## Gambar 6 Efektivitas desinfeksi pada perlakuan pH
Gambar 7 Perubahan jumlah E. coli dan efektivitas desinfeksi pada perlakuan suhu
Menurut  Brooks et  al. (2010),  pertumbuhan E.  coli dapat  dipengaruhi  oleh  pH  lingkungan,  stabilitas mikroba,  besar  mikroba,  masa  inkubasi,  dan  aktivitas  mikroba.  Respati et  al. (2017)  menjelaskan  bahwa pertumbuhan bakteri dibagi menjadi 4 fase, yaitu fase lag , eksponensial, stationer, dan penurunan populasi. Menurut  Kusniadi  dan  Sunariah  (2013),  pada  saat  dilakukan  biakan  rutin  dapat  mengakibatkan  penurunan kecepatan  pertumbuhan  sehingga  jumlah  sel  yang  hidup  berbeda-beda  dapat  berpindah  dari  fase stationer menjadi penurunan populasi. Derajat keasaman rendah ternyata memberikan efek inaktivasi yang lebih baik yaitu sebesar 73% dan yang paling rendah adalah pH 7 sebesar 45%. Penelitian yang dilakukan oleh Wright et  al. (2018),  juga  membuktikan  bahwa  semakin  rendah  pH  maka  semakin  tinggi  kelarutan  CO 2 pada  air sehingga efek mikrobisidal yang terjadi lebih besar, dimana dengan pH 3, 7 dan 9 mampu menurunkan jumlah
73% 45% 57% 0 20 40 60 80 pH 4 pH 7 pH 9 Efe k tiv ita s (% )
mikroba hingga sebesar 70%, 55%, dan 30%. Sehingga semakin rendah nilai pH juga akan semakin membantu berlangsungnya efek mikrobisidal oleh CO 2 dan menginaktivasi bakteri. Hasil penelitian Cheng et al. (2011), juga menunjukkan bahwa sampel dengan pH 4 menggunakan tekanan CO 2 sebesar 0.3 MPa dan suhu ruangan selama 20 menit berhasil menginaktivasi E. coli sebesar 78% atau 0.65 log reduksi.
Larutan  dengan  konsentrasi  yang  lebih  tinggi  memiliki  efisiensi  inaktivasi  yang  lebih  tinggi  daripada larutan dengan konsentrasi yang lebih rendah karena suspensi bakteri yang berputar dapat mempengaruhi dan dipengaruhi oleh kondisi hidrolik proses (Cheng et al., 2011). Dijelaskan oleh Zhang (2016), bahwa kondisi hidrolik yang meningkat dapat menyebabkan kelarutan tinggi dan mempermudah larutnya CO 2 dalam air yang merupakan faktor penting yang dapat meningkatkan proses inaktivasi. Menurut Imai dan Dang (2016), adanya tekanan dan CO 2 yang terlarut secara bersamaan, maka pH yang rendah mendorong sel E. coli menjadi lebih permeabel, sehingga memudahkan proses masuknya CO 2 ke dalam sel.
Kenaikan  suhu  yang  terlalu  tinggi  akan  menyebabkan  terjadinya  denaturasi  enzim  yaitu  kerusakan struktur protein enzim, terutama kerusakan pada ikatan ion dan ikatan hidrogennya. Denaturasi enzim di atas suhu optimum akan menyebabkan terjadinya kematian pada sel organisme. Aktivitas enzim dipengaruhi juga oleh  pH  lingkungan  tempat  enzim  bekerja.  Perubahan  pH  dapat  menyebabkan  berhentinya  aktivitas  enzim akibat proses denaturasi pada struktur tiga dimensi enzim (Purwandani, 2012). Semakin banyak jumlah E. coli yang tereduksi maka semakin tinggi pula efektivitas desinfeksinya.
Penggunaan alat ini, masih memerlukan penelitian lebih lanjut karena dari hasil penelitian belum dapat memenuhi baku mutu air minum sesuai Peraturan Menteri Kesehatan No.492/Menkes/Per/IV/2010. Namun, dapat  mendekati  pemenuhan  baku  mutu  kualitas  air  kelas  III  atau  IV  berdasarkan  Lampiran  Peraturan Pemerintah  Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air yang diperuntukan bagi kegiatan peternakan yaitu kadar Fecal Coliform maksimum diijinkan adalah  sebesar  2  000  MPN/100ml,  sedangkan  perlakuan  terbaik  penelitian  memberikan  kadar E.  coli akhir sebesar 2 x 10 3 CFU/100ml atau setara 1.63 x 10 3 MPN/100ml (perhitungan berdasarkan Cho et al ., 2010). Jumlah  bakteri E.  coli di  alam  umumnya  lebih  kecil  karena  merupakan  bagian  dari Fecal  Coliform . Berdasarkan Lusandika et al. (2017), adanya kontaminasi bakteri E. coli yang terdapat di tempat minum ternak, serta sanitasi kandang yang buruk, dan terdapat banyak debu dapat memicu ancaman kesehatan hewan ternak. Hal ini sesuai dengan pendapat yang menyatakan bahwa lingkungan dan kandang yang kotor serta berdebu dan sumber air minum yang terkontaminasi feses mempunyai kandungan E. coli yang tinggi.

## KESIMPULAN
Nilai  pH  awal  mempengaruhi  efek  mikrobisidal  pada  CO 2 yaitu  bahwa  pada  pH  rendah,  efektivitas inaktivasi E. coli mencapai 73%, 57% untuk pH tinggi dan 45% untuk pH netral. Variasi suhu awal air dapat mempengaruhi  rata-rata  suhu,  pH,  dan  jumlah E.  coli selama  proses  desinfeksi.  Rata-rata  suhu  cenderung mengalami peningkatan, rata-rata pH cenderung mencapai stabil pada pH 4.8 hingga 5.5 dan jumlah E. coli cenderung mengalami penurunan. Reduksi jumlah E. coli disebabkan oleh efek mekanis dari aktivitas pompa dan nozzle microbubble , efek kimia dari adanya gas CO 2 dan tekanan, serta efek panas dari peningkatan suhu. Suhu yang paling efektif untuk mendesinfeksi E. coli adalah 40⁰C (T 40 ). Pada T 40 dengan suhu dan pH akhir sebesar 55⁰C dan 5.0, jumlah E. coli yang semula 1.5 x 10 6 CFU/ml, tereduksi menjadi 0.2 x 10 6 CFU/ml atau 2 x 10 3 CFU/100ml serta efektivitas desinfeksinya sebesar 86.7%.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima  kasih  disampaikan  kepada  Dekan  Fakultas Teknologi  Pertanian, Universitas  Brawijaya atas dukungan pendanaan penelitian melalui Hibah Penelitian Doktor (Non Lektor Kepala) dengan Nomor: 2604/UN10.F10/PN/2019.

## DAFTAR PUSTAKA
Abuzar SS, Putra DY, Emargi RE. 2012. Koefisien transfer gas (KLa) pada proses aerasi menggunakan tray aerator bertingkat 5 (Lima). Jurnal Teknik Lingkungan UNAND . 9(2): 155-163. Anggraeni MD. 2012. Uji Disinfeksi Bakteri Escherichia Coli Menggunakan Kavitasi Water Jet . Depok (ID): Universitas Indonesia.
Barat  WOB.  2011.  Pemanfaatan  karbondioksida  (CO 2 )  untuk  optimalisasi  pertumbuhan  rumput  laut Kappaphycus alvarezii [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Brooks GF, Carroll KC, Butel JS, Morse SA. 2010. Medical Microbiology 26th Edition (1) . New York (US): Mc. Graw Hill.
Cheng X, Imai T, Teeka J, Yamaguchi J, Hirose M, Higuchi T, Sekine M. 2011. Inactivation of Escherichia coli and bacteriophage T4 by high levels of dissolved CO 2 . Applied Microbiology and Biotechnology . 90: 1493-1500.
Cho KH, Han DK, Park YG, Lee SW, Cha SM, Kang JH, Kim JH. 2010. Evaluation of the relationship between two different methods for enumeration fecal indicator bacteria: Colony-forming unit and most probable number. Journal of Environmental Sciences . 22(6) 846-850.
Djoharam  V,  Riani  V,  Yani  M.  2018.  Analisis  kualitas  air  dan  daya  tampung  beban  pencemaran  Sungai Pesanggrahan di wilayah Provinsi DKI Jakarta. Jurnal Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan . 8(1): 127-133.
Estika  N,  Suprihatin,  Yanib  M.  2017.  Analisis  dan  formulasi  strategi  ketersediaan  air  bersih  di  lokasi transmigrasi  (Studi  kasus:  Kecamatan  Lasalimu  Selatan,  Kabupaten  Buton). Jurnal  Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan . 7(2): 114-121. Huy VT. 2014. Study on Novel Disinfection Method of Water and Treated Wastewater by Using Pressurized Carbon Dioxide . Yamaguchi (JP): Yamaguchi University
Imai  T,  Dang  TLT.  2017.  Escherichia  coli  inactivation  using  pressurized  carbon  dioxide  as  an  innovative method  for  water  disinfection. Recent  Advances  on  Physiology,  Pathogenesis,  and  Biotechnological Applications . London (GB): Intechopen.
Isholawati D, Karamah EF, Zufri ZA, Hidayat AN. 2014. Disinfeksi  bakteri Escherichia coli menggunakan proses kavitasi hidrodinamika water-jet dengan kombinasi karbon aktif dan zeolit. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi 5 . 10-15. ISBN 978-602-99334-3-7. P 10-15.
Kobayashi F, Hayata Y, Kohara K, Muto N, Osajima Y. 2007a. Application of supercritical CO 2 bubbling to inactivate E. coli and coliform bacteria in drinking water. Food Sci. Technol. Res . 13(1): 20-22.
Kobayashi F, Hayata Y, Muto N, Osajima Y. 2007b. Effect of the pore size of microfilters in supercritical CO 2 bubbling on the dissolved CO 2 concentration. Food Sci. Technol. Res . 13(2): 118-120.
Kobayashi F, Hayata Y, Ikeura H, Tamaki M, Muto N, Osajima Y. 2009. Inactivation of Escherichia coli by CO 2 microbubbles at a lower pressure and near room temperature. Transactions of American Society of Agricultural and Biological Engineers . 52(5): 1621-1626.
Komala  PS,  Agustina  F.  2013.  Pengaruh  penggangu  pada  proses  disinfeksi  terhadap  penyisihan  bakteri escherichia coli pada air pengolahan PDAM Gunung Pangilun. PROSIDING STNK TOPI 2013 . ISSN. 1907-0500.
Kusniadi, Sunariah NS. 2013. Mikrobiologi . Bandung (ID): Universitas Pendidikan Indonesia.
Lee  JY,  Kim  SS,  Kang  DH.  2015.  Effect  of  pH  for  inactivation  of Escherichia  coli O157:H7, Salmonella typhimurium and Listeria monocytogenes in orange juice by ohmic heating. LWT - Food Science and Technology . 62: 83-88. Lusandika EH., Suarjana IGK., Suada IK. 2017. Kualitas Air Peternakan Ayam Broiler Ditinjau dari Jumlah Bakteri Coliform dan Escherichia coli . Denpasar (ID): Universitas Udayana.
Mirnawati BS, Hadri L, Saimah. 2016. Dekontaminasi Bakteri Escherichia coli dan Staphylococcus aureus pada Sarang Burung Walet dengan Perlakuan Pemanasan . Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
National  Research  Council.  1986. Drinking  Water  and  Health .  Washington  DC  (US):  National  Academy Press.
Pfafflin JR, Ziegler EN. 2006. Encyclopedia of Environmental Science and Engineering. Finlandia (FI): Boca Raton.
Purwandani LF. 2012. Isolasi dan Uji Aktivitas Enzim Amilase dari Isolat Bakteri Termofilik Amilolitik Pasca Erupsi Merapi pada Beragai Variasi Suhu dan pH . Yogyakarta (ID): Universitas Negeri Yogyakarta. Respati NY, Yulianti E, Rakhmawati A. 2017. Optimasi suhu dan pH media pertumbuhan bakteri pelarut fosfat dari isolat bakteri termofilik. Jurnal Prodi Biologi . 6(7): 423-430.
Serin JP, Arpentinier P, Agbomson DH. 2012. Solubility of Carbon Dioxide in Water and Aqueous Solution Containing Sodium Hydroxide at Temperatures from (293.15 to 393.15) K and Pressure up to 5 MPa: Experimental Measurements . Pau (FR): Université de Pau et des Pays de l'Adour.
Susana T. 1988. Karbondioksida . Jakarta (ID): Pusat Penelitian dan Pengembangan Oseanologi-Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.
Takahashi M, Chiba K, Li P. 2007. Formation of hydrocxyl radicals by collapsing ozone microbubbles under strongly acidic conditions. J. Phys. Chem . 111(39): 11443-11446.
Tangahu  Y.  2014. Uji  Kuantitatif  Cemaran  Bakteri  pada  Makanan  Siomay  di  Kota  Gorontalo .  Gorontalo: Universitas Gorontalo.
Vo TH, Imai T, Yamamoto H, Le TV, Higuchi T, Kanno A, Yamamoto K, Sekine M. 2013. Disinfection using pressurized  carbon  dioxide  microbubbles  to  inactivate Escherichia  coli ,  bacteriophage  MS2  and  T4.
Journal of Water and Environment Technology . 11(6): 497-505.
Wang H, Zeuschner J, Eremets M, Troyan I, Willams J. 2016. Stable Solid and Aqueous H 2 CO 3 from CO 2 and H 2 O at High Pressure and High Temperature. Sci. Rep . 1-8. doi: 10.1038/srep19902.
Wright A, Marsha A, Ricciotti F, Shaw A, Izac F, Holdich R, Bandulasena H. 2018. Microbubble-enchanced dielectric  barrier  discharge  pretreatment  of  microcrystalline  cellulose. Journals  of  Biomass  and Bioenergy . 118: 46-54. Xue Z, Nishio S, Hagiwarab N. 2014. Microbubble Carbon Dioxide Injection for Enhached Dissolution in Geological Sequestration and Improved Oil Recovery . Kyoto (JP): Kyoto University.
Zhang  J, Thomas  AD,  Michael  AM,  Michael JD,  Martine  L,  Yuehuei  HA.  2006 .  Sterilization  Using  High Pressure Carbon Dioxide . Columbia (US): University of South California.