Memanfaatkan Bakteri untuk Filter Air

Memanfaatkan Bakteri untuk Filter Air - Di zaman modern seperti sekarang ini kebutuhan akan air bersih menjadi salah satu kebutuhan utama. Akan tetapi realitanya lebih dari satu dari 10 orang di dunia tidak memiliki akses terhadap air minum yang bersih. Prediksinya bahkan pada tahun 2025 setengah dari populasi dunia akan tinggal di daerah dengan air bersih yang sangat terbatas.

Prediksi itu diperkuat dengan semakin meningkatnya permintaan akan air minum bersih, akan tetapi sumber daya airnya justru semakin langka. Hal tersebut diperparah dengan industrialisasi yang cepat dan meningkatnya kegiatan konstruksi. Hal tersebut merupakan faktor nyata yang mengharuskan perlunya solusi perawatan air terukur di seluruh dunia. Ditambah faktor-faktor lain, seperti pasar global untuk solusi pengolahan air diperkirakan akan tumbuh pada tingkat pertumbuhan gabungan tahunan sebesar 7,4% dari 2017 hingga 2027.

Persoalan air bersih inilah yang melatarbelakangi para ilmuwan di Universitas Washington di St Louis Amerika Serikat dan Seoul National University untuk merancang teknologi membran terbaru yang dapat memurnikan air lebih cepat. Terobosan teknologi tersebut diklaim dapat mencegah biofouling atau penumpukan bakteri dan mikroorganisme berbahaya lainnya yang terdapat dalam aliran air. Temuan ini diumumkan secara resmi pada awal Januari 2019 lalu.

Memanfaatkan Bakteri untuk Filter Air

Tim riset yang dikomandani Srikanth Singamaneni, seorang profesor teknik mesin dan ilmu material, bersama Young-Shin Jun, profesor energi, teknik lingkungan dan kimia tersebut, berhasil menggunakan bakteri untuk membangun membran penyaringan air terbaru. Tim tersebut memadukan keahlian mereka untuk mengembangkan membran ultrafiltrasi menggunakan graphene oxide dan bakteri nanoselulosa. Bakteri yang mereka temukan ini terbukti sangat efisien, tahan lama, dan ramah lingkungan.

Tim peneliti ini menggunakan bakteri pengkhianat untuk membantu mereka membangun filter air graphene yang menghancurkan bakteri lain. Tim mengklaim filter air baru mereka dapat membersihkan air dua kali lebih cepat dari membran ultrafiltrasi yang tersedia secara komersial saat ini.

Tim peneliti mengatakan bahwa membuat filter air seperti “pencetakan 3D dengan mikroorganisme”. “Kami justru memanfaatkan bakteri untuk menyaring bakteri itu sendiri. Ternyata hasilnya cukup kuat, bahkan dua kali lebih kuat,” ungkap Profesor Singamaneni.

Bahan Murah

Penumpukan bakteri dan mikroorganisme atau biofouling dalam air menyumbang hampir setengah dari semua pengotoran membran. Hal tersebut sangat menantang untuk diberantas sepenuhnya. Profesor Singamaneni dan Profesor Jun telah menangani tantangan ini bersama selama hampir lima tahun. Mereka sebelumnya mengembangkan membran lain menggunakan nanostars emas. Namun, mereka ingin merancang dengan menggunakan bahan yang lebih murah.

Mereka akhirnya memilih bakteri dan membran baru yang mereka teliti dimulai dengan memberi makan bakteri Gluconacetobacter hansenii dengan suatu zat manis sehingga membentuk nanofibers selulosa ketika berada di dalam air. Tim tersebut kemudian memasukkan serpihan graphene oxide (GO) ke dalam bakteri nanoselulosa ketika sedang tumbuh. Pada dasarnya, peneliti ingin menjebak GO dalam membran untuk membuatnya stabil dan tahan lama.

Setelah GO dimasukkan, membran diperlakukan dengan larutan basa untuk membunuh Gluconacetobacter. Selama proses ini, kelompok oksigen GO dihilangkan sehingga mengurangi GO. Ketika tim menyinari sinar matahari ke membran, serpihan GO yang berkurang segera menghasilkan panas yang dibuang ke air di sekitarnya dan nanocellulose bakteri. Ironisnya, membran yang dibuat dari bakteri juga dapat membunuh bakteri itu sendiri.

“Jika Anda ingin memurnikan air dengan mikroorganisme di dalamnya, berkurangnya graphene oxide dalam membran dapat menyerap sinar matahari, memanaskan membran, dan membunuh bakteri itu sendiri,” kata Singamaneni.

Tim Singamaneni dan Jun ini mengekspos membran untuk bakteri E. coli, kemudian menyinari permukaan membran. Setelah diradiasi dengan cahaya hanya selama 3 menit, bakteri E. coli mati. Tim menemukan bahwa butuh pemanasan di atas 70° Celcius dalam membran untuk membunuh dinding sel bakteri E. coli.

Sementara bakteri terbunuh, para peneliti memiliki membran murni dengan serat nanoselulosa berkualitas tinggi yang mampu menyaring air dua kali lebih cepat dari membran ultrafiltrasi yang tersedia di pasaran di bawah tekanan operasi yang tinggi. Ketika mereka melakukan percobaan yang sama pada membran yang terbuat dari bakteri nanoselulosa tanpa GO berkurang, bakteri E. coli tetap hidup.

Profesor Jun menjelaskan, semua orang dapat menambahkan apapun yang disukainya ke bakteri nanoselulosa selama masih ada pertumbuhannya. “Kami melihatnya di bawah kondisi pH yang berbeda mirip dengan apa yang kita temui di lingkungan dan membran ini jauh lebih stabil dibandingkan dengan membran yang dibuat dengan filtrasi vakum atau spin-coating dari graphene oxide,” paparnya.

Berguna untuk Negara Berkembang

Profesor Singamaneni mengakui bahwa menerapkan proses ini dalam sistem reverse osmosis konvensional berbiaya cukup mahal. Mereka mengusulkan sistem modul spiral-luka, mirip dengan gulungan handuk. Itu bisa dilengkapi dengan LED atau jenis nanogenerator yang memanfaatkan energi mekanik dari aliran fluida untuk menghasilkan cahaya dan panas. Teknik ini akan mengurangi biaya keseluruhan.

Jika teknik yang ditemukan tim riset ini ditingkatkan ke ukuran besar, hal tersebut dinilai bisa menguntungkan banyak negara berkembang, terutama negara-negara yang memiliki persediaan air bersih sangat terbatas.

Selama ini, material untuk penyaring air konvensional masih menggunakan karbon aktif, zeolit, flokulan, dan lainnya yang memiliki keterbatasan sensitivitas pH tertentu, efisiensi, dan pemulihan yang buruk untuk mengolah campuran berbagai macam kontaminan yang terdapat dalam air limbah.

“Bila bakteri yang ada kita manfaatkan ulang untuk memfilter kembali bakteri atau polutan yang ada di air, tentu lebih murah dan cukup efektif dari hasil riset kami ini,” ujar Profesor Jun.