Kebutuhan air bersih semakin meningkat seiring dengan pertambahan jumlah penduduk. Air baku seperti sungai, danau, dan waduk tidak dapat langsung dikonsumsi karena masih mengandung bahan pencemar yang tinggi, seperti senyawa organik, logam berat, dan bakteri patogen. Air limbah yang masuk ke badan air juga mempengaruhi karakteristik air baku. Jika air baku tersebut langsung dikonsumsi oleh masyarakat, maka akan berdampak negatif bagi kesehatan manusia. Dengan demikian, air baku sebelum digunakan untuk kegiatan dan air limbah sebelum dibuang perlu melalui pengolahan yang tepat untuk mengurangi kandungan pencemar.
Teknologi konvensional dan canggih telah digunakan untuk mengubah air baku dan air limbah menjadi air bersih. Jenis teknologi tersebut memiliki efisiensi yang cukup tinggi dalam hasil pengolahan. Koagulasi dan flokulasi adalah bagian dari unit pengolahan air dan air limbah dan pengolahan primer yang dapat menghilangkan partikel tersuspensi. Dalam proses koagulasi dan flokulasi, jenis koagulan dan flokulan sangat penting dalam proses pengolahan. Prinsip koagulasi dan flokulasi adalah proses destabilisasi partikel tersuspensi dengan menambahkan koagulan dan flokulan untuk mengurangi gaya tolak menolak antar partikel karena proses pembentukan flok dalam kondisi stabil tidak akan terjadi. Partikel-partikel yang tidak stabil tersebut kemudian saling bertabrakan dan membentuk flok dengan ukuran lebih besar yang mudah mengendap. Koagulan dan flokulan kimia yang mapan sering digunakan dalam pengolahan air baku dan air limbah karena efisiensinya yang terbukti tinggi dalam menghilangkan partikel tersuspensi. Namun, sedimen dari proses tersebut dapat meningkatkan volume lumpur hasil non-biodegradable yang harus diolah dan tidak dapat dibuang langsung ke lingkungan terbuka.
Saat ini, biokoagulan dan bioflokulan menjadi alternatif pengganti koagulan dan flokulan kimia dalam pengolahan air baku dan air limbah. Biokoagulan dan bioflokulan dapat disebut juga sebagai koagulan dan flokulan organik karena dapat dihasilkan dari hewan (kitosan dan krustasea), mikroorganisme (bakteri, alga, dan jamur), dan tumbuhan (biji, daun, kulit, limbah buah, dan limbah sayuran). Selain itu, campuran bahan kimia organik dan anorganik seringkali lebih efektif daripada bahan kimia organik atau anorganik saja. Campuran yang benar seringkali dapat memberikan keuntungan dari penggunaan mekanisme penyapu flok koagulan anorganik dengan karakteristik pengurangan pembentukan lumpur dari koagulan organik.
Kinerja biokoagulan/bioflokulan sangat terkait dengan gugus fungsi atau senyawanya. Karakteristik biokoagulan/bioflokulan juga menentukan mekanisme selama proses koagulasi dan flokulasi. Gugus hidroksil adalah gugus/senyawa fungsional yang paling banyak disebutkan yang berkontribusi pada proses koagulasi dalam biokoagulan, diikuti oleh gugus amina dan karboksil serta protein. Gugus hidroksil dan karboksil mewakili gugus terionisasi yang ada dalam biokoagulan. Beberapa senyawa bahkan terdapat pada jenis biokoagulan/bioflokulan tertentu, misalnya kitin dan kitosan. Gugus hidroksil dan karboksil dapat dilepaskan selama proses koagulasi, menghasilkan partikel biokoagulan bermuatan positif dalam sistem, tergantung pada pH dan dosis biokoagulan. Partikel bermuatan positif yang dihasilkan oleh biokoagulan memfasilitasi netralisasi muatan dan mengkonfirmasi mekanisme seperti yang disebutkan oleh 65% dari penelitian yang terkait dengan biokoagulan dalam studi ini. Gugus amina bertindak sebagai gugus fungsi positif dalam biokoagulan pada pH rendah hingga netral. Komposisi gugus amina yang tinggi dalam suatu senyawa menunjukkan potensi zeta positif yang tinggi, yang dapat memfasilitasi proses koagulasi melalui mekanisme netralisasi muatan dengan mendestabilisasi suspensi koloid.
Gugus karboksil adalah gugus/senyawa fungsional yang paling banyak disebutkan yang berkontribusi pada proses flokulasi dalam bioflokulan, diikuti oleh gugus hidroksil dan amina dan protein. Bridging adalah mekanisme yang paling banyak disebutkan terjadi selama flokulasi menggunakan bioflokulan, sementara beberapa penelitian lain juga melaporkan netralisasi muatan, flokulasi patch, dan adsorpsi. Protein menunjukkan berat molekul tinggi yang nyata dalam bioflokulan. Berat molekul tinggi memfasilitasi bridging antar partikel dengan menghubungkan satu partikel ke partikel lainnya. Adanya gugus karboksil, hidroksil, dan amina dalam bioflokulan memudahkan perlekatan suspensi lebih lanjut ke partikel agregat, membentuk flok yang lebih besar. Gugus fungsi ini juga dapat memperluas area perlekatan flok yang terbentuk sebelumnya untuk membuat flok yang lebih besar. Mekanisme ini mengkonfirmasi penyebutan bridging oleh bioflokulan dari 88% peneiliti yang dibahas. Mirip dengan biokoagulan, gugus hidroksil dan karboksil dapat terionisasi dalam suspensi, sehingga melepaskan partikel bioflokulan bermuatan positif yang melakukan netralisasi muatan. Selain itu, mekanisme adsorpsi yang disebutkan selama flokulasi menggunakan bioflokulan juga dianggap sebagai proses antara, di mana bioflokulan memfasilitasi perlekatan dua atau lebih flok yang terbentuk sebelumnya atau perlekatan partikel lebih lanjut ke dalam flok yang terbentuk. Mekanisme ini dapat meluas ke mekanisme flokulasi bridging atau patch tergantung pada berbagai faktor yang mempengaruhi proses pembentukan flok yang kompleks.
Meskipun tidak semua senyawa/gugus fungsi berkontribusi, penelitian ini menemukan bahwa gugus hidroksil, karboksil, dan amina serta protein yang ada pada biokoagulan dan bioflokulan berperan penting dalam proses koagulasi dan flokulasi. Senyawa ini memfasilitasi mekanisme penetralan muatan yang paling banyak terjadi selama proses koagulasi dan mekanisme bridging yang paling banyak terjadi selama proses flokulasi. Meskipun menunjuk senyawa tertentu berdasarkan analisis penelitian yang diterbitkan sebelumnya, studi ini juga memiliki keterbatasan terkait dengan peralatan yang digunakan dalam data yang dibahas. FT-IR adalah peralatan yang paling banyak digunakan dalam makalah yang dibahas. Dengan demikian, hasil yang disajikan terutama difokuskan pada kelompok fungsional biokoagulan/bioflokulan. Beberapa tantangan sedang berkembang yang dapat menjadi arah penelitian di masa depan dalam memahami senyawa yang paling berkontribusi selama proses koagulasi-flokulasi menggunakan biokoagulan/bioflokulan. Hibridisasi biokoagulan/bioflokulan, pemilihan teknik ekstraksi dan pemurnian yang tepat untuk memaksimalkan hasil senyawa aktif, optimalisasi kondisi produksi, dan peningkatan skala industri merupakan tantangan yang harus ditangani dalam penelitian masa depan.
Penulis: Muhammad Fauzul Imron
Artikel dapat diakses pada link dibawah ini:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721059805
