Ozon pertama kali digunakan sebagai disinfektan dalam pengolahan air industri pada tahun 1893 di Belanda. Sejak saat itu, penggunaannya telah menyebar di Eropa dan Amerika Serikat sebagai desinfeksi primer (untuk menangani produk samping trihalometan) dan sebagai desinfeksi sekunder (untuk menghilangkan mikroorganisme). Di Jerman, ozon digunakan sebagai disinfektan pada kolam renang dalam menghilangkan kontaminan dari air kolam untuk pertama kalinya pada tahun 1964.
Menurut beberapa hasil penelitian, penggunaan ozon sebagai disinfektan dapat mereduksi bakteri e.coli hingga 99.99% dalam waktu 19 menit, bakteri Pseudomonas aeruginosa 90% dalam waktu 4 menit, dan bakteri Staphylococcus aureus sebesar 99% pada waktu 10 menit. Ozon menginaktivasi 99% virus Polio I dalam 3 menit, Hepatitis A virus dalam 5 menit dan Encephalomyelitis virus dalam 10 menit. Dalam hal fungi dan yeast, ozon mengurangi 78% Aspergillus flavus dalam waktu 4 menit dan 99% Aspergillus niger dalam waktu 10 menit.
Mekanisme Ozon sebagai disinfektan
Disinfektan diartikan sebagai senyawa atau bahan kimia yang digunakan untuk menghambat atau membunuh mikroorganisme (misalnya pada bakteri, virus dan jamur kecuali spora bakteri). Penggunaan ozon sebagai disinfektan air banyak dilakukan karena sifatnya yang reaktif dan membunuh bakteri secara cepat.
Pada bakteri, ozon pertama kali akan menyerang membran sel, kemudian glikoprotein, glikolipid atau asam amino tertentu, dan juga gugus sulfhidril dari enzim tertentu. Sel bakteri mulai rusak setelah kontak dengan ozon, membran sel dilubangi selama proses ini dan akhirnya sel hancur atau mengalami lisis seluler.
Pada virus, Ozon mengoksidasi selubung protein virus dan memodifikasi struktur tiga dimensinya. Ketika ini terjadi, virus tidak dapat berlabuh ke sel inang sehingga tidak dapat bereproduksi dan pada akhirnya akan mati. Sedangkan pada Fungi dan Yeast, ozon mengoksidasi sel sehingga menyebabkan kerusakan sel yang parah.
Selain itu, sebagai disinfektan ozon dapat bereaksi dengan produk sampingan radikal dari dekomposisi ozon dan memutus ikatan karbon-nitrogen yang menyebabkan depolimerisasi.
Keunggulan Ozon sebagai disinfektan
Sebagai disinfektan, ozon memiliki keunggulan sebagai berikut :
- Lebih efektif dibanding klorin dalam menghancurkan virus dan bakteri.
- Ozonisasi memerlukan waktu kontak yang lebih singkat.
- Tidak ada residu berbahaya setelah reaksi karena ozon terdekomposisi secara cepat.
- Ozonasi meningkatkan konsentrasi dissolved oxygen (DO) karena ozon akan terdekomposisi menjadi oksigen.
- Generator ozon dapat digunakan berulang kali sehingga menghemat cost yang dikeluarkan untuk pembelian bahan seperti klorin.
- Ozon dihasilkan di tempat (in situ) sehingga tidak ada masalah keamanan dalam hal pengiriman dan penanganan.
Kelemahan Ozon sebagai disinfektan
Selain keunggulan, ozon sebagai disinfektan juga memiliki kelemahan sebagai berikut :
- Jika konsentrasi ozon terlalu rendah akan kurang efektif dalam membunuh beberapa virus, spora, dan kista karena desinfeksi dipengaruhi oleh dosis ozon, waktu kontak dan organisme target.
- Untuk implementasi di lapangan, diperlukan material tahan korosi karena ozon sangat reaktif dan korosif.
- Perlu adanya keamanan yang tinggi untuk para pekerja/operator.
Nanobubble-Ozon sebagai Disinfektan
Ozon memiliki kelarutan yang terbatas dan terurai lebih cepat dalam air daripada di udara. Karena sifatnya yang sangat tidak stabil, ozon akan cepat terurai menjadi unsur oksigen dalam waktu singkat. Ketika ozon dikirim sebagai gelembung nano, maka masa hidup yang dimilikinya akan lebih lama dengan area cakupan lebih tinggi jika dibandingkan dengan gelembung makro. Karakteristik gelembung nano yang unik meningkatkan transfer massa ozon dan efektifitas dalam oksidasi serta penghilangan patogen berbahaya pada air.
Mesin Nanobubble-Ozon dibuat dengan material pilihan yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan di lapangan. Selain untuk disinfektan, Nanobubble-Ozon juga dapat digunakan untuk pengolahan limbah seperti penjernihan, menghilangkan bau, menurunkan COD & BOD dan juga TSS.
(Baca juga : Nanobubble untuk Wastewater Treatment)
Penulis : Zakia Dwi Puspa Ramadina
Editor : Afridha Setia Jayanti
English Version
Ozone Nanobubble as Disinfectant
Ozone was first used as a disinfectant in industrial water treatment in 1893 in the Netherlands. Since then, its use has spread in Europe and the United States as primary disinfection (to treat trihalomethane by-products) and as secondary disinfection (to remove microorganisms). In Germany, ozone was used as a disinfectant in swimming pools to remove contaminants from pool water for the first time in 1964.
According to several research results, the use of ozone as a disinfectant can reduce e.coli bacteria up to 99.99% within 19 minutes, Pseudomonas aeruginosa bacteria 90% within 4 minutes, and Staphylococcus aureus bacteria by 99% in 10 minutes. Ozone inactivates 99% of Polio I virus in 3 minutes, Hepatitis A virus in 5 minutes, and Encephalomyelitis virus in 10 minutes. In the case of fungi and yeast, ozone reduced 78% of Aspergillus flavus within 4 minutes and 99% of Aspergillus niger within 10 minutes.
Mechanism of Ozone as a disinfectant
A disinfectant is defined as a compound or chemical used to inhibit or kill microorganisms (e.g. bacteria, viruses, and fungi except for bacterial spores). The use of ozone as a water disinfectant is widely used because it is reactive and kills bacteria quickly.
In bacteria, ozone will first attack the cell membrane, then glycoproteins, glycolipids, or certain amino acids, and also the sulfhydryl groups of certain enzymes. Bacterial cells start to break down upon contact with ozone, the cell membrane is perforated during this process, and eventually, the cell is destroyed or undergoes cellular lysis.
In viruses, Ozone oxidizes the viral protein envelope and modifies its three-dimensional structure. When this happens, the virus is unable to anchor to the host cell so it cannot reproduce and will eventually die. Whereas in Fungi and Yeast, ozone oxidizes cells, causing severe cell damage.
In addition, as disinfectant ozone can react with the radical byproducts of ozone decomposition and break the carbon-nitrogen bond that causes depolymerization.
Advantages of Ozone as a disinfectant
As a disinfectant, ozone has the advantages:
- More effective than chlorine in destroying viruses and bacteria.
- Ozonization requires a shorter contact time.
- There is no harmful residue after the reaction because ozone decomposes rapidly.
- Ozonation increases the concentration of dissolved oxygen (DO) because ozone will decompose into oxygen.
- Ozone generators can be used over and over again, thus saving costs on the purchase of materials such as chlorine.
- Ozone is generated on-site (in situ) so there are no safety issues in terms of shipping and handling.
Disadvantages of Ozone as a Disinfectant
In addition to the advantages, ozone as a disinfectant also has the following disadvantages:
- If the ozone concentration is too low it will be less effective in killing some viruses, spores, and cysts because disinfection is affected by ozone dose, contact time, and target organisms.
- For implementation in the field, corrosion-resistant materials are needed because ozone is very reactive and corrosive.
- There needs to be a high level of security for workers/operators.
Nanobubble-Ozone as Disinfectant
Ozone has limited solubility and decomposes more rapidly in water than in the air. Because it is very unstable, ozone will quickly decompose into elemental oxygen in a short time. When ozone is delivered as nanobubbles, it has a longer life span with a higher coverage area than macro bubbles. The unique nanobubble characteristics enhance ozone mass transfer and are effective in oxidizing and removing harmful pathogens from water.
The Nanobubble-Ozone machine is made with selected materials that can be adapted to the needs of the field. In addition to disinfecting, Nanobubble-Ozone can also be used for waste treatment such as purification, odor removal, lowering COD & BOD, and also TSS.
Writer : Zakia Dwi Puspa Ramadina
Editor : Afridha Setia Jayanti
DAFTAR PUSTAKA
[1] Farooq, S., & Akhlaque, S. (1983). Comparative response of mixed cultures of bacteria and virus to ozonation. Water research, 17(7), 809-812.
[2] Rojas-Valencia, M. N. (2011). Research on ozone application as disinfectant and action mechanisms on wastewater microorganisms. Virus, 3(4.0).
[3] G. Wen, Z. Liang and X. Xu et al (2020) Inactivation of fungal spores in water using ozone: Kinetics, influencing factors and mechanisms. Water research, 185 (1-14).
[4] US Environmental Protection Agency. (1999). Wastewater technology fact sheet: ozone disinfection.
