Kecil tapi Berdampak: Nanopartikel Fotokatalis sebagai Solusi Inovatif untuk Remediasi Pencemaran Air Akibat Limbah Pertanian

 

Indonesia yang dikenal sebagai negara agraris ternyata menyimpan berbagai permasalahan yang urgent. Limbah pupuk dan pestisida dari aktivitas pertanian secara perlahan namun pasti meracuni sungai-sungai, mengubah sumber kehidupan menjadi ancaman kesehatan yang merayap dalam setiap tetes air. Krisis air bersih di daerah pertanian pun tak lagi menjadi isu sederhana, melainkan tantangan kompleks yang memerlukan solusi inovatif dan berkelanjutan. Sungai yang seharusnya menjadi sumber kehidupan kerap berubah menjadi muara masalah. Aliran air tidak hanya membawa butiran kehidupan, tetapi juga sampah plastik, limbah organik kotoran sapi, hingga polutan lainnya. Limbah dari pertanian ini membawa bahan kimia berbahaya ke dalam aliran sungai dan mengancam kehidupan ekosistem air dan kualitas air yang sangat dibutuhkan oleh warga setempat.

Gambar Kondisi Sungai yang Tercemar Limbah Pertanian dan Fenomena Eutrofikasi (Sumber : Dokumentasi pribadi, 2025) 

Fenomena yang tampak di sungai pada Gambar di atas merupakan contoh nyata dari pencemaran air akibat limbah pertanian, yaitu eutrofikasi. Eutrofikasi merupakan kondisi ketika perairan dipenuhi tumbuhan air seperti eceng gondok akibat kelebihan nutrisi dari limbah rumah tangga, pupuk, maupun pestisida. Sekilas terlihat sepele, tetapi pertumbuhan tanaman yang tak terkendali ini justru menutup permukaan air, mengurangi kadar oksigen terlarut, dan membuat ikan serta organisme lain sulit bertahan hidup. Ditambah lagi dengan sampah plastik dan limbah padat yang mengotori aliran sungai, kondisi ini memperparah pencemaran dan merusak keseimbangan ekosistem. Lalu, bagaimana ilmu sains mengatasi masalah eutrofikasi?

Nanopartikel Fotokatalis: Konsep Revolusioner yang Ramah Lingkungan

Sebelum membahas penanganan, kita perlu mengetahui bahwa kandungan utama pada pupuk dan pestisida, terutama unsur fosfor (P) yang umum telah menjadi salah satu penyebab utama eutrofikasi ketika unsurunsur ini terbawa ke badan air lewat limpasan. Pupuk NPK dan pestisida Organofosfat dapat menyumbang limbah fosfor (PO) dalam perairan yang dapat menyuburkan alga dan tanaman air.  Kandungan posfor dalam pupuk biasanya sekitar 14-20%. 

Sebagai bentuk upaya mengurangi kandungan fosfat di dalam perairan akibat limbah pertanian, fotokatalitik dapat menjadi pilihan alternatif. Fotokatalitik adalah proses pemanfaatan cahaya (umumnya sinar UV atau cahaya tampak) untuk mengaktifkan suatu semikonduktor katalis (misalnya TiO, ZnO, FeO) sehingga menghasilkan pasangan elektron (e) dan hole (h). Pasangan ini akan memicu reaksi redoks yang mampu memecah senyawa organik maupun anorganik berbahaya di air. Proses fotokatalitik ini umumnya berbasis nanopartikel. Nanopartikel adalah partikel yang sangat kecil dengan ukuran berada pada skala nanometer (1--100 nanometer). Karena ukurannya yang kecil, nanopartikel memiliki kelebihan diantaranya memiliki luas permukaan yang sangat besar dibandingkan volumenya sehingga meningkatkan reaktivitas kimia dan efisiensi dalam berbagai aplikasi, mulai dari katalisis hingga energi. Dalam bidang lingkungan, nanopartikel mampu mempercepat proses degradasi polutan melalui mekanisme fotokatalisis yang lebih efektif dibanding material konvensional. 

Prinsip kerja fotokatalisis dalam mendegradasi fosfat

Gambar Eksitasi Elektron dalam Fotokatalis (Sumber : Subramaniam et al., 2019)

Teknologi fotokatalitik berbasis nanopartikel ini dinilai efektif untuk mengatasi pencemaran fosfat karena radikal hidroksil (*OH) yang dihasilkan mampu memecah senyawa pestisida organofosfat maupun residu pupuk menjadi bentuk fosfat anorganik sederhana yang relatif tidak berbahaya. Proses ini bukan hanya menghilangkan senyawa beracun, tetapi juga menurunkan kadar nutrien berlebih yang menjadi pemicu utama eutrofikasi. Keunggulannya terletak pada penggunaan nanopartikel semikonduktor, seperti TiO atau ZnO yang memiliki luas permukaan aktif sangat besar sehingga reaksi degradasi berlangsung lebih cepat dan efisien. Prinsip kerjanya adalah ketika partikel semikonduktor tersebut disinari cahaya dengan energi yang sesuai (UV atau tampak), elektron pada pita valensi tereksitasi menuju pita konduksi, meninggalkan lubang (h). Pasangan elektron--hole ini kemudian bereaksi dengan molekul air atau oksigen terlarut membentuk radikal hidroksil (*OH) dan radikal superoksida (*O) yang sangat reaktif. Radikal inilah yang menyerang ikatan fosfor-organik pada senyawa organofosfat, memutuskannya menjadi ion fosfat anorganik (PO) yang lebih stabil, larut dalam air, dan tidak lagi bersifat toksik. Oleh karena itu, fotokatalisis berbasis nanopartikel ini bisa menjadi solusi ramah lingkungan yang potensial untuk memperbaiki kualitas air sungai atau danau yang rentan tercemar akibat akumulasi pupuk dan pestisida.