Ukuran kecil daripada partikel koloid di dalam air, diikuti dengan fakta bahwa muatan negatif yang tersebar pada permukaan koloid, berarti bahwa suspensi koloid adalah sangat stabil.
Koagulasi dan flokulasi sering digunakan dalam pengolahan air minum dan preparasi air yang digunakan untuk industri. Teknik ini menetralisir muatan koloid di dalam air, dan mengabsorbsi mereka kedalam permukaan daripada presipitat yang terbentuk saat flokulasi. Substansi terlarut tertentu juga dapat diabsorbsi ke dalam flok (materi organik, berbagai polutan, dll).(Degremont.1979)
2.4.1. Koagulasi
Koagulasi melibatkan reduksi daripada tolakan elektrostatis pada partikel koloid, sehingga partikel koloid dapat membentuk agregat.(Manahan.1984). Netralisasi dapat dilakukan dengan penambahan ion-ion yang berlawanan muatan listriknya dengan muatan listrik koloid. Penambahan ion positif ke dalam air untuk mengurangi muatan listrik permukaan sehingga partikel koloid tidak tolak-menolak satu sama lainya disebut koagulasi.(Suprihatin.2013).
Koagulan adalah bahan-bahan atau substansi (senyawa kimia) yang ditambahkan ke dalam air untuk menghasilkan efek koagulasi. Sifat dan syarat penting koagulan adalah sebagai berikut (Davis dan Cornwell.1991).
a. Kation trivalen. Kation trivalen merupakan kation yang paling efektif untuk menetralkan muatan listrik koloid.
b. Tidak toksik. Persyaratan ini diperlukan untuk mnghasilkan air atau air limbah hasil pengolahan yang aman.
c. Tidak larut dalam kisaran pH netral. Koagulan yang ditambahkan harus terpresipitasi dari larutan, sehingga ion-ion tersebut tidak tertinggal dalam air.
2.4.1.1. Alum
Reaksi yang terjadi ketika alum ditambahkan ke dalam air yang mengandung alkalinitas adalah :
Al2(SO4)3.14H2O + 6 HCO3- 2 Al(OH)3(s) + 6 CO2 + 14 H2O + 3 SO42-
Setiap mol alum yang ditambahkan akan menggunakan 6 mol alkalinitas dan menghasilkan 6 mol karbon dioksida. Reaksi tersebut akan mengubah kesetimbangan karbonat dan akan menurunkan pH. Namun, penurunan pH tidak terjadi secara drastis dan secara operasional koagulasi tidak bermasalah.
Reaksi yang terjadi ketika alum ditambahkan ke dalam air yang tidak mengandung alkainitas adalah:
Al2(SO4)3.14H2O 2 Al(OH)3(s) + 3 H2SO4 + 8 H2O
Reaksi tersebut akan menghasilkan asam sulfat, sehingga pH akan menurun secara signifikan. Jika reaksi ini terjadi, perlu ditambahkan kapur dan karbonat untuk menetralkan asam. Air dengan pH asam akan menyebabkan berbagai masalah, misalnya kerusakan beton instalasi pengolahan air atau pelarutan logam dalam sistem perpipaan.
2.4.1.2. Besi
Besi dapat diperoleh dari garam sulfat Fe2(SO4)3.H2O atau garam klorida FeCl3.XH2O
yang tersedia dalam bentuk padatan atau larutan. Reaksi FeCl3 dalam air yang
mengandung alkalinitas adalah:
FeCl3 + 3 HCO3- Fe(OH)3(s) + 3 CO2 + 3 Cl-
Dan reaksinya dalam air yang tidak mengandung alkalinitas adalah:
FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3(s) + 3 HCl
2.4.2. Flokulasi
Flokulasi merupakan pembentukan flok-flok dari partikel-partikel kecil yang telah mengalami koagulasi. Untuk menghasilkan flokulasi yang lebih baik, biasanya dibantu dengan penambahan bahan-bahan pembantu koagulan atau disebut juga flokulan.
Ada empat jenis flokulan yang biasa digunakan, yaitu pengatu pH, silika aktif,
clay, dan polimer. Asam dan basa digunakan untuk mengatur pH air, sehingga kisaran pH optimal koagulasi tercapai. Asam yang biasa digunakan adalah H2SO4. Kapur
[Ca(OH)2] atau soda abu (Na2CO3) digunakan untuk meningkatkan nilai pH.
Silika aktif dan clay memiliki muatan listrik sedikit negatif dan dapat bergabung dengan muatan listrik positif dari flok-flok alum atau besi. Dengan demikian, hal tersebut akan menghasilkan flok yang lebih besar yang akan mengendap lebih cepat.
Polimer memiliki bagian aktif (active side) yang akan bergabung dengan flok dan menghasilkan flok yang lebih besar, sehingga flok-flok tersebut akan mengendap lebih baik. Polimer yang umum digunakan sebagai flokulan adalah poliakrilamida, polivinilpirimidin, polietilena imina, dan natrium poliakrilat.
Efisiensi koagulasi dan flokulasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu konsenterasi dan jenis zat tersuspensi, pH, konsenterasi dan jenis flokulan, waktu dan kecepatan pengadukan, serta adanya beberapa macam ion terlarut tertentu (seperti fosfat, sulfat, dan sebagainya).
Dua faktor penting dalam penambahan koagulan adalah pH dan dosis koagulan. Dosis dan pH optimum ditentukan dari percobaan laboratorium menggunakan jar test. Kisaran pH optimum untuk alum adalah 5,5-6,5, koagulasi mungkin juga terjadi antara pH 5 dan 8. Garam feri memiliki kisaran pH untuk koagulasi efektif yang lebih besar daripada alum, yaitu pH 4-9.
Koagulasi dan flokulasi terdiri atas tiga tahap berikut.
a. Pelarutan pereaksi (reagen) melalui pengadukan cepat (misalnya 1 menit, 100 rpm), bila perlu pembubuhan bahan kimia (sesaat) untuk menyesuaikan pH. b. Pengadukan lambat untuk membentuk flok-flok (misalnya 15 menit, 20-40
rpm). Pengadukan terlalu cepat dapat merusak kembali flok yang telah terbentuk.
c. Pengendapan (sedimentasi) flok-flok yang terbentuk (misalnya 15 menit atau 30 menit, 0 rpm).(Suprihatin.2013)
2.5. Aluminium
Di perairan, aluminium (Al) biasanya terserap ke dalam sedimen atau mengalami presipitasi. Aluminium dan bentuk oksida aluminium bersifat tidak larut. Akan tetapi, garam-garam aluminium sangat mudah larut. Sumber utama aluminium adalah mineral aluminosilicate yang terdapat pada batuan dan tanah secara melimpah. Pada proses pelapukan batuan, aluminium berada dalam bentuk residu yang tidak larut, misalnya bauxite. Aluminium banyak digunakan di pabrik kertas, dyes, penyamakan, dan percetakan. Aluminium yang berupa alum [Al2(SO4)3.4H2O] digunakan sebagai
Aluminium merupakan unsur yang tidak berbahaya. Perairan alami biasanya memiliki kandungan aluminium kurang dari 1,0 mg/liter. Perairan asam (acidic) memiliki kadar aluminium yang lebih tinggi. Menurut Canadian Council of Resource and Environment Ministers (1987), untuk memelihara kehidupan organisme akuatik, kadar aluminium sebaiknya tidak lebih dari 0,005 mg/liter bagi perairan dengan pH < 6,5 dan tidak lebih dari 0,1 mg/liter (McNeely et al., 1979). Perairan bagi keperluan pertanian sebaiknya memiliki kadar aluminium sekitar 5,0 mg/liter. Kadar aluminium untuk keperluan air minum sekitar 0,2 mg/liter (WHO,1984 dalam Moore,1991). Bagi kepentingan industri, misalnya pembangkit listrik tenaga uap, kadar aluminium perairan tidak lebih dari 0,1 mg/liter.
Percobaan toksisitas aluminium terhadap avertebrata Chrinomus anthronicus
dan Chaoborus punctipennis menunjukkan bahwa kadar aluminium 1 mg/liter pada perairan dengan pH 3,5-6,5 tidak mengakibatkan terjadinya peningkatan mortalitas. Percobaan dengan menggunakan Daphnia catawba dan Holopedium gibberium
sebagai organisme uji memperlihatkan adanya peningkatan mortalitas (Havas dan Likens.1985 dalam Canadian Councl of Resource and Environment Ministers.1987). Pada perairan yang bersifat asam (pH sekitar 4,4-5,4), aluminium bersifat lebih toksik. Toksisitas aluminium maksimum terjadi pada pH 5,0-5,2 (Schofield dan Trojnar,1980 dalam Canadian Council of Resource and Environment Ministers,1987).
2.6. Besi
Keberadaan besi pada kerak bumi menempati posisi keempat terbesar. Besi ditemukan dalam bentuk kation ferro (Fe2+) dan ferri (Fe3+). Pada perairan alami dengan pH sekitar 7 dan kadar oksigen terlarut yang cukup, ion ferro yang bersifat mudah larut dioksidasi menjadi ion ferri. Pada oksidasi ini terjadi pelepasan elektron. Sebaliknya, pada reduksi ferri menjadi ferro terjadi penangkapan elektron. Proses oksidasi dan reduksi besi tidak melibatkan oksigen dan hidrogen (Eckenfelder,1989; Mackereth et al., 1989).
Pada pH sekitar 7,5-7,7 ion ferri mengalami oksidasi dan berikatan dengan hidroksida membentuk Fe(OH)3 yang bersifat tidak larut dan mengendap (presipitasi)
di dasar perairan, membentuk warna kemerahan pada substrat dasar. Oleh karena itu, besi hanya ditemukan pada perairan yang berada dalam kondisi anaerob (anoksik) dan suasana asam (Cole.1988).
Kadar besi pada perairan yang mendapat cukup aerasi (aerob) hampir tidak perna lebih dari 0,3 mg/liter (Rump an Krist, 1992). Kadar besi pada perairan alami berkisar antara 0,05 – 0,2 mg/liter (Boyd,1988). Pada air tanah dalam dengan kadar oksigen yang rendah , kadar besi dapat mencapai 10 – 100 mg/liter, sedangkan pada perairan laut sekitar 0,01 mg/liter. Air hujan mengandung besi sekitar 0,05 mg/liter (McNeely et al., 1979). Kadar besi > 1,0 mg/liter dianggap membahayakan organisme akuatik (Moore,1991). Air yang di peruntukkan bagi air minum sebaiknya memiliki kadar besi kurang dari 0,3 mg/liter (Moore,1991; Sawyer dan McCarty,1978) dan perairan yang diperuntukkan bagi keperlua pertanian sebaiknya kadar besi tidak lebih dari 20 mg/liter (McNeely et al.,1979).
2.7. Destruksi
Destruksi merupakan suatu cara perlakuan (perombakan) senyawa menjadi unsur- unsur sehingga dapat dianalisa. Metode destruksi materi organik dapat dilaukan dengan dua cara yang selama ini dikenal dengan :
1. Metode destruksi basah 2. Metode destruksi kering
Destruksi basah pada prinsipnya adalah penggunaan asam nitrat untuk mendestruksi zat organik pada suhu rendah dengan maksud menghindari kehilangan mineral akibat penguapan. Pada tahapan selanjutnya, proses ini seringkali berlangsung sangat cepat akibat pengaruh asam perklorat atau hidrat peroksida. Destruksi basah pada umumnya digunakan untuk menganalisa arsen, timah hitam, timah putih, seng, dan tembaga.
Ada tiga macam cara kerja destruksi basah dapat dilakukan, yaitu : 1. Destruksi basah mengunakan HNO3 dan H2SO4
2. Destruksi basah menggunakan HNO3, H2SO4, dan HClO4
3. Destruksi basah menggunakan HNO3, H2SO4, dan H2O2 (Apriyanto,1989)
Destruksi kering merupakan penguraian (perombakan) senyawa organik dalam sampel menjadi anorganik dengan jalan pengabuan sampel dan memerlukan suhu pemanasan tertentu (Raimon.1992).
2.8. Spektrofotometri
Warna adalah salah satu kriteria untuk mengindentifikasi suatu objek. Karena tiap spesies kimia mempunyai tingkatan- tingkatan energi yang berbeda, maka transmisi perubahan energinya juga berbeda. Dasar analisis spektroskopi adalah interaksi radiasi dengan spesies kimia. Selama analisis spektrokimia, perlu sekali digunakan cahaya dari satu panjang gelombang, yaitu radiasi monokromatis (Khopkar.2008).
Spektrofotometer adalah suatu alat yang dimana pita gelombang diukur yang dipilih dari sinar putih yang sesuai untuk dipancarkan. Pembacaanya bisa secara visual ataupun dengan alat fotolistrik. Spektrofotometri adalah pengukuran terhadap energi radiasi, baik berupa emisi, transmitansi, ataupun refleksi sebagai suatu fungsi gelombang. Metode pengaturan intensitas sinar diurutkan berdasarkan penurunan relatif kepentingan : (1) jenis celah, (2) jenis pemecahan, (3) jenis polarisasi, dan (4) jenis jaraknya. Tiga yang pertama diaplikasikan dala instrumen baik spektrofotometer atau fotometer penyaring (Snell.1961).