2. 1. PENDAHULUAN
Air, merupakan sumber daya alam yang dapat memenuhi hajat hidup orang banyak, oleh sebab itu perlu dilindungi agar dapat tetap bermanfaat bagi hidup dan kehidupan manusia serta makhluk hidup lainnya. Hal ini berarti bahwa pemanfaatan air untuk berbagai kepentingan harus dilakukan secara bijaksana dengan memperhitungkan kepentingan generasi sekarang dan yang akan datang.
Namun, sebagai akibat dari pesatnya proses pembangunan di segala bidang, baik bidang pertanian, peternakan, industri dan lain-lain, serta laju pertumbuhan penduduk yang sangat cepat seringkali pemanfaatan air tidak lagi dilakukan sebagaimana mestinya. Hal ini memberikan dampak negatif yang tidak sedikit yaitu mempengaruhi baik sifat fisik maupun sifat kimia air, sehingga menurunkan kualitas air.
Menurut PP. No 82 tahun 2001, menurut peruntukannya, air dapat dibagi atas 4 kelas yaitu:
Kelas I : Air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung, tanpa pengolahan terlebih dahulu.
Kelas II : Air yang dapat digunakan sebagai bahan air minum
Kelas IV : Air yang dapat digunakan untuk keperluan pertanian, dan dapat dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri dan pembangkit listrik tenaga air.
2. 2. SUMBER PENCEMARAN AIR
Sumber pencemaran air sangat ditentukan oleh jenis kegiatan serta pemanfaat sumber daya air oleh manusia yang berada disekeliling air tersebut. Kualitas air menjadi menurun sebagai akibat dari masuknya berbagai limbah, baik limbah cair maupun padat kedalam aliran air ataupun danau. Limbah tersebut berasal dari:
1. Daerah pemukiman.
Yaitu berupa limbah domestik. Bahan pencemaran umumnya berupa bahan-bahan organik seperti: karbohidrat, minyak dan lemak, protein dan lain-lain.
2. Daerah pertanian.
Bahan pencemar dapat berupa residu pestisida, pupuk dan lain-lain. 3. Daerah peternakan dan perikanan.
Bahan pencemar umumnya berupa sisa-sisa makanan ternak, kotoran ternak dan lain-lain.
4. Kawasan industri.
Bahan pencemar dapat berupa bahan-bahan organik, unsur-unsur lain seperti logam berat, serta barang berbahaya dan beracun lainnya.
Berbagai kegiatan/industri memang berpotensi menimbulkan pencemaran terhadap kualitas lingkungan termasuk air, oleh sebab itu pemerintah telah menetapkan baku
mutu limbah cair untuk berbagai jenis kegiatan maupun industri seperti yang diatur pada KEPMEN LH. NO.51/ MENLH/10/1995, yang isinya antara lain perlu dilakukan pengendalian terhadap pembuangan limbah cair ke lingkungan.
Yang dimaksud dengan baku mutu limbah cair adalah batas maksimum nilai-nilai paremeter limbah cair yang diperbolehkan dibuang ke lingkungan (badan air). Sedangkan limbah cair adalah limbah dalam wujud cair yang dihasilkan oleh suatu kegiatan atau industri yang dibuang ke lingkungan dan diduga dapat menurunkan kualitas lingkungan (air ).
Mutu limbah cair adalah keadaan limbah cair yang dinyatakan dengan debit maksimum, kadar maksimum dan beban pencemaran.
Debit maksimum yaitu : debit tertinggi yang masih diperbolehkan dibuang ke lingkungan.
Kadar maksimum yaitu : kadar tertinggi yang masih diperbolehkan dibuang ke lingkungan.
Beban pencemaran maksimum : beban tertinggi yang masih diperbolehkan dibuang ke lingkungan.
Itulah sebabnya sebelum dibuang ke sistem perairan, limbah cair terlebih dahulu harus diolah pada Instalasi Pengolah Air Limbah (IPAL), sampai kualitas yang dicapai memenuhi persyaratan yang ditetapkan. Namum pada kenyatannya kebanyakan industri maupun kegiatan lain masih membuang begitu saja limbahnya kea badan air, tanpa mengolahnya terlebih dahulu. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya penurunan kualitas air.
2. 3. DATA KUALITAS AIR
Kulaitas air ditenttukan oleh berbagai parameter antara lain parameter fisik (warna, suhu, total padatan tersuspensi) dan parameter kimia (pH, DO, BOD, COD). Jenis dan jumlah parameter yang dianalisis terhadap suatu badan air sangat tergantung pada jenis kegiatan yang diprakirakan memberikan dampak terhadap badan air tersebut.
2. 3. 1. Parameter Fisik
Ada beberapa parameter fisik yang menentukan kualitas air, antara lain: a. Warna
Air alami, yang sama sekali belum mengalami pencemaran, berwarna bening, atau sering dikatakan tak berwarna. Timbulnya warna disebabkan oleh kehadiran bahan-bahan tersuspensi yang berwarna, ekstrak senyawa-senyawa organik ataupun tumbuh-tumbuhan dan karena terdapatnya mikro organisme seperti plankton, disamping itu juga akibat adanya ion-ion metal alami seperti besi dan mangan. Komponen penyebab warna, khususnya yang berasal dari limbah industri kemungkinan dapat membahayakan bagi manusia mau bagi biota air. Disamping itu warna air juga memberi indikasi terdapatnya senyawa-senyawa organik, yang melalui proses klorinasi dapat meningkatkan pertumbuhan mikro organisme air.
b. Bau dan Rasa
Air alami yang sama sekali belum tercemar dikatakan tidak berbau dan tidak berasa. Air yang berbau sudah pasti menimbulkan rasa yang tidak menyenangkan.
Adanya bau dan rasa pada air, menunjukkan terdapatnya organisme penghasil bau dan juga adanya bahan-bahan pencemar yang dapat mengganggu kesehatan.
c. Suhu
Dalam setiap penentuan kualitas air, pengukuran suhu merupakan hal yang mutlak dilakukan. Pengukuran suhu air biasanya dilakukan langsung di lapangan. Suhu air yang normal berkisar ± 3 0C dari suhu udara. Peningkatan suhu air bisa disebabkan oleh berbagai hal, antara lain, air (sungai) yang dekat dengan gunung berapi, ataupun akibat adanya pembuangan limbah cair yang panas ke badan air. Disamping itu adanya limbah bahan organik, yang lebih lanjut mengalami proses degradasi baik secara biologis maupun kima, seringkali meningkatkan suhu air. Kenaikan suhu air dapat mengakibatkan kelarutan oksigen dalam air menjadi berkurang, sehingga konsumsi oksigen oleh biota air juga menjadi terganggu .
d. Total padatan Tersuspensi (Total Suspended Solid,TSS)
Total padatan tersuspensi adalah bahan-bahan tersuspensi (diameter >1µm) yang tertahan pada saringan millipore dengan diameter pori 0,45 µm. TSS terdiri atas lumpur dan pasir halus serta jasad-jasad renik terutama yang disebabkan oleh kikisan tanah atau erosi yang terbawa ke dalam badan air. Materi yang tersuspensi mempunyai dampak buruk terhadap kualitas air karena mengurangi penetrasi matahari ke dalam badan air, kekeruhan air meningkat yang menyebabkan gangguan pertumbuhan bagi organisme produser.
2. 3. 2. Parameter Kimia
Ada banyak parameter kimia yang menentukan kualitas air, namun yang umum ada beberapa parameter, diantaranya:
a. pH
pH menunjukkan kadar asam atau basa dalam suatu larutan melalui konsentrasi/aktifitas ion hidrogen (H+). Secara matematis dinyatakan sebagai:
pH = - log (H+).
H+ selalu ada dalam keseimbangan yang dinamis dengan air(H2O) yang membentuk suasana untuk semua reaksi kimiawi yang berkaitan dengan masalah pencemaran air, dimana sumber ion hidrogen tidak pernah habis.
H+ tidak hanya merupakan unsur molekul H2O saja, tetapi juga merupakan unsur banyak senyawa lain. Dalam air murni, banyaknya molekul H2O yang terionkan ada sebanyak 10-7, sehingga pH air dikatakan 7. Bila konsentrasi ion hidrogen bertambah, maka nilai pH akan turun dan larutan disebut bersifat asam. Sebaliknya, jika konsentrasi ion hidrogen berkurang, menyebabkan nilai pH naik dan larutan disebut bersifat basa.
pH yang ideal bagi kehidupan biota air adalah antara 6,8 sampai 8,5. pH yang sangat rendah, menyebabkan kelarutan logam-logam dalam air makin besar, yang bersifat toksik bagi organisme air, sebaliknya pH yang tinggi dapat meningkatkan konsentrasi amoniak dalam air yang juga bersifat toksik bagi organisme air.
pH air biasanya ditentukan langsung di lapangan dengan alat pH-meter, atau dapat juga dengan kertas pH.
b. Oksigen terlarut (DO)
Adanya oksigen terlarut dalam air adalah sangat penting untuk kelangsungan kehidupan ikan dan organisme air lainnya yaitu untuk proses respirasi. Kemampuan air untuk membersihkan pencemaran secara alamiah banyak tergantung pada cukup tidaknya kadar oksigen terlarut. Adanya oksigen terlarut dalam air berasal dari udara dan dari proses fotosintesa tumbuh-tumbuhan air. Kelarutan oksigen dalam air, tergantung pada temperatur, tekanan atmosfer dan kandungan mineral dalam air. Kelarutan maksimum oksigen dalam air, pada suhu 00C yaitu sebesar 14,16 mg/L. Sejalan dengan meningkatnya suhu, maka konsentrasi oksigen dalam air akan berkurang.
Ada dua metode yang umum digunakan untuk analisa oksigen terlarut dalam air yaitu dengan metode titrasi cara Winkler dan metode elektrokimia dengan alat DO-meter. c. BOD
Angka BOD (Biochemical Oxygen Demand) atau disebut juga Kebutuhan Oksigen Biokimiawi adalah suatu analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang sebenarnya terjadi di dalam air.
Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme aerobik untuk menguraikan hampir semua zat organik yang terlarut maupun yang tersuspensi di dalam air. Pengukuran BOD diperlukan untuk menentukan beban pencemaran akibat air buangan penduduk ataupun industri dan untuk mendesain sistim pengolahan biologis bagi air yang tercemar tersebut. Penguraian zat organik adalah proses alamiah, yang kalau suatu badan air dicemari oleh zat organik maka selama proses penguraiannya mikroorganisme dapat menghabiskan oksigen terlarut dalam air
tersebut. Hal ini dapat mengakibatkan kematian ikan-ikan dalam air. Disamping itu kehabisan oksigen dapat mengubah keadaan menjadi anaerobik sehingga dapat menimbulkan bau busuk.
Pengukuran BOD didasarkan atas reaksi oksidasi zat organik oleh oksigen dalam air, dan proses tersebut berlangsung disebabkan adanya bakter aerobik. Menurut penelitian, untuk supaya 100% bahan organik terurai, diperlukan waktu kira-kira 20 hari. Namun dalam waktu 5 hari, pada temperatur inkubasi 20 0C, bahan organik yang dapat diuraikan mencapai 75%, sehingga waktu ini sudah dianggap cukup. Maka timbullah istilah BOD520 dapat ditentukan dengan mencari selisih antara harga DO0 -DO5 dengan metode Azida modifikasi.
d. COD
Angka COD (Chemical Oxygen Demand) atau Kebutuhan Oksigen Kimiawi adalah jumlah O2 (mg) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi total zat-zat organik yang terdapat dalam 1 liter sampel air. Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh total zat-zat organik baik yang dapat diuraikan secara biologis, maupun yang hanya dapat diuraikan dengan proses kimia.
Analisa COD berbeda dengan analisa BOD, namun perbandingan antara angka COD dengan angka BOD dapat ditetapkan. Secara umum perbandingan BOD5/COD = 0,40 – 0,60. Pengukuran COD dilakukan dengan metode refluks – titrimtri.
Tawas (Alum) adalah sejenis koagulan dengan rumus kimia Al2(SO4)3.11 H2O atau 14 H2O atau 18 H2O, umumnya yang digunakan adalah 18 H2O. Tawas merupakan bahan koagulan yang paling banyak digunakan, karena bahan ini paling ekonomis,mudah diperoleh di pasaran serta mudah penyimpanannya. Jumlah pemakaian tawas tergantung kepada turbidity (kekeruhan) air baku. Semakin tinggi turbidity air baku maka semakin besar jumlah tawas yang dibutuhkan. Pemakaian tawas juga tidak terlepas dari sifat-sifat kimia yang dikandung oleh air baku tersebut. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Al2(SO4)3 2 Al3 + 3 (SO4)-2 Air akan mengalami:
H2O H+ + OH- selanjutnya
2Al +3 + 6OH- 2 Al(OH)3 Selain itu akan dihasilkan asam
3 (SO4)-2 + 6H+ 3H2SO4
Dengan demikian makin banyak dosis tawas yang ditambahkan maka pH akan semakin turun, karena dihasilkan asam sulfat. Apabila alkalinitas alami dari air tidak seimbang dengan dosis tawas perlu ditambahkan alkalinitas, biasanya ditambahkan larutan kapur (Ca(OH)2) atau (Na2CO3). Reaksi yang terjadi:
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2 Al(OH)3 + 6CO2
Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2
Gambar 2. 1. Reaksi penambahan larutan kapur
Koagulan yang berbasis aluminium seperti aluminium sulfat dan poly aluminium klorida yang digunakan pada pengolahan air minum untuk memperkuat penghilangan materi partikulat, kolloidal dan bahan-bahan terlarut lainnya melalui proses koagulasi. Pemakaian alum sebagai koagulan dalam pengolahan air, sering menimbulkan konsentrasi aluminium yang lebih tinggi dalam air yang diolah dari pada dalam air mentah itu sendiri (Srinivasan).
2. 5. Aluminium
Aluminium merupakan logam yang paling banyak di dunia, ditemukan dalam tanah, dalam air dan udara. Sekitar 6% kerak bumi terdiri dari aluminium. Elemen ini adalah logam paling berlimpah yang secara alami terdapat di udara’ tanah dan air. Oleh karena itu, eksposur lingkungan terhadap aluminium adalah memungkinkan secara potensial. Perannya tidak bisa dihindari karena senyawa-senyawa aluminium ditambahkan bukan hanya ke suplai air tapi juga kebanyak makanan dan obat yang di proses (Tony Sarvinder Singh). Sifat-sifat kimia dan fisiknya membuatnya ideal untuk berbagai jenis pemakaian. Misalnya, aluminium dan senyawa-senyawanya sering digunakan dalam makanan sebagai aditif, dalam obat-obatan (misalnya antacid), dalam produk konsumen (misalnya alat-alat masak dan aluminium foil) dan dalam pengujian air minum (misalnya koagulan). Karena aluminium sangat pervasif dalam lingkungan, pada titik yang tidak bisa dihindari, maka pengaruhnya terhadap manusia menunjukkan hubungan antara intake aluminium dan dementia neurologis
pada pasien dialisis ginjal (encephalopati dialisis). Akhir-akhir ini publik dan media telah memperhatikan efek buruk yang mungkin dari aluminium terhadap kesehatan manusia, termasuk perannya dalam penyakit Alzheimer, penyakit Parkison dan Sclerosis lateral amyotropik (Lou Gehrings disease), juga mengenai resiko potensial terhadap bayi yang minum formula bayi yang mengandung aluminium.
2. 6. Sulfur
Sulfur atau belerang adalah unsur kimia di dalam sistim periodik yang mempunyai simbol S dan nomor atom 16. Sulfur bukan logam multivalen yang berlimpah, tanpa rasa dan tanpa bau. Sulfur, dalam bentuk aslinya, adalah satu kristal padat yang berwarna kuning. Dalam alam ia ditemukan dalam bentuk unsur murni atau dalam bentuk mineral sulfida atau sulfat. Ia merupakan unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam dua asam amino. Secara komersilnya, sulfur digunakan terutama dalam baja dan juga digunakan secara meluas dalam mesiu, korek api, racun serangga dan racun jamur.
Hidrogen sulfida (H2S) dikenal dengan nama sulfana, sulfur hidrida, gas asam (sour gas), sulfurated hydrogen, asam hidrosulfurik, dan gas limbah (sewer gas). Asam sulfida merupakan gas yang tidak berwarna, beracun, mudah terbakar dan berbau seperti telur busuk. Gas ini dapat timbul dari aktivitas biologis ketika bakteri mengurai bahan organik dalam keadaan tanpa oksigen (aktivitas anaerobik), seperti di rawa, dan saluran pembuangan kotoran. Gas ini juga muncul pada gas yang timbul dari aktivitas gunung berapi dan gas alam.
2. 7. Tanaman Tebu
Tebu adalah tanaman yang ditanam untuk bahan baku gula. Tanaman ini hanya dapat tumbuh di daerah beriklim tropis. Tanaman ini termasuk jenis rumput-rumputan. Umur tanaman sejak ditanam sampai bisa dipanen mencapai kurang lebih 1 tahun. Di Indonesia tebu banyak dibudidayakan di pulau Jawa dan Sumatra.
Untuk pembuatan gula, batang tebu yang sudah dipanen diperas dengan mesin pemeras (mesin peras) di pabrik gula. Sesudah itu, nira atau air perasan tebu tersebut disaring, dimasak, dan diputihkan sehingga menjadi gula pasir yang kita kenal. Dari proses pembuatan tebu tersebut akan dihasilkan gula 5%, ampas tebu 90% dan sisanya berupa tetes (molasse) dan air.
2. 8. Metode Analisis Parameter Air
2. 8. 1. Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)
Pada kondisi tertentu setiap zat-zat kimia mampu mengabsorpsi dan memisahkan radiasi.prinsip tersebut diringkas oleh Hukum Kirchoff (1859). Para sarjana kini dapat menggunakan prinsip ini seratus tahun kemudian, ketika A. Waish (1995) dari australia menetapkan prinsip tersebut untuk menentukan elemen-elemen kimia dengan Spektrum Serapan Atom (SSA).
Sejak dipekernalkan oleh A. Waslh metode SSA telah mengalami perkembangan yang sangat pesat dan sampai saat ini dapat menentukan hampir keseluruhan unsur logam yang terdapat dalam Jadwal Berkala (tabel periodik).
Analisis SSA merupakan metode analisis untuk penentuan unsur atom dalam keadaan gas (keadan dasar) bedasarkan serapan-serapan sinar yang mempunyai jarak gelombang tertentu.
Kelebihan SSA adalah dapat menetukan logam dalam skala kualitatif karena lampunya untuk setiap sampel tidak sama (untuk setiap logam Cd hanya dapat digunakan lampu katoda Cd).
2. 8. 1. 2. Skema peralatan Spektrofotometer Serapan Atom
A B C D E F Gambar 2.2. Sistematis ringkas dari alat SSA
A. Lampu katoda berongga
Lampu katoda berongga merupakan sumber sinar yang memancarkan spektrum dari unsur logam yang akan dianalisa (setiap logam yang memiliki lampu khusus untuk logam tersebut).
B. Chopper
Mengatur sinar yang dipancarkan. C. Tungku
Tempat pembakaran (untuk memecahkan larutan sampel pada tetesan halus dan meleburkannya ke dalam nyala untuk diatomkan).
D. Monokromator
Mendispersi sinar yang ditransmisikan oleh atom. E. Detektor
Mengukur sinar yang ditransmisikan dan memberikan signal sebagai respon terhadap sinar yang diterima.
F. Rekorder
Untuk membaca nilai absorbansi (Khopkar, S.M.2002)
2. 8. 1. 3. Kegunaan Spektrofotometer Serapan Atom dalam Analisis Kimia Sejak diperkenalkan oleh A. Walsh (1995) metode spektrofotometer serapan atom (SSA) telah mengalami perkembangan yang sangat pesat. Sampai saat ini telah digunakan untuk mendeteksi (menganalisis) hampir keseluruhan unsur-unsur logam yang tardapat dalam sistim periodik unsur. Metode SSA digunakan untuk menganalisis sampel yang terdapat di dalam bentuk bahan-bahan biologi, pertanian, makanan dan minuman, air tanah, pupuk, besi baja dan juga bahan-bahan pencemar lingkungan. Pada tahun terakhir ini alat SSA semakin sensitif dan canggih dan dapat digabungkan dengan komputer dalam pengolahan datanya.
2. 8. 2. Analisis Titrimetri
Analisis titrimetri merupakan analisis kimia kuantitatif yang dilakukan dengan menetapkan volume suatu larutan yang kosentrasinya diketahui dengan tepat yang diperlukan untuk bereaksi secara kuantitatif dengan larutan dari zat yang akan
ditetapkan. Larutan dengan kosentrasi yang diketahui dengan tepat disebut larutan standar.
Larutan standar ditambahkan dari dalam sebuah buret. Proses penambahan larutan standar sampai reaksi tepat lengkap bereaksi, disebut titrasi, dan zat yang akan ditentukan konsentrasinya disebut dititrasi. Titik pada saat reaksi itu tepat lengkap bereaksi disebut titik ekivalen (Vogel, 1994).
2. 8. 3. pH Meter
pH Meter merupakan suatu alat yang berguna untuk mengukur pH larutan. pH meter dapat juga digunakan untuk menentukan titik akhir titrasi asam basa penganti indikator. Alat ini dilengkapi dengan elektroda gelas dan elektroda kalomer (SCE) atau gabungan dari keduanya/elektroda kombinasi (Sumar, 1995).
pH meter sebelum dipakai dikalibrasikan terlebih dahulu dengan menggunakan larutan buffer pH 7. Elektroda pH meter dicelupkan ke dalam buffer 7, kemudian skala pH meter disesuaikan, dan setelah itu dibilas dengan akuades. Sampel dituangkan kedalam beaker gelas dan dicelupkan elektroda ke dalamnya, sampai angka yang tertera tidak berubah.
3. 8. 4. Analisis Spektrofotometer Sinar Tampak
Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisis yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada
panjang gelombamg spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan fototube.
Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Sedangkan pengukuran menggunakan spektrofotometer ini, sering disebut dengan spektrofotometri.
Spektrofotometer sinar tampak adalah pengukuran panjang gelombang dan intensitas sinar tampak yang diabsorbsi oleh sampel. Sinar tampak memiliki energi yang cukup untuk mempromosikan elektron pada kulit terluar ke tingkat energi yang lebih tinggi. Spektrofotometer sinar tampak digunakan untuk molekul dan ion anorganik atau komplek di dalam larutan. Pengukuran sinar tampak pada panjang gelombang 400-800 nm. Absorbsi sinar oleh larutan mengikuti hukum Lambert-Beer (Dachriyanus, 2004).
Hukum Beer : Absorbans, log (Po/P), radiasi monokromatik berbanding lurus dengan konsentrasi sutu spesies penyerap dalam larutan.
Hukum Bouguer (Lambert) : Bayangkan suatu medium penyerap yang homogen dalam lapisan-lapisan yang sama tebal. Tiap lapisan menyerap radiasi monokromatik yang memasuki lapisan itu dalam fraksi yang sama seperti lapisan-lapisan lain. Dengan semuanya yang lain sama, maka absorbans itu berbanding lurus dengan panjang jalan yang melewati medium.
Gabungan Hukum Bouguer-Beer, sering di tuliskan sebagai: A = abc atau A = εbc dengan A = absorbans
ε = absorpsivitas molar (jika konsentrasi dalam molar) dengan satuan M
-1
cm-1
a = absorpsivitas (jika konsentrasi dalam %b/v) dituliskan E1%1cm b = panjang jalan/kuvet
c = konsentrasi ( dalam molar atau %b/v)
Spektra absorpsi sering diyatakan dalam %T maupun dalam bentuk A (absorbansi). Maka, A = – log (%T)
A = log (Po/P), Po adalah daya cahaya masuk dan P adalah daya yang diteruskan melewati sampel.
BAB III
