BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air
2.1.1 Definisi Air
Air merupakan sumber utama bagi makhluk hidup di planet ini. Manusia mampu bertahan hidup tanpa makan dalam beberapa minggu, namun tanpa air ini akan mati dalam beberapa hari saja. Dalam bidang kehidupan ekonomi modern, air berfungsi penting untuk budidaya pertanian, industri pembangkit tenaga listrik dan transportasi. Semua penduduk dunia membutuhkan air sebagai sumber utama kebutuhan. Namun sumber-sumber air semakin dicemari oleh limbah industri (Sanim,2011).
Air merupakan suatu kebutuhan yang tak dapat ditinggalkan untuk kehidupan manusia karena air diperlukan untuk bermacam-macam kegiatan seperti minum, pertanian, industri, perikanan dan rekreasi. Air meliputi 70% dari permukaan bumi, tetapi di banyak negara persediaan air terdapat dalam jumlah yang sangat terbatas. Bukan hanya jumlahnya yang penting, tetapi juga mutu air yang diperlukan untuk penggunaan tertentu, seperti air yang cocok untuk kegunaan industri atau untuk diminum. Oleh karena itu penanganan air tertentu biasanya diperlukan untuk persediaan air yang didapat dari sumber di bawah tanah atau sumber-sumber di permukaan (Buckle dkk, 2009).
Air murni adalah zat cair yang tidak mempunyai rasa, warna dan bau, yang terdiri dari hidrogen dan oksigen dengan rumus kimiawi H2O. Karena air merupakan suatu
buatan manusia hingga tingkat tertentu terlarut di dalamnya. Dengan demikian, air di dalam mengandung zat-zat terlarut (Linsley dkk 1991).
2.1.2 Sumber-sumber Air
Kita ketahui bahwa sumber air merupakan komponen penting untuk penyediaan air bersih karena tanpa sumber air maka suatu sistem penyediaan air bersih tidak akan berfungsi. Menurut Sutrisno (2002), ada lima macam sumber air minum yang dapat digunakan:
a. Air Laut
Air laut rasanya asin karena mengandung garam. Kadar garam dalam air laut 3% dengan keadaan ini maka air laut tidak memenuhi syarat untuk diminum (Sutrisno, 2002).
b. Air Sungai
Menurut undang-undang persungaian mengenai air sungai adalah suatu daerah yang terdapat didalamnya air yang mengalir secara terus-menerus (Suyono, 1994).
c. Air Hujan
Cara menjadikan air hujan sebagai air minum hendaknya jangan saat air hujan baru mulai turun, karena masih mengandung banyak kotoran. Air hujan juga mempunyai sifat agresif terutama terhadap pipa-pipa penyalur maupun bak-bak
reservoir sehingga hal ini akan mempercapat terjadinya korosi atau karatan
(Sutrisno, 2002). d. Air Permukaan
Air permukaan adalah air yang mengalir dipermukaan bumi, pada umumnya air permukaan ini akan mendapat pengotoran selama pengalirannya, misalnya oleh lumpur, batang kayu, daun, kotoran industri dan lainnya. Untuk meminumnya harus melewati proses pembersihan yang sempurna (Sutrisno,2002).
e. Air Tanah
Air tanah adalah air yang mengalir dibawah tanah didalam zona jenuh dimana tekanan hidrostatiknya sama atau lebih besar dari tekanan atmosfer (Sutrisno,2002).
2.1.3 Penggolongan Air
Menurut Rahayu (2007) air menurut pemakaiannya digolongkan menjadi empat golongan yakni A, B, C dan D.
1. Golongan A
Air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa pengolahan terlebih dahulu.
2. Golongan B
Air yang dapat digunakan sebagai air baku air minum. 3. Golongan C
Air yang dapat digunakan untuk keperluan perikanan dan peternakan. 4. Golongan D
Air yang dapat digunakan untuk keperluan pertanian dan dapat dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri, dan pembangkit listrik tenaga air.
Sifat air yang penting dapat digolongkan ke dalam sifat fisis, kimiawi dan biologis.
1. Sifat fisis.
Air di dunia ini didapatkan dalam ketiga wujudnya yakni, bentuk padat sebagai es, bentuk cair sebagai air dan bentuk gas sebagai uap air. Bentuk mana yang akan didapatkan, tergantung keadaan cuaca yang ada setempat. Kepadatan (density) air, seperti halnya wujud, juga tergantung dari temperatur dan tekanan barometris (P). Pada umumnya, densitas meningkat dengan menurunnya temperatur sampai tercapai maksimum pada 4o Celcius. Apabila temperatur turun lagi, maka densitas akan turun pula. Sekalipun demikian, temperatur air tidak mudah berubah. Hal ini tampak pada spesifik heat air, yakni angka yang menunjukkan jumlah kalori yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air satu derajat Celcius. Spesific heat bagi air adalah 1/gram/oC, suatu angka yang sangat tinggi dibandingkan dengan
spesific heat lain-lain elemen di alam. Selain itu temperatur meningkatkan jumlah tekanan uap (VP). Pada tekanan satu atmosfir, air mendidih pada 100o Celcius. Karena tekanan uap di daerah tinggi lebih rendah dari satu atmosfir, maka air mendidih pada temperatur yang lebih rendah (Slamet, 2013).
2. Sifat kimiawi
Air yang bersih mempunyai pH = 7, dan oksigen terlarut (DO) jenuh pada 9 mg/l. Air merupakan pelarut yang universal, hampir semua jenis zat dapat larut di dalam air. Air juga merupakan cairan biologis yakni, didapat di dalam tubuh semua organisme. Dengan demikian, spesies kimiawi yang ada di dalam air berjumlah sangat besar (Slamer, 2013).
Organisme mikro biasa terdapat dalam air permukaan, tetapi pada umumnya tidak terdapat pada kebanyakan air tanah (seperti juga bahan padat terapung), karena penyaringan oleh akuifer. Jenis-jenis organisme mikro yang mungkin terdapat di dalam air sekarang ini disebut binatang, tumbuh-tumbuhan dan protista. Organisme mikro yang paling dikenal adalah bakteri (Linsley, 1991).
2.1.5 Syarat-Syarat Air
Kualitas air yang digunakan sebagai air minum sebaiknya memenuhi persyaratan secara fisik, kimia dan mikrobiologi.
1. Persyaratan fisik
Menurut Kusnaedi (2010), air yang berkualitas baik harus memenuhi persyaratan fisik sebagai berikut.
a. Tidak berwarna
Air untuk keperluan rumah tangga harus jernih. Air yang berwarna berarti mengandung bahan-bahan lain berbahaya bagi kesehatan.
b. Temperaturnya normal
Air yang baik harus memiliki temperatur sama dengan temperatur udara (20-26o C). Air yang secara mencolok mempunyai temperatur di atas atau di
bawah temperatur udara, berarti mengandung zat tertentu (misalnya, fenol yang terlarut di dalam air cukup banyak) atau sedang terjadi proses tertentu (proses dekomposisi bahan organik oleh mikroorganisme yang menghasilkan energi) yang mengeluarkan atau menyerap energi.
Air bisa dirasakan oleh lidah. Air yang terasa asam, manis, pahit atau asin menunjukkan bahwa kualitas air tersebut tidak baik. Rasa asin disebabkan oleh adanya garam tertentu yang larut dalam air, sedangkan rasa asam diakibatkan adanya asam organik maupun asam anorganik.
d. Tidak berbau
Air yang baik memiliki ciri tidak berbau bila dicium dari jauh maupun dari dekat. Air yang berbau busuk mengandung bahan organik yang sedang mengalami dekomposisi (penguraian) oleh mikroorganisme.
e. Jernih atau tidak keruh
Air yang keruh disebabkan oleh adanya butiran-butiran koloid dari bahan tanah liat. Semakin banyak kandungan koloid maka air semakin keruh. Derajat kekeruhan dinyatakan dengan satuan unit.
f. Tidak mengandung zat padatan
Air yang baik tidak boleh mengandung zat padatan walaupun jernih, air yang mengandung padatan terapung tidak baik digunakan sebagai air minum. Apabila dididihkan, zat padat tersebut dapat larut sehingga menurunkan kualitas air minum.
2. Persyaratan kimia
Menurut Kusnaedi (2010), kualitas air tergolong baik bila memenuhi persyaratan kimia sebagai berikut.
a. pH netral
Derajat keasaman air minum harus netral, tidak boleh bersifat asam maupun basa. Air yang mempunyai pH rendah akan terasa asam. Contoh air alam yang terasa asam adalah air gambut. Skala pH diukur dengan pH meter atau lakmus.
Air murni mempunyai pH 7. Apabila pH di bawah 7, berarti air bersifat asam. Bila di atas 7, berarti bersifat basa (rasanya pahit).
b. Tidak mengandung bahan kimia beracun
Air yang berkualitas baik tidak mengandung bahan kimia beracun seperti sianida sulfida dan fenolik.
c. Tidak mengandung garam atau ion-ion logam
Air yang berkualitas baik tidak mengandung garam atau ion logam seperti Fe, Mg, Ca, K, Hg, Zn, Mn dan Cr.
d. Kesadahan total
Tingginya kesadahan berhubungan dengan garam-garam yang terlarut di dalam air terutama garam Ca dan Mg.
e. Tidak mengandung bahan organik
Kandungan bahan organik dalam air dapat terurai menjadi zat-zat yang berbahaya bagi kesehatan. Bahan-bahan organik itu seperti NH4, H2S, SO4
2-dan NO3.
3. Persyaratan mikrobiologi
Menurut Rahayu (2007), air yang memenuhi persyaratan mikrobiologi yaitu tidak mengandung bakteri seperti Escherichia coli, Streptococcus faecalis dan
Clostridium welchii. Jika air mengandung bakteri tersebut, bisa dikatakan air
tersebut masih tercemar dan belum memenuhi standart untuk dikonsumsi.
Dari sekian banyak manfaat air, jumlah air yang benar-benar dikonsumsi hanya merupakan sebagian kecil saja, yakni yang tergolong penyediaan air minum/bersih. Namun demikian dari kelompok inipun yang benar dikonsumsi sangat sedikit. Misalnya, orang hanya minum 2 liter/orang/hari, demikian pula jumlah air yang dikonsumsi hewan atau tumbuhan hanya sedikit saja. Sebagian besar hanya digunakan sebagai media. Misalnya penyedia air bersih ini sebagian besar akan kembali ke alam sebagai air bekas cucian, bekas membersihkan kotoran, bekas mandi dan lain-lainnya (Slamet, 2013).
2.2 Koagulasi
Koagulasi adalah proses pencampuran bahan kimia (koagulan) dengan air baku sehingga membentuk campuran yang homogen. Dengan koagulasi, partikel-partikel koloid akan saling menarik dan menggumpal membentuk flok. Partikel-partikel koloid yang terbentuk umumnya terlalu sulit untuk dihilangkan jika hanya dengan pengendapan secara gravitasi. Tetapi apabila koloid-koloid tersebut distabilkan dengan cara agregasi atau koagulasi menjadi partikel yang lebih besar maka koloid-koloid tersebut dapat dihilangkan dengan cepat (Margaretha dkk, 2012).
2.2.1 Koagulan
Koagulan yang sering digunakan untuk air dan pengolahan air limbah adalah aluminium dan garam-garam besi. Garam-garam logam yang umum adalah aluminium sulfat yang mana adalah sebuah koagulan yang baik untuk air yang mengandung senyawa organik
yang cukup besar. Koagulan besi bekerja pada rentan pH yang lebih besar dan umumnya lebih efektif dalam menghilangkan warna pada air (Viessman and Hummer, 1985).
2.2.2 Jenis-Jenis Koagulan
Adapun jenis-jenis koagulan yang digunakan dalam pengolahan air adalah sebagai berikut.
1. Tawas
Tawas biasa disebut koagulan karena bisa menimbulkan koagulasi. Koagulasi ialah proses penggumpalan melalui reaksi kimia, tawas ini akan mengendap dalam air bersama dengan bahan pencemar air. Pengendapan terjadi bila zat-zat itu tercampur dengan baik dalam air. Karena itu begitu diberi tawas, air harus diaduk. Tawas memiliki rumus kimia Al2(SO4). H2O.
Reaksi tawas sebagai koagulan dalam air.
KAl(SO4)2. 12H2O(s) + air K+(aq) + Al3+(aq) + 2SO42-(aq) + 12H2O(l)
Ion-ion aluminium dalam air mengalami hidrolisis membentuk koloid Al(OH)3.
Persamaan reaksinya sebagai berikut.
Al3+(aq) + 3H2O(l) Al(OH)3(s) + 3H+(aq) (Lajeng dkk, 2014)
2. Poli aluminium klorida (PAC)
Senyawa Al yang lain yang penting untuk koagulasi adalah poli aluminium klorida (PAC), Aln(OH)mCl3n-m. Ada beberapa cara yang sudah dipatenkan untuk
membuat poli aluminium klorida yang dihasilkan dari hidrolisa parsial dari aluminium klorida.
nAlCl3 + mOH-. mNa+ Al n (OH)m Cl3n-m + mNa+ + mCl- (Margaretha dkk,
2012).
2.2.3 Proses Koagulasi
Air sungai yang cokelat adalah koloid yang juga bermuatan. Ketika kedua koloid itu bertemu, akan saling mengadsorpsi; itulah sifat mereka. Karena kedua koloid itu berlawanan muatan, maka terjadilah gaya tarik menarik antara kedua muatan yang berbeda itu. Muatan yang berbeda akan segera menyatu dan terjadilah netralisasi muatan. Proses penetralan muatan ini akan berakibat terjadinya pelepasan muatan pada masing-masing koloid dan kedua koloid kehilangan muatannya (Lajeng dkk, 2014).
Partikel-partikel yang tadinya membentuk gerombolan dengan diameter tertentu, akan menyatu, baik dari koloid aluminium maupun koloid sungai. Karena awalnya terjadi tarik-menarik antar kedua muatan yang berbeda, maka partikel-partikel dari kedua koloid itu bercampur dan menggumpal sebagai lumpur. Lumpur akan semakin berat dan terpisah dari air, jatuh ke dasar bak. Air yang menjadi jernih berada diatas lumpur sehingga dengan mudah dapat dipisahkan dari lumpur (Lajeng dkk, 2014).
2.2.4 Jar Test
Kesulitan utama dalam proses koagulasi ini adalah menentukan dosis optimum koagulan (zat pengendap), dalam hal ini aluminium sulfat atau tawas, yang tidak selalu berkolerasi linier terhadap kekeruhan air di tahap akhir koagulasi. Selama ini, metode untuk
mengukur kadar kekeruhan itu sendiri digunakan metode Jar Test (Permatasari dan Apriliani, 2013).
Jar Test adalah proses pengujian dosis koagulan untuk mendapatkan dosis yang
tepat dalam skala laboratorium. Karena lingkup kerja dari Jar Test ini adalah skala laboratorium sehingga perbandingan volume air baku yang diteliti dengan volume air baku dalam proses koagulasi adalah 1:1000. Hasil dari Jar Test yaitu mendapatkan hubungan antara nilai kekeruhan dan dosis koagulan yang digunakan. Namun, data hasil pengukuran metode Jar Test menunjukkan ketidaklinieran antara dua hubungan tersebut (Permatasari dan Apriliani, 2013).
2.3 Kekeruhan (Turbiditas)
Kekeruhan adalah efek optik yang terjadi jika sinar membentuk material tersuspensi di dalam air. Kekeruhan air dapat ditimbulkan adanya bahan-bahan organik dan anorganik seperti lumpur dan buangan, dari permukaan tertentu yang menyebabkan air sungai menjadi keruh. Kekeruhan walaupun hanya sedikit dapat menyebabkan warna yang lebih tua dari warna sesungguhnya (Quddus, 2014)
Air yang mengandung kekeruhan tinggi akan mengalami kesulitan bila diproses untuk sumber air bersih. Kesulitannya antara lain dalam proses penyaringan. Hal lain yang tidak kalah pentingnya adalah bahwa air dengan kekeruhan tinggi akan sulit untuk didisinfeksi, yaitu proses pembunuhan terhadap kandungan mikroba yang tidak diharapkan. Tingkat kekeruhan dipengaruhi oleh pH air, kekeruhan pada air minum umumnya telah diupayakan sedemikian rupa sehingga air menjadi jernih (Quddus, 2014).
Kekeruhan, disebabkan adanya kandungan padatan tersuspensi yang bersifat organik maupun anorganik. Zat organik berasal dari lapukan tanaman dan hewan, sedangkan zat anorganik biasanya berasal dari lapukan batuan dan logam. Zat organik dapat menjadi makanan bakteri sehingga mendukung perkembangannya (Nuzula dan Endarko, 2013).
2.4 Pencemaran Air
Sungai digunakan untuk mengumpulkan dan mengalirkan air dari sumbernya, dan air itu akan dipengaruhi oleh penggunaan lahan dan lebar sungai, sehingga pengaruhnya dapat dilihat dari kualitas air sungai tersebut (Chaerul et al, 2015).
Kualitas air tanah tergantung pada berbagai kandungan kimia dan konsentrasinya. Limbah industri dan sampah sebagai salah satu pencemar air permukaan dan air tanah. Di banyak negara air yang tersedia tidak layak untuk diminum karena adanya kadar logam yang berlebih. Situasi akan memburuk saat musim panas karena kelangkaan air dan debit air hujan yang berkurang. Sumber air yang tersedia untuk keperluan rumah tangga dan minum yang terkontaminasi oleh senyawa berat, ion logam dan mikroorganisme berbahaya adalah salah satu masalah kesehatan yang serius (Patil et al, 2012).
Aktivitas manusia seperti industri, pertambangan, pertanian dan transportasi, melepaskan sejumlah logam berat yang banyak dalam air permukaan dan air tanah, tanah dan akhirnya biosfer. Akumulasi logam berat dalam tanaman menjadi perhatian besar karena kemungkinan kontaminasi makanan melalui akar tanaman tersebut. Meskipun logam berat seperti Cd, Pb dan Ni tidak penting bagi pertumbuhan tanaman, senyawa
tersebut mudah diserap dan dikumpulkan oleh tanaman dalam bentuk racun (Nazir et al, 2015).
2.4.1 Logam Tembaga (Cu)
Tembaga (Cu) merupakan logam yang secara alami terdapat dalam air. Namun kadar logam ini dapat saja bertambah jika ada kontaminasi selama perjalanan pada air baku (air pegunungan) yang dibawa dalam tangki untuk didistribusikan (Khaira, 2014)
Kandungan tembaga (Cu) dalam jumlah kecil diperlukan oleh tubuh untuk metabolisme. Tembaga (Cu) merupakan komponen dari enzim yang diperlukan untuk menghasilkan energi, anti oksidasi dan sintesa hormon adrenalin, serta untuk pembentukan jaringan ikat. Namun kelebihan tembaga (Cu) dalam tubuh akan mengakibatkan keracunan, mual, muntah dan menyebabkan kerusakan pada hati dan ginjal (Khaira, 2014)
Tembaga (Cu) sebenarnya diperlukan bagi perkembangan tubuh manusia. Tetapi dalam dosis tinggi dapat menyebabkan gejala GI, SSP, ginjal, hati, muntaber, pusing kepala, anemia, shock, koma dan dapat meninggal. Dalam dosis rendah dapat menimbulkan rasa kesat, korosi pada pipa, dan peralatan dapur (Slamet, 2013).
Kandungan tembaga yang terdapat dalam air yang terserap oleh mahluk hidup di dalam air yaitu, berkisar dari 36,27 sampai 271,67 mg/kg di berbagai jaringan/organ. Kandungan tertinggi berada pada hati dan paling sedikit di integumen. Urutan terbanyak dalam organ adalah hati > insang > ginjal > otot > integumen (Javed and Usmani, 2013).
2.4.2 Penyebab Pencemaran Air
Ada berbagai penyebab pencemaran air. Penyebab ini dapat dibagi secara umum menjadi dua, yaitu penyebab oleh alam dan penyebab oleh manusia.
1. Penyebab alami: biodegradasi dari tanaman dan hewan air yang dapat mencemari air. Erosi tepi sungai yang disebabkan endapan dan lumpur yang kadang-kadang dapat mengganggu kehidupan dalam air. Berbagai jenis garam alami dan zat lainnya yang bercampur dengan air hujan dan akhirnya jatuh ke sungai dan kolam (Chakraborty et al, 2013).
2. Penyebab oleh manusia: pencemaran pada air paling besar disebabkan oleh perbuatan manusia. Limbah industri, limbah pertanian, limbah rumah tangga, penggunaan pupuk berlebih, pestisida dll adalah jenis polutan yang sering dibuat manusia. Air yang tercemar berbagai jenis polutan, sangat berbahaya bagi kehidupan manusia dan kehidupan dalam air (Chakraborty et al, 2013).
2.4.3 Indikator Pencemaran Air
Menurut Wardhana (2004), indikator atau tanda bahwa air lingkungan telah tercemar adalah adanya perubahan atau tanda yang dapat diamati melalui:
1. Perubahan suhu air
Air sungai yang suhunya naik akan mengganggu kehidupan hewan air dan organisme lainnya karena kadar oksigen yang terlarut dalam air akan menurun bersamaan dengan kenaikan suhu. Oksigen yang terlarut dalam air berasal dari
udara yang secara lambat terdifusi ke dalam air. Semakin tinggi kenaikan suhu maka semakin sedikit oksigen yang terlarut di dalamnya.
2. Perubahan pH
Air mempunyai pH lebih kecil dari pH normal akan bersifat asam, sedangkan air yang mempunyai pH lebih besar dari normal akan bersifat basa. Air limbah dan bahan buangan dari kegiatan industri yang dibuang ke sungai akan mengubah pH yang pada akhirnya dapat mengganggu kehidupan organisme di dalam air. 3. Perubahan warna, bau dan rasa air
Bahan buangan dan air limbah dari kegiatan industri yang berupa bahan anorganik dan bahan organik seringkali dapat larut di dalam air. Apabila bahan buangan dan air limbah industri dapat larut dalam air maka akan terjadi perubahan warna air.
Bau yang keluar dari dalam air dapat langsung berasal dari bahan buangan atau air limbah dari kegiatan industri atau dapat pula berasal dari hasil degradasi bahan buangan oleh mikroba yang hidup dalam air.
Apabila air mempunyai rasa (kecuali air laut) maka hal itu berarti telah terjadi pelarutan sejenis garam-garaman. Adanya rasa pada umumnya diikuti pula dengan perubahan pH air.
4. Timbulnya endapan, koloidal dan bahan terlarut
Endapan dan koloidal serta bahan terlarut berasal dari adanya bahan buangan industri yang berbentuk padat. Bahan buangan industri yang berbentuk padat kalau tidak dapat larut sempurna akan mengendap di dasar sungai dan yang larut sebagian akan menjadi koloidal.
Apabila bahan buangan industri berupa bahan anorganik yang dapat larut maka air akan mendapat tambahan ion-ion logam yang berasal dari bahan
anorganik tersebut. Banyak bahan anorganik yang memberikan ion-ion logam berat yang pada umumnya bersifat racun seperti Cd, Cr, Pb.
5. Mikroorganisme
Pada perkembangan biakan mikroorganisme ini tidak tertutup kemungkinan bahwa mikroba patogen ikut berkembang pula. Mikroba patogen adalah penyebab timbulnya berbagai macam penyakit. Pada umumnya industri pengolahan bahan makanan berpotensi untuk menyebabkan berkembang biaknya mikroorganisme, termasuk mikroba patogen.
6. Meningkatnya radioaktivitas air lingkungan
Mengingat bahwa zat radioaktif dapat menyebabkan berbagai macam kerusakan biologis apabila tidak ditangani dengan benar, baik melalui efek langsung maupun efek tertunda, maka tidak dibenarkan dan sangat etis bila ada yang membuang bahan sisa radioaktif ke lingkungan.
