BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air
Air merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi kehidupan umat manusia dan makhluk hidup lainnya dan fungsinya bagi kehidupan tersebut tidak akan dapat digantikan oleh senyawa lainnya. Hampir semua kegiatan yang dilakukan manusia membutuhkan air, mulai dari menyiapkan diri (mandi), membersihkan ruangan tempat tinggalnya, menyiapkan makanan dan minuman sampai dengan aktivitas – aktivitas lainnya.
Dalam jaringan hidup, air merupakan medium untuk berbagai reaksi dan proses ekskresi. Air merupakan komponen utama baik dalam tanaman maupun hewan termasuk manusia. Tubuh manusia terdiri dari 60-70% air. Transportasi zat – zat makanan dalam tubuh semuanya dalam bentuk larutan dengan pelarut air. Juga hara – hara dalam tanah hanya dapat diserap oleh akar dalam bentuk larutannya.
Kimia air (Aquatic Chemistry), merupakan ilmu yang berhubungan dengan air sungai, danau dan lautan, juga air tanah dan air permukaan, yang meliputi distribusi dan sirkulasi dari bahan – bahan kimia dalam perairan alami serta reaksi – reaksi kimia dalam air (Achmad,R.2004).
2.1.1 Sumber air
Air yang berada di permukaan bumi ini dapat berasal dari berbagai sumber. Ber dasarkan letak sumbernya, air dapat dibagi menjadi air angkasa (hujan), air permukaan dan air tanah.
a. Air Angkasa
Air angkasa atau air hujan merupakan sumber utama air dibumi. Walaupun pada saat presipitasi merupakan air yang paling bersih, air tersebut cenderung mengalami pencemaran ketika berada diatmosfer.Pencemaran yang berlangsung di atmosfer itu dapat disebabkan oleh partikel debu, mikroorganisme dan gas. Misalnya, karbondioksida, nitrogen dan ammonia.
b. Air Permukaan
Air permukaan yang meliputi badan – badan air semacam sungai, danau, telaga, waduk, rawa, terjun dan sumur permukaan, sebagian besar berasal dari air hujan yang jatuh ke permukaan bumi. Air hujan tersebut kemudian akan mengalami pencemaran baik oleh tanah,sampah maupun lainnya.
c. Air Tanah
Air tanah berasal dari air hujan yang jatuh kepermukaan bumi yang kemudian mengalami perkolasi atau penyerapan kedalam tanah dan mengalami proses filtrasi secara alamiah. Proses – proses yang telah dialami air hujan tersebut, didalam perjalanannya kebawah tanah, membuat air tanah menjadi lebih baik dan lebih murni
dibandingkan air permukaan. Air tanah memiliki beberapa kelebihan dibandingkan sumber air lain. Pertama, air tanah biasanya bebas dari kuman penyakit dan tidak perlu mengalami proses purifikasi atau penyernihan. Persediaan air tanah juga cukup tersedia sepanjang tahun, saat musim kemarau sekalipun (Chandra, 2005).
2.1.2 Sifat air
Air memiliki karakteristik yang khas yang tidak memiliki oleh senyawa kimia yang lain. Karakteristik tersebut adalah sebagai berikut:
1. Pada kisaran suhu yang sesuai bagi kehidupan, yakni 0°C (32°F) - 100°C (132°F), air berwujud cair. Suhu 0°C merupakan titik beku (freezing point) dan suhu 100°C merupakan titik didih (boiling point) air. Tanpa sifat tersebut, air yang terdapat didalam jaringan tubuh makhluk hidup maupun air yang terdapat dilaut, sungai, danau dan badan air yang lain akan berada dalam bentuk gas atau padatan ; sehingga tidak akan terdapat kehidupan di muka bumi, karena sekitar 60 % - 90 % bagian sel makhluk hidup adalah air.
2. Perubahan suhu air berlangsung lambat sehingga air memiliki sifat sebagai penyimpan panas yang sangat baik. Sifat ini memungkinkan air tidak menjadi panas atau pun dingin seketika. Perubahan suhu air yang lambat mencegah terjadinya stress pada makhluk hidup karena adanya perubahan suhu yang mendadak dan memelihara suhu bumi agar sesuai bagi makhluk hidup. Sifat ini juga menyebabkan air sangat baik sebagai pendingin mesin.
3. Air memerlukan panas yang tinggi dalam proses penguapan. Penguapan (evaporasi) adalah proses perubahan air menjadi uap air. Proses ini memerlukan
energi panas dalam jumlah yang besar. Sebaliknya, proses perubahan uap air menjadi cairan (kondensasi) melepaskan energi panas yang besar. Pelepasan energi ini merupakansalah satu penyebab mengapa kita merasa sejuk pada saat berkeringat. Sifat ini juga merupakan salah satu faktor utama yang menyebabkan terjadinya penyebaran panas secara baik di bumi.
4. Air merupakan pelarut yang baik. Air mampu melarutkan berbagai jenis senyawa kimia. Air hujan mengandung senyawa kimia dalam jumlah yang sangat sedikit, sedangkan air laut dapat mengandung senyawa kimia hingga 35.000 mg/liter. Sifat ini memungkinkan unsur hara (nutrient) terlarut diangkut ke seluruh jaringan tubuh makhluk hidup dan memungkinkan bahan – bahan toksik yang masuk kedalam jaringan tubuh makhluk hidup dilarutkan untuk dikeluarkan kembali. Sifat ini juga memungkinkan air digunakan sebagai pencuci yang baik dan pengencer bahan pencemar (polutan) yang masuk kebadan air.
5. Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi. Suatu cairan dikatakanmemiliki tegangan permukaan yang tinggi jika tekanan antar molekul cairan tersebut tinggi. Tegangan permukaan yang tinggi menyebabkan air memiliki sifat membasahi suatu bahan secara baik. Tegangan permukaan yang tinggi juga memungkinkan terjadinya sistem kapiler, yaitu kemampuan untuk bergerak dalam pipa kapiler (pipa dengan lubang yang kecil). Dengan adanya sistem kapiler dan sifat pelarut yang baik, air dapat membawa nutrient dari dalam tanah ke jaringan tumbuhan (akar, batang, dan daun). Adanya tegangan permukaan memungkinkan beberapa organisme, misalnya jenis – jenis insekta, dapat merayap di permukaan air.
6. Air merupakan satu – satunya senyawa yang merenggang ketika membeku. Pada saat membeku, air merenggang sehingga es memiliki nilai densitas (massa/volume) yang lebih rendah daripada air. Dengan demikian, es akan mengapung di air. Sifat ini mengakibatkan danau –danau didaerah yang beriklim dingin hanya membeku pada bagian permukaan (bagian di bawah pemukaan masih berupa cairan) sehingga kehidupan organisme akuatik tetap berlangsung. Sifat ini juga dapat mengakibatkan pecahnya pipa air pada saat air di dalam pipa membeku. Densitas (berat jenis) air maksimum sebesar 1 g/cm3 terjadinya pada suhu 3,95 °C. Pada suhu lebih besar maupun lebih kecil dari 3,95 °C, densitas air lebih kecil dari satu (Effendi, 2003).
2.1.3 Pencemaran air
Defenisi pencemaran air menurut Surat Keputusan Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup Nomor : KEP-02/MENKLH/I/1998 tentang Penetapan Baku Mutu Lingkungan adalah : masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat energi dan ataupun komponen lain dalam air dan atau berubahnya tatanan air oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam, sehingga kualitas air turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan air menjadi kurang atau sudah tidak berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya (pasal 1)
Dalam pasal 2, air pada sumber kegunaan/ peruntukkannya digolongkan menjadi :
1. Golongan A, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa pengolahan terlebih dahulu.
2. Golongan B, yaitu air yang dapat dipergunakan sebagai air baku untuk diolah sebagai air minum dan keperluan rumah tangga.
3. Golongan C, yaitu air yang dapat dipergunakan untuk keperluan perikanan dan peternakan.
4. Golongan D, yaitu air yang dapat dipergunakan untuk keperluan pertanian, dan dapat dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri, dan listrik negara.
Menurut defenisi pencemaran air tersebut bila suatu sumber air yang termasuk dalam kategori golongan A, misalnya sebuah sumur penduduk kemudian mengalami pencemaran dalam bentuk rembesan limbah cair dari suatu industri maka kategori sumur tadi bukan golongan A lagi, tapi sudah turun menjadi golongan B karena air tadi sudah tidak dapat dipergunakan langsung sebagai air minum tanpa melalui pengolahaan terlebih dahulu. Dengan demikian air sumur tersebut menjadi kurang / tidak berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkanya (Moore,J.2007).
2.2 Nitrogen
Nitrogen dan senyawanya tersebar secara luas dalam biosfer. Lapisan atmosfer bumi mengandung sekitar 78 % gas nitrogen. Bebatuan juga mengandung nitrogen. Pada tumbuhan dan hewan, senyawa nitrogen ditemukan sebagai penyusun dan klorofil. Meskipun ditemukan dalam jumlah yang melimpah dilapisan atmosfer, akan tetapi nitrogen tidak dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup secara langsung. Nitrogen harus mengalami fiksasi terlebih dahulu menjadi NH3, NH4, dan NO3.
Meskipun demikian, bakteri Azetobacter dan Clostridium serta beberapa jenis algae hijau – biru, misalnya Anabaena, dapat memanfaatkan gas N2 secara langsung dari
udara sebagai sumber nitrogen(Effendi, 2003).
Nitrogen dalam air limbah pada umumnya terdapat dalam bentuk organik dan oleh bakteri berubah menjadi amonia. Dalam kondisi aerobik dan dalam waktu
tertentu bakteri dapat mengoksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrat. Nitrat dapat digunakan oleh algae dan tumbuh – tumbuhan lain untuk membentuk protein tanaman dan oleh hewan untuk membentuk protein hewan. Perusakan protein tanaman dan hewan oleh bakteri menghasilkan amonia (Harry, 2008).
2.2.1 Nitrogen Organik dan Anorganik
Nitrogen anorganik terdiri dari gas ammonia (NH3), ammonium (NH4), nitrit
(NO2), nitrat (NO3) dan molekul nitrogen (N2) dalam bentuk gas. Nitrogen organik
berupa protein, asam amino, dan urea. Bentuk – bentuk nitrogen tersebut mengalami transformasi sebagai dari siklus nitrogen. Transformasi nitrogen dapat melibatkan atau pun tidak melibatkan makrobiologi dan mikrobiologi. Adapun tranformasi nitrogen mikrobiologis mencakup hal – hal sebagai berikut:
1. Asimilasi nitrogen anorganik (ammonium dan nitrat) oleh tumbuhan dan oleh mikroorganisme untuk membentuk nitrogen organik, misalnya asam amino dan protein. Diperairan, proses ini terutama dilakukan oleh bakteri autotrof dan tumbuhan.
2. Fiksasi nitrogen menjadi amoniak dan nitrogen organik oleh mikroorganisme. Fiksasi nitrogen secara langsung dapat dilakukan oleh beberapa jenis Cynophyta (blue green algae) dan bakteri.
3. Nitrifikasi, yaitu oksidasi ammonia menjadi nitrit dan nitrat. Proses oksidasi dilakukan oleh bakteri aerob. Nitrifikasi berjalan secara optimal pada pH 8 dan pada pH < 7 berkurang secara nyata. Bakteri nitrifikasi bersifat mesofilik, menyukai suhu 30°C.
4. Amonifikasi nitrogen organik untuk menghasilkan ammonia selama proses dekomposisi bahan organik. Proses ini banyak dilakukan oleh mikroba dan jamur. Autolisis sel dan eksresi amonia oleh zooplankton dan ikan juga berperan sebagai pemasok amonia.
5. Denitrifikasi, yaitu reduksi nitrat menjadi nitrit, denitrogen oksida (N2O), dan
molekul nitrogen (N2). Proses reduksi nitrat berjalan optimum pada kondisi anoksik
(tidak ada oksigen). Proses ini juga melibatkan bakteri dan jamur. Dinitrogen oksida adalah produk utama yang dihasilkan dari denitrifikasi pada perairan dengan kadar oksigen yang sangat rendah, sedangkan molekul nitrogen adalah produk utama dari proses denitrifikasi pada perairan dengan kondisi anaerob.
Nitrogen organik merupakan bentuk nitrogen yang terikat pada senyawa organik, terutama nitrogen bervalensi tiga yang biasanya berupa partikulat yang tidak larut dalam air. Nitrogen organik biasanya disebut amino atau albuminoid nitrogen. Senyawa ini mencakup protein, polipeptida, asam amino, dan senyawa lainnya.
Sumber nitrogen organik di perairan berasal dari proses pembusukan makhluk hidup yang telah mati, karena protein dan polipeptida terdapat pada semua organisme hidup. Sumber antropogenik nitrogen organik adalah limbah industri dan limpasan dari daerah pertanian, terutama urea (Effendi, 2003).
2.2.2 Nitrat dan Nitrit
Nitrat dan nitrit merupakan bentuk nitrogen yang teroksidasi, dengan tingkat oksidasi masing – masing + 3 dan +5. Nitrit biasanya tidak bertahan lama dan merupakan keadaan sementara proses oksidasi antara amoniak dan nitrat, yang dapat
terjadi pada instalasi pengolahan air buangan. Nitrit yang ditemui pada air minum dapat berasal dari bahan inhibitor korosi yang dipakai dipabrik yang mendapatkan air dari sistem distribusi PAM. Nitrit sendiri membahayakan kesehatan karena dapat bereaksi dengan hemoglobine dalam darah, hingga darah tersebut tidk dapat mengangkut oksigen lagi. Di samping itu, NO2 menimbulkan nitrosamin (RR’N –
NO) pada air buangan tertentu, nitrosamin tersebut dapat menyebabkan kanker.
Nitrat adalah bentuk senyawa nitrogen yang merupakan sebuah senyawa yang stabil. Nitrat merupakan salah satu unsur penting untuk sintesa protein tumbuh – tumbuhan dan hewan, akan tetapi nitrat pada konsentrasi yang tinggi dapat menstimulasi pertumbuhan ganggang yang tidak terbatas, sehingga air kekurangan oksigen terlarut yang menyebabkana kematian ikan. Nitrat dapat berasal dari buangan industri pabrik peledak, piroteknik, pupuk, cat dan sebagainya. Kadar itrat secara alamiah biasanya agak rendah, namun kadar nirat dapat menjadi tinggi sekali pada tanah di daerah – daerah yang di beri pupuk yang mengndung nitrat. Kadar nitrat tidak boleh melebihi 10 mg/L (di Indonesia dan A.S) atau 50 (MEE) mg NO3 mg/L. Di
dalam usus manusia nitrat direduksi menjadi nitrit yang dapat menyebabkan metamoglobin, terutama pada bayi (Alaerts.G,1987)
2.3. Limbah
Limbah adalah buangan yang kehadirannya pada suatu saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki lingkungan karena tidak memiliki nilai ekonomi. Limbah yang mengandung bahan polutan yang memiliki sifat racun dan berbahaya dikenal dengan limbah B-3, yang dinyatakan sebagai bahan dalam jumlah relatif sedikit tetapi berpotensi untuk merusak lingkungan hidup dan sumber daya. Bila ditinjau secara
kimiawi, bahan – bahan ini terdiri dari bahan kimia organik dan anorganik. Tingkat bahaya keracunan yang disebabkan oleh limbah tergantung pada jenis dan karakteristik limbah, baik dalam jangka pendek maupun jangka panjang.
2.3.1 Kualitas Limbah
Kualitas limbah menunjukkan spesifikasi limbah yang diukur dari jumlah kandungan bahan pencemar didalam limbah. Kandungan pencemar didalam limbah terdiri dari beberapa parameter. Semakin kecil jumlah parameter dan semakin kecil konsentrasinya, hal itu menunjukkan semakin kecilnya peluang untuk terjadinya pencemaran lingkungan. Beberapa kemungkinan yang akan terjadi akibat masuknya limbah kedalam lingkungan:
- Lingkungan tidak mendapat pengaruh yang berarti. Hal ini disebabkan karena volume limbah kecil, parameter pencemar yang terdapat dalam limbah sedikit dengan konsentrasi yang kecil.
- Adanya pengaruh perubahan, tetapi tidak mengakibatkan pencemaran.
- Memberikan perubahan dan menimbulkan pencemaran.
Sedangkan faktor – faktor yang mempengaruhi kualitas limbah adalah :
- Volume limbah
- Kandungan bahan pencemar
2.3.2. Karakteristik Limbah Cair
Berdasarkan nilai ekonominya, limbah dibedakan menjadi limbah yang mempunyai nilai ekonomis dan limbah yang tidak memiliki nilai ekonomis. Limbah yang memiliki nilai ekonomis yaitu limbah di mana dengan melalui suatu proses lanjut akan memberikan suatu nilai tambah. Limbah non ekonimis adalah suatu limbah walaupun telah dilakukan proses lanjut dengan cara apapun tidak akan memberikan nilai tambah kecuali sekedar untuk mempermudah sistem pembuangan. Limbah jenis ini sering menimbulkan masalah pencemaran dan kerusakan lingkungan. Terdapat beberapa kerancuan dalam mengidentifikasi limbah cair, yaitu buangan air yang digunakan untuk mendinginkan mesin suatu pabrik.
Limbah air bersumber dari pabrik yang biasanya banyak menggunakan air dalam proses produksinya. Air dari pabrik membawa sejumlah padatan dan partikel, baik yang larut maupun yang mengendap. Bahan ini ada yang kasar dan ada yang halus. Kerap kali air buangan pabrik berwarna keruh dan bersuhu tinggi. Air limbah yang telah tercemar mempunyai ciri yang dapat diidentifikasi secara visual dari kekeruhan, warna, rasa, bau yang ditimbulkan dan indikasi lainnya. Sedangkan identifikasi secara laboratorium ditandai dengan perubahan sifat kimia air. Jenis industri yang menghasilkan limbah cair di antaranya adalah industri pulp dan rayon, pengolahan crumb rubber, besi dan baja, kertas, minyak goreng, tekstil, electroplating, polywood dan lain – lain (Kristianto, 2004).
2.4 Spektrofotometer
panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat untuk pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorpsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara reaktif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Kelebihan spektrofotometer dibandingkan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih terseleksi dan ini diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis. Pada fotometer filter, tidak mungkin diperoleh panjang gelombang yang benar – benar monokromatis, melainkan suatu trayek panjang gelombang 30 – 40 nm. Sedangkan pada spektrofotometer, panjang gelombang yang benar – benar terseleksi dapat diperoleh dengan bantuan alat pengurai cahaya seperti prisma. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber – sumber spektrum tampak yang kontinyu, monokromator, sel pengabsorpsi untuk larutan sampel atau blanko ataupun pembanding.
2.4.1. Peralatan (instrumentasi)
1. Sumber
Sumber yang biasa digunakan pada spektroskopi absorpsi adalah lampu wolfram. Arus cahaya tergantung pada tegangan lampu, i = K Vn = arus cahaya, V = tegangan, n = eksponen ( 3- 4 pada lampu wolfram), variasi tegangan masih dapat diterima 0,2 % pada suatu sumber DC, misalkan : baterai. Lampu hidrogen atau lampu deutrium digunakan untuk sumber pada daerah UV. Kebaikan lampu wolfram adalah energi radiasi yang dibebaskan tidak bervariasi pada berbagai panjang gelombang. Untuk memperoleh tegangan yang stabil dapat digunakan transformator.
2. Monokromator
Digunakan untuk memperoleh sumber sinar yang monokomatis. Alatnya dapat berupa prisma ataupun grating. Untuk mengarahkan sinar monokromatis yang diinginkan dari hasil penguraian ini dapat digunakan celah. Jika celah posisinya tetap, maka prisma atau gratingnya yang dirotasikan untuk mendapatkan λ yang diinginkan. Ada dua tipe prisma yaitu susunan Cornu dan susunan Littrow. Secara umum tipe Cornu menggunakan sudut 60°, sedangkan tipe Littrow menggunakan prisma dimana pada sisinya tegak lurus dengan arah sinar yang berlapis aluminium serta mempunyai sudut optis 30°.
3. Sel absorpsi
Pada pengukuran didaerah tampak kuvet kaca atau kuvet kaca corex dapat digunakan, tetapi untuk pengukuran pada daerah UV kita harus menggunakan sel kuarsa karena gelas tidak tembus cahaya pada daerah ini. Umumnya tebal kuvet adalah 10 mm, tetapi yang lebih kecil ataupun yang lebih besar dapat digunakan. Sel yang biasa yang digunakan berbentuk persegi, tetapi bentuk silinder juga dapat digunakan. Kita harus menggunakan kuvet yang tertutup untuk pelarut organik. Sel yang baik adalah kuarsa atau gelas hasil leburan serta seragam keseluruhannya.
4. Detektor
Peranan detektor penerima adalah memberikan respon terhadap cahaya pada berbagai panjang gelombang. Pada spektrofotometer, tabung pengganda elektron yang digunakan prinsip kerjanya telah diuraikan (Khopkar, 2003).
