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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Spektrofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari
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
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
