BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Air

Air merupakan sumber alam yang sangat penting di dunia, karena tanpa air kehidupan tidak dapat berlangsung. Air bersumber dari berbagai macam, antara lain :

1. Air laut.

2. Air atmosfir, air meteriologik.

3. Air permukaan.

4. Air tanah. ⁹

Air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari sebaiknya adalah air yang memenuhi kriteria sebagai air bersih. Air bersih merupakan air yang dapat digunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat-syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak. Sedangkan yang dinamakan air minum adalah air yang melalui proses pengolahan atau tanpa proses pengolahan memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum. ³

Namun air juga banyak mendapat pencemaran. Berbagai jenis pencemar air berasal dari :

1. Sumber domestik (rumah tangga), perkampungan, kota, pasar, jalan, dan sebagainya.

2. Sumber non-domestik (pabrik, industri, pertanian, peternakan, perikanan, serta sumber-sumber lainnya.

Semua bahan pencemar diatas secara langsung ataupun tidak langsung akan mempengaruhi kualitas air. Berbagai usaha telah banyak dilakukan agar kehadiran pencemaran terhadap air dapat dihindari atau setidaknya diminimalkan.

Masalah pencemaran serta efisiensi penggunaan sumber air merupakan masalah pokok. Hal ini mengingat keadaan perairan alami di banyak negara yang cenderung menurun, baik kualitas maupun kuantitasnya. ¹⁰

B. Macam-Macam Air

Seperti yang sudah disebutkan diatas bahwa air bersumber dari berbagai macam, antara lain :

1. Air laut.

Air laut mempunyai sifat asin, karena mengandung berbagai garam, misalnya NaCl. Kadar garam NaCl dalam air laut lebih kurang 3%. Oleh karena itu air laut tanpa diolah terlebih dahulu tidak memenuhi syarat untuk air minum. ³ 2. Air atmosfir, air meteriologik.

Air atmosfir dalam keadaan murni sangat bersih tetapi sering terjadi pengotoran karena industri, debu, dan lain sebagainya. Oleh karena itu, untuk menjadikan air hujan sebagai air minum hendaknya pada waktu menampung air hujan jangan dimulai pada saat hujan mulai turun, karena masih banyak mengandung kotoran. ³

3. Air permukaan.

Air permukaan yang mengalir di permukaan bumi akan membentuk air permukaan. Secara umum air permukaan dibagi menjadi air sungai dan air rawa atau danau. ³

4. Air tanah.

Air tanah secara umum terbagi menjadi : a. Air tanah dangkal

Air tanah dangkal terjadi akibat proses penyerapan air dari permukaan tanah. Air tanah dangkal memiliki kedalaman sampai 15 meter.

b. Air tanah dalam

Air tanah dalam terdapat pada lapisan rapat air yang pertama. Pengambilan

air tanah dalam lebih sulit daripada air tanah dangkal. Suatu lapis rapat air

biasanya didapatkan pada kedalaman 100 – 300 meter. Bila tekanan air

tanah besar, maka air dapat menyembur keluar dan dalam keadaan ini

dinamakan air artetis. Pada umumnya kualitas air tanah dalam (air artetis)

lebih baik daripada air tanah dangkal, karena penyaringannya lebih

sempurna terutama untuk bakteri.

Susunan unsur-unsur kimia tergantung pada lapis-lapis tanah yang dilalui.

Jika melalui tanah berkapur, maka air itu akan menjadi sadah, karena mengandung Ca(HC0 3 ) 2 dan Mg(HC0 3 ) 2 . Bila melalui batuan granit, maka air itu lunak dan agresif karena mengandung gas C0 2 dan Mn(HC0 3 ).

Kualitas air tanah dalam masih sedikit dipengaruhi oleh perubahan musim. ³

c. Mata air

Mata air adalah air tanah yang keluar dengan sendirinya ke permukaan tanah. Berdasarkan munculnya ke permukaan tanah dibagi menjadi 2, yaitu rembesan dan umbul. ³

C. Karakteristik Air Secara fisik :

1. Kekeruhan

Kekeruhan air dapat ditimbulkan oleh adanya bahan-bahan anorganik dan organik yang terkandung dalam air seperti lumpur dan bahan yang dihasilkan oleh buangan industri. ¹⁰

2. Temperatur

Kenaikan temperatur air menyebabkan penurunan kadar oksigen terlarut.

Kadar oksigen terlarut yang terlalu rendah akan menimbulkan bau yang tidak sedap akibat degradasi anaerobik yang mungkin saja terjadi. ¹⁰

3. Warna

Warna air dapat ditimbulkan oleh kehadiran organisme, bahan-bahan tersuspensi yang berwarna dan oleh ekstrak senyawa-senyawa organik serta tumbuh-tumbuhan. ¹⁰

4. Solid (Zat padat)

Kandungan zat padat menimbulkan bau busuk, juga dapat meyebabkan turunnya kadar oksigen terlarut. Zat padat dapat menghalangi penetrasi sinar matahari kedalam air. ¹⁰

5. Bau dan rasa

Bau dan rasa dapat dihasilkan oleh adanya organisme dalam air seperti alga serta oleh adanya gas seperti H ₂ S yang terbentuk dalam kondisi anaerobik, dan oleh adanya senyawa-senyawa organik tertentu. ¹⁰

Secara kimia : 1. pH

Pembatasan pH dilakukan karena akan mempengaruhi rasa, korosifitas air dan efisiensi klorinasi. Beberapa senyawa asam dan basa lebih toksid dalam bentuk molekuler, dimana disosiasi senyawa-senyawa tersebut dipengaruhi oleh pH. ¹⁰

2. DO (dissolved oxygent)

DO adalah jumlah oksigen terlarut dalam air yang berasal dari fotosintesis dan absorbsi atmosfer/udara. Semakin banyak jumlah DO maka kualitas air semakin baik. Satuan DO biasanya dinyatakan dalam persentase saturasi. ¹⁰ 3. BOD (biological oxygent demand)

BOD adalah banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorgasnisme untuk menguraikan bahan-bahan organik (zat pencerna) yang terdapat di dalam air buangan secara biologi. BOD dan COD digunakan untuk memonitoring kapasitas self purification badan air penerima. ¹⁰

Reaksi:

Zat Organik + mikro organisme + O ₂ → CO ₂ + mikro organisme + sisa material organik

(CHONSP)

4. COD (chemical oxygent demand)

COD adalah banyaknya oksigen yang di butuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan organik secara kimia. ¹⁰

Reaksi:

+ 95%terurai

Zat Organik + O ₂ → CO ₂ + H ₂ O 5. Senyawa-senyawa kimia yang beracun

Kehadiran unsur arsen (As) pada dosis yang rendah sudah merupakan racun

terhadap manusia sehingga perlu pembatasan yang agak ketat (± 0,05 mg/l).

Kehadiran besi (Fe) dalam air bersih akan menyebabkan timbulnya rasa dan bau logam, menimbulkan warna koloid merah (karat) akibat oksidasi oleh oksigen terlarut yang dapat menjadi racun bagi manusia. ¹⁰

Secara biologis :

Syarat-syarat bakteriologis yang diperbolehkan yaitu air minum tidak boleh mengandung bakteri-bakteri penyakit (patogen) sama sekali dan tidak boleh mengandung bakteri-bakteri golongan Coli melebihi batas-batas yang diperbolehkan yaitu 0 Coli/100 ml air. ⁹ Hal tersebut sesuai dengan standar persyaratan yang diatur dalam Permenkes RI No.416/Menkes/per/IX/1990, tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air, yang telah diperbaharui dalam

Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No.907/Menkes/SK/VII/2002. ¹¹ Daftar persyaratan kualitas air bersih secara lengkap dapat dilihat pada lampiran.

D. Kesadahan

Kesadahan air adalah air yang mengandung ion Kalsium (Ca) dan Magnusium (Mg). ¹² Ion-ion ini terdapat dalam air dalam bentuk sulfat, klorida, dan hidrogenkarbonat. Kesadahan air alam biasanya disebabkan garam karbonat atau garam asamnya. Kehadiran kalsium klorida atau magnesium sulfat disebabkan geologi tanah disekitarnya. ¹³ Air yang mempunyai tingkat kesadahan terlalu tinggi sangat merugikan karena beberapa hal diantaranya dapat menimbulkan korosi pada alat-alat yang terbuat dari besi, menyebabkan sabun kurang membusa sehingga meningkatkan konsumsi sabun, dan dapat menimbulkan endapan atau kerak-kerak di dalam wadah-wadah pengolahan. ¹²

1. Menurut WHO air yang bersifat sadah akan menimbulkan dampak :

a. Terhadap kesehatan dapat menyebabkan cardiovascular desease (penyumbatan pembuluh darah jantung) dan urolithiasis (batu ginjal).

b. Menyebabkan pengerakan pada peralatan logam untuk memasak sehingga penggunaan energi menjadi boros.

c. Penyumbatan pada pipa logam karena endapan CaO 3

d. Pemakaian sabun menjadi lebih boros karena buih yang dihasilkan sedikit. ⁴

2. Penanggulangan Kesadahan

Upaya penanggulangan kesadahan dapat dilakukan dengan cara:

a. Pemanasan

Pemanasan dilakukan untuk mengatasi kesadahan yang bersifat sementara (kesadahan bikarbonat). ⁴

b. Proses pengendapan senyawa Ca ²⁺ dan Mg ²⁺

Ion Ca ²⁺ dan Mg ²⁺ akan mengendap sebagai CaCO 3 dan Mg(OH) 2 , Ion CO 3 2- berasal dari karbon dioksida (CO 2 ) dan bikarbonat (HCO 3 ).

Reaksinya sebagai berikut :

CO 2 +OH ^- HCO 3 -

HCO 3 - + OH ^- CO 3 2- + H 2 O

Ca ²⁺ + CO 3 2- CaCO 3

Mg ²⁺ + 2 OH- Mg(OH) ¹

Sifat proses pengendapan senyawa Ca ²⁺ dan Mg ²⁺ yaitu reaksi cepat (1-2 jam), dapat bersamaan dengan flokulasi (penggumpalan), cara sederhana dan mudah, efesiensi cukup tinggi dan harga relatif murah. ⁴

c. Proses pertukaran Ion Ca ²⁺ , Mg ²⁺ dengan ion Na ⁺ , K ⁺ atau H ⁺ .

Proses ini sangat cepat (20-30 menit), tidak dapat berlangsung dengan reaksi lain dan air baku tidak boleh keruh, instalasi dan operasi rumit, efisiensi tinggi, harga relatif cukup mahal (cocok untuk industri). Proses ini dapat digunakan untuk pengolahan kesadahan tetap dan sementara dengan cara pemisahan ion-ion yang tidak dikehendaki yang terdapat didalam air sadah. Bahan yang digunakan dalam proses ini berupa zeolit dan atau resin sintentik yang dimasukkan ke dalam kolom dimana air sudah dapat dialirkan melalui senyawa-senyawa tersebut. ⁴

d. Proses kontak air dengan pasir, batu, atau kapur.

Sifat proses ini adalah reaksi lambat (lebih dari 1 jam), tidak bisa bersamaan dengan proses lain, cara sederhana, efisiensi dan harga tidak terlalu mahal. ⁴

3. Pertukaran ion (ion exchange)

Pertukara ion dapat digunakan untuk pengolahan kesadahan tetap dan sementara dengan cara pemisahan ion-ion yang tidak dikehendaki yang terdapat di dalam air sadah. Bahan yang digunakan terdiri dari zeolit dan atau resin sintetik yang dimasukkan kedalam suatu kolom dimana air sadah dapat dialirkan melalui senyawa-senyawa tersebut. ⁴

E. Jenis Kesadahan

Kesadahan ada dua jenis, yaitu : 1. Kesadahan sementara

Kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam bikarbonat, seperti Ca(HCO 3 ) 2 , Mg(HCO 3 ) 2 . Kesadahan sementara ini dapat / mudah dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk endapan CaCO 3 atau MgCO 3 .

Reaksinya:

Ca(HCO 3 ) 2 -dipanaskan--> CO 2 (gas) + H 2 O (cair) + CaCO 3 (endapan) Mg(HCO 3 ) 2 -dipanaskan--> CO 2 (gas) + H 2 O (cair) + MgCO 3 (endapan) ¹³ 2. Kesadahan tetap

Kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam klorida, sulfat dan karbonat, misal CaSO 4 , MgSO 4 , CaCl 2 , MgCl 2 . Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda - kapur (terdiri dari larutan natrium karbonat dan magnesium hidroksida) sehingga terbentuk endapan kalium karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padatan/endapan) dalam air. ¹⁴

Reaksinya:

CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 (padatan/endapan) + 2 NaCl (larut)

CaSO 4 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 (padatan/endapan) + Na 2 SO 4 (larut)

MgCl 2 + Ca(OH) 2 → Mg(OH) 2 (padatan/endapan) + CaCl 2 (larut)

MgSO 4 + Ca(OH) 2 → Mg(OH) 2 (padatan/endapan) + CaSO 4 (larut)

Kesadahan diklasifikasikan berdasarkan dua cara, yaitu berdasarkan ion logam (metal) dan berdasarkan anion yang berasosiasi dengan ion logam. Berdasarkan ion logam (metal), kesadahan dibedakan menjadi kesadahan kalsium dan kesadahan magnesium. Berdasarkan anion yang berasosiasi dengan logam, kesadahan dibedakan menjadi kesadahan karbonat dan kesadahan non-karbonat. ¹⁴

1. Kesadahan kalsium dan magnesium

Kesadahan perairan dikelompokan menjadi kesadahan kalsium dan kesadahan magnesium karena pada perairan alami kesadahan lebih banyak disebabkan oleh kation kalsium dan magnesium. Kesadahan kalsium dan magnesium sering kali perlu diketahui untuk menentukan jumlah kapur dan soda abu yang dibutuhkan dalam proses pelunakan air (lime–soda ash softening). Jika nilai kesadahan kalsium diketahui maka kesadahan magnesium dapat ditentukan melalui persamaan :

Kesadahan total – kesadahan kalsium = kesadahan magnesium

Pada penentuan nilai kesadahan (baik keadaan total, kesadahan kalsium, maupun kesadahan magnesium), keberadaan besi dan mangan dianggap sebagai pengganggu karena dapat bereaksi dengan pereaksi yang digunakan.

Oleh Karena itu, kesadahan kalsium menjadi lebih besar daripada ion kalsium. Demikian pula halnya jika kesadahan magnesium lebih besar daripada kadar ion magnesium dari nilai kesadahan, digunakan persamaan : Kadar Ca ²⁺ (mg/liter) = 0,4 × kesadahan kalsium

Kadar Mg ²⁺ (mg/liter) = 0,243 × kesadahan magnesium ¹⁴ 2. Kesadahan karbonat dan non-karbonat

Pada kesadahan karbonat, kalsium dan magnesium berasosiasi dengan ion CO 3 2- dan HCO 3 - . Pada kesadahan non-karbonat, kalsium dan magnesium berasosiasi dengan ion SO 4 2- , CI ^- , dan NO 3 - . Kesadahan karbonat sangat sensitif terhadap panas mengendap dengan mudah pada suhu tinggi. ¹⁴

Oleh karena itu, kesadahan karbonat disebut juga kesadahan sementara.

Kesadahan non-karbonat disebut kesadahan permanen karena kalsium dan

magnesium yang berikatan dengan sulfat dan klorida tidak mengendap dan nilai kesadahan tidak berubah meskipun pada suhu yang tinggi. ¹⁴

F. Satuan Ukuran Kesadahan

Satuan ukuran kesadahan ada 3, yaitu : 1. Derajat Jerman, dilambangkan dengan °D 2. Derajat Inggris, dilambangkan dengan °E 3. Derajat Perancis, dilambangkan dengan °F

Dari ketiganya yang sering digunakan adalah derajat jerman, dimana 1 °D setara dengan 10 mg CaO per liter. artinya jika suatu air memiliki kesadahan 1 °D maka didalam air tersebut mengandung 10 mg CaO dalam setiap liternya. ¹⁵

Berikut adalah kriteria selang kesadahan yang biasa dipakai:

1. 0 - 4 dH, 0 - 70 ppm : sangat rendah (sangat lunak).

2. 4 - 8 dH, 70 - 140 ppm : rendah (lunak).

3. 8 - 12 dH, 140 - 210 ppm : sedang.

4. 12 - 18 dH, 210 - 320 ppm : agak tinggi (agak keras).

5. 18 - 30 dH, 320 - 530 ppm : tinggi (keras). ¹⁶ G. Zeolit

Mineral zeolit sudah diketahui sejak tahun 1755 oleh seorang ahli mineralogi bernama F.A.F. Cronstedt. Meskipun demikian penggunaan mineral zeolit untuk industri baru dimulai tahun 1940 dan 1973. Tahun 1940 adalah penggunaan mineral zeolit sintetis, sedangkan tahun 1973 adalah permulaan penggunaan mineral zeolit alam. Dikarenakan mineral zeolit alam sulit dipisahkan dari batuan induknya maka ini menjadi alasan dibuatnya zeolit sintesis. Mineral zeolit sintetis yang dibuat tidak dapat persis sama dengan mineral zeolit alam, walaupun zeolit sintetis mempunyai sifat fisik yang jauh lebih baik. Pada tahun tersebut merupakan titik awal penggunaan nyata bagi mineral zeolit alam untuk keperluan berbagai industri. Diharapkan dengan adanya berbagai penelitian mengenai zeolit alam diharapkan dapat meningkatkan nilai tambah. ¹⁷

Mineral zeolit bukan merupakan mineral tunggal, melainkan sekelompok

mineral yang terdiri dari beberapa jenis unsur. Secara umum mineral zeolit adalah

senyawa alumino silikat hidrat dengan logam alkali tanah serta mempunyai rumus kimia sebagai berikut :

M ²

x/n Si

1-x Al

x O

2 .yH

2 O

Dengan M = e.g Na, K, Li, Ag, NH, H, Ca, Ba.

Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur kristal, sedangkan logam alkali adalah kation yang mudah tertukar (exchangeable cation). Jumlah molekul air menunjukkan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila unit sel kristal zeolit tersebut dipanaskan. Sekarang ini lebih dari 40 zeolit alam maupun 150 tipe yang artificial telah digunakan dalam berbagai bidang berdasarkan publikasi International Zeolit Association. Pada struktur zeolit, semua atom Al dalam bentuk tertahedra sehingga atom Al akan bermuatan negatif karena berkoordinasi dengan 4 atom oksigen dan selalu dinetralkan oleh kation alkali atau alkali tanah untuk mencapai senyawa yang stabil. Lain halnya dengan batuan lempung (clay materials) dengan struktur lapisan, dimana sifat pertukaran ionnya disebabkan oleh 1) brokend bonds yaitu makin kecil partikel penyerapan makin besar, 2) gugus hidroksid yang mana atom hidrogen dapat digantikan dengan kation lain atau 3) substitusi isomorf Al pada tertrahedra Si menyebabkan ikatan Al-Si cukup kuat dan mengurangi swelling. ¹⁷

H. Pengaruh Zeolit Terhadap Penurunan Kesadahan

Berdasarkan pada struktur zeolit yang tersusun oleh rongga atau pori, dimana sistem rongga ini membentuk saluran yang saling berhubungan dan dihubungkan dengan celah oksigen, zeolit merupakan kristal silika terhidrat yang secara tiga dimensi tersusun atas tetrahedral SiO 4 dan AlO 4 yang saling dihubungkan oleh atom O. Pemanfaatan zeolit sebagai senyawa pemisah sangat dipengaruhi oleh ukuran dan distribusi pori yang dimiliki. ¹⁸

Dari pengalaman penggunaan mineral zeolit sebagai penyerap yang menguntungkan seperti telah disebutkan di atas, kemungkinan mineral zeolit dapat digunakan sebagai adsorben karena kemampuannya dalam menyerap air, gas dan ion-ion yang toksik bagi tubuh. ¹⁹ Berdasarkan pernyataan tersebut, maka jelas penggunaan zeolit dalam proses penurunan kesadahan. ¹⁸

I. Sifat Zeolit

Adapun sifat-sifat zeolit meliputi :

1. Dehidrasi. Sifat dehidrasi dari zeolit akan berpengaruh terhadap sifat adsorbsinya, zeolit dapat melepaskan molekul air dari rongga permukaan dan menyebabkan medan listrik meluas ke dalam rongga utama dan akan efektif terinteraksi dengan molekul yang akan diadsorbsi. Jumlah molekul air sesuai dengan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila kristal zeolit tersebut dipanaskan. ²⁰

2. Adsorbsi. Dalam keadaan normal ruang hampa kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang berada disekitar kation. Bila kristal zeolit dipanaskan pada suhu 300 - 400°C maka ion tersebut akan keluar sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan. Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas atau zat, zeolit juga mampu memisahkan molekul zat berdasarkan ukuran kepolarannya. ²⁰

3. Penukar ion. Ion-ion pada rongga atau kerangka elektrolit berguna untuk menjaga kenetralan zeolit, ion-ion dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion menjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain tergantung dari : sifat kation, suhu, dan jenis anion. Penukar kation dapat menyebabkan perubahan beberapa sifat zeolit seperti terhadap panas, sifat adsorbsi dan sifat panas. Untuk peningkatan zeolit sebagai penyerap perlu terlebih dahulu dilakukan proses aktivasi, yaitu untuk meningkatkan sifat-sifat khusus zeolit dengan cara menghilangkan unsur-unsur pengotor dan menguapkan air yang terperangkap dalam pori kristal zeolit. ²⁰ Ada dua cara yang umum digunakan dalam proses aktivasi zeolit, yaitu pemanasan pada suhu 200° - 400°C selama 2 – 3 jam dan kimia dengan menggunakan pereaksi NaOH atau H 2 SO 4. 22

Keuntungan penggunaan zeolit dalam pertukaran ion untuk menurunkan kesadahan air adalah :

1. Tidak terdapat bahan kimia yang berbahaya.

2. Bebas lumpur dan endapan.

3. Biaya relatif murah.

4. Dapat menghasilkan air dengan kesadahan 0 (nol).

5. Relatif sederhana dalam pengoperasiannya.

6. Untuk regenerasi hanya diperlukan garam dapur yang mudah diperoleh dengan harga relatif murah. ²¹

J. Karbon Aktif

Karbon aktif adalah karbon yang diproses sedemikian rupa sehingga pori – porinya terbuka, dan dengan demikian akan mempunyai daya serap yang tinggi.

Karbon aktif merupakan karbon yang akan membentuk amorf, yang sebagian besar terdiri dari karbon yang bebas serta emiliki permukaan dalam ( internal surface ), sehingga mempunyai daya serap yang baik. Keaktifan meyerap dari karbon aktif ini tergantung dari jumlah senyawa karbonnya yang berkisar antara 85 % sampai 95 % karbon bebas. Karbon aktif atau sering disebut sebagai arang aktif adalah arang yang telah mempunyai suatu tingkat daya serap tertentu terhadap bahan organik terlarut, warna,bau, rasa dan zat-zat lain. Karbon aktif ini mempunyai dua bentuk sesuai ukuran butirannya, yaitu karbon aktif bubuk dan karbon aktif granular (butiran). Karbon aktif bubuk ukuran diameter butirannya kurang dari atau sama dengan 325 mesh. Sedangkan karbon aktif granular ukuran diameter butirannya lebih besar dari 325 mesh. Karbon aktif yang berwarna hitam, tidak berbau, tidak berasa, dan mempunyai daya serap yang jauh lebih besar dibandingkan dengan karbon yang belum menjalani proses aktivasi, serta mempunyai permukaan yang luas, yaitu antara 300 sampai 2000 m/gram. Luas permukaan yang luas disebabkan karbon mempunyai kemampuan menyerap gas dan uap atau zat yang berada didalam suatu larutan. Sifat dari karbon aktif yang dihasilkan tergantung dari bahan yang digunakan, misalnya, tempurung kelapa menghasilkan arang yang lunak dan cocok untuk menjernihkan air. ²⁰

Adapun keuntungan dari pemakaian karbon aktif ialah :

1. Pengoperasian mudah karena air mengalir dalam media karbon.

2. Proses berjalan cepat karena ukuran butiran karbonnya lebih besar.

3. Karbon tidak tercampur dengan lumpur sehingga dapat diregenerasi.

K. Daya Serap Karbon Aktif

Pada proses adsorbsi ada dua yaitu proses adsorpsi secara fisika dan

adsorpsi secara kimia. Adsorpsi secara fisika yaitu proses berlangsung cepat, dan

dapat balik dengan panas adsorpsi kecil (±5-6 kkal/mol), sehingga diduga gaya yang bekerja di dalamnya sama dengan seperti cairan (gaya Van Deer Wals).

Unsur yang terjerap tidak terikat secara kuat pada bagian permukaan penyerap.

Adsorpsi fisika dapat balik (reversibel), tergantung pada kekuatan daya tarik antar molekul penyerap dan bahan terserap lemah maka terjadi proses adsorpsi, yaitu pembebasan molekul bahan penyerap. Adsorpsi kimia adalah merupakan hasil interaksi kimia antara penyerap dengan zat-zat terserap, kekuatan ikatan kimia sangat bervariasi dan ikatan kimia sebenarnya tidak benar-benar terbentuk tetapi kekuatan adhesi yang terbentuk lebih kuat dibanding dengan daya ikat penyerap fisika. Panas adsorpsi kimia lebih besar dibanding dengan adsorpsi fisika (±10- 100 kkal/mol). Pada proses kimia tidak dapat balik (inreversibel) dikarenakan memerlukan energi untuk membentuk senyawa kimia baru pada permukaan adsorben sehingga proses balik juga diperlukan energi yang tinggi. ²⁰

L. Proses Pembuatan Karbon Aktif

Secara umum dalam pembuatan karbon aktif terdapat dua tingkatan proses yaitu :

1. Proses pengarangan (karbonisasi)

Proses ini merupakan proses pembentukan arang dari bahan baku. Secara

umum, karbonisasi sempurna adalah pemanasan bahan baku tanpa adanya

udara, sampai temperatur yang cukup tinggi untuk mengeringkan dan

menguapkan senyawa dalam karbon. Hasil yang diperoleh biasanya kurang

aktif dan hanya mempunyai luas permukaan beberapa meter persegi per

gram. Selama proses karbonisasi dengan adanya dekomposisi pirolitik

bahan baku, sebagian elemen-elemen bukan karbon, yaitu hidrogen dan

oksigen dikeluarkan dalam bentuk gas dan atom-atom yang terbebaskan dari

karbon elementer membentuk Kristal yang tidak teratur, yang disebut

sebagai Kristal grafit elementer. Struktur kristalnya tidak teratur dan celah-

celah kristal ditempati oleh zat dekomposisi tar. Senyawa ini menutupi pori-

pori karbon, sehingga hasil proses karbonisasi hanya mempunyai

kemampuan adsorpsi yang kecil. Oleh karena itu karbon aktif dapat juga dibuat dengan cara lain, yaitu dengan mengkarbonisasi bahan baku yang telah dicampur dengan garam dehidrasi atau zat yang dapat mencegah terbentuknya tar, misalnya ZnCl, MgCl, dan CaCl. Perbandingan garam dengan bahan baku adalah penting untuk menaikkan sifat – sifat tertentu dari karbon. ²⁰

2. Proses aktivasi

Secara umum, aktivasi adalah pengubahan karbon dengan daya serap rendah menjadi karbon yang mempunyai daya serap tinggi. Untuk menaikkan luas permukaan dan memperoleh karbon yang berpori, karbon diaktivasi, misalnya dengan menggunakan uap panas, gas karbondioksida dengan temperatur antara 700°C - 1100°C, atau penambahan bahan-bahan mineral sebagai aktivator. Selain itu aktivasi juga berfungsi untuk mengusir tar yang melekat pada permukaan dan pori-pori karbon. Aktivasi menaikkan luas permukaan dalam (internal area), menghasilkan volume yang besar, berasal dari kapiler-kapiler yang sangat kecil, dan mengubah permukaan dalam dari stuktur pori. ²⁰

M. Kegunaan Karbon Aktif Dalam Penurunan Kesadahan

Karbon aktif dapat digunakan sebagai bahan pemucat, penyerap gas,

penyerap logam, menghilangkan polutan mikro misalnya zat organik, detergen,

bau, senyawa phenol dan lain sebagainya. Pada saringan arang aktif ini terjadi

proses adsorpsi, yaitu proses penyerapan zat – zat yang akan dihilangkan oleh

permukaan arang aktif, termasuk CaCO 3 yang menyebabkan kesadahan. Banyak

penelitian yang mempelajari tentang manfaat/kegunaan dari kegunaan karbon

aktif yang dapat menyerap senyawa organik maupun anorganik, penyerap gas,

penyerap logam, menghilangkan polutan mikro misalnya detergen, bau, senyawa

phenol dan lain sebagainya. Pada saringan arang aktif ini terjadi proses adsorpsi,

yaitu proses penyerapan zat-zat yang akan dihilangkan oleh permukaan arang

aktif. Apabila seluruh permukaan arang aktif sudah jenuh, atau sudah tidak

mampu lagi menyerap maka kualitas air yang di saring sudah tidak baik lagi,

sehingga arang aktif harus diganti dengan arang aktif yang baru. ²⁰

N. Kerangka Teori

Berdasarkan tinjauan pustaka yang telah dipaparkan di atas, maka dapat disusun kerangka teori sebagai berikut :

Air Baku Sumber air:

a. Air laut b. Air atmosfir c. Air permukaan d. Air tanah

Kualitas fisik Kualitas

kimia Kualitas

bakteriologi

Kesadahan CaCO

3

dan Mg(OH)

2

Pengolahan air:

a. Karbon aktif b. Pasir c. Kerikil d. Kapur e. Zeolit f. Pemanasan g. Pertukaran ion Arsen (As), besi (Fe),

Fluorida (F), Chlorida (Cl), kesadahan sebagai CaCO

3

, nitrat sebagai N, dan lain- lain

Bakteri, virus, protozoa a. Temperatur

b. Warna c. Bau d. Kekeruhan

Proses Penurunan Kesadahan Ca CO

3

dan Mg(OH)

2

Proses penurunan Kesadahan

a. Kualitas

b. Ketebalan

c. pH

d. Suhu

Gambar 2.1 Kerangka teori Sumber : 2, 9, 12, 13

O. Kerangka Konsep

Kerangka konsep penelitian adalah sebagai berikut :

Variabel bebas Variasi ketebalan kombinasi antara zeolit dengan karbon aktif

60 cm, 70 cm, dan 80 cm

Variabel Terikat Penurunan Kesadahan Air

Sumur Artetis

Variabel Terkendali a. pH*

b. suhu*

Keterangan : * = diukur

Gambar 2.2 Kerangka Konsep

P. Hipotesis

Sesuai dengan tujuan penelitian diatas maka dapat dirumuskan suatu

hipotesa yaitu: ”Ada pengaruh ukuran ketebalan kombinasi antara zeolit dengan

karbon aktif dengan ketebalan 60 cm, 70 cm, dan 80 cm sebagai media filter,

terhadap penurunan kesadahan air sumur artetis Di Kelurahan Sendangguwo,

Kecamatan Tembalang, Semarang”.