7 A. Air
Air adalah semua air baik air minum maupun air bersih yang berada dari sumber air maupun di atas permukaan tanah tetapi tidak termasuk air laut dan air fosil.1,2,5
Air bersih yaitu air yang memenuhi syarat kesehatan dan dipergunakan untuk keperluan sehari-hari tetapi tidak dapat langsung diminum sebelum dimasak.2
Air baku untuk keperluan air minum rumah tangga baik berasal dari sumber air permukaan, cekungan air tanah atau air hujan yang memenuhi baku mutu tertentu dipergunakan sebagai air baku untuk air minum.13
1. Sumber Air
Sumber air bersih di alam terdiri atas air laut, air atmosfir (air metereologik), air permukaan, dan air tanah.4
a. Air Laut
Air laut mempunyai sifat asin, karena mengandung garam NaCl. Tingginya kadar garam NaCl dalam air laut menimbulkan air laut tidak memenuhi syarat untuk dijadikan sumber air minum.3
b. Air Atmosfir, Air Meteriologik
Dalam kehidupan sehari-hari air ini dikenal sebagai air hujan atau air angkasa. Biasanya air hujan atau air angkasa terjadi pengotoran yang disebabkan oleh kotoran – kotoran debu dan lain sebagainya, tetapi dalam keadaan murni sangat bersih. Untuk menjadikan air hujan sebagai sumber air minum hendaknya tidak menampung air hujan pada saat hujan baru turun pertama kali, karena masih mengandung banyak kotoran. Selain itu air hujan memiliki sifat agresif terutama terhadap pipa-pipa penyalur maupun bak-bak reservoir, sehingga hal ini
akan mempercepat terjadinya korosi (karatan). Disamping itu air hujan ini mempunyai sifat lunak sehingga akan boros terhadap pemakaian sabun.
c. Air Permukaan
Air permukaan seringkali merupakan sumber air yang paling tercemar, baik karena kegiatan manusia, fauna, flora, dan zat-zat lainnya. Air permukaan meliputi :
1) Air Sungai
Air sungai memiliki derajat pengotoran yang tinggi sekali. Hal ini karena selama pengalirannnya mendapat pengotoran, misalnya oleh lumpur, batang-batang kayu, daun-daun, kotoran industri kota dan sebagainya. Oleh karena itu dalam penggunaannya sebagai sumber air bersih haruslah melalui suatu pengolahan yang sempurna. 2) Air Rawa
Kebanyakan air rawa berwarna kuning coklat yang disebabkan oleh adanya zat – zat organis yang telah membusuk, misalnya asam humus yang larut dalam air. Dengan adanya pembusukan kadar zat organis yang tinggi tersebut, maka umumnya kadar mangan (Mn) akan tinggi. d. Air Tanah
Air tanah merupakan sebagian air hujan yang mencapai permukaan bumi dan menyerap ke dalam lapisan tanah dan menjadi air tanah. Sebelum mencapai lapisan tempat air tanah, air hujan akan menembus beberapa lapisan tanah dan menyebabkan terjadinya kesadahan pada air. Kesadahan pada air ini akan menyebabkan air mengandung zat-zat mineral dalam konsentrasi. Zat-zat mineral tersebut antara lain kalsium, magnesium, dan logam berat seperti besi dan mangan.
1) Air Tanah Dangkal
Air tanah dangkal terjadi karena daya proses peresapan air dari permukaan tanah. Lumpur akan tertahan, demikian pula dengan sebagian bakteri, sehingga air tanah akan jernih tetapi lebih banyak mengandung zat kimia (garam-garam yang terlarut) karena melalui lapisan tanah yang mempunyai unsur-unsur kimia tertentu untuk masing-masing lapisan tanah. Lapisan tanah di sini berfungsi sebagai saringan.
Disamping penyaringan, pengotoran juga masih terus berlangsung, terutama pada muka air yang dekat dengan muka tanah, setelah menemui lapisan rapat air, air yang akan terkumpul merupakan air tanah dangkal dimana air tanah ini dimanfaatkan untuk sumber air minum melalui sumur-sumur dangkal.
2) Air Tanah Dalam
Air tanah dalam dikenal juga dengan air artetis. Air ini terdapat diantara dua lapisan kedap air. Lapisan diantara dua lapisan kedap air tersebut disebut lapisan akuifer. Lapisan tersebut banyak menampung air. Jika lapisan kedap air retak, secara alami air akan keluar ke permukaan. Air yang memancar ke permukaan disebut mata air artetis. Pengambilan air tanah dalam, tak semudah pada air tanah dangkal. Dalam hal ini harus digunakan bor dan memasukkan pipa kedalamnya sehingga mencapai suatu kedalaman (biasanya antara 100-300 m) akan didapatkan suatu lapisan air.
3) Mata Air
Mata air merupakan air tanah yang keluar dengan sendirinya ke permukaan tanah. Mata air yang berasal dari tanah dalam, hampir tidak terpengaruh oleh musim.
Kualitas maupun kuantitasnya biasanya relatif lebih baik apabila dibandingkan dengan sumber air lainnya. Berdasarkan keluarnya (munculnya ke permukaan tanah) mata air dapat dibedakan atas :
a) Mata Air Rembesan, yaitu mata air yang airnya keluar dari lereng-lereng,
b) Umbul, yaitu mata air dimana airnya keluar ke permukaan pada suatu dataran.
2. Syarat-syarat air besih
Didalam penyediaan air bersih harus memenuhi beberapa persyaratan utama. Persyaratan tersebut meliputi persyaratan kualitatif, persyaratan kuantitatif, mudah didapat dan dicapai, persyaratan kontinuitas,3 harga relatif murah dan dapat dijangkau oleh setiap lapisan masyarakat.14
a. Persyaratan Kualitatif.
Persyaratan kualitatif menggambarkan mutu atau kualitas dari air baku sebagai sumber air bersih. Persyaratan ini meliputi persyaratan fisik, kimia, biologis dan radioaktif.3
1) Syarat-syarat fisik.
Secara fisik air bersih harus jernih, tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa. Selain itu juga suhu air bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau kurang lebih 25ºC, dan apabila terjadi perbedaan maka batas yang diperbolehkan adalah 25ºC ± 3ºC.14,15
2) Syarat-syarat Kimia.
Dari segi parameter kimia, air yang baik adalah air yang tidak tercemar secara berlebihan oleh zat-zat kimia yang berbahaya bagi kesehatan antara lain zat padat total (total solid), zat organik, CO2 agresif, kesadahan, air raksa (Hg), alumunium (Al), arsen (As), barium (Ba), besi (Fe),
flourida (F), tembaga (Cu), derajat keasaman (pH), dan zat kimia lainnya.
Kandungan zat kimia dalam air bersih yang digunakan sehari-hari hendaknya tidak melebihi kadar maksimum yang diperbolehkan. Penggunaan air yang mengandung bahan kimia beracun dan zat-zat kimia yang melebihi ambang batas berakibat tidak baik bagi kesehatan dan material yang digunakan manusia.
3) Syarat-syarat bakteriologis
Sumber - sumber air di alam pada umumnya mengandung bakteri. Jumlah dan jenis bakteri berbeda sesuai dengan tempat dan kondisi yang mempengaruhinya. Air bersih tidak boleh mengandung kuman patogen dan parasit yang mengganggu kesehatan. Persyaratan
bakteriologis ini ditandai dengan ada tidak adanya bakteri E. coli atau Fecal coli dalam air.14 Bakteri golongan coli tidak merupakan bakteri golongan patogen, namum bakteri ini merupakan indikator dari pencemaran air oleh bakteri patogen.3,14
Bakteri patogen yang dapat mengganggu kesehatan antar lain : a) Bakteri Typhsum b) Vibrio Colerae c) Bakteri Dysentriae d) Entamoeba Hystolotica e) Bakteri Enteritis 4) Syarat-syarat Radiologis.
Dari segi parameter radioaktivitas, apapun bentuk radioaktivitas efeknya adalah sama, yakni menimbulkan kerusakan pada sel yang terpapar. Kerusakan dapat berupa kematian, dan perubahan komposisi genetik Secara
radiologis mensyaratkan bahwa air bersih tidak boleh mengandung zat yang menghasilkan bahan-bahan yang mengandung radioaktif, seperti sinar alfa, beta dan
gamma.
b. Persyaratan Kuantitatif .
Persyaratan kuantitas dalam penyediaan air bersih adalah ditinjau dari banyaknya air baku yang tersedia. Artinya air baku tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan sesuai dengan kebutuhan daerah dan jumlah penduduk yang akan dilayani. Persyaratan kuantitas juga dapat ditinjau dari standar debit air bersih yang dialirkan ke konsumen sesuai dengan jumlah kebutuhan air bersih.
c. Persyaratan Kontinuitas.
Air baku untuk air bersih harus dapat diambil terus menerus dengan fluktuasi debit yang relatif tetap, baik pada saat musim kemarau maupun musim hujan. Kontinuitas juga dapat diartikan bahwa air bersih harus tersedia 24 jam per hari, atau setiap saat diperlukan, kebutuhan air tersedia. Akan tetapi kondisi ideal tersebut hampir tidak dapat dipenuhi pada setiap wilayah di Indonesia, sehingga untuk menentukan tingkat kontinuitas pemakaian air dapat dilakukan dengan cara pendekatan aktifitas konsumen terhadap prioritas pemakaian air. Prioritas pemakaian air yaitu minimal selama 12 jam per hari, yaitu pada jam-jam aktifitas kehidupan, yaitu pada pukul 06.00 – 18.00 WIB.
B. Besi
1. Kandungan besi di dalam air
Besi dan mangan sering menjadi permasalahan didalam penyediaan air untuk kebutuhan rumah tangga, tetapi besi lebih sering didapatkan daripada mangan. Berdasarkan data survei air tanah yang pernah dilakukan di beberapa kota ( USA ) tahun 1963, didapatkan bahwa konsentrasi besi di dalam air 10 kali lipat apabila dibandingkan dengan konsentrasi mangan.3Menurut PP No. 82 tahum 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air serta Permenkes RI No. 492 tahun 2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum, kandungan maksimal kadar besi dalam air yang diperbolehkan sebesar 0,3 mg/l.5,6
Sebagian besar besi didalam air dalam bentuk ferro ( Fe ²ᶧ) atau Ferri ( Fe³ᶧ), hal ini tergantung dari kondisi oksigen yang terlarut dalam air dan pH. Adanya oksigen terlarut yang cukup dengan kondisi pH yang netral, ion Ferro akan teroksidasi menjadi ion ferri yang kemudian akan mengendap. Pada kondisi asam, ferro akan larut didalam air, sedangkan ferri akan sukar larut yang biasanya berwarna kuning kecoklatan. berikut beberapa penyebab yang mempengaruhi tingginya kandungan besi didalam air.
a. Kedalaman resapan air
Air hujan yang jatuh akan mengalami infiltrasi masuk ke dalam tanah yang mengandung FeO yang kemudian bereaksi dengan H₂O dan CO₂ dalam tanah dan membentuk Fe (HCO₃)₂. Semakin dalam air yang meresap ke dalam tanah akan semakin tinggi besi yang larut dalam air.3
b. pH air
pH air akan mempengaruhi kandungan besi didalam air, pH yang rendah atau / ≤ 7 akan menyebabkan korosif, sehingga akan berakibat larutnya besi. Dalam keadaan pH yang rendah, besi didalam air akan berbentuk ferri dan ferro, dimana bentuk
ferri akan mengendap dan tidak larut didalam air dan berakibat terjadinya warna pada air, air menjadi bau dan adanya rasa karat pada air. pH yang tidak mempengaruhi kandungan besi yaitu pH 6,5 – 8,5.⁴
c. Bakteri besi
Bakteri besi adalah bakteri yang dapat mengambil unsur besi dari lingkungan hidupnya. Hasil aktifitas dari bakteri besi akan menghasilkan presipitat yang kemudian akan menyebabkan warna kuning pada air. Bakteri besi merupakan bakteri anaerob yang banyak terdapat pada air yang mengandung mineral, pertumbuhan bakteri besi akan lebih sempurna apabila di dalam air banyak mengandung CO₂ dengan kadar yang tinggi.14
d. Adanya gas-gas terlarut
Gas-gas yang terlarut dalam air biasanya berupa CO₂. Di dalam air gas CO₂ dibedakan menjadi 3 yaitu CO₂ bebas, CO₂ dalam kesetimbangan dan CO₂ agresif. Dari ketiga gas CO₂ tersebut, gas CO₂ agresiflah yang paling berbahaya karena dapat menyebabkan terjadinya korosi, sehingga dapat berakibat kerusakan pada logam-logam.15
e. Temperatur Air
Temperatur air yang baik adalah yang sama dengan temperatur udara disekitarnya. Termperatur yang tinggi akan menyebabkan menurunnya kadar O₂ dalam air, yang kemudian akan menguraikan derajat kelarutan mineral, sehingga kelarutan Fe akan tinggi. Temperatur air bersih sebaiknya sama dengan temperatur udara atau kurang lebih 25ºC, dan apabila terjadi perbedaan maka batas yang diperbolehkan adalah 25ºC ± 3ºC.14,15
2. Kandungan besi di dalam tubuh manusia
Unsur besi diperlukan untuk memenuhi kebutuhan metabolisme tubuh manusia. Untuk memenuhi kebutuhan itu, manusia memerlukan unsur besi sebanyak 7-35 mg per hari,16 yang tidak hanya berasal dari air.
Zat besi adalah mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan dan mengangkut elektron di dalam proses pembentukan energi di dalam sel. Untuk mengangkut oksigen, zat besi harus bergabung dengan protein dan membentuk hemoglobin di dalam sel darah merah dan myoglobin di dalam serabut otot. Bila bergabung dengan protein di dalam sel, zat besi membentuk enzim yang berperan di dalam pembentukan energi di dalam sel. Jadi, zat besi paling banyak ditemukan di dalam sel darah merah, di mana disitu merekalah yang membentuk hemoglobin. Inilah zat yang memberikan warna merah pada darah.15
3. Dampak adanya kadar besi a. Bagi tubuh
Kekurangan maupun kelebihan zat besi di dalam tubuh akan memiliki dampak dari kesehatan, hal ini disebabkan karena tubuh tidak dapat mensekresi besi. Kekurangan zat besi terjadi karena asupan makanan yang tidak mencukupi atau dapat juga terjadi pada saat kehamilan. Seringkali kekurangan zat besi dinamakan anemia. Sedangkan kelebihan zat besi dapat menyebabkan keracunan, dimana akan terjadi muntah dan kerusakan usus. Air yang mengandung besi cenderung akan menimbulkan rasa mual apabila dikonsumsi. Kadar besi yang lebih dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada kulit dan mata, sedangkan kadar besi melebihi ± 2 mg/l akan menimbulkan noda-noda pada peralatan serata menimbulkan
bau.3 Kelarutan besi yang melebihi 10 mg/l akan mnyebabkan air berbau seperti telur busuk.15
b. Dampak material
Material yang digunakan untuk jalur distribusi air akan mudah rusak dan keropos, mengotori bak dari seng, wastafel dan kloset, serta bersifat korosif pada pipa terutama pipa GI sehingga akan mengakibatkan kebuntuan.7
c. Dampak terhadap tanah
Dapat menurunkan kualitas tanah d. Dampak secara ekonomi
Dapat meningkatkan biaya rehabilitasi yang diakibatkan dari keroposnya peralatan, meningkatkan biaya pemeliharaan, meningkatkan biaya pengobatan.16
e. Dampak secara estetika
Dapat menimbulkan warna, bau, rasa yang tidak sedap.15
4. Cara menghilangkan besi di dalam air
Didalam penurunan kadar besi di dalam air, perlu dilihat dulu apakah besi yang terdapat di dalam air disebabkan karena pencemaran dari luar atau memang konsentrasinya sudah tinggi. Adapun upaya-upaya yang dapat dilakukan untuk menurunkan kadar besi dalam air dapat berupa upaya preventif dan kuratif.15 Upaya kuratif yang dilakukan diantaranya dengan sistem aerasi, pembubuhan bahan koagulan, pembubuhan bahan pengatur pH, filtrasi, dan gabungan dari cara-cara diatas.14
Prinsip menghilangkan kadar besi dalam air adalah mengubah besi terlarut menjadi besi yang tidak terlarut, sehingga akan mengalami pengendapan. Endapan yang terbentuk dihilangkan dengan proses sedimentasi atau filtrasi. Besi juga dapat diendapkan dengan senyawa karbonat pada air yang mengandung pH rendah, yaitu dengan pembubuhan bahan koagulan.
C. Aerasi
Aerasi adalah proses pengolahan air dengan cara mengkontakkannya dengan udara. Adapun tujuan dari aerasi ini adalah untuk penambahan jumlah oksigen terlarut, penurunan jumlah CO2, menghilangkan H2S, CH4
yang menyebabkan timbulnya bau, menurunkan Fe dan Mn dalam air.14 Skema alir proses dari aerasi adalah sebagai berikut:
O₂ _ aerasi , reaksi:
Merubah Fe²ᶧ Fe³ᶧ mengendap
4 Fe ²ᶧ + O₂ + 10 H₂O 4 Fe ( OH )₃ + 8 Hᶧ 1. Metode aerasi
Secara umum metoda aerasi adalah terdiri dari:
a. Spray nozzles, suatu proses dimana air baku disemprotkan melewati kolom pipa tertentu dan keluar melalui nozzle. Dari nozzle inilah kemudian air baku akan kontak dengan udara bebas.3
b. Cascade, suatu proses dimana air baku dijatuhkan melewati bangunan berbentuk tangga sehingga saat jatuh dari tangga yang lebih tinggi ke tangga yang di bawahnya akan terjadi kontak dengan udara bebas.14
c. Multiple tray aerator, suatu proses dimana air baku dijatuhkan dari ketinggian tertentu dan dilewatkan dalam sejumlah nampan (tray) yang tersusun vertikal dengan jarak (space) tertentu. Pada saat jatuh dari nampan satu ke nampan di bawahnya maka akan terjadi kontak dengan udara.14
d. Diffused-air aerator, suatu proses aerasi dimana sejumlah udara di difusikan ke dalam air baku melalui tekanan yang tinggi ke dalam tangki/bak pengolahan. Udara yang didisfusikan akan mengoksidasi beberapa senyawa yang dapat dihilangkan dengan proses oksidasi yang terjadi. 3
2. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses aerasi. a. Karakteristik zat yang mudah menguap
Zat yang mudah menguap akan mempercepat proses transfer gas oksigen dalam air, sehingga kandungan oksigen dalam air akan meningkat.
b. Temperatur
Temperatur air dapat mempengaruhi laju perpindahan oksigen. Perpindahan oksigen akan meningkat 1,56 % untuk setiap kenaikan temperatur 1ºC.15 Termperatur yang tinggi akan menyebabkan menurunnya kadar O₂ dalam air, yang kemudian akan menguraikan derajat kelarutan mineral, sehingga kelarutan Fe akan tinggi. Temperatur air bersih sebaiknya sama dengan temperatur udara atau kurang lebih 25ºC, dan apabila terjadi perbedaan maka batas yang diperbolehkan adalah 25ºC ± 3ºC.14,15
c. Perbandingan luas permukaan kontak dengan volume aerator Luas permukaan kontak yang tidak sebanding dengan kapasitas volume aerator, maka gas oksigen yang masuk dalam air pada proses aerasi tidak berjalan maksimal.
d. Perpindahan gas
Perpindahan gas terjadi karena adanya kontak antara udara atau gas lain dengan air, yang kemudian terjadi perpindahan suatu senyawa dari fase cair ke fase gas yang akan dilepas ke udara. Banyaknya jumlah tray dalam aerasi akan mempengaruhi besarnya perpindahan gas.8
e. Tekanan air
Tekanan air yang dipergunakan harus disesuaikan dengan metode yang dipergunakan didalam proses aerasi. Tekanan air yang terlalu tinggi akan mengakibatkan proses transfer gas oksigen dalam air tidak berjalan maksimal.
f. Waktu kontak.
Perpindahan oksigen dari udara ke dalam air mebutuhkan waktu, semakin panjang waktu kontak semakin banyak oksigen yang dapat berpindah.
g. Kejenuhan.
Konsentrasi dari gas-gas terlarut dalam air pada keadaan setimbang berarti gas-gas tersebut telah mencapai titik jenuhnya. Nilai jenuh tergantung pada suhu air, tekanan gas dalam atmosfer. Proses aerasi yang lebih lama akan menghasilkan nilai jenuh oksigen.8
D. Kerangka Teori Dan Konseptual 1. Kerangka teori
Gambar 2.1 Kerangka Teori Keterangan :
* = dikontrol.
pH 4 Resapan air 3 Bakteri besi 14 Gas terlarut 15 Suhu 14,15
Kadar besi dalam air
Aerasi
Tray aerasi
Penurunan kadar besi dalam air
Lubang tray * Jarak tray *8 Jumlah tray *8 Tekanan Air * Waktu Kontak Karakteristik zat Luas kontak *
2. Kerangka konsep
Gambar 2.2 Kerangka Konsep Keterangan :
* = dilakukan pengukuran
E. Hipotesis
Ada perbedaan persentase penurunan kadar besi pada air sumur dalam dengan variasi ketinggian aerasi.
Variabel bebas Variabel terikat
Variabel pengganggu
Penurunan kadar besi pada air Ketinggian aerasi - 5 tray - 6 tray - 7 tray - 8 tray - pH * - Suhu *
