BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Siklus Hidrologi
Siklus hidrologi adalah gerakan air laut ke udara, kemudian jatuh dan akhirnya mengalir ke laut kembali. Secara umum, siklus hidrologi dapat diterangkan sebagai berikut; air menguap akibat panasnya matahari. Penguapan ini terjadi pada air permukaan, air yang berada di lapisan tanah bagian atas (evaporasi), air yang berada di dalam tumbuhan (transpirasi), hewan dan manusia (transpirasi, respirasi). Uap air ini memasuki atmosfir. Di dalam atmosfir uap ini akan menjadi awan, dan dalam kondisi cuaca tertentu dapat mendingin dan berubah bentuk menjadi tetesan-tetesan air dan jatuh kembali ke permukaan bumi sebagai hujan. Air hujan ini ada yang mengalir langsung masuk ke dalam permukaan (runoff), ada yang meresap ke dalam tanah (perkolasi) dan menjadi air tanah, baik yang dangkal maupun yang dalam dan ada juga yang diserap oleh tumbuhan. Air tanah akan timbul ke permukaan sebagai mata air dan menjadi air permukaan. Air permukaan bersama-sama dengan air tanah dangkal dan air yang berada dalam tubuh akan menguap kembali menjadi awan, maka siklus hidrologis akan kembali berulang.
2.2. Air Bersih dan Air Minum
Berdasarkan Permenkes RI No. 416/ MENKES/PER/IX/1990 tentang syarat-syarat pengawasan kualitas air, pengertian air minum dan air bersih adalah sebagai berikut:
“Air minum adalah air yang kualitasnya memenuhi syarat dan dapat diminum langsung. Air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak”.
2.3. Manfaat Air
Manfaat air dalam tubuh manusia antara lain untuk melarutkan berbagai jenis zat yang diperlukan tubuh, mempertahankan suhu tubuh dengan cara penguapan keringat, untuk transportasi zat-zat makanan dalam tubuh, semuanya dalam bentuk larutan dengan pelarut air (Slamet, 2007).
2.4. Sumber Air
Berdasarkan sumbernya, air diklasifikasikan sebagai berikut: 2.4.1. Air Angkasa
Air angkasa (hujan) merupakan penyubliman uap air menjadi air murni (H2O). Air murni ini sewaktu turun ke bumi melalui udara akan dapat melarutkan
benda-benda yang ada di udara, di antaranya (O2, CO2, N2, dan lain-lain), jasad-jasad
Menurut Sutrisno (2004), sifat-sifat air angkasa adalah sebagai berikut:
1. Bersifat Agresif terutama terhadap pipa-pipa penyalur maupun bak-bak reservoir, sehingga hal ini akan mempercepat terjadinya korosi (karatan).
2. Bersifat lunak/ kurang mengandung larutan garam dan mineral sehingga terasa kurang segar dan boros terhadap pemakaian sabun.
2.4.2. Air Permukaan
Air permukaan adalah air hujan yang mengalir di permukaan bumi seperti sungai, danau, rawa dan sebagainya. Dibandingkan dengan sumber-sumber air lainnya, air permukaan mudah sekali mengalami pencemaran. Pada umumnya air permukaan ini akan mendapat pencemaran selama pengalirannya, misalnya oleh lumpur, batang-batang kayu, daun-daun, kotoran industri kota dan sebagainya.
1. Air Sungai
Dalam penggunaannya sebagai air minum, haruslah mengalami suatu pengolahan yang sempurna, mengingat bahwa air sungai ini pada umumnya mempunyai derajat pengotoran yang tinggi sekali. Debit yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan akan air minum pada umumnya dapat mencukupi.
2. Air Rawa/ Danau
2.4.3. Air Tanah
Menurut Sutrisno (2004), air tanah dapat dibedakan menjadi 3 yaitu: 2.4.3.1. 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 melaui sumur-sumur dangkal.
Menurut Entjang (1985), agar air sumur memenuhi syarat kesehatan, maka air sumur harus dilindungi terhadap bahaya-bahaya pengotoran. Sumur yang baik harus memenyhi syarat-syarat :
1. Syarat lokalisasi.
B.Dibuat di tempat yang ada airnya dalam tanah.
C.Jangan dibuat di tanah rendah yang mungkin terendam bila banjir/ hujan. 2. Syarat konstruksi.
A.Dinding sumur, 3 meter dalamnya dari permukaan tanah dan dibuat dari tembok yang tidak tembus air (disemen) agar perembesan air tidak terjadi dari lapisan ini, sebab tanah yang mengandung bakteri hanya dapat hidup di lapisan tanah sampai 3 meter di bawah tanah.
B.11/2
C.Kedalaman sumur dibuat sampai mencapai lapisan tanah yang mengandung air cukup banyak walaupun pada musim kemarau.
meter dinding berikutnya (sebelah bawah) dibuat dari bata yang tidak ditembok, untuk bidang perembesan dan agar bila ditimba dinding sumur tidak runtuh.
D.Di atas tanah dibuat dinding tembok yang kedap air, setinggi minimal 70 cm, untuk mencegah pengotoran dari air permukaan dan untuk keselamatan. E. Lantai sumur :
- Dibuat lantai sumur yang ditembok (kedap air) ±11/2
- Dibuat agak miring dan ditinggikan 20 cm di atas permukaan tanah, bentuknya bulat atau segi empat.
meter lebarnya dari dinding sumur.
F. Dasar sumur diberi kerikil agar airnya tidak keruh bila ditimba.
Air tanah dangkal ini dapat pada kedalaman 15,00 m. Sebagai sumur air minum, air tanah ini ditinjau dari segi kualitas agak baik. Jika dilihat dari segi kuantitas kurang cukup dan tergantung pada musim.
2.4.3.2. Air Tanah Dalam
Terdapat setelah lapisan rapat air yang pertama. Pengambilan air tanah dalam, tak semudah pada air tanah dangkal. Dalam hal ini harus digunakan bor dan memasukkan pipa kedalamnya sehingga dalam suatu kedalaman (biasanya antara 100-300 m) akan didapatkan suatu lapis air.
Jika tekanan air tanah ini besar, maka air dapat menyembur ke luar dan dalam keadaan ini, sumur ini disebut dengan sumur artesis. Jika air tidak dapat ke luar dengan sendirinya, maka digunakan pompa untuk membantu pengeluaran air tanah dalam ini.
2.4.3.3. Mata Air
Adalah air tanah yang ke luar dengan sendirinya ke permukaan tanah. Mata air yang berasal dari tanah dalam, hamper tidak terpengaruh oleh musim dan kualitas/ kuantitasnya sama dengan keadaan air dalam.
2.5. Persyaratan Air Bersih
2.5.1. Syarat Kuantitas
Kebutuhan masyarakat terhadap air bervariasi dan bergantung pada keadaan iklim, standar kehidupan, dan kebiasaan masyarakat (Chandra, 2006). Konsumsi air bersih di perkotaan Indonesia berdasarkan keperluan rumah tangga, diperkirakan sebanyak 138,5 liter/orang/hari dengan perincian yaitu untuk mandi,cuci, kakus 12 liter, minum 2 liter, cuci pakaian 10,7 liter, kebersihan rumah 31,4 liter, taman 11,8 liter, cuci kendaraan 21,8 liter, wudhu 16,2 liter, lain-lain 33,3 liter (Slamet, 2007). 2.5.2. Syarat Kualitas
Standar air bersih yang berlaku di Indonesia dapat dilihat pada Peraturan Menteri Kesehatan RI No.416/MENKES/PER/IX/1990. Di dalam Peraturan Mentri Kesehatan RI No.416/MENKES/PER/IX/1990, persyaratan air minum dapat ditinjau dari parameter fisika, parameter kimia, parameter mikrobiologi dan parameter radioktivitas yang terdapat di dalam air minum tersebut. Sedangkan untuk air minum menggunakan Peraturan Menteri Kesehatan RI No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum.
2.5.2.1. Parameter Fisika
Air yang baik idealnya harus jernih. Air yang keruh mengandung partikel padat tersuspensi yang dapat berupa zat-zat yang berbahaya bagi kesehatan. Disamping itu air yang keruh sulit didesinfeksi, karena mikroba pathogen dapat terlindung oleh partikel tersebut.
Air yang baik idealnya juga tidak memiliki rasa/ tawar. Air yang tidak tawar mengidentifikasikan adanya zat-zat tertentu di dalam air, begitu juga rasa asam disebabkan adanya asam di dalam air dn rasa pahit disebabkan adanya basa di dalam air tersebut.
Selain itu juga air yang baik tidak boleh memiliki perbedaan suhu yang mencolok dengan udara sekitar (udara ambien). Di Indonesia, suhu air minum idealnya ±30
Padatan terlarut total (Total Dissolved Solid-TDS) adalah bahan-bahan terlarut (diameter <10
C dari suhu udara. Air yang secara mencolok mempunyai suhu di atas atau di bawah suhu udara berarti mengandung zat-zat tertentu (misalnya fenol yang terlarut) atau sedang terjadi proses biokimia yang mengeluarkan atau menyerap energi dalam air.
-6
) dan koloid (diameter 10-6 – 10-3
2.5.2.2. Parameter Mikrobiologi
mm) yang berupa senyawa-senyawa kimia dan bahan-bahan lain. Bila TDS bertambah maka kesadahan akan naik. Kesadahan yang tinggi dapat mengakibatkan terjadinya endapan/ kerak pada sistem perpipaan (Mulia, 2005).
sebagai indicator adanya pencemaran air bersih oleh tinja, tanah atau sumber alamiah lainnya. Sedangkan fecal coliform (koliform tinja) digunakan sebagai indicator adanya pencemaran air bersih oleh tinja manusia atau hewan. Parameter mikrobiologi tersebut dipakai sebagai parameter untuk mencegah mikroba pathogen dalam air minum.
Berdasarkan jumlah bakteri koliform yang terkandung dalam 100 cc sampel air (Most Probability Number/ MPN), kondisi air dibagi ke dalam beberapa golongan sebagai berikut :
1. Air tanpa pengotoran : mata air (artesis) bebas dari kontaminasi bakteri koliform dan pathogen atau zat kimia beracun.
2. Air yang sudah mengalami proses desinfeksi : MPN < 50/100 cc. 3. Air dengan penjernihan lengkap : MPN < 5000/100 CC.
4. Air dengan penjernihan tidak lengkap : MPN > 5000/100 cc.
5. Air dengan penjernihan khusus (water purification) : MPN > 250.000/100 cc. MPN mewakili Most Probable Number, yaitu jumlah terkaan terdekat dari bakteri koliform dalam 100 cc air (Chandra, 2007).
2.5.2.3. Parameter Radioaktivitas
Sinar Alpha, Beta, Gamma berbeda dalam kemampuan menembus jaringan tubuh. Sinar Alpha sulit menembus kulit dan sinar Gamma dapat menembus sangat dalam. Kerusakan yang terjadi ditentukan oleh intensitas serta frekuensi dan luasnya pemaparan (Mulia, 2005).
2.5.2.4. Parameter Kimia
Parameter kimia dikelompokkan menjadi kimia organik dan kimia anorganik. Dalam standar air minum di Indonesiazat kimia anorganik berupa logam, zat reaktif, zat-zat berbahaya serta beracun serta derajat keasaman (pH). Sedangkan zat kimia organik dapat berupa insektisida dan herbisida. Sumber logam dalam air dapat berasal dari industri, pertambangan atau proses pelapukan secara alamiah. Korosi dari pipa penyalur air minum juga sebagai penyebab kehadiran logam dalam air (Mulia, 2005).
Sutrisno (2004) mengatakan bahwa susunan unsur-unsur kimia dalam air tergantung pada lapis-lapis tanah yang dilalui. Jika melalui tanah kapur, maka air itu akan menjadi sadah, karena mengandung Ca (HCO3)2 dan Mg (HCO3)2. Jika melalui
batuan granit, maka air itu lunak dan agresif karena mengandung gas CO2 dan Mn
(HCO3). Selain itu air juga mengandung mineral terlarut seperti besi (Fe) dan mangan
(Mn).
2.6. Besi (Fe) dan Mangan (Mn) 2.6.1. Besi (Fe)
dimagnetisasi pada suhu normal. Dalam sistem periodik unsur, besi mempunyai nomor atom 26 dan massa atomnya 55,847 sma. Dalam bentuk senyawa, besi memiliki bilangan oksidasi +2 dan +3 (Sunardi, 2006). Sedangkan menurut widowati (2008), besi atau ferrum (Fe) adalah metal berwarna putih keperakan, liat dan dapat dibentuk. Titik leleh Fe sebesar 1538 ºC sedangkan titik didihnya sebesar 2861 ºC. 2.6.1.1. Sumber Besi
Adanya Fe dalam air dapat bersumber dari dalam tanah itu sendiri (batu-batuan yang mengandung besi) ataupun endapan-endapan buangan industri. Diperkirakan kandungan Fe dalam kerak bumi adalah sebesar 5,63 x 10-3 mg/kg, sedangkan kandungan didalam laut sebesar 2 x 10-3
2.6.1.2. Manfaat Besi dalam Tubuh
mg/l (Widowati, 2008).
Menurut Almatsier (2004), besi merupakan mineral mikro yang paling banyak terdapat di dalam tubuh manusia dan hewan. Besi mempunyai beberapa fungsi esensial di dalam tubuh : sebagai alat angkut oksigen dari paru-paru ke jaringan tubuh, sebagai alat angkut elektron di dalam sel, dan sebagai bagian terpadu berbagai reaksi enzim di dalam jaringan tubuh.
fiksasi oksigen pada invertebrate laut), serta asam fosfatase (hidrolisisi ester fosfat). Enzim mengandung Fe bisa melarutkan jenis obat-obatan tertentu yang tidak dapat larut dalam air, berperan dalam katalisis reaksi oksidasi dalam sistem biologi, dan berperan dalam transpor gas. Fe juga terdapat dalam protein Fe-S yang sangat esensial bagi kehidupan.
Dalam setiap sel, Fe bekerja sama dengan rantai protein pengangkut elektron. Protein pengangkut electron bertugas memindahkan hydrogen (H) dan electron (e) dari zat gizi penghasil energy ke oksigen sehingga dihasilkan air dan Adenosin Tri Pospat (ATP). ATP merupakan bahan bakar tubuh yang tidak disintesis tanpa adanya Fe sehingga mengakibatkan kelelahan meskipun kadar Hb normal.
Kadar Fe dalam tubuh manusia kira-kira 3 – 5 g. Sebanyak 2/3 bagian terikat oleh Hb, 10 % diikat mioglobin dan enzim mengandung Fe dan sisanya terikat dalam protein feritrin dalam hemosiderin. Sejumlah kecil terdapat dalam mioglobin (protein pembawa oksigen khusus untuk jaringan otot) guna menyimpan oksigen dalam jaringan otot. Protein lain mengandung Fe dalam serum darah dan sebagai komponen enzim dalam sel. Terdapat juga dalam sitokrom adalah protein yang mentransfer electron menuju O2 dalam metabolism yang menghasilkan H2
Hb mengandung besi sebesar 3,4 g/kg. Fe merupakan komponen Hb yang berperan sebagai pengangkut oksigen dari paru-paru menuju sel di seluruh tubuh. Sejumlah CO
O.
2 yang diproduksi dalam sel akan diangkut baik oleh Hb menuju
paru-paru, lalu dikeluarkan melalui ekhalasi. Ikatan Hb dan O2 disebut oksihemoglobin.
jawab terhadap pH. Saat sel otot bekerja, akan terjadi kekurangan O2 dan dihasilkan
CO2
Molekul Hb tersusun atas 2 bagian, yaitu globin (protein) dan hem (Fe-pigmen darah yang memberikan warna darah). Untuk sintesis Hb, diperlukan protein dan Cu serta jenis vitamin tertentu. Hb terdapat dalam eritrosit yang memungkinkan terjadinya interaksi dengan plasma darah melalui dinding sel.
atau asam laktat sehingga pH menjadi asam.
Dalam struktur Hb , ion fero terletak di pusat dan merupakan unsure yang aktif. Hanya fero-Hb yang mampu mengikat O2. Mioglobin adalah globin sebagai
jangka pendek, sedangkan hemosiderin menyediakan fasilitas penyimpan Fe dalam jangka panjang.
Fe berperan penting dalam sistem imunitas. Seseorang dengan kadar Fe rendah akan memiliki daya tahan tubuh rendah terhadap infeksi. Respon kekebalan sel oleh sel limfosit-T akan terganggu bila pembentukan sel tersebut berkurang yang disebabkan oleh berkurangnya sintesis DNA karena gangguan enzim reduktase ribonukleotida yang membutuhkan Fe untuk fungsi enzim tersebut. Sel darah putih berfungsi menghancurkan bakteri dan tidak dapat bekerja efektif bila kekurangan Fe. Enzim mieloperoksidase yang berperan dalam sistem imunitas tubuh bias terganggu dalam keadaan defisiensi Fe. Protein pengikat Fe transferin dan laktoferin mampu mencegah terjadinya infeksi dengan cara memisahkan Fe dari mikroorganisme yang dibuthkan oleh mikroorganisme demi pertumbuhannya. Ketika tubuh melawan infeksi yang disebabkan oleh bakteri. Feritrin dalam tubuh mampu memerangkap Fe sehingga Fe tidak dapat digunakan oleh bakteri untuk pertumbuhannya.
2.6.1.3. Efek Tingginya Kadar Besi (Fe) dalam Air
Kehadiran ion Fe2+ yang terlarut dalam air dapat menimbulkan gangguan-gangguan seperti :
A. Rasa dan bau logam yang amis pada air, disebabkan karena bakteri mengalami degradasi.
C. Mengakibatkan pertumbuhan bakteri besi (Crenothrix dan Gallionella) yang berbentuk filamen.
D. Menimbulkan warna kecoklat-coklatan pada pakaian putih.
E. Meninggalkan noda pada bak-bak kamar mandi dan peralatan lainnya (noda kecoklatan disebabkan oleh besi).
F. Dapat mengakibatkan penyempitan atau penyumbatan pada pipa.
G. Endapan logam ini juga yang dapat memberikan masalah pada sistem penyediaan air secara individu (sumur).
2.6.1.4 Dampak Kesehatan Besi
Konsentrasi Fe di dalam air bersih yang diperbolehkan menurut Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor : 416/MENKES/PER/IX/90, adalah sebagai berikut :
- Air minum : 0,3 mg/l. - Air bersih : 1,0 mg/l.
2.6.2. Mangan (Mn)
Mangan adalah suatu unsur kimia yang mempunyai nomor atom 25 dan memiliki
simbol Mn. Mangan ditemukan oleh Johann Gahn pada tahun 1774 di Swedia. Logam
mangan berwarna putih keabu-abuan dan berbentuk padat dalam keadaan normal.
Mangan termasuk logam berat dan sangat rapuh tetapi mudah teroksidasi. Ia adalah
elemen pertama dari golongan 7B, memiliki titik lebur yang tinggi kira-kira 1250°C. Ia
bereaksi dengan air hangat membentuk mangan (II) hidroksida dan hydrogen (Gabriel,
2001).
2.6.2.1. Sumber Mangan
Widowati (2008) mengatakan bahwa, logam mangan merupakan salah satu logam dengan jumlah sangat besar di dalam tanah, dalam bentuk oksida maupun hidroksida. Sumber mangan paling utama adalah pirolusit (MnO2) dan rodokrosit
(MnCO3
2.6.2.2. Manfaat Mangan
). Mineral Mn tersebar secara luas, sebagian besar berupa oksida, silikat, dan karbonat.
Widowati (2008) mengatakan bahwa mangan (Mn) merupakan mikronutrien esensial bagi semua makhluk hidup. Mn bersifat esensial bagi komponen lebih dari 36 jenis enzim untuk metabolisme karbohidrat, protein dan lipid, sebagai kofaktor beberapa kelompok enzim oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, ligase, lektin, dan integrin. Kofaktor reaksi enzimatis meliputi reaksi fosforilasi, sintesa kolestrol, dan sintesa asam lemak. Pirufat karboksilase berperan dalam metabolism karbohidrat, lipid dan dalam proses produksi energy. Enzim lain yang berkaitan dengan Mn adalah enzim yang berperan dalam sintesa ureum, pembentukan jaringan ikat dan tulang, serta enzim yang mencegah produksi lipid oleh radikal bebas.
Polipeptida, arginase, serta superoksida dismutase (SOD) mengandung Mn. Mn metaloenzim adalah glutamine sintetase dan Mn superoksidase. Mn juga merupakan chelator dengan asam amino, kompleks asam amino, dan piridoksal fosfat. Mn ditransportasikan ke dalam tubuh lebih cepat daripada asam amino tanpa Mn. Mn memiliki implikasi dalam produksi melanin dan dopamin dalam sintesis asam lemak dan dalam pembentukan inositol fosfatidil membran. Mn diperlukan dalam pembentukan dan pertumbuhan tulang serta produksi insulin di dalam pankreas.
2.6.2.3. Dampak Kesehatan Mangan
Konsentrasi Mn di dalam air bersih yang diperbolehkan menurut Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor : 416/MENKES/PER/IX/90, adalah sebagai berikut :
- Air bersih : 0,5 mg/l.
Menurut Slamet (2007) keracunan sering kali bersifat kronis sebagai akibat inhalasi debu dan uap logam. Gejala yang timbul berupa gejala susunan syaraf ; insomnia, kemudian lemah pada kaki dan otot muka sehingga ekspresi muka menjadi beku dan muka tampak seperti topeng (mask). Bila pemaparan berlanjut, maka bicaranya akan melambat dan monoton, terjadi hyperrefleksi, colonus pada patella dan tumit dan berjalan seperti penderita parkinsonism. Selanjutnya akan terjadi paralysis bulbar, post encephalitic Parkinsonism, multiple sclerosis, amyotropic lateral sclerosis, dan degenerasi lentik yang progresif.
2.7. Pengolahan Fe dan Mn pada Air Sumur Gali 2.7.1. Pengolahan dengan Cara Koagulasi
2.7.1.1. Koagulasi dengan Penambahan Bahan Koagulan
Menurut Said (2003), zat besi dan mangan yang terdapat dalam air tanah pada umumnya berada dalam bentuk senyawa valensi 2 atau dalam bentuk ion Fe 2+ dan Mn 2+. Jika besi dan mangan tersebut berada dalam air dalam bentuk senyawa senyawa organik dan koloid, misalnya bersenyawa dengan zat warna organik dan asam humus (humic acid), maka keadaan yang demikian susah dihilangkan baik dengan cara aerasi, penambahan chlorine maupun dengan penambahan kalium permanganate. Adanya partikel-partikel halus Fe(OH)3.nH2O air juga sukar
Untuk menghilangkan zat besi dan mangan seperti pada kasus di atas, perlu dilakukan koagulasi dengan membubuhkan bahan koagulan, misalnya alumunium sulfat, Al2(SO4).nH2
2.7.1.2. Koagulasi dengan Cara Elektronik
O dalam air yang mengandung koloid. Dengan pembubuhan koagulan tersebut, koloid dalam air menjadi bergabung dan membentuk gumpalan (flock) kemudian mengendap. Setelah koloid senyawa besi dan mangan mengendap, kemudian air disaring dengan saringan pasir cepat atau saringan pasir lambat.
Ke dalam air baku dimasukkan elektroda dari lempengan logam alumunium (Al) yang dialiri dengan listrik arus searah. Dengan adanya arus listrik tersebut, maka elektroda logam Al tersebut sedikit demi sedikit akan larut ke dalam air membentuk ion Al3+, yang oleh reaksi hidrolisa air akan membentuk Al(OH)3 merupakan
koagulan yang sangat efektif. Dengan terbentuknya Al(OH)3.nH2O dan besi organik
serta partikel-partikel koloid lain yang bermuatan negative akan tertarik oleh ion Al3+
2.7.2. Pengolahan dengan Cara Pertukaran Ion
sehingga menggumpal menjadi partikel yang besar, mengendap dan dapart dipisahkan. Cara ini sangat efektif, tetapi makin besar skalanya maka kebutuhan listrik makin besar pula.
ion alami ada juga penukar ion tiruan (resin sintetis) yang mempunyai sifat-sifat yang lebih khusus.
Ditinjau dari siklus penukaran ionnya, ada 2 tipe yaitu penukaran ion dengan siklus Na yang regenerasinya dengan memakai larutan NaCl, dan penukaran ion dengan siklus H yang regenerasinya dengan menggunakan larutan HCl.
2.7.3. Pengolahan dengan Cara Filtrasi Kontak 2.7.3.1. Dengan Media Filter yang Mengandung MnO
Air baku yang mengandung Mn dialirkan ke dalam suatu filter yang medianya mengandung MnO
2
2.nH2O. selama mengalir melalui media tersebut Fe dan Mn yang
terdapat dalam air baku akan teroksidasi menjadi bentuk Fe(OH)3 dan Mn2O3
4Fe
oksigen terlarut dalam air, dengan oksigen sebagai oksidator.reaksinya sebagai berikut :
2+
+ O2 + 10 H2O → 4Fe(OH)3 + 8H
Mn
+
2+
+ MnO2.nH2O → MnO2.MnO.nH2O + H
Untuk reaksi penghilangan besi tersebut di atas adalah merupakan reaksi katalitik dengan MnO
+
2 sebagai katalis, sedangkan untuk reaksi penghilangan Mn
adalah merupakan reaksi antara Mn2+ dengan hidrat manganoksida. Jika kandungan mangan dalam air baku besar maka hidrat manganoksida yang ada dalam media filter akan habis dan terbentuk senyawa MnO2.MnO.nH2O sehingga kemampuan
Untuk memperbaharui daya reaksi dari media filternya dapat dilakukan dengan memberikan khlorine ke dalam filter yang telah jenuh tersebut. Reaksinya adalah sebagai berikut :
MnO2.MnO.nH2O + 2 H2O +Cl2→ 2 MnO2.nH2O + 2H+ + 2Cl
2.7.3.2. Dengan Mangan Zeolit
-
Air baku yang mengandung besi dan mangan dialirkan melalui satu filter bed yang media filternya terdiri dari mangan zeolit (K2ZMnO.Mn2O7
K
). Mangan zeolit berfungsi sebagai katalis dan pada waktu yang bersamaan besi dan mangan yang ada dalam air teroksidasi menjadi bentuk ferri-oksida dan manganoksida yang tak larut dalam air. Reaksinya adalah sebagai berikut :
2ZMnO.Mn2O7 + 4Fe(HCO3)2 → K2Z + 3MnO2 + 2Fe2O3 + 8CO2 + 4H2
K
O
2ZMnO.MnO7 + 2Mn(HCO3)2→ K2Z + 5MnO2 + 4CO2 + 2H2
Reaksi penghilangan besi dan mangan dengan managan zeolit tidak sama dengan proses pertukaran ion, tetapi merupakan reaksi dari Fe
O
2+
dan Mn2+ dengan oksida mangan tinggi (higher mangan oxide). Filtrat yang terjadi mengandung ferri-oksida dan mangan-diferri-oksida yang tak larut dalam air dan dapat dipisahkan dengan pengendapan dan penyaringan. Selama proses berlangsung kemampuan reaksinya makin lama makin berkurang dan akhirnya menjadi jenuh. Untuk regenerasinya dapat dilakukan dengan menambahkan larutan kaliumpermanganat ke dalam zeolit yang lebih jenuh tersebut sehingga akan terbentuk lagi mangan zeolit (K2Z.MnO.Mn2O7
2.7.4. Pengolahan dengan Cara Proses Soda Lime
Menurut Asmadi (2011), proses ini adalah merupakan gabungan antara proses pemberian zat alkali untuk menaikkan pH dengan proses aerasi. Dengan menaikkan pH air baku sampai harga tertentu maka hasil reaksi oksidasi besi dan mangan dengan cara aerasi dapat berjalan lebih cepat. Zat alkali yang sering dipakai adalah kapur (CaO) atau larutan kapur. (Ca(OH)2
2.7.5. Pengolahan dengan Bakteri Besi
) dan soda api (Na(OH)) atau campuran antara keduanya. Cara penambahan zat alkali yakni sebelum proses aerasi. Untuk oksidasi besi, sangat efektif pada pH 8 – 9, sedangkan untuk oksidasi mangan baru efektive pada pH > 10. Oleh karena pH baku menjadi tinggi, maka setelah Fe dan Mn yang dipisahkan, air olahan harus dinetralkan kembali.
Pada saringan pasir lambat, pada saat oprasin dengan kecepatan 10 – 30 meter/hari, setelah operasi berjalan 7 – 10 hari, maka pada permukaan atau dalam media filternya akan tumbuh dan berkembang biak bakteri besi yang dapat mengoksidasi besi atau mangan yang ada dalam air. Bakteri besi mendapatkan energy aktivasi yang dihasilkan oleh reaksi oksida besi ataupun oksida mangan, untuk proses perkembangbiakannya. Dengan didapatkannya energy tersebut maka jumlah sel bakteri juga akan bertambah. Dengan bertambahnya jumlah sel bakteri besi tersebut, maka kemampuan oksidasinyapun menjadi bertambah pula. Sedangkan besi yang telah teroksidasi akan tersaring/ tertinggal dalam filter. Yang termasuk dalam grup bakteri besi yang banyak dijumpai adalah : Crenothrix yang dapat menghilangkan besi maupun mangan.
Cara ini sebetulnya untuk menghilangkan/ meniadakan proses koagulasi dan sedimentasi yaitu dengan cara melakukan penyaringan 2 (dua) tahap dengan saringan pasir cepat. Setelah proses aerasi, maka senyawa besi dalam bentuk Fe(OH)3
2.7.7. Pengolahan dengan Cara Oksidasi
larut dalam air dialirkan ke dalam saringan pasir cepat secara bertahap. Cara ini dapat menghemat biaya operasi untuk koagulasi dan pengendapan tetapi beban saringan pertama akan cukup besar.
2.7.7.1. Oksidasi dengan Khlorine (khlorinasi) Khlorine, Cl2 dan ion hipokhlorit, (OCl)
-2Fe
adalah merupakan bahan oksidator yang kuat sehingga meskipun pada kondisi pH rendah dan oksigen terlarut sedikit, dapat mengoksidasi dengan cepat. Reaksi oksidasi antara besi dan mangan dengan chlorine adalah sebagai berikut :
2+
Berdasarkan reaksi tersebut, maka untuk mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan 0,64 mg/l chlorine. Tetapi pada prakteknya, pemakaian chlorine ini lebih besar dari kebutuhan teoritis karena adanya reaksi-reaksi samping yang mengikutinya. Disamping itu apabila kandungan besi dalam air baku jumlahnya besar, maka jumlah chlorine yang dibutuhkan dan endapan yang terjadi juga besar sehingga beban flokulator, bak pengendap dan filter menjadi besar pula.
+
suatu tabung silinder bertekanan 5 sampai 10 atmosfir. Untuk melakukan khlorinasi, chlorine dilarutkan dalam air kemudian dimasukkan ke dalam air yang jumlahnya diatur melalui orifice flowmeter atau dosimeter yang disebut khlorinator. Pemakaian kaporit atau kalsium hipokhlorit untuk mengoksidasi atau menghilangkan besi dan mangan relative sangat mudah karena kaporit berupa serbuk atau tablet yang mudah larut dalam air.
2.7.7.2. Oksidasi dengan Kalium Permanganat
Untuk menghilangkan besi dan mangan dalam air, dapat pula dilakukan dengan mengoksidasinya dengan memakai oksidator kalium permanganate dengan persamaan reaksi sebagai berikut :
3Fe2+ KMnO4 + 7 H2O → 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H
3Mn
+
2+
+ 2 KMnO4 + 2 H2O → 5 MnO2 + 2 K+ + 4 H
Secara stokhiometri, untuk mengoksidasi I mg/l besi diperlukan 0,94 mg/l kalium permanganate dan untuk 1 mg/l mangan diperlukan 1,92 mg/l kalium permanganate. Dalam prakteknya, kebutuhan kalium permanganate ternyata lebih sedikit dari kebutuhan yang dihitung berdasarkan stokhiometri. Hal ini disebabkan karena terbentuknya mangan dioksida yang berlebihan yang dapat berfungsi sebagai oksidator dan reaksi berlanjut sebagai berikut :
-
2Fe2+ 2MnO2 +5H2O → 2Fe(OH)3 + Mn2O3 + 4H
3Mn
+
2+
+ MnO2 + 4 H2O → 2MnO3 + 8 H
2.7.7.3. Oksidasi dengan Udara (Aerasi)
Adanya kandungan alkalinity, (HCO3) yang cukup besar dalam air, akan
menyebabkan senyawa besi atau mangan berada dalam bentuk senyawa ferro bikarbonat, Fe(HCO3)2 atau mangano bikarbonat Mn(HCO3)2. Oleh karena bentuk
CO2 bebas lebih stabil daripada (HCO3
Fe(HCO
), maka senyawa bikarbonat cenderung berubah menjadi senyawa karbonat.
3)2 → FeCO3 + CO2 + H2
Mn(HCO
O
3)2 → MnCO3 + CO2 + H2
Dari reaksi tersebut dapat dilihat, jika CO O
2
FeCO
berkurang, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke kanan dan selanjutnya reaksi akan menjadi sebagai berikut :
3 + CO2 → Fe(OH)2 + CO
MnCO
2
3 + CO2→ Mn(OH)2 + CO
Baik hidroksida besin (II) maupun hidroksida mangan (II) masih mempunyai kelarutan yang cukup besar, sehingga jika terus dilakukan oksida dengan udara atau aerasi akan terjadi reaksi (ion) sebagai berikut :
2
Sesuai dengan reaksi tersebut, maka untuk mengoksidasinsetiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan (0,14) mg/l oksigen dan setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 0,29 mg/l. pada pH rendah, kecepatan reaksi oksidasi besi dengan (udara) relatif lambat. Sehingga pada prakteknya untuk mempercepat reaksi dilakukan dengan cara menaikkan pH air yang akan diolah (Said, 2003).
Menurut Asmadi (2011) mengatakan bahwa proses aerasi biasanya terdiri dari aerator, bak pengendap serta filter atau penyaring. Aerator adalah alat untuk mengontakkan oksigen dari udara dengan air agar zat besi atau mangan yang ada di dalam air bakubereaksi dengan oksigen membentuk senyawa ferri (fe valensi 3) serta mangan oksida yang relatif tidak larut dalam air. Untuk unit filtrasi lebih disarankan menggunakan filter bertekanan dengan dua media yaitu pasir silika dan anthrasite.
Menurut Alamsyah (2007) mengatakan bahwa proses aerasi merupakan proses penangkapan oksigen (O2) di udara oleh air yang akan diproses. Tujuannya
adalah untuk mereaksikan oksigen dengan kation-kation Fe yang terdapat di dalam air. Kation Fe merupakan kation yang sulit mengendap di air. Apabila kation Fe bereaksi dengan oksigen akan membentuk senyawa oksida Fe2O3
2.7.7.3.1 Jenis-jenis oksidasi dengan udara :
yang dapat mengendap.
1. Cascade Aerator.
Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4 – 6 step/ tangga, setiap step kira-kira ketinggian 30 cm dengan kapasitas kira-kira 0,01 m3/ detik/ m2
2. Aerasi Tangga Meluncur.
Penangkapan udara pada aerasi tangga meluncur terjadi pada saat air terjun dari lempengan-lempengan trap yang membawanya masuk ke dalam air yang dikumpulkan ke lempengan di bawahnya. Oksigen kemudian dipindahkan dari gelembung-gelembung udara ke dalam air. Total ketinggian jatuh kira-kira 1,5 meter dibagi dalam 3 – 5 step. Kapasitas berfariasi antara 0,005 dan 0,5 m3/detik/m2.
3. Spray Aerator.
Terdiri atas nozel penyemprot yang tidak bergerak, dihubungkan dengan kisi lempengan yang mana air disemprotkan ke udara di sekeliling pada kecepatan 5-7 m/detik.
4. Aerator Gelembung Udara.
Jumlah udara yang diperlukan untuk aerasi gelembung udara tidak banyak, tidak lebih dari 0,3 – 0,5 m3 udara/m3
5. Aerator Air Terjun
air dan volume ini dengan mudah bias dinaikkan melalui suatu penyedotan udara. Udara disemprotkan melalui dasar dari bak air yang akan diaerasi.
aerator bisa diisi dengan kerikil-kerikil kasar kira-kira ketebalan 10 cm. kadang-kadang digunakan lapisan batu arang yang bertindak sebagai katalisator (mempercepat reaksi) dan menaikkan penggumpalan Fe dalam air (Depkes RI, 1995).
Pada saat terjadi kontak air dengan udara, terjadilah reaksi oksigen dengan kation-kation Fe yang terdapat di dalam air. Kation Fe merupakan kation yang sulit mengendap di air. Apabila kation Fe bereaksi dengan oksigen akan membentuk senyawa oksida Fe2O3
2.8. Landasan Teori
yang dapat mengendap (BPPT, 2004).
Mengacu dari teori tentang teknologi pengolahan Fe dan Mn di dalam air dalam Said (2003), mengatakan bahwa salah satu cara penurunan Fe dan Mn dalam air adalah dengan cara oksidasi. Oksidasi adalah interaksi antara molekul oksigen dan semua zat yang berbeda. Dalam hal pengolahan Fe dan Mn oksidasi bisa dilakukan dengan bebera cara, diantaranya :
1. Oksidasi dengan Udara (Aerasi)
Adanya kandungan alkalinity, (HCO3) yang cukup besar dalam air, akan
menyebabkan senyawa besi atau mangan berada dalam bentuk senyawa ferro bikarbonat, Fe(HCO3)2 atau mangano bikarbonat Mn(HCO3)2. Oleh karena bentuk
CO2 bebas lebih stabil daripada (HCO3
Fe(HCO
), maka senyawa bikarbonat cenderung berubah menjadi senyawa karbonat.
3)2 → FeCO3 + CO2 + H2
Mn(HCO
O
Dari reaksi tersebut dapat dilihat, jika CO2
FeCO
berkurang, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke kanan dan selanjutnya reaksi akan menjadi sebagai berikut :
3 + CO2 → Fe(OH)2 + CO
MnCO
2
3 + CO2→ Mn(OH)2 + CO
Baik hidroksida besin (II) maupun hidroksida mangan (II) masih mempunyai kelarutan yang cukup besar, sehingga jika terus dilakukan oksida dengan udara atau aerasi akan terjadi reaksi (ion) sebagai berikut :
2
Sesuai dengan reaksi tersebut, maka untuk mengoksidasinsetiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan (0,14) mg/l oksigen dan setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 0,29 mg/l. pada pH rendah, kecepatan reaksi oksidasi besi dengan (udara) relatif lambat. Sehingga pada prakteknya untuk mempercepat reaksi dilakukan dengan cara menaikkan pH air yang akan diolah.
+
2. Oksidasi dengan Kalium Permanganat
Untuk menghilangkan besi dan mangan dalam air, dapat pula dilakukan dengan mengoksidasinya dengan memakai oksidator kalium permanganate dengan persamaan reaksi sebagai berikut :
3Fe2+ KMnO4 + 7 H2O → 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H
3Mn
+
2+
+ 2 KMnO4 + 2 H2O → 5 MnO2 + 2 K+ + 4 H
Secara stokhiometri, untuk mengoksidasi I mg/l besi diperlukan 0,94 mg/l kalium permanganate dan untuk 1 mg/l mangan diperlukan 1,92 mg/l kalium
permanganate. Dalam prakteknya, kebutuhan kalium permanganate ternyata lebih sedikit dari kebutuhan yang dihitung berdasarkan stokhiometri. Hal ini disebabkan karena terbentuknya mangan dioksida yang berlebihan yang dapat berfungsi sebagai oksidator dan reaksi berlanjut sebagai berikut :
2Fe2+ 2MnO2 +5H2O → 2Fe(OH)3 + Mn2O3 + 4H
3Mn
+
2+
+ MnO2 + 4 H2O → 2MnO3 + 8 H+
2.9. Kerangka Konsep
Gambar 2.1. Kerangka Konsep Penelitian
Berdasarkan gambar 2.2 di atas, maka dalam penelitian ini dilakukan pemeriksaan awal kadar Fe dan Mn air sumur gali. Kemudian air dari sumber yang sama dilakukan pengolahan melewati alat pengolahan air bersih dengan kombinasi jarak jatuh pada aerasi bertingkat dan diameter pasir pada saringan pasir dengan
Jarak Jatuh Aerasi Bertingkat - 25 cm
- 30 cm - 35 cm
penambahan Oksidator (KMnO4 1 %). Pada alat dilakukan kombinasi jarak jatuh air
dan ukuran pasir pada saringan pasir dengan penambahan oksidator (KMnO4
1. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 25 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (0,5 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO
1%). Adapun kombinasinya adalah :
4
2. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 25 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (1 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO
1 %).
4
3. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 25 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (2 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO
1 %).
4
4. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 30 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (0,5 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO
1 %).
4
5. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 30 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (1 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO
1 %).
4
6. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 30 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (2 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO
1 %).
4 1
7. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 35 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (0,5 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO4
8. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 35 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (1 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO
1 %).
4
9. Aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 35 cm) berkombinasi dengan diameter pasir (0,5 mm) pada saringan pasir dengan penambahan Oksidator (KMnO
1 %).
4
Selanjutnya dilakukan pemeriksaan kadar Fe dan Mn setelah melewati masing-masing alat yang telah dikombinasikan untuk selanjutnya mengetahui seberapa besar perbedaan kadar besi (Fe) dan mangan (Mn) air sumur gali dengan menggunakan pengolahan air bersih dengan kombinasi jarak jatuh pada aerasi bertingkat dan diameter pasir pada saringan pasir.
