BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air
Pada dasarnya air dapat dibedakan menjadi dua yaitu air laut yang asin dan air tawar yang terdapat di darat. Keduanyapun merupakan sumber kehidupan bagi makhluk hidup yang ada di bumi, karena makhluk hidup membutuhkan air. Air laut merupakan sumber kehidupan bagi berbagai jenis ikan, berbagai jenis tanaman/rumput laut, dan berbagai organisme yang hidup di air asin. Sedangkan air tawar merupakan sumber kehidupan bagi makhluk hidup yang ada di darat seperti manusia, hewan, burung, dan tanaman.
Air yang tidak tercemar, merupakan air yang tidak mengandung bahan-bahan asing tertentu dalam jumlah melebihi batas yang telah ditetapkan sehingga air tersebut dapat digunakan secara normal untuk berbagai keperluan. Adanya benda-benda asing yang mengakibatkan air tidak dapat dipergunakan secara normal disebut dengan polusi/pencemaran. (Sunu, 2001)
2.1.1 Klasifikasi dan Kriteria Mutu Air
Klasifikasi mutu air ditetapkan menjadi 4 (empat) kelas:
a. Kelas satu, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk air baku air minum, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut;
b. Kelas dua, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atau untuk peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut;
c. Kelas tiga, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi tanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut;
d. Kelas empat, air yang peruntukannya dapat dipergunakan untuk mengairi pertanaman dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut.
Tabel 1. Kriteria BOD, COD, Minyak atau Lemak Bedasarkan Kelas Air PARAMETER SATUAN KELAS KETERANGAN I II III IV KIMIA ORGANIK pH 6-9 6-9 6-9 5-9 Apabila secara alamiah di luar retang tersebut, maka ditentukan berdasarkan kondisi alam BOD mg/L 2 3 6 12 COD mg/L 10 25 50 100 DO mg/L 6 4 3 0 Angka batas minimum Minyak dan Lemak µg/L 1000 1000 1000 (-) Sumber : PP No. 82 Tahun 2001
2.1.2 Komponen Pencemaran Air
Berbagai macam kegiatan industri dan teknologi yang ada saat ini apabila tidak disertai dengan program pengelolaan limbah yang baik akan memungkinkan terjadinya pencemaran air, baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Bahan buangan dan air limbah yang berasal dari kegiatan industri adalah penyebab utama terjadi pencemaran air.
Komponen pencemar air tersebut dikelompokkan sebagai berikut:
- Bahan Buangan Padat
Bahan buangan padat adalah bahan buangan yang berbentuk padat, baik yang kasar (butiran besar) maupun yang halus (butiran kecil).
- Bahan Buangan Organik
Bahan buangan organik pada umumnya berupa limbah yang dapat membusuk atau terdegradasi oleh mikroorganisme. Oleh karena bahan buangan organik dapat membusuk atau terdegradasi maka akan sangat bijaksana apabila bahan bungan yang termasuk kelompok ini tidak dibuang ke air lingkungan karena akan dapat menaikkan populasi mikroorganisme di dalam air. Dengan bertambahnya populasi mikroorganisme di dalam air maka tidak tertutup pula kemungkinannya untuk ikut berkembangnya bakteri patogen yang berbahaya bagi manusia.
- Bahan Buangan Anorganik
Bahan buangan anorganik pada umumnya berupa limbah yang tidak dapat membusuk dan sulit didegradasi oleh mikroorganisme. Apabila bahan buangan anorganik ini masuk ke air lingkungan maka akan terjadi peningkatan jumlah ion logam di dalam air. Bahan buangan anorganik biasanya berasal dari industri yang melibatkan penggunaan unsur-unsur logam.
- Bahan Buangan Olahan Bahan Makanan
Bahan buangan olahan bahan makanan dapat juga dimasukkan ke dalam kelompok bahan buangan organik. Apabila bahan buangan olahan bahan makanan mengandung protein dan gugus amin, maka pada saat didegradasi oleh mikroorganisme akan terurai menjadi senyawa yang mudah menguap dan berbau busuk. Air lingkungan yang mengandung bahan buangan olahan bahan makanan akan mengandung banyak mikroorganisme, termasuk pula di dalamnya bakteri patogen. Mengingat akan hal ini maka pembungan limbah yang berasal dari industri pengolahan bahan makanan perlu mendapat pengawasan yang seksama agar bakteri patogen yang berbahaya bagi manusia tidak berkembang biak di dalam air lingkungan.
- Bahan Buangan Cairan Berminyak
Minyak tidak dapat larut di dalam air, melainkan akan mengapung di atas permukaan air. Bahan buangan cairan berminyak yang dibuang ke air lingkungan akan mengapung menutupi permukaan air. Kalau bahan buangan cairan berminyak mengandung senyawa yang volatil maka akan terjadi penguapan dan luasan permukaan minyak yang menutupi permukaan air akan menyusut. Lapisan minyak yang menutupi permukaan air dapat juga terdegradasi oleh mikroorganisme tertentu, namun memerlukan waktu yang cukup lama.
- Bahan Buangan Zat Kimia
Bahan buangan zat kimia banyak ragamnya, tetapi yang dimaksud dalam kelompok ini adalah bahan pencemar air yang berupa: sabun, bahan pemberantas hama (insektisida), zat warna kimia, larutan penyamak kulit dan zat radioaktif. (Wardhana, 2004)
2.2 Biological atau Biochemical Oxygen Demand (BOD) 2.2.1 Pengertian dan Prinsip Penentuan BOD
Biological atau Biochemical Oxygen Demand (BOD) adalah kebutuhan oksigen biologis didefinisikan sebagai pengukuran pengurangan kadar organik di dalam air yang dikonsumsi oleh makhluk hidup (organisme) di dalam air selama periode 5 hari pada keadaan gelap (tidak terjadi proses fotosintesa).
Prinsip Penentuan BOD yaitu: “Penentuan BOD berdasarkan pada penentuan oksigen terlarut sebelum dan sesudah inkubasi pada temperature 20o C selama 5 hari. Nilai BOD adalah selisih oksigen terlarut sebelum dan sesudah inkubasi dinyatakan dalam mg/L”.
Pengurangan kadar oksigen adalah disebabkan oleh kegiatan organisme (bakteri) mengkonsumsi atau mendegradasi senyawa organik dan nutrien lain yang terdapat di dalam air. Air yang relatif bersih akan mengandung mikroorganisme relatif sedikit, sehingga pengurangan oksigen di dalam air selama periode 5 hari akan sedikit, sedangkan untuk air yang terpolusi dan mengandung banyak mikroorganisme bakteri akan mengkonsumsi banyak oksigen dalam proses degradasi senyawa organik dan nutrien selama 5 hari, sehingga pengurangan kadar oksigen menjadi sangat besar. (Situmorang M, 2007)
2.2.2 Dampak Terhadap Manusia dan Lingkungan
BOD menunjukkan jumlah bahan organik yang ada didalam air yang dapat didegradasi secara biologis. Air dengan nilai BOD yang tinggi menunjukkan jumlah pencemar yang tinggi, terutama pencemar yang disebabkan oleh bahan organik. Nilai BOD berbanding lurus dengan jumlah bahan organik diperairan. Semakin tinggi jumlah bahan organik di perairan semakin besar pula nilai BOD, sebab kebutuhan oksigen untuk menguraikan bahan organik tersebut semakin tinggi.
Semakin banyak oksigen yang dikonsumsi dari lingkungan maka kadar oksigen dilingkungan sekitarnya semakin berkurang akibatnya oksigen sebagai sumber kehidupan bagi makhluk air (hewan dan tumbuhan) tidak dapat terpenuhi sehingga makhluk air tersebut menjadi mati. Dampak lebih lanjut dari kekurangan oksigen di lingkungan perairan adalah dapat mengganggu kehidupan berbagai organisme di perairan tersebut. Akibat yang lebih fatal adalah kematian masal bagi makhluk hidup.
BOD merupakan salah satu parameter indikator pencemar di dalam air yang disebabkan oleh limbah organik. Keberadaannya di dalam lingkungan sangat ditentukan oleh limbah organik, baik yang berasal dari limbah rumah tangga maupun yang berasal dari limbah industri.
Uji BOD mempunyai beberapa kelemahan, diantaranya adalah:
1. Dalam uji BOD ikut terhitung oksigen yang dikonsumsi oleh bahan-bahan anorganik atau bahan-bahan tereduksi lainnya yang disebut juga “intermediate oxygen demand”
2. Uji BOD memerlukan waktu yang cukup lama yaitu minimal 5 hari
3. Uji BOD dilakukan selama 5 hari masih belum dapat menunjukkan nilai total BOD melainkan hanya kira-kira 68% dari total BOD
4. Uji BOD tergantung dari adanya senyawa penghambat dalam air tersebut, misalnya adanya germisida seperti khlorin dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang dibutuhkan untuk merombak bahan organik sehingga hasil uji BOD menjadi kurang teliti.
Jika konsentrasi oksigen terlarut sudah terlalu rendah, maka mikroorganisme aerobik tidak dapat hidup dan berkembang biak, tetapi sebaliknya mikroorganisme yang bersifat aerobik akan aktif memecah bahan-bahan tersebut secara anaerobik karena tidak adanya oksigen. Pemecahan komponen-komponen secara anaerobik akan menghasilkan produk-produk yang berbeda seperti terlihat di bawah ini:
Kondisi aerobik Kondisi Anaerobik C + O2 CO2 C + H2 CH4
N + H2O NH3 + HNO3 N + H2 NH3 + amin
S + H2O H2SO4 S + H2 H2S
P + H2O H3PO4 P + H2 PH3 + Komponen fosfor
Gambar 1. Pemecahan komponen-komponen pada kondisi aerobik dan anaerobik Senyawa-senyawa hasil pemecahan secara anaerobik seperti amin, H2S dan
komponen fosfor mempunyai bau yang menyengat, misalnya amin berbau anyir dan H2S berbau busuk. Oleh karena itu perubahan badan air dari kondisi aerobik menjadi
anaerobik tidak dikehendaki. (Agusnar H, 2008)
Kadar oksigen terlarut pada badan air yang tergenang dan mengandung banyak tumbuh-tumbuhan tinggi pada sore hari dan rendah malam hari. Tingginya kadar
oksigen terlarut sore hari adalah karena banyaknya oksigen dari hasil fotosintesis pada siang hari, sedangkan rendahnya oksigen pada malam hari karena tidak terjadinya fotosintesis dan oksigen yang ada dalam air digunakan oleh tumbuhan dan hewan untuk bernapas.
Naik turunnya kadar oksigen terlarut dalam air itu disebut fluktuasi oksigen (Oxyge pulse). Besarnya fluktuasi oksigen dalam suatu badan air sangat menentukan kehidupan hewan air. Hewan air yang kurang tahan pada air yang kadar oksigennya rendah, titik kritis baginya adalah pada saat kadar oksigen di malam hari. Biasanya hewan yang kurang tahan pada keadaan air yang rendah tidak cocok baginya.
Pengukuran oksigen terlarut dalam badan air sering dilakukan dengan metode winkler. Prinsip pengukuran dengan metode winkler adalah bahwa Natrium hidroksida bereaksi dengan mangan sulfat membentuk endapan putih mangan hidroksida.
2MnSO4 + 2NaOH Mn(OH)2 + Na2SO4
dengan adanya oksigen pada air yang tinggi kadar alkalinya, endapan mangan hidroksida dioksidasi menjadi mangan-oksihidroksida (MnO(OH)2) yang berwarna
coklat, dan kadar oksigen dalam larutan itu sebanding dengan intensitas warna coklat yang terbentuk. Pada air yang bersifat sangat asam, ion mangan dibebaskan dan bereaksi dengan ion iodine yang bebas ekuivalen dengan banyaknya oksigen dalam air yang diukur.
MnO(OH)2 + 4NaHSO4 + 2KI I2 + MnSO4 + K2 SO4 + 2 Na2 SO4 + 3 H2 O
Banyaknya kadar iodine dapat diukur secara titrimetri dengan natrium tiosulfat. (Suin, 2002).
2.3 Chemical Oxygen Demand (COD)
2.3.1 Pengertian dan Prinsip Penentuan COD
Chemical Oxygen Demand (COD) atau Kebutuhan Oksigen Kimia (KOK) adalah jumlah oksigen (mg O2) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organis yang
ada dalam 1 L sampel air, dimana pengoksidasi K2Cr2O7 digunakan sebagai sumber
oksigen (oxidizing agent).
Prinsip penentuan COD yaitu: “Bahan organik dioksidasi oleh kromat dalam suasana asam dan mendidih dengan adanya kalium dikromat berlebih. Ketika sampel diuraikan, ion dikromat (Cr2O72-) mengoksidasi zat organik dalam sampel. Krom (VI)
daerah spektrum 400 nm, dimana serapan ion kromat (Cr3+) mempunyai serapan yang kuat pada daerah spectrum 600 nm, dimana ion dikromat (Cr2O72-) hampir tidak
mempunyai serapan. Untuk nilai COD antara 100-900 mg/L, ditentukan dengan bertambahnya ion Cr3+ dalam daerah 600nm. Nilai COD dibawah 90 mg/L ditentukan dengan melihat berkurangnya ion Cr2O72- pada daerah 420 nm”.
Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organis yang secara alamiah dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air.
Sebagian besar zat organis melalui tes COD ini dioksidasi oleh larutan K2Cr2O7 dalam keadaan asam yang mendidih.
∆E
Ca Hb Oc + Cr2O72- + H+ CO2 + H2O + Cr3+
Ag2SO4
(warna kuning) (warna hijau)
Perak sulfat Ag2SO4 ditambahkan sebagai katalisator untuk mempercepat
reaksi. Sedang mercuri sulfat ditambahkan untuk menghilangkan gangguan klorida yang pada umumnya ada di dalam air buangan.
2.3.2 Gangguan tes COD
Kadar klorida (Cl- ) sampai 2000 mg/L di dalam sampel dapat mengganggu bekerjanya katalisator Ag2SO4, dan pada keadaan tertentu turut teroksidasi oleh
dikromat, sesuai reaksi dibawah:
6Cl -+ Cr2O72- + 14 H+ 3 Cl2 + 2 Cr3+ + 7 H2O
Gangguan ini dihilangkan dengan penambahan merkuri sulfat (HgSO4) pada sampel,
sebelum penambahan reagen lainnya. Ion mekuri bergabung dengan ion klorida membentuk merkuri klorida, sesuai reaksi dibawah ini :
Hg2+ + 2 Cl- HgCl2
Dengan adanya ion Hg2+ ini, konsentrasi ion Cl- menjadi sangat kecil dan tidak mengganggu oksidasi zat organis dalam tes COD.
2.3.3 Keuntungan Tes COD dibandingkan dengan tes BOD
Analisa COD hanya memakan waktu kurang lebih 3 jam, sedangkan analisa BOD5
dibutuhkan pengenceran sampel sedang pada umumnya analisa BOD selalu membutuhkan pengenceran. Gangguan dari zat yang bersifat racun terhadap mikroorganisme pada tes BOD, tidak menjadi soal pada tes COD.
2.3.4 Kekurangan Tes COD
Tes COD hanya merupakan suatu analisis yang menggunakan suatu reaksi oksidasi kimia yang menirukan oksidasi biologis (yang sebenarnya terjadi di alam), sehingga merupakan suatu pendekatan saja. Karena hal tersebut di atas maka tes COD tidak dapat membedakan antara zat-zat yang sebenarnya tidak teroksidasi (inert) dan zat-zat yang teroksidasi secara biologis. (Alaerts, 1984)
2.4 Minyak atau Lemak
2.4.1 Pengertian dan Prinsip Penentuan Minyak atau Lemak
Minyak atau lemak adalah bahan-bahan yang tidak larut dalam air, yang berasal dari tumbuh-tumbuhan dan hewan. Minyak atau lemak yang digunakan dalam makanan sebagian besar adalah trigliserida yang merupakan ester dari gliserol dan berbagai asam lemak. Komponen-komponen lain yang mungkin terdapat meliputi : fosfolipid, sterol, vitamin dan zat warna yang larut dalam minyak atau lemak seperti klorofil dan kareteniod. (Ketaren, 1986) O H2C - OH HOOCR1 H2C - O - C – R1 O HC - OH + HOOCR2 HC - O - C - R2 + 3H2 O O H2C – OH HOOCR3 H2C - O - C - R3
(Gliserol) (Asam Lemak) (Trigliserida) (Air) Gambar 2. Reaksi Pembentukan Trigliserida dari Gliserol dan Asam Lemak
Prinsip penentuan minyak atau lemak yaitu : “Pada kondisi asam dengan pH ≤ 4, minyak dan lemak yang terdapat dalam air diekstraksi dengan hexane. Hexane yang telah mengikat minyak dan lemak diuapkan pada suhu 80o C. Hasil ekstrak yang tertinggal (tidak teruapkan) diukur secara gravimetric dan hasil yang diperoleh merupakan konsentrasi minyak dan lemak di dalam air”.
Wujud cair atau padat dari trigliserida adalah bergantung dari komposisi asam lemak yang menyusunnya. Sebagian besar minyak nabati berwujud cair karena mengandung asam lemak tidak jenuh seperti asam oleat, linoleat, linolenat dengan titik cair yang rendah. Lemak hewani pada umumnya berwujud padat karena banyak mengandung asam lemak jenuh seperti asam palmitat dan stearat yang mempunyai titik cair yang tinggi. (Ketaren, 1986)
Asam-asam lemak yang ditemukan di alam, biasanya merupakan asam-asam monokarboksilat dengan rantai yang tidak bercabang dan mempunyai jumlah atom karbon genap. Asam-asam lemak dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu: asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh. Asam lemak tidak jenuh memiliki ikatan rangkap yang berbeda dalam jumlah dan posisi ikatan rangkapnya.
2.4.2 Keberadaan dan Dampak Terhadap Lingkungan
Salah satu sumber utama dari pencemaran minyak dan lemak adalah umumnya rumah tangga dan industri. Pencemaran air oleh minyak sangat merugikan karena dapat menimbulkan hal-hal sebagai berikut: adanya minyak menyebabkan penetrasi sinar ke dalam air berkurang, konsentrasi oksigen terlarut menurun dengan adanya minyak karena lapisan film minyak menghambat pengambilan oksigen oleh air, adanya lapisan minyak pada permukaan air akan mengganggu burung air, dan penetrasi sinar oksigen yang menurun dengan adanya minyak dapat mengganggu kehidupan tanaman-tanaman (JICA, 2006)
2.4.3 Sifat-Sifat Minyak atau Lemak 2.4.3.1 Sifat Fisika
Sifat fisika yang paling jelas adalah tidak larut dalam air. Hal ini disebabkan oleh adanya asam lemak berantai karbon panjang dan tidak adanya gugus-gugus polar. Viskositas minyak dan lemak cair biasanya bertambah dengan naiknya suhu dan berkurang dengan tidak jenuhnya rangkaian karbon oleh karena minyak dan lemak adalah campuran trigliseida, titik cairnya tidak tepat. Titik cair minyak dan lemak ditentukan oleh beberapa faktor. Makin pendek rantai asam lemak, makin rendah titik cair trigliserida itu. Cara-cara penyebaran asam-asam lemak dalam suatu lemak juga mempengaruhi titik cairnya.
Titik cair kristal-kristal suatu lemak dapat berbeda-beda berdasakan dua mekanisme utama. Pertama karena heterogenitas kristal-kristal. Karena lemak dan minyak merupakan campuran trigliserida, maka komposisi trigliserida kristal lemak juga dapat berbeda-beda. Pada umumnya, pendinginan lemak cair secara cepat akan menghasilkan kristal yang terdiri dari campuran trigliserida. Kristal semacam itu mencair pada suhu lebih rendah dari pada kristal lemak yang lebih homogen. Kedua, oleh karena bentuk polimorfik yang berbeda-beda. Trigliserida murni dapat mempunyai beberapa bentuk kristal, yaitu menunjukkan polimorfisme. Masing-masing bentuk ditandai titik cair, berat jenis dan stabilitas Masing-masing-Masing-masing dan juga bentuk-bentuk lain. Bentuk yang paling stabil mempunyai titik cair dan berat jenis yang tertinggi. (Buckle, 1987)
2.4.3.2 Proses Kimia a. Hidrolisis
Merupakan reaksi antara minyak/lemak dan air yang dapat menyebabkan pemecahan minyak/lemak menghasilkan asam-asam lemak bebas dan gliserol. Reaksi ini terjadi dengan adanya temperatur tinggi atau adanya katalis dan sejumlah air. Minyak/ lemak akan mengalami hidrolisis bila dipanaskan dengan larutan asam atau basa serta dengan adanya enzim lipase. (Lowson, 1985)
b. Oksidasi
Proses oksidasi dapat berlangsung bila terjadi kontak antara sejumlah oksigen dengan minyak dan lemak. Terjadinya reaksi oksidasi ini akan mengakibatkan bau tengik pada lemak dan minyak. Oksidasi biasanya dimulai dengan pembentukan peroksida dan hidroperoksida. Tingkat selanjutnya ialah terurainya asam-asam lemak disertai dengan konversi hidroperoksida menjadi aldehid dan keton serta asam-asam lemak bebas.
c. Hidrogenasi
Proses hidrogenasi sebagai suatu proses industri bertujuan untuk menjenuhkan ikatan rangkap dari rantai karbon asam lemak pada lemak dan minyak. Reaksi hidrogenasi
ini dilakukan dengan menggunakan hidrogen murni dan ditambahkan serbuk nikel sebagai katalisator.
Reaksi pada proses hidrogenasi terjadi pada permukaan katalis yang mengakibatkan reaksi antara molekul-molekul minyak dengan gas hidrogen. Hidrogen akan diikat oleh asam lemak yang tidak jenuh, yaitu ikatan rangkap, membentuk radikal kompleks antara hidrogen, nikel dan asam lemak tak jenuh. Hidrogenasi dapat dilakukan secara parsial ataupun total, akan tetapi pada umumnya hidrogenasi dilakukan secara parsial. Selama hidrogenasi parsial, sebagian ikatan rangkap dari asam lemak akan menjadi jenuh tetapi ikatan rangkap yang secara alami berbentuk cis akan berisomerasi menjadi bentuk trans. (Alonso dkk, 2000)
