1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sejalan dengan perkembangan masyarakat di daerah aliran sungai, berdampak berbagai tatanan kehidupan berubah dengan cepat mengikuti berbagai kebutuhan masyarakat. Salah satu dampak dari perubahan tersebut ialah pola pemanfaatan sumber daya alam yang berada di sekitar sungai. Keinginan untuk memanfaatkan sumber daya alam semaksimal mungkin, umumnya kurang memperhatikan dampak yang akan muncul dikemudian hari. Selain itu perkembangan penduduk dan pemukiman akan mendesak pola penggunaan lahan di wilayah hulu berubah yang biasanya dikonversi dari penggunaan lahan pertanian ke non-pertanian.
Pesatnya pembangunan membutuhkan sumber daya alam yang sangat besar. Sering pula terlihat bahwa dalam pembangunan terjadi pemanfaatan terhadap penggunaan sumber daya alam yang berlebihan, hal tersebut dapat mengakibatkan terganggunya keseimbangan tata air.
Selain itu akibatnya semakin meningkatnya beban pencemaran sehingga pada awalnya aliran sungai tersebut dapat menyembuhkan dirinya sendiri (self purification) dengan meningkatnya beban pencemaran tersebut dapat mengganggu proses self purification dari sungai tersebut. Self purification alam tergantung kepada daya dukung sekitarnya. Self purification di lingkungan perairan merupakan kemampuan alam untuk membersihkan zat-zat pencemar melalui proses kimia, fisika, dan biologi yang berlangsung secara alami di badan air.
Adapun tujuan dari makalah ini adalah yang pertama untuk memenuhi tugas mata kuliah Mikrobiologi Lingkungan dan yang kedua dapat meningkatkan pemahaman tentang proses self purification yang terjadi di lingkungan terutama di lingkungan akuatik.
B. Tujuan
1.Tujuan Umum
Untuk memenuhi mata kuliah Kimia Lingkungan 2.Tujuan Khusus
Mengetahui keberadaan senyawa dalam perairan
Pengertian self purification
Keseimbangan oksigen
Faktor yang mempengaruhi self purification Tahapan self purification
2
BAB II
ISI
A. Keberadaan Senyawa dalam Perairan
Keberadaan senyawa kimia di dalam badan air, seperti fosfat, senyawa nitrogen, dan senyawa organik, secara berlebihan dapat menyebabkan pencemaran air. Jumlah yang berlebihan ini akan mengganggu kesetimbangan lingkungan. Secara alami, keberadaan senyawa ini dapat ditemui secara bebas di air, kecuali detergen yang merupakan hasil aktivitas manusia.
Badan air penerima, seperti sungai, memiliki kemampuan alami untuk mendegradasi keberadaan materi organik. Degradasi secara alami ini dapat terjadi selama beban materi organik dan nitrogen (terutama ammonia) di dalam air berada pada batas dimana masih tersedia cukup oksigen. Kemampuan ini dikenal dengan self purification.
Keberadaan materi organik di dalam badan air seperti sungai berasal dari kandungan air buangan, diantaranya dari air buangan industri, pertanian, dan domestik. Beberapa parameter yang menentukan kualitas air khususnya sungai, diantaranyai :
1. parameter fisik yang meliputi temperatur, daya hantar listrik (DHL), total suspended solid (TSS), total dissolved solid (TDS), dan kekeruhan.
2. Nutrien yang meliputi fosfat, nitrogen, dan nutrien lainnya
3. Mineral yang meliputi ion Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, F-, dsb
4. Logam yang meliputi Fe, Mn, Cd, Zn, Hg, Pb, dsb; dan
5. Parameter kimia lainnya, seperti pH, oksigen terlarut (DO), BOD, COD, alkalinitas, asiditas, dsb (Tebbutt, 1990).
B. Pengertian Self Purification
Self purification adalah kemampuan badan air untuk membersihkan dirinya sendiri dari pencemar. Penghilangan bahan organik, nutrisi tanaman, atau pencemar lainnya dari suatu danau atau sungai oleh aktivitas biologis dari komunitas yang hidup didalamnya. Bahan
3 biodegradabel yang masuk ke badan air, sedikit demi sedikit digunakan oleh mikrorganisme dalam air, menurunkan tingkat pencemar. Bila penambahan pencemar di hilir sungai tidak berlebihan, air akan membersihkan diri dengan sendirinya self-cleansing. Proses ini tidak berlaku untuk pencemar yang senyawa organik non biodegradabel atau logam.
Dalam air Alam, self purification terjadi dalam bentuk siklus biologi yang dapat berlangsung sendiri dalam batas-batas tertentu. Self purification secara biologi adalah proses dimana limbah organik dihancurkan oleh respirasi dari mikroorganisme di dalam produk akhir yang stabil. Itu merupakan sebuah proses oksidasi biokimia dengan cara mengkonsumsi limbah organik sehingga menghasilkan produk akhir seperti karbon dioksida, air, fospat, nitrat. Materi organik yang dapat dihancurkan oleh mikroorganisme yaitu materi alami seperti simple sugars, starch, fats, proteins, materi alami yang lebih kompleks atau senyawa sintetik yang ditemukan di air limbah atau air permukaan lainnya. Respirasi yang terjadi merupakan respirasi aerobik, karena respirasi menggunakan oksigen terlarut di dalam air. Mikroorganisme yang terlibat disebut aerobik.
Ada tipe lain dari proses respirasi yang dapat bekerja dengan tidak tersedianya oksigen bebas. Mikroorganisme yang digunakan disebut mikroorganisme anaerobik dan beberapa mikroorganisme aerobik fakultatif. Mikroorganisme tersebut dapat menghancurkan simple sugars tanpa menggunakan oksigen. Proses ini disebut respirasi anaerobik. Produk akhir respirasi anaerobik yaitu hydrogen sulfide, amoniak dan metan yang mengkin beracun jika tercium selama diproduksi.
Self purification merupakan suatu proses alami dimana sungai mempertahankan kondisi asalnya melawan bahan-bahan asing yang masuk kedalam sungai. Menyempurnakan metode buatan dari pengelolaan kualitas air dan menyangkut proses fisik kimia dan biologis. Dalam memecahkan masalah eutrofikasi di danau, kehadiran fosfor dan nitrogen yang berasal dari kegiatan pertanian, industri dan sumber domestik harus dimengerti terlebih dahulu, tidak langsung muncul di anak sungai. Kemampuan sungai untuk menghilangkan tingkat polusi dari fosfor dan nitrogen adalah penting.
Vollenweideer (1968) meneliti fakta dari masuknya fosfat, amonia dan nitrat oleh macrophyta yang berada di air. Dan mengatakan bahwa Callitriche dapat menghilangkan secara efisien fosfat dari pembuangan air. Hynes (1970) menyimpulkan bahwa nutrisi akan menurun seiring dengan perjalanan polutan menuju hilir, mungkin disebabkan oleh uptake
4 oleh tanaman, tetapi perlu diingat bahwa hanya sedikit fakta dari percobaan yang dimiliki untuk mendukung pandangan ini untuk mengindikasikan, pada air yang bergerak, nitrogen dan fosfor cukup memadai bagi pertumbuhan maksimum dari alga dan makrophyta.
Menurut Tebbut (1990), self purification melibatkan proses-proses yang terjadi sebagai berikut:
1. Sedimentasi. Zat padat yang terendapkan akan membentuk “bethal
deposit― (mikroorganisme di dasar air) yang akan membusuk (jika berupa zat organik) karena proses anaerobic, dan akan segera menyerap O2 dalam sistem jika bethal deposit tersebut tersuspensi kembali akibat aliran banjir. 2. Oksidasi kimiawi dari agen-agen produksi. Pembusukan bakteri patogen akibat
kondisi lingkungan yang tidak cocok bagi bakteri tersebut dalam air alam. 3. Oksidasi biokimiawi. Adanya keseimbangan yang diberikan antara O2 yang
dikonsumsi oleh BOD dan yang diberikan dari proses rea-erasi.
C. Keseimbangan Oksigen
Pada sungai yang tidak tercemar, oksigen terlarut memiliki kadar sekitar 8 ppm dan BOD dalam keadaan yang rendah. Sekarang bayangkan pencemar organik yang berasal dari pabrik kertas atau pabrik makanan masuk kedalam badan air. Bahan organik ini tentu membutuhkan oksigen untuk terdekomposisi. Hal ini menjadikan BOD meningkat dan mempengaruhi Dissolved Oksigen di hilir sungai. Pencemar organik ini menjadi makanan bagi sebagian bakteri aerob. Seiring dengan mengalirnya air ke hilir, jumlah bakteri ini meningkat. Akibatnya ketersediaan oksigen (DO) pada air sungai menurun. Pada titik tertentu pencemar organik terdekomposisi dan terjadi recovery oksigen atau DO kembali meningkat sebagai sumbangan dari atmosfir (aerasi) dan tanaman air. Proses pengambilan oksigen oleh mikroorganisme ini biasa disebut respirasi aerobik.
Dengan demikian, melalui respirasi biokimia, self purification sungai terjadi tetapi dalam proses yang sama, oksigen dikeluarkan dari lingkungan air. Jika pasokan oksigen ke dalam sistem melebihi dari permintaan respirasi, maka proses anaerob tidak akan terjadi. Oleh karena itu, proses self purification sangat berhubungan erat dengan kandungan oksigen
5 terlarut, sumber dan masuknya oksigen ke dalam sungai. Apabila oksigen terlarut sebagai parameter kualitas air itu kritis atau buruk, maka berbagai proses yang mempengaruhi oksigen terlarut akan dibahas.
Adapun parameter yang berhubungan dengan keseimbangan DO (dissolved oxygen) di dalam perairan yaitu:
1. BOD
BOD adalah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk proses respirasi. Jumlah limbah organik diukur oleh permintaan terhadap sumber daya oksigen yang diperlukan. Nilai konsentrasi BOD tidak konstan tetapi berubah dengan waktu dan jarak sepanjang sungai karena sebagai oksigen digunakan untuk mengoksidasi limbah, jumlah bahan limbah menurun dan kebutuhan oksigen turun. Ketika semua limbah telah teroksidasi BOD kemudian menjadi nol. BOD juga dapat dihilangkan dari air dengan sedimentasi. Faktor sedimentasi ini juga perlu dipertimbangkan dalam mengetahui nilai DO di dalam suatu perairan.
2. COD
Banyak jenis limbah industri mengandung zat yang cukup cepat dioksidasi oleh molekul oksigen. Zat-zat tersebut seperti besi, sulfit, sulfida dan aldehida semua tergantung DO dan jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk oksidasi, disebut kebutuhan oksigen kimia langsung.
3. Respirasi dan fotosintesis tanaman
Tanaman air, ganggang dan fitoplankton semua mengkonsumsi oksigen untuk proses respirasi mereka yang berlangsung terus-menerus. Pada saat yang sama, jika sinar matahari hadir, tanaman akan menggabungkan karbon dioksida dan air dalam proses fotosintesis untuk menghasilkan gula sederhana dan pelepasan molekul oksigen bebas ke lingkungan. Secara umum, di siang hari, jumlah oksigen yang dihasilkan oleh fotosintesis melebihi jumlah yang dikonsumsi oleh respirasi. Namun, selama waktu tanpa sinar matahari, fotosintesis tidak berlangsung dan tanaman kemudian bertindak semata-mata sebagai penghasil oksigen.
6 Oleh karena itu, kadar oksigen terlarut cenderung tinggi di sore hari dan rendah selama jam-jam awal pagi. Produksi oksigen dari fotosintesis tergantung pada beberapa faktor, termasuk intensitas cahaya, kemampuan menangkap oksigen dari air dan kuantitas tanaman (Edwards dan Owens, 1965). Pescod (1969) melakukan studi oksigen di sungai aluvial tropis dan menemukan bahwa meskipun kondisi lingkungan yang cocok untuk pertumbuhan alga dan tingkat tinggi dari fotosintesis, kekeruhan mengurangi transmisi cahaya sehingga produksi oksigen yang sebenarnya sangat rendah. Namun demikian, proses fotosintesis dan respirasi dapat menjadi faktor yang sangat penting dan harus dimasukkan dalam keseimbangan DO.
4. Atmosfiric reaeration
Reaerasi adalah proses penyerapan oksigen atmosfer ke dalam air. Ini adalah salah satu faktor yang paling penting untuk mengendalikan kapasitas asimilatif dari limbah di sungai, karena fotosintesis dan reaerasi adalah dua sumber pengisian oksigen, dan fotosintesis hanya dapat dilakukan ketika adanya sinar matahari.
D. Faktor yang Mempengaruhi Self Purification
Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan self purification pada suatu aliran sungai, antara lain:
a. Suhu
Laju aktivitas biologis pada self purification akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu dan akan menurun seiring dengan penurunan suhu. Hal tersebut terjadi karena tingkat kebutuhan oksigen akan meningkat jika suhu meningkat dan sebaliknya. Kandungan oksigen terlarut pada sungai sangat penting untuk mempertahankan kehidupan akuatik dan kondisi aerob. Hal tersebut juga dipengaruhi oleh suhu, kelarutan oksigen akan menurun apabila suhu meningkat dan kelarutan oksigen meningkat apabila suhu menurun. Jadi saat suhu tinggi, laju aktivitas biologis tinggi sedangkan konsentrasi DO rendah, hal tersebut kemudian menyebabkan penipisan DO secara cepat.
7 b. Faktor-faktor hidrografik
Faktor-faktor hidrografik yang dimaksud disini adalah kecepatan aliran. Pada sungai dengan kecepatan aliran yang tinggi/deras, oksigen pada lapisan permukaan air akan dengan cepat mengalami pertukaran dengan oksigen lapisan bagian bawah. Pertukaran tersebut terjadi karena adanya perputaran pada pergerakan aliran sungai. Lapisan oksigen jenuh akan diputarbalikkan dan digantikan oleh lapisan defisit oksigen. Dengan cara tersebut oksigen jenuh akan dengan cepat bercampur dengan seluruh aliran sungai untuk menyuplai kebutuhan oksigen bagi mikroorganisme. Kecepatan aliran sungai yang terlalu tinggi juga tidak disarankan. Hal tersebut karena kecepatan aliran yang terlalu tinggi akan menciptakan banyak gerakan perputaran aliran air dimana hal tersebut akan mengaduk sedimen pada bagian dasar sungai, meningkatkan kekeruhan dan menghambat pertumbuhan alga.
c. Laju re-aerasi
Laju re-aerasi adalah laju dimana saat terjadi penggantian/pengisian kembali oksigen terlarut yang telah berkurang. Laju re-aerasi sangat menentukan proses terjadinya self purification. Semakin besar laju re-aerasi maka akan semakin cepat terjadinya proses self purification.
d. Jumlah dan tipe materi organik
Apabila limbah/sampah yang masuk ke sungai mengandung banyak materi biodegradable maka kebutuhan oksigen akan semakin tinggi. Oleh karena hal tersebut, oksigen terlarut pada sungai akan berkurang lebih cepat sehingga laju re-aerasi dan kondisi anaerobik akan tercipta. Hal tersebut tentu akan berpengaruh pada proses self purification yang terjadi pada sungai.
e. Ketersediaan DO
Semakin besar konsentrasi oksigen terlarut di sungai pada saat limbah masuk, maka akan semakin baik dan lebih cepat proses slef purification akan terjadi.
8 f. Jenis mikroorganisme
Apabila alga dan bakteri berada pada waktu bersamaan di sungai, maka laju re-aerasi dan konsentrasi oksigen terlarut pada sungai akan meningkat. Hal tersebut terjadi karena alga menghasilkan oksigen.
E. Tahapan Self Purification
Beberapa tahap dalam mekanisme self purification : a. Zona Degradasi (Zone of degradation)
Zona degaradasi dapat ditemukan tidak jauh dari titik/point dimana limbah pertama kali masuk ke dalam sungai. Karakteristik dari zona ini antara lain air mulai berwarna keruh dan mulai terbentuk lumpur pada bagian dasar sungai, terjadi pada saat keberadaan oksigen dibawah 2 ppm.Kondisi yang terjadi pada zona ini tidak menguntungkan bagi perkembangan kehidupan akuatik, seperti alga. Akan tetapi beberapa jenis biota dapat tetap bertahan hidup, seperti cacing Limondrilus dan Tubifex, jamur sampah (sewage fungus) serta tipe ikan pemakan materi organik. Ikan akan menghilang atau pindah dari zona ini karena
ketidaksesuaian dengan kebutuhan oksigennya. Pada beberapa bagian kehidupan yang terdapat pada zona ini adalah cacing lumpur, jamur dan bakteri anaerobik.
b. Zona Dekomposisi Aktif
Zona dekomposisi dimana terjadi dekomposisi bahan organik oleh bakteri. Populasi bakteri di zona ini meningkat. Hewan yang dapat tumbuh adalah hewan dengan kebutuhan oksigen yang rendah, seperti beberapa jenis ikan dan lintah. Karakteristik dari zona ini yaitu air berwarna keabu-abuan dan lebih gelap dari zona sebelumnya. Hal tersebut menandakan bahwa pada zona dekomposisi aktif terjadi polusi yang berat. Pada zona ini, konsentrasi DO turun hingga menjadi nol, kondisi anaerobik terbentuk (ditandai dengan terbentuknya gas metan, karbon dioksida dan hidrogen sulfida) serta munculnya gelembung/buih yang
mengandung lumpur/sampah pada permukaan air. Pada zona ini, bakteri flora akan tumbuh dengan subur. Pada lapisan atas zona ini, bakteri anaerobik akan digantikan dengan bakteri aerob, sedangkan pada lapisan bawah terjadi
9 sebaliknya. Ikan, alga dan cacing Tubifex tidak dapat hidup pada zona ini,
sementara larva Maggots dan Psychopoda dapat hidup.
c. Zona Pemulihan
Pada zona pemulihan, aliran sungai melakukan pemulihan dari kondisi zona sebelumnya agar kembali seperti kondisi semula. Zona recovery, pada zona ini hewan hewan yang tidak membutuhkan oksigen tinggi kembali dapat ditemui dan hidup disini dan populasi bakteri menurun. Zona bersih kembali tercapai setelah recovery selesai. Hewan - hewan air dapat tumbuh kembali dengan baik.
Karakteristik pada zona ini antara lain, warna air mulai bersih, alga mulai terlihat kembali dan fungi menghilang. BOD menurun serta konsentrasi DO meningkat sekitar 40%.
d. Zona Bersih
Pada zona ini, sungai telah mencapai kondisi seperti semula. Kehidupan akuatik pada zona ini juga kembali seperti semula. Beberapa organisme patogen masih mungkin hidup pada zona ini, oleh karena hal tersebut air sungai yang telah sekali tercemar tidak dapat digunakan sebagai air minum walaupun telah diolah. Kondisi oksigen terlarut pada zona bersih berada pada 8 ppm, yang merupakan konsentrasi normal DO di perairan dan BOD pada kondisi yang rendah. Pada zona ini hewan-hewan air yang membutuhkan oksigen dalam konsentrasi normal tumbuh dengan baik.
e. Daya Tampung
Daya tampung pencemaran adalah kemampuan air pada suatu sumber air untuk menerima masukan beban pencemaran tanpa mengakibatkan air tersebut menjadi tercemar. Pencemaran air dapat terjadi adanya unsur/zat lain yang masuk kedalam air, sehingga menyebabkan kualitas air menjadi turun. Unsur tersebut dapat berasal dari unsur non konservativ (tergradasi) dan konservativ (unsur yang tidak tergradasi).
10
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan
Proses self purification parairan merupakan kemampuan alam untuk membersihkan zat-zat pencemar melaluli proses kimia, fisika, dan biologi, dan hal ini sangat berhubungan erat dengan kandungan oksigen terlarut, sumber dan masuknya oksigen ke dalam sungai. Apabila oksigen terlarut sebagai parameter kualitas air itu kritis atau buruk, maka mempengaruhi berbagai proses. Proses pemulihan secara purifikasi alami sungai dari zona dergradasi menjadi zona bersih memerlukan periode tertentu, tergantung beberapa parameter yang mempengaruhinya, seperti re-aerasi, jumlah dan tipe materi organik, ketersediaan DO, jenis mikroorganisme, dan sebagainya. Proses self purification dipengaruhi oleh proses flotasi, dimana pencemar dihilangkan dari badan air dengan gelembung udara, yang pada keadaan normal terjadi setelah jeram, air terjun, dan tebing tebing batuan.
Self purification sungai terjadi tetapi dalam proses yang sama, oksigen dikeluarkan dari lingkungan air. Jika pasokan oksigen ke dalam sistem melebihi dari permintaan respirasi, maka proses anaerob tidak akan terjadi. Oleh karena itu, proses self purification sangat berhubungan erat dengan kandungan oksigen terlarut, sumber dan masuknya oksigen ke dalam sungai. Apabila oksigen terlarut sebagai parameter kualitas air itu kritis atau buruk, maka berbagai proses yang mempengaruhi oksigen terlarut akan dibahas.
B. Saran
Makalah ini masih sangat sederhana untuk itu penulis berharap kritik dan saran dari para pembaca yanag budiman demi perbaikan makalah ini.Penyusun menyarankan agar makalah ini dapat dimanfaatkan dengan sebaik-baiknya.
11
DAFTAR PUSTAKA
Maholla, Sukma, dkk. 2010. Penyediaan Air Bersih dengan Teknik Self Purification di Aliran Sekitar Sungai Brantas. Malang : UMM.
Whitehead, P.G.Dr, at all. 1982. Dispersion and Self-purification of Pollutans In Surface Water Systems. Technical Pepers in Hydrology UNESCO, UK.
