BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Air Secara Umum
Air adalah suatu senyawa hidrogen dan oksigen dengan rumusan kimia H2O.
Berdasarkan sifat fisiknya (secara fisika) terdapat tiga macam bentuk air, yaitu air sebagai benda cair, air sebagai benda padat, dan air sebagai benda gas atau uap.Air berubah dari suatu bentuk kebentuk ang lainnya tergantung pada waktu dan tempat serta temperaturnya. Berdasarkan jenis wadah yang ditempati, air dibedakakan atas tiga jenis, yaitu air permukaan, air tanah dan air diudara. Air permukaan adalah air yang terdapat dipermukaan kulit bumi baik yang berbentuk cair (air sungai, air danau dan air laut) maupun yang berbentuk padat (es, salju dan gletser). Air tanah adalah air yang terdapat dibawah permukaan kulit bumi atau didalam tanah. Adapun air udara adalah air yang terdapat didalam atmosfer bumi, berupa uap ataupun embun. Air lunak adalah air yang kandungan garam kapurnya (kalsium karbonat, CaCO3) kecil.
Sedangkan air sadah adalah air yang kandungan garam kapurnya banyak.
Pemakaian air secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi empat golongan berdasarkan tujuan penggunaannya, yaitu air untuk keperluan irigasi, air untuk keperluan pembangkit energi, air untuk keperluan industri dan air untuk keperluan publik. Air untuk keperluan publik dibedakan atas air konsumsi domestik dan air untuk konsumsi sosial dan komersial (Dumairy, 1992).
Saat ini, masalah utama yang dihadapi oleh sumber daya air meliputi kuantitas air yang sudah tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus meningkat dan kualitas
kegiatan lain yang berdampak negatif terhadap sumber daya air, antara lain menyebabkan penurunan kualitas air.Kondisi ini dapat menimbulkan gangguan, kerusakan, dan bahaya bagi semua makhluk hidup yang bergantung terhadap sumber daya air.Oleh karena itu, diperlukan pengelolaan dan perlindungan sumber daya air secara seksama.
Hingga saat ini, Indonesia telah memiliki Peraturan Pemerintah No.20 tahun 1990 tentang Pengendalian Pencemaran Air dan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No.51 tahun 1995 tentang Baku Mutu Limbah Cair bagi kegiatan industri.Pemerintah juga telah mencanangkan program – program penataan lingkungan yang pada dasarnya berkaitan dengan upaya pengelolaan sumber daya air dan sumber daya alam lainnya, dalam rangka pengendalian dampak lingkungan.
Program – program tersebut mencakup Program Penilaian Peringkat Kinerja Perusahaan (PROPER), Program Kali Bersih (PROKASIH), Adipura, Produksi Bersih, Analisis Mengenai Dampak Lingkungan (AMDAL), Pantai Lestari, dan Langit Biru.
Pengelolaan sumber daya air sangatlah penting, agar dapat dimanfaatkan secara berkelanjutan dengan tingkat mutu yang diinginkan. Salah satu langkah yang pengelolaan yang dilakukan adalah pemantauan dan interpretasi dalam kualitas air, mencakup kualitas fisika, kimia, dan biologi. Namun sebelum melangkah pada tahap pengelolaan, diperlukan pemahaman yang baik tentang terminologi, karakteristik, dan interkoneksi parameter – parameter kualitas air (Effendi, 2003).
2.2. Penggolongan Air
Adapun penggolongan Air secara umum adalah sebagai berikut :
1. Golongan A, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung, tanpa pengolahan terlebih dahulu
2. Golongan B, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air baku air minum
3. Golongan C, yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan perikanan dan peternakan
4. Golongan D, yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan pertanian usaha diperkotaan, industri, dan pembangkit listrik tenaga air (Effendi,2003).
2.3. Pengolahan Air
Metode – metode yang digunakan dalam pengolahan air untuk membuatnya aman dan menarik bagi para langganan dibahas dengan ringkas pada ayat – ayat berikut ini.
Informasi ini dimaksudkan sebagai pengantar kepada masalah pengolahan air. Dalam hal ini, tujuannya adalah memberikan kepada para pembaca suatu perspektif tentang apa – apa yang tercakup dalam pengolahan air dan memberikan tuntunan untuk pengelolaan lebih lanjut. Masalah – masalah yang dipertimbangkan meliputi :
1. Tinjauan tentang metode – metode pengolahan yang utama dan penerapannya,
2. Metode – metode pengolahan fisik, 3. Metode – metode pengolahan kimiawi, 4. Beberapa metode pengolahan khusus,
5. Pembuangan lumpur dari instalansi pengolahan, dan 6. Perencanaan instalansi pengolahan air.
Metode yang digunakan untuk pengolahan air berkaitan dengan pencemar – pencemar yang ada dalam persediaan air tertentu. Pencemar – pencemar utama yang harus diperhatikan pada kebanyakan persediaan air adalah banyaknya bakteri patogen yang terdapat pada air, adanya kekeruhan dan bahan terapung, perubahan warna, rasa dan bau, terdapat senyawa – senyawa organik dan kesadahan.
Metode – metode yang digunakan untuk pengolahan air berkaitan dapat digolongkan menurut sifat fenomena yang menghasilkan perubahan yang diamati.
Dengan demikian, istilah operasi satuan fisik dipergunakan untuk menggambarkan metode – metode yang mendapatkan perubahan – perubahan melalui penerapan gaya – gaya fisik, misalnya pengendapan gravitasi. Pada proses – proses satuan kimiawi atau biologis, perubahan diperoleh dengan cara reaksi – reaksi kimiawi atau biologis.
2.3.1. Metode Pengolahan Fisik
Metode pengolahan fisik yang sering digunakan adalah : a. Flokulasi
Flokulasi dilakukan dengan baik yang diberi pengaduk horizontal atau partikel.
Pengaduk ini berputar pelan yang tujuannya memperbesar ukuran flok, tetapi juga mencegah jangan sampai endapan yang terbentuk mengendap kebawah. Untuk memperbesar ukuran flok ini ditambahkan bahan – bahan pengental kedalam air yang mengandung kekeruhan. Untuk membentuk kumpulan partikel yang mengendap ini dilakukan pengadukan yang cepat selama 20 – 30 menit yang akan menyebabkan tumbukan partikel yang akan membentuk ukuran partikel yang lebih besar.
b. Sedimentasi
Sedimentasi adalah salah satu cara penjernihan air,dimana dilewatkan pada suatu bak,untuk jangka waktu tertentu. Dimana air mengalir pelan – pelan (kecepatan rendah) sehingga partikel yang berat jenisnya lebih berat akan segera mengendap.
c. Filtrasi
Filtrasi adalah suatu cara penjernihan air dengan cara penyaringan. Filter biasanya terdiri dari berbagai macam lapisan pasir dan batu – batuan dengan diameter yang bervariasi dari yang sangat halus hingga yang terkasar. Air akan mengalir melalui filter sedangkan partikel – partikel yang tersuspensi didalamnya akan melekat pada butiran pasir. Hal ini akan dapat memperkecil ukuran celah – celah yang dapat dilalui air dan akan mengurangi daya penyaringan. Maka untuk mengaktifkan kembali filter harus dicuci kembali dengan membuang bahan – bahan yang aka melekat ini diperlukan pembilasan dengan arah aliran pembilas berlawanan denganarah aliran air yang akan disaring, pembilas ini dinamakan backwash (Sangsoko,1989).
Pemilihan jenis Flokulan / Koagulan dosisnya harus dilakukan dulu dalam skala laboratorium dengan menggunakan jar test. Pada bak ini, sebagian besar ion logam (terutama logam berat) dan sebagian senyawa organik diendapkan. Degradasi secara kimiawi umumnya dilakukan dengan menggunakan oksidator kuat.
Contohnya adalah reagent Fenton, yaitu campuran antara hydrogen peroksida (H2O2) dan ferro (Fe2+). Campuran senyawa tersebut akan menghasilkan radikal bebas (OH) yang sangat reaktif dan dapat menyerang molekul – molekul
organik untuk diubah menjadi senyawa yang lebih sederhana, misalnya CO2 dan H2O ( http//ganden wordpress.com).
2.3.2. Metode Pengolahan Kimiawi
Metode pengolahan kimiawi yang sering digunakan adalah koagulasi. Koagulasi adalah mekanisme dimana partikel – partikel koloid yang bermuatan negatif akan dinetralkan, sehingga muatan yang netraltersebut saling melekat dan menempel satu sama lain, dan membentuk flok. Untuk menambah besar ukuran koloid dapat dilakukan dengan jalan reaksi kimia diikuti dengan pengumpulan atau dengan cara penyerapan.
Partikel koloid memiliki ukuran lebih kecil dari suatu mikro akan menimbulkan sifat – sifat yang berbeda, karena kecilnya ukuran partikel maka luas permukaan tiap satuan massa akan semakin besar.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi untuk menghasilkan koagulasi yang baik :
1. Pengontrolan pH
Setiap koagulan mempunyai range pH yang spesifik dimana presipitasi yang maximum akan terbentuksekaligus titik kelarutan minimum.
2. Temperatur
Pada temperatur yang rendah, kecepatan reaksi lebih lambat dari viskositas air lebih besar sehingga flok lebih sukar mengendap.
3. Dosis Koagulan
Air dengan turbiditas yang tinggi memerlukan dosis koagulan yang banyak. Dosis koagulan persatuan unit turbidity tinggi, akan lebih kecil dibandingkan dengan dosis persatuan untuk air dengan turbidity rendah.
Hal ini disebabkan karena dalam air yangmempunyai turbidity tinggi, kemungknan terjadinya tumbukan antara partikel akan lebih besar. (Sangsoko,1989).
Adapun efek dosis glokulan terhadap berat jenis adalah :
Kecepatan pengendapan dipengaruhi oleh berat jenis partikel, berat jenis cairan, gravitasi, konstanta dan viskositas. Pengaruh ini dinyatakan oleh Stokes sebagai :
V = d2 (p1 - p2) g ………persamaan (1.1) K.n
Dimana :
V : kecepatan pengendapan P1 : berat jenis partikel P2 : berat jenis cairan K : konstanta
n : viskositas
untuk mempercepat pengendapan kotoran maka ditambahkan glokulan dengan dosis yang tepat, sebab dengan dosis yang terlalu banyak tidak ada pengaruhnya bila sudah tercapai titik jenuh pengendapan (Soejardi,1985).
2.4. Koagulan
Koagulan adalah zat kimia yang menyebabkan destabilisasi muatan nagatif patikel didalam suspensi. Zat ini merupakan donor muatan positif yang digunakan untuk mendestibilisasi muatan negatif partikel. Dalam pengolahan air, sering dipakai garam Aluminium, Al (III) atau garam besi (II) dan besi (III).
Koagulan yang umum dan sudah dikenal yang digunakan pada pengolahan air seperti terlihat pada tabel 2.4. dibawah ini :
Tabel 2.4. Jenis – jenis Koagulan
NAMA FORMULA BENTUK REAKSI
DENGAN AIR
PH OPTIMUM Alumunium
Sulfat, Alum Sulfat, Alum, Salum.
Al2(SO4)3xH2O x = 14,16,18
Bongkah, bubuk
Asam 6,0 – 7,8
Sodium Aluminat
NaAlO2 atau Na2Al2O4
Bubuk Basa 6,0 – 7,8
Poli
Aluminium Klorida, PAC
Aln (OH)m Cl3n-m Cairan, bubuk Asam 6,0 – 7,8
Ferri Sulfat Fe2(SO4)3.9H2O Kristal halus Asam 4 – 9 Ferri Klorida FeCl3.6H2O Bonkah,cairan Asam 4 – 9 Ferro Sulfat FeSO4.7H2O Kristal halus Asam > 8,5
http//smk3ae.wordpress.com
2.4.1. Jenis – jenis Bahan Koagulan a. Poli Aluminium Klorida
Poli Aluminium Klorida sering disingkat dengan PAC. PAC adalah garam yang dibentuk oleh aluminium – aluminium klorida yang khusus ditentukan guna memberi daya koagulasi dan flokulasi (pengumpulan dan pemadatan penggumpalan) yang lebih besar dibandingkan garam – garam aluminium dari besi lainnya. PAC sebenarnya adalah merupakan suatu senyawa kompleks berinti banyak dari ion – ion aquo aluminium yang terpolimerisasi yaitu suatu jenis dari polimer senyawa organik.
Berbagai bahan kimia baik senyawa organik maupun anorganik biasanya dibutuhkan sebagai koagulan air (katalisator pengumpulan) tetapi untuk PAC biasanya tidak membutuhkan zat tersebut. Poli Aluminium Klorida dengan arti vital yang kuat mengumpulkan setiap zat – zat yang tersuspensi atau yang secara koloidal tersuspensi dalam air, membentuk flok – flok (kepingan, gumpalan – gumpalan) akan mengendap dengan cepat agar membentuk sludge (lumpur endapan) yang dapat disaring dengan mudah, dimana pH PAC air lebih kecil dari 6 (enam) disebut asam dan jika lebih dari 7 (tujuh) maka disebut basa. Sifat – sifat koloid dapat dibedakan yaitu koloid yang suka air dapat saling bergabung dan membentuk partikel yang lebih besar sehingga menggumpal dan mengendap. Sementara koloid yang tidak suka air, berasal dari logam – logam dan garam – garam dan dapat stabil karena adanya permukaan air yang terikat dan menghalangi terjadinya kontak dari partikel – partikel sekitarnya. Koloid ini dapat dihilangkan dengan menurunkan potensial yaitu dengan menggunakan tabel lapisan 6 – 9 dengan pH netral adalah 7.
Bersangkutan sehingga mengendap kembali. Hal ini merupakan salah satu sebab kandungan dalam sumur yang dangkal lebih rendah.Besi dalam jumlah yang sedikit dan air minum diperlukan untuk pembentukan sel darah merah, tetapi kalau sudah melebihi konsentrasi yang diperlukan akan dapat menyebabkan penyakit dan warna air kemerah – merahan sehingga menimbulkan kekeruhan serta rasa dan bau air yang tidak enak. Klor dalam air dapat mengoksidasikan ion – ion Fe+2 menjadi Fe+3 mengakibatkan turbiditas air yang semakin tinggi karena terbentuknya zat – zat yang tersuspensi. Rumus kimia Poli Aluminium Klorida (PAC) Aln(OH)mCl3n-m Fungsi dari Poli Aluminium Klorida adalah untuk menurunkan tubiditas air atau menurunkan kekeruhan air.
b. Soda Kapur (Ca(OH)2)
Dalam proses pengolahan air, selalu ditambahkan zat kimia yang masing – masing memiliki fungsi sendiri. Adanya proses penjernihan air melalui proses koagulasi PAC maka pH air ini akan menjadi turun. Dan penurunan nilai pH dalam air ini mengakibatkan flok – flok yang terbentuk akan susah mengendap. Maka untuk menetralisasikan pH ini dilakukan penambahan soda kapur Ca(OH)2. Adapun reaksi yang terjadi :
Al(OH)Cl2 + 4H2O 2Al(OH)3 + 4HCl
Bahan penetral (soda kapur) dimasukkan kedalam hasil proses larutan tersebut sampai kadar pH diperoleh mendekati nilai netralisasi.
2Al(OH)3 + 4HCl + 2Ca(OH)2 2Al(OH)3 + 2CaCl2 + 4H2O Proses diatas terjadi pada bak flokulator. Apabila nilai pH di bak ini dibawah 7,0 maka penambahan volume soda kapur Ca(OH)2 dilakukan sedikit demi netralisasi pH ini akan mengakibatkan proses terbentuknya flok – flok akan lebih cepat dan sempurna. Selain untuk menetralkan air, Ca(OH)2 juga akan dapat dipakai untuk melunakkan air sadah. Karena air sadah kurang baik dipakai untuk mencuci pakaian dan dipakai pada mesin – mesin. Ion – ion Ca2+ dan Mg2+ pada air sadah akan menyebabkan sifat detergen sabun hilang, sehingga sabun tidak dapat lagi dibersihkan. Pada mesin – mesin, air sudah membentuk endapan berupa kerak yang akan menempel pada mesin – mesin (PT.Coca Cola Bottling Indonesia,2000).
2.4.2. Keunggulan PAC Sebagai Koagulan
Beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibandingkan koagulan lainnya adalah : 1. PAC dapat bekerja ditingkat pH yang lebih luas, dengan demikian tidak
diperlukan pengoreksian terhadap pH terkecuali bagi air tertentu.
2. Kandungan belerang dengan dosis cukup akan mengoksidasi senyawa karboksilat rantai siklik membentuk alifatik dan gugusan rantai hidrokarbon yang lebih pendek dan sederhana sehingga mudah untuk diikat membentuk flok.
3. Kadar klorida yang optimal dalam fasa air yang bermuatan negatif akan cepat bereaksi dan merusak ikatan zat organik terutama ikatan karbon nitrogen yang umumnya membentuk suatu makromolekul turutama gugusan protein , amina, amida dan penyusun minyak dan lipida.
4. PAC tidak menjadi keruh bila pemakaiannya berlebihan, sedangkan koagulan yang lain (seperti aluminium sulfat, besi klorida dan ferro sulfat) bila dosis berlebihan bagi air yang mempunyai kekeruhan yang rendah akan bertambah keruh. Jika digambarkan dengan suatu grafik untuk PAC adalah membentuk garis linier artinya jika dosis berlebih maka akan didapatkan hasil kekeruhan yang relatif sama dengan dosis optimum sehingga penghematan bahan kimia dapat dilakukan. Sedangkan untuk koagulan selain PAC memberikan grafik parabola terbuka artinya jika kelebihan atau kekurangan dosis akan menaikkan kekeruhan hasil akhir, hal ini perlu ketepatan dosis.
5. PAC mengandung suatu polimer khusus dengan struktur polielektrolit yang dapat mengurangi atau tidak perlu sama sekali dalam pemakaian bahan pembantu, ini berarti disamping penyederhanaan juga penghematan untuk penjernihan air.
6. Kandungan basa yang cukup akan menambah gugus hidroksil dalam air sehingga penurunan pH tidak terlalu ekstrim sehingga penghematan dalam penggunaan bahan untuk netralisasi dapat dilakukan.
7. PAC lebih cepat membentuk flok dari pada koagulan biasa ini diakibatkan dari gugus aktif aluminat yang bekerja efektif dalam mengikat koloid yang ikatan ini diperkuat dengan rantai polimer dari gugus poli lektrolit sehingga gumpalan floknya menjadi lebih padat, penambahan gugus hidroksil kedalam rantai koloid yang hidrofobik akan menambah berat molekul, dengan demikian walaupun ukuran kolam pengendapan lebih kecil atau terjadi beban yang terlalu berat bagi instalasi yang ada, kapasitas produksi relatif tidak terpengaruh (http://smk3ae.wordpress.com).
2.5. Flokulasi Jar Test
Jar test merupakan model sederhana proses flokulasi.
Suatu larutan koloidal yang mengandung partikel – partikel kecil dan koloid dapat dianggap stabil bila :
1. Partikel – partikel kecil ini terlalu ringan untuk mengendap dalam waktu yang pendek (beberapa jam);
2. Partikel – partikel tersebut dapat menyatu, bergabung dan menjadi partikel yang lebih besar dan berat, karena muatan elektris pada permukaan partikel – partikel adalah setanda (biasanya negatif) sehingga ada repulsi elektrostatis antara partikel satu dengan lainnya.
Proses Flokulasi terdiri dari tiga langkah :
1. Pelarutan reagen melalui pengadukan cepat (1menit; 100 rpm); bila perlu juga pembubuhan bahan kimia (sesaat) untuk koreksi pH.
2. Pengadukan lambat untuk membentuk flok – flok (15 menit; 20 rpm). Pengadukan yang terlalu cepat dapat merusak flok yang telah terbentuk.
3. Penghapusan flok – flok dengan koloid yang terkurung dari larutan melalui sedimentasi (15menit atau 30menit; 0 rpm).
Adapun gambar alat Jar Test yaitu :
Gambar 2.5 : Bagan peralatan jar test flokulasi (Phipps dan Bir)
(Alaerts,1987)
6 pengaduk
On / Off pengaduk
Pengukur kecepatan putaran
Bak dengan lampu
On / Off lampu Bak dengan lampu
