BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 AIR
Air merupakan sumber daya alam yang di perlukan untuk hajat hidup orang banyak, bahkan oleh semua makhluk hidup. Oleh karena itu, sumber daya air harus dilindungi agar tetap dapat di manfaatkan dengan baik oleh manusia serta makhluk hidup yang lain.
Saat ini, masalah yang di hadapi oleh sumber daya air meliputi kuantitas air yang sudah tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus meningkat dan kualitas air untuk keperluan domestik yang semakin menurun. Kegiatan industri, domestik, dan kegiatan lain 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 pada sumber daya air. Oleh karena itu, di perlukan pengelolaan dan perlindungan sumber daya air secara saksama.
Ada pun penggolongan air menurut peruntukannya 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 di perkotaan,industri, dan pembangkit listrik tenaga air (Effendi, 2003).
Tubuh kita sebagian besar terdiri atas air. Proses kimia yang terjadi dalam tubuh kita yaitu disebut metabolisme, berlangsung dalam medium air. Molekul air juga ikut dalam banyak reaksi kimia metabolisme. Air merupakan alat untuk mengangkut zat dari bagian tubuh yang satu ke bagian lain. Misalnya: darah, yang sebagian besar terdiri atas air, mengalir ke seluruh bagian tubuh dan membawa oksigen yang terikat pada sel darah merah ke semua sel dalam tubuh. Air juga diperlukan untuk mengatur suhu tubuh.
Kualitas air ditentukan oleh banyak faktor, yaitu zat terlarut, zat yang tersuspensi, dan makhluk hidup, khususnya jasad renik, di dalam air. Air murni, yang tidak mengandung zat yang tidak terlarut, tidak baik untuk kehidupan kita. Sebaliknya zat yang terlarut ada yang bersifat racun. Apabila zat yang terlarut, zat yang tersuspensi dan makhluk hidup dalam air membuat kualitas air menjadi tidak sesuai untuk kehidupan kita, air itu disebut tercemar.
Pencemaran dapat berasal dari beberapa sumber. Sumber pencemaran yang paling utama di negara kita ialah limbah rumah tangga. Pencemaran itu berasal dari kira-kira 150 juta orang. Yang terkena dan menderita dari pencemaran itu juga berjuta orang (Mahida,1984).
2.1.1. Sumber Air
Secara garis besar dapat dikatakan air bersumber dari: 1. Air laut Kadar garam pada air laut sangat bervariasi dari setiap tempat. Misalnya hitam mempunyai kadar garam sangat tinggi dibandingkan dengan kadar garam pada Samudra Pasifik. Air laut mendapat pencemaran dari 3 tempat yaitu dari darat, udara dan laut. Dari darat hampir 90% bahan pencemar berasal dari darat, melalui sungai, air rembesan yang belum tersaring dengan baik, melalui pipa WC. Dari udara; bahan pencemar dibuang dari pesawat terbang. Dari laut; bahan pencemar dibuang dari kapal laut dan perahu nelayan. 2. Air hujan Air hujan setelah dianalisis maka diperoleh hasil sebagai berikut (data dikutip dari buku “Penyediaan Air Bersih Bagi Masyarakat” oleh Sugiharto, M.Sc,SPPH Tanjung karang,1993 yang berupa kutipan dari New York State Departement of Public Health); 1. Hardness/kekerasan (19 mg/l sebagai CaCO3); 2. Calcium (16 mg/l sebagai CaCO3); 3. Magnesium (3 mg/l sebagai MgCO3); 4. Sodium (6 mg/l sebagai Na); 5. Amonium (0,8 mg/l sebagai N); 6. Bicarbonate (12 mg/l sebagai CaCO3); 7. Acidity (4 mg/l sebagai CaCO3); 8. Chlorida (9 mg/l sebagai Cl); 9. Sulfate(10 mg/l sebagai SO4);
10. Nitrate (0,1 mg/l sebagai N); 11. pH 6,8
3. Air Tanah Air tanah disebut pula air tawar oleh karena tidak terasa asin. Berdasarkan lokasi air maka air tanah dapat dibagi dalam 2(dua) bagian yaitu: 1. Air permukaan tanah 2. Air jauh permukaan tanah (Gabriel,2001).
2.1.2 Karakteristik Badan Air
Badan air dicirikan oleh tiga komponen utama, yaitu komponen hidrologi, komponen fisika-kimia, dan komponen biologi. Penilaian kualitas suatu badan air harus mencakup ketiga komponen tersebut.
A. Air Permukaan (Surface Water) Air tawar berasal dari dua sumber, yaitu air permukaan (Surface Water) dan air tanah (groud water). Air permukaan adalah air yang berada disungai, danau, waduk, rawa, dan badan air lain, yang tidak mengalami infiltrasi kebawah tanah. Air hujan yang jatuh ke bumi dan menjadi air permukaan memiliki kadar bahan-bahan terlarut atau unsur hara yang sangat sedikit. Air permukaan biasanya bersifat asam, dengan nilai pH sekitar 4,2. Hal ini disebabkan air hujan melarutkan gas-gas yang terdapat di atmosfer,misalnya gas karbondioksida(CO2), sulfur(S), dan nitrogen oksida (NO2) yang dapat membentuk asam lemah.
B. Air Tanah (Groundwater) Air
tanah (groundwater) merupakan air yang berada dibawah permukaan
tanah. Air tanah ditemukan pada akifer. Karakteristik utama yang membedakan air tanah dengan air permukaan adalah pergerakan yang sangat lambat dan waktu tinggal yang sangat lama, dapat mencapai puluhan hingga ratusan tahun,oleh sebab itu pula air tanah akan sulit untuk pulih kembali jika mengalami pencemaran (Effendi,2003).
2.1.3. Masalah Pencemaran Air
Diperkenalkannya sistem pengangkutan air modern mengalihkan pembuangan sampah dari jalan-jalan dan daerah-daerah perkotaan ke aliran-aliran kali dan sungai. Inilah yang menjadi permulaan permasalahan pencemaran air itu. Dengan membengkaknya industri yang mengalirkan air sampah mereka ke dalam aliran-aliran kali diseputar mereka, maka aliran kali ini akan makin tercemar dan secara terus menerus menjadi tidak layak sebagai sumber persediaan air. Aliran kali tersebut juga menjadi tidak sehat sebagai penyediaan air untuk kebutuhan industri. Di banyak negara industri, aliran kali sudah sedemikian tercemar sehingga seterusnya menjadi tak layak sebagai sumber-sumber persediaan air tanpa sedikit pun dapat dipergunakan oleh rakyat di pinggiran kota untuk dimurnikan secara memadai guna kebutuhan manusia atau industri.
A. Sampah Industri Sampah-sampah air yang dihasilkan oleh proses-proses pabrik dan industri yang mempergunakan sejumlah air yang sedang sampai banyak disebut “ sampah industri ”. Industri yang mempergunakan proses-teknik tanpa air tidak meningkatkan
sampah industri cair. Istilah sampah industri pada umumnya terbatas pada sampah cair yang karena alasan warna, isinya yang padat, kandungan anorganik atau organik, kadar garam, keasaman, alkalinitas, dan sifat-sifat khas mereka yang beracun menimbulkan masalah-masalah pencemaran aliran air. Karena besarnya kebutuhan air dari banyak industri dan keperluan air untuk pembangkitan tenaga listrik dan untuk tujuan pendinginan, bangunan-bangunan industri, pabrik, penggilingan-penggilingan sering kali terpaksa didirikan di pematang-pematang sungai dan batang air lainnya. Pembuangan sampah cairan dari bangunan tersebut merupakan penyebab utama pencemaran sungai. Sampah industri berbeda-beda dalam jumlah dan kekuatan pencemarannya sesuai dengan produk dan proses pabrik dari mana mereka muncul. Beberapa sampah seperti air pendingin volumenya besar tetapi mengakibatkan sedikit pencemaran, yang lain volumenya secara relatif kecil tetapi mengandung konsentrasi zat organik dan anorganik. Sampah-sampah lain seperti air buangan (drainase) dari tambang batu bara dan air garam dari ladang-ladang minyak mempunyai sifat khas lain yang nyata. Secara luas sampah-sampah industri dapat dikelompokkan sesuai dengan sifat pokok pencemaran mereka seperti : (a) sampah-sampah (b) sampah organik yang dapat memuai, (c) sampah kimiawi (d) sampah-sampah beracun, dan (e) sampah-sampah radio-aktif. Namun demikian, dari segi kepraktisan dapat dikelompokkan ke dalam dua golongan ialah: (a) sampah-sampah yang tidak dapat memuai atau sampahsampah yang secara biologis lembab (b) sampah-sampah yang sudah memuai. Sampah-sampah industri sangat berbeda-beda sifat dan komposisinya. Mereka mempunyai satu atau lebih sifat khas yang membedakan satu antara yang lain seperti kebutuhan akan oksigen yang sangat tinggi disebabkan karena adanya zat-zat organik atau zat-zat pengurang anorganik; kadar zat padat mengambang yang tinggi,
kekeruhan yang tinggi dan warna, kandungan alkali dan kemasaman yang menonjol dan suhu yang tinggi. Adanya cairan-cairan yang mudah terbakar, pencemarpencemar yang menghambat seperti cyanida, sulfida, phenol, formaldehyda, logamlogam pencemar yang beracun, detergen-detergen sintetik sedangkan kadar minyak dan minyak pelumas tinggi merupakan sifat-sifat khas penting yang membedakan sampah industri dari limbah domestik normal (Mahida,1984).
B. Limbah Industri Limbah adalah buangan yang kehadirannya pada suatu saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki lingkungan karena tidak memiliki nilai ekonomi. Limbah yang mengandung bahan polutan yang memiliki sifat racun dan berbahaya dikenal dengan limbah B-3, yang dinyatakan sebagai bahan yang dalam jumlah relatif sedikit tetapi berpotensi untuk merusak lingkungan hidup dan sumber daya. Bila ditinjau secara kimiawi, bahan-bahan ini terdiri dari bahan kimia organik dan anorganik. Berdasarkan karakteristiknya, limbah industri dapat digolongkan menjadi 3 bagian: •
Limbah cair
•
Limbah gas dan partikel
•
Limbah padat ( Kristanto, 2002).
C. Indikator atau Tanda-Tanda Bahwa Air Lingkungan Telah Tercemar: 1. Adanya perubahan suhu air 2. Adanya perubahan pH 3. Adanya perubahan warna, bau dan rasa air 4. Timbulnya endapan, koloidal, bahan terlarut
5. Adanya mikroorganisme 6. Meningkatnya radioaktivitas di lingkungan
1. Perubahan suhu air Dalam kegiatan industri seringkali suatu proses disertai dengan timbulnya panas reaksi atau panas dari suatu gerakan mesin. Agar proses industri dan mesinmesin yang menunjang kegiatan terebut berjalan baik maka panas yang terjadi harus dihilangkan. Penghilangan panas dilakukan dengan proses pendinginan air. Air yang menjadi panas tersebut kemudian dibuang ke sungai maka air sungai akan menjadi panas. Air sungai yang suhunya naik akan mengganggu kehidupan hewan air dan organisme air lainnya karena kadar oksigen dalam air akan turun bersamaan dengan kenaikan suhu. Oksigen yang terlarut dalam air berasal dari udara yang secara lambat terdifusi ke dalam air. Makin tinggi kenaikan suhu air makin sedikit oksigen yang terlarut di dalamnya. 2. Perubahan pH atau konsentrasi ion hidrogen Air normal yang memenuhi syarat untuk suatu kehidupan mempunyai pH berkisar antara 6,5 – 7,5. Air yang memiliki pH lebih kecil dari pH normal akan bersifat asam, sedangkan air yang memiliki pH lebih besar dari normal akan bersifat basa. Air limbah dan bahan buangan dari kegiatan industri yang dibuang ke sungai akan mengubah pH air yang pada akhirnya akan mengganggu kehidupan organisme di dalam air. 3. Perubahan warna, bau dan rasa air Bahan buangan dan air limbah dari kegiatan industri yang berupa bahan anorganik dan bahan organik seringkali dapat larut di dalam air yang akan mengakibatkan perubahan warna air. Seringkali zat-zat yang beracun justru terdapat di
dalam bahan buangan industri yang tidak mengakibatkan perubahan warna air sehingga air tetap tampak jernih. Bahan buangan industri yang bersifat organik dan air limbah dari kegiatan industri pengolahan bahan makanan seringkali menimbulkan bau yang sangat menyengat hidung. Mikroba di dalam air akan mengubah bahan buangan organik, terutama gugus protein, secara degradasi menjadi bahan yang mudah menguap dan berbau. Timbulnya bau pada air lingkungan secara mutlak dapat dipakai sebagai salah satu tanda terjadinya tingkat pencemaran air yang cukup tinggi. Air normal yang dapat digunakan untuk suatu kehidupan pada umumnya tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Apabila mempunyai rasa (kecuali air laut) maka hal itu telah terjadi pelarutan sejenis garam-garaman. 4. Timbulnya endapan, koloidal dan bahan terlarut Endapan dan koloidal serta bahan terlarut berasal dari adanya bahan buangan industri yang berbentuk padat,jika tidak terlarut secara sempurna akan mengendap di dasar sungai dan yang terlarut sebagian akan menjadi koloidal. Endapan dan koloidal akan melayang di dalam air sehingga akan menghalangi masuknya sinar matahari ke dalam lapisan air yang akan mengganggu kehidupan mikroorganisme. Bahan buangan industri berupa bahan anorganik yang dapat larut maka air akan mendapat tambahan ion-ion logam yang berasal dari bahan anorganik tersebut. Banyak bahan anorganik yang memberikan ion-ion logam berat yang pada umumnya bersifat racun, seperti Cd, Cr, Pb. 5. Mikroorganisme Apabila bahan buangan yang harus didegradasi cukup banyak, berarti mikroorganisme
akan
ikut
berkembang
biak.
Pada
perkembangbiakan
mikroorganisme ini tidak tertutup kemungkinan bahwa mikroba patogen ikut berkembang pula. Mikroba patogen adalah penyebab timbulnya berbagai macam
penyakit. Pada umumnya industri pengolahan bahan makanan berpotensi untuk menyebabkan berkembangbiaknya mikroorganisme, termasuk mikroba patogen. 6. Meningkatnya radioaktivitas air lingkungan Mengingat bahwa zat radioaktif dapat menyebabkan berbagai macam kerusakan biologis baik secara langsung ataupun tidak langsung, maka tidak dibenarkan dan sangat tidak etis bila ada yang membuang bahan sisa radioaktif ke lingkungan. Secara nasional sudah ada peraturan perundangan yang mengatur masalah bahan sisa (limbah) radioaktif. Mengenai hal ini badan tenaga atom (BATAN) secara aktif mengawasi pelaksanaan peraturan perundangan tersebut. Salah satu sumber yang dapat
menaikkan
radioaktivitas
lingkungan
adalah
pembakaran
batubara
(Wardhana,2001).
2.2.
Amonia
Amonia (NH3) banyak digunakan dalam proses produksi urea, industri bahan kimia (asam nitrat, amonium posfat, amonium nitrat, dan amonium sulfat), serta industri bubur kertas dan kertas. Sumber amonia di perairan adalah pemecahan nitrogen organik (protein dan urea) dan nitrogen anorganik yang terdapat di dalam tanah dan air, yang berasal dari dekomposisi bahan organik (tumbuhan dan biota akuatik yang telah mati) oleh mikroba dan jamur.
Tinja dari biota akuatik yang merupakan limbah aktivitas metabolisme juga banyak mengeluarkan amonia. Sumber amonia yang lain adalah reduksi gas nitrogen yang berasal dari proses difusi udara atmosfer, limbah industri, dan domestik. Amonia yang terdapat dalam mineral masuk ke badan air melalui erosi tanah. Di perairan alami, pada suhu dan tekanan normal amonia berada dalam bentuk gas.
Selain terdapat dalam bentuk gas, amonia membentuk kompleks dengan beberapa ion logam. Amonia juga dapat terserap kedalam bahan-bahan tersuspensi dan koloidal sehingga mengendap didasar perairan. Amonia yang terukur diperairan berupa amonia total (NH3 dan NH4+). Amonia bebas tidak dapat terionisasi, sedangkan amonium (NH4+)
dapat terionisasi. Amonia bebas
meningkat dengan meningkatnya nilai pH dan suhu perairan.
Amonia bebas (NH3) yang tidak terionisasi (unionized) bersifat toksik terhadap organisme akuatik. Toksisitas amonia terhadap organisme akuatik akan meningkat jika terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, pH, dan suhu. Avertebrata air lebih toleran terhadap toksisitas amonia dari pada ikan. Sumber nitrogen yang dapat dimanfaatkan secara langsung oleh tumbuhan akuatik adalah nitrat (NO3), amonium (NH4) dan gas nitrogen (N2). Pupuk yang mengandung amonium, misalnya urea, berfungsi untuk menambah pasokan nitrogen dalam tanah yang dapat dimanfaatkan secara langsung oleh tumbuhan.
Kadar amonia pada perairan alami biasanya kurang dari 0,1 mg/liter. Kadar amonia yang tidak terionisasi pada perairan tawar sebaiknya tidak lebih dari 0,02 mg/liter. Jika kadar amonia bebas lebih dari 0,2 mg/liter, perairan bersifat toksik bagi beberapa jenis ikan. Kadar amonia yang tinggi dapat merupakan indikasi adanya pencemaran bahan organik yang berasal dari limbah domestik, industri dan limpasan (run-off) pupuk pertanian. Kadar amonia juga dapat ditemukan pada dasar danau yang mengalami kondisi tanpa oksigen (anoxic).
2.3.
Besi
Keberadaan besi pada kerak bumi menempati posisi keempat terbesar. Besi ditemukan dalam bentuk kation ferro (Fe2+) dan ferri (Fe3+). Pada perairan alami dengan pH sekitar 7 dan kadar oksigen terlarut yang cukup, ion ferro yang bersifat mudah larut dioksidasi menjadi ion ferri. Pada oksidasi ini terjadi pelepasan elektron. Sebaliknya, pada reduksi ferri menjadi ferro terjadi penangkapan elektron. Proses oksidasi dan reduksi besi tidak melibatkan oksigen dan hidrogen. Fe ++
Fe +++ + e –
Proses oksidasi dan reduksi besi biasanya melibatkan bakteri sebagai mediator. Bakteri kemisintesis Thiobacillus dan Ferrobacillus memiliki sistem enzim yang dapat menstransfer elekron dari ion ferro kepada oksigen.
Pada pH sekitar 7,5 – 7,7 ion ferri mengalami oksidasi dan berikatan dengan hidroksida membentuk Fe(OH)3 yang bersifat tidak larut dan mengendap (presipitasi) di dasar perairan, membentuk warna kemerahan pada substrat dasar. Pada perairan alami, besi berikatan dengan anion membentuk senyawa FeCl2, Fe(HCO3), dan Fe(SO4). Pada perairan yang diperuntukkan bagi keperluan domestik, pengendapan ion ferri dapat mengakibatkan warna kemerahan pada porselin, bak mandi, pipa air, dan pakaian. Kelarutan besi meningkat dengan menurunnya pH.
Sumber besi di alam adalah pyrite (FeS2), hematite (Fe2O3), magnetite (Fe3O4), lemonite [FeO(OH)], goethite (HFeO2), dan ochre [Fe(OH)3]. Senyawa besi pada umunya sukar larut dan terdapat cukup banyak ditanah. Kadar besi pada perairan yang
mendapat cukup aerasi (aerob) hampir tidak pernah lebih dari 0,3 mg/liter. Kadar besi pada perairan alami berkisar antara 0,05 – 0,2 mg/liter . Besi termasuk unsur esensial bagi makhluk hidup. Pada tumbuhan termasuk algae, besi berperan sebagai penyusun sitokrom dan klorofil. Kadar besi yang berlebihan selain dapat mengakibatkan timbulnya warna merah juga mengakibatkan karat pada peralatan yang terbuat dari logam. Pada tumbuhan, besi berperan dalam sistem enzim dan transfer elektron pada proses fotosintesis. Besi banyak digunakan dalam kegiatan pertambangan, industri kimia, bahan celupan, tekstil, penyulingan, minyak, dan sebagainya (Effendi, 2003).
2.4.
Spektrofotometer
Spektrofotometer adalah alat yang terdiri dari spektrofotometer dan fotometer. Spektrofotometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorbansi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara relative jika energi tersebut ditranmisikan, direfleksikan, atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Kelebihan spektrofotometer dibandingkan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih terseleksi dan diperoleh seperti prisma, grating atau pun celah optis (Khopkar,2003).
Berdasarkan sistem optiknya spektrofotometer dapat digolongkan dalam tiga macam yaitu : 1. Sistem optik radiasi berkas tunggal (single beam)
2. Sistem optik radiasi berkas ganda (double beam) 3. Sistem optik radiasi berkas terpisah (spilitter beam) Pada umumnya spektrofotometer UV-Vis berupa susunan peralatan optik yang terkonstruksi sebagai berikut : cell M
LS
SC
D
A
D
Gambar 2.4 : Bagan Spektrofotometer
Keterangan :
LS
: Light Source
M
: Monochromator
SC
: Sample Compariment
D
: Detector
A
: Amplifier
D
: Display
Setiap bagian peralatan optik dari spektrofotometer UV-Vis memegang fungsi peranan tersendiri yang saling terkait fungsi dan peranannya. Setiap fungsi dan peranan setiap bagian dituntut ketelitian dan ketepatan optimal. Sehingga diperoleh hasil pengukuran yang tinggi tingkat ketelitian dan ketepatannya.
a. Light Source (sumber radiasi) Sumber radiasi yang digunakan pada spektrofotometer UV-Vis adalah lampu deuterium, lampu tungsten-iodine, lampu merkuri. Sumber radiasi deuterium dapat dipakai pada daerah panjang gelombang 190 nm sampai 380 nm. Sumber radiasi tungsten merupakan campuran dari filamen tungsten dan gas iodin, oleh sebab itu disebut sebagai sumber radiasi “tungsten-iodine”. Sumber radiasi tungsten-iodine ini digunakan pada panjang gelombang 380-900 nm. Sumber radiasi merkuri, adalah suatu sumber radiasi mengandung uap merkuri dan biasanya sumber radiasi merkuri ini digunakan pada panjang gelombang 365 nm.
b. Monokromator Monokromator berfungsi untuk mendapatkan radiasi monokromatis dari sumber radiasi yang memancarkan radiasi polikromatis. Monokromator pada spektrofotometer UV-Vis biasanya terdiri dari susunan : celah (slit) masuk-filterprisma-kisi(grating)-celah keluar.
c. Sample compratment Harus diusahakan dalam keadaan bersih dan tertutup rapat untuk spektrofotometer UV-Vis dengan detektor tabung penggandaan foton. Kuvet atau sel merupakan wadah sampel yang akan dianalisis, ditinjau dari bahan yang dipakai membuat kuvet, ada dua macam yaitu : kuvet dari leburan silika (kuarsa) yang dapat dipakai untuk analisis kualitatif dan kuantitatif pada daerah pengukuran 190 – 1100 nm dan kuvet dari bahan gelas dipakai pada daerah pengukuran (380 – 1100 nm) karena bahan dari gelas mengabsorpsi radiasi UV.
d. Detektor Detektor merupakan salah satu bagian spektrofotometer UV-Vis yang penting. Fungsi detektor didalam spektrofotometer adalah mengubah sinyal radiasi yang diterima menjadi sinyal elektronik.
e. Amplifier Amplifier digunakan untuk menguatkan sinyal yang dikeluarkan oleh detektor.
f.
Visual display atau meter Digunakan untuk mencatat sinyal yang diberikan oleh amplifier
( Mulja,1995).
