BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Air dan Sifat-sifatnya Air merupakan suatu persenyawaan kimia yang sangat sederhana yang terdiri dari dua atom hidrogen (H) yang berikatan dengan satu atom oksigen (O). Secara simbolik air dinyatakan dengan H2O. Ini berarti didalam air tidak pernah dalam kondisi yang benar-benar murni. Bahan-bahan yang larut selalu terdapat didalamnya, yang berasal dari tanah, udara dan dari metabolisme jasad-jasad didalam air. Bahkan air hujan pun mengandung sedikit sekali bahan-bahan organik dan anorganik serta jenuh akan gas-gas pada tekanan udara yang bersangkutan. Jumlah dan jenis garam yang larut seringkali menentukan suasana komunitas jasad di suatu perairan. Pengaruhnya terhadap lingkungan yang ada didalamnya, yaitu : a. Dengan sifat-sifat fisiknya yaitu sebagai medium tempat hidup tumbuh-tumbuan dan hewan. b. Dengan sifat-sifat kimianya sebagai pembawa zat-zat hara yang diperlukan bagi bahan-bahan organik oleh tumbuh-tumbuhan dengan produksi primernya. (Gufron, M., 2007) . 2.2. Sumber Air a. Air laut Mempunyai sifat asin, karena mengandung garam NaCl. Kadar garam NaCl dalam air laut 3%. Dengan keadaan ini, maka air laut tak memenuhi syarat untuk air minum.
Universitas Sumatera Utara
b. Air atmosfir Dalam keadaan murni, sangat bersih, karena dengan adanya pengotoran udara yang disebabkan oleh kotoran-kotoran industri/debu dan lain sebagainya. Maka untuk menjadikan air hujan sebagai sumber air minum hendaknya pada penampungan air hujan jangan dimulai pada saat hujan mulai turun, karena masih banyak mengandung kotoran. Selain itu air hujan mempunyai sifat agresif terutama terhadap pipa-pipa penyalur maupun bak reservoir, sehingga hal ini akan menyebabkan terjadinya korosi (karatan). Juga air hujan ini mempunyai sifat lunak, sehingga akan boros terhadap pemakaian sabun. c. Air permukaan Adalah air hujan yang mengalir
dipermukaan bumi. Pada umumnya air
permukaan ini akan mendapat pengotoran selama pengalirannya, misalnya oleh lumpur, batang-batang kayu, daun-daun, kotoran industri kota dan sebagainya. Beberapa pengotoran ini untuk masing-masing air permukaan akan berbedabeda, tergantung pada daerah pengaliran air permukaan ini. Jenis pengotornya adalah merupakan kotoran fisik, kimia dan bakteriologi. Air permukaan ada 2 macam yaitu : 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.
Universitas Sumatera Utara
2. Air rawa/danau. Kebanyakan air rawa ini berwarna yang disebabkan oleh adanya zat-zat organis yang telah membusuk, misalnya asam humus yang larut dalam air yang menyebabkan warna kuning yang coklat. Dengan adanya pembusukan kadar zat organis tinggi, maka umumnya kadar Fe dan Mn akan tinggi pula dan dalam keadaan kelarutan O2 kurang sekali (anaerob), maka unsur-unsur Fe dan Mn akan larut. Pada permukaan air akan tumbuh alga (lumut) karena adanya sinar matahari dan O2. Jadi untuk pengambilan air, sebaiknya dalam kedalaman tertentu ditengahtengah agar endapan-endapan Fe dan Mn tak terbawa, demikian pula dengan lumut yang ada pada permukaan rawa/telaga. d. Air tanah Air tanah terbagi atas : 1. Air tanah dangkal Terjadi karena daya proses peresapan air dari permukaan 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 mempunyai unsur-unsur kimia tertentu untuk masing-masing lapisan tanah. Lapisan tanah disini berfungsi sebagai saringan. Disamping penyaringan, pengotor juga masih terus berlangsung, terutama pada permukaan air yang dekat dengan permukaan tanah, setelah menemui lapisan rapat air, air akan terkumpul merupakan air tanah dangkal dimana air tanah ini dimanfaatkan untuk sumber air minum melalui sumur-sumur dangkal. Air tanah dangkal ini dapat pada kedalaman 15 m. Sebagai sumber air minum, air tanah dangkal ini ditinjau dari segi kualitas agak baik. Kuantitas kurang cukup dan tergantung pada musim.
Universitas Sumatera Utara
2. Air tanah dalam Terdapat setelah lapis 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 100300 m) akan didapatkan suatu lapisan air. Jika tekanan air tanah ini besar, maka air dapat menyembur ke luar dan dalam keadaan ini, sumur ini disebut dengan sumur artetis . Jika air tak dapat ke luar dengan sendirinya, maka digunakanlah pompa untuk membantu pengeluaran air tanah dalam ini. Kualitas pada air tanah pada umumnya mencukupi (tergantung pada lapisan keadaan tanah) dan sedikit pengaruh oleh perubahan musim. 3. Mata air Adalah air tanah yang keluar dengan sendirinya ke permukaan tanah, mata air yang berasal dari tanah dalam, hampir tidak terpengaruh oleh musim dan kualitasnya sama dengan keadaan air dalam. (Sutrisno,C.T.,2006)
2.3. Syarat-Syarat Air Minum Pada umumnya ditentukan beberapa standar disetiap negara menurut : -
Kondisi negara masing-masing
-
Perkembangan ilmu pengetahuan
-
Perkembangan teknologi. Dengan demikian dikenal beberapa standar air minum :
1. American Drinking Water Standard 2. British Drinking Water Standard 3. W.H.O. Drinking Water Standard
Universitas Sumatera Utara
Dari segi kualitas air minum harus memenuhi : a. Syarat fisik Adapun syarat-syarat fisik yang ditentukan, yaitu : -
Air tak boleh berwarna
-
Air tak boleh berasa
-
Air tak boleh berbau
-
Suhu air hendaknya (suhu udara ± 3o C)
-
Air harus jernih.
b. Syarat kimia Air minum tidak boleh mengandung racun, zat-zat mineral atau zat-zat kimia tertentu dalam jumlah melampaui batas yang telah ditentukan. (Sutrisno,C,T., 2006) c. Syarat biologi Kualitas air ditentukan oleh kehadiran dan jumlah Coli didalamya, yaitu air minum dan untuk air lainnya. Penentuan kehadiran mikroba didalam air, berdasarkan kebutuhannya untuk mengetahui ada tidaknya jenis yang berbahaya sebagai penyebab penyakit, penghasil toksin dan penyebab pencemaran air. (Suriawiria,U.,1993)
2.4. Proses pengolahan air 1. Bendungan Sumber air baku yang digunakan adalah air sungai yang diambil melalui bangunan bendungan dengan panjang 25 m (sesuai lebar sungai) dan tinggi ± 4 m dengan sisi kiri bendungan dibuat sekat berupa saluran penyadap yang lebarnya 2 m dilengkapi dengan pintu pengatur ketinggian air kemudian air masuk ke intake (tempat masuknya air baku).
Universitas Sumatera Utara
2. Intake (tempat masuknya air baku) Bendungan ini adalah saluran bercabang dua yang dilengkapi dengan bar screen (saringan kasar) dan fine screen (saringan halus) yang berfungsi untuk mencegah masuknya kotoran-kotoran yang terbawa arus sungai. Masing-masing saluran dilengkapi dengan pintu pengatur ketinggian air (sluice gate) dan penggerak elektromotor. Pemeriksaan maupun pembersihan saringan dilakukan secara periodik untuk menjaga kestabilan air masuk. 3. Raw Water Tank (RWT) RWT (bak pengendap) dibangun setelah intake yang terdiri dari dua buah unit. Setiap unitnya berdimensi 23,3 m x 20 m, tinggi 5 m, dilengkapi dengan dua bua outlet gate dan pintu bilas dua buah berfungsi sebagai tempat pengendapan lumpur dan pasir yang bersifat sedimen. 4. Raw Water Pump (RWP) RWP (pompa air baku) berfungsi untuk memompa air dari RWP ke splitter box (tempat pembubuhan koagulan) berupa alum, dengan dosis normal rata-rata 20 – 25 g/m3 air dan pendistribusian air kemasing-masing clearator yang terdiri dari 5 unit pompa air baku. 5. Clearator (proses penjernihan air) Clearator terdiri dari 4 unit, dengan kapasitas masing-masing 350 L/detik yang bervolume 1.700 m3 berfungsi sebagai tempat proses pemisahan antara flok-flok yang bersifat sedimen dengan air bersih hasil olahan melalui pembentukan pengendapan flok-flok yang menggunakan pengaduk lambat. Endapan flok-flok ini dibuat sesuai dengan tingkat ketebalannya secara otomatis.
Universitas Sumatera Utara
6. Filter (penyaringan) Dari clearator dilairkan ke filter untuk menyaring kekeruhan berupa flok-flok halus dan kotoran-kotoran lain yang lolos dari clearator melalui pelekatan pada media filter. Dimensi masing-masing filter ini adalah lebar 4 m, panjang 8,25 m, tinggi 6,25 m, tinggi permukaan air maksimum 5,05 m, tebal media filter 114 cm, dengan lapisanlapisan sebagai berikut : a. Pasir kwarsa, 0,45 – 1,20 mm, dengan ketebalan 61 cm. b. Pasir kwarsa, 1,80 – 2,00 mm, dengan ketebalan 15 cm. c. Kerikil halus, 4,75 – 6,30 mm, dengan ketebalan 8 cm. d. Kerikil sedang, 6,30 – 10,00 mm, dengan ketebalan 7,5 cm. e. Kerikil kasar, 20,00 – 40,00 mm, dengan ketebalan 15 cm. Dalam jangka waktu tertentu filter ini harus dibersihkan dari endapan yang mengganggu proses penyaringan dengan menggunakan elektromotor. 7. Reservoir (tempat penampung air bersih) Reservoir ini berupa bendungan beton berdimensi panjang 50 m, lebar 40 m dan tinggi 7 m berfungsi untuk menampung air bersih atau air hasil olahan setelah melewati media filter dengan kapasitas ± 12.000 m3 dan kemudian di distribusikan kepelanggan melalui reservoir-reservoir distribusi berbagai cabang. Air bersih yang mengalir dari filter ke reservoir dibubuhi klor (post chlorination) dan untuk netralisasi dibutuhkan larutan kapur jenuh (soda ash). 8. Finish Water Pump (FWP) FWP (pompa air bersih) berfungsi untuk mendistribusikan air bersih dari reservoir utama di instalasi ke reservoir-reservoir distribusi dicabang melalui pipa transmisi 1.000 mm dan 80 mm. FWP ini terdiri dari 5 unit pompa.
Universitas Sumatera Utara
9. Sludge lagoon (tempat penampungan air buangan) Daur ulang adalah cara paling tepat dan aman dalam mengatasi dan meningkatkan kualitas lingkungan. Prinsip ini telah mendorong perusahaan untuk membangun sarana pengolahan limbah berupa sludge lagoon. Lagoon ini berfungsi sebagai media penampung air buangan bekas pencucian sistem pengolah dan kemudian air tersebut disalurkan kembali ke RWT untuk diproses kembali. 10. Monitoring System (sistem pengawasan) Metode pengawasan selama proses pengolahan dimasing-masing unit oleh petugas dilakukan secara langsung dan tidak langsung. Fasilitas ini dapat memperlihatkan secara langsung kondisi proses pengolahan dari ruang tertentu baik terhadap kuantitas, kualitas maupun kontinuitas olahan. Fasilitas ini didesain sedemikian rupa sehingga dapat mempermudah pengawasan terhadap proses pengolahan air menurut standar dan ketentuan yang berlaku. (Katalog PDAM Tirtanadi Medan)
2.5. Penyediaan Air Bersih Upaya penyediaan air bersih, khususnya pada daerah yang berpenduduk padat dan daerah yang sulit memperoleh air dapat dilakukan dengan memanfaatkan berbagai sumber air yang diolah dengan teknik tertentu. Secara umum untuk berbagai pemanfaatan ditetapkan adanya peraturan pemerintah R.I. (24/LA-18/1981) tentang kriteria dan standar kualitas nasional yang membagi air dan kegunaannya dalam empat golongan yaitu : a. Golongan A Air baku yang digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa melalui proses pengolahan terlebih dahulu.
Universitas Sumatera Utara
b. Golongan B Air baku yang baik untuk air minum maupun rumah tangga serta dapat dimanfaatkan untuk keperluan lainnya namun tidak sesuai dengan golongan A c. Golongan C Air baku yang baik untuk kepentingan perikanan dan peternakan serta masih dapat dimanfaatkan untuk keperluan lainnya, akan tetapi tidak sesuai seperti golongan A dan B. d. Golongan D Air baku untuk keperluan pertanian dan dapat dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri listrik, tenaga air, serta untuk keperluan lainnya tetapi tidak sesuai untuk keperluan golongan A, B, dan C. (Ryadi, A.,1996).
2.6. Permanganometri Permanganometri merupakan titrasi yang dilakukan berdasarkan reaksi oleh kalium permanganat (KMnO4). Reaksi ini difokuskan pada reaksi oksidasi dan reduksi yang terjadi antara KMnO4 dengan bahan baku tertentu. Titrasi dengan KMnO4 sudah dikenal lebih dari seratus tahun. Kebanyakan titrasi dilakukan dengan cara langsung atas alat yang dapat dioksidasi seperti Fe2+, asam atau garam oksalat yang dapat larut dan sebagainya. Beberapa ion logam yang tidak dioksidasi dapat dititrasi secara tidak langsung dengan permanganometri seperti: 1. Ion-ion Ca, Ba, Sr, Pb, Zn, dan Hg (I) yang dapat diendapkan sebagai oksalat. Setelah endapan disaring dan dicuci, dilarutkan dalam H2SO4 berlebih sehingga terbentuk asam oksalat secara kuantitatif. Asam oksalat inilah yang akhirnya dititrasi dan hasil titrasi dapat dihitung banyaknya ion logam yang bersangkutan. 2. Ion-ion Ba dan Pb dapat pula diendapkan sebagai garam kromat. Setelah disaring, dicuci, dan dilarutkan dengan asam, ditambahkan pula larutan baku FeSO4
Universitas Sumatera Utara
berlebih. Sebagian Fe2+ dioksidasi oleh kromat tersebut dan sisanya dapat ditentukan banyaknya dengan menitrasinya dengan KMnO4.
2.6.1. Oksidasi Dengan Kalium Permanganat Zat pengoksidasi yang yang berharga dan sangat kuat ini paling mula diperkenalkan dalam analisis titrimetri oleh F. Margueritte untuk titrasi besi (II), dalam larutan-larutan asam, reduksi ini dapat dinyatakan dengan persamaan berikut : MnO4- + 8H+ + 5e
Mn2+ + 4H2O
Sehingga ekuivalennya adalah seperlima mol, yaitu 158,03/5, atau 31,606. Potensial standar dalam larutan asam menurut perhitungan adalah 1,51 volt, maka ion permanganat dalam larutan asam adalah zat pengoksidasi yang kuat. Asam sulfat adalah asam yang paling sesuai, karena tak bereaksi terhadap permanganat dalam larutan encer. Dengan asam klorida, ada kemungkinan terjadi reaksi : 2MnO4- + 10Cl- + 16H+
2Mn2+ + 5Cl2 + 8H 2O
Kalium permanganat bukanlah suatu standar primer. Zat ini sukar diperoleh sempurna murni dan bebas sama sekali dengan mangan dioksida. Lagi pula air suling yang biasa mungkin mengandung zat-zat pereduksi (runutan bahan-bahan organik, dan sebagainya), yang akan bereaksi dengan kalium permanganat itu dengan mangan oksida. Adanya zat yang disebut diakhir ini sangatlah mengganggu, karena ia mengkatalisis penguraian sendiri dari larutan permanganat setelah didiamkan. (Vogel,A.I.,1994) Titik akhir permanganat tidak permanen dan warnanya dapat hilang karena : 2MnO4- + 3Mn2+ + 2H2O ungu
5MnO2 + 4H+ tidak berwarna
Universitas Sumatera Utara
Larutan dalam air tidak stabil dan air teroksidasi dengan cara : 4MnO4- + 2H 2O
4MnO2 + 3O2 + 4OH-
Penguraiannya dikatalisis oleh cahaya panas asam-basa, ion Mn(II) dan MnO2. MnO2 biasanya terbentuk dari dekomposisinya sendiri dan bersifat auto-katalitik. Untuk mempersiapkan larutan standar KMnO4, harus dihindarkan adanya MnO2. KMnO4 dapat distandarkan terhadap H2C2O4 : 2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+
2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O
(Khopkar,S.M.,2003)
2.6.2. Sumber Kesalahan Permanganometri Sumber-sumber kesalahan pada titrasi permanganometri, antara lain terletak pada larutan pentiter KMnO4 pada buret. Apabila percobaan dilakukan dalam waktu yang lama, larutan KMnO4 pada buret yang terkena sinar akan terurai menjadi MnO2 sehingga pada titik akhir titrasi akan diperoleh pembentukan presipitasi coklat yang seharusnya adalah larutan berwarna merah rosa. Pemberian KMnO4 yang terlalu cepat pada larutan H2C2O4 yang telah ditambahkan H2SO4 dan telah dipanaskan cenderung menyebabkan reaksi antara MnO4- dengan Mn2+ : MnO4- + 3Mn2+ + 2H2O
↔ 5MnO2 + 4H+
Pemberian KMnO4 yang terlalu lambat pada larutan H2C2O4 yang telah ditambahkan H2SO4 dan telah dipanaskan mungkin akan terjadi kehilangan oksalat karena membentuk peroksida yang kemudian terurai menjadi air. H2C2O4 + O2
H2O2 + 2CO2↑ (http://id.wikipedia.org/wiki/Permanganometri)
Universitas Sumatera Utara
Metode permanganometri didasarkan pada reaksi oksidasi ion permanganat. Oksidasi ini dapat berlangsung dalam suasana asam, netral dan alkalis: MnO4- + 8H+ + 5e
Mn2+ + 4H2O
Kalium permanganat dapat bertindak sebagai indikator dan umumnya titrasi dilakukan dalam suasana asam karena akan lebih mudah mengalami titik akhir titrasinya. Reaksi dalam suasana netral yaitu : MnO4- + 4H+ + e
MnO4 + 2H2O
Kenaikan konsentrasi ion hidrogen akan menggeser reaksi kekanan dalam suasana alkalis : MnO4- + e
MnO42-
MnO42- + 2H2O + 2e
MnO2 + 4OH-
MnO4- + 2H2O + 3e
MnO2 + 4OH-
Larutan ini lambat dalam larutan asam, tetapi sangat cepat dalam larutan netral. Karena alasan ini larutan kalium permanganat jarang dibuat dengan melarutkan jumlah-jumlah yang ditimbang dari zat padatnya yang sangat dimurnikan misalnya proanalisis dalam air lebih lazim adalah untuk memanaskan suatu larutan yang baru saja dibuat sampai mendidih dan mendiamkannya dipenangas uap selama satu/dua jam lalu menyaring larutan itu dalam suatu penyaring yang tak mereduksi yang telah dimurnikan atau melalui kain saring dari kaca maser. Permanganat bereaksi secara cepat dengan banyak agen pereduksi berdasarkan perbedaan ini, namun beberapa pereduksi membutuhkan pemanasan atau penggunaan sebuah katalis untuk mempercepat reaksi. Kelebihan sedikit permanganat yang hadir
Universitas Sumatera Utara
pada titik akhir titrasi cukup untuk mengakibatkan terjadinya endapan sejumlah MnO2. Tindakan pencegahan khusus harus dilakukan dalam pembuatan larutan permanganat. Mangan dioksida mengkatalisis dekomposisi larutan permanganat, jejak-jejak dari MnO2 yang ada dalam permanganat atau dari agen-agen pereduksi didalam air mengarah kepada dekomposisi. Tindakan ini biasanya berupa larutan kristal-kristalnya, pemanasan untuk menghancurkan substansi yang dapat direduksi dan penyaringan melalui gelas yang disenter untuk menghilangkan MnO2.. (http://medicafarma.bogspot.com/2008/04/permanganometri.html)
2.6.3. Zat Organik (Sebagai KMnO4) Zat organik yang terdapat di alam bisa berasal dari : a. Alam misalnya minyak, tumbuh-tumbuhan, serat-serat minyak dan lemak hewan, alkohol, selulosa, gula, pati dan sebagainya. b. Sintesa misalnya berbagai persenyawaan dan buah-buahan yang dihasilkan dari proses-proses dalam pabrik. c. Fermentasi misalnya alkohol, aseton, gliserol, antibiotik, asam-asam dan sejenisnya yang berasal dari kegiatan mikroorganisme terhadap bahan-bahan organik. Dengan melihat proses asal terjadinya bahan-bahan organik tersebut dapat diketahui bahwa sumber utama dari bahan-bahan tersebut adalah kegiatan-kegiatan rumah tangga dan proses-proses industri, tanpa mengkesampingkan adanya bahanbahan organik yang berasal dari kegiatan-kegiatan dalam bidang pertanian, peternakan dan pertambangan. Adanya bahan-bahan organik dalam air erat hubungannya dengan terjadinya perubahan sifat fisik dari air, terutama dengan timbulnya warna, bau dan rasa dan
Universitas Sumatera Utara
kekeruhan yang tidak diinginkan. Adanya zat organik dalam air dapat diketahui dengan menentukan angka permanganatnya. Walaupun KMnO4 sebagai oksidator yang dipakai tidak dapat mengoksidasi semua zat organik yang ada, namun cara ini sangat praktis dan cepat pengerjaanya. Standar kandungan bahan organik dalam airminum menurut Dep. Kes. R.I. maksimal yang diperbolehkan adalah 10 mg/L. Pengaruh terhadap kesehatan yang dapat ditimbulkan oleh penyimpangan terhadap standar ini adalah timbulnya bau yang tidak sedap pada air minum, dan dapat menyebabkan sakit perut. (Sutrisno,C.T., 2006)
2.6.4. Uji Nilai Permanganat Nilai permanganat adalah jumlah miligram kalium permanganat yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat organik dalam 1000 ml air pada kondisi mendidih. Penentuan nilai permanganat dengan metode oksidasi suasana asam dalam contoh air yang mempunyai kadar klorida kurang dari 300 mg/L Cl-. Prinsip pengujian adalah zat organik didalam air dioksidasi dengan KMnO4 direduksi oleh asam oksalat berlebih. Kelebihan asam oksalat dititrasi kembali dengan KMnO4. Menurut reaksi : a. Reaksi oksidasi KMnO4 dalam kondisi asam sebagai berikut : 2KMnO4 + 3H2SO4
2MnSO4 + K2SO4 + 5On + 3H2O
b. Oksidasi KMnO4 dalam kondisi basa sebagai berikut : 2KMnO4 + H2O
2MnO2 + 2KOH + 3On + 3H 2O
c. Zat organik dapat dioksidasi dengan reaksi sebagai berikut : C2H2O + On + 4OH-
2CO2 + 2H 2O (SNI 06 – 6989.22 – 2004)
Universitas Sumatera Utara
