BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. AIR BAKU Air baku adalah adalah air bersih yang dipakai untuk keperluan air minum , rumah tangga dan industri. Air siap dikonsumsi ( portable water ) adalah air yang aman dan sehat karena air
rentan terhadap penyebaran
penyakit yang disebarkan melalui air ( water borne desease ). Adapun sumber air baku adalah air permukaan, mata air dan ait tanah. Sedangkan macam – macam air baku di alam adalah : air sungai, air danau/waduk,rawa, air tanah dan mata air serta air laut.. Air yang tercemar baik secara fisik, kimiawi maupun mikrobiologik, apabila diminum atau digunakan untuk masak, mandi dan mencuci, dapat menimbulkan penyakit atau gangguan kesehatan. Penyakit atau gangguan kesehatan yang dapat timbul karena air yang tercemar dapat dibagi dalam dua golongan, yaitu penyakit menular dan penyakit tidak menular.[16] Adapun air minum ialah air yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum. Sedangkan air bersih adalah air yang dipergunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak. Air dapat dikatakan sebagai air bersih apabila memenuhi 4 syarat yaitu syarat fisik, kimia, biologis, radioaktif sesuai dengan Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No. 907/Menkes/SK/VII/2002.[17] a. Syarat fisik, ditentukan oleh faktor-faktor kekeruhan ( turbidity ), warna, bau, dan rasa serta jernih. b. Syarat Kimia, meliputi tidak terdapat bahan kimia tertentu seperti Arsen (As), besi (Fe), Fluorida (F), Chlorida (C), kadar merkuri (Hg), dan lain – lain. c. Syarat Biologis Syarat biologis air ditentukan oleh kehadiran mikroorganisme patogen maupun non pathogen seperti bakteri, virus, protozoa.. Mikroorganisme
coli
digunakan sebagai indikator untuk mengetahui air telah
terkontaminasi oleh bahan buangan organic. d. Syarat Radioaktif Bahan buangan yang memberikan emisi sinar radioaktif sangat membahayakan bagi kesehatan, dapat menimpa manusia melalui makanan atau minuman yang telah tercemar.
B. MERKURI ( Hg ) 1. Karakteristik Merkuri. Merkuri adalah unsur renik pada kerak bumi, dalam susunan berkala periodik memiliki Nomor Atom 80, golongan IIb berperiode VI, bernama Hydrargyricum ( Hg ) (www.EPA.Gov). Merkuri dalam bahasa Indonesia dikenal dengan nama air raksa, merupakan logam dengan Berat Atom 200.61 dengan BD-nya 13.6. titik didih 35.7 o C dan titik bekunya – 38. 85 oC. Karena merkuri titik didihnya rendah, maka pada suhu biasa (suhu kamar) sudah dapat mencair serta mudah menguap dan uapnya sangat beracun terhadap tubuh.[18] Kebanyakan merkuri di alam merupakan gabungan antar elemen alam dan elemen yang bersumber kepada kegiatan manusia, jarang dalam bentuk terpisah. Di alam merkuri tersebar di karang-karang, tanah, udara, air dan organisma hidup melalui proses fisik, kimia, biologi yang kompleks. Penggunaan merkuri sangat luas dalam berbagai bidang baik industri, pertanian, pendidikan, dan sebagainya. Merkuri
mempunyai
sifat: a. Merupakan satu satunya logam yang berbentuk cair pada suhu kamar, dan mempunyai titik beku terendah dari semua logam. b. Mempunyai vatalitas tinggi. c. Memiliki tahanan listrik terendah dari semua logam sehingga merupakan konduktor terbaik. d. Banyak logam dapat larut dalam merkuri membentuk komponen yang disebut amalgam ( alloy ).
e. Semua komponennya mempunyai sifat racun terhadap semua mahluk hidup. Merkuri digunakan dalam berbagai keperluan seperti industri khlor, alat-alat listrik, cat, instrument, sebagai katalis, kedokteran gigi, pertanian, alat-alat laboratorium, obat-obatan, industri kertas, amalgam dan sebagainya. Penggunaan yang terbesar adalah dalam industri khlor alkali dimana di produksi khlorin ( Cl2 ) dan soda kaustik dengan cara elektrolisis larutan garam NaCl. Kedua bahan kimia tersebut sangat banyak kegunaannya sehingga di produksi dalam jumlah yang tinggi setiap tahun. Dalam proses tersebut merkuri berperan sebagai katoda dari sel elektrolisis. Kegunaan lain adalah untuk memproduksi alat-alat listrik seperti lampu uap merkuri, untuk penerangan jalan dan pabrik sebab biaya instalasi dan operasinya lebih rendah dibandingkan lampu pijar serta dapat dioperasikan pada voltase tinggi. Merkuri juga digunakan untuk baterai karena
mempunyai umur lebih panjang daripada baterai lainnya dan
berfungsi sebagai fungisida untuk membunuh jamur dalam cat, pulp, kertas dan industri-industri pertanian. Penambahan komponen merkuri ke dalam cat digunakan di daerah lembab sebagai pengawet lateks dan untuk mencegah lapuk. Pada cat kapal sebagai anti jamur dan anti lapuk. Industri pulp dan kertas menggunakan Fenil Merkuri Asetat ( FMA ) untuk mencegah lendir pada proses pengolahan
dan penyimpanan. Dalam
bidang pertanian untuk mencegah tumbuhnya kapang. Umumnya merkuri digunakan sebagai katalis pada industri-industri kimia, terutama industri vinil khloride yang merupakan bahan dasar plastik. Rumus empiris zeolit: M 2n O. Al 2 O 3. X Si O 3.Yh 2 O [19] Dimana : M
= Kation alkali / alkali tanah
n
= Valensi logam alkali
x
= Bilangan tertentu ( 2 s/d 10 )
y
= Bilangan tertentu ( 2 s/d 7 )
2. Pencemaran Merkuri (Hg) di air dan lingkungan. Dapat digambarkan secara teoritis siklus besar merkuri di alam sebagaimana gambar 2.1.
Gambar 2.1. Siklus Merkuri di lingkungan Sumber : WWW. Srs.Gov/general/Pubs/fultex.
Pencemaran lingkungan dilakukan oleh industri-industri dan kegiatan lain, melalui air buangan atau melalui sistem ventilasi udara. Merkuri yang terbuang ini kemudian mengkontaminasi sungai, pantai atau badan air yang terdapat di sekitarnya, air ini kemudian mengkontaminasi ganggang dan ikan-ikan kecil. Ikan-ikan kecil dimakan oleh ikan atau hewan air yang lebih besar atau masuk melalui insang, demikian pula dengan kerang mengumpulkan merkuri di dalam tubuhnya. Kadar merkuri yang mengkontaminasi langsung pada tubuh ikan yaitu antara 0.0005 – 0.075 ppm. Ikan-ikan dan kerang ini kemudian dikonsumsi oleh manusia sehingga sedikit demi sedikit merkuri terkumpul dan berakumulasi dalam tubuh manusia.[20] Secara skematis proses pencemaran sungai Barito oleh merkuri dapat dilihat pada gambar 1.1. berikut :
Penyedotan pasir dan air
1. 2. 3.
Besar butiran Lama kontak pH
Air raksa
Sisa air raksa
Amalgam & platina
Partikel padat
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Besar butiran Lama kontak pH Keaktifan zeolit Suhu Kekeruhan Gambar 1.1. Skematis pencemaran Hg pada sungai Barito.
Di bidang pertanian penggunaan merkuri menyebabkan buah-buahan dan sayuran tercemar merkuri yang akhirnya masuk ke dalam tubuh manusia. Gambar 2.2. berikut menerangkan aliran merkuri di biosfir Bahan-bahan I d ti
Fungisida Sungai & Laut
Air Minum
Biodegradasi
Dimakan Manusia
Fitoplankton Zooplankton
Ikan & Kerang
Usus halus Burung Ekskresi
Otak & Syaraf
Hati
Ginjal
Gambar 2.2. Aliran merkuri (Hg) di biosfir Sumber : Srikandi Fardiaz (2003).
Kotoran
Adapun merkuri dapat masuk ke lingkungan secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung merkuri dilepaskan sebagai effluent pembuangan dari proses pabrik yang menggunakan bahan fosil seperti batubara (mengandung 0,5 ppm merkuri). Sedangkan cara tidak langsung yaitu pembakaran kertas yang mengandung merkuri.[21] 3. Pengaruh Merkuri terhadap manusia. Merkuri termasuk dalam kelompok logam berat. Karena mempunyai berat atom lebih dari 50, bila terserap tubuh manusia, logam berat akan bertindak sebagai racun. [22] Menteri Negara KLH mengungkapkan bahwa
berdasarkan
tingkat ketoksikannya logam berat dapat digolongkan kedalam 3 kelompok yaitu : a.
Kelompok toksik tinggi yaitu Hg, Cd, Pb, Cu, dan Zn.
b.
Kelompok toksik menengah yaitu Cr, Ni, dan Co.
c.
Kelompok toksik rendah yaitu Mn dan Fe. Merkuri maupun ikatannya sangat beracun terhadap tubuh.
Masuknya ke dalam tubuh biasanya berupa uap air raksa atau uap persenyawaannya, yaitu melalui pernapasan, absorbsi kulit dengan jalan kontak atau bersentuhan dan melalui saluran pencernaan (mulut).[23] Peristiwa keracunan merkuri di seluruh dunia, sebagaimana tabel 2.1. Tabel 2.1. Peristiwa Keracunan Merkuri ( Hg ) di seluruh dunia Lokasi Minamata – Jepang
Tahun 1953-1960
Irak
1961
Pakistan
1963
Guatemala
1966
Nigata – Jepang 1968 Sumber : Heryando Palar ( 2009 ).
Akibat 43 orang meninggal 68 orang cidera 35 orang meninggal 321 orang cidera 4 orang meninggal 34 orang cidera 5 orang meninggal 20 orang cidera 25 orang meninggal
Masuknya merkuri ke dalam tubuh manusia terutama melalui makanan dan minuman. Keberadaan merkuri di dalam tubuh tidak terlepas dari 3 senyawa merkuri yaitu: senyawa merkuri anorganik termasuk logam
merkuri, senyawa alkil merkuri yang mempunyai struktur hidrokarbon rantai lurus, senyawa aril merkuri dengan struktur yang mengandung cincin hidrokarbon aromatik.[24] Faktor – faktor yang mempengaruhi efektivitas penurunan kadar merkuri adalah suhu karena mempengaruhi kecepatan reaksi kimia dengan persamaan reaksi sebagai berikut 4 Hg + O2 Æ 2Hg2O, besar
butiran
( diameter ) yang efektif yaitu 80 mesh atau 0,2 mm, lama kontak yang efektif adalah 1 jam, potensial hidrogen ( pH ) dengan persamaan reaksi : 2Hg + H2Æ 2HgH akan menentukan korositas bila lebih kecil / besar, kekeruhan yang dapat mempengaruhi proses pertukaran ion zeolit dengan reaksi pemanasan sebagai berikut : HgS + O2 Æ Hg + SO2 4. Pemecahan masalah Merkuri. Merkuri memiliki sifat-sifat mencemari udara, dalam bentuk
cair, mudah
: volatil yang
dapat
menyebar
sulit
dan
dikumpulkan, bisa mengalami translokasi di dalam tanaman dan hewan. Alternatif pengolahan air antara lain dengan zeolit, pasir, kerikil, kapur, resin, pemanasan, dan pertukaran ion. Beberapa upaya yang dapat dilakukan untuk mencegah terjadinya pencemaran merkuri di lingkungan yaitu : Pestisida alkil merkuri, pestisida, industri mengurangi jumlah merkuri sampai batas normal. Rekomendasi tersebut masih belum dapat memecahkan pencemaran merkuri di lingkungan. Pencemaran tetap terjadi di sungai dan danau dan menghasilkan CH3Hg+ yang dilepaskan ke badan air.[23]
C. KARAKTERISTIK ZEOLIT. 1. Pengertian Zeolit. Zeolit berasal dari kata “ Zein “ (bahasa Yunani) yang berarti membuih dan “ Lithos “ berarti Batu. Nama ini sesuai dengan sifat zeolit yang akan membuih bila dipanaskan pada suhu 100 oC.
Zeolit merupakan mineral yang terdiri dari kristal aluminosilikat terhidrasi, mengandung kation alkali atau alkali tanah. Ion ion zeolit dapat diganti oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolit dan dapat menyerap secara reversibel. Jadi zeolit terdiri dari 3 komponen yaitu kation yang dipertukarkan, kerangka aluminosilikat, dan fase air. Ikatan ion Al-Si-O membentuk struktur kristal, sedangkan logam alkali merupakan sumber kation yang mudah dipertukarkan, bahwa penukar ion yang paling banyak digunakan adalah zeolit.[26] Zeolit dibentuk atas penggabungan dan pengulangan dari unit tetrahedral AlO4 dan SiO4 seperti terlihat dibawah ini :
Gambar : 2.3. Kerangka Alum silikat Zeolit.
Menurut jenisnya zeolit digolongkan menjadi 2 kelompok yaitu : a. Zeolit alam Terbentuk karena proses perubahan alam ( zeolitisasi ) dari batuan vulkanik tuf. Zeolit alam dibagi dalam 2 kelompok yaitu : 1) Zeolit yang terdapat di antara celah-celah batuan atau di antara lapisan batuan, zeolit jenis ini terdiri dari beberapa jenis zeolit dan bersama-sama dengan mineral lain seperti kalsit, kwarsa, klorit, fluorit. 2) Zeolit yang berupa batuan di antaranya klinoptilotit, analsine, loumontit, modernit, filipsit, erionit, dan kabalsit. b. Zeolit sintesis Zeolit Sintesis adalah zeolit hasil rekayasa manusia yang diproses secara kimia, dengan sifat-sifat khusus sesuai dengan keperluan tertentu.
2. Sifat-sifat zeolit Sifat-sifat zeolit meliputi : a. Dehidrasi : Sifat dehidrasi dari zeolit berpengaruh terhadap
sifat
absorbsinya. Zeolit dapat melepaskan molekul air dari dalam rongga permukaan menyebabkan medan listrik meluas ke dalam rongga utama dan akan efektif terinteraksi dengan molekul yang akan diabsorbsi. b. Absorbsi : Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh
molekul air bebas yang berada di sekitar kation. Beberapa
jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30 % dari berat keringnya. c. Penukar ion : Ion-ion pada rongga atau kerangka elektrolit berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya. d. Katalis : Ciri paling khusus dari zeolit yang menentukan sifat khusus mineral ini adalah ruang kosong yang membentuk saluran di dalam strukturnya, pada proses penyerapan atau katalis maka terjadi difusi molekul ke dalam ruang bebas diantara kristal. e. Penyaring / pemisah : Zeolit dapat memisahkan molekul gas atau zat lain dari suatu campuran tertentu karena mempunyai ruang hampa yang besar dengan garis tengah yang bermacam-macam, ukuran garis tengah ruang hampa dalam kisi-kisi kristal ini menjadi dasar kemampuan zeolit bertindak sebagai penyaring molekul. 3. Pertukaran Ion ( Ion Exchange ) Pertukaran ion pada konsepnya ialah ion-ion yang ditahan oleh gaya elektrostatis pada permukaan padatan digantikan oleh ion-ion bermuatan sama yang berada pada larutan. Bahan penukar ion
harus
mempunyai ion aktif di seluruh strukurnya, berkapasitas besar selektif untuk jenis ion tertentu, mampu diregenerasi, stabil secara kimiawi / fisis serta mempunyai kelarutan rendah.[27]
Metode pertukaran ion adalah suatu reaksi (pertukaran) reversible ion-ion pada padatan (material / media penukar ion) dengan yang ada pada larutan, tetapi tidak terdapat perubahan substansial dalam struktur dari padatan tersebut. Secara sederhana metode pertukaran ion dapat diartikan sebagai metode untuk menghilangkan ion-ion yang tidak dikehendaki ]eberadaannya dalam suatu larutan dengan cara memindah ion [28]
tersebut ke media padatan (solid) yang disebut media penukar ion Zeolit
memiliki
rumus
kimia
Na2(Al2SiO3O10). 2+
K2(Al2SiO3O10).2H2O yang akan ditukar dengan ion Hg
2H2O
.
atau
sehingga terjadi
penurunan kadar merkuri dengan reaksi kimia sebagai berikut : (Hg)22+Al2SiO3O10Na2(OH)4
Na2(Al2SiO3O10).2H2O+2Hg2+
(Hg)22+Al2SiO3O10K2(OH)4
atau K2(Al2SiO3O10).2H2O + 2Hg2+
Media penukar ion yang pertama kali dikenal adalah zeolit alam (Green sand). Perkembangan selanjutnya yaitu pada tahun enam puluhan zeolit alam mulai digunakan untuk keperluan industri, terutama untuk proses pelunakan air. Beberapa tahun kemudian diperkenalkan penukar ion sintetik atau resin sintetik yang dibuat oleh Adam dan Holmes yang selanjutnya diberi nama sebagai resin penukar ion (ion exchanger resin).[29] Banyak faktor yang mempengaruhi terjadinya petukaran ion. Robert Kunin berpendapat, pertukaran ion dipengaruhi oleh : Konsentrasi
larutan,
Sistem
pengadukan
dan
kecepatan
pengadukan, Diameter partikel resin, Kecepatan difusi (keaktifan resin), Tingkat kapasitas kemampuan resin, Temperatur. Dengan Persamaan yang terbentuk dari kurva penurunan merkuri pada percobaan batch adalah persamaan eksponensial yaitu y = e
a + bx
yang dalam bentuk linearnya
adalah ln y = a + bx atau ln y = 3,552 - 0,065x. Beberapa percobaan telah dilakukan untuk menentukan diameter partikel resin yang paling tepat. Hasil percobaan tersebut menyatakan bahwa diameter optimum butiran media penukar ion khususnya zeolit alam adalah sebesar 80 mesh atau sebesar 0,2 mm.[30]
Lebih lanjut penelitian tentang waktu kontak optimum zeolit alam melakukan proses pertukaran ion dalam larutan adalah 60 menit atau selama satu jam, waktu di atas satu jam menunjukkan proses pertukaran ion berlangsung sangat lambat.
D. Saringan Pasir Lambat (SPL). Merupakan tanki saringan air dengan A berupa air keruh, kemudian menggunakan B yaitu lapisan pasir halus ( 30 cm ) dengan Ø 0,15 – 0,35 mm pada bagian atas dan C berupa kerikil pada bagian bawah dengan Ø 2 – 8 cm setebal 30 cm, kerikil D dengan Ø 8 – 16 mm setebal 30 cm, serta E dengan Ø 16 – 32 mm setebal 30 cm. Air bersih didapatkan dengan jalan menyaring air baku melewati lapisan pasir terlebih dahulu baru kemudian melewati lapisan kerikil.[31] Metode ini digunakan untuk mengendalikan kekeruhan pada air sampel. Apabila tidak dikendalikan maka zeolit akan berfungsi sebagai filtrasi bagi kekeruhan air, sehingga tidak terjadi pertukaran ion untuk menurunkan kadar merkuri. Adapun skema alat pengolahan saringan pasir lambat terlampir.
E. Percobaan Dengan Metode Batch Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik adsorbat (merkuri) dan adsorben (zeolit) yang dinyatakan dalam hubungan antara penurunan adsorbat dan berat adsorben dalam suatu koefisien persamaan yang ada. Untuk mencapai kondisi setimbang tergantung pada konsentrasi larutan, jumlah adsorben, ukuran
adsorben dan pengadukan.
Dinyatakan bahwa pengadukan sangat berpengaruh terhadap efisiensi pertukaran ion. Pengadukan cepat terbukti memberikan hasil yang lebih baik daripada pengadukan lambat. Hal tersebut terjadi karena setiap luasan permukaan media penukar ion dapat terdistribusi merata keseluruh larutan, sehingga dapat bereaksi dengan ion-ion pada larutan. Untuk pengadukan cepat sebaiknya 100 rpm dengan waktu
60 detik.
F.
Kerangka Teoritis Secara skematis, kerangka teori
dapat ditunjukkan dalam diagram
sebagai berikut : Sumber air : 1. Air laut 2. Air permukaam 3. Air hujan 4. Air tanah dangkal Air sungai Konsep G.5. Kerangka
Air Baku
Kualitas Fisik
1. 2. 3. 4. 5.
Penurunan kadar merkuri (Hg)
Temperatur Warna Bau Kekeruhan Rasa
Proses penurunan kadar merkuri (Hg)
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Besar butiran Lama kontak pH Keaktifan zeolit Suhu Kekeruhan
Kualitas Kimia
Kualitas Bakteriologis
Arsen (As), besi (Fe), Fluorida (F), Chlorida (Cl), kadar merkuri (Hg), dan lain-lain
Bakteri, virus, protozoa
Kadar merkuri (Hg)
Pengolahan air : 1. Zeolit 2. Pasir 3. Kerikil 4. Kapur 5. Resin 6. Pemanasan 7. Pertukaran ion
G. Kerangka Konseptual Variabel Terikat Penurunan kadar merkuri (ppb)
Variabel Bebas Variasi Dosis Zeolit ( gram ) 45 gr, 50 gr, 55 gr, 60 gr dan 65 gr
Variabel Pengganggu 1. Besar butiran* 2. Lama kontak** 3. Ph* 4. Keaktifan zeolit* 5. Suhu* 6. Kekeruhan
Gambar 3.10. Skema Kerangka Konsep.
Keterangan :
*
= diukur
**
= disamakan
H. Hipotesis “Ada perbedaan penurunan kadar merkuri ( Hg ) pada air baku dengan pemberian berbagai dosis zeolit alam dengan sistem Batch ? ”
