Identifikasi Kualitas Air Berdasarkan Nilai Resistivitas Air

Transkripsi

1 Identifikasi Kualitas Air Berdasarkan Nilai Resistivitas Air Studi Kasus : Kali Gajahwong Alva Kurniawan 1, Arif Tri Nugroho 1, Arifin Hermawan 1, Yulianto Bagus Ari P 1, Dimas Aryo Wibowo 1, Qodhan Nahara S 1, Hendra Nova H 1, Darumaya 1 Abstraksi Identifikasi kualitas air melalui pengukuran nilai hambatan air karena komposisi kimia air secara umum memiliki kaitan yang erat dengan nilai resistivitas. Penelitian dilakukan pada Kali Gajahwong di Kebun Binatang Gembiraloka Yogyakarta. Konsep-konsep dasar kimia fisika dan kimia digunakan pada penelitian ini antara lain konsep konduktivitas dan resistivitas, konsep asam-basa Arrhenius, konsep asam-basa Brownsted-Lowry, konsep buffer, dan konsep hidrolisis garam. Pada dasarnya makin murni air akan memiliki nilai hambat jenis yang besar dimana air dengan kemurnian tinggi cenderung memiliki kualitas yang bagus. Pengukuran nilai hambatan dilakukan dengan menggunakan multitester. Setelah pengukuran dilakukan data yang diperoleh kemudian dianalisis. Hasil pengukuran menunjukkan nilai hambatan yang berbeda untuk segmen-segmen sungai dimana pada segmen sungai di zona penelitian terdapat tiga saluran limbah mengalir ke sungai. Analisis kualitas air dengan metode pengukuran hambatan mudah untuk dilakukan dan dapat memberikan gambaran secara umum kondisi kualitas air berdasarkan nilai resistivitas. Pengukuran yang dilakukan merupakan analisis kualitas air secara fisika sehingga tidak mampu menentukan komposisi kimia air secara absolut yang hanya bisa diperoleh dari analisis laboratorium. Berdasarkan hasil penelitian ternyata pengukuran nilai hambatan pada air dapat memberikan gambaran tentang kualitas air pada segmen-segmen sungai dimana makin mendekat ke pencemar nilai hambatan makin kecil. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk melengkapi atau bahkan menolak hasil penelitian ini. Kata kunci : air, analisis, hambatan, kualitas. 1. Pendahuluan Studi kualitas air sangat penting untuk mengetahui bagaimana kondisi kualitas air pada suatu sumber air apakah air tersebut layak untuk digunakan atau tidak layak digunakan. Analisis layak atau tidaknya air untuk digunakan berkaitan erat dengan kandungan kimia air tersebut. Analisis kandungan kimia air sangat mahal karena itu berbagai metode dilakukan untuk melakukan pendekatan dan prediksi untuk mengetahui zat kimia apakah yang mungkin terkandung dalam air berdasarkan sifat fisika air. Sifat fisika air yang digunakan dalam penelitian ini adalah nilai hambatan air dimana perubahan nilai hambatan air merupakan indikator terjadinya perubahan kualitas air. 1 Depertemen Geografi Lingkungan, Fakultas Geografi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta 1

2 hambatan pada Kali Gajahwong dalam kaitannya dengan kualitas air. Analisis tersebut dapat digunakan untuk memperkirakan sifat kimia berdasarkan pengukuran fisika air yang akan berguna pada re-komendasi pemanfaatan sungai untuk kebutuhan rumah tangga, atau analisis tingkat pencemaran sungai akibat pembuangan limbah di sungai. Gambar 1.1. Lokasi Penelitian, Kali Gajahwong di Gembiraloka Daerah penelitian adalah sebagian zona Kali Gajahwong yang terletak pada Kebun Binatang Gembira Loka, Yogyakarta. Batasan zona penelitian adalah zona 49 M UTM, mt dan mu. Pada daerah penelitian badan sungai tampak sedikit berkelok, dengan bentuk saluran yang cenderung sama. Beberapa saluran limbah dialirkan kedalam sungai antara lain limbah dari Pabrik Susu SGM, limbah rumah tangga dari permukiman, dan limbah dari Kebun Binatang Gembiraloka. Kajian lebih ditekankan pada analisis nilai ham-batan air dalam kaitannya dengan kualitas air. Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui hubungan antara nilai 2. Konsep Dasar Gambar 1.2. Saluran limbah SGM, salah satu saluran limbah pencemar Kali Gajahwong Identifikasi kualitas air dengan melakukan pengukuran dan analisis kualitas air dapat dilakukan dengan pemahaman yang baik pada konsep dasar fisika tentang resistivitas dan konduktivitas, serta konsep dasar kimia tentang larutan asam, basa, garam, larutan buffer, dan hidrolisis garam. Korelasi nilai hambatan dengan kualitas 2

3 air menggunakan konsep sifat air sangat murni (ultrapure water) yang dikembangkan oleh Bevilacqua. Nilai resistivitas atau nilai hambatan adalah nilai kemampuan air untuk menghambat arus listrik sedangkan nilai konduktivitas atau nilai hantaran adalah nilai kemampuan air untuk menghantarkan arus listrik. Nilai resistivitas dan nilai konduktivitas merupakan nilai yang saling berbanding terbalik dimana makin besar nilai resistivitas, makin kecil nilai konduktivitas, dan sebaliknya makin kecil nilai resistivitas, makin besar nilai konduktivitas. Gambar 2.1. Grafik hubungan antara konduktivitas, resistivitas, dan rasa air Nilai resistivitas maupun konduktivitas sangat dipengaruhi oleh kandungan ion-ion yang terlarut dalam air. Ion-ion yang terlarut dalam air memberikan pengaruh pada sifat kimia air apakah air bersifat masam, basis, atau netral. Menurut Arrhenius, senyawa asam merupakan senyawa yang melepas ion H + saat terjadi ionisasi sedangkan senyawa basa adalah senyawa yang melepas ion OH - saat terjadi ionisasi. Berdasarkan pe-mahaman tersebut maka air me-nurut Arrhenius memiliki sifat dualisme yaitu bersifat asam maupun basa karena saat terjadi ionisasi, air melepas ion H + dan OH -. Meng-gunakan konsep Arrhenius tersebut dan konsep air sangat murni (ultrapure water) maka air memiliki dua potensi yang seimbang untuk menjadi asam maupun basa. Karena dua potensi yang seimbang tersebut maka masing-masing ion memiliki nilai beda potensial yang sama. Persamaan nilai beda potensial tersebut menyebabkan arus listrik yang mengalir dalam air menjadi 0 sehingga nilai hambatan air adalah tak hingga (gambar 2.2.). Air sangat murni seharusnya memiliki nilai hambatan yang 0 namun pada kenyataannya air sangat murni sulit 3

4 Gambar 2.2. Diagram alir hubungan antara nilai hambatan dengan komposisi kimia air murni sekali ditemukan di dunia. Air sangat murni yang diteliti oleh Bevilacqua masih memiliki nilai hambatan, walau hambatan nilai air sangat murni besar sekali namun air sangat murni tersebut untuk kajian-kajian mendalam tentang sifat-sifat semi konduktor belum dapat dianggap memiliki hambatan yang tak hingga. Mengacu pada konsep air sangat murni maka semakin besar nilai resistivitas akan menunjukkan kemurnian air yang semakin tinggi sedangkan semakin kecil nilai resistivitas akan menunjukkan tingkat kemurnian air yang semakin rendah. Berdasarkan penelitian Anthony C Bevilacqua, penyebab ketidakmurnian air dunia pada umumnya adalah adanya campuran dari tiga macam senayawa yaitu HCl untuk senyawa asam, NaOH untuk senyawa basa, dan NaCl untuk senyawa garam. Gambar 2.3. menunjukkan hubungan antara konsentrasi dari senyawasenyawa tersebut dengan nilai hambatan pada air berdasarkan eksperimen yang dilakukan oleh A. C. Bevilacqua. Pendekatan secara fisika untuk menduga kandungan kimia air dapat dilakukan melalui penggunaan konsep asam-basa Bronsted-Lowry. Konsep asam-basa Bronsted-Lowry adalah konsep asam-basa yang digunakan pada 4

5 Gambar 2.3. Grafik hubungan antara konsentrasi asam, basa, dan garam, dengan nilai resistivitas ilmu kimia modern dimana konsep ini juga memberikan penjelasan tentang dua sifat netral air yang dapat berasa asin maupun berasa tawar. Sifat air yang diukur dengan parameter ph untuk sifat air dapat berarti bahwa air tersebut murni tidak mengadung zat asam-basa atau pun tidak murni yaitu air dapat mengandung asam, basa, ataupun keduanya. Menurut Bronsted-Lowry, Asam merupakan senyawa yang melepaskan ion H + sedangkan basa adalah senyawa yang menangkap ion H +. Senyawa asam yang melepas ion H+ disebut dengan basa konjugasi sedangkan senyawa basa yang menangkap ion H+ disebut asam konjugasi. Baik asam maupun basa memiliki sifat elektrolit yang berbeda-beda. Asam atau basa yang menghantarkan listrik dengan baik disebut dengan asam atau basa kuat sedangkan asam atau basa yang menghantarkan listrik dengan lemah disebut asam atau basa lemah. Air yang mengandung senyawa asam dan basa sekaligus akan memiliki sifat-sifat yang 5

6 berbeda yang bergantung pada kekuatan asam atau basa yang terlarut. Air yang mengandung senyawa asam kuat dan basa kuat akan memiliki sifat netral dengan rasa yang asin. Air yang mengandung senyawa asam kuat dan basa lemah akan memiliki sifat masam dengan rasa asam. Air yang mengandung senyawa basa kuat dan asam lemah akan memiliki sifat basis dengan rasa basa. Air yang mengandung senyawa asam lemah dan basa lemah akan memiliki sifat dan rasa yang dikontrol oleh dominasi kekuatan asam atau basa yang terlarut. Pengukuran ph, nilai hambatan, dan analisis lingkungan perairan akan dapat digunakan untuk menganalisis kemungkinan kandung- an kimia pada air. Berdasarkan konsep-konsep tersebut maka secara ringkas konsep yang digunakan untuk penelitian ini (gambar 2.4.) yaitu air murni (deionized water) menjadi air tidak murni (ionized water) akibat adanya mineral, aerosol padat, nano partikel, gas, dan polutan yang terlarut dan bereaksi dengan air saat terjadi evaporasi, presipitasi, dan runoff hingga masuk ke saluran atau tubuh perairan. Air tidak murni tersebut dapat memiliki dua sifat yaitu air berasa (berasa asam, basa, dan asin) dan air tidak berasa (tawar). Air yang berasa akan cenderung memiliki nilai hambatan yang lebih rendah dibandingkan air yang tidak berasa akibat kandungan ion-ion dalam air yang lebih banyak. Identifikasi kualitas air dapat dilakukan dengan melakukan pengukuran hambatan. Pengukuran nilai hambatan untuk identifikasi kualitas air menggunakan dua analogi yaitu semakin murni air akan semakin besar resistivitasnya, dan semakin murni air akan memiliki kualitas yang semakin baik. Menurut dua penalaran tersebut maka disimpulkan bahwa air dengan nilai resistivitas yang tinggi akan cenderung lebih baik digunakan dari pada air dengan nilai resistivitas yang lebih rendah. 3. Metode Alat yang digunakan untuk penelitian ini terdiri atas GPS, converter ruler, multitester, roll-meter, volume glass, hardboard, marker, alat tulis. Perhitungan nilai resistivitas material, konduktivitas, dan konduktivitas material dilakukan dengan menggunakan formula P = R(A/L), S = 1/R, dan J = 1/P, dimana S adalah konduktivitas, R adalah nilai hambatan yang diukur deng- 6

7 Gambar 2.4. Diagram alir tentang pemahaman konsep dasar untuk identifikasi kualitas air dengan metode pengukuran nilai hambatan an multitester, P adalah nilai hambatan material, dan J adalah nilai hantaran material. Pengukuran nilai hambatan air dilakukan pada volume glass dimana pada masing-masing titik pengukuran diambil sampel air sebanyak 100 ml (gambar 3.5.). Jarak antar elektroda saat pengukuran adalah 5 cm. Volume dan jarak pengukuran diperlukan untuk mendapatkan nilai hambatan material. Mekanisme kerja (gambar 3.11.) dilakukan dengan penentuan titik pengukuran dimana dipilih lima titik pengukuran, plotting posisi titik pengukuran, pengamatan dan uji kualitas fisika air untuk tiap titik sampel, pengolahan data, representasi data, dan analisis data. Jarak antar titik ditentukan 7

8 sepanjang 50 meter dimana masingmasing titik diukur jaraknya dengan rollmeter. Pengukuran jarak antar titik diiukuti dengan plotting posisi koordinat tiap titik yang menggunakan sistem koordinat UTM dengan datum WGS 84. Kegiatan tersebut dilakukan untuk pemetaan Kali Gajahwong. Gambar 3.3. Pengukuran jarak antar titik Gambar 3.1. Pengukuran jarak antar titik Gambar 3.4. Pengujian rasa, warna, dan bau pada titik pengukuran Gambar 3.2. Plotting posisi koordinat tiap titik Gambar 3.5. Pengukuran nilai resistivitas sampel dari tiap titik pengukuran 8

9 Gambar 3.6. Titik Pengukuran 1 Gambar 3.7. Titik Pengukuran 2 Gambar 3.9. Titik Pengukuran 4 Gambar Titik Pengukuran 5 4. Hasil dan Pembahasan Nilai hambatan dihitung dengan menggunakan multitester untuk lima titik pengukuran dan diperoleh nilai kisaran hambatan antara 6500 Ohm hingga Ohm. Masing-masing titik pengamatan ternyata memiliki kekeruhan yang berbeda saat dilakukan Gambar 3.8. Titik Pengukuran 3 pengamatan dimana titik 1 sangat keruh, titik 2, 4, dan 6 tidak keruh, serta titik 3 9

10 Gambar Sketsa titik titik pengukuran pada Kali Gajahwong dan diagram alir metode penelitian agak keruh (gambar 4.1.). Keruhnya air menunjukkan banyak nya suspensi yang terlarut dalam air. Nilai yang merepresentasikan banyaknya kan- dungan suspensi dalam air disebut TDS (total dissolved solid). Mengacu pada konsep bahwa kualitas air akan cenderung semakin buruk seiring dengan berkurangnya nilai resis- tivitas atau bertambahnya nilai konduktivitas, maka ber-dasarkan representasi diagram 4 dimensi kualitas air Kali Gajahwong (gambar 4.2.) ternyata air pada titik 1 yang sangat keruh memiliki nilai resistivitas yang tinggi sedangkan pada titik 3 yang agak keruh resistivitasnya sangat rendah. Titik 2, 4, dan 5 yang tidak keruh ternyata memiliki resisitivitas yang ada diantara nilai resistivitas titik 1 dan titik 3. Fakta tersebut membawa suatu kesimpulan bahwa kekeruhan tidak berkaitan dengan kualitas air. Berdasarkan grafik hubungan antara 10

11 Gambar 4.1. Tabel hasil identifikasi, pengujian, dan perhitungan parameter parameter untuk identifikasi kualitas air Gambar 4.2. Representasi diagram empat dimensi dari kekeruhan, jarak pengukuran, titik pengukuran, dan nilai hambatan 11

12 nilai resistivitas dan jarak dari titik 1 (gambar 4.3.), dapat dilihat bahwa nilai resistivitas semakin kecil saat mendekati titik 3 dan semakin besar saat menjauhi titik 3. Demikian halnya dengan grafik hubungan antara nilai konduktivitas dan jarak dari titik 1 (gambar 4.4.), nilai konduktivitas semakin besar saat mendekati titik 3 dan semakin kecil saat menjauhi titik 3. Pada titik 5 nilai resistivitas menurun dan nilai konduktivitas kembali naik. Gambar 4.3. Grafik hubungan antara jarak titik titik pengukuran dengan resitivitas Gambar 4.4. Grafik hubungan antara jarak titik titik pengukuran dengan konduktivitas 12

13 Nilai hambatan berkurang akibat adanya ion-ion baik asam, basa, maupun garam yang terlarut dalam air. Ion-ion yang terlarut dalam air dapat meningkat secara dramatis bila terdapat polutan yang mencemari air. Polutan dapat merupakan polutan alami maupun polutan buatan, namun nilai resistivitas yang naik atau turun secara drastis cenderung dipengaruhi oleh polutan buatan. Pusat dimana terjadi penambahan ion atau zat pencemar dalam air dapat diketahui dengan melakukan pemetaan nilai resistivitas sehingga distribusi nilai resistivitas secara spasial dapat diketahui. Berdasarkan hasil pengukuran nilai resistivitas di lima titik serta pemetaan dari plot koordinat titik-titik pengukuran (gambar 4.5.), nilai resistivitas berkurang dengan dramatis di Kali Gajahwong setelah melewati saluran pembuangan dari SGM dan saluran limbah permukiman. Peningkatan kembali nilai resistivitas di titik 4 kemungkinan besar akibat proses selfpurification atau pemurnian diri oleh bakteri-bakteri yang me-murnikan air akibat bakteri mengikat ion-ion terlarut dalam air. Pada titik 5 nilai resistivitas kembali menurun. Menurunnya nilai resis-tivitas berasosiasi dengan pembuangan limbah dari Taman Rekreasi Gembira Loka. Konsep dasar yang dipakai dalam penelitian ini adalah semakin besar nilai resistivitas air maka air akan cenderung memiliki kualitas yang semakin baik sehingga cenderung lebih baik untuk dimanfaatkan dibandingkan air dengan nilai resistivitas yang lebih rendah. Berdasarkan data hasil pengukuran, zona-zona pada titik pertama dan titik keempat cenderung memiliki kualitas air yang lebih baik dibandingkan zona-zona sekitarnya. Penentuan kualitas air dengan pengukuran nilai hambatan memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihan metode ini adalah identifikasi kualitas air dapat lebih akurat dilakukan dibandingkan hanya sekedar identifikasi sifat fisis rasa, bau, dan warna. Melalui perbedaan nilai resistivitas, dapat diketahui dimana terjadinya perbedaan nilai resistivitas dan sebabnya juga dapat diketahui dengan melihat fenomena yang terjadi pada lingkungan perairan. Kelemahan metode ini adalah metode ini tetap tidak mampu memberikan komposisi kimia air secara absolut 13

14 Gambar 4.5. Peta Nilai Resistivitas di Kali Gajahwong walaupun kandungan zat kimia yang terlarut dalam air dapat diperkirakan. Analisis laboratorium tetap memberikan hasil yang terbaik untuk analisis kualitas air namun dengan metode pengukuran nilai resistivitas, secara umum kualitas air dapat ditentukan dengan hasil yang hampir mendekati hasil analisis laboratorium. 5. Rekomendasi 14

15 Berdasarkan lingkup wilayah kajian yang meliputi zona titik 1, 2, 3, 4, dan 5, penduduk sekitar yang memanfaatkan air sungai untuk kebutuhan rumah tangga lebih baik memanfaatkan air sungai pada zona-zona disekitar titik 1 dan 4 saja karena kualitas air pada daerah tersebut cenderung lebih baik dibandingkan zona sekitarnya. Penelitian lebih lanjut dibutuhkan untuk melengkapi, mengkoreksi, atau bahkan menolak hasil penelitian ini. 6. Kesimpulan Kualitas air dapat diperkirakan berdasarkan pengukuran nilai resistivitas. Nilai TDS tidak memiliki hubungan yang langsung ter-hadap kualitas air. Zona disekitar titik 1 dan titik 4 cenderung memiliki kualitas air yang lebih baik dibandingkan zona lainnya. wilayah kajian pada zona di sekitar zona titik 1 dan zona titik Daftar Pustaka Bevilacqua, A. C Ultrapure Water- The Standard Resistivity Measurement of Ultrapure Water. Massachusetts : Thorton Associates. Grounds, Kirby Longman A- Level Physics. Essex : Longman Group UK Limited. Petrucci, Ralph H General Chemistry, Principles, and Modern Applicatio 4 th Edition. Colier : Mc. Millan. Serway, R. A Physics for Scientist and Engineers with Modern Physics. New York : Soundners College Publishing. Pemanfaatan air Kali Gajahwong dapat dilakukan penduduk di-sekitar 15