BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H 2 O, dimana satu molekul air

Transkripsi

1 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Air Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H 2 O, dimana satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Air secara fisik bersifat tidak memiliki warna, tidak berasa, dan tidak berbau. Air dapat berwujud padat, cair, maupun gas. Air sering disebut sebagai pelarut universal karena air memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam-garam, gula, dan asam. Meskipun air bukan merupakan sumber nutrien seperti bahan makanan lain, namun air sangat essensial dalam kelangsungan proses biokimiawi makhluk hidup. Air sangat penting dalam aktivitas kehidupan, seperti dalam pengembangan teknologi pangan, transportasi, energi listrik, aktivitas rumah tangga, dan sebagai air minum. 1. Sifat Air Sifat air dapat digolongkan ke dalam sifat fisis, kimia, dan biologis. Sifat fisis dari air didapatkan dalam ketiga wujudnya, yaitu bentuk padat sebagai es, bentuk cair sebagai air, dan bentuk gas sebagai uap air. Bentuk yang didapat tergantung pada keadaan cuaca setempat. Sifat kimia dari air yaitu mempunyai ph 7 (netral) dan oksigen terlarut (DO) jenuh pada 9 mg/l. Air merupakan pelarut universal, hampir semua jenis zat dapat larut dalam air. Air juga merupakan cairan biologis, yaitu terdapat di dalam tubuh 5

2 2 semua organisme. Sifat biologis dari air yaitu di dalam perairan selalu terdapat kehidupan flora dan fauna. Benda hidup ini berpengaruh timbal balik terhadap kualitas air (Slamet, 2002). 2. Pembagian Air Air merupakan sumber kehidupan yang tidak dapat tergantikan oleh apa pun juga. Tanpa air, manusia, hewan dan tanaman tidak dapat hidup. Air di bumi digolongkan menjadi dua, yaitu : a. Air Tanah Air tanah adalah air yang berada di bawah permukaan tanah. Air tanah dibagi menjadi dua, yaitu air tanah preatis dan air tanah artesis. 1) Air tanah preatis yaitu air tanah yang letaknya tidak jauh dari permukaan tanah serta berada di atas lapisan kedap air / impermeabel. Air tanah preatis sangat dipengaruhi oleh resapan air sekelilingnya. Pada musim kemarau jumlah air tanah preatis berkurang. Sebaliknya pada musim hujan jumlah air tanah preatis akan bertambah. Air tanah preatis dapat diambil melalui sumur atau mata air. 2) Air tanah artesis yaitu air tanah yang letaknya sangat jauh di dalam tanah serta berada di antara dua lapisan kedap air. Lapisan di antara dua lapisan kedap air tersebut disebut lapisan akuifer. Lapisan tersebut banyak menampung air. Jika lapisan kedap air retak, secara alami air akan keluar ke permukaan. Air yang memancar ke permukaan disebut mata air artesis. Air artesis dapat diperoleh melalui pengeboran. Sumur pengeborannya disebut sumur artesis.

3 3 b. Air Permukaan Air pemukaan adalah air yang berada di permukaan tanah dan dapat dengan mudah dilihat oleh mata. Contoh air permukaan : laut, sungai, danau. Air permukaan dibagi menjadi dua yaitu : 1) Perairan darat yaitu air permukaan yang berada di atas daratan. Contoh : rawa, danau, dan sungai. 2) Perairan laut yaitu air permukaan yang berada di lautan luas. Contoh : air laut. 3. Kualitas Air Peraturan Pemerintah No 20 tahun 1990 mengelompokkan kualitas air menjadi beberapa golongan : a. Golongan A, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa pengolahan terlebih dahulu. b. Golongan B, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air baku air minum. c. Golongan C, yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan perikanan dan peternakan. d. Golongan D, yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan pertanian, usaha di perkotaan, industri, dan PLTA. 4. Pencemaran Air Pencemaran air adalah perubahan langsung atau tidak langsung terhadap keadaan air yang berbahaya atau berpotensi menyebabkan penyakit atau gangguan bagi kehidupan makhluk hidup. Perubahan ini dapat berupa perubahan fisik, kimia, termal, biologi, atau radioaktif. Beberapa indikator terhadap pencemaran air dapat diamati dengan melihat perubahan keadaan air dari keadaan yang

4 4 normal, diantaranya : a. Adanya perubahan suhu air b. Adanya perubahan tingkat keasaman, basa dan garam (salinitas) air c. Adanya perubahan warna, bau dan rasa pada air d. Terbentuknya endapan, koloid dari bahan terlarut e. Terdapat mikroorganisme di dalam air (Situmorang, 2007) 5. Air Sumur Air sumur adalah air yang diperoleh dari hasil penggalian atau pengeboran tanah. Air sumur dibagi menjadi dua, yaitu air sumur dangkal dan air sumur dalam. Air sumur dangkal merupakan sumber air hasil penggalian atau pengeboran tanah pada kedalaman kurang dari 40 meter. Sedangkan air sumur dalam merupakan sumber air hasil penggalian atau pengeboran tanah pada kedalaman lebih dari 40 meter. Untuk mendapatkan air sumur biasanya masyarakat membuat sumur gali. Sumur gali adalah satu konstruksi sumur yang paling umum dan meluas dipergunakan untuk mengambil air tanah pada kedalaman 7-10 meter dari permukaan tanah. Sumur gali menyediakan air yang berasal dari lapisan tanah yang relatif dekat dari permukaan tanah, oleh karena itu dengan mudah terkena kontaminasi melalui rembesan. Umumnya rembesan berasal dari tempat buangan kotoran manusia kakus/jamban dan hewan, juga dari limbah sumur itu sendiri, baik karena lantainya maupun saluran air limbahnya yang tidak kedap air. Keadaan konstruksi dan cara pengambilan air sumur pun dapat merupakan sumber kontaminasi,

5 5 misalnya sumur dengan konstruksi terbuka dan pengambilan air dengan timba. Sumur dianggap mempunyai tingkat perlindungan sanitasi yang baik, bila tidak terdapat kontak langsung antara manusia dengan air di dalam sumur (Depkes RI, 1985). Dari segi kesehatan sebenarnya penggunaan sumur gali ini kurang baik bila cara pembuatannya tidak benar-benar diperhatikan, tetapi untuk memperkecil kemungkinan terjadinya pencemaran dapat diupayakan pencegahannya. Pencegahan ini dapat dipenuhi dengan memperhatikan syarat-syarat fisik dari sumur tersebut yang didasarkan atas kesimpulan dari pendapat beberapa pakar di bidang ini, diantaranya lokasi sumur tidak kurang dari 10 meter dari sumber pencemar, lantai sumur sekurang-kurang berdiameter 1 meter jaraknya dari dinding sumur dan kedap air, saluran pembuangan air limbah (SPAL) minimal 10 meter dan permanen, tinggi bibir sumur 0,8 meter, memililki cincin (dinding) sumur minimal 3 meter dan memiliki tutup sumur yang kuat dan rapat (Entjang, 2000). Sumur gali ada yang memakai pompa dan yang tidak memakai pompa. Syarat konstruksi pada sumur gali tanpa pompa meliputi dinding sumur, bibir sumur, lantai sumur, serta jarak dengan sumber pencemar. 6. Air Bersih dan Air Minum Menurut Permenkes RI No 416/MENKES/PER/IX/1990 tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air, air minum adalah air yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum. Air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat

6 6 kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak. B. Besi Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi dan jarang dijumpai dalam keadaan bebas. Untuk mendapatkan unsur besi (Fe), campuran lain harus dipisahkan melalui penguraian kimia. Besi digunakan dalam proses produksi besi baja, yang bukan hanya unsur besi saja tetapi dalam bentuk alloy (campuran beberapa logam dan bukan logam, terutama karbon). Besi merupakan salah satu unsur mineral yang mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26 dengan berat atom 55,845, terletak pada periode 4 dan termasuk golongan logam. Memiliki konfigurasi elektron (Ar) 3d 6 s 2. Besi dapat ditemui pada setiap tempat di bumi pada semua lapisan geologis dan semua badan air. 1. Kebutuhan Zat Besi dalam Tubuh Besi dalam bentuk zat besi (Fe) sangat penting bagi semua organisme kecuali bagi sebagian kecil bakteri. Ia kebanyakan disisipkan dengan stabil dalam logam protein (metalloprotein), karena kemungkinan terlepas atau dalam keadaan bebas dapat menyebabkan terbentuk radikal bebas yang biasanya bersifat racun terhadap sel. Besi (Fe) berikatan dengan hampir seluruh biomolekul-biomolekul seperti membran sel, asam nukleat, protein, dan sebagainya (http.//ms.wikipedia,2008). Zat besi dalam konsentrasi tinggi terdapat dalam sel darah (eritrosit) yaitu sebagai alat angkut oksigen dari paru-paru ke jaringan tubuh yang membutuhkannya untuk metabolisme glukosa, lemak dan protein menjadi energi

7 7 (ATP), sebagai alat angkut elektron di dalam sel, dan sebagai bagian terpadu berbagai reaksi enzim di dalam jaringan tubuh (Winarno F.G, 2004). Kekurangan zat besi akan mengakibatkan kadar hemoglobin dalam darah lebih rendah dari nilai normalnya, keadaan ini disebut anemia, selain itu dapat juga berpengaruh terhadap kualitas sumber daya manusia, yaitu terhadap kemampuan belajar dan produktifitas kerja. Gejala anemia defisiensi besi adalah cepat lelah dan lemas, nafsu makan berkurang, tenaga berkurang, konsentrasi menurun, kepala pusing, sesak nafas, serta jantung berdebar-debar. Jumlah zat besi yang harus dikonsumsi sebaiknya berdasarkan jumlah kehilangan besi dari dalam tubuh. Jumlah besi yang dikeluarkan tubuh sekitar 1,0 mg per hari, untuk wanita masih ditambah 0,5 mg yang hilang karena menstruasi. Karena jumlah zat besi yang diserap hanya sekitar 10%, maka konsumsi yang dianjurkan adalah 10 mg untuk orang dewasa per hari atau 18 mg untuk wanita dengan usia tahun (Winarno F.G, 2004). 2. Sifat Besi dalam Air Pada umumnya, besi (Fe) yang berada dalam air dapat bersifat : a. Terlarut sebagai Fe 2+ (ferro) atau Fe 3+ (ferri). b. Tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter 1µm) atau lebih besar, seperti Fe 2 O 3, Fe(OH) 2, Fe(OH) 3 atau FeSO 4 tergantung dari unsur yang mengikatnya. c. Tergabung dengan zat organik atau zat padat anorganik, seperti tanah liat. 3. Kelarutan Besi dalam Air Hal-hal yang mempengaruhi kelarutan besi (Fe) dalam air :

8 8 a. Kedalaman Air hujan yang turun jatuh ke tanah dan mengalami infiltrasi masuk ke dalam tanah yang mengandung FeO akan bereaksi dengan H 2 O dan CO 2 dalam tanah dan membentuk Fe(HCO 3 ) 2 dimana semakin dalam air yang meresap ke dalam tanah semakin tinggi juga kelarutan besi karbonat dalam air tersebut. b. ph ph air akan berpengaruh terhadap kadar besi dalam air. Apabila ph air rendah akan berakibat terjadinya proses korosis sehingga menyebabkan larutnya besi dan logam. Dalam keadaan ph rendah, besi yang ada dalam air berbentuk ferro atau ferri, dimana bentuk ferri akan mengendap tidak larut dalam air serta tidak dapat dilihat dengan mata sehingga mengakibatkan air menjadi berwarna, berbau, dan berasa. c. Suhu Suhu adalah temperatur udara. Temperatur yang tinggi menyebabkan menurunnya kadar O 2 dalam air, kenaikan temperatur air juga dapat menguraikan derajat kelarutan mineral sehingga kelarutan besi (Fe) dalam air tinggi. d. Bakteri besi Bakteri besi (Crenothrix, Lepothrix, Galleanella, Sinderocapsa, dan Sphoerothylus) adalah bakteri yang dapat mengambil unsur besi dari sekeliling lingkungan hidupnya sehingga mengakibatkan turunnya kandungan besi dalam air. Dalam aktivitasnya bakteri besi memerlukan besi (Fe) dan oksigen sebagai bahan makanannya. Hasil aktivitas bakteri besi tersebut menghasilkan presipitat (oksidasi besi) yang akan menyebabkan warna pada pakaian dan bangunan.

9 9 Bakteri besi merupakan bakteri yang hidup dalam keadaan anaerob dan banyak terdapat dalam air yang banyak mengandung mineral. Pertumbuhan bakteri akan menjadi lebih sempurna apabila air banyak mengandung CO 2 dengan kadar yang cukup tinggi. e. CO 2 agresif Karbondioksida (CO 2 ) merupakan salah satu gas yang terdapat dalam air. Berdasarkan bentuk dari gas CO 2 dalam air, CO 2 dibedakan menjadi tiga bentuk, yaitu : 1) CO 2 bebas yaitu CO 2 yang larut dalam air 2) CO 2 dalam kesetimbangan 3) CO 2 agresif Dari ketiga bentuk CO 2 yang terdapat dalam air, CO 2 agresif-lah yang paling berbahaya karena kadar CO 2 agresif lebih tinggi dan dapat menyebabkan terjadinya korosi sehingga berakibat kerusakan pada logam-logam dan beton. 4. Dampak Besi (Fe) dalam Air Konsentrasi besi terlarut dalam air yang masih diperbolehkan adalah < 0,1 mg/l. Apabila konsentrasi besi terlarut dalam air melebihi batas tersebut akan menyebabkan : a. Gangguan teknis Endapan Fe(OH) 2 bersifat korosif terhadap pipa dan akan mengendap pada saluran pipa sehingga mengakibatkan pembuntuan dan efek-efek yang dapat merugikan seperti mengotori bak, wastafel, dan kloset.

10 10 b. Gangguan fisik Gangguan fisik yang ditimbulkan oleh adanya besi yang terlarut dalam air adalah timbulnya warna, bau, dan rasa. Air akan berasa tidak enak bila konsentrasi besi yang terlarut > 1,0 mg/l. c. Gangguan kesehatan Senyawa besi dalam tubuh manusia berfungsi sebagai pembentuk sel-sel darah merah, dimana tubuh memerlukan 7-35 mg/hari yang sebagian diperoleh dari air. Tetapi zat besi yang melebihi dosis yang diperlukan oleh tubuh dapat menimbulkan masalah kesehatan. Hal ini dikarenakan tubuh manusia tidak dapat mensekresi Fe sehingga bagi mereka yang sering mendapat tranfusi darah warna kulitnya akan menjadi hitam karena akumulasi Fe. Air minum yang mengandung besi cenderung menimbulkan rasa mual apabila dikonsumsi. Selain itu, dalam dosis besar dapat merusak dinding usus. Kadar Fe yang lebih dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada mata dan kulit. Apabila kelarutan besi dalam air melebihi 1 mg/l akan menyebabkan air berbau seperti telur busuk. Penyakit akibat kelebihan zat besi disebut hemokromatis. Pada hemokromatis primer, besi diserap dan disimpan dalam jumlah yang berlebihan di dalam tubuh. Ferritin besi ada dalam keadaan jenuh akan besi sehingga kelebihan mineral ini akan disimpan dalam bentuk kompleks dengan mineral lain yaitu hemosiderin. Akibatnya terjadilah sirrosis hati dan kerusakan pankreas sehingga menimbulkan diabetes. Hemokromatis sekunder terjadi karena transfusi yang berulang-ulang. Dalam keadaan ini besi masuk ke dalam tubuh sebagai hemoglobin dari darah yang

11 11 ditransfusikan dan kelebihan besi ini tidak disekresikan. C. Spektrofotometer Spektrofotometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur absorbansi dengan cara melewatkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu pada suatu obyek kaca atau kuarsa yang disebut kuvet. Sebagian dari cahaya tersebut akan diserap dan sisanya akan dilewatkan. Nilai absorbansi dari cahaya yang dilewatkan akan sebanding dengan konsentrasi larutan di dalam kuvet. Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombang spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detektor fototube. Benda bercahaya seperti matahari atau bohlam listrik memancarkan spektrum lebar yang terdiri atas panjang gelombang. Panjang gelombang yang dikaitkan dengan cahaya tampak itu mampu mempengaruhi selaput pelangi mata manusia dan karenanya menimbulkan kesan subyektif akan ketampakan (vision). Dalam analisis secara spektrofotometri terdapat tiga daerah panjang gelombang elektromagnetik yang digunakan, yaitu daerah UV ( nm), daerah visibel ( nm), daerah inframerah ( nm) (Khopkar 1990). 1. Bagian bagian Spektrofotometer Secara garis besar spektrofotometer terdiri dari empat bagian penting yaitu : a. Sumber Cahaya Sebagai sumber cahaya pada spektrofotometer, haruslah memiliki pancaran radiasi yang stabil dan intensitasnya tinggi. Sumber energi cahaya yang biasa

12 12 untuk daerah tampak, ultraviolet dekat, dan inframerah dekat adalah sebuah lampu pijar dengan kawat rambut terbuat dari wolfram (tungsten). Lampu ini mirip dengan bola lampu pijar biasa, daerah panjang gelombang adalah nanometer (nm). b. Monokromator Monokromator adalah alat yang berfungsi untuk menguraikan cahaya polikromatis menjadi beberapa komponen panjang gelombang tertentu (monokromatis) yang bebeda (terdispersi). c. Cuvet Cuvet spektrofotometer adalah suatu alat yang digunakan sebagai tempat contoh atau cuplikan yang akan dianalisis. Cuvet biasanya terbuat dari kwarsa, plexiglass, kaca, plastik dengan bentuk tabung empat persegi panjang 1 x 1 cm dan tinggi 5 cm. Pada pengukuran di daerah UV dipakai cuvet kwarsa atau plexiglass, sedangkan cuvet dari kaca tidak dapat dipakai sebab kaca mengabsorbsi sinar UV. Semua macam cuvet dapat dipakai untuk pengukuran di daerah sinar tampak (visible). d. Detektor Peranan detektor penerima adalah memberikan respon terhadap cahaya pada berbagai panjang gelombang. Detektor akan mengubah cahaya menjadi sinyal listrik yang selanjutnya akan ditampilkan oleh penampil data dalam bentuk jarum penunjuk atau angka digital. 2. Prinsip Kerja Spektrofotometer Prinsip kerja spektrofotometer adalah bila cahaya (monokromatik maupun

13 13 campuran) jatuh pada suatu medium homogen, sebagian dari sinar masuk akan dipantulkan, sebagian diserap dalam medium itu dan sisanya diteruskan. Nilai yang keluar dari cahaya yang diteruskan dinyatakan dalam nilai absorbansi karena memiliki hubungan dengan konsentrasi sampel. Hukum Beer menyatakan absorbansi cahaya berbanding lurus dengan konsentrasi dan ketebalan bahan/medium. 3. Keuntungan Spektrofotometer Keuntungan dari spektrofotometer adalah : a. Penggunaannya luas, dapat digunakan untuk senyawa anorganik, organik dan biokimia yang diabsorpsi di daerah ultra lembayung atau daerah tampak. b. Sensitivitasnya tinggi, batas deteksi untuk mengabsorpsi pada jarak 10-4 sampai 10-5 m. Jarak ini dapat diperpanjang menjadi 10-6 sampai 10-7 m dengan prosedur modifikasi yang pasti. c. Selektivitasnya sedang sampai tinggi, jika panjang gelombang dapat ditemukan dimana analit mengabsorpsi sendiri, persiapan pemisahan menjadi tidak perlu. d. Ketelitiannya baik, kesalahan relatif pada konsentrasi yang ditemui dengan tipe spektrofotometer UV-Vis ada pada jarak dari 1% sampai 5%. Kesalahan tersebut dapat diperkecil hingga beberapa puluh persen dengan perlakuan khusus. e. Mudah, spektrofotometer mengukur dengan mudah dan kinerjanya cepat dengan instrumen modern, daerah pembacaannya otomatis (Skoog, DA, 1996).

14 14 D. Penetapan Kadar Besi (Fe) 1. Prinsip Penetapan Kadar Besi (Fe) Prinsip penetapan kadar besi (Fe) dalam air adalah besi dalam larutan direduksi menjadi bentuk ferro dengan cara mendidihkannya dengan asam dan hidroksilamin HCl, kemudian direaksikan dengan 1,10 fenantrolin pada ph 3,2 3,3. Tiga molekul fenantrolin dengan satu atom besi ferro membentuk senyawa kompleks berwarna merah jingga. Warna yang terbentuk dibandingkan dengan baku yang telah diketahui kadarnya secara spektrofotometeri pada λ 510 nm. 2. Reaksi Fe ,10 fenantrolin Fe 2+ Merah Jingga Gangguan : a. CN, NO 2, Polifosfat hilang saat pemanasan. b. Cr, Zn, Co, Cu, Ni dapat dihilangkan dengan penambahan hidroksilamin HCl. c. Bi, Cd, Hg, Mo, Ag dapat diendapkan oleh phenantrolin. d. Warna zat organik dapat dihilangkan dengan cara ekstraksi dengan chloroform sebanyak satu kali.