Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Air tanah merupakan sumber air yang sangat potensial bagi manusia, yaitu meliputi 99% dari air bersih yang siap pakai. Kualitasnya pun lebih baik daripada air permukaan baik sungai maupun danau, sehingga tidaklah mengherankan jika saat ini air tanah menjadi warisan nasional dan sumber daya yang paling berharga. Sebagai contoh, hampir separuh sumber air yang digunakan di Amerika berasal dari air tanah (Leap, 1998). Di Indonesia sendiri sebagian besar sumber air, baik yang dikelola oleh negara dengan jaringan perpipaan maupun yang dikelola secara individual oleh masyarakat juga berasal dari air tanah. Pengelolaan air dengan perpipaan oleh negara (PDAM) baru mencapai 18,2%, sisanya merupakan sistem individual (Notodarmojo, 2006). Kualitas air tanah banyak mengalami penurunan sebagai akibat pencemaran dari aktifitas industri dan rumah tangga. Oleh karena itu saat ini makin diperlukan teknologi pengolahan air. Salah satu teknologi yang potensial untuk dikembangkan adalah penggunaan ozon. Ozon diperkirakan terdeteksi pertama kali oleh seorang ahli kimia berkebangsaan Belanda yang bernama Van Marum, yang menyatakan keberadaan aroma khas di sekitar electrifier-nya. Namun penemuan ozon itu sendiri baru dipublikasikan pada tahun 1840 oleh Schönbein yang dipresentasikan di University of Munchen. Gas ini ditemukan pada lapisan atmosfer yang pada tahun 1839 dikenal sebagai the single most important chemically active trace gas in the earth s atmosphere, lapisan gas yang memegang peranan penting bagi kehidupan di bumi (Lenntech, 1998 ) Penggunaan ozon kemudian berkembang pesat sebagai desinfektan hingga ditemukannya klorin yang kemudian menjadi primadona sebagai desinfektan air. Aplikasi ozon mulai berkembang kembali setelah ditemukannya senyawa Thesis 25305020 I-1
trihalometan dari produk samping penggunaan klorin pada tahun 1973 yang merupakan senyawa berbahaya bagi manusia (karsinogenik)(wikipedia, 2007) Aplikasi ozon yang akan digunakan dalam penelitian ini berkaitan dengan sifat oksidatif ozon yang bisa dikembangkan menjadi teknologi oksidasi lanjut (Advanced Oxidation Technology), prosesnya sendiri disebut sebagai proses oksidasi lanjut (AOP, Advanced Oxidation Process). Pada penelitian ini penulis mencoba untuk mengetahui kinerja ozon sebagai oksidator dalam penyisihan senyawa besi dari air tanah dangkal (air sumur). Hingga saat ini penggunaan air tanah dangkal sebagai sumber air masih menjadi pilihan utama bagi masyarakat yang belum terlayani oleh PDAM. Air tanah dangkal menjadi pilihan karena kualitasnya masih lebih baik dari air permukaan yang telah banyak tercemar, selain itu air tanah juga mudah didapat, tidak memerlukan tempat yang luas dan biaya pembuatannya relatif murah. Namun permasalahan yang sering timbul dari pemanfaatan air tanah adalah tingginya kadar senyawa anorganik yang berasal dari batuan dan lapisan tanah dimana air tersebut berada. Salah satu senyawa yang menjadi perhatian adalah senyawa besi, yang walaupun tidak membahayakan dari segi kesehatan namun cukup menggangu dari segi estetika. Tingginya kadar besi pada air tanah dapat menimbulkan kerak dan meninggalkan warna pada pakaian yang dicuci dengan air tersebut. Kandungan besi pada air tanah ditemukan dalam beberapa bentuk senyawa, salah satunya adalah senyawa besi dengan zat organik yang cukup sulit disisihkan dengan cara pengolahan biasa seperti aerasi dan filtrasi. Ozon dengan sifat oksidatif yang cukup tinggi diharapkan dapat digunakan untuk mengoksidasi senyawa besi organik ini. I.2 Maksud Dan Tujuan Maksud dari penelitian ini adalah sebagai penelitian awal pengolahan air dengan menggunakan ozon. Sedangkan tujuan yang ingin dicapai adalah untuk: Thesis 25305020 I-2
1. Mengetahui kinerja generator ozon yang digunakan; 2. Mengetahui kelarutan ozon dari generator di dalam air; 3. Mengetahui pengaruh ozonasi terhadap ph, kandungan besi dan zat organik di air tanah 4. Mengetahui waktu efektif untuk penyisihan besi dan zat organik dengan ozon dan kombinasi ozon-uv 5. Mengetahui kinetika reaksi oksidasi ozon terhadap besi dan zat organik di dalam air tanah beserta konstanta laju reaksinya 6. Membandingkan kinerja oksidasi ozon dengan gabungan ozon dan sinar UV untuk penyisihan besi dan zat organik I.3 Hipotesa Menurut Ullmann s,1991 dalam The Ozon, www.lenntech.com, ozon memiliki kelarutan enam belas kali lebih besar daripada oksigen di dalam air, yaitu dapat mencapai 0,57 g/l pada temperatur 20 C. Namun kelarutan ozon ini bersifat metastabil dan sangat dipengaruhi oleh kehadiran zat-zat lain di dalam air, seperti kation logam dan oksida logam, selain itu juga dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan. Menurut Keller dari Sybron Chemical Inc (Lenntech, 1998), metode yang banyak digunakan dalam penyisihan besi di air adalah dengan cara oksidasi, salah satunya dengan ozonasi. Reaksi ozon dengan senyawa besi dapat mengikuti reaksi berikut ini: 2Fe ( HCO CO + O 3) 2 + O3 + H 2O 2Fe( OH ) 3 + 4 2 2 Salah satu bentuk senyawa besi di dalam air yang susah teroksidasi adalah senyawa besi dengan zat organik. Ozon merupakan oksidator yang sangat kuat, bereaksi sangat cepat dengan senyawa apapun yang dapat teroksidasi di dalam air termasuk besi. Reaksi oksidasi dengan ozon terdiri dari dua bagian, yaitu oksidasi langsung dan oksidasi tidak langsung yang melibatkan hidroksil radikal (Langlais et al, 1991 dalam Lenntech, 1998). Thesis 25305020 I-3
Gambar I-1Reaktifitas Ozon di dalam Larutan (Sumber:Langlais et al., 1991 dalam Lenntech, 1998) Menurut US EPA, hidroksil radikal memiliki potensial redoks terbesar setelah Flourine, yaitu 2,86, jauh lebih besar dibandingkan dengan ozon 2,07 V, hidrogen peroksida 1,78 V, klor 1,36 V dan oksigen 1,23 V (US EPA, 1997). Oleh karena itu ozon melalui reaksi oksidasi tak langsungnya diperkirakan akan sangat efektif untuk penyisihan senyawa besi di dalam air. Kandungan zat organik di dalam air yang berupa asam humik dapat membentuk senyawa kompleks dengan kation logam seperti besi. Senyawa kompleks zat organik dan besi sangat sukar teroksidasi di dalam air. Hasil penelitian Rohmatun, 2006 dengan menggunakan AOP dari kombinasi hidrogen peroksida dan sinar UV memberikan penurunan besi kompleks zat organik sebesar 67% untuk konsentrasi besi total awal 1,74-4 mg/l. Reaksi ozon dengan zat organik bersifat selektif sedangkan reaksi oksidasi hidoksil radikal tidak selektif. Menurut Topudruti et. al.,1993 dalam Savant, 2003 reaksi antara ozon dengan UV menghasilkan pembentukan hidrogen peroksida yang selanjutnya akan bereaksi dengan sinar UV membentuk hidroksil radikal, menurut reaksi: Oleh karena itu kombinasi ozon dan sinar UV diperkirakan akan dapat menyisihkan lebih banyak zat organik di dalam air dibandingkan dengan oksidasi dengan ozon saja. Dengan demikian penyisihan besi yang berikatan dengan zat organik pun diperkirakan akan lebih efektif menggunakan kombinasi ozon/uv. Thesis 25305020 I-4
I.4 Ruang Lingkup Penelitian 1. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium di Laboratorium Teknologi Pengolahan Air Teknik Lingkungan ITB 2. Percobaan dilakukan terhadap air sumur dari dua lokasi yaitu sumur penduduk di Gang Samsi Kelurahan Kebon Waru Kecamatan Batununggal dan sumur kedua dari Jl. Asep Berlian di kelurahan yang sama. 3. Analisa nilai TOC serta angka permanganat dilakukan untuk air dari sumber 1. 4. Percobaan dilakukan dengan reaktor batch dengan volume 2 liter pada temperatur ruang 5. Ozon yang digunakan berasal dari generator ozon 6. UV yang digunakan berasal dari lampu UV 3x 10 watt 7. Faktor-faktor yang diamati adalah ph, temperatur, konsentrasi ozon terlarut, konsentrasi Fe total dan konsentrasi zat organik sebagai angka permanganat dan TOC I.5 Sistematika Pembahasan Bab 1 Pendahuluan Berisi latar belakang, maksud dan tujuan, hipotesa, ruang lingkup penelitian serta sistematika pembahasan. Bab 2 Tinjauan Pustaka Berisi hasil studi dari literatur-literatur yang berkaitan sebagai penunjang pelaksanaan penelitian di laboratorium yaitu mengenai sifat fisik dan kimia ozon, UV,reaksi oksidasi ozon, senyawa besi dan zat organik di dalam air, serta teoriteori mengenai pengolahan air yang mengandung besi dan zat organik. Juga memasukkan tinjauan pustaka mengenai teknologi AOP yang telah berkembang. Bab 3 Metodologi Penelitian Thesis 25305020 I-5
Berisi tentang teknik penelitian yang meliputi tahapan-tahapan pengerjaan di laboratorium, alat dan bahan yang dipergunakan serta teknik analisa data yang diterapkan. Bab 4 Hasil dan Pembahasan Pada bab ini data-data yang diperoleh dianalisa dan dibahas sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai. Bab 5 Kesimpulan dan Saran Menjelaskan akhir dari semua penelitian yang telah dilakukan, penarikan kesimpulan serta masukan dan saran bagi pengembangan penelitian selanjutnya. Thesis 25305020 I-6