8 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pencemaran Perairan Menurut Odum (1971), pencemaran adalah perubahan sifat fisik, kimia dan biologi yang tidak dikehendaki pada udara, tanah dan air. Sedangkan menurut Saeni (1989), pencemaran adalah peristiwa adanya penambahan bermacammacam bahan sebagai hasil dari aktivitas manusia, kedalam lingkungan yang biasanya dapat memberikan pengaruh yang berbahaya terhadap lingkungannya. Pencemaran juga terjadi apabila ada gangguan terhadap daur suatu zat, sehingga terjadi pembuangan (Soemarwoto, 1992). Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air, menyatakan pencemaran air adalah masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi dan atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia, sehingga kualitas air menurun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan tidak lagi berfungsi sesuai peruntukannya. Wardoyo (1975), menyatakan bahwa pencemaran air adalah peristiwa penambahan bahan oleh manusia ke dalam perairan, sehingga merusak atau membahayakan kehidupan organisme di dalamnya, berbahaya bagi kesehatan manusia, mengganggu aktivitas perairan termasuk penangkapan ikan, merusak daya guna air dan mengurangi keindahan. Harsanto (1995), mengatakan bahwa air dikatakan tercemar jika mengalami hal-hal berikut : 1. Air mengandung zat, energi dan atau komponen lain yang dapat merubah fungsi air sesuai peruntukannya atau disebut parameter pencemaran. 2. Kandungan parameter pencemaran di dalam air telah melampaui batas toleransi tertentu atau disebut baku mutu hingga menimbulkan gangguan terhadap pemanfaatannya, dengan kata lain tidak sesuai dengan peruntukannya.
9 2.2 Sumber Pencemaran Perairan Masalah kualitas air sungai terutama disebabkan oleh kandungan sedimen dalam air sungai akibat terjadinya erosi pada bagian daerah aliran sungai terutama di bagian hulu (Manan, 1977). Persediaan air yang berasal dari aliran permukaan dan infiltrasi dimanfaatkan untuk keperluan metabolisme manusia, perkotaan, industri dan pertanian, dari keempat pemanfaatan air tersebut dihasilkan limbah yang dapat menyebabkan turunnya kualitas perairan. Di Indonesia banyak sungai yang telah mencapai taraf pencemaran yang merugikan, khususnya sungai-sungai yang alirannya melalui daerah perkotaan (daerah padat penduduk) dan wilayah perindustrian (Saeni, 1989). Kegiatan pertanian baik secara langsung maupun tidak langsung dapat mempengaruhi kualitas perairan, terutama dengan adanya penggunaan pupuk dan pestisida (Sutamihardja, 1992). Di dalam suatu daerah aliran sungai, penurunan kualitas air terutama disebabkan oleh limbah domestik, limbah industri, kegiatan pertambangan dan limbah pertanian. Penggunaan lahan untuk bidang pertanian yang melampaui batas di daerah hulu sungai akan mempengaruhi kualitas daerah perairan hilir dan muara sungai (Mahbub, 1986 dalam Nedi, 1997). Sumber pencemaran perairan ada dua jenis, yaitu point sources dan non point sources. Point sources adalah pencemaran yang dapat diketahui secara pasti sumbernya, misalnya limbah industri. Sedangkan non point sources adalah pencemaran yang tidak diketahui secara pasti sumbernya, yaitu pencemar yang masuk ke perairan bersama air hujan dan limpasan permukaan. Untuk mengetahui apakah suatu perairan telah tercemar atau tidak diperlukan pengujian untuk menentukan sifat-sifat air, sehingga dapat diketahui apakah terjadi penyimpangan dari batasan-batasan pencemaran air. Sifat-sifat air yang umumnya diuji yang dapat digunakan untuk menentukan tingkat pencemaran air adalah : 1. Sifat-sifat fisika air, seperti suhu, daya hantar listrik, kekeruhan, konsentrasi padatan terlarut dan tersuspensi. 2. Sifat-sifat kimia air, seperti nilai ph, oksigen terlarut, BOD, COD, minyak dan lemak, logam berat dan bahan pencemar lainnya.
10 3. Sifat-sifat biologi air, seperti adanya bakteri Escherichia coli yang merupakan salah satu indikator yang menunjukkan pencemaran air. 2.2.1 Sifat-sifat Fisika Perairan Sifat-sifat fisika perairan yang diukur dalam hal ini, meliputi suhu, daya hantar listrik (DHL), kekeruhan, padatan terlarut dan padatan tersuspensi. Menurut Wardoyo (1975), sifat fisika air, baik langsung maupun tidak langsung akan mempengaruhi sifat kimia dan biologi perairan serta nilai guna perairan tersebut. Suhu Perairan Suhu perairan merupakan parameter fisika yang mempengaruhi sebaran organisme akuatik dan reaksi kimia. Suhu suatu perairan dipengaruhi oleh komposisi substrat, kekeruhan, air hujan, luas permukaan perairan yang langsung mendapat sinar matahari serta suhu perairan yang menerima air limpasan. Saeni (1989) menyatakan, bahwa suhu air sungai memperlihatkan perbedaan yang nyata antara lapisan permukaan dan dasar perairan. Dalam hal ini, suhu di permukaan akan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu air di lapisan dasar. Peningkatan suhu perairan sungai menyebabkan konsentrasi oksigen terlarut menurun, sehingga mempengaruhi kehidupan organisme perairan. Kekeruhan Kekeruhan menurut Klein (1972) terutama disebabkan oleh bahan-bahan tersuspensi yang bervariasi dari ukuran koloid sampai dispersi kasar. Kekeruhan di suatu sungai tidak sama sepanjang tahun, air akan sangat keruh pada musim penghujan karena larian air maksimum dan adanya erosi dari daratan. Kekeruhan ini terutama disebabkan oleh adanya erosi dari daratan. Pada daerah pemukiman kekeruhan dapat ditimbulkan oleh buangan penduduk dan buangan industri baik yang telah diolah maupun yang belum
11 mengalami pengolahan. Selain disebabkan oleh bahan-bahan tersebut, kekeruhan juga disebabkan oleh liat dan lempung, buangan industri dan mikroorganisme (Saeni, 1989). Pengaruh utama dari kekeruhan adalah terjadinya penurunan penetrasi cahaya matahari secara tajam. Penurunan ini akan mengakibatkan aktivitas fotosintesis dari fitoplankton menurun. Warna Air yang mengandung bahan-bahan perwarna alamiah yang berasal dari rawa dan hutan, dianggap tidak mempunyai sifat-sifat yang membahayakan atau toksik. Meskipun demikian, adanya bahan-bahan tersebut menyebabkan warna kuning kecoklatan pada air (Sutrisno dan Suciastuti, 1991). Menurut Alaerts dan Santika (1984), maksimum warna air minum yang dianjurkan adalah 5 mg PtCo/l. Padatan Tersuspensi Menurut Fardiaz (1992), padatan tersuspensi adalah padatan yang menyebabkan kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak mengendap langsung. Air buangan industri mengandung jumlah padatan tersuspensi yang sangat bervariasi tergantung pada jenis industrinya. Besarnya kandungan padatan tersuspensi akan mengurangi penetrasi sinar matahari ke dalam air, sehingga dapat mempengaruhi regenerasi oksigen secara fotosintesis. Padatan terlarut adalah padatan yang memiliki ukuran yang lebih kecil dari padatan tersuspensi. Padatan terlarut terdiri dari senyawa organik dan anorganik yang larut dalam air. Air buangan industri umumnya banyak mengandung zat pencemar terlarut yang sering mencemari perairan dan sangat berbahaya bagi kehidupan di sekitarnya.
12 2.2.2 Sifat Kimia Perairan ph Nilai ph suatu perairan mencerminkan keseimbangan antara asam dan basa dalam air dan merupakan pengukuran konsentrasi ion hidrogen dalam air. Menurut Saeni (1989), nilai ph perairan air tawar berkisar antara 5 sampai 9. Batas toleransi organisme air terhadap ph bervariasi tergantung pada suhu air, oksigen terlarut, adanya berbagai anion dan kation serta jenis organisme. Rahayu, 1991 menyatakan, suatu perairan yang produktif dan ideal bagi usaha perikanan adalah perairan yang ph-nya berkisar antara 6,5 8,5. Hal-hal yang dapat mempengaruhi nilai ph antara lain buangan industri dan rumah tangga. Biochemical Oxygen Demmand (BOD) Nilai BOD merupakan suatu parameter yang menunjukkan jumlah oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh mikroorganisme perairan untuk menguraikan atau mengoksidasi bahan buangan organik di dalam air. Menurut Saeni (1989), reaksi biologis pada pengukuran BOD dilakukan pada suhu inkubasi 20 o C selama 5 hari. Hal ini disebabkan, karena pada periode waktu 5 hari kesempurnaan oksidasi mencapai 60 70 persen. Sedangkan suhu 20 o C yang digunakan merupakan nilai rata-rata untuk daerah perairan arus lambat di daerah iklim sedang dan mudah ditiru dalam inkubator. Pengukuran BOD sangat penting dalam pengolahan limbah dan pengolahan kualitas air, karena parameter ini dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah oksigen yang akan dibutuhkan untuk menstabilkan buangan organik yang ada secara biologis dalam suatu perairan. Peningkatan nilai BOD merupakan petunjuk menurunnya jumlah oksigen terlarut karena pertumbuhan yang berlebihan dari mikroorganisme suatu perairan. Menurut Fardiaz (1992), suatu perairan dikatakan telah tercemar apabila konsentrasi oksigen terlarutnya telah menurun sampai di bawah batas yang dibutuhkan untuk kehidupan biota. Penyebab utama berkurangnya konsentrasi oksigen terlarut di dalam air adalah adanya zat pencemar yang dapat
13 mengkonsumsi oksigen. Zat pencemar tersebut terutama terdiri dari bahan-bahan organik dan anorganik yang berasal dari berbagai sumber, seperti kotoran (hewan dan manusia), sampah organik, bahan-bahan buangan dari industri dan rumah tangga. Chemical Oxygen Demmand (COD) Uji COD merupakan suatu uji yang dilakukan untuk menentukan jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bahan oksidan (misalnya K 2 Cr 2 O 7 ) untuk mengoksidasi bahan-bahan organik yang terdapat di dalam air (Fardiaz, 1992). Uji COD biasanya menghasilkan nilai kebutuhan oksigen terlarut yang lebih tinggi dari uji BOD, karena bahan-bahan yang stabil terhadap reaksi biologi dan mikroorganisme juga dapat teroksidasi dalam uji COD. Menurut Fardiaz (1992), uji COD dapat dilakukan lebih cepat dari uji BOD. Sembilan puluh enam persen hasil uji COD yang dilakukan selama 90 menit kira-kira setara dengan uji BOD yang dilakukan selama 5 hari. Nilai COD digunakan sebagai petunjuk tingkat pencemaran limbah industri. Nitrogen Nitrogen sebagai sumber nitrat terbanyak terdapat di udara, yaitu sebesar 78% volume udara. Ada tiga tempat nitrogen di alam. Yang pertama adalah udara, kedua, senyawa anorganik (nitrat, nitrit, amoniak) dan ketiga adalah senyawa organik (protein, asam urea) (Kristanto, 2002). Nitrogen dalam suatu perairan dapat berbentuk senyawa amonia, nitrit dan nitrat. Senyawa-senyawa tersebut berasal dari limbah industri, pemukiman dan pertanian (Alaerts dan Santika, 1984). Menurut Fardiaz (1992), secara alami senyawa amonia merupakan hasil pertama dari penguraian protein dan jumlahnya relatif rendah di perairan. Jika konsentrasi amonia di suatu perairan terdapat dalam jumlah yang terlalu tinggi (>1,1 mg/l pada suhu 25 o C dan ph 7,5) maka diduga telah terjadi pencemaran. Untuk lebih jelasnya siklus nitrogen di dalam ekosistem perairan dapat dilihat pada Gambar 2.
14 Gas-gas Nitrogen (N 2, N 2 O) Denitrifikasi (Thiobacillus) Nitrat (NO 3 ) Asimilasi Fiksasi (Azotobacter) Nitrogen dalam Bahan Organik Nitrifikasi (Nitrobacter) Nitrat tereduksi Dekomposisi Nitrit (NO 2 ) Amonia (NH 3 ) Nitrifikasi (Nitrosomonas) Gambar 2 Siklus Nitrogen dalam ekosistem perairan (Manahan, 1983) Logam Berat Menurut Saeni (1997), logam berat adalah logam yang mempunyai densitas lebih besar dari 5 g/cm3, terletak di sudut kanan bawah daftar berkala, mempunyai affinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari periode 4 sampai 7. Sifat logam berat ini sangat unik, yaitu tidak dapat dihancurkan secara alami dan cenderung terakumulasi dalam rantai makanan melalui proses biomagnifikasi. Beberapa logam berat merupakan logam yang paling berbahaya dan merupakan unsur polutan, seperti timbal (Pb), kadmium (Cd) dan merkuri (Hg). Logam ini dapat menyerang ikatan-ikatan belerang pada enzim, sehingga enzim yang bersangkutan menjadi immobile. Gugus-gugus protein asam karboksilat (-CO 2 H) dan amino (-NH 2 ) juga diserang oleh logam berat. Ion-ion Cd, Cu dan Hg terikat pada sel-sel membran yang dapat menghambat proses transportasi
15 melalui dinding sel. Logam-logam berat juga dapat mengendap dan mengkatalisis penguraian senyawa-senyawa biofosfat (Saeni, 1997). 2.3 Sumber Air Baku Air baku utama untuk masyarakat umumnya berasal dari air tanah dan air permukaan. Air tanah dapat digunakan dengan pengolahan minimal akibat dari efek penyaringan pori-pori tanah. Air tanah tidak mudah tercemar sebagaimana air permukaan, akan tetapi begitu tercemar air tanah sulit untuk ditangani, dan memerlukan waktu yang sangat lama (Nathanson dalam Ismayana, 2005). Air tanah juga memerlukan pengolahan, meskipun air tanah biasanya bebas dari bakteri dan padatan tersuspensi/koloida akibat filtrasi alami selama mengalami perpindahan di dalam struktur tanah, akan tetapi karena air tanah kontak langsung dengan tanah/batu-batuan, air tanah pada umumnya mengandung mineral seperti kalsium dan besi. Secara umum, air tanah perlu diperlakukan disinfeksi dengan klorin atau dengan metode lainnya guna menjamin bahwa air tersebut bebas dari mikroorganisme patogen. Apabila mineral terlarut terdapat dalam jumlah yang berlebihan, perlu perlakuan dengan kombinasi proses kimiawi, aerasi, filtrasi dan perlakuan lainnya untuk mengurangi kandungan mineral tersebut (Davis dalam Ismayana, 2005). Air permukaan biasanya memerlukan pengolahan secara lebih ekstensif dibanding dengan pengolahan air tanah. Hal ini disebabkan oleh relatif rendahnya kualitas air permukaan akibat pencemaran oleh aktivitas manusia seperti industri, pertanian, pemukiman, pertambangan, perdagangan dan rekreasi. Walaupun air permukaan jauh dari aktivitas manusia tetapi air permukaan secara alami mengandung padatan tanah tersuspensi, bakteri dan bahan organik hasil pembusukan tanaman dan hewan. Oleh karena itu, air yang diambil secara langsung dari sungai atau danau pada umumnya belum cukup baik untuk keperluan konsumsi manusia secara langsung. Secara umum, air baku dengan jumlah coliform sampai dengan 5.000/100 ml dan kekeruhan sampai dengan 10 unit dapat dianggap sebagai air baku yang baik. Air baku dengan jumlah coliform diatas 20.000/100 ml dan kekeruhan diatas 250 unit dianggap sebagai
16 air baku dengan kualitas rendah dan memerlukan pengolahan ekstensif guna memenuhi baku mutu air minum (Nathanson dalam Ismayana, 2005). 2.4 Proses Pengolahan Air Bersih Tujuan pengolahan air adalah untuk menghilangkan bahan pengotor yang ada, dan secara efisien memproduksi air yang jernih, tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, aman dan menyegarkan, serta dapat memberikan manfaat ekonomis dan sosial (Suprihatin dalam Ismayana, 2005). Pengotor air dapat digolongkan menjadi tiga kelompok, yaitu bahan tersuspensi/koloid, bahan terlarut, dan mikroorganisme. Berdasarkan fungsi utama, satuan operasi dalam pengolahan air dapat digolongkan menjadi operasi untuk menghilangkan bahan partikel (penyaringan, sedimentasi, koagulasi/ flokulasi, filtrasi), disinfeksi (klorinasi, ozonisasi, radiasi dengan UV, filtrasi membran), dan/atau untuk menghilangkan bahan terlarut (aerasi, ozonisasi, pelunakan, adsorpsi, reverse osmose). Unit operasi atau unit proses yang dapat digunakan untuk menghilangkan masing-masing bahan pengotor tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. Pemilihan unit operasi/unit proses yang akan diaplikasikan ditentukan oleh karakteristik air baku, tujuan pengolahan, tempat dan biaya yang tersedia (Suprihatin dalam Ismayana, 2005). Tabel 1 Berbagai jenis unit operasi/unit proses dalam pengolahan air bersih (Ismayana, 2005) Fungsi Penghilangan partikel/koloid Penghilangan bahan terlarut Desinfeksi Unit Operasi/Unit Proses Penyaringan Sedimentasi Koagulasi/Flokulasi Filtrasi/membran filtrasi Aerasi Ozonisasi Pelunakan Adsorpsi Reverse Osmosis Klorinasi Ozonisasi Radiasi dengan UV Filtrasi membran