MK.PLPC-3. KONTAMINAN AIR

KULIAH KE-3

MK. PENGENDALIAN LIMBAH PADAT DAN CAIR

KONTAMINAN AIR

Dr.Ir.Hamzah Lubis,SH.,M.Si

I. Pengantar

Air selalu melarutkan berbagai macarn komponen dari media yang dilewatinya. Di samping itu, sebagai hasil dari siklus hidrologi, air mengandung berbagai komponen lain termasuk gas-gas. Komponen-komponen/senyawa-senyawa tersebut sering disebut sebagai kontaminan. Kandungan kontaminan dalam sumber air sangat erat berhubungan dengan kualitas air hujan dan kondisi geologis lapisan air maupun lapisan aquifer. Di samping itu juga tergantung kepada aktifitas alam dan populasi manusia.

          

II.                    Kontaminan air

Kontaminan air secara lebih terinci dapat dibagi dalam 2 (dua) kategori yaitu bahan terlarut (dissolved matter) dan bahan tidak terlarut (non soluble contaminants). Kontaminan terlarut dan tidak terlarut tersaji pada Tabel 1 dan 2.

Dari Tabel 1 bisa diketahui bahwa kandungan bahan-bahan terlarut dalam air sangat bervariasi dan dapat diklasifikasikan ke dalam lima kelompok yang berbeda. Kelompok kesatu sampai keempat dibedakan berdasarkan konsentrasinya, sedangkan kelompok terakhir mewakili komponen dengan kosentrasi berubah-ubah tergantung pada aktifitas mikrobiologis maupun perubahan lingkungan. Kelompok ini sering disebut sebagai kelompok transien.

Beberapa kontaminan pada kondisi transien muncul sebagai akibat dari aktifitas biologis. Sebagai contoh adalah konsentrasi CO₂ dan O₂ dalam air yang berubah-ubah sesuai dengan adanya cahaya matahari yang masuk ke perairan dan mempengaruhi proses fotosintesa. Contoh lain adalah konsentrasi antara NH₃, N₂, NO₂^- dan NO₃^- dalam air yang sering berubah sebagai akibat adanya siklus nitrogen.

Beberapa ahli kimia air juga membagi kontaminan utama yang terdapat di dalam air dari berbagai sumbernya sebagaimana tersaji pada tabel 3. Kontaminan tersebut dapat diklasifikasikan sebagai (1) ionik dan terlarut, (2) non ionik dan tidak terlarut, dan (3) gas. Kontaminan terlarut selanjutnya dapat dibagi menjadi 2 kelompok yaitu ion positif dan ion negatif terlarut. Kontaminan non ionik dan tidak terlarut sering dibedakan menurut ukuran dan dapat diidentifikasi sebagai (1) tersuspensi bila kontaminan tersebut bisa mengendap dan (2) koloid bila tidak bisa mengendap. Warna dan bahan-bahan organik dapat disebut sebagai ionik dan terlarut maupun non ionik tidak teriarut, tergantung pada sifat molekulnya. Sebagai contoh, asam humus (humic acid) adalah ionik dan terlarut, sedangkan tanin adalah non ionik

dan tidak terlarut.

Dalam pengujian kualitas air, kontaminan dalam air biasanya diklasifikasikan ke dalam fisika, kimia, dan biologi. Oleh karena itu bakteri yang bersifat sebagai koloid, non ionik dan tidak terlarut dapat diklasifikasikan ke dalam kontaminan biologis.

Ada dan tidaknya kontaminan tertentu ke dalam air tergantung pada sumber air. Sebagai contoh, padatan tersuspensi biasanya ditemukan dalam air permukaan, tetapi tidak ditemukan dalam air bawah tanah karena telah mengalami filtrasi dalam tanah. Untuk menentukan apakah kontaminan tertentu dalam air dapat diijinkan atau tidak harus diketahui (1) sifat dan jumlah kontaminan yang ada; (2) untuk apa penggunaan air tersebut; dan (3) batas ambang berbagai kontaminan tersebut untuk masing-masing penggunaan.

  

Tabel-1. Kontaminan terlarut dalam sumber-sumber air

           Tabel-2 Kontaminan tak larat dalam sumber air

Kelompok-1. Padatan

- Mengapung

- Mengendap

- Tersuspensi

Kelompok-2. Organisma mikrobial

-        Alga

-        Bakteri

-        Jamur

-        Virus

        Tabel-3. Kontaminan utama dalam air dan sumbernya

         III.Kontaminan Primer

Kelompok ini merupakan padatan terlarut yang pada umumnya mempunyai konsentrasi di atas 5 mg/L, dan sering heberapa kali lipat dari harga ini.

1. Bikarbonat (HCO3) - Berat Molekul 61

Ion bikarbonat merupakan kontaminan penyebab alkali utama dari hampir semua sumber air. Ion ini biasanya ditemukan dalam kisaran konsentrasi antara 5 hingga 500 mg/L sebagai CaCO₃. Munculnya ion ini ke dalam air sebagai akibat dari aktifitas bakteri penghasil CO₂ dan mineral yang mengandung senyawa karbonat. Aktifitas populasi manusia seperti industri dan kegiatan domestik secara umum juga mengantarkan bahan-bahan alkalin ke dalam air.

Alkalinitas dalam sumber baku air minum jarang melampaui 300 mg/L. Pengendalian alkalinitas sangat penting dalam penerapannya di industri karena indeks kestabilan kalsium karbonat (Kalsium carbonate stability index) sering cukup signifikan. Pengendalian alkalinitas sangat penting baik dalam air ketel maupun air pendingin. Air make up untuk sistem-sistem tersebut sering harus diolah lebih dahulu untuk menurunkan alkalinitas baik menggunakan pelunakan dengan kapur maupun penambahan asam secara langsung.

2. Kalsium (Cu²⁺) - BeratAtom 40

Kalsium merupakan komponen terbesar penyebab kesadahan dalam air dan biasanya berada dalam kisaran antara 5 sampai 500 mg/L sebagai CaCO₃ (2 hingga 200 mg/L Ca). Kalsium dalam sumber air terutama berasal dari beberapa mineral yaitu kapur dan gypsum. Kadar kalsium bisa diturunkan dengan cara pelunakan. Kalsium juga merupakan faktor utama yang menentukan indeks kestabilan (stability index). Kesadahan kalsium dapat dikurangi sampai lebih kecil 25 mg/L sebagai CaCO₃ dengan pelunakan menggunakan proses kapur soda. Ion Kalsium dapat juga dikurangi sampai di bawah 1 mg/L dengan metode penukaran ion.

3. Klorida (Cl^-) - BeratAtom 35,5

Hampir semua garam klorida mudah larut dalam air (highly soluble) dan biasanyaberada dalam kisaran konsentrasi dari 10 hingga 100 mg/L pada berbagai sumber air. Air laut mengandung klorida di atas 30.000 mg/L, sebagai CaCO₃. Metode penukaran anion merupakan satu-satunya proses kimia yang dapat menghilangkan klorida dari air. Sedangkan penghilangan secara fisis dapat dilakukan dengan penguapan dan reverse osmosis.

4. Magnesium (Mg²⁺⁾ - Berat atom 24,3

Kesadahan magnesium dalam air biasanya sebesar sepertiga dari kesadahan total sedangkan sisanya yang  dua pertiga merupakan kesadahan kalsium. Kandungan ion Magnesium biasanya dalam kisaran konsentrasi dari 10 hingga 50 mg/L (sekitar 40 hingga 200 mg/L sebagai CaCO₃). Dalam air laut, konsentrasi magnesium sekitar 5 kali kalsium (basis equivalen). Produksi magnesium hydroksida dari air laut merupakan langkah awal dari pembuatan magnesium. Magnesium merupakan komponen yang cukup besar dalam kebanyakan mineral termasuk dolomit, magnetit, dan tanah liat.

      Karena magnesium karbonat lebih mudah larut dari pada kalsium karbonat maka jarang ditemukan magnesium karbonat sebagai komponen utama dalam kerak kecuali dalam evaporator air laut. Namun demikian, senyawa ini tetap harus dihilangkan bersama-sama dengan kalsium karena air lunak sangat diperlukan sebagai make up air ketel dan proses-proses yang lain. Magnesium dapat dikurangi dengan proses pelunakan kapur hingga 1-2 mg/L sebagai CaCO₃. Magnesium juga dapat dikurangi dengan metode pertukaran ion hingga di bawah 1 mg/L sebagai CaCO₃.

5. Silika (SiO₂) - Berat Molekul 60

Silika terdapat hampir pada semua jenis mineral dan didapatkan dalam air pada kisaran antara 1 hingga 100 mg/L. Silika tidak dikehendaki dalam air make up boiler bukan hanya karena bisa membentuk kerak di dalam ketel tetapi juga karena relatif volatil pada temperatur tinggi dan akhirnya bisa membentuk deposit kembali pada baling-baling turbin. Proses pengolahan untuk menghilangkan silika adalah adsorpsi pada endapan magnesium dalam pelunakan dengan kapur, adsorpsi pada endapan besi hydroksida dalam proses koagulasi nnenggunakan garam-garam besi, dan pertukaran anion pada proses demineralisasi.

6. Natriurn (Na⁺) - Berat Atorn 23

Semua garam natrium mudah larut dalam air meskipun beberapa senyawa kompleks dengan mineral tertentu kurang larut dalam air. Kandungan klorida yang tinggi dalam air laut biasanya berikatan dengan ion natrium. Dalam berbagai sumber air, biasa terkandung dengan kisaran konsentrasi antara 10 hingga 100 mg/L (sekitar 20 hingga 200 mg/L sebagai CaCO₃). Konsentrasi natrium dalam air minum tidak dibatasi menurut Federal Drinking Water Standards. Namun dalam air umpan ketel, terutama ketel tekanan tinggi, kandungan natrium juga harus dibatasi. Proses kimia yang bisa digunakan untuk penghilangan natrium adalah proses pertukaran ion dengan siklus hidrogen. Sedangkan proses fisis yang bisa dilakukan adalah dengan penguapan dan osmosis balik (reverse osmosis).

7. Sulfat (SO₄^2-) - Berat Molekul 96

Sulfat yang terkandung di daiam air berasal dari mineral-mineral tertentu khususnya gypsum, atau muncul dari oksidasi mineral-mineral yang berikatan sebagai senyawa sulfida. Bisanya berada dalam kisaran konsentrasi antara 5 hingga 200 mg/L. Batas atas konsentrasi yang disarankan dalam air rumah tangga adalah 250 mg/L, karena menyebabkan rasa tidak enak dan potensial menimbulkan sakit perut. Karena kalsium sulfat relatif tidak larut dalam air (lebih kecil dari 2000 mg/L) maka konsentrasi sulfat yang tinggi tidak dikehendaki dalam sistem penguapan. Konsentrasi sulfat yang tinggi dapat dikurangi dengan sistem penukar anion.

8. Total Dissolved Solids (TDS)

TDS merupakan jumlah semua bahan yang larut di dalarn air. Biasanya TDS dalam air dalam kisaran antara 25 hingga 5000 mg/L. Kandungan TDS untuk air baku air minum dibatasi hingga 500 mg/L. Konsentrasi TDS yang tinggi akan mempengaruhi rasa air. Konduktifitas listrik yang tinggi sebagai akibat tingginya total padatan terlarut cenderung mempercepat proses korosi. Pengurangan total padatan terlarut bisa dicapai dengan pengurangan masing-masing komponen dari padatan terlarut.

          IV.Kontaminan skunder

Kontaminan sekunder biasanya berada dalam kisaran antaru 1 hingga 10 mg/L

1.                    Ammonia (NH3) - Berat Molekul 17, biasanya dinyatakan sebagai N (Nitrogen) dengan Berat Atom 14

Gas ammonia sangat larut dalam air, bereaksi dengan air menghasilkan ammonium hydroksida. Karena senyawa ini mengalami ionisasi dalam air membentuk NH⁴⁺ + OH^-. Pada pH tinggi, gas ammonia bebas berada dalam bentuk tak terionisasi. Pada pH umumnya air sumber, ammonia terionisasi sempurna

NH₃ + H₂O = NH₄OH= NH₄⁺ + OH^-

(penambahan ion OH- ekses akan mengeser reaksi ke arah kiri).

Konsentrasi ammonia tidak dibatasi di dalam standar air minum. Namun demikian, amonia korosif terhadap logam paduan tembaga, sehingga perlu diperhatikan kandungan amonia pada sistem pendinginan dan air umpan boiler. Ammonia dapat dihilangkan dengan degasifikasi, penukar kation siklus hidrogen, dengan adsorpsi menggunakan tanah liat tertentu seperti clinoptilolite.

2 .Fluorida (F^- ) - berat atom 18

Fluorida adalah kontaminan yang umum dari kebanyakan mineral termasuk appetite dan mica. Dalam praktek, penambahan fluorida ke dalam air rumah tangga sampai konsentrasi antara 1,5 hingga 2.5 mg/L, dianggap menguntungkan untuk mengendalikan karies gigi. Konsentrasi fluorida di atas 5 mg/L dianggap merugikan karena biasanya menyebabkan gigi berwarna kurang bagus (mottled) dan struktur gigi rapuh. Karenanya, konsentrasi fluorida dibatasi dalam standar air minum. Konsentrasi fluorida yang tinggi ditemukan dalam air limbah seperti pabrik gelas dan pabrik baja. Pengendapan dengan kapur dapat menurunkannya sampai kisaran 10 hingga 20 mg/L. Fluorida juga bisa dikurangi dengan penukar anion dan dengan adsorpsi menggunakan kalsium phosphat dan  magnesium hydroxide.

3. Besi (Fe²⁺ and Fe^3-) - berat atom 55.9

Besi didapatkan dalam berbagai macam mineral termasuk tanah liat. Dalam keadaan tidak ada oksigen, besi terlarut dalam air. Bila dioksidasi pada kisaran pH 7 hingga 8.5, besi hampir tidak larut dalam air dan konsentrasinya dalam air dapat dikurangi sampai lebih kecil dari 0.3 mg/L. Karena besi tidak larut dalam air bila dioksidasi sempurna maka konsentrasi besi residual setelah pengolahan tergantung pada kemampuan pemisahan endapan baik dengan cara koagulasi maupun filtrasi.

V.Kontaminan Tertier

Kelompok kontaminan ke-3 yaitu konstituen tersier biasanya ditemukan dalam air dengan

konsentrasi di atas 0,01 mg/I. Beberapa unsur yang termasuk kelompok ini yaitu Aluminium, Arsen, Barium, Bromida, Tembaga, Timbal, mangan, Phosphat, dan Seng.

VI.Kontaminan ke-4

Kelompok yang ke-4 yaitu kontaminan trace biasanya ditemukan dalam air dalam kisaran konsentrasi di bawah 0,01 mg/I. Beberapa kontaminan kelompok ini yatiu antimony, chromium, kobalt, cyanida, air ragsa, Nickel, timah, dan titanium.

Tugas kuliah:

1. Jelaskan pengertian kontaminan air? Mengapa kontaminan air perlu diketahui?

2. Jelaskan kelompok kontaminan air?

3. Jelaskan sumber-sumber kontaminan?

4. Jelaskan kontaminan primer dan kontaminan skunder?"

Sumber: Budiyono.2013. Teknik Pengolahan Air. Yokyakarta: Graha Ilmu, hal.23-29