7
BAB II
TINJAUAN TEORI
A. Hasil Penelitian Terdahulu
Nama Judul Tahun Lokasi Hasil
Budi
Nining
Widarti,
Nuri
Irianti,
Edhi
Sarwono
Penggunaan
Variasi
Tray pada
Pengolahan
Air Sumur
Bor
2016 Air sumur
bor di Jalan
Padat Karya
Gang Sayur
Kelurahan
Sempaja
Selatan
Samarinda
Berdasarkan penelitian yang telah
dilakukan pada point multiple tray aerator
outlet sedimentasi inlet dengan kadar Fe
dari air sumur bor sebesar 53,78 mg/L, nilai
efisiensi penyisihan optimum untuk Fe
terjadi pada variasi nampan kedua sebesar
61,93%, Mn pada variasi baki keempat
35,69%. Nilai optimum perbedaan kenaikan
pH terjadi pada variasi tray ke-1 sebesar
1,6. Pada titik keseluruhan perlakuan, nilai
efisiensi penyisihan optimum untuk Fe
terjadi pada variasi baki keempat 100,00%,
Mn pada variasi tray kedua sebesar 99,68%.
Nurfauziah
Sudirman,
Ahmad
Zubair,
Iskandar
Maricar
Penurunan
Kadar
Mangan
(Mn) pada
Air Sumur
dengan
Gabungan
Metode
Multiple
Tray
Aerator dan
Saringan
Arang
2017 Laborotarium
Kualitas Air
Teknik Lingkungan
Universitas
Hasanuddin
Dari sampel air sumur yang digunakan
merupakan sampel artifisial yang dibuat
dari larutan induk logam Mangan Sulfat
(MnSO4) dengan kadar 5 mg/l. Perlakuan
multiple tray aerator hasil terbaik diperoleh
pada perlakuan multiple tray aerator dengan
6 tray tanpa bak saringan yang mengalami
penurunan sebesar 54%. Pada perlakuan
bak saringan hasil terbaik diperoleh pada
perlakuan bak saringan dengan penambahan
arang aktif mengalami penurunan sebesar
61%. Sedang pada perlakuan gabungan
multiple tray aerator dan bak saringan hasil
terbaik diperoleh pada perlakuan gabungan
antara perlakuan multiple tray aerator
dengan 6 tray dan menggunakan bak
saringan dengan penambahan arang aktif
dapat menurunkan kadar Mn sebesar 93 %,
serta kadar yang diperoleh telah berada di
bawah kadar maksimum yang
diperbolehkan Permenkes No.492
/MENKES/PER/IV/2010, yaitu 0.4 mg/l.
8
B. Telaah Pustaka
1. Air
Air merupakan salah satu dari ketiga komponen yang membentuk
bumi (zat padat, air dan atmosfer). Bumi dilingkupi air sebanyak 70%
sedangkan sisanya (30%) berupa daratan (dilihat dari permukaan
bumi). Udara mengandung zat cair (uap air) sebanyak 15% dari
tekanan atmosfer. Pengertian air bersih secara umum adalah air yang
aman, sehat dan bisa dikonsumsi oleh manusia. Sedangkan pengertian
air bersih secara fisik yaitu air yang tidak berwarna, tidak berbau dan
tidak berasa. Secara kimia air bersih diartikan sebagai air yang
mempunyai pH netral (tidak asam/basa) dan air yang tidak
mengandung racun dan logam berat berbahaya. Air bersih dapat
diperoleh dari sumur gali, sumur bor, air hujan, air dari sumber mata
air. Berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia
Nomor 416/Menkes/Per/IV/1990, menyatakan bahwa air yang layak
dipakai sebagai sumber air bersih antara lain harus memenuhi
persyaratan kualitas air secara fisik, kimia dan biologis (Andonara,
2013 dalam Timotius Abdi Wira Kusuma, 2014).
2. Sumber Air
Sumber air yang umum digunakan pada masyarakat untuk
mendapatkan air bersih yaitu :
a) Air Laut
Air laut mempunyai sifat yaitu asin, karena mengandung garam
NaCl. Kadar garam NaCl dalam air laut 3%. Dengan keadaan ini
maka air laut tidak memenuhi syarat untuk air minum (Sutrisno et
al, 2004 dalam Rika Anggraini, 2012). 97% air di muka bumi ini
merupakan air laut yang tidak dapat digunakan oleh manusia
secara langsung (Effendi, 2003 dalam Rika Anggraini, 2012).
9
b) Air Atmosfir atau Air Meteriologik
Air atmosfir atau air meteriologik atau biasa disebut dengan air
hujan ini didapat dari angkasa karena terjadinya proses presipitasi
dari awan, atmosfir yang mengandung uap air (Azwar, 1995 dalam
Rika Anggraini, 2012). Air hujan dalam keadaan murni sangat
bersih karena dengan adanya pengotoran udara yang disebabkan
oleh kotoran-kotoran industri atau debu dan lain sebagainya, maka
untuk menggunakan air hujan sebagai air minum hendaknya pada
waktu menampung air hujan jangan dimulai pada saat hujan mulai
turun karena masih mengandung banyak kotoran. Air hujan
mempunyai sifat agresif terutama terhadap pipa-pipa penyalur
maupun bak-bak reservoir, sehingga hal ini akan mempercepat
terjadinya korosi. Air hujan juga mempunyai sifat lunak, sehingga
akan boros terhadap pemakaian sabun (Sutrisno et al, 2004 dalam
Rika Anggraini, 2012).
c) Air Permukaan
Air permukaan merupakan air hujan yang mengalir di
permukaan bumi. Air permukaan akan mendapat pengotoran
selama pengalirannya, misalnya oleh lumpur, batang-batang kayu,
daun-daun, kotoran industri dan sebagainya. Beberapa pengotoran
ini untuk masing-masing air permukaan akan berbeda, tergantung
pada daerah pengaliran air permukaan ini. Jenis pengotorannya
adalah merupakan kotoran fisik, kimia dan bakteriologi. Setelah
mengalami suatu pengotoran, pada suatu saat air permukaan ini
akan mengalami suatu proses pembersihan sendiri yakni udara
yang mengandung oksigen akan membantu mengalami proses
pembusukan yang terjadi pada air permukaan yang mengalami
pengotoran, karena selama dalam perjalanan oksigen akan meresap
ke dalam air permukaan (Sutrisno et al, 2004 dalam Rika
Anggraini, 2012).
10
Air permukaan dibagi dalam 2 macam yaitu :
1) Air Sungai
Sungai dicirikan oleh arus yang searah dan relatif kencang,
dengan kecepatan berkisar antara 0,1 – 1,0 m/detik, serta sangat
dipengaruhi oleh waktu, iklim dan pola drainase. Perairan
sungai biasanya terjadi percampuran massa air secara
menyeluruh dan tidak terbentuk stratifikasi vertikal kolom air
pada perairan lentik (perairan tergenang). Kecepatan arus,
erosi, dan sedimentasi merupakan fenomena yang biasa terjadi
di sungai sehingga kehidupan flora dan fauna sangat
dipengaruhi ketiga variable tersebut.
Klasifikasi perairan lentik sangat dipengaruhi oleh
intensitas cahaya dan perbedaan suhu air. Kecepatan arus dan
pergerakan air sangat dipengaruhi oleh jenis bentang alam,
jenis batuan dasar, dan curah hujan. Semakin rumit bentang
alam, semakin besar ukuran batuan dasar, dan semakin banyak
curah hujan, pergerakan semakin kuat dan kecepatan arus
semakin cepat. Sedimen penyusun dasar sungai memiliki
ukuran yang bervariasi. Perbedaan jenis sedimen dasar ini
mempengaruhi karakteristik kimia air sungai, pergerakan air,
dan porositas dasar sungai. Sedimen dasar sungai dapat
diklasifikasikan menjadi batu kali (bedrock), bulder (boulder),
kobel (cobble), pebel (pebble), kerikil (gravel), pasir (sand),
lumpur (silt), dan tanah liat (clay) (Effendi, 2003 dalam Rika
Anggraini, 2012).
Dalam penggunaannya sebagai air minum, haruslah
mengalami suatu penggolongan yang sempurna, mengingat
bahwa air sungai ini pada umunya mempunyai derajat
pengotoran yang tinggi sekali. Debit yang tersedia untuk
11
memenuhi kebutuhan akan air minum umumnya dapat
terpenuhi (Sutrisno et al, 2004 dalam Rika Anggraini, 2012).
2) Air Rawa atau Air Danau
Danau dicirikan dengan arus yang sangat lambat (0,001 –
0,01 m/detik) atau tidak ada arus sama sekali. Waktu tinggal
(residence time) air dapat berlangsung lama. Arus air di danau
dapat bergerak ke berbagai arah. Perairan danau memiliki
stratifikasi kualitas air secara vertikal. Stratifikasi tergantung
pada kedalaman dan musim (Effendi, 2003 dalam Rika
Anggraini, 2012).
Kebanyakan air rawa berwarna yang disebabkan oleh
adanya zat-zat organik yang telah membusuk, misalnya asam
humus yang larut dalam air yang menyebabkan warna kuning
coklat. Pembusukan kadar zat organik yang tinggi, maka
umumnya kadar Fe dan Mn akan tinggi pula dan dalam
keadaan kelarutan O2 kurang sekali (anaerob), maka unsur-
unsur Fe dan Mn ini akan larut. Permukaan air akan tumbuh
algae (lumut) karena adanya sinar matahari dan O2. Jadi untuk
pengambilan air, sebaiknya pada kedalaman tertentu di tengah-
tengah agar endapan-endapan Fe dan Mn tak terbawa,
demikian pula dengan lumut yang ada pada permukaan rawa
(Sutrisno et al, 2004 dalam Rika Anggraini, 2012).
d) Air Tanah
Air tanah merupakan air yang berada di bawah permukaan
tanah. Air tanah ditemukan pada akifer. Pergerakan air tanah
sangat lambat, kecepatan arus berkisar antara 10-10 – 10-3 m/detik
dan dipengaruhi oleh porositas, permeabilitas dari lapisan tanah,
dan pengisian kembali air (recharge). Karakteristik utama yang
membedakan air tanah dari air permukaan adalah pergerakan yang
12
sangat lambat dan waktu tinggal yang sangat lama, dapat mencapai
puluhan bahkan ratusan tahun. Pergerakan yang sangat lambat dan
waktu tinggal yang lama tersebut, air tanah akan sulit untuk pulih
kembali jika mengalami pencemaran (Effendi, 2003 dalam Rika
Anggraini, 2012).
Air tanah dibagi menjadi tiga yaitu :
1) Air Tanah Dangkal
Air tanah dangkal terjadi karena daya proses peresapan air
dari permukaan tanah. Lumpur akan tertahan, demikian pula
dengan sebagian bakteri, sehingga air tanah akan jernih tetapi
lebih banyak mengandung zat kimia (garam-garam terlarut)
karena melalu lapisan tanah yang mempunyai unsur-unsur
kimia tertentu untuk masing-masing lapisan tanah. Lapisan
tanah disini berfungsi sebagai saringan. Pengotoran juga masih
terus berlangsung selama penyaringan, terutama pada air yang
dekat dengan permukaan tanah, setelah menemui lapisan rapat
air, air akan terkumpul yang merupakan air tanah dangkal
dimana air tanah ini dimanfaatkan untuk sumber air minum
melalui sumur-sumur dangkal. Air tanah dangkal didapat pada
kedalaman 15 meter. Air tanah dangkal ini ditinjau dari segi
kualitas agak baik kuantitas kurang cukup dan tergantung pada
musim (Sutrisno et al, 2004 dalam Rika Anggraini, 2012).
2) Air Tanah Dalam
Air tanah dalam terdapat setelah lapis rapat air yang
pertama. Pengambilan air tanah dalam tidak semudah pada air
tanah dangkal, harus digunakan bor dan memasukkan pipa ke
dalamnya sehingga dalam suatu kedalaman (100-300 m) akan
didapatkan suatu lapisan air. Jika tekanan air tanah besar, maka
air dapat menyembur ke luar dan dalam kedaan ini sumur
13
disebut dengan sumur artetis. Air yang tidak dapat keluar
dengan sendirinya maka digunakan pompa untuk membantu
pengeluaran air tanah dalam.
Kualitas air tanah dalam lebih baik dari air tanah dangkal
karena penyaringannya lebih sempurna dan bebas dari bakteri.
Susunan unsur – unsur kimia tergantung pada lapis - lapis tanah
yang dilalui. Jika melalui tanah kapur, maka air itu akan
menjadi sadah, karena mengandung Ca(HCO3)2 dan
Mg(HCO3)2. Jika melalui batuan granit, maka air tersebut
lunak dan agresif karena mengandung gas CO2 dan Mn(HCO3)
(Sutrisno et al, 2004 dalam Rika Anggraini, 2012).
3) Mata Air
Mata air adalah air tanah yang keluar dengan sendirinya ke
permukaan tanah. Mata air yang berasal dari tanah dalam,
hampir tidak terpengaruh oleh musim dan kualitas atau
kualitasnya sama dengan keadaan air dalam. Berdasarkan
keluarnya (munculnya ke permukaan tanah) dibedakan menjadi
dua yaitu rembesan, dimana air keluar dari lereng-lereng dan
umbul, dimana air keluar ke permukaan pada suatu dataran
(Sutrisno et al, 2004 dalam Rika Anggraini, 2012).
1. Persyaratan Air Minum
Menurut Kusnaedi (2010) Kualitas air yang digunakan sebagai air
minum sebaiknya memenuhi persyaratan secara fisik, kimia, dan
mikrobiologi.
a) Persyaratan fisik
Air yang berkualitas baik harus memenuhi persyaratan fisik
sebagai berikut.
14
1) Tidak Berwarna
Air untuk keperluan rumah tang harus jernih. Air yang
berwarna berarti mengandung bahan-bahan lain yang
berbahaya bagi kesehatan.
2) Temperaturnya normal
Air yang baik harus memiliki temperatur udara (20-260C).
air yang secara mencolok mempunyai temperatur di tas atau di
bawah temperatur udara, berarti mengandung zat-zat tertentu
(missalnya, fenol yang terlarut di dalam air cukup banyak) atau
sedang terjadi proses tertentu (proses dekomposisi bahan
organik oleh mikroorganisme yang menghasikan energi) yang
mengeluarkan atau menyerap energi dalam air.
3) Rasanya tawar
Air bisa dirasakan dengan lidah. Air yang terasa asam,
manis, pahit, atau asin menunjukkan bahwa kualitas air
tersebur tidak baik. Rasa asin disebabkan oleh adanya garam
tertentu yang larut dalam air, sedangkan rasa asam akibat dari
adanya asam organik maupun asam anorganik.
4) Tidak berbau
Air yang memiliki ciri tidak berbau bila dicium dari jauh
maupun dekat. Air yang berbau busuk mengandung bahan
organik yang sedang mengalami dekomposisi (penguraian)
oleh mikroba air.
5) Jernih atau tidak keruh
Air yang keruh disebabkan oleh adanya butiran-butiran
koloid dari bahan tanah liat. Semakin banyak kandungan koloid
15
maka air semakin keruh. Derajat kekeruhannya dinyatakan
dengan satuan unit.
6) Tidak mengandung zat padatan
Air minum yang baik tidak boleh mengandung zat padatan,
walupun jernih, air mengandung padatan yang terapung
tidakbaik digunakan sebagai air minum. Apabila air didihkan,
zat padat tersebut dapat larut sehingga menurunkan kualitas air
minum.
b) Persyaratan kimia
Kualitas air tergolong baik bila memenuhi persyaratan kimia
sebaigai berikut.
1) pH netral
Derajat keasaman air minum harus netral., tidak boleh
bersifat asam maupun basa. Air mempunyai pH rendah akan
terasa asam. Contoh air alam yang terasa asam adalah air
gambut. Skla pH diukur dengan pHmeter atau lakmus. Air
murni mempunyai pH 7. Apabila pH di bawah 7, berarti air
bersifat asam. Bila di atas 7, berarti bersifat basa (rasanya
pahit).
2) Tidak mengandung bahan kimia beracun
Air yang berkualitas baik tidak mengandung bahan kimia
beracun seprti sianida sulfida dan fenolik.
3) Tidak mengandung garam atau ion-ion logam
Air yang berkualitas baik tidak mengandung garam atau ion
logam seperti Fe, Mg, Ca, Hg, Zn, Mn, D, dan Cr.
16
4) Kesadahan rendah
Tingginya kesadahan brhubungan dngan garam-garam yang
terlarut di dalam air terutama air garam Ca dan Mg.
5) Tidak mengandung bahan organik
Kandungan bahan organik dalam air dapat terurai menjadi
zat-zat yang berbahaya bagi kesehatan. Bahan-bahan organik
itu seperti NH, H2SO42-, dan NO
3.
c) Persyaratan mikirobiologis
Persyaratan mikrobiologis yang harus dipenuhi oleh air adalah
sebagai berikut.
1) Tidak mengandung bakteri pathogen, misalnya bakteri
golongan coli, Salmonella typhi, vibirio chlotera. Kuman-
kuman ini mudah tersebar melalui air (transmitted by water).
2) Tidak mengandung bakteri nonpatogen, seperti actinomycetes,
phytoplankton coliform, dadocera.
2. Besi (Fe)
a) Definisi
Menurut Joko T. (2010), Besi (Fe) adalah salah satu elemen
kimia yang dapat ditemui pada hampir setiap tempat di bumi, pada
semua lapisan geologis dan badan air. Pada umumnya, Besi (Fe)
yang ada di dalam air dapat bersifat:
1) Terlarut sebagai Fe2+
(fero) atau Fe3+
(feri).
2) Tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter < 1 μm) atau lebih
besar, seperti Fe2O
3, FeO, FeOOH, Fe(OH)
3 dan sebagainya.
3) Tergabung dengan zat organis atau zat padat yang inorganis
(seperti tanah liat).
17
b) Keberadaan Besi (Fe) dalam air
Berdasarkan Kadar oksigen didalamnya, air tanah dapat
dibedakan menjadi tipe air tanah anaerobik dan tipe air tanah
aerobik. Pada umumnya unsur Besi terdapat pada air tanah
anaerobik. Dimana proses keberadaan Besi dalam air bersamaan
dengan mineral mangan, tetapi Besi didapatkan lebih sering
daripada mangan.
Pada dasarnya Besi (Fe) dalam air dalam bentuk Ferro (Fe2+)
atau Ferri (Fe3+), hal ini tergantung dari kondisi pH dan oksigen
terlarut dalam air. Pada pH netral dan adanya oksigen terlarut yang
cukup, maka ion membentuk endapan. Ferrihidroksida yang sukar
larut, berupa hablur (presipitat) yang biasanya berwarna kuning
kecoklatan, oleh karena pada kondisi asam dan aerobic bentuk
ferro yang larut pada air. Pada pH diatas 12 Ferrihidroksida dapat
terlarut kembali membentuk Fe(OH)4.
Prinsip penurunan kadar Besi (Fe) adalah proses oksidasi dan
pengendapan. Adapun prosesnya adalah Besi dalam bentuk
Ferrodioksida terlebih dahulu menjadi bentuk Ferri, kemudian
pengendapan dengan membentuk endapan ferrihidroksida.
Jadi penurunan kadar Besi (Fe) dalam air pada hakikatnya
mengubah bentuk yang larut dalam air menjadi yang tidak larut
dalam air. Oleh karena itu, hasil dari oksidasi ini selalu
menghasilkan endapan. Mengingat hal ini, dalam penerapannya
biasanya mengenai penyaringan (Joko T,2010).
c) Pengaruh Besi (Fe) Terhadap Kesehatan Manusia
Senyawa Besi dalam jumlah kecil di dalam tubuh manusia
berfungsi sebagai pembentuk sel-sel darah merah, dimana tubuh
memerlukan 7-35 mg/hari yang sebagian diperoleh dari air. Tetapi
zat Fe yang melebihi dosis yang diperlukan oleh tubuh dapat
menimbulkan masalah kesehatan. Hal ini dikarenakan tubuh
manusia tidak dapat mengsekresi Besi, sehingga bagi mereka yang
18
sering mendapat tranfusi darah warna kulitnya menjadi hitam
karena akumulasi Besi (Depkes RI, 2000 dalam Septiyani, 2017)
d) Pencemaran Besi (Fe) Terhadap Lingkungan
Menurut Arifin (2007), Air tanah dapat terkontaminasi dari
beberapa sumber pencemar. Dua sumber utama kontaminasi air
tanah ialah kebocoran bahan kimia organik dari penyimpanan
bahan kimia dalam bunker yang disimpan dalam tanah, dan
penampungan limbah industri yang ditampung dalam kolam besar
diatas atau di dekat sumber air.
Tingginya Kadar Fe (Fe2+, Fe3+) ini berhubungan dengan
keadaan struktur tanah. Struktur tanah dibagian atas merupakan
tanah gambut, selanjutnya berupa lempung gambut dan bagian
dalam merupakan campuran lempung gambut dengan sedikit pasir.
Besi (Fe) dalam air berbentuk ion bervalensi dua (Fe2+) dan
bervalensi tiga (Fe3+). Dalam bentuk ikatan dapat berupa Fe2O3,
Fe(OH)2, Fe(OH)3 atau FeSO4 tergantung dari unsur lain yang
mengikatnya. Dinyatakan pula bahwa Besi (Fe) dalam air adalah
bersumber dari dalam tanah sendiri dan berasal dari sumber lain,
diantaranya dari larutnya pipa Besi (Fe), reservoir air dari Besi (Fe)
atau endapan-endapan buangan industri.
Adapun Besi terlarut yang berasal dari pipa atau tangki-tangki
Besi (Fe) adalah akibat dari beberapa kodisi, di antaranya :
1) Akibat pengaruh pH yang rendah (bersifat asam), dapat
melarutkan logam Besi.
2) Pengaruh akibat adanya CO2 agresif yang menyebabkan
larutnya logam Besi.
3) Pengaruh banyaknya CO2 yang terlarut dalam air yang dapat
pula memengaruhi.
4) Pengaruh tingginya temperatur air akan melarutkan Besi dalam
air.
5) Kuatnya daya hantar listrik akan melarutkan Besi.
19
6) Adanya bakteri Besi (Fe) dalam air akan memakan Besi.
Menurut Joko T (2010), Apabila kosentrasi Besi terlarut dalam
air melebihi batas tersebut akan menyebabkan berbagai masalah
diantaranya:
1) Gangguan Teknis
Endapan Fe (OH)3 bersifat korosif terhadap pipa dan akan
mengendap pada saluran pipa, sehingga mengakibatkan efek
yang dapat merugikan seperti mengotori bak yang terbuat dari
seng, mengotori wastafel dan kloset serta bersifat korosif
terhadap pipa sehingga mengakibatkan pembuntutan.
2) Gangguan Fisik
Gangguan fisik yang ditimbulkan oleh adanya Besi (Fe)
terlarut dalam air adalah timbulnya warna, bau, rasa. Air akan
terasa tidak enak bila konsentrasi Besi (Fe) terfarutnya > 1,0
mg/l.
3) Gangguan Kesehatan
Air minum yang mengandung Besi (Fe) cenderung
menimbulkan rasa mual apabila dikonsumsi. Selain itu dalam
dosis besar dapat merusak dinding usus. Kematian sering kali
disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Kadar Fe yang lebih
dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada mata dan
kulit.
4) Gangguan Ekonomis
Gangguan ekonomis yang ditimbulakan adalah tidak secara
langsung melainkan karena akibat yang ditimbulkan oleh
kerusakan peralatan sehingga diperlukan biaya untuk
penggantian.
20
3. Penyebab Utama Tingginya Kadar Besi Dalam Air
a) Kedalaman
Air hujan yang turun jatuh ke tanah dan mengalami infiltrasi
masuk ke dalam tanah yang mengandung FeO akan bereaksi
dengan H2O dan CO2 dalam tanah dan membentuk Fe (HCO3)2
dimana semakin dalam air yang meresap ke dalam tanah semakin
tinggi juga kelarutan besi karbonat dalam air tersebut (Bapelkes
Cikarang, 2011 dalam Sasadara, 2013).
b) Rendahnya pH Air
pH air akan terpengaruh terhadap kesadahan kadar besi dalam
air, apabila pH air rendah akan berakibat terjadinya proses korosif
sehingga menyebabkan larutnya besi dan logam lainnya dalam air,
pH yang rendah kurang dari 7 dapat melarutkan logam. Dalam
keadaan pH rendah, besi yang ada dalam air berbentuk ferro dan
ferri, dimana bentuk ferri akan mengendap 12 dan tidak larut dalam
air serta tidak dapat dilihat dengan mata. Nilai pH air normal yang
tidak menyebabkan masalah adalah 7 (Bapelkes Cikarang, 2011
dalam Sasadara, 2013).
c) Adanya Gas-gas Terlarut dalam Air
Yang dimaksud gas-gas tersebut adalah CO2 dan H2S.
Beberapa gas terlarut dalam air terlarut tersebut akan bersifat
korosif. Karbondioksida (CO2) merupakan salah satu gas yang
terdapat dalam air. Berdasarkan bentuk dari gas Karbondioksida
(CO2) di dalam air, (CO2) dibedakan menjadi : CO2 bebas yaitu
CO2 yang larut dalam air, CO2 dalam kesetimbangan, CO2 agresif.
Dari ketiga bentuk Karbondioksida (CO2) yang terdapat dalam air,
CO2 agresif-lah yang paling berbahaya karena kadar CO2 agresif
lebih tinggi (Bapelkes Cikarang, 2011 dalam Sasadara, 2013).
21
d) Suhu
Suhu adalah temperatur udara. Temperatur yang tinggi
menyebabkan menurunnya kadar O2 dalam air, kenaikan
temperatur air juga dapat mengguraikan derajat kelarutan mineral
sehingga kelarutan Fe pada air tinggi (Bapelkes Cikarang, 2011
dalam Sasadara, 2013).
e) Bakteri
Secara biologis tingginya kadar besi terlarut dipengaruhi oleh
bakteri besi yaitu bakteri yang dalam hidupnya membutuhkan
makanan dengan mengoksidasi besi sehingga larut. Jenis ini adalah
bakteri Crenotrik, Leptotrik, Callitonella, Siderocapsa dan lain-
lain. Bakteri ini mempertahankan hidupnya membutuhkan
oksigdan besi (Bapelkes Cikarang, 2011 dalam Sasadara, 2013).
4. Metode Pemurnian Untuk Menurunkan Kadar Besi (Fe)
Dalam menurunkan kadar besi (Fe) diperlukan suatu rangkaian
metode pengolahan air yang tepat. Metode tersebut adalah aerasi,
sedimentasi dan filtrasi. Penanganan air sumur dengan kombinasi
metode aerasi, filtrasi ataupun sedimentasi mempunyai potensi
penurunan yang signifikan. Berikut uraian dari rangkaian metode
penurunan kadar besi (Fe) :
a) Aerasi
Aerasi Ion Fe selalu di jumpai pada air alami dengan kadar
oksigen yang rendah, seperti pada air tanah dan pada daerah danau
yang tanpa udara. Fe dapat dihilangkan dari dalam air dengan
melakukan oksidasi menjadi Fe(OH)3 yang tidak larut dalam air,
kemudian diikuti dengan pengendapan dan penyaringan. Proses
oksidasi dilakukan dengan menggunakan udara biasa di sebut
22
aerasi yaitu dengan cara memasukkan udara dalam air (Bapelkes
Cikarang, 2011 dalam Sasadara, 2013).
b) Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses pengendapan partikel-partikel padat
yang tersuspensi dalam cairan karena pengaruh gravitasi (gaya
berat secara alami). Proses ini sering digunakan dalam pengolahan
air. Dalam proses sedimentasi partikel tidak mengalami perubahan
bentuk, ukuran, ataupun kerapatan selama proses pengendapan
berlangsung. Partikelpartikel padat akan mengendap bila gaya
gravitasi lebih besar dari pada kekentalan dan gaya kelembaban
dalam cairan. Kegunaan sedimentasi untuk mereduksi bahan-bahan
tersuspensi (kekeruhan) dari dalam air dan dapat juga berfungsi
untuk mereduksi kandungan organisme (patogen) tertentu dalam
air (Bapelkes Cikarang, 2011 dalam Sasadara, 2013).
c) Filtrasi
Proses penyaringan merupakan bagian dari pengolahan air
yang pada prinsipnya adalah untuk mengurangi bahan-bahan
organik maupun bahan-bahan anorganik yang berada dalam air.
Penghilangan zat padat tersuspensi denggan penyaringan memiliki
peranan penting, baik yang terjadi dalam pemurnian air tanah
maupun dalam pemurnian buatan di dalam instalasi pengolahan air
(Bapelkes Cikarang, 2011 dalam Sasadara, 2013).
5. Aerasi
a) Definisi Aerasi
Menurut Sutrisno dkk (2010), aerasi adalah memasukan udara
ke dalam air baku sehingga terjadi kontak antara air dengan udara
yang bertujuan untuk menaikkan kandungan oksigen. Aerasi secara
luas telah digunakan untuk mengolah air yang mempunyai Kadar
kadar Besi (Fe) terlalu tinggi (mengurangi kadar konsentrasi zat
23
padat terlarut). Zat-zat tersebut memberikan rasa pahit pada air,
menghitamkan pemasakan beras dan memberikan noda hitam
kecoklat-coklatan pada pakaian yang dicuci.
Apabila air mengandung zat organik, pembentukan endapan
Besi melalui proses aerasi terlihat sangat tidak efektif. Untuk
pengolahan air minum, kebanyakan dilakukan dengan
menyebarkan air agar kontak dengan udara melalui tetesan –
tetesan air yang kecil (Waterfall aerator / aerator air terjun), atau
dengan mencampur air dengan gelembung – gelembung udara
(bubble aerator). Dengan kedua cara tersebut jumlah oksigen bisa
dinaikkan sampai 60 – 80% (dari jumlah oksigen yang tertinggal,
yaitu air yang mengandung oksigen sampai jenuh). Pada aerator
terjun (waterfall aerator) cukup besar bisa menghilangkan gas –
gas yang terdapat dalam air (Sutrisno, 2010).
b) Tujuan aerasi
Adapun tujuan aerasi yaitu :
1) Penambahan oksigen
2) Penurunan jumlah karbon
3) Menghitung hidrogren sulfida (H2S), methan (CH4) dan
berbagai senyawa organik yang bersifat volatile (menguap)
yang berkaitan rasa dan bau.
c) Manfaat Aerasi
Manfaat aerasi yang terutama adalah untuk memperbaiki kimia
dan fisik air untuk kebutuhan domestik, komersial dan industri.
Aerasi dalam beberapa hal dimaksudkan untuk menurunkan dan di
dalam hal untuk menaikkan zat-zat tertentu.
d) Faktor- faktor yang mempengaruhi Aerasi
Menurut Joko T. (2010), Perpindahan gas pada proses aerasi
dari zat yang mudah menguap ke atau dari air tergantung pada
sejumlah faktor-faktor antar lain :
1) Karakteristik zat yang mudah menguap.
24
2) Temperatur air dan temperatur udara di sekitarnya.
3) Resistansi perpindahan gas.
4) Tekanan parsial gas pada lingkungan aerator.
5) Turbulensi (pergerakan) pada fase gas dan cair.
6) Perbandingan luas permukaan kontak dengan volume aerator.
7) Waktu kontak.
Faktor-faktor tersebut dapat dijelaskan dalam beberapa hal yang
terjadi dalam proses aerasi yaitu:
1) Kondisi Kesetimbangan
2) Nilai Jenuh
3) Ketahanan lapisan permukaan
4) Kecepatan transfer (perpindahan gas)
6. Tipe Aerator
Menurut Joko T. (2010), Aerator adalah peralatan mekanis yang
dipergunakan untuk menambah konsentrasi oksigen terlarut di dalam
air. Tugas utama sebuah peralatan aerasi (aerator) adalah untuk
memperbesar permukaan kontak (contact surface) antara dua medium
(air dan udara). Untuk melaksanakan tugas ini aerator dapat berbentuk
bermacam-macam. Berbagai usaha penelitian dan pengembangan
telah menghasilkan jenis-jenis aerator yang masing-masing memiliki
fungsi yang khas sesuai dengan kondisi operasinya. Tentunya usaha
tersebut berusaha untuk menekan harga maupun biaya operasi dengan
tetap menjaga kemampuan aerator untuk berfungsi dengan baik dan
aman.
Pada umumnya kategori aerator berdasarkan kepada dua metode
aerasi yaitu :
a) Air kedalam udara
Aerator tipe air ke dalam udara dirancang untuk menghasilkan
tetes-tetes kecil air yang turun melalui udara, aerator tipe ini sering
dikenal dengan istilah Waterfall Aerator (Aerator Terjunan)
Tipe-tipe aerator terjunan antara lain :
25
1) Spray Aerator
Spray Aerator Terdiri atas nozzle penyemprot yang tidak
bergerak (Stationary nozzles) dihubungkan dengan kisi
lempengan yang mana air disemprotkan ke udara disekeliling
pada kecepatan 5-7 m /detik. Spray aerator sederhana
dierlihatkan pada gambar, dengan pengeluaran air kearah
bawah melalui batang-batang pendek dari pipa yang
panjangnya 25 cm dan diameter 15 -30 mm. Piringan melingkar
ditempatkan beberapa centimeter di bawah setiap ujung pipa,
sehingga bisa berbentuk selaput air tipis melingkar yang
selanjutnya menyebar menjadi tetesan-tetesan yang halus.
Nozzle untuk spray aerator bentuknya bermacam-macam, ada
juga nozzel yang dapat berputar-putar. Diameter nozzle
berkisar antara 2-4 cm. Nozzle dengan diameter yang kecil
akan menghasilkan kualitas semprotan yang bagus, namun akan
lebih sering terjadi clogging sehingga perlu pemeliharaan yang
baik.
Spray Aerator efisiensinya cukup baik terutama untuk
pemisahan karbondioksida dan pemasukan oksigen.
Terminologi KLat terutama untuk system Spray Aerator adalah
merupakan fungsi dari laju volume cairan dan ketinggian
hidrolis atau KLat = f (Q, h). Sebagai Patoka untuk luas
permukaan 150ft2 dapat menampung system aerasi sebesar 1
juta gal/hari cairan.
Gambar 2.1. Tipikal Spray Aerator
26
2) Multiple Tray Aerator
Multiple tray aerator terdiri atas 4-8 tray dengan dasarnya
penuh lobang-lobang pada jarak 30-50 cm. Melalui pipa
berlobang air dibagi rata melalui atas tray, dari sini percikan-
percikan kecil turun kebawah dengan kecepatan kira-kira 0,02
m3 /dtk per m2 permukaan tray. Tetesan yang kecil menyebar
dan dikumpulkan kembali pada setiap tray berikutnya. Tray-
tray ini bisa dibuat dengan bahan yang cocok seperti
lempengan-lempengan absetos cement berlobang-lobang, pipa
plastik yang berdiamter kecil atau lempengan yang terbuat dari
kayu secara paralel.
Untuk penyediaan air yang lebih halus, tray-tray aerator
bisa diisi dengan kerikil-kerikil kasar kira-kira ketebalan 10
cm. Kadang-kadang digunakan lapisan batu arang bertindak
sebagai katalisator (mempercepat reaksi) dan menaikkan
pengumpulan Besi (Fe) dalam aerator. Multiple tray aerator
sering digunakan untuk proses oksidasi Besi (Fe). Biasanya
media tray terdiri dari bongkahan batu yang telah dilapisi oleh
pengoksidasi kuat seperti potassium permanganate untuk
membantu proses oksidasi. Lapisan Besi (Fe) akan tertinggal
pada permukaan media, dan lapisan ini akan membantu
mengkatalis reaksi pengendapan.
Gambar 2.2. Tipikal Multiple Tray Aerator
27
3) Cascade Aerator atau Submerged Cascade Aerator
Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4-6 step/tangga.
Jumlah tangga jatuhan menggambarkan kontak waktu antara air
dan udara. Setiap step kira-kira ketingian 30 cm dengan
kapasitas kira-kira ketebalan 0,01 m3/dtk per m2. Untuk
menghilangkan gerak putaran (turbulence) guna menaikan
effesien aerasi, hambatan sering ditepi peralatan pada setiap
step. Dibandingkan dengan tray aerators, ruang (tempat ) yang
diperlukan bagi casade aerators agak lebih besar tetapi total
kehilangan tekanan lebuh rendah. Keuntungan lain adalah tidak
diperlukan pemiliharaan. Aerator ini terdiri dari jatuhan air
yang bertingkat ke bawah, dalam hal ini air tidak didispersikan
sebagai butiran air akan tetapi didispersikan ke udara selama air
berjatuhan pada tangga-tangga cascade.
Cascade Aerator tampak atas
Gambar 2.3. Tipikal Cascade Aerator
Keterangan :
A = Air baku D = Lubang pembersih
B = Air sudah diaerasi E = Out let.
C = Inlet
28
Efisiensinya merupakan fungsi dari banyaknya anak tangga
(tingkat). Jumlah luas yang diperlukan untuk pemakaiannya 4-
9m2/(50l/dt) atau hingga 90 ft2/Mgal air yang diolah.
Sedangkan pada Submerged Cascade Aerator, penangkapan
udaranya terjadi pada saat air terjun dari lempengan-lempengan
trap yang membawa masuk kedalam air yang dikumpulkan ke
lempengan di bawahnya Oksigen kemudian dipindahkan dari
gelembung-gelembung udara kedalam air. Total ketinggian
jatuh kira-kira 1,5 m dibagi dalam 3-5 step. Kapisitas bervariasi
antara 0,005 dan 05 m3 /det per meter luas.
Gambar 2.4. Tipikal Submerged Cascade Aerator
4) Cone Aerator (Aerator Kerucut)
Cone Aerator hamper sama dengan Cascade Aerator, hanya
saja terdapat stack-stack yang tersusun seperti kerucut sehingga
air mengisi bagian atas dan akan berjatuhan ke bawah. Portal
udara membawa udara masuk ke dalam pan tersusun, membuat
tercampurnya udara dan air yang jatuh. Air masuk ke bagian
paling atas pan melalui pipa umpan masuk yang terpasang
tegak di tengah. Air mengisi pan paling ats dan mulai
berpancaran ke bawah (cascading) menuju pan-pan di
bawahnya melalui nozzle-nozzle berbentuk kerucut (cone
shaped) yang terpasang pada dasar pan. Tipe ini terutama
digunakan untuk mereduksi sebagian gas-gas terlarut.
29
Gambar 2.5. Tipikal Cone Tray Aerator
5) Packed Columns
Packed Columns juga sering disebut dengan Air Stripper
merupakan penemuan baru dalam metode pengolahan air
bersih. Aerator jenis ini sering digunakan untuk proses
penyisihan senyawa yang mudah menguap seperti VOCs dalam
air yang telah terkontaminasi.
Gambar 2.6. Tipikal Packed Columns
b) Diffusion/ Bubble Aerator (Aerator Difusi/Gelembung Udara)
Dalam aerator ini digunakan blower yang menarik udara luar
sehingga menghasilkan udara bertekanan yang kemudian
diinjeksikan kedalam air melalui pipa-pipa udara di dalam air.
Pipa-pipa ini dilengkapi dengan nozzle-nozzle yang berfungsi
untuk mengubah tekanan menjadi kecepatan, sehingga gelembung-
gelembung udara yang keluar akan tersebar dan terirkulasi di
dalam kolam.
Pipa-pipa udara pada umumnya ditempatkan sepanjang satu
sisi tangki aerasi, sehingga memberikan aliran gelembung dan air
30
yang berbentuk spiral, dengan demikian dihasilkan turbulensi yang
membantu proses perpindahan oksigen ke dalam air. Ukuran
gelembung yang dihasilkan bervariasi dari gelembung yang besar
(coarse bubbles) sampai dengan gelembung yang sangat halus (fine
bubbles).
Aerator dengan difusi berupa tangki dengan kedalaman 10
sampai 15 ft dan proses aliran diaerasi selama 10 hingga 30 menit.
Udara disemburkan melewati pipa berlubang, pembuluh porus,
atau pelat porus yang ditempatkan sepanjang tangki atau sampai
setengahnya. Sebagai patokan 0,01 sampai 0,15 ft udara diperlukan
setiap gallon air yang diolah. Keuntungan yang dapat dari aerator
ini antara lain, tidak banyak makan tempat, tidak timbul panas
dalam proses, dan problem pengoperasiannya dapat ditekan.
Gambar 2.7. Diffusion/ Bubble Aerator
c) Mechanical Aerator (Aerator Mekanis)
Pada umumnya aerator mekanis mempergunakan impeller
sebagai peralatan utama. Impeller dipergunakan untuk mendorong
air agar terangkat ke atas permukaan, sehingga akan memperlas
bidang konak antara udara dan air. Oksigen yang tertangkap
terbawa masuk dan terlarut di dalam air. Aerator mekanik
menggunakan alat pengaduk yang digerakkan motor. Ada beberapa
tipe alat pengaduk, yaitu paddle tenggelam, paddle permukaan,
propeller, turbine, dan aerator drafttube. Klasifikasi aerator
mekanik meliputi:
31
1) high-speed axial-flow pump
2) slow speed vertical turbine
3) submerged slow-speed vertical turbine
Gambar 2.8. Mechanical Aerator
d) Pressure Aerator (Aerator Bertekanan)
Adua tipe dasar aerator bertekanan. Tipe diagram terdiri dari
tangki tertutup yang secara kontinyu diberi udara di bawah
tekanan. Air yang akan dioalah disemprotkan ke dalam udara
bertekanan tinggi, membiarkan air yang diaerasi melalui dasar
tangki bergerak menuju pengolahan berikutnya. Tipe kedua dari
aerator bertekanan adalah tipe “Diagrammed”. Pada tipe ini selain
menggunakan sebuah bejana bertekanan, difusi di dalam saluran
pipa aerasi khusus, mendistribusikan gelembung-gelembung kecil
udara ke dalam air yang mengalir. Bila tekanan tinggi maka lebih
banyak oksigen terlarut dalam air sehingga proses oksidasi dapat
berjalan dengan lebih cepat dan lebih sempurna
Gambar 2.9. Pressure Aerator
32
C. Kerangka Teori
Gambar 2.10. Kerangka teori
Diteliti
Tidak Diteliti
Air sumur
bor PDAM
Kimia Fisika Biologi
Kadar besi dalam
air tinggi
Aerasi
Filtrasi Sedimentasi
Karakteristik
zat Luas
kontak
Tekanan
air
Waktu kontak
Multiple Tray
Aerator
Jarak tray
Jumlah tray
Lubang tray
Penurunan kadar besi
dalam air
Radio aktif