identifikasi kualitas air berdasarkan nilai resistivitas air · pdf filetentang larutan asam,...
Post on 01-Feb-2018
244 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1 Depertemen Geografi Lingkungan, Fakultas Geografi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta 1
Identifikasi Kualitas Air Berdasarkan Nilai Resistivitas Air Studi Kasus : Kali Gajahwong
Alva Kurniawan1, Arif Tri Nugroho1, Arifin Hermawan1, Yulianto Bagus Ari P1, Dimas Aryo Wibowo1, Qodhan Nahara S1, Hendra Nova H1, Darumaya1
Abstraksi
Identifikasi kualitas air melalui pengukuran nilai hambatan air karena komposisi kimia air secara umum memiliki kaitan yang erat dengan nilai resistivitas. Penelitian dilakukan pada Kali Gajahwong di Kebun Binatang Gembiraloka Yogyakarta. Konsep-konsep dasar kimia fisika dan kimia digunakan pada penelitian ini antara lain konsep konduktivitas dan resistivitas, konsep asam-basa Arrhenius, konsep asam-basa Brownsted-Lowry, konsep buffer, dan konsep hidrolisis garam. Pada dasarnya makin murni air akan memiliki nilai hambat jenis yang besar dimana air dengan kemurnian tinggi cenderung memiliki kualitas yang bagus. Pengukuran nilai hambatan dilakukan dengan menggunakan multitester. Setelah pengukuran dilakukan data yang diperoleh kemudian dianalisis. Hasil pengukuran menunjukkan nilai hambatan yang berbeda untuk segmen-segmen sungai dimana pada segmen sungai di zona penelitian terdapat tiga saluran limbah mengalir ke sungai. Analisis kualitas air dengan metode pengukuran hambatan mudah untuk dilakukan dan dapat memberikan gambaran secara umum kondisi kualitas air berdasarkan nilai resistivitas. Pengukuran yang dilakukan merupakan analisis kualitas air secara fisika sehingga tidak mampu menentukan komposisi kimia air secara absolut yang hanya bisa diperoleh dari analisis laboratorium. Berdasarkan hasil penelitian ternyata pengukuran nilai hambatan pada air dapat memberikan gambaran tentang kualitas air pada segmen-segmen sungai dimana makin mendekat ke pencemar nilai hambatan makin kecil. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk melengkapi atau bahkan menolak hasil penelitian ini.
Kata kunci : air, analisis, hambatan, kualitas.
1. Pendahuluan
Studi kualitas air sangat penting
untuk mengetahui bagaimana kondisi
kualitas air pada suatu sumber air apakah
air tersebut layak untuk digunakan atau
tidak layak digunakan. Analisis layak
atau tidaknya air untuk digunakan ber-
kaitan erat dengan kandungan kimia air
tersebut. Analisis kandungan kimia air
sangat mahal karena itu berbagai metode
dilakukan untuk melakukan pendekatan
dan prediksi untuk mengetahui zat kimia
apakah yang mungkin terkandung dalam
air berdasarkan sifat fisika air. Sifat
fisika air yang digunakan dalam
penelitian ini adalah nilai hambatan air
dimana perubahan nilai hambatan air
merupakan indikator terjadinya peru-
bahan kualitas air.
2
Daerah penelitian adalah sebagian
zona Kali Gajahwong yang terletak pada
Kebun Binatang Gembira Loka,
Yogyakarta. Batasan zona penelitian
adalah zona 49 M UTM, 433552-
433607 mT dan 9137370- 9137588 mU.
Pada daerah penelitian badan sungai
tampak sedikit berkelok, dengan bentuk
saluran yang cenderung sama. Beberapa
saluran limbah dialirkan kedalam sungai
antara lain limbah dari Pabrik Susu
SGM, limbah rumah tangga dari
permukiman, dan limbah dari Kebun
Binatang Gembiraloka. Kajian lebih di-
tekankan pada analisis nilai ham-batan
air dalam kaitannya dengan kualitas air.
Tujuan penelitian adalah untuk
mengetahui hubungan antara nilai
hambatan pada Kali Gajahwong dalam
kaitannya dengan kualitas air. Analisis
tersebut dapat digunakan untuk
memperkirakan sifat kimia berdasarkan
pengukuran fisika air yang akan berguna
pada re-komendasi pemanfaatan sungai
untuk kebutuhan rumah tangga, atau
analisis tingkat pencemaran sungai
akibat pembuangan limbah di sungai.
2. Konsep Dasar
Identifikasi kualitas air dengan
melakukan pengukuran dan analisis
kualitas air dapat dilakukan dengan
pemahaman yang baik pada konsep
dasar fisika tentang resistivitas dan
konduktivitas, serta konsep dasar kimia
tentang larutan asam, basa, garam,
larutan buffer, dan hidrolisis garam.
Korelasi nilai hambatan dengan kualitas
Gambar 1.1. Lokasi Penelitian, Kali Gajahwong di Gembiraloka
Gambar 1.2. Saluran limbah SGM, salah satu saluran limbah pencemar
Kali Gajahwong
3
air menggunakan konsep sifat air sangat
murni (ultrapure water) yang
dikembangkan oleh Bevilacqua.
Nilai resistivitas atau nilai hambatan
adalah nilai kemampuan air untuk
menghambat arus listrik sedangkan nilai
konduktivitas atau nilai hantaran adalah
nilai kemampuan air untuk meng-
hantarkan arus listrik. Nilai resistivitas
dan nilai konduktivitas merupakan nilai
yang saling berbanding terbalik dimana
makin besar nilai resistivitas, makin
kecil nilai konduktivitas, dan sebaliknya
makin kecil nilai resistivitas, makin
besar nilai konduktivitas.
Nilai resistivitas maupun kon-
duktivitas sangat dipengaruhi oleh
kandungan ion-ion yang terlarut dalam
air. Ion-ion yang terlarut dalam air
memberikan pengaruh pada sifat kimia
air apakah air bersifat masam, basis, atau
netral. Menurut Arrhenius, senyawa
asam merupakan senyawa yang melepas
ion H+ saat terjadi ionisasi sedangkan
senyawa basa adalah senyawa yang
melepas ion OH- saat terjadi ionisasi.
Berdasarkan pe-mahaman tersebut maka
air me-nurut Arrhenius memiliki sifat
dualisme yaitu bersifat asam maupun
basa karena saat terjadi ionisasi, air
melepas ion H+ dan OH-. Meng-gunakan
konsep Arrhenius tersebut dan konsep
air sangat murni (ultrapure water) maka
air memiliki dua potensi yang seimbang
untuk menjadi asam maupun basa.
Karena dua potensi yang seimbang
tersebut maka masing-masing ion
memiliki nilai beda potensial yang sama.
Persamaan nilai beda potensial tersebut
menyebabkan arus listrik yang mengalir
dalam air menjadi 0 sehingga nilai
hambatan air adalah tak hingga (gambar
2.2.).
Air sangat murni seharusnya
memiliki nilai hambatan yang 0 namun
pada kenyataannya air sangat murni sulit
Gambar 2.1. Grafik hubungan antara konduktivitas, resistivitas, dan rasa air
4
sekali ditemukan di dunia. Air sangat
murni yang diteliti oleh Bevilacqua
masih memiliki nilai hambatan, walau
hambatan nilai air sangat murni besar
sekali namun air sangat murni tersebut
untuk kajian-kajian mendalam tentang
sifat-sifat semi konduktor belum dapat
dianggap memiliki hambatan yang tak
hingga. Mengacu pada konsep air sangat
murni maka semakin besar nilai
resistivitas akan menunjukkan ke-
murnian air yang semakin tinggi se-
dangkan semakin kecil nilai resistivitas
akan menunjukkan tingkat kemurnian air
yang semakin rendah. Berdasarkan
penelitian Anthony C Bevilacqua,
penyebab ketidakmurnian air dunia pada
umumnya adalah adanya campuran dari
tiga macam senayawa yaitu HCl untuk
senyawa asam, NaOH untuk senyawa
basa, dan NaCl untuk senyawa garam.
Gambar 2.3. menunjukkan hubungan
antara konsentrasi dari senyawa-
senyawa tersebut dengan nilai hambatan
pada air berdasarkan eksperimen yang
dilakukan oleh A. C. Bevilacqua.
Pendekatan secara fisika untuk
menduga kandungan kimia air dapat
dilakukan melalui penggunaan konsep
asam-basa Bronsted-Lowry. Konsep
asam-basa Bronsted-Lowry adalah kon-
sep asam-basa yang digunakan pada
Gambar 2.2. Diagram alir hubungan antara nilai hambatan dengan komposisi kimia air murni
5
ilmu kimia modern dimana konsep ini
juga memberikan penjelasan tentang dua
sifat netral air yang dapat berasa asin
maupun berasa tawar. Sifat air yang
diukur dengan parameter pH untuk sifat
air dapat berarti bahwa air tersebut
murni tidak mengadung zat asam-basa
atau pun tidak murni yaitu air dapat
mengandung asam, basa, ataupun
keduanya. Menurut Bronsted-Lowry,
Asam merupakan senyawa yang
melepaskan ion H+ sedangkan basa
adalah senyawa yang menangkap ion H+.
Senyawa asam yang melepas ion H+
disebut dengan basa konjugasi se-
dangkan senyawa basa yang menangkap
ion H+ disebut asam konjugasi. Baik
asam maupun basa memiliki sifat
elektrolit yang berbeda-beda. Asam atau
basa yang menghantarkan listrik dengan
baik disebut dengan asam atau basa kuat
sedangkan asam atau basa yang
menghantarkan listrik dengan lemah
disebut asam atau basa lemah. Air yang
mengandung senyawa asam dan basa
sekaligus akan memiliki sifat-sifat yang
Gambar 2.3. Grafik hubungan antara konsentrasi asam, basa, dan garam, dengan nilai resistivitas
6
berbeda yang bergantung pada kekuatan
asam atau basa yang terlarut. Air yang
mengandung senyawa asam kuat dan
basa kuat akan memiliki sifat netral
dengan rasa yang asin. Air yang
mengandung senyawa asam kuat dan
basa lemah akan memiliki sifat masam
dengan rasa asam. Air yang mengandung
senyawa basa kuat dan asam lemah akan
memiliki sifat basis dengan rasa basa.
Air yang mengandung senyawa asam
lemah dan basa lemah akan memiliki
sifat dan rasa yang dikontrol oleh
dominasi kekuatan asam atau basa yang
terlarut. Pengukuran pH, nilai hambatan,
dan analisis lingkungan perairan akan
dapat digunakan untuk menganalisis
kemungkinan kandung- an kimia pada
air.
Berdasarkan konsep-konsep tersebut
maka secara ringkas konsep yang
digunakan untuk penelitian ini (gambar
2.4.) yaitu air murni (deionized water)
menjadi air tidak murni (ionized water)
akibat adanya mineral, aerosol padat,
nano partikel, gas, dan polutan yang
terlarut dan bereaksi dengan air saat
terjadi evaporasi, presipitasi, dan runoff
hingga masuk ke saluran atau tubuh
perairan. Air tidak murni tersebut dapat
memiliki dua sifat yaitu air berasa
(berasa asam, basa, dan asin) dan air
tidak berasa (tawar). Air yang berasa
akan cenderung memiliki nilai hambatan
yang lebih rendah dibandingkan air yang
tidak berasa akibat kandungan ion-ion
dalam air yang lebih banyak. Identifikasi
kualitas air dapat dilakukan dengan
melakukan pengukuran hambatan.
Pengukuran nilai hambatan untuk
identifikasi kualitas air menggunakan
dua analogi yaitu semakin murni air
akan semakin besar resistivitasnya, dan
semakin murni air akan memiliki
kualitas yang semakin baik. Menurut dua
penalaran tersebut maka disimpulkan
bahwa air dengan nilai resistivitas yang
tinggi akan cenderung lebih baik
digunakan dari pada air dengan nilai
resistivitas yang lebih rendah.
3. Metode
Alat yang digunakan untuk pe-
nelitian ini terdiri atas GPS, converter
ruler, multitester, roll-meter, volume
glass, hardboard, marker, alat tulis.
Perhitungan nilai resistivitas material,
konduktivitas, dan konduktivitas
material dilakukan dengan menggunakan
formula P = R(A/L), S = 1/R, dan J =
1/P, dimana S adalah konduktivitas, R
adalah nilai hambatan yang diukur deng-
7
an multitester, P adalah nilai hambatan
material, dan J adalah nilai hantaran
material. Pengukuran nilai hambatan air
dilakukan pada volume glass dimana
pada masing-masing titik pengukuran
diambil sampel air sebanyak 100 ml
(gambar 3.5.). Jarak antar elektroda saat
pengukuran adalah 5 cm. Volume dan
jarak pengukuran diperlukan untuk
mendapatkan nilai hambatan material.
Mekanisme kerja (gambar 3.11.)
dilakukan dengan penentuan titik
pengukuran dimana dipilih lima titik
pengukuran, plotting posisi titik
pengukuran, pengamatan dan uji kualitas
fisika air untuk tiap titik sampel,
pengolahan data, representasi data, dan
analisis data. Jarak antar titik ditentukan
Gambar 2.4. Diagram alir tentang pemahaman konsep dasar untuk identifikasi kualitas air dengan metode pengukuran nilai hambatan
8
sepanjang 50 meter dimana masing-
masing titik diukur jaraknya dengan
rollmeter. Pengukuran jarak antar titik
diiukuti dengan plotting posisi koordinat
tiap titik yang menggunakan sistem
koordinat UTM dengan datum WGS 84.
Kegiatan tersebut dilakukan untuk
pemetaan Kali Gajahwong.
Gambar 3.1. Pengukuran jarak antar titik
Gambar 3.2. Plotting posisi koordinat tiap titik
Gambar 3.3. Pengukuran jarak antar titik
Gambar 3.4. Pengujian rasa, warna, dan bau pada titik
pengukuran
Gambar 3.5. Pengukuran nilai resistivitas sampel dari tiap titik
pengukuran
9
4. Hasil dan Pembahasan
Nilai hambatan dihitung dengan
menggunakan multitester untuk lima
titik pengukuran dan diperoleh nilai
kisaran hambatan antara 6500 Ohm
hingga 13000 Ohm. Masing-masing titik
pengamatan ternyata memiliki keke-
ruhan yang berbeda saat dilakukan
pengamatan dimana titik 1 sangat keruh,
titik 2, 4, dan 6 tidak keruh, serta titik 3
Gambar 3.6. Titik Pengukuran 1
Gambar 3.7. Titik Pengukuran 2
Gambar 3.8. Titik Pengukuran 3
Gambar 3.10. Titik Pengukuran 5
Gambar 3.9. Titik Pengukuran 4
10
agak keruh (gambar 4.1.). Keruhnya air
menunjukkan banyak nya suspensi yang
terlarut dalam air. Nilai yang mere-
presentasikan banyaknya kan- dungan
suspensi dalam air disebut TDS (total
dissolved solid). Mengacu pada konsep
bahwa kualitas air akan cenderung
semakin buruk seiring dengan
berkurangnya nilai resis- tivitas atau
bertambahnya nilai konduktivitas, maka
ber-dasarkan representasi diagram 4
dimensi kualitas air Kali Gajahwong
(gambar 4.2.) ternyata air pada titik 1
yang sangat keruh memiliki nilai
resistivitas yang tinggi sedangkan pada
titik 3 yang agak keruh resistivitasnya
sangat rendah. Titik 2, 4, dan 5 yang
tidak keruh ternyata memiliki
resisitivitas yang ada diantara nilai
resistivitas titik 1 dan titik 3. Fakta
tersebut membawa suatu kesimpulan
bahwa kekeruhan tidak berkaitan dengan
kualitas air.
Berdasarkan grafik hubungan antara
Gambar 3.11. Sketsa titik‐titik pengukuran pada Kali Gajahwong dan diagram alir metode penelitian
11
Gambar 4.1. Tabel hasil identifikasi, pengujian, dan perhitungan parameter‐parameter untuk identifikasi kualitas air
Gambar 4.2. Representasi diagram empat dimensi dari kekeruhan, jarak pengukuran, titik pengukuran, dan nilai hambatan
12
nilai resistivitas dan jarak dari titik 1
(gambar 4.3.), dapat dilihat bahwa nilai
resistivitas semakin kecil saat mendekati
titik 3 dan semakin besar saat menjauhi
titik 3. Demikian halnya dengan grafik
hubungan antara nilai konduktivitas dan
jarak dari titik 1 (gambar 4.4.), nilai
konduktivitas semakin besar saat men-
dekati titik 3 dan semakin kecil saat
menjauhi titik 3. Pada titik 5 nilai
resistivitas menurun dan nilai kon-
duktivitas kembali naik.
Gambar 4.3. Grafik hubungan antara jarak titik‐titik pengukuran dengan resitivitas
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara jarak titik‐titik pengukuran dengan konduktivitas
13
Nilai hambatan berkurang akibat
adanya ion-ion baik asam, basa, maupun
garam yang terlarut dalam air. Ion-ion
yang terlarut dalam air dapat meningkat
secara dramatis bila terdapat polutan
yang mencemari air. Polutan dapat
merupakan polutan alami maupun
polutan buatan, namun nilai resistivitas
yang naik atau turun secara drastis
cenderung dipengaruhi oleh polutan
buatan. Pusat dimana terjadi pe-
nambahan ion atau zat pencemar dalam
air dapat diketahui dengan melakukan
pemetaan nilai resistivitas sehingga
distribusi nilai resistivitas secara spasial
dapat diketahui.
Berdasarkan hasil pengukuran nilai
resistivitas di lima titik serta pemetaan
dari plot koordinat titik-titik pengukuran
(gambar 4.5.), nilai resistivitas ber-
kurang dengan dramatis di Kali
Gajahwong setelah melewati saluran
pembuangan dari SGM dan saluran
limbah permukiman. Peningkatan
kembali nilai resistivitas di titik 4
kemungkinan besar akibat proses self-
purification atau pemurnian diri oleh
bakteri-bakteri yang me-murnikan air
akibat bakteri mengikat ion-ion terlarut
dalam air. Pada titik 5 nilai resistivitas
kembali menurun. Menurunnya nilai
resis-tivitas berasosiasi dengan pem-
buangan limbah dari Taman Rekreasi
Gembira Loka.
Konsep dasar yang dipakai dalam
penelitian ini adalah semakin besar nilai
resistivitas air maka air akan cenderung
memiliki kualitas yang semakin baik
sehingga cenderung lebih baik untuk
dimanfaatkan dibandingkan air dengan
nilai resistivitas yang lebih rendah.
Berdasarkan data hasil pengukuran,
zona-zona pada titik pertama dan titik
keempat cenderung memiliki kualitas air
yang lebih baik dibandingkan zona-zona
sekitarnya.
Penentuan kualitas air dengan
pengukuran nilai hambatan memiliki
kelebihan dan kekurangan. Kelebihan
metode ini adalah identifikasi kualitas
air dapat lebih akurat dilakukan
dibandingkan hanya sekedar identifikasi
sifat fisis rasa, bau, dan warna. Melalui
perbedaan nilai resistivitas, dapat
diketahui dimana terjadinya perbedaan
nilai resistivitas dan sebabnya juga dapat
diketahui dengan melihat fenomena yang
terjadi pada lingkungan perairan. Ke-
lemahan metode ini adalah metode ini
tetap tidak mampu memberikan
komposisi kimia air secara absolut
14
walaupun kandungan zat kimia yang
terlarut dalam air dapat diperkirakan.
Analisis laboratorium tetap memberikan
hasil yang terbaik untuk analisis kualitas
air namun dengan metode pengukuran
nilai resistivitas, secara umum kualitas
air dapat ditentukan dengan hasil yang
hampir mendekati hasil analisis
laboratorium.
5. Rekomendasi
Gambar 4.5. Peta Nilai Resistivitas di Kali Gajahwong
15
Berdasarkan lingkup wilayah kajian
yang meliputi zona titik 1, 2, 3, 4, dan 5,
penduduk sekitar yang memanfaatkan air
sungai untuk kebutuhan rumah tangga
lebih baik memanfaatkan air sungai pada
zona-zona disekitar titik 1 dan 4 saja
karena kualitas air pada daerah tersebut
cenderung lebih baik dibandingkan zona
sekitarnya. Penelitian lebih lanjut
dibutuhkan untuk melengkapi, meng-
koreksi, atau bahkan menolak hasil
penelitian ini.
6. Kesimpulan
• Kualitas air dapat diperkirakan
berdasarkan pengukuran nilai
resistivitas.
• Nilai TDS tidak memiliki hubungan
yang langsung ter-hadap kualitas air.
• Zona disekitar titik 1 dan titik 4
cenderung memiliki kualitas air yang
lebih baik dibandingkan zona
lainnya.
• Pemanfaatan air Kali Gajahwong
dapat dilakukan penduduk di-sekitar
wilayah kajian pada zona di sekitar
zona titik 1 dan zona titik 4.
7. Daftar Pustaka
Bevilacqua, A. C. 1998. Ultrapure
Water- The Standard Resistivity
Measurement of Ultrapure Water.
Massachusetts : Thorton Associates.
Grounds, Kirby. 1993. Longman A-
Level Physics. Essex : Longman Group
UK Limited.
Petrucci, Ralph H. 1985. General
Chemistry, Principles, and Modern
Applicatio 4th Edition. Colier : Mc.
Millan.
Serway, R. A. 1986. Physics for
Scientist and Engineers with Modern
Physics. New York : Soundners College
Publishing.
top related