7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Air

Air adalah semua air baik air minum maupun air bersih yang berada

dari sumber air maupun di atas permukaan tanah tetapi tidak termasuk air

laut dan air fosil.1,2,5

Air bersih yaitu air yang memenuhi syarat kesehatan dan

dipergunakan untuk keperluan sehari-hari tetapi tidak dapat langsung

diminum sebelum dimasak.2

Air baku untuk keperluan air minum rumah tangga baik berasal dari

sumber air permukaan, cekungan air tanah atau air hujan yang memenuhi

baku mutu tertentu dipergunakan sebagai air baku untuk air minum.13

1. Sumber Air

Sumber air bersih di alam terdiri atas air laut, air atmosfir (air

metereologik), air permukaan, dan air tanah.4

a. Air Laut

Air laut mempunyai sifat asin, karena mengandung garam

NaCl. Tingginya kadar garam NaCl dalam air laut menimbulkan

air laut tidak memenuhi syarat untuk dijadikan sumber air

minum.3

b. Air Atmosfir, Air Meteriologik

Dalam kehidupan sehari-hari air ini dikenal sebagai air

hujan atau air angkasa. Biasanya air hujan atau air angkasa

terjadi pengotoran yang disebabkan oleh kotoran – kotoran debu

dan lain sebagainya, tetapi dalam keadaan murni sangat bersih.

Untuk menjadikan air hujan sebagai sumber air minum

hendaknya tidak menampung air hujan pada saat hujan baru

turun pertama kali, karena masih mengandung banyak kotoran.

Selain itu air hujan memiliki sifat agresif terutama terhadap

pipa-pipa penyalur maupun bak-bak reservoir, sehingga hal ini

8

akan mempercepat terjadinya korosi (karatan). Disamping itu air

hujan ini mempunyai sifat lunak sehingga akan boros terhadap

pemakaian sabun.

c. Air Permukaan

Air permukaan seringkali merupakan sumber air yang

paling tercemar, baik karena kegiatan manusia, fauna, flora, dan

zat-zat lainnya. Air permukaan meliputi :

1) Air Sungai

Air sungai memiliki derajat pengotoran yang tinggi

sekali. Hal ini karena selama pengalirannnya mendapat

pengotoran, misalnya oleh lumpur, batang-batang kayu,

daun-daun, kotoran industri kota dan sebagainya. Oleh

karena itu dalam penggunaannya sebagai sumber air

bersih haruslah melalui suatu pengolahan yang sempurna.

2) Air Rawa

Kebanyakan air rawa berwarna kuning coklat yang

disebabkan oleh adanya zat – zat organis yang telah

membusuk, misalnya asam humus yang larut dalam air.

Dengan adanya pembusukan kadar zat organis yang tinggi

tersebut, maka umumnya kadar mangan (Mn) akan tinggi.

d. Air Tanah

Air tanah merupakan sebagian air hujan yang mencapai

permukaan bumi dan menyerap ke dalam lapisan tanah dan

menjadi air tanah. Sebelum mencapai lapisan tempat air tanah,

air hujan akan menembus beberapa lapisan tanah dan

menyebabkan terjadinya kesadahan pada air. Kesadahan pada

air ini akan menyebabkan air mengandung zat-zat mineral dalam

konsentrasi. Zat-zat mineral tersebut antara lain kalsium,

magnesium, dan logam berat seperti besi dan mangan.

9

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 yang terlarut) karena melalui lapisan

tanah yang mempunyai unsur-unsur kimia tertentu untuk

masing-masing lapisan tanah. Lapisan tanah di sini

berfungsi sebagai saringan.

Disamping penyaringan, pengotoran juga masih

terus berlangsung, terutama pada muka air yang dekat

dengan muka tanah, setelah menemui lapisan rapat air, air

yang akan terkumpul merupakan air tanah dangkal dimana

air tanah ini dimanfaatkan untuk sumber air minum

melalui sumur-sumur dangkal.

2) Air Tanah Dalam

Air tanah dalam dikenal juga dengan air artetis. Air

ini terdapat diantara dua lapisan kedap air. Lapisan

diantara dua lapisan kedap air tersebut disebut lapisan

akuifer. Lapisan tersebut banyak menampung air. Jika

lapisan kedap air retak, secara alami air akan keluar ke

permukaan. Air yang memancar ke permukaan disebut

mata air artetis. Pengambilan air tanah dalam, tak semudah

pada air tanah dangkal. Dalam hal ini harus digunakan bor

dan memasukkan pipa kedalamnya sehingga mencapai

suatu kedalaman (biasanya antara 100-300 m) akan

didapatkan suatu lapisan air.

3) Mata Air

Mata air merupakan air tanah yang keluar dengan

sendirinya ke permukaan tanah. Mata air yang berasal dari

tanah dalam, hampir tidak terpengaruh oleh musim.

10

Kualitas maupun kuantitasnya biasanya relatif lebih baik

apabila dibandingkan dengan sumber air lainnya.

Berdasarkan keluarnya (munculnya ke permukaan tanah)

mata air dapat dibedakan atas :

a) Mata Air Rembesan, yaitu mata air yang airnya

keluar dari lereng-lereng,

b) Umbul, yaitu mata air dimana airnya keluar ke

permukaan pada suatu dataran.

2. Syarat-syarat air besih

Didalam penyediaan air bersih harus memenuhi beberapa

persyaratan utama. Persyaratan tersebut meliputi persyaratan

kualitatif, persyaratan kuantitatif, mudah didapat dan dicapai,

persyaratan kontinuitas,3 harga relatif murah dan dapat dijangkau oleh

setiap lapisan masyarakat.14

a. Persyaratan Kualitatif.

Persyaratan kualitatif menggambarkan mutu atau kualitas

dari air baku sebagai sumber air bersih. Persyaratan ini meliputi

persyaratan fisik, kimia, biologis dan radioaktif.3

1) Syarat-syarat fisik.

Secara fisik air bersih harus jernih, tidak berbau,

tidak berwarna dan tidak berasa. Selain itu juga suhu air

bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau kurang

lebih 25ºC, dan apabila terjadi perbedaan maka batas yang

diperbolehkan adalah 25ºC ± 3ºC.14,15

2) Syarat-syarat Kimia.

Dari segi parameter kimia, air yang baik adalah air

yang tidak tercemar secara berlebihan oleh zat-zat kimia

yang berbahaya bagi kesehatan antara lain zat padat total

(total solid), zat organik, CO2 agresif, kesadahan, air raksa

(Hg), alumunium (Al), arsen (As), barium (Ba), besi (Fe),

11

flourida (F), tembaga (Cu), derajat keasaman (pH), dan zat

kimia lainnya.

Kandungan zat kimia dalam air bersih yang

digunakan sehari-hari hendaknya tidak melebihi kadar

maksimum yang diperbolehkan. Penggunaan air yang

mengandung bahan kimia beracun dan zat-zat kimia yang

melebihi ambang batas berakibat tidak baik bagi kesehatan

dan material yang digunakan manusia.

3) Syarat-syarat bakteriologis

Sumber - sumber air di alam pada umumnya

mengandung bakteri. Jumlah dan jenis bakteri berbeda

sesuai dengan tempat dan kondisi yang mempengaruhinya.

Air bersih tidak boleh mengandung kuman patogen dan

parasit yang mengganggu kesehatan. Persyaratan

bakteriologis ini ditandai dengan ada tidak adanya bakteri

E. coli atau Fecal coli dalam air.14

Bakteri golongan coli

tidak merupakan bakteri golongan patogen, namum

bakteri ini merupakan indikator dari pencemaran air oleh

bakteri patogen. 3,14

Bakteri patogen yang dapat mengganggu kesehatan

antar lain :

a) Bakteri Typhsum

b) Vibrio Colerae

c) Bakteri Dysentriae

d) Entamoeba Hystolotica

e) Bakteri Enteritis

4) Syarat-syarat Radiologis.

Dari segi parameter radioaktivitas, apapun bentuk

radioaktivitas efeknya adalah sama, yakni menimbulkan

kerusakan pada sel yang terpapar. Kerusakan dapat berupa

kematian, dan perubahan komposisi genetik Secara

12

radiologis mensyaratkan bahwa air bersih tidak boleh

mengandung zat yang menghasilkan bahan-bahan yang

mengandung radioaktif, seperti sinar alfa, beta dan

gamma.

b. Persyaratan Kuantitatif .

Persyaratan kuantitas dalam penyediaan air bersih adalah

ditinjau dari banyaknya air baku yang tersedia. Artinya air baku

tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan sesuai

dengan kebutuhan daerah dan jumlah penduduk yang akan

dilayani. Persyaratan kuantitas juga dapat ditinjau dari standar

debit air bersih yang dialirkan ke konsumen sesuai dengan

jumlah kebutuhan air bersih.

c. Persyaratan Kontinuitas.

Air baku untuk air bersih harus dapat diambil terus

menerus dengan fluktuasi debit yang relatif tetap, baik pada saat

musim kemarau maupun musim hujan. Kontinuitas juga dapat

diartikan bahwa air bersih harus tersedia 24 jam per hari, atau

setiap saat diperlukan, kebutuhan air tersedia. Akan tetapi

kondisi ideal tersebut hampir tidak dapat dipenuhi pada setiap

wilayah di Indonesia, sehingga untuk menentukan tingkat

kontinuitas pemakaian air dapat dilakukan dengan cara

pendekatan aktifitas konsumen terhadap prioritas pemakaian air.

Prioritas pemakaian air yaitu minimal selama 12 jam per hari,

yaitu pada jam-jam aktifitas kehidupan, yaitu pada pukul 06.00

– 18.00 WIB.

13

B. Besi

1. Kandungan besi di dalam air

Besi dan mangan sering menjadi permasalahan didalam

penyediaan air untuk kebutuhan rumah tangga, tetapi besi lebih sering

didapatkan daripada mangan. Berdasarkan data survei air tanah yang

pernah dilakukan di beberapa kota ( USA ) tahun 1963, didapatkan

bahwa konsentrasi besi di dalam air 10 kali lipat apabila dibandingkan

dengan konsentrasi mangan.3 Menurut PP No. 82 tahum 2001 tentang

Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air serta

Permenkes RI No. 492 tahun 2010 tentang Persyaratan Kualitas Air

Minum, kandungan maksimal kadar besi dalam air yang

diperbolehkan sebesar 0,3 mg/l.5,6

Sebagian besar besi didalam air dalam bentuk ferro ( Fe ²ᶧ) atau

Ferri ( Fe³ᶧ), hal ini tergantung dari kondisi oksigen yang terlarut

dalam air dan pH. Adanya oksigen terlarut yang cukup dengan kondisi

pH yang netral, ion Ferro akan teroksidasi menjadi ion ferri yang

kemudian akan mengendap. Pada kondisi asam, ferro akan larut

didalam air, sedangkan ferri akan sukar larut yang biasanya berwarna

kuning kecoklatan. berikut beberapa penyebab yang mempengaruhi

tingginya kandungan besi didalam air.

a. Kedalaman resapan air

Air hujan yang jatuh akan mengalami infiltrasi masuk ke

dalam tanah yang mengandung FeO yang kemudian bereaksi

dengan H₂O dan CO₂ dalam tanah dan membentuk Fe (HCO₃)₂.

Semakin dalam air yang meresap ke dalam tanah akan semakin

tinggi besi yang larut dalam air. 3

b. pH air

pH air akan mempengaruhi kandungan besi didalam air,

pH yang rendah atau / ≤ 7 akan menyebabkan korosif, sehingga

akan berakibat larutnya besi. Dalam keadaan pH yang rendah,

besi didalam air akan berbentuk ferri dan ferro, dimana bentuk

14

ferri akan mengendap dan tidak larut didalam air dan berakibat

terjadinya warna pada air, air menjadi bau dan adanya rasa karat

pada air. pH yang tidak mempengaruhi kandungan besi yaitu pH

6,5 – 8,5.⁴

c. Bakteri besi

Bakteri besi adalah bakteri yang dapat mengambil unsur

besi dari lingkungan hidupnya. Hasil aktifitas dari bakteri besi

akan menghasilkan presipitat yang kemudian akan

menyebabkan warna kuning pada air. Bakteri besi merupakan

bakteri anaerob yang banyak terdapat pada air yang

mengandung mineral, pertumbuhan bakteri besi akan lebih

sempurna apabila di dalam air banyak mengandung CO₂ dengan

kadar yang tinggi.14

d. Adanya gas-gas terlarut

Gas-gas yang terlarut dalam air biasanya berupa CO₂. Di

dalam air gas CO₂ dibedakan menjadi 3 yaitu CO₂ bebas, CO₂

dalam kesetimbangan dan CO₂ agresif. Dari ketiga gas CO₂

tersebut, gas CO₂ agresiflah yang paling berbahaya karena dapat

menyebabkan terjadinya korosi, sehingga dapat berakibat

kerusakan pada logam-logam.15

e. Temperatur Air

Temperatur air yang baik adalah yang sama dengan

temperatur udara disekitarnya. Termperatur yang tinggi akan

menyebabkan menurunnya kadar O₂ dalam air, yang kemudian

akan menguraikan derajat kelarutan mineral, sehingga kelarutan

Fe akan tinggi. Temperatur air bersih sebaiknya sama dengan

temperatur udara atau kurang lebih 25ºC, dan apabila terjadi

perbedaan maka batas yang diperbolehkan adalah 25ºC ±

3ºC.14,15

15

2. Kandungan besi di dalam tubuh manusia

Unsur besi diperlukan untuk memenuhi kebutuhan metabolisme

tubuh manusia. Untuk memenuhi kebutuhan itu, manusia memerlukan

unsur besi sebanyak 7-35 mg per hari,16

yang tidak hanya berasal dari

air.

Zat besi adalah mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan

dan mengangkut elektron di dalam proses pembentukan energi di

dalam sel. Untuk mengangkut oksigen, zat besi harus bergabung

dengan protein dan membentuk hemoglobin di dalam sel darah merah

dan myoglobin di dalam serabut otot. Bila bergabung dengan protein

di dalam sel, zat besi membentuk enzim yang berperan di dalam

pembentukan energi di dalam sel. Jadi, zat besi paling banyak

ditemukan di dalam sel darah merah, di mana disitu merekalah yang

membentuk hemoglobin. Inilah zat yang memberikan warna merah

pada darah.15

3. Dampak adanya kadar besi

a. Bagi tubuh

Kekurangan maupun kelebihan zat besi di dalam tubuh

akan memiliki dampak dari kesehatan, hal ini disebabkan karena

tubuh tidak dapat mensekresi besi. Kekurangan zat besi terjadi

karena asupan makanan yang tidak mencukupi atau dapat juga

terjadi pada saat kehamilan. Seringkali kekurangan zat besi

dinamakan anemia. Sedangkan kelebihan zat besi dapat

menyebabkan keracunan, dimana akan terjadi muntah dan

kerusakan usus. Air yang mengandung besi cenderung akan

menimbulkan rasa mual apabila dikonsumsi. Kadar besi yang

lebih dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada kulit

dan mata, sedangkan kadar besi melebihi ± 2 mg/l akan

menimbulkan noda-noda pada peralatan serata menimbulkan

16

bau.3 Kelarutan besi yang melebihi 10 mg/l akan mnyebabkan

air berbau seperti telur busuk.15

b. Dampak material

Material yang digunakan untuk jalur distribusi air akan

mudah rusak dan keropos, mengotori bak dari seng, wastafel dan

kloset, serta bersifat korosif pada pipa terutama pipa GI

sehingga akan mengakibatkan kebuntuan.7

c. Dampak terhadap tanah

Dapat menurunkan kualitas tanah

d. Dampak secara ekonomi

Dapat meningkatkan biaya rehabilitasi yang diakibatkan

dari keroposnya peralatan, meningkatkan biaya pemeliharaan,

meningkatkan biaya pengobatan.16

e. Dampak secara estetika

Dapat menimbulkan warna, bau, rasa yang tidak sedap.15

4. Cara menghilangkan besi di dalam air

Didalam penurunan kadar besi di dalam air, perlu dilihat dulu

apakah besi yang terdapat di dalam air disebabkan karena pencemaran

dari luar atau memang konsentrasinya sudah tinggi. Adapun upaya-

upaya yang dapat dilakukan untuk menurunkan kadar besi dalam air

dapat berupa upaya preventif dan kuratif.15 Upaya kuratif yang

dilakukan diantaranya dengan sistem aerasi, pembubuhan bahan

koagulan, pembubuhan bahan pengatur pH, filtrasi, dan gabungan dari

cara-cara diatas.14

Prinsip menghilangkan kadar besi dalam air adalah mengubah

besi terlarut menjadi besi yang tidak terlarut, sehingga akan

mengalami pengendapan. Endapan yang terbentuk dihilangkan dengan

proses sedimentasi atau filtrasi. Besi juga dapat diendapkan dengan

senyawa karbonat pada air yang mengandung pH rendah, yaitu dengan

pembubuhan bahan koagulan.

17

C. Aerasi

Aerasi adalah proses pengolahan air dengan cara mengkontakkannya

dengan udara. Adapun tujuan dari aerasi ini adalah untuk penambahan

jumlah oksigen terlarut, penurunan jumlah CO2, menghilangkan H2S, CH4

yang menyebabkan timbulnya bau, menurunkan Fe dan Mn dalam air.14

Skema alir proses dari aerasi adalah sebagai berikut:

O₂ _ aerasi , reaksi:

Merubah Fe²ᶧ Fe³ᶧ mengendap

4 Fe ²ᶧ + O₂ + 10 H₂O 4 Fe ( OH )₃ + 8 Hᶧ

1. Metode aerasi

Secara umum metoda aerasi adalah terdiri dari:

a. Spray nozzles, suatu proses dimana air baku disemprotkan

melewati kolom pipa tertentu dan keluar melalui nozzle. Dari

nozzle inilah kemudian air baku akan kontak dengan udara

bebas. 3

b. Cascade, suatu proses dimana air baku dijatuhkan melewati

bangunan berbentuk tangga sehingga saat jatuh dari tangga yang

lebih tinggi ke tangga yang di bawahnya akan terjadi kontak

dengan udara bebas. 14

c. Multiple tray aerator, suatu proses dimana air baku dijatuhkan

dari ketinggian tertentu dan dilewatkan dalam sejumlah nampan

(tray) yang tersusun vertikal dengan jarak (space) tertentu. Pada

saat jatuh dari nampan satu ke nampan di bawahnya maka akan

terjadi kontak dengan udara.14

d. Diffused-air aerator, suatu proses aerasi dimana sejumlah udara

di difusikan ke dalam air baku melalui tekanan yang tinggi ke

dalam tangki/bak pengolahan. Udara yang didisfusikan akan

mengoksidasi beberapa senyawa yang dapat dihilangkan dengan

proses oksidasi yang terjadi. 3

18

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses aerasi.

a. Karakteristik zat yang mudah menguap

Zat yang mudah menguap akan mempercepat proses

transfer gas oksigen dalam air, sehingga kandungan oksigen

dalam air akan meningkat.

b. Temperatur

Temperatur air dapat mempengaruhi laju perpindahan

oksigen. Perpindahan oksigen akan meningkat 1,56 % untuk

setiap kenaikan temperatur 1ºC.15

Termperatur yang tinggi akan

menyebabkan menurunnya kadar O₂ dalam air, yang kemudian

akan menguraikan derajat kelarutan mineral, sehingga kelarutan

Fe akan tinggi. Temperatur air bersih sebaiknya sama dengan

temperatur udara atau kurang lebih 25ºC, dan apabila terjadi

perbedaan maka batas yang diperbolehkan adalah 25ºC ±

3ºC.14,15

c. Perbandingan luas permukaan kontak dengan volume aerator

Luas permukaan kontak yang tidak sebanding dengan

kapasitas volume aerator, maka gas oksigen yang masuk dalam

air pada proses aerasi tidak berjalan maksimal.

d. Perpindahan gas

Perpindahan gas terjadi karena adanya kontak antara udara

atau gas lain dengan air, yang kemudian terjadi perpindahan

suatu senyawa dari fase cair ke fase gas yang akan dilepas ke

udara. Banyaknya jumlah tray dalam aerasi akan mempengaruhi

besarnya perpindahan gas.8

e. Tekanan air

Tekanan air yang dipergunakan harus disesuaikan dengan

metode yang dipergunakan didalam proses aerasi. Tekanan air

yang terlalu tinggi akan mengakibatkan proses transfer gas

oksigen dalam air tidak berjalan maksimal.

19

f. Waktu kontak.

Perpindahan oksigen dari udara ke dalam air mebutuhkan

waktu, semakin panjang waktu kontak semakin banyak oksigen

yang dapat berpindah.

g. Kejenuhan.

Konsentrasi dari gas-gas terlarut dalam air pada keadaan

setimbang berarti gas-gas tersebut telah mencapai titik jenuhnya.

Nilai jenuh tergantung pada suhu air, tekanan gas dalam

atmosfer. Proses aerasi yang lebih lama akan menghasilkan nilai

jenuh oksigen. 8

20

D. Kerangka Teori Dan Konseptual

1. Kerangka teori

Gambar 2.1 Kerangka Teori

Keterangan :

* = dikontrol.

pH 4 Resapan air 3 Bakteri besi 14 Gas terlarut 15 Suhu 14,15

Kadar besi

dalam air

Aerasi

Tray aerasi

Penurunan kadar besi dalam air

Lubang tray * Jarak tray *8

Jumlah tray *8

Tekanan Air *

Waktu Kontak

Karakteristik zat

Luas kontak *

21

2. Kerangka konsep

Gambar 2.2 Kerangka Konsep

Keterangan :

* = dilakukan pengukuran

E. Hipotesis

Ada perbedaan persentase penurunan kadar besi pada air sumur dalam

dengan variasi ketinggian aerasi.

Variabel bebas Variabel terikat

Variabel pengganggu

Penurunan kadar

besi pada air

Ketinggian aerasi

- 5 tray

- 6 tray

- 7 tray

- 8 tray

- pH *

- Suhu *