BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. AIR BAKU Air baku adalah adalah air bersih yang dipakai untuk keperluan air

minum , rumah tangga dan industri. Air siap dikonsumsi ( portable water )

adalah air yang aman dan sehat karena air rentan terhadap penyebaran

penyakit yang disebarkan melalui air ( water borne desease ). Adapun sumber

air baku adalah air permukaan, mata air dan ait tanah. Sedangkan macam

macam air baku di alam adalah : air sungai, air danau/waduk,rawa, air tanah

dan mata air serta air laut..

Air yang tercemar baik secara fisik, kimiawi maupun mikrobiologik,

apabila diminum atau digunakan untuk masak, mandi dan mencuci, dapat

menimbulkan penyakit atau gangguan kesehatan. Penyakit atau gangguan

kesehatan yang dapat timbul karena air yang tercemar dapat dibagi dalam dua

golongan, yaitu penyakit menular dan penyakit tidak menular.[16]

Adapun air minum ialah air yang kualitasnya memenuhi syarat

kesehatan dan dapat langsung diminum. Sedangkan air bersih adalah air yang

dipergunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat

kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak. Air dapat dikatakan

sebagai air bersih apabila memenuhi 4 syarat yaitu syarat fisik, kimia,

biologis, radioaktif sesuai dengan Keputusan Menteri Kesehatan Republik

Indonesia No. 907/Menkes/SK/VII/2002.[17]

a. Syarat fisik, ditentukan oleh faktor-faktor kekeruhan ( turbidity ), warna,

bau, dan rasa serta jernih.

b. Syarat Kimia, meliputi tidak terdapat bahan kimia tertentu seperti Arsen

(As), besi (Fe), Fluorida (F), Chlorida (C), kadar merkuri (Hg), dan lain

lain.

c. Syarat Biologis

Syarat biologis air ditentukan oleh kehadiran mikroorganisme patogen

maupun non pathogen seperti bakteri, virus, protozoa.. Mikroorganisme

coli digunakan sebagai indikator untuk mengetahui air telah

terkontaminasi oleh bahan buangan organic.

d. Syarat Radioaktif

Bahan buangan yang memberikan emisi sinar radioaktif sangat

membahayakan bagi kesehatan, dapat menimpa manusia melalui makanan

atau minuman yang telah tercemar.

B. MERKURI ( Hg )

1. Karakteristik Merkuri. Merkuri adalah unsur renik pada kerak bumi, dalam susunan

berkala periodik memiliki Nomor Atom 80, golongan IIb berperiode VI,

bernama Hydrargyricum ( Hg ) (www.EPA.Gov). Merkuri dalam bahasa

Indonesia dikenal dengan nama air raksa, merupakan logam dengan Berat

Atom 200.61 dengan BD-nya 13.6. titik didih 35.7 o C dan titik bekunya

38. 85 oC. Karena merkuri titik didihnya rendah, maka pada suhu biasa

(suhu kamar) sudah dapat mencair serta mudah menguap dan uapnya

sangat beracun terhadap tubuh.[18]

Kebanyakan merkuri di alam merupakan gabungan antar elemen

alam dan elemen yang bersumber kepada kegiatan manusia, jarang dalam

bentuk terpisah. Di alam merkuri tersebar di karang-karang, tanah, udara,

air dan organisma hidup melalui proses fisik, kimia, biologi yang

kompleks. Penggunaan merkuri sangat luas dalam berbagai bidang baik

industri, pertanian, pendidikan, dan sebagainya. Merkuri mempunyai

sifat:

a. Merupakan satu satunya logam yang berbentuk cair pada suhu kamar,

dan mempunyai titik beku terendah dari semua logam.

b. Mempunyai vatalitas tinggi.

c. Memiliki tahanan listrik terendah dari semua logam sehingga

merupakan konduktor terbaik.

d. Banyak logam dapat larut dalam merkuri membentuk komponen yang

disebut amalgam ( alloy ).

e. Semua komponennya mempunyai sifat racun terhadap semua mahluk

hidup.

Merkuri digunakan dalam berbagai keperluan seperti industri

khlor, alat-alat listrik, cat, instrument, sebagai katalis, kedokteran gigi,

pertanian, alat-alat laboratorium, obat-obatan, industri kertas, amalgam

dan sebagainya. Penggunaan yang terbesar adalah dalam industri khlor

alkali dimana di produksi khlorin ( Cl2 ) dan soda kaustik dengan cara

elektrolisis larutan garam NaCl. Kedua bahan kimia tersebut sangat

banyak kegunaannya sehingga di produksi dalam jumlah yang tinggi setiap

tahun. Dalam proses tersebut merkuri berperan sebagai katoda dari sel

elektrolisis. Kegunaan lain adalah untuk memproduksi alat-alat listrik

seperti lampu uap merkuri, untuk penerangan jalan dan pabrik sebab biaya

instalasi dan operasinya lebih rendah dibandingkan lampu pijar serta dapat

dioperasikan pada voltase tinggi. Merkuri juga digunakan untuk baterai

karena mempunyai umur lebih panjang daripada baterai lainnya dan

berfungsi sebagai fungisida untuk membunuh jamur dalam cat, pulp,

kertas dan industri-industri pertanian. Penambahan komponen merkuri

ke dalam cat digunakan di daerah lembab sebagai pengawet lateks dan

untuk mencegah lapuk. Pada cat kapal sebagai anti jamur dan anti lapuk.

Industri pulp dan kertas menggunakan Fenil Merkuri Asetat ( FMA ) untuk

mencegah lendir pada proses pengolahan dan penyimpanan. Dalam

bidang pertanian untuk mencegah tumbuhnya kapang. Umumnya merkuri

digunakan sebagai katalis pada industri-industri kimia, terutama industri

vinil khloride yang merupakan bahan dasar plastik. Rumus empiris zeolit:

M 2n O. Al 2 O 3. X Si O 3.Yh 2 O [19]

Dimana :

M = Kation alkali / alkali tanah

n = Valensi logam alkali

x = Bilangan tertentu ( 2 s/d 10 )

y = Bilangan tertentu ( 2 s/d 7 )

2. Pencemaran Merkuri (Hg) di air dan lingkungan. Dapat digambarkan secara teoritis siklus besar merkuri di alam

sebagaimana gambar 2.1.

Gambar 2.1. Siklus Merkuri di lingkungan

Sumber : WWW. Srs.Gov/general/Pubs/fultex.

Pencemaran lingkungan dilakukan oleh industri-industri dan kegiatan lain,

melalui air buangan atau melalui sistem ventilasi udara. Merkuri yang

terbuang ini kemudian mengkontaminasi sungai, pantai atau badan air

yang terdapat di sekitarnya, air ini kemudian mengkontaminasi ganggang

dan ikan-ikan kecil. Ikan-ikan kecil dimakan oleh ikan atau hewan air

yang lebih besar atau masuk melalui insang, demikian pula dengan kerang

mengumpulkan merkuri di dalam tubuhnya. Kadar merkuri yang

mengkontaminasi langsung pada tubuh ikan yaitu antara 0.0005 0.075

ppm. Ikan-ikan dan kerang ini kemudian dikonsumsi oleh manusia

sehingga sedikit demi sedikit merkuri terkumpul dan berakumulasi dalam

tubuh manusia.[20] Secara skematis proses pencemaran sungai Barito oleh

merkuri dapat dilihat pada gambar 1.1. berikut :

Gambar 1.1. Skematis pencemaran Hg pada sungai Barito.

Di bidang pertanian penggunaan merkuri menyebabkan buah-buahan dan

sayuran tercemar merkuri yang akhirnya masuk ke dalam tubuh manusia. Gambar

2.2. berikut menerangkan aliran merkuri di biosfir

Gambar 2.2. Aliran merkuri (Hg) di biosfir

Sumber : Srikandi Fardiaz (2003).

Fungisida Bahan-bahan I d t i

Sungai & Laut

Biodegradasi

Dimakan Manusia

Air Minum

Ekskresi

Usus halus

Kotoran Otak & Syaraf Hati Ginjal

Fitoplankton Zooplankton

Ikan & Kerang

Burung

Penyedotan pasir dan air

Air raksa

Partikel padat Sisa air raksa

Amalgam & platina

1. Besar butiran 2. Lama kontak 3. pH 4. Keaktifan

zeolit 5. Suhu 6. Kekeruhan

1. Besar butiran 2. Lama kontak 3. pH

Adapun merkuri dapat masuk ke lingkungan secara langsung

maupun tidak langsung. Secara langsung merkuri dilepaskan sebagai

effluent pembuangan dari proses pabrik yang menggunakan bahan fosil

seperti batubara (mengandung 0,5 ppm merkuri). Sedangkan cara tidak

langsung yaitu pembakaran kertas yang mengandung merkuri.[21]

3. Pengaruh Merkuri terhadap manusia. Merkuri termasuk dalam kelompok logam berat. Karena

mempunyai berat atom lebih dari 50, bila terserap tubuh manusia, logam

berat akan bertindak sebagai racun. [22]

Menteri Negara KLH mengungkapkan bahwa berdasarkan

tingkat ketoksikannya logam berat dapat digolongkan kedalam 3

kelompok yaitu :

a. Kelompok toksik tinggi yaitu Hg, Cd, Pb, Cu, dan Zn.

b. Kelompok toksik menengah yaitu Cr, Ni, dan Co.

c. Kelompok toksik rendah yaitu Mn dan Fe.

Merkuri maupun ikatannya sangat beracun terhadap tubuh.

Masuknya ke dalam tubuh biasanya berupa uap air raksa atau uap

persenyawaannya, yaitu melalui pernapasan, absorbsi kulit dengan jalan

kontak atau bersentuhan dan melalui saluran pencernaan (mulut).[23]

Peristiwa keracunan merkuri di seluruh dunia, sebagaimana tabel 2.1.

Tabel 2.1. Peristiwa Keracunan Merkuri ( Hg ) di seluruh dunia Lokasi Tahun Akibat

Minamata Jepang 1953-1960 43 orang meninggal 68 orang cidera

Irak 1961 35 orang meninggal 321 orang cidera

Pakistan 1963 4 orang meninggal 34 orang cidera

Guatemala 1966 5 orang meninggal 20 orang cidera

Nigata Jepang 1968 25 orang meninggal Sumber : Heryando Palar ( 2009 ).

Masuknya merkuri ke dalam tubuh manusia terutama melalui

makanan dan minuman. Keberadaan merkuri di dalam tubuh tidak terlepas

dari 3 senyawa merkuri yaitu: senyawa merkuri anorganik termasuk logam

merkuri, senyawa alkil merkuri yang mempunyai struktur hidrokarbon

rantai lurus, senyawa aril merkuri dengan struktur yang mengandung

cincin hidrokarbon aromatik.[24]

Faktor faktor yang mempengaruhi efektivitas penurunan kadar

merkuri adalah suhu karena mempengaruhi kecepatan reaksi kimia dengan

persamaan reaksi sebagai berikut 4 Hg + O2 2Hg2O, besar butiran ( diameter ) yang efektif yaitu 80 mesh atau 0,2 mm, lama kontak yang

efektif adalah 1 jam, potensial hidrogen ( pH ) dengan persamaan reaksi :

2Hg + H2 2HgH akan menentukan korositas bila lebih kecil / besar, kekeruhan yang dapat mempengaruhi proses pertukaran ion zeolit dengan

reaksi pemanasan sebagai berikut :

HgS + O2 Hg + SO2 4. Pemecahan masalah Merkuri.

Merkuri memiliki sifat-sifat : volatil yang dapat

mencemari udara, dalam bentuk cair, mudah menyebar dan sulit

dikumpulkan, bisa mengalami translokasi di dalam tanaman dan hewan.

Alternatif pengolahan air antara lain dengan zeolit, pasir, kerikil,

kapur, resin, pemanasan, dan pertukaran ion. Beberapa upaya yang dapat

dilakukan untuk mencegah terjadinya pencemaran merkuri di lingkungan

yaitu : Pestisida alkil merkuri, pestisida, industri mengurangi jumlah

merkuri sampai batas normal. Rekomendasi tersebut masih belum dapat

memecahkan pencemaran merkuri di lingkungan. Pencemaran tetap terjadi

di sungai dan danau dan menghasilkan CH3Hg+ yang dilepaskan ke badan

air.[23]

C. KARAKTERISTIK ZEOLIT. 1. Pengertian Zeolit.

Zeolit berasal dari kata Zein (bahasa Yunani) yang berarti

membuih dan Lithos berarti Batu. Nama ini sesuai dengan sifat zeolit

yang akan membuih bila dipanaskan pada suhu 100 oC.

Zeolit merupakan mineral yang terdiri dari kristal aluminosilikat

terhidrasi, mengandung kation alkali atau alkali tanah. Ion ion zeolit dapat

diganti oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolit dan dapat menyerap

secara reversibel. Jadi zeolit terdiri dari 3 komponen yaitu kation yang

dipertukarkan, kerangka aluminosilikat, dan fase air. Ikatan ion Al-Si-O

membentuk struktur kristal, sedangkan logam alkali merupakan sumber

kation yang mudah dipertukarkan, bahwa penukar ion yang paling banyak

digunakan adalah zeolit.[26]

Zeolit dibentuk atas penggabungan dan pengulangan dari unit

tetrahedral AlO4 dan SiO4 seperti terlihat dibawah ini :

Gambar : 2.3. Kerangka Alum silikat Zeolit.

Menurut jenisnya zeolit digolongkan menjadi 2 kelompok yaitu :

a. Zeolit alam

Terbentuk karena proses perubahan alam ( zeolitisasi ) dari

batuan vulkanik tuf. Zeolit alam dibagi dalam 2 kelompok yaitu :

1) Zeolit yang terdapat di antara celah-celah batuan atau di antara

lapisan batuan, zeolit jenis ini terdiri dari beberapa jenis zeolit dan

bersama-sama dengan mineral lain seperti kalsit, kwarsa, klorit,

fluorit.

2) Zeolit yang berupa batuan di antaranya klinoptilotit, analsine,

loumontit, modernit, filipsit, erionit, dan kabalsit.

b. Zeolit sintesis

Zeolit Sintesis adalah zeolit hasil rekayasa manusia yang

diproses secara kimia, dengan sifat-sifat khusus sesuai dengan

keperluan tertentu.

2. Sifat-sifat zeolit

Sifat-sifat zeolit meliputi :

a. Dehidrasi : Sifat dehidrasi dari zeolit berpengaruh terhadap sifat

absorbsinya. Zeolit dapat melepaskan molekul air dari dalam rongga

permukaan menyebabkan medan listrik meluas ke dalam rongga utama

dan akan efektif terinteraksi dengan molekul yang akan diabsorbsi.

b. Absorbsi : Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit

terisi oleh molekul air bebas yang berada di sekitar kation. Beberapa

jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30 % dari berat

keringnya.

c. Penukar ion : Ion-ion pada rongga atau kerangka elektrolit berguna

untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini bergerak bebas sehingga

pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun

jenis zeolitnya.

d. Katalis : Ciri paling khusus dari zeolit yang menentukan sifat khusus

mineral ini adalah ruang kosong yang membentuk saluran di dalam

strukturnya, pada proses penyerapan atau katalis maka terjadi difusi

molekul ke dalam ruang bebas diantara kristal.

e. Penyaring / pemisah : Zeolit dapat memisahkan molekul gas atau zat

lain dari suatu campuran tertentu karena mempunyai ruang hampa

yang besar dengan garis tengah yang bermacam-macam, ukuran garis

tengah ruang hampa dalam kisi-kisi kristal ini menjadi dasar

kemampuan zeolit bertindak sebagai penyaring molekul.

3. Pertukaran Ion ( Ion Exchange ) Pertukaran ion pada konsepnya ialah ion-ion yang ditahan oleh

gaya elektrostatis pada permukaan padatan digantikan oleh ion-ion

bermuatan sama yang berada pada larutan. Bahan penukar ion harus

mempunyai ion aktif di seluruh strukurnya, berkapasitas besar selektif

untuk jenis ion tertentu, mampu diregenerasi, stabil secara kimiawi / fisis

serta mempunyai kelarutan rendah.[27]

Metode pertukaran ion adalah suatu reaksi (pertukaran) reversible

ion-ion pada padatan (material / media penukar ion) dengan yang ada pada

larutan, tetapi tidak terdapat perubahan substansial dalam struktur dari

padatan tersebut.

Secara sederhana metode pertukaran ion dapat diartikan sebagai

metode untuk menghilangkan ion-ion yang tidak dikehendaki

]eberadaannya dalam suatu larutan dengan cara memindah ion

tersebut ke media padatan (solid) yang disebut media penukar ion [28].

Zeolit memiliki rumus kimia Na2(Al2SiO3O10). 2H2O atau

K2(Al2SiO3O10).2H2O yang akan ditukar dengan ion Hg2+ sehingga terjadi

penurunan kadar merkuri dengan reaksi kimia sebagai berikut :

Na2(Al2SiO3O10).2H2O+2Hg2+ (Hg)22+Al2SiO3O10Na2(OH)4 atau K2(Al2SiO3O10).2H2O + 2Hg2+ (Hg)22+Al2SiO3O10K2(OH)4

Media penukar ion yang pertama kali dikenal adalah zeolit alam

(Green sand). Perkembangan selanjutnya yaitu pada tahun enam puluhan

zeolit alam mulai digunakan untuk keperluan industri, terutama untuk

proses pelunakan air. Beberapa tahun kemudian diperkenalkan penukar ion

sintetik atau resin sintetik yang dibuat oleh Adam dan Holmes yang

selanjutnya diberi nama sebagai resin penukar ion (ion exchanger resin).[29]

Banyak faktor yang mempengaruhi terjadinya petukaran ion. Robert

Kunin berpendapat, pertukaran ion dipengaruhi oleh :

Konsentrasi larutan, Sistem pengadukan dan kecepatan

pengadukan, Diameter partikel resin, Kecepatan difusi (keaktifan resin),

Tingkat kapasitas kemampuan resin, Temperatur. Dengan Persamaan yang

terbentuk dari kurva penurunan merkuri pada percobaan batch adalah

persamaan eksponensial yaitu y = e a + bx yang dalam bentuk linearnya

adalah ln y = a + bx atau ln y = 3,552 - 0,065x.

Beberapa percobaan telah dilakukan untuk menentukan diameter

partikel resin yang paling tepat. Hasil percobaan tersebut menyatakan

bahwa diameter optimum butiran media penukar ion khususnya zeolit alam

adalah sebesar 80 mesh atau sebesar 0,2 mm.[30]

Lebih lanjut penelitian tentang waktu kontak optimum zeolit

alam melakukan proses pertukaran ion dalam larutan adalah 60 menit atau

selama satu jam, waktu di atas satu jam menunjukkan proses pertukaran

ion berlangsung sangat lambat.

D. Saringan Pasir Lambat (SPL). Merupakan tanki saringan air dengan A berupa air keruh, kemudian

menggunakan B yaitu lapisan pasir halus ( 30 cm ) dengan 0,15 0,35 mm

pada bagian atas dan C berupa kerikil pada bagian bawah dengan 2 8 cm

setebal 30 cm, kerikil D dengan 8 16 mm setebal 30 cm, serta E dengan

16 32 mm setebal 30 cm. Air bersih didapatkan dengan jalan menyaring air

baku melewati lapisan pasir terlebih dahulu baru kemudian melewati lapisan

kerikil.[31] Metode ini digunakan untuk mengendalikan kekeruhan pada air

sampel. Apabila tidak dikendalikan maka zeolit akan berfungsi sebagai filtrasi

bagi kekeruhan air, sehingga tidak terjadi pertukaran ion untuk menurunkan

kadar merkuri. Adapun skema alat pengolahan saringan pasir lambat

terlampir.

E. Percobaan Dengan Metode Batch Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik

adsorbat (merkuri) dan adsorben (zeolit) yang dinyatakan dalam hubungan

antara penurunan adsorbat dan berat adsorben dalam suatu koefisien

persamaan yang ada. Untuk mencapai kondisi setimbang tergantung pada

konsentrasi larutan, jumlah adsorben, ukuran adsorben dan pengadukan.

Dinyatakan bahwa pengadukan sangat berpengaruh terhadap efisiensi

pertukaran ion. Pengadukan cepat terbukti memberikan hasil yang lebih baik

daripada pengadukan lambat. Hal tersebut terjadi karena setiap luasan

permukaan media penukar ion dapat terdistribusi merata keseluruh larutan,

sehingga dapat bereaksi dengan ion-ion pada larutan. Untuk pengadukan cepat

sebaiknya 100 rpm dengan waktu 60 detik.

F. Kerangka Teoritis

Secara skematis, kerangka teori dapat ditunjukkan dalam diagram

sebagai berikut :

G. Kerangka Konsep

Sumber air : 1. Air laut 2. Air permukaam 3. Air hujan 4. Air tanah dangkal 5. Air sungai

Air Baku

Kualitas Fisik

Kualitas Kimia

Kualitas Bakteriologis

1. Temperatur 2. Warna 3. Bau 4. Kekeruhan 5. Rasa

Arsen (As), besi (Fe), Fluorida (F), Chlorida (Cl), kadar merkuri (Hg), dan lain-lain

Bakteri, virus, protozoa

Pengolahan air : 1. Zeolit 2. Pasir 3. Kerikil 4. Kapur 5. Resin 6. Pemanasan 7. Pertukaran

ion

Kadar merkuri (Hg)

Proses penurunan kadar merkuri (Hg)

Penurunan kadar merkuri (Hg)

1. Besar butiran 2. Lama kontak 3. pH 4. Keaktifan

zeolit 5. Suhu 6. Kekeruhan

G. Kerangka Konseptual

Gambar 3.10. Skema Kerangka Konsep.

Keterangan : * = diukur

** = disamakan

H. Hipotesis

Ada perbedaan penurunan kadar merkuri ( Hg ) pada air baku dengan

pemberian berbagai dosis zeolit alam dengan sistem Batch ?

Variabel Bebas Variasi Dosis Zeolit ( gram )

45 gr, 50 gr, 55 gr, 60 gr dan 65 gr

Variabel Pengganggu 1. Besar butiran* 2. Lama kontak** 3. Ph* 4. Keaktifan zeolit* 5. Suhu* 6. Kekeruhan

Variabel Terikat Penurunan kadar merkuri

(ppb)