MATERI MAKALAH ANLISIS KIMIA, KEKERUHAN ZAT, JAR TEST FISIKA SMP

ANALISIS FISIKA KIMIA

Peranan laboratorium sangat penting sekali dalam mengendalikan pencemaran yaitu menentukan jenis unsur kimia yang harus dibuang dari limbah. Dalam merancang suatu peralatan pengolahan limbah, parameter pencemar yang bersifat posisi kunci perlu sekali diketahui secara tepat bersamaan dengan nilai-nilainya, yang dapat diketahui melalui penganalisaan laboratorium.

Penentuan derajat kekotoran air limbah dapat diprediksi dari sifat fisik yang mudah terlihat. Adapun sifat fisik yang penting adalah kandungan zat padat sebagai efek estetika dan kejernihan serta bau dan warna dan juga temperatur.

Jumlah endapan pada contoh air merupakan sisa penguapan dari contoh air limbah pada suhu 103-105°C. Beberapa kom­posisi air limbah akan hilang apabila dilakukan pemanasan secara lambat. Jumlah total endapan terdiri dari benda-benda yang mengendap, terlarut, tercampur. Untuk melakukan peme­riksaan ini dapat dilakukan dengan mengadakan pemisahan air limbah dengan memperhatikan besar-kecilnya partikel yang ter­kandung di dalamnya.

Dengan mengetahui besar-kecilnya: par­tikel yang terkandung di dalam air akan memudahkan kita di dalam memilih teknik pengendapan yang akan diterapkan sesuai dengan partikel yang ada di dalamnya. Air limbah yang mengan­dung partikel dengan ukuran besar memudahkan proses pengendapan yang berlangsung, sedangkan apabila air limbah tersebut berisikan partikel yang sangat kecil ukurannya akan menyulit­kan dalam proses pengendapan, sehingga untuk mengendapkan benda ini haruslah dipilihkan cara pengendapan yang lebih baik dengan teknologi yang sudah barang tentu akan lebih canggih.

Endapan dengan ukuran di atas 10 mikron dapat dihilangkan melalui proses penyaringan dan pengendapan, sedangkan ukuran di bawah 1 mikron memerlukan satu atau lebih cara pemisahan yang lebih tinggi. Hal inilah yang dipergunakan sebagai pertimbangan sehingga pada tes analitik dilakukan pe­misahan menjadi 3 golongan besar yaitu :

1.      Golongan zat yang mengendap

2.      Golongan zat yang tersuspensi,

3.      Golongan zat padat yang terlarut.

            Zat-zat padat yang bisa mengendap adalah zat padat yang akan mengendap pada kondisi tanpa bergerak atau diam kurang lebih selama 1 jam sebagai akibat gaya beratnya sendiri. Besarya endapan diukur dengan alat pengukur yang dinyatakan da­lam satuan miligram setiap liter air limbah. Hal ini sangat pen­ting untuk mengetahui derajat pengendapan dan jumlah endap­an yang ada di dalam suatu bahan air. Jumlah total endapan dapat dideteksi dengan penyaringan terhadap air kotor melalui kertas fiber atau saringan 0,45 mikron dan mengukur berat ke­ring dari. material yang terkumpul dalam satuan mg/l. Apabila contoh yang diambil berasal dari reaktor aktif air limbah, maka endapan tersebut dikenal sebagai MLSS (Mixed Liquor Suspen­ded Solid). Hasil endapan ini bila dipanaskan pada suhu 600°C, maka sebagian bahan akan menguap dan sebagian lagi akan be­rupa bahan sisa yang sangat kering. Beberapa bahan organik akan dibusukkan di dalam air, amonia, CO₂, karbonat dan ba­han lainnya adalah komponen dari bahan yang kering tersebut. Adapun bahan yang teruapkan dikenal sebagai volatile, sedang­kan benda yang tersisa akibat penguapan disebut fixed. Jika MLSS diuapkan pada suhu 600°C, maka hasilnya  dise­but sebagai mixed liquor volatile suspended solids atau MLVSS.

Untuk mengetahui lebih luas tentang analisis pencemar air, maka perlu kiranya diketahui juga secara detail mengenai kandungan pencemar yang ada di dalam air limbah juga sifat-sifatnya.

Analisis Pencemar Air di Laboratorium dapat dibedakan menjadi tiga bagian besar di antaranya :

1.      Sifat fisik

2.      Sifat kimiawi

3.      Sifat biologisnya.

Adapun cara pengukuran yang dilakukan pada setiap jenis sifat tersebut dilaksanakan secara berbeda-beda sesuai dengan keadaannya.

PENGUKURAN

-          KEKERUHAN

-          JAR TEST

-          DAYA HANTAR LISTRIK

-          PENETAPAN WARNA

-          pH

-          PADATAN

1. KEKERUHAN

Kekeruhan disebabkan oleh adanya partikel‑partikel kecil dan koloid yang berukuran 10 nm sampai 10 mm. Partikel‑partikel kecil dan koloid tersebut tidak lain adalah : Pasir/kwarts, tanah liat/lempung/lumpur, zat organik, sisa tanaman, plankton, ganggang,dan sebagainya.

Kekeruhan dihilangkan melalui pembubuhan sejenis bahan kimia dengan sifat‑sifat tertentu yang disebut Koagulan. Umumnya koagulan tersebut adalah tawas, dan dapat pula garam. Fe (III),  polielelektrolit  organic.

Kekeruhan merupakan sifat optis dari suatu larutan, yaitu hamburan dan absorpsi cahaya yang melaluinya,  dan tidak dapat dihubungkan secara langsung antara  kekeruhan dengan zat padat tersuspensi,  karena tergantung juga kepada ukuran dan bentuk butir . Ada 3 metoda pengukuran kekeruhan:

a. Metoda nefelometrik (unit kekeruhan  nefeloimetrik Ftu atau Ntu),

b. Metoda Hellige Turbidimetri (unit kekeruhan silika),

c. Metoda visual (unit kekeruhan Jackson).

Metoda visual adalah cara kuno dan lebih sesuai untuk nilai kekeruhan yang tinggi, yaitu lebih dari 25 unit, sedangkan metoda nefelometrik lebih sensitif dan dapat digunakan untuk segala tingkat kekeruhan. Metoda yang akan dijelaskan di bawah adalah metoda nefelometrik.

Gambar 1. .  Hubungan antara nilai kekeruhan dan kadar zat terlarut

a. suspensi kwarts halus,

b. suspensi hwarts kasar,

c, air sungai,

d. air PAM setelah proses flokulasi

                 

Prinsip Metoda Nefelometrik.

Prinsip metoda nefelometrik adalah perbandingan antara intensitas cahaya yang dihamburkan dari suatu sampel air dengan intensitas cabaya yang dfhablurkan oleh sesuatu larutan keruh standard pada kondisi yang sama

Semakin tinggi intensitas cahaya yang dihamburkan, makin tinggi pula kekeruhannya. Sebagai standard kekeruhan dipergunakan suspensi polimer fur­mazin (make satuan penentuan adalah Formazin Turbidity Unit Ftu/Ntu).

2. JAR TEST

digunakan untuk menentukan dosis yang optimal dari koagulan dan nilai‑nilai parameter lain seperti pH, jenis, koagulan yang akan mempengaruhi proses flokulasi.

Umumnya sample/air limbah biasanya merupakan larutan koloid merupakan larutan yang berisikan partikel‑partikel halus/ kecil dan berbentuk koloid yang stabil dengan ciri-ciri sebagai berikut :

1.Partikel‑partikel kecil ini terlalu ringan dan sulit untuk mengendap dalam waktu yang pendek (beberapa jam)

2.Partikel‑partikel tersebut tidak dapat menyatu, bergabung dan menjadi partikel yang. lebih besar dan berat, karena muatan elektris pada permuka­an elektrostatis antara partikel satu dengan lainnya sama.

Gambar 2 . Rangkaian peralatan jar test

Penentuan Dosis Koagulan dengan Jar Test

Penentuan dosis koagulan yang akan digunakan dalam penjernihan air adalah sebenarnya tidak mungkin dilakukan secara langsung karena adanya beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam air yang akan di olah tersebut diantaranya adalah pH, waktu pengadukan dan lainnya. Oleh karena itu digunakan proses jar test untuk menentukan dosis yang tepat ontuk proses koagulasi ( Okun, 1984).

            Proses Jar Test terdiri dari 3 langkah yaitu :

1. Pelarutan reagen melalui pengadukan cepat ( 1 menit ; 100 rpm )

2. Pengadukan lambat untuk pembentukan flok-flok ( 15 menit ; 20 rpm )

3. Penghapusan flok-flok dengan koloid yang terkurung dari larutan

    melalui sedimentasi ( 30 menit ; 0 rpm )

Gambar 3. Pengaruh penambahan tawas terhadap kekeruhan [NTU]

Dengan penambahan Koagulan (contoh:alum) seperti disebutkan di atas, maka stabilitas air sample/limbah akan terganggu dan ada dua proses yang terjadi :

1. Sebagian kecil kristal tawas Al₂ (SO₄)₃.11 H₂0 (alum) yang terlarut dalam air; molekul ini mengubah muatan elektrisnya menjadi molekul bermuatan positip (Al⁺), dan membentuk molekul 

pH < 7  à  Al (OH)²⁺, Al (OH)₂⁴⁺ , Al₂ (OH)₂ ⁴⁺

pH > 7 à   Al (OH)^‑4

karena koloid biasanya bermuatan negatip (pada pH 5 s/d 8), maka dengan adanya muatan yang berbeda partikel/koloid (bermuatan negatif) dan Al⁺ akan tarik menarik & berikatan sehingga membentuk gumpalan/flok.

2. Sebagian besar tawas bereaksi dengan air dan akan mengendap sebagai flok Al(OH)₃ yang dapat mengurung koloid dan membawanya ke bawah.

Mekanisme reaksi :

Hidrolisa atom Al dalam air menurut reaksi umum, ditunjukkan sebagai reaksi yang bolak balik :

Al₂ (SO₄)₃ + 6 H₂0 <=>  2AL(OH)₃ +6H⁺+S0₄²

                                                 Reaksi bolak balik

Reaksi ini menyebabkan pembebasan ion H⁺ yang bereaksi dengan SO⁴ dan menbentuk asam sulfat, sehingga pH larutan berku­rang dan berakibat terjadi efek pengasaman.

Proses flokulasi tidak dapat berlang­sung dengan baik dalam air yang mengandung kadar Al yang tinggi, karena H terlalu rendah, sedang untuk membentuk Al(OH)₃ dibutuhkan pH 6 sampai 8. Asam yang terjadi dapat dinetralkan dengan bufer alkali.

Pada proses flokulasi selain zat padat berupa partikel dan koloid, maka warna (pH < 7), sedikit fosfat dan logam terlarut akan terendapkan oleh flok‑flok AI(OH)₃

Supaya proses terse­but efisien, flok‑flok harus terbentuk dengan baik. Yaitu melalui pengadukan yang cukup lama kira‑kira 16 menit. Proses pembentukan flok‑flok ini akan optimal apabila proses flokulasi yang berlangsung pada pH 6 sampai 8

Langkah-langkah proses Koagulasi:

1. Pelarutan  reagen (limbah + koagulant) dengan pengadukan cepat (1 menit; 100 rpm; bila perlu juga tambahkan bahan kimia untuk koreksi pH.

2. Pengadukan lambat untuk membentuk flok‑flok (15 menit; 20 rpm). Pengadukan yang terlalu cepat dapat merusak flok yang telah terbentuk.

3. Pengendapan flok‑flok dengan koloid yang terkurung dari larutan me lalui sedimentasi (15 menit atau 30 menit; 0 rpm).

Tawas (bahasa Inggris: alum) dapat terdiri dari:

Al₂(S0₄)₃ ‑ 11H₂0, atau ‑14 H₂0, atau -18H₂0;

            komposisi tawas sebagai hasil tambang adalah

Al₂ (S0₄)₃ ± 14 H₂0,. kristal dengan mutu, p.a. bersifat 18 H₂0

Al₂ (SO₄ )₃ ‑ XH2 0‑

flok‑flok AI(OH)₃ yang mengendap dan berwarna putih.

FAKTOR‑FAKTOR

PENGHALANG EFEKTIFITAS PROSES KOAGULASI/FLOKULASI :

Proses flokulasi sebenarnya bisa terganggu. Dan  efisiensi proses tersebut sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor :

-          kadar dan jenis zat suspensi,

-          pH Iarutan,

-          kadar dan jenis flokulan

-          waktu dan kecepatan pengadukan

-          ion-ion terlarut yang tertentu (seperti fat/lemak, sulfat dan sebagainya).

Kesalahan kesalahan yang biasanya terjadi di dalam melakukan percobaan flokulasi :

-          pengambilan sampel tidak representatip

-          sampel tidak diaduk menyebabkan zat tersuspensi yang berat tertinggal di bawah.

-          pembubuhan dosis tawas yang tidak teliti;

-          perubahan nilai pH yang tidak terkontrol;

-          saat pembubuhan flokulan atau bahan pengatur pH ke dalam jar test tidak bersamaan;

3. WARNA

Warna di dalam air disebabkan karena adanya ion-ion metal alam besi dan mangan), humus, plankton, rumput laut dan bahan-bahan buangan industri.

Warna dalam air dapat dibedakan dua macam.

- Warna sesungguhnya (true colour)

Merupakan warna yang ditimbulkan oleh kandungan senyawa organik seperti lignin, humus dan dekomposisi bahan-bahan organik (daun, tumbuhan dll)

- Warna bukan sesungguhnya (Aperent colour)

Merupakan warna yang ditiimbulkan oleh kehadiran bahan-bahan tersuspensi dalam air buangan industri dsb. Warna bukan sesungguhnya ditetapkan dari sample tanpa dilakukan penyaringan

4.  pH

                  Sebelum abad 18, asam & basa dibedakan menurut rasanya (asam/basa). Pada abad 18, menurut teori Archenius  sudah dapat diketahui bahwa semua asam mengandung gugus hidrogen H⁺ dan semua basa banyak mengandung gugus hidroksil OH- . Teori ionisasi asam menganggap sebagai suatu molekul yang terdiri dari ion H⁺ dan sisa asam.

Prinsip pengukuran pH menunjukkan kadar asam atau basa didalam suatu larutan, dan sebetulnya pH menunjukkan aktifitas ion hidrogen H⁺ .

Dalam ilmu ketekniklingkungan aktifitas ini perlu mendapat perhatian, karena :

-          ion H⁺ selalu dalam kesetimbangan dinamis dengan air/H₂O yang membentuk suasana (asam/basa) untuk semua reaksi kimiawi yang berkaitan dengan masalah pencemaran air

-          ion H⁺ tidak hanya berasal dari unsur H₂O saja tetapi juga banyak berasal dari unsur senyawa yang lain.

-          Lewat aspek kimiawi, suasana pH air juga sangat mempengaruhi beberapa hal a.l. : kehidupan biologi dan mikrobiologi.

Peranan ion hidrogen tidak ada artinya kalau pelarutnya bukan air. (alkohol)

- Keasaman Air

Keasaman air diukur dengan pH meter. Keasaman di tetapkan berdasarkan tinggi rendahnya konsentrasi ion hidrogen dalam air. Air buangan yang mempunyai pH tinggi atau rendah menjadikan air steril dan sebagai akibatnya membunuh mikroorganisme air yang diperlukan untuk keperluan biota tertentu. Demikian juga makhluk-makhluk lain tidak dapat hidup seperti ikan. Air yang mempunyai pH rendah membuat air menjadi korosif terhadap bahan-bahan konstruksi besi yang kontak dengan air. Limbah air dengan keasaman tinggi bersumber dari buangan yang mengandung asam seperti air pembilas pada pabrik pembuatan kawat atau seng. Air limbah pabrik ini sebelum dibuang keperairan pada umumnya dinetralisasi dahulu. Buangan air bersifat alkalis (biasa) bersumber dari buangan mengandung bahan-bahan organik seperti senyawa karbonat, bikarbonat dan hidroksida. Demikian juga buangan asam ini berasal dari bahan-bahan kimia yang bersifat asam atau adakalanya pada air yang bersifat alami.

- Kebasaan/Alkalinitas Air

Tinggi rendahnya alkalinitas air ditemukan air senyawa karbonat, garam-garam hidroksida, kalsium, magnesium dan natrium dalam air. Tingginya kandungan zat-zat tersebut mengakibatkan kesadahan dalam air. Semakin tinggi kesadahan suatu air semakin sulit air berbuih.

Penggunaan air untuk ketel selalu diupayakan air yang mempunyai kesadahan rendah karena zat-zat tersebut dalam konsentrasi tinggi menimbulkan terjadinya kerak pada Binding dalam ketel maupun pipa-pipa pendingin. Kandungan magnesium, natrium dan kalium harus diturunkan serendah-rendahnya agar kesadahan menjadi minim. Oleh sebab itu untuk menurunkan kesadahan air dilakukan pelunakan air. Pengukuran alkalinitas air adalah pengukuran kandungan ion Ca CO₃ ion Mg bikarbonat dan lain-lain.