Siklus Hidrologi Kandungan Fe dalam Bumi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Siklus Hidrologi

Siklus hidrologi adalah gerakan air laut ke udara, kemudian jatuh dan akhirnya ke laut kembali. Air laut menguap karena radiasi matahari menjadi awan, kemudian awan yang terjadi oleh penguapan air bergerak ke atas karena tertiup angin. Setelah jatuh ke permukaan tanah akan menimbulkan limpasan yang mengalir kembali ke laut. Dalam usahanya untuk mengalir kembali ke laut beberapa di antaranya masuk ke dalam tanah infiltrasi dan bergerak terus ke bawah perkolasi ke dalam daerah jenuh yang terdapat di bawah permukaan air tanah. Permukaan sungai dan danau juga mengalami penguapan evaporasi sehingga masih ada lagi air yang ditinggalkan menjadi uap. Akhirnya air tidak menguap ataupun mengalami infiltrasi tiba kembali ke laut lewat palung-palung sungai. Air tanah yang bergerak jauh lebih lambat mencapai laut dengan jalan keluar melewati palung- palung air sungai atau langsung merembes ke pantai-pantai. Dengan demikian seluruh daur telah dilalui kemudian akan berulang kembali Sutrisno, 2006. 2.2. Pengertian dan Sumber Air 2.2.1. Pengertian Air Berdasarkan Permenkes RI No.416MenkesPerIX1990 air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak.

2.2.2. Sumber Air

Berdasarkan sumbernya air dapat digolongkan sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara

2.2.2.1. Air Laut

Mempunyai sifat asin karena mengandung garam NaCl. Kadar garam NaCl dalam air laut 3 . Dengan keadaan ini maka air laut tak memenuhi syarat untuk air bersih Sutrisno , 2006.

2.2.2.2. Air Hujan

Dalam keadaan murni sangat bersih, karena adanya pengotoran dari udara yang disebabkan oleh kotoran-kotoran industridebu dan lain sebagainya, maka untuk menjadikan air hujan sebagai air minum hendaknya pada waktu menampung air hujan jangan dimulai pada saat hujan mulai turun karena banyak mengandung kotoran Sutrisno T, 2006

2.2.2.3. Air Permukaan

Air permukaan adalah air yang terdapat di permukaan tanah seperti sungai, danau, rawa dan sebagainya. Dibandingkan dengan sumber-sumber air lainnya air permukaan mudah sekali mengalami pencemaran. Disamping pencemran disebabkan olh kegiatan manusia juga oleh flora dan fauna. 1. Air Sungai Dalam penggunaanya sebagai air bersih haruslah diolah mengingat air ini pada umumnya derajat pengotorannya tinggi, debit yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan pada umumnya dapat mencukupi Sutrisno T, 2006. 2. Air RawaDanau Kebanyakan air rawa ini berwarna yang disebabkan oleh adanya zat-zat organisme yang telah membusuk misalnya asam humus yang larut dalam air yang menyebabkan air warna kuning coklat. Dengan adanya pembusukan kadar zat organis Universitas Sumatera Utara tinggi maka umumnya kadar Fe dan Mn akan tinggi pula. Dan dalam keadaan kelarutan O2 kurang sekali anaerob, maka unsur-unsur Fe dan Mn akan larut Sutrisno T, 2006.

2.2.2.4. Air Tanah

1. Kedudukan Air Tanah Sebagian air hujan yang mencapai permukaan bumi akan menyerap ke dalam tanah dan akan menjadi air tanah. Air tanah terbagi menjadi tiga yaitu : a. Air tanah dangkal Terjadi karena proses peresapan air dari permukaan tanah. Lumpur akan tertahan demikian pula dengan sebagian bakteri sehingga air tanah akan jernih. Air tanah dangkal akan terdapat pada kedalaman 15 meter. Air tanah ini bisa dimanfaatkan sebagai sumber air bersih melalui sumur-sumur dangkal. Dari segi kualitas agak baik sedangkan kuantitasnya kurang cukup dan tergantung pada musim. b. Air tanah dalam Terdapat pada lapisan rapat air pertama dengan kedalaman 100 – 300 meter. Ditinjau dari segi kualitas pada umumnya lebih baik dari air tanah dangkal. Sedangkan kuantitasnya mencukupi tergantung pada keadaan tanah dan sedikit dipengaruhi oleh perubahan musim. c. Mata air Mata air adalah air yang keluar dengan sendirinya ke permukaan tanah. Keluarnya air tersebut secara murni dan biasanya terdapat di lereng-lereng gunung atau sepanjang tepi sungai. Hampir tidak terpengaruh oleh musim Sutrisno T, 2006. Universitas Sumatera Utara 2. Kualitas Fisik Air Tanah Dalam proses terjadinya, air tanah telah mengalami penyaringan yang dapat mengurangi kekeruhan dan warna. Proses penyaringan di sini tidak sama dengan penyaringan yang terjadi pada saringan pasir tetapi penyaringan terjadi secara alamiah. Akibat dari proses penyaringan ini, kualitas fisik air tanah lebih baik daripada kualitas air permukaan. Kualitas fisik air tanah akibat penyaringan secara alamiah akan tergantung pada: a. Porositas tanah, yaitu semakin besar porositas tanah semakin besar kemampuan lapisan tanah untuk menyimpan air dan semakin besar pori-pori tanah semakin mudah dilalui air tanah. b. Permeabilitas tanah, semakin besar permeabilitas tanah semakin mudah lapisan tanah itu dilalui air tanah, sehingga bahan-bahan kimia yang terlarut ataupun tersusupensi dalam air tanah lolos melalui pori-pori tanah. c. Jenis batuan dalam tanah, karena batuan tersebut dapat mengandung berbagai bahan kimia, diantaranya ada yang mudah larut dalam air. Larutan zat kimia tersebut dalam air tanah dapat mempengaruhi kualitas air tanah. Misalnya lapisan tanah yang mengandung zat besi yang berlebihan sehingga air tanah dapat berbau, berwarna dan berasa Sutrisno T, 2006. 3. Kualitas Kinia Air Tanah Menurut Sutrisno T 2006 susunan unsur-unsur kimia air tanah tergantung pada lapis-lapis tanah yang dilalui. Jika melalui tanah kapur, maka air itu akan menjadi sadah karena mengandung CaHCO32 dan MgHCO32. Jika melalui Universitas Sumatera Utara batuan granit maka air itu lunak dan agresif karena mengandung gas CO2 dan MnHCO3. Pada semua air tanah mengandung kadar Fe yang bervariasi tergantung pada jenis lapisan tanah.

2.3. Hubungan Air dengan Kesehatan

Air erat sekali hubungannya dengan kehidupan dan kesehatan manusia yang berarti besar sekali peranannya dalam kesehatan manusia. Air merupakan suatu sarana untuk meningkatkan derajat kesehatan manusia, karena air merupakan salah satu media dari berbagai macam penularan penyakit. Dalam penularan penyakit air berperan dalam empat cara yaitu cara water borne, water washed, water bushed, water related vector disease Kusnoputranto, 1993.

2.3.1. Pengaruh Tingginya Kadar Fe terhadap Penyediaan Air Bersih

Tingginya kadar Fe pada air merupakan suatu hal yang harus diperhatikan dalam penyediaan air bersih bagi masyarakat. Mengingat bahwa tingginya kadar Fe akan mengurangi segi estetika dan akan mengurangi efektifitas usaha desinfeksi karena mikroba terlindung oleh zat tersuspensi tersebut. Tingginya kadar besi pada air menyebabkan air berwarna merah kecoklatan dan berbau logam sehingga menimbulkan keengganan untuk mengkonsumsinya. Menurut Permenkes No.416MenkesPerIX1990 kadar maksimum zat besi yang diperbolehkan pada air minum adalah 0,03 mgliter sedangkan pada air minum 0,1 mgliter.

2.3.2. Pengaruh Tingginya Kadar Mn terhadap Penyediaan Air Bersih

Endapan Mn akan memberikan noda-noda pada bahanbenda-benda yang berwarna putih. Adanya unsur ini dapat menimbulkan bau dan rasa pada minuman. Disamping itu konsentrasi 0,5 mgliter unsur ini merupakan akhir batas dari usaha Universitas Sumatera Utara penghilangan dari kebanyakan air yang dapat dicapai. Kemungkinan unsur ini merupakan nutrien yang penting dengan kebutuhan perhari 10 mg yang dapat diperolah dari makanan Sutrisno, 2006.

2.3.3. Hubungan Zat Besi dengan Kesehatan

Zat besi sangat dibutuhkan oleh manusia untuk pembentukan sel darah merah. Kebutuhan zat besi ini relatif sangat kecil yaitu 0,8 mg per berat badan dalam satu hari, namun bila terjadi kekurangan zat besi akan mengakibatkan seseorang akan menderita penyakit anemia yang dapat menimbulkan gejala klinis berupa kekurangan darah. Disamping masalah kekurangan zat besi adapula masalah kelebihan absorbsi zat besi, ke dalam tubuh yang juga dapat menimbulkan masalah kesehatan, dengan gejala klinis berupa kelainan pigmen kulit dan hepatomegali yang disebut hemopromatisidiopetik, dimana kelainan ini berupa kelainan genetik yang berkaitan dengan absorbsi Fe yang tinggi oleh tubuh. Tingginya kadar Fe melebihi batas maksimal yang ditetapkan dikhawatirkan dapat menyebabkan menumpuknya Fe dalam tubuh yang dapat mengakibatkan efek toksis dalam tubuh manusia. Nasution, 1993.

2.3.4. Hubungan Mangan Mn dengan Kesehatan

Mn merupakan nutrien yang penting dan dibutuhkan tubuh dengan kebutuhan 10 mg yang dapat diperoleh dari makanan. Unsur ini bersifat toksis pada alat pernafasan.Gejala yang timbul berupa gejala susunan syaraf : insomia, kemudian lemah pada kaki dan otot muka sehingga ekspresi muka menjadi beku dan muka tampak seperti topeng. Keracunan Mn adalah salah satu contoh, dimana kasus keracunan tidak menimbulkan gejala muntah berak. Didalam penyediaan air, seperti Universitas Sumatera Utara halnya Fe, Mn juga menimbulkan masalah warna Soemirat, 2003. Konsentrasi Mn yang lebih besar dari 0,5 mgliter dapat menyebabkan rasa yang aneh pada minuman dan meninggalkan warna coklat pada pakaian cucian dan dapat juga menyebabkan kerusakan pada hati Sutrisno, 2006.

2.4. Syarat-Syarat Air Minum yang Sehat

Air yang memenuhi syarat kesehatan adalah air yang bebas dari mikroorgnisme, zat atau bahan kimia, bau, rasa, dan kekeruhan. Adalah indra dari masing-maing pemeriksa, namun batasannya baik menurut WHO maupun Permenkes adalah air minum tidak boleh terdapat bau dan rasa yang tidak diinginkan.

2.4.1. Syarat Fisik

1. Air tidak boleh berasa dan berbau Bau dan rasa biasanya terjadi bersama-sama dan biasanya disebabkan oleh adanya bahan-bahan organik yang membusuk, tipe-tipe tertentu organisme mikroskopik, serta persenyawaan kimia. Bahan-bahan yang menyebabkan bau dari rasa ini berasal dari berbagai sumber. Karena pengukuran rasa dan bau itu tergantung pada reaksi individual, maka hasil yang dilaporkan juga tidak mutlak. Intensitas bau dilaporkan sebagai berbanding terbalik dengan rasio pencemaran bau sampai keadaan yang nyata tidak berbau Sutrisno, 2006. 2. Air tidak boleh berwarna Warna pada air terjadi karena adanya suatu proses dekomposisi pada berbagai tingkat. Tanin, asam humus dan bahan yang berasal dari humus serta dekomposisi pigmen yang dianggap sebagai bahan yang memberi warna yang paling utama, kehadiran unsur besi yang berkaitan dengan zar organik akan membuat warna Universitas Sumatera Utara semakin tinggi. Warna yang disebabkan bahan tersuspensi disebut apparet colour, sedangkan yang disebabkan karena kekentalan organisme atau tumbuh-tumbuhan yang merupakan koloidal disebut true colour. Untuk mengukur tingkat warna digunakan satuan PICO. Berdasarkan Permenkes No.416MenkesPerIX1990, tingkat warna air yang diperbolehkan untuk air bersih adalah 50 TCU dan untuk air minum 15 TCU. 3. Air tidak keruh Air yang digunakan untuk minum hendaknya air yang jernih. Air keruh disebabkan oleh butiran-butiran koloid dari tanah liat. Untuk mengukur kekeruhan air digunakan Turbidimeter dengan satuan mgl. Standar yang ditetapkan oleh U.S. Public Health Service mengenai ini adalah batas maksimal 10 ppm dengan skala silikat Sutrisno, 2006. 4. Suhu Temperatur air akan mempengaruhi kesukaan konsumen dalam mengkonsumsi air. Untuk memberikan rasa segar maka suhu air yang diharapkan adalah 10 - 15ºC. 5. Jumlah zat yang terlarut Air minum tidak boleh mengandung zat padat lebih dari 1000 mgliter, sedangkan untuk air bersih tidak lebih dari 1500 mgliter. Jika angka tersebut melewati maka akan mengakibatkan air tidak enak rasanya, menimbulkan rasa mual dan Toxaemia pada wanita hamil. Universitas Sumatera Utara

2.4.2. Syarat Kimia

Air yang berkualitas baik harus memenuhi syarat kimia sebagai berikut : Sutrisno, 2006 a. Derajat keasaman atau pH Derajat keasaman merupkan faktor yang penting, karena pH mempengaruhi pertumbuhan makro di dalam air. Pada air minum dan air bersih, bila pH lebih kecil dari 6,5 atau lebih dari 9,2 akan menyebabkan korositas dan dapat menyebabkan keracunan. Adapun besar pH yang disyaratkan oleh Permenkes RI No.416MenkesPerIX1990 untuk air minum adalah 6,5 – 8,5 sedangkan untuk air bersih 6,5 – 9,0. b. Tidak terdapat zat penyebab gangguan fisiologis Di dalam air tidak boleh terdapat zat-zat yang dapat menimbulkan gangguan fisiologis seperti : 1. Clorida Cl untuk air minum 250 mgl dan untuk air bersih 600 mgl. 2. Sulfat SO4 400 mgl untuk air minum dan air bersih. c. Tidak terdapat zat penyebab gangguan teknis Di dalam air tidak boleh terdapat zat yang menyebabkan gangguan teknis seperti : 1. Besi Fe, yang syarat maksimumnya 0,03 mgl untuk air minum dan 1,0 untuk air bersih. 2. Mangan Mn, yang syarat maksimumnya 0,015 mgl untuk air minum dan 0,5 mgl untuk air bersih. Universitas Sumatera Utara

2.4.3. Syarat Bakteriologis

Menurut Permenkes No.416MenkesPerIX1990, persyaratan bakteriologis di dalam air adalah sebagai berikut : a. Coliform tinja total coliform pada 100 ml air minum adalah 0. b. Jumlah total coliform per 100 ml air bersih pada jaringan perpipaan adalah 10, sedangkan untuk non perpipaan adalah 50. c. Tidak mengandung bakteri pathogen misalnya Vibro cholera, Salmonella thypi dan lain-lain. d. Tidak mengandung bakteri non pathogen seperti Acytomicetes, Phytoplankton, Coliform, dan lain-lain.

2.5. Pengolahan Air

Pengolahan air merupakan suatu upaya untuk mendapatkan air bersih dan sehat dengan standar mutu air yang memenuhi syarat kesehatan. Proses pengolahan air merupakan proses perubahan fisik, kimia, dan biologi air baku. Adapun tujuan pengolahan air adalah : a. Memperbaiki derajat keasaman. b. Mengurangi bau. c. Menurunkan dan mematikan mikroorganisme. d. Mengurangi kadar bahan-bahan terlarut Kusnaedi, 1995.

2.5.1. Pengolahan Air Secara Fisika

Pengolahan air secara fisika yang telah dilakukan adalah penyaringan, pengendapan atau sedimentasi, absorbsi, dan adsorbsi. Universitas Sumatera Utara

2.5.1.1. Penyaringan atau Filtrasi

Penyaringan merupakan pemisahan antara padatan atau koloid dengan cairan. Proses penyaringan air melalui pengaliran air pada media butiran. Secara alami penyarinagn air terjadi pada permukaan yang mengalami peresapan pada lapisan tanah. Bakteri dapat dihilangkan secara efektif melalui proses penyaringan demikian pula dengan warna, keruhan, dan besi. Pada proses penyaringan, partikel-partikel yang cukup besar akan tersaring pada media pasir, sedangkan bakteri dan bahan koloid yang berukuran lebih kecil tidak tersaring seluruhnya. Ruang antara butiran berfungsi sebagai sedimentasi dimana butiran terlarut mengendap. Bahan-bahan koloid yang terlarut kemungkinan akan ditangkap karena adanya gaya elektrokinetik. Banyak bahan-bahan yang terlarut tidak dapat membentuk flok dan pengendapan gumpalan-gumpalan masuk ke dalam filter dan tersaring. Jenis saringan pasir yang sering digunakan : 1. Saringan Pasir Lambat Saringan pasir lambat adalah saringan pasir yang mempunyai kerja mengolah air baku secara gravitasi melalui lapisan pasir sebagai media penyaringan. Kecepatan penyaringan berkisar antara 0,1 – 0,4 m³jam. Proses penyaringan dapat berjalan baik apabila tinggi pasir penyaring minimal 70 cm, karena aktifitas mikroorganisme terjadi di lapisan sampai 30 – 40 cm di bawah permukaan. Mikroorganisme ini berfungsi memakan dengan menghancurkan zat organik sewaktu air mengalir lewat pasir tersebut. Ketebalan pasir di bawahnya lagi berfungsi sebagai saringan zat kimia, karena disini terjadi proses kimiawi. Diameter pasir berkisar Universitas Sumatera Utara antara 0,2 -0,3 mm, dapat menyaring telur cacing, kista amoeba, larva cacing, dan bakteri Sanropie, 1984. 2. Saringan Pasir Cepat Saringan pasir cepat juga bekerja atas dasar gaya gravitasi melalui pasir berdiameter 0,2 – 2,0 mm, dan kerikil berdiameter 25 – 50 mm, kecepatan filtrasi 100- 125 mhari. Tebal pasir efektif sekitar 80 – 120 cm. Saringan pasir cepat ini dapat menyaring telur cacing, kista amoeba, larva cacing. Pasir cepat ini juga bisa digunakan untuk mengurangi Fe dan Mn Sanropie, 1984.

2.5.1.2. Sedimentasi atau Pengendapan

Sedimentasi adalah proses pengendapan partikel padat yang tersusupensi dalam cairan atau zat cair dengan menggunakan pengaruh gravitasi atau gaya berat secara alami. Kegunaan sedimentasi untuk mereduksi bahan-bahan yang tersuspensi pada air dan kandungan organisme tertentu di dalam air. Ada dua jenis pengendapan yaitu Discrete Settling dan Flocelent Settling. Discrete Settling terjadi apabila proses pengendapan suatu partikel tidak terpenuhi oleh proses pengelompokkan partikel sehingga kecepatan endapannya akan konstan. Flocelent Settling dipengaruhi oleh pengelompokkan partikel sehingga kecepatan pengendapan yang dimiliki berubah semakin besar. Proses sedimentasi dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu Sanropie, 1984: a. Diameter butiran. b. Berat jenis butiran. c. berat jenis zat cair. Universitas Sumatera Utara d. Kekeruhan cairan. e. Kecepatan aliran.

2.5.2. Pengolahan Air secara Kimia

1. Koagulasi atau Flokulasi Koagulasi atau flokulasi adalah proses pengumpulan partikel-partikel yang tidak dapat diendapkan dengan jalan menambahkan koagulasi. Contoh bahan koagulasi antara lain tawas dan kapur Sanropie, 1984. Cara koagulasi atau flokilasi dalam pengolahan air dengan bahan kimia berguna untuk air yang mengandung bahan kimia, dan warna tetapi tidak terlalu pekat. Pada prinsipnya apabila air sudah susah diendapkan maka berarti perlu ditambahkan bahan kimia. 2. Aerasi Aerasi dalah proses pengolahan air dengan mengotakkan air dengan uadara yang bertujuan untuk menambah oksigen, menurunkan karbondioksida, dan mangan supaya bisa diendapkan. Proses ini juga menghilangkan bau pada air Sanropie, 1984.

2.5.3. Pengolahan Air secara Mikrobiologi

Upaya untuk memperbaiki mikrobiologi air yang paling konvensional adalah dengan mematikan mikroorganisme dalam air. Proses mematikan mikroorganime yang banyak dipraktekkan serta paling sederhana adalah dengan mendidihkan air hingga mencapai suhu 100ºC Sanropie, 1984. Universitas Sumatera Utara

2.6. Kandungan Fe dalam Bumi

Kandungan besi di alam ini berkisar 4,5 dari sejumlah material yang ada di lapisan bumi. Unsur besi terletak dalam bentuk batu karang dan mineral bumi. Besi terdapat dalam bentuk mineral silika dan batu karang berapi. Unsur besi terdapat hampir pada semua air tanah Hernadi, 1983. Air tanah biasanya mempunyai konsentrasi karbondioksida yang tinggi dan mempunyai konsentrasi oksigen terlarut yang rendah. Kondisi ini menyebabkan besi yang tidak terlarut menjadi konsentrasi besi yang terlarut dalam bentuk unsur atau ion yang bervalensi dua. Besi pada air permukaan terdapat dalam beberapa bentuk, antara lain dalam bentuk suspensi dalam lumpur, tanah liat, partikel halus dan hidrat besi III oksida, dalam bentuk koloid dan organik kompleks. Unsur besi apabila terdapat dalam sistem air bersih dapat menurunkan kualitas air dimana air tersebut berwarna coklat dan dapat menimbulkan bercak- bercak pada pakaian. Adanya kandungan besi dalam air dapat menumbuhkan bakteri besi dalam kelompok besar dapat menyumbat perpipaan, meninggikan gaya gesek yang berakibat meningkatnya kebutuhan energi. Selain itu apabila bakteri tersebut mengalami degradasi akan menyebabkan bau dan rasa tidak enak. Untuk itu air yang mengandung besi perlu diolah terlebih dahulu. Pengolahan besi yang tedapat dalam air dapat dilakukan dengan aerasi atau menggunakan oksidator untuk mengikat besi agar dapat diendapkan. Salah satu oksidatior yang dipergunakan adalah Kalium Permanganat. Adapun proses kimia Universitas Sumatera Utara yang terjadi pada pengolahan secara aerasi dan menggunakan oksidator adalah sebagai berikut Sujono, 1983 : a. Aerasi 4 Fe² + + O2 + 10H20 4FeOH3 + 8H + Pembentukan besi III dipengaruhi oleh pH. Pada pH 6,9 – 7,2 pembentukan besi III dapat terjadi dengan cepat. b. Kalium Permanganat KMnO4 3Fe² + + MnO4 − + 7H20 FeOH3 + 5H + Reaksi oksidasi pada besi III lebih cepat dibandingkan pada besi III.

2.7. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Saringan