Pengaruh Aerasi Bertingkat dengan Kombinasi Saringan Pasir, Karbon Aktif dan Zeolit dalam Meningkatkan Kualitas Air Tanah Pesantren Ar-Raudhatul Hasanah

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Sebelumnya
Penelitian mengenai saringan pasir, karbon aktif dan zeolit maupun penelitian tentang
aerasi pada pengolahan air telah banyak dilakukan oleh para peneliti. Penelitian yang
membahas pengaruh aerasi bertingkat terhadap kombinasi saringan pasir, karbon aktif
dan zeolit dilakukan berlandaskan penelitian-penelitian terdahulu tersebut. Objek,
metode, dan rancangan alat akan menjadi perbadaan pada penelitian sebelumnya.
Perbedaan spesifik penelitian ini dan penelitian sebelumnya dapat dilihat pada Tabel
2.1.
2.2 Arti Penting Air
Air merupakan salah satu sumber daya alam yang memiliki fungsi sangat penting bagi
kehidupan dan perikehidupan manusia, serta untuk memajukan kesejahteraan umum
sehingga merupakan modal dasar dan faktor utama pembangunan. Air juga merupakan
komponen lingkungan hidup yang penting bagi kelangsungan hidup manusia dan
makhluk hidup lainnya. Hal itu bisa dilihat dari fakta bahwa 70 persen permukaan bumi
tertutup air dan dua per tiga tubuh manusia terdiri dari air (Asmadi, dkk. 2011).
Air dipermukaan bumi ini terdiri atas 97% air asin di lautan, 2% masih berupa es,
0,0009% berupa danau, 0,00009% merupakan air tawar di sungai dan sisanya
merupakan air permukaan yang dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan hidup manusia,
tumbuhan, dan hewan yang hidup di daratan. Oleh sebab itu, air merupakan barang

langka yang paling dominan dibutuhkan dirpermukaan bumi ini (Nugroho, 2006).
Tidak ada kehidupan tanpa adanya air. The Best of All Things is Water (Air adalah yang
terbaik dari segalanya). Demikian beberapa ungkapan yang menggambarkan betapa
pentingnya manfaat air bagi kehidupan. Akibat yang terjadi akan sangat fatal bila terjadi
kehilangan air yang berlebihan dari makhluk hidup. Oleh karena itu diperlukan
persedian air yang cukup untuk kelangsungan kehidupan (Budiono dan Sumardiono,
2013).

II-1
Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Saringan Pasir, Karbon Aktif, Zeolit, dan
Aerasi Bertingkat
No.
1.

2..

Nama
peneliti

Sri Astri
Ningsih
Panigoro,
Dian
Saraswati,
Ekawaty
Prasetya
(2015)

Hardini, I.
Karnaning
roem, N
(2011)

Judul
Penelitian
Pengaruh variasi
ketebalan pasir dan
karbon aktif pada media
saringan pasir lambat

terhadap penurunan
kadar besi (Fe) dan
mangan (Mn) pada air
sumur
(Suatu Penelitian di
Kelurahan Pulubala
Kecamatan Kota
Tengah Kota
Gorontalo)
Peningkatan kualitas air
sumur gali menjadi air
bersih menggunakan
filter mangan zeolit dan
karbon aktif: studi kasus
air sumur gali
permukiman desa
banjar po sidoarjo

Lokasi
Metode

Penelitian Penelitian
Kelurahan a. Metode eksperimen murni
Pulubala
(True Experiment) dengan
Kecamatan
desain penelitian
Kota
Rancangan Acak Lengkap
Tengah
(RAL)
Kota
b. Metode saringan pasir
Gorontalo
lambat(berdasarkan variasi
ketebalan pasir dan karbon
aktif)

Hasil
Penelitian
a. Ada pengaruh variasi ketebalan pasir dan karbon aktif pada media

saringan pasir lambat terhadap penurunan kadar besi (Fe) dan
mangan (Mn) pada air sumur.
b. Variasi ketebalan yang paling efektif menurunkan kadar Fe dan Mn
pada air sumur yaitu pada ketebalan II yang terdiri atas ketebalan
pasir 80cm dan ketebalan karbon aktif 40cm.

Desa
banjar po
sidoarjo

a. Efisiensi removal konsentrasi besi (Fe), mangan (Mn), dan zat
organik (KMnO4) dalam air
sumur gali dengan masing – masing menggunakan filter karbon
aktif, filter mangan zeolit,
dan filter seri karbon aktif dan mangan zeolit, paling besar yang
terjadi pada ketebalan media 40 cm dan konsentrasi terbesar,
adalah sebagai berikut:
- Efisiensi removal untuk Fe, Mn, dan KMnO4 yang terjadi pada
filter media karbon aktif yaitu sebesar: efisiensi removal untuk Fe
mencapai 73,6%, Mn 53,33%, dan KMnO4 70,11%.

- Efisiensi removal untuk Fe, Mn, dan KMnO4 yang terjadi pada
filter media mangan zeolit yaitu sebesar: efisiensi removal untuk
Fe mencapai 93,52%, Mn 97,14%, dan KMnO4
40,12%.
- Efisiensi removal untuk Fe, Mn, dan KMnO4 yang terjadi pada
filter seri media karbon aktif dan media mangan zeolit yaitu
sebesar: efisiensi removal untuk Fe mencapai 93,52%, Mn
97,14%, dan KMnO4 36,0%.
b. Semakin tebal media maka efisiensi penyisihan semakin tinggi.
c. Dalam penelitian ini ketebalan media 40 cm memiliki efisiensi
penyisihan yang lebih tinggi dibanding ketebalan 25 cm. Berikut

Uji efisiensi
penyisihan besi (Fe), mangan
(Mn), dan zat organik
(KMnO4) dengan proses
filter mangan zeolit
dan karbon aktif.

II-2

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Saringan Pasir, Karbon Aktif, Zeolit, dan
Aerasi Bertingkat
No.

Nama
peneliti

Judul
Penelitian

3.

Laksmi
Sintiya
Handarben
i (2013)

Keefektifan variasi

susunan media filter
arang aktif, pasir zeolit
dan zeolit dalam
menurunkan kadar besi
(Fe) air sumur

4.

Annisa N.
F, Mas Udi
Prihanto,
Tiyar
Junaedi,

Discharge variation
effect for iron and
manganese
concentration reduction
efficiency in dug well

Lokasi
Penelitian

Metode
Penelitian

Hasil
Penelitian
adalah nilai konsentrasi terbesar yang dapat diturunkan oleh media
filter dengan ketebalan 40 cm:
- Pada filter karbon aktif, konsentrasi Fe turun menjadi 0,793 mg/L,
Mn turun menjadi 1,167 mg/L, dan KMnO4 turun menjadi 17,380
Mg/L.
- Pada filter mangan zeolit, konsentrasi Fe turun menjadi 0,195
mg/L, Mn turun menjadi 0,071 mg/L, dan KMnO4 turun menjadi
31,6 mg/L.
- Pada filter seri karbon aktif dan mangan zeolit, konsentrasi Fe
turun menjadi 0,052 mg/L, Mn turun menjadi 0,048 mg/L, dan
KMnO4 turun menjadi 12,125 mg/L.
d. Semakin tinggi konsentrasi, maka ketebalan media perlu ditambah.

Menambah ketebalan media mangan zeolit untuk Fe dan Mn
berkadar tinggi, sedangkan media karbon aktif
ditambahkan jika kadar KMnO4 yang tinggi.
e. Nilai penurunan penyisihan yang berbeda – beda antara media
serta efisiensi penyisihan yang mencapai 95% hingga 100%
menunjukkan terjadinya Breakthrough pada media.
Perum
a. Eksperimen dengan
a. Kadar Fe sebelum dilakukan perlakuan yaitu 2,90 mg/l.
Griya Fajar
rancangan Pretest Postest
b. Kadar Fe sesudah dilakukan perlakuan dengan media filter pasir
Gentan
dengan kelompok kontrol
silika-zeolit-arang aktif sebesar 0,23 mg/l, zeolit-arang aktif-pasir
Baki
(pretest postest with
silika sebesar 0,18 mg/l, arang aktif-pasir silika-zeolit sebesar 0,22
Sukoharjo
control group)

mg/l.
b. Uji statistik anova satu
c. Keefektifan susunan media filter pasir silika-zeolit-arang aktif
jalur dengan SPSS 21
sebesar 91,83%, zeolit-arang aktif-pasir silika sebesar 93,56% dan
arang aktif-pasir silika-zeolit sebesar 92,29%.
d. Variasi susunan media filter yang paling efektif dalam menurunkan
kadar Fe adalah susunan media filter zeolit-arang aktif-pasir silika
dengan keefektifan sebesar 93,56%.
Mulyorejo a. Pasir dengan ketebalan
a. Penurunan efisiensi konsentrasi Fe yang bisa dicapai dengan filter
utara
110 cm dilewatkan dengan
pasir aktif berdasarkan variasi debit adalah 53,98% untuk debit 15
surabaya
sampel air dengan debit 15
ml/menit; 53,48% untuk debit 30 ml/menit; dan 45,39% untuk
ml/menit, 30 ml/menit, 60
pembuangan 60 ml/menit dan penurunan efisiensi konsentrasi Mn
ml/menit
dapat dicapai oleh pasir aktif filter berdasarkan variasi debit adalah

II-3
Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Saringan Pasir, Karbon Aktif, Zeolit, dan
Aerasi Bertingkat
No.

Nama
peneliti
Tofan
Agung Eka
Prasetya
(2014)

Judul
Penelitian
water by the sand filter
technique at mulyorejo
utara surabaya

Lokasi
Penelitian

5.

Bherta Eka
Andryani
(2013)

Pengaruh Kombinasi
Ketebalan Filter Pasir
dan Arang Tempurung
Kelapa Terhadap
Penurunan Kadar
Mangan (Mn) Air
Sumur

Perum
Griya Fajar
Gentan

a.

Andriansya
h Munthe
(2013)

Pengolahan air bersih
dengan kombinasi jarak
jatuh pada aerasi
bertingkat dan diameter
pasir pada saringan
pasir dalam
menurunkan kadar Fe
dan Mn pada air sumur
gali di desa Pelawi
Selatan Kabupaten
Langkat tahun 2013

Desa
Pelawi
Selatan
Kabupaten
Langkat

a.

6.

Metode
Penelitian
b. Efisiensi dihitung dengan
indeks canberra

b.

b.

Hasil
Penelitian
97,29% untuk pembuangan 15ml/min; 96,91% untuk debit dari 30
ml/menit; dan 88,96% untuk debit 60 ml/menit.
b. Debit yang paling efektif untuk mengurangi Fe adalah 60 ml/menit
dan debit paling efektif untuk mengurangi konsentrasi Mn adalah
15 ml/menit
c. Canberra indeks dan metode analisis clustering kelompok rata
menunjukkan variasi debit tidak memberikan penurunan
konsentrasi Fe, namun hasil terbaik memberi efisiensi penurunan
yang berbeda dari konsentrasi Mn dengan aliran 15 ml/menit.
Pretest-posttest with
a. Ada pengaruh kombinasi ketebalan filter pasir dan arang tempurung
control group design
kelapa terhadap penurunan kadar Mn air sumur.
Uji anova
b. Kadar Mn sebelum dilakukan perlakuan, yaitu 0,8 mg/l.
c. Kadar Mn setelah dilakukan perlakuan dengan filter pasir dan arang
tempurung kelapa untuk ketebalan 40 cm rata-rata 0,36 mg/l,
ketebalan 50 cm kadar Mn rata-rata 0,26 mg/l, dan ketebalan 60 cm
kadar Mn rata-rata sebesar 0,14 mg/l.
d. Kombinasi ketebalan filter pasir dan arang tempurung kelapa yang
paling efektif dalam menurunkan kadar Mn adalah ketebalan 60 cm
dengan efektivitas 82,5%.
experimental dengan
a. Ada perbedaan kadar besi (Fe) air sumur gali dengan menggunakan
desain penelitian
pengolahan air bersih pada berbagai kombinasi jarak jatuh pada
Factorial
aerasi bertingkat dan diameter pasir pada saringan pasir (p = 0,011).
air sumur gali dan
b. Kombinasi pengolahan air yang paling berbeda secara signifikan
pengolahan air bersih
dalam menurunkan kadar besi (Fe) pada air sumur gali adalah
dengan kombinasi jarak
kombinasi aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 35 cm) dan
jatuh pada aerasi
diameter pasir (0,5 mm) dimana dapat menurunkan kadar Fe sebesar
bertingkat (25 cm, 30 cm
3,0045 mg/l, dengan persentase penurunan sebesar 97.81 % (p =
dan 35 cm) dan diameter
0,000).
pasir (0,5 mm, 1 mm dan
c. Ada perbedaan kadar mangan (Mn) air sumur gali dengan
2 mm) pada saringan pasir
menggunakan pengolahan air bersih pada berbagai kombinasi jarak
dengan penambahan
jatuh pada aerasi bertingkat dan diameter pasir pada saringan pasir
Oksidator (KMnO 4 1 %).
(p = 0,002).
d. Kombinasi pengolahan air yang paling berbeda secara signifikan
dalam menurunkan kadar mangan (Mn) pada air sumur gali adalah

II-4
Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1 Penelitian Sebelumnya Tentang Saringan Pasir, Karbon Aktif, Zeolit, dan
Aerasi Bertingkat
No.

Nama
peneliti

Judul
Penelitian

Lokasi
Penelitian

Metode
Penelitian

Hasil
Penelitian
kombinasi aerasi bertingkat (dengan jarak jatuh 35 cm) dan
diameter pasir (0,5 mm) dimana dapat menurunkan kadar Mn
sebesar 0.5580 mg/l, dengan persentase penurunan sebesar 98.3 %
(p = 0,000).

7.

Aizar
Luthfihani
dan Alfan
Purnomo
(2015)

Analisis Penurunan
Kadar Besi (Fe) dengan
Menggunakan Tray
aerator dan diffuser

Surabaya

a. Variasi yang digunakan
pada tray aerator adalah
jumlah tingkat, sedangkan
untuk diffuser aerator
adalah waktu detensi (td).
b. Jumlah tingkat yang
digunakan pada tray
aerator adalah 3 tingkat
dan 5 tingkat. Jarak pada
setiap tingkat adalah 40
cm.
c. Untuk diffuser aerator
waktu detensi yang
divariasikan adalah waktu
detensi 12 menit dan 18
menit.
d. Parameter-parameter yang
diuji pada penelitian ini
adalah nilai oksigen
terlarut, temperatur air,
kadar besi (Fe), dan nilai
permanganat value (PV).

Nilai rata-rata oksigen terlarut yang dihasilkan dari tray aerator 5
tingkat memiliki nilai rata-rata oksigen terlarut sebesar 7,24 mg/L,
lebih besar dibandingkan dengan tray aerator 3 tingkat yang memiliki
nilai rata-rata oksigen terlarut 6,84 mg/l. Sedangkan untuk diffuser
aerator td 18 menit memiliki nilai rata-rata oksigen terlarut 5,68 mg/l,
lebih besar dibandingkan dengan diffuser aerator td 12 menit yang
memiliki nilai rata-rata oksigen terlarut 5,50 mg/l

II-5
Universitas Sumatera Utara

Air merupakan kebutuhan pokok bagi manusia dengan segala macam kegiatannya,
antara lain digunakan untuk keperluan rumah tangga (misalnya untuk minum, masak,
mandi, cuci dan pekerjaan lainnya), keperluan umum (misalnya untuk kebersihan jalan
dan pasar pengangkut, pengangkut air limbah, hiasan kota, tempat rekreasi dan lainlaingnya), keperluan industri (misalnya untuk pabrik dan pembangkit tenaga listrik),
keperluan perdagangan (misalnya untuk hotel, restoran, dll), keperluan pertanian dan
peternakan, serta keperluan pelayaran dan lain sebagainya (Asmadi, dkk. 2011).
Air di dalam tubuh manusia, berkisar antara 50-70% dari seluruh berat badan. Air
terdapat di seluruh badan, di tulang terdapat air sebanyak 22% berat tulang, di darah
dan ginjal sebanyak 83%. Pentingnya air bagi kesehatan dapat dilihat dari jumlah air
yang ada di dalam organ tubuh, seperti 80% dari darah terdiri atas air, 22% dari
tulang, 75% dari saraf, 80% dari ginjal, 70% dari hati, dan 75% dari otot adalah air.
Kehilangan air untuk 15% dari berat badan dapat mengakibatkan kematian. Karenanya
orang dewasa perlu minum minimum 1,5-2 liter air sehari. Kekurangan air ini
menyebabkan kentalnya urin, sehingga terjadi krisialisasi yang kemudian mengendap
sebagai batu, baik di dalam ginjal maupun di dalam kadung kemih di daerah tropis yang
panas seperti Indonesia (Soemirat, 2014).
2.3 Sumber Air Minum
Mengingat pentingnya peran air, sangat diperlukan adanya sumber air yang dapat
menyediakan air yang baik dari segi kuantitas dan kualitasnya. Di Indonesia, umumnya
sumber air minum berasal dari air permukaan (surface water), air tanah (ground water),
dan air hujan. Termasuk air permukaan adalah air sungai dan air danau, sedangkan air
tanah dapat berupa air sumur dangkal, air sumur dalam maupun mata air (Mulia, 2005).
2.3.1 Air Laut
Mempunyai sifat asin, karena mengandung garam NaCI. Kadar garam NaCI dalam air
laut 3%. Dengan keadaan ini; maka air laut tidak memenuhi syarat untuk air minum
(Asmadi, dkk. 2011).
2.3.2 Air Atmosfer (Air Hujan)
Air hujan berasal dari permukaan bumi yang diuapkan oleh sinar matahari. Air
permukaan tersebut berupa air sungai, air danau, dan air laut. Sinar matahari

II-6
Universitas Sumatera Utara

menguapkan air permukaan tanpa membawa kotoran yang terdapat di dalam air. Setelah
proses penguapan, air mengalami proses kondensasi dimana air yang menguap tersebut
berubah menjadi air hingga terbentuklah awan. Lama-kelamaan, awan tersebut menjadi
jenuh dan turunlah titik-titik air hujan (Kumalasari dan Satoto, 2011).
Dalam keadaan murni, sangat bersih, karena dengan adanya pengotoran udara yang
disebabkan oleh kotoran-kotoran industri/debu dan lain sebagainya. Maka untuk
menjadikan air hujan sebagai sumber air minum hendaknya tidak pada saat hujan mulai
turun, karena masih mengandung banyak kotoran (Sutrisno dan suciastuti, 1996). Selain
itu air hujan mempunyai sifat agresif terutama terhadap pipa-pipa penyalur maupun
bak-bak reservoir, sehingga hal ini akan mempercepat terjadinya korosi (karatan). Juga
air hujan ini mempunyai sifat lunak, sehingga akan boros terhadap pemakaian sabun
(Asmadi, dkk. 2011).
2.3.3 Air Permukaan
Air permukaan adalah air hujan yang mengalir di permukaan bumi. Pada umumnya air
permukaan ini akan mendapat pengotoran selama pengalirannya, misalnya oleh lumpur,
batang-batang kayu, daun-daun, kotoran industri kota dan sebagainya. Air permukaan
ada 2 macam yaitu air sungai dan air rawa/danau (Sutrisno dan Suciastuti, 1996).
Menurut Asmadi dkk (2011). Karakteristik air baku permukaan yang ada di Indonesia
secara umum dapat digolongkan menjadi:
1. Air permukaan dengan tingkat kekeruhan yang tinggi.
2. Air permukaan dengan tingkat kekeruhan yang rendah.
3. Air permukaan dengan tingkat kekeruhan yang sifatnya temporer.
4. Air permukaan dengan kandungan warna yang sedang sampai tinggi.
5. Air permukaan dengan kesadahan yang tinggi.
6. Air permukaan dengan tingkat kekeruhan sangat rendah.
Jumlah air permukaan dipengaruhi oleh kondisi geografis, musim dan aktivitas
manusia. Daerah yang secara geografis diawali oleh sungai mudah menjangkau sumber
air. Oleh sebab itu, pada zaman dahulu sungai dijadikan tempat peradaban. Faktor
selanjutnya adalah musim. Pada musim hujan, sungai-sungai meluap, bahkan bisa

II-7
Universitas Sumatera Utara

menyebabkan kebanjiran. Namun pada musim kemarau sungai-sungai yang sumber
airnya berasal dari air hujan banyak yang kering (Kumalasari dan Satoto, 2011).
2.3.4 Air Tanah
Air tanah adalah air yang berada di bawah permukaan tanah di dalam zona jenuh
dimana tekanan hidrostatiknya sama atau lebih besar dari tekanan atmosfer. Air tanah
(groundwater) merupakan air yang berada di bawah permukaan tanah. Daerah di bawah
tanah yang terisi air disebut daerah (saturation). Pada daerah saturasi, setiap pori tanah
dan batuan terisi oleh air, yang merupakan air tanah (groundwater). Batas atas daerah
saturasi disebut water table, yang merupakan peralihan antara daerah saturasi yang
banyak mengandung air dan daerah belum saturasi/jenuh (unsaturated/vadose zone)
yang masih mampu menyerap air. Jadi, daerah saturasi di bawah daerah unsaturated.
Kemampuan tanah dan batuan dalam menahan air tergantung pada sifat porositas dan
permeabilitas tanah (Effendi, 2003). Adapun karakteristik sifat tanah ditunjukkan pada
tabel 2.2.
Tabel 2.2 Karakteristik Fisika dan Kimia Tanah dengan Tekstur yang Berbeda
Kapasitas
Tesktur Tanah

Penahanan

Infiltrasi Air

Nutrien
Tanah liat/pekat

Kapasitas
Penahanan Air

Aerasi

baik

jelek

baik

jelek

Lumpur (silt)

sedang

sedang

sedang

sedang

Pasir (sand)

jelek

baik

jelek

baik

sedang

sedang

sedang

sedang

(clay)

Tanah
liat/gemuk
(loam)
Sumber: Modifikasi Miller (1992) dalam buku Effendi (2003)

Air tanah terbagi atas air tanah dangkal dan air tanah dalam. Air tanah dangkal terjadi
karena adanya daya proses peresapan air dari permukaan tanah. Air tanah dangkal ini
pada kedalaman 15 m sebagai sumur air minum, air dangkal ini ditinjau dari segi
II-8
Universitas Sumatera Utara

kualitas cukup baik, segi kuantitas kurang cukup dan tergantung pada musim. Air tanah
dalam, terdapat setelah lapis rapat air yang pertama. Pengambilan air tanah dalam tidak
semudah air tanah dangkal karena harus digunakan dan memasukkan pipa kedalamanya
sehingga dalam suatu kedalaman biasanya antara 100-300 m (Asmadi dkk, 2011).
Air tanah biasanya memiliki kandungan besi relatif tinggi. Jika air tanah mengalami
kontak dengan udara dan mengalami oksigenasi, ion ferri pada ferri hidroksida
[Fe(OH) 3 ] yang banyak terdapat dalam air tanah akan teroksidasi menjadi ion ferro, dan
segera mengalami presipitasi (pengendapan) serta membentuk warna kemerahan pada
air. Oleh karena itu, sebelum digunakan untuk berbagai peruntukan, sebaiknya air tanah
yang baru disedot didiamkan terlebih dahulu selama beberapa saat untuk mengendapkan
besi. Selain itu, perlakuan ini juga bertujuan untuk menurunkan kadar karbon dioksida
dan menaikkan kadar oksigen terlarut (Effendi, 2003).
Asmadi, dkk (2011) menyebutkan bahwa karakteristik air tanah yaitu kualitas air
tergantung pada lapisan tanah yang dilaluinya; umumnya jernih dan tidak mengandung
padatan tersuspensi atau tumbuhan-tumbuhan mati, karena air tanah melalui proses
penyaringan alami; kualitas air tanah dangkal rata-rata kurang baik dan kadang-kadang
terkontaminasi air permukaan yang berada disekitarnya. Umumnya kandungan besi dan
mangan tinggi; pada air tanah dalam mengandung mineral dalam jumlah yang sangat
tinggi dan tergantung pada daerah tanah resapannya; semakin dalam air tanah semakin
rendah kandungan oksigen terlarutnya.
2.3.5 Mata Air
Pada dasarnya mata air adalah air hujan yang meresap ke dalam tanah melalui proses
filtrasi dan adsorpsi oleh batuan dan mineral di dalam tanah. Air mata air yang baik
berasal dari pegunungan vulkanik karena mineral-mineral yang tergantung di dalamnya
dapat mengadsorpsi kandungan logam dalam air dan bakteri. Selain itu, kandungan
mineralnya baik untuk kesehatan tubuh dan mengandung kadar oksigen yang tinggi.
Oleh karena itu, air dari mata air terasa lebih segar dikonsumsi dari pada air yang
berasal dari sumber lainnya (Kumalasari dan Satoto, 2011).
Menurut Sutrisno dan Suciastuti, 1996. Berdasarkan keluarnya air mata air (munculnya
air ke permukaan tanah) terbagi atas:

II-9
Universitas Sumatera Utara

 Rembesan, di mana air ke luar dari lereng-lereng.
 Umbul, di mana air ke luar ke permukaan pada suatu dataran.
2.4 Kebutuhan Air Bersih
Air adalah elemen yang sangat penting dalam kehidupan manusia, karena banyak
manfaat yang diberikan air untuk makhluk hidup. Untuk itu, kehidupan manusia tidak
dapat dipisahkan dari air (Kumalasari dan Satoto, 2011).
2.4.1 Ditinjau dari Segi Kuantitas
Kebutuhan dasar air bersih adalah jumlah air bersih minimal yang perlu disediakan agar
manusia dapat hidup secara layak yaitu dapat memperoleh air yang diperlukan untuk
melakukan aktivitas dasar sehari-hari. Ditinjau dari kuantitasnya, kebutuhan air rumah
tangga adalah (Asmadi dkk, 2011):
 Kebutuhan air untuk minum dan mengolah makanan 5 liter/orang per hari
 Kebutuhan air untuk hygiene yaitu mandi dan membersihkan dirinya 25-30
liter/orang per hari
 Kebutuhan air untuk mencuci pakaian dan peralatan 25-30 liter/orang per hari
 Kebutuhan air untuk menunjang pengoperasian dan pemeliharaan fasilitas sanitasi
atau pembuangan kotoran 4-6 liter/orang per hari, sehingga total pemakaian perorang
adalah 60-70 liter/hari di kota
2.4.2 Ditinjau dari Segi Kualitas Air
Agar air minum tidak menyebabkan gangguan kesehatan, maka air tersebut haruslah
memenuhi persyaratan-persyaratan kesehatan. Di Indonesia, standar air minum yang
berlaku

dapat

dilihat

pada

Peraturan

Menteri

Kesehatan

RI.

No.

492/MENKES/PER/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum yang meninjau dari
parameter wajib yaitu parameter yang berhubungan langsung dengan kesehatan dan
parameter yang tidak langsung berhubungan dengan kesehatan dan parameter
tambahan.
2.5 Besi (Fe) dan Mangan (Mn)
Besi atau mangan masuk ke dalam air oleh karena reaksi bilogis pada kondisi reduksi
atau anaerobik (tanpa oksigen). Jika air yang mengandung besi atau mangan dibiarkan
terkena udara atau oksigen maka reaksi oksidasi besi atau mangan akan timbul dengan

II-10
Universitas Sumatera Utara

lambat dan membentuk endapan atau gumpalan koloid dari oksidasi besi atau oksidasi
mangan yang tidak diharapkan. Endapan koloid ini akan menempel atau tertinggal
dalam sistem perpipaan, menyebabkan noda pada cucian pakaian, serta dapat
menyebabkan masalah pada sistem pipa distribusi disebabkan karena dapat menyokong
tumbuhnya mikroorganisme seperti crenothrix dan clonotrix yang dapat menyumbat
perpipaan serta dapat menimbulkan warna serta bau yang tidak enak. Pada konsentrasi
rendah kadar besi dan mangan dapat menimbulkan rasa atau bau logam pada air minum,
oleh karena itu untuk air minum kadar besi dan mangan yang diperbolehkan dalam
Permenkes nomor 492 tahun 2010 tentang persyaratan kualitas air minum yakni
masing-masing 0,3 mg/l dan 0,4 mg/l (Asmadi, dkk. 2011).
2.5.1 Besi (Fe)
Air tanah dalam biasanya memiliki karbondioksida dengan jumlah yang relatif banyak,
dicirikan dengan rendahnya pH, dan biasanya disertai dengan kadar oksigen terlarut
yang rendah atau bahkan terbentuk suasana anaerob. Pada kondisi ini, sejumlah ferri
karbonat akan larut sehingga terjadi peningkatan kadar besi fero (Fe2+) di perairan.
Pelarutan ferri karbonat ditunjukkan dalam persamaan reaksi:
FeCO 3 + CO 2 + H 2 O

Fe2+ + 2 HCO 3 -

Reaksi diatas juga terjadi pada perairan anaerob. Dengan kata lain, besi (Fe2+) hanya
ditemukan pada perairan yang bersifat anaerob, akibat proses dekomposisi bahan
organik yang berlebihan. Jadi, di perairan, kadar besi (Fe2+) yang tinggi berkorelasi
dengan kadar bahan organik yang tinggi; atau kadar besi yang tinggi terdapat pada air
yang berasal dari air tanah dalam yang bersuasana anaerob atau dari lapisan dasar
perairan yang sudah tidak mengandung oksigen (Effendi, 2003).
Kandungan besi (Fe) di bumi terdapat sekitar 6,22 %, di tanah sekitar 0,5 – 4,3 %, di
sungai sekitar 0,7 mg/l, di air tanah sekitar 0,1 – 10 mg/l, di air laut sekitar 1 – 3 ppb,
dan pada air minum tidak lebih dari 200 ppb. Pada air permukaan kandungan besinya
biasa relatif rendah dibawah 1 mg/l, sedangkan konsentrasi besi pada air tanah
bervariasi mulai dari 0,01 mg/l sampai dengan ± 25 mg/l. Zat besi di alam biasanya
banyak terdapat didalam biji besi hematite, magnetite, taconite, limonite goethite,
siderite, dan pyrite (FeS), sedangkan di dalam air umumnya dalam bentuk terlarut

II-11
Universitas Sumatera Utara

garam ferri (Fe3+) atau garam ferro (Fe2+), tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter <
1 mm) atau lebih besar seperti Fe(OH) 3 , serta tergabung dengan zat organik atau zat
padat yang anorganik (seperti tanah liat dan partikel halus terdispersi). Senyawa ferro
dalam air yang sering dijumpai adalah FeO, FeSO 4 , FeSO 4 .7H2 O, FeCO 3 , Fe(OH) 2 ,
FeCl 2 sedangkan senyawa ferri yang sering dijumpai yaitu FePO 4 , Fe 2 O 3 , FeCl 3 ,
Fe(OH) 3 (Rumiati, 2015).
Besi di dalam air minum dalam kadar yang besar dapat menyebabkan air bewarna
coklat kemerahan yang tidak diharapkan. Oleh karena itu didalam proses pengolahan air
minum, garam besi valensi dua (ferro) yang larut di dalam air perlu dirubah menjadi
garam besi valensi tiga (ferri) yang tidak larut di dalam air sehingga mudah dipisahkan.
Untuk itu perlu proses oksidasi dengan cara oksidator dengan cara aerasi atau dengan
zat oksidator. Untuk air permukaan biasanya kandungan zat besi relatif rendah yakni
jarang melebihi 1 mg/l, tetapi untuk air tanah kandungan zat besinya sangat bervariasi
dari konsentrasi yang rendah sampai konsentrasi yang tinggi (1-10 mg/l) (Asmadi, dkk.
2011).
Besi atau ferrum (Fe) adalah metal berwarna putih keperakan. Liat dan dapat dibentuk.
Di alam didapat sebagai hematite. Di dalam air minum Fe menimbulkan rasa, warna
(kuning), pengendapan pada dinding pipa, pertumbuhan bakteri besi dan kekeruhan.
Besi dibutuhkan oleh tubuh dalam pembentukan hemoglobin. Banyaknya Fe dalam
tubuh dikendalikan pada fase absorpsi. Tubuh manusia tidak dapat mengekskresikan
Fe, karenanya mereka yang sering mendapat transfusi darah, wama kulitnya menjadi
hitam karena akumulasi Fe. Sekalipun Fe itu diperlukan oleh tubuh, tetapi dalam dosis
besar dapat merusak dinding usus. Kematian seringkali disebabkan oleh rusaknya
dinding usus ini (Soemirat, 2014).
2.5.2 Mangan (Mn)
Di dalam sistem air alami dan juga di dalam sistem pengolahan air, senyawa mangan
dan juga besi berubah-ubah tergantung derajat keasaman (pH) air. Mangan dan besi
umumnya mempunyai valensi dua yang larut di dalam air. Oleh karena itu di dalam
sistem pengolahan air senyawa mangan dan besi valensi dua tersebut dengan cara
oksidasi valensi yang lebih tinggi yang tak larut di dalam air sehingga dapat dengan
mudah dipisahkan secara fisik. Walaupun Mn di dalam senyawa-senyawa MnCO 3 ,
II-12
Universitas Sumatera Utara

Mn(OH) 2 mempunyai valensi dua, zat tersebut relatif sulit larut di dalam air, tetapi
senyawa Mn seperti garam MnCI 2 , MnSO 2 , Mn(NO 3 ) 2 mempunyai kelarutan yang
besar di dalam air (Asmadi, dkk. 2011).
Mangan (Mn) adalah metal kelabu kemerah-merahan. Keracunan seringkali bersifat
kronis sebagai akibat inhalasi debu dan uap logam. Gejala yang timbul berupa gejala
susunan saraf: insomnia, kemudian lemah pada kaki dan otot muka sehingga ekspresi
muka menjadi beku dan muka tampak seperti topeng (mask). Bila pemaparan berlanjut
maka bicaranya lambat dan monoton, terjadi hiper-refleksi, klonus pada patella dan
tumit berjalan seperti penderita parkinionism, multiple sclerosis, amyotrophic lateral
sclerosis, dan degene rasi lentik yang progesif. Keracunan Mn ini adalah salah satu
contoh, di mana kasus keracunan tidak menimbulkan gejala muntah berak,
sebagaimana orang awam selalu memperkirakannya. Di dalam penyediaan air, seperti
halnya dengan Fe juga menimbulkan masalah warna, hanya warnanya ungu/hitam.
Baju, lantai kamar mandi berwarna karenanya (Soemirat, 2014).
Keberadaan kandungan mangan di bumi sekitar 1060 ppm, di tanah sekitar 61 – 1010
ppm, di sungai sekitar 7 mg/l, di laut sekitar 10 ppm, dan air tanah sekitar < 0,1 mg/l.
Unsur mangan pada air permukaan berupa ion bervalensi empat dalam bentuk organik
kompleks.

Mangan

banyak

terdapat

dalam

pyrolusite

(MnO 2 ),

braunite,

(Mn2+Mn3+)(SiO 2 ), psilomelane (BaH2 O)2Mn5O10 dan rhodochrosite (MnCO 3 ) (Said,
2008 dan Waton et al, 2005 dalam Rumiati, 2015).
Meskipun tidak bersifat toksik, mangan dapat mengendalikan kadar unsur toksik di
perairan, misalnya logam berat. Jika dibiarkan di udara terbuka dan mendapat cukup
oksigen, air dengan kadar mangan (Mn2+) tinggi (lebih dari 0,01 mg/liter) akan
membentuk koloid karena terjadinya proses oksidasi Mn2+ menjadi Mn4+. Koloid ini
mengalami persipitasi membentuk warna cokelat gelap sehigga air menjadi keruh
(Effendi, 2003).
2.6 Pengolahan Besi (Fe) dan Mangan (Mn)
Masalah zat besi dan mangan di dalam air minum lebih sering terjadi jika sumber air
baku yang digunakan berasal dari air tanah. Jika sumber air yang digunakan untuk
penyediaan air minum mengandung konsentrasi zat besi lebih besar 0,3 mg/l atau

II-13
Universitas Sumatera Utara

kandungan mangan melebihi 0,05 mg/l maka perlu pemilihan cara pengolahan yang
paling sesuai. Pilihan pengolahan tersebut antara lain(Asmadi, dkk. 2011):
2.6.1 Proses Aerasi-Filtrasi
Proses aerasi-filtrasi biasanya terdiri dari aerator,

bak pengendap serta filter

penyaring. Aerator adalah alat untuk atau mengontakkan oksigen dari udara dengan air
agar zat besi atau mangan yang ada di dalam air baku bereaksi dengan oksigen
membentuk senyawa ferri (Fe valensi 3) serta mangan oksida yang relatif tidak larut di
dalam air. Kecepatan oksidasi besi atau mangan dipengaruhi oleh pH air. Umumnya
makin tinggi pH air kecepatan reaksi oksidasinya makin cepat. Kadang-kadang perlu
waktu tinggal sampai beberapa jam setelah proses aerasi agar reaksi berjalan tergantung
dari karakteristik air bakunya. Jika konsentrasi zat besi atau mangan di dalam air baku
cukup tinggi maka perlu bak pengendap yang dilengkapi dengan pengumpul lumpur
(sludge collection). Untuk unit fitrasi lebih disarankan menggunakan filter bertekanan
dengan dua media yakni pasir silika dan anthrasite. Kelemahan yang utama dari proses
aerasi-filtrasi ini adalah besarnya biaya awal untuk unit peralatan. Di samping itu jika
konsentrasi mangan lebih besar 1 mg/l maka reaksi oksidasi cukup lama sehingga perlu
waktu tinggal yang lebih lama atau kadang memerlukan tambahan bahan kimia untuk
mempercepat proses oksidasi mangan tersebut sampai tingkat konsentrasi yang
diharapkan.
Contoh aerasi yang sering digunakan ialah:
a. Aerator Baki (Tray Aerator)
Susunan sangat sederhana dan tidak mahal serta memerlukan ruangan yang relatif
kecil. Jenis aerator ini terdiri atas 4 sampai 8 tray dengan susunan vertikal maupun
piramida. Dasar tray berlubang dengan jarak 30-50 cm. Melalui pipa berlubang air
dibagi

melalui

tray,

dari

bagian

ini

percikan

air

turun

dengan

kecepatan 0,02 m3/detik per m2 permukaan tray. Tetesan air yang menyebar
dikumpulkan kembali pada setiap permukaan tray berikutnya. Tray dapat terbuat
dari semen asbes (asbestos cement), pvc, logam maupun kayu. Untuk mendapatkan
penyebaran air yang lebih halus, tray dapat diisi dengan kerikil kasar dengan
ketebalan 10 cm, kadang- kadang digunakan lapisan batu apung atau arang sebagai
katalisor dan mempercepat proses penggumpulan besi dalam air.

II-14
Universitas Sumatera Utara

b. Cascade Aerator
Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4 sampai 6 tingkat, dengan ketinggian tiap
tingkat ±30 cm dengan kecepatan 0,01 m3/detik per m2. Dibandingkan dengan jenis
tray, aerator jenis cascade ini tempat yang dibutuhkan lebih besar namun total
kehilangan tekanan lebih rendah dan keuntungan lain tidak memerlukan
pemeliharaan.
c. Submerged Cascade Aerator
Submerged Cascade Aerator atau aerasi tangga meluncur, penangkapan udara terjadi
pada saat air terjun dari lempengan-lempengan trap yang membawa masuk ke
dalam air yang dikumpulkan ke lempengan di bawahnya. Total ketinggian jatuh ±1,5
m yang dibagi dalam 3-5 step. Kapasitas peralatan ini antara 0,005 sampai 0,5
m3/detik per m2.
d. Spray Aerator
Terdiri atas nozzel penyemprotan statis, dihubungkan dengan kisi lempengan yang
mana air disemprotkan ke udara di sekeliling pada kecepatan 5-7 m/detik. Aliran
pada spray aerator dari arah bawah melalui pipa yang panjangnya ±25 cm dan
diameter 15-30 mm. Piringan melingkar ditempatkan beberapa centimeter di setiap
ujung pipa, sehingga dapat terbentuk selaput air tipis melingkar yang selanjutnya
menyebar menjadi percikan air yang halus.
e. Aerator Dengan Difuser Gelembung (Bubble Aerator)
Jumlah udara yang dibutuhkan untuk bubble aerator tidak banyak, yaitu sekitar 0,30,5 m3. Udara per m3 air dan volume ini dengan sangat mudah untuk ditingkatkan.
Udara dialirkan melalui perpipaan yang diletakkan pada dasar bak.
2.6.2 Proses Khlorinasi-Filtrasi
Di

dalam

proses

khlorinasi

filtrasi

unit

peralatan

yang

digunakan

relatif

sederhana. Umumnya terdiri dari sistem pembubuhan (injeksi) bahan kimia dan
beberapa unit filter. Unit filter yang digunakan di dalam proses ini sama dengan filter
yang digunakan pada Aerasi Filtrasi. Kadang-kadang perlu tangki retensi kecil serta
pengaturan pH dengan penambahan soda ash, soda api atau kapur tohot (Ca(OH) 2 ).
Bahan kimia yang digunakan adalah gas khlorine atau hipokhlorit.

II-15
Universitas Sumatera Utara

2.6.3 Proses Kalium Permanganat-Filtrasi dengan Manganese Greensand
(Mangan Zeolit)
Untuk menghilangkan besi dan mangan dalam air, dapat pula dilakukan dengan
mengoksidasinya dengan memakai oksidator kalium permanganat dengan persamaan
reaksi sebagai berikut:
3 Fe2++KmnO4+7H2 O

3Fe(OH) 3 +MnO 2 +K++5H+

3Mn++2KmnO 4 +2H2 O

5MnO 2 +2K++4H+

Secara stoikiometri, untuk mengoksidasi 1 mg/ l besi diperlukan 0,94 mg/ l kalium
permanganat

dan

untuk

1

mg/l

mangan

diperlukan

1,92

mg/ I

kalium

permanganat. Dalam prakteknya, kebutuhan kalium permanganat ternyata lebih sedikit
dari kebutuhan yang dihitung berdasarkan stoikiometri. Hal ini disebabkan karena
terbentuknya mangan dioksida yang berlebihan yang dapat berfungsi sebagai oksidator.
2.6.4 Proses Koagulasi dengan Penambahan Bahan Koagulan
Untuk menghilangkan zat besi dan mangan, perlu dilakukan koagulasi dengan
membubuhkan bahan koagulan, misalnya aluminium sulfat, Al 2 (SO 4 ).nH2 O dalam air
yang mengandung koloid. Dengan pembubuhan koagulan tersebut, koloid dalam air
menjadi bergabung dan membentuk gumpalan (flock) kemudian mengendap. Setelah
koloid senyawa besi dan mangan mengendap, kemudian air disaring dengan saringan
pasir cepat atau saringan pasir lambat.
2.6.5 Proses Koagulasi dengan Cara Elektorlitik
Ke dalam air baku dimasukkan elektroda dari lempengan logam aluminium (AI) yang
dialiri dengan listrik arus searah. Dengan adanya arus listrik tersebut, maka elektroda
logam tersebut sedikit demi sedikit akan larut ke dalam air membentuk ion AI3+, yang
oleh reaksi hidrolisa air akan membentuk Al(OH) 3 merupakan koagulan yang sangat
efektif. Dengan terbentuknya Al(OH) 3 ,.nH2 O dan besi organik serta partikel-partikel
koloid lain yang bermuatan negatif akan tertarik oleh ion AI3+ sehingga menggumpal
menjadi partikel yang besar, mengendap dan dapat dipisahkan. Cara ini sangat efektif
tetapi makin besar skalanya maka kebutuhan listriknya makin besar pula.

II-16
Universitas Sumatera Utara

2.6.6 Penghilangan Fe dan Mn dengan Cara pertukaran Ion
Penghilangan besi dan mangan dengan cara pertukaran ion yaitu dengan cara
mengalirkan air baku yang mengandung Fe dan/atau Mn melalui suatu media penukaran
ion. Sehingga Fe dan Mn akan bereaksi dengan media penukaran ionnya. Sebagai media
penukaran ion yang sering dipakai zeolit alami yang merupakan senyawa hydrous
silikat aluminium dengan kalsium dan natrium (Na). Disamping bahan penukar ion
alami ada juga penukar ion tiruan (resin sintetis) yang mempunyai sifat-sifat yang lebih
khusus.
2.6.7 Dengan siklus untuk Na
Penghilangan Fe dan Mn dapat menggunakan zeolit dengan reaksi sebagai berikut:
Na 2 Z + Fe(HCO 3 ) 2

FeZ + 2Na(HCO 3 )

Na 2 Z + Mn(HCO 3 ) 2

MnZ + 2Na(HCO 3 )

Dan dapat juga dengan menggunakan resin sintesis dengan reaksi:
R-Na 2 + Fe(HCO 3 ) 2

R-Fe + 2 Na(HCO 3 )

R-Na 2 + Mn(HCO 3 ) 2

R-Mn + 2 Na(HCO 3)

2.6.8 Dengan siklus Hidrogen (H)
Dapat dengan media penukar ion zeolit dan/atau dengan media penukar ion resin.
Proses penghilangan besi dan mangan dengan pertukaran ion sangat mudah operasinya,
tetapi jika air bakunya mempunyai kekeruhan, kandungan zat organik serta kadar Fe3+
dan Mn2+ penukar ionnya oleh kotoran tersebut sehingga daya penukar ionnya menjadi
cepat jenuh. Hal ini mengakibatkan regenerasi harus lebih sering dilakukan.
2.6.9 Penghilangan Besi dan Mangan dengan Filtrasi Kontak
Ada dua cara yang banyak dipakai yaitu:
1. Filtrasi dengan media filter yang mengandung MnO 2
Air baku yang mengandung Fe dan Mn dialirkan ke suatu filter yang medianya
mengandung MnO 2 . n H2 O. Selama mengalir melalui media tersebut Fe dan Mn yang
terdapat dalam air baku akan teroksidasi menjadi bentuk Fe(OH) 3 dan Mn 2 O 3
oksigen terlarut dalam air, dengan oksigen sebagai oksidator.
II-17
Universitas Sumatera Utara

2. Dengan Mangan Zeolit
Air baku yamg mengandung besi dan mangan dialirkan melalui suatu filter bed yang
media filternya terdiri dari mangan-zeolit (K2 Z.MnO.Mn 2 O 7 ). Mangan Zeolit
berfungsi sebagai katalis dan pada waktu yang bersamaan besi dan mangan yang ada
dalam air teroksidasi menjadi bentuk ferri-oksida dan mangandioksida yang tak larut
dalam air.
2.6.10 Proses Soda Lime
Proses ini adalah merupakan gabungan antara proses pemberian zat alkali untuk
menaikkan pH dengan proses aerasi. Dengan menaikkan pH air baku sampai harga
tertentu maka reaksi oksidasi besi dan mangan dengan cara aerasi dapat berjalan lebih
cepat, zat alkali yang sering dipakai yaitu kapur (CaO) atau larutan kapur [Ca(OH) 2 ],
dan soda api [Na(OH)] atau campuran antara keduanya. Cara penambahan zat alkali
yakni sebelum proses aerasi. Untuk oksidasi besi, sangat efektif pada pH 8-9, sedang
untuk oksidasi mangan baru efektif pada pH 10, oleh karena pH air baku menjadi tinggi
maka setelah Fe dan Mn dipisahkan, air olahan harus dinetralkan kembali.
2.6.11 Penghilang Besi dan Mangan dengan Bakteri Besi
Pada saringan pasir lambat, pada saat operasi dengan kecepatan 10-30 meter/ hari,
setelah operasi berjalan 7-10 hari, maka pada permukaan atau dalam media filternya
akan tumbuh dan berkembang biak bakteri besi yang dapat mengoksidasi besi atau
mangan yang ada di dalam air. Bakteri besi mendapatkan energi aktivasi yang
dihasilkan oleh reaksi oksida

besi ataupun oksida

mangan,

untuk

proses

perkembangbiakannya. Dengan bertambahnya jumlah sel bakteri besi tersebut, maka
kemampuan mengoksidasinyapun menjadi bertambah pula. Sedangkan besi yang telah
teroksidasi akan tersaring/tertinggal dalam filter. Yang termasuk dalam kelompok
bakteri besi yang banyak dijumpai yaitu: crenothrix yang dapat menghilangkan besi
maupun mangan.
2.6.12 Penghilang Besi dan Mangan Dengan Filtrasi Dua Tahap
Metode ini digunakan untuk menghilangkan/meniadakan proses koagulasi dan
sedimentasi yaitu dengan cara melakukan penyaringan dua tahap dengan saringan pasir
cepat. Setelah proses aerasi, maka senyawa besi dalam bentuk Fe(OH)3 tidak larut
dalam air dialirkan ke dalam saringan pasir cepat secara bertahap. Cara ini dapat
II-18
Universitas Sumatera Utara

menghemat biaya operasi untuk koagulasi dan pengendapan tetapi beban saringan
pertama akan cukup besar.
2.6.13 Cara Lain
Khususnya untuk menghilangkan besi yang ada dalam air ada cara lain yang dapat
digunakan yaitu dengan oksidasi kontak (Contact oxydation). Air baku dialirkan
melalui saringan pasir atau media lainnya yang permukaannya terlapisi oleh zat
oksiferrihidroksida (FeOOH). Pada saat melalui media tersebut Fe2+ dengan waktu
yang sangat singkat akan teroksidasi menjadi atau Fe3+ dengan zat oksigen yang terlarut
(Dissolved Oxygen) sebagai oksidator.
2.7 Perhitungan Transfer Oksigen
Kelarutan oksigen dari udara ke dalam air air pada tekanan udara normal mengikuti
Persamaan 2.1.
(2.1)
Cs =

475
(33,3 + T)

Cs = kejenuhan dengan oksigen (mg/Liter)
T = Suhu air (°C)
Nilai Kla merupaka nilai koefisien transfer total. Perhitungan untuk mendapatkan nilai
Kla terdapat pada Persamaan 2.2.
ln(Cs − C1) − ln(Cs − C2)
(KLa)T =
x1,024T−20
t2 − t1

(2.2)

(Kla)T = koreksi oksigen transfer pada suhu yang diinginkan (jam-1)
Cs = kejenuhan dengan oksigen (mg/Liter)
C1 = konsentrasi oksigen awal (mg/Liter)
C2 = konsentrasi oksigen akhir (mg/Liter)
t1 = waktu awal aerasi (jam)
t2 = waktu akhir aerasi (jam)

Waktu kontak aerasi diperlukan untuk mengetahui lamanya kontak air dengan udara
bebas. Semakin lama waktu kontak aerasi, semakin lama proses oksidasi berlangsung.
Persamaan 2.3 menunjukkan formulasi waktu kontak aerasi.

II-19
Universitas Sumatera Utara

t = �2H/g

Dimana,

(2.3)

T = Waktu kontak
H = Jarak jatuh air
G = gaya gravitasi (9,81 m/det2)
Jumlah oksigen yang ditransfer dari udara ke dalam air melalui proses aerasi dinyatakan
pada Persamaan 2.4 berikut:
C = Cs − {(Cs − Co) x e−KLa x t }

(2.4)

Kla = koreksi oksigen transfer pada suhu yang diinginkan (detik-1)
C = transfer oksigen (mg/Liter)
Cs = kejenuhan dengan oksigen (mg/Liter)
Co = konsentrasi oksigen awal (mg/Liter)
t = waktu kontak aerasi (detik)
T = Suhu air (°C)
2.8 Pasir
Dalam geologi, pasir adalah batuan sedimen sisa hasil rombakan batuan padat. Menurut
Skala Wentworth, butir pasir berukuran 1-2 milimeter disebut pasir kasar, dan yang
berukuran (1/16)-(1/8) milimeter disebut pasir sangat halus. Dalam penggolongan tanah,
pasir adalah nama untuk material yang butirannnya 2-6 milimeter. Pasir dihasilkan dari
pengikisan endapan-endapan yang timbul akibat erosi aliran air, gelombang, dan angin.
Seperti juga batu pasir, pasir sebagian besar tersusun atas kuarsa dan feldpas. Pasir
kuarsa (quartz sands) merupakan pelapukan dari batuan beku asam yang mengandung
mineral utama natrium silika. Hasil pelapukan ini kemudian mengalami proses
sedimentasi, terbawa air atau angin kemudian diendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau
pantai. Kualitas pasir kuarsa di Indonesia cukup bervariasi, tergantung pada proses
genesa dan pengaruh mineral pengotor yang ikut terbentuk saat proses sedimentasi.
Material pengotor ini bersifat sebagai pemberi warna pada pasir kuarsa, dan dari warna
tersebut presentase derajat kemurnian dapat diperkirakan (Sinamo, 2016).

II-20
Universitas Sumatera Utara

Pasir kuarsa adalah jenis penyaringan yang digunakan sebagai saringan air. Faktorfaktor yang mempengaruhi saringan antara lain jenis pasir, diameter pasir, ketebalan
pasir, lama penahanan media, penambahan oksidator KMnO 4 (Kusnoputranto, 1994).
Pasir kuarsa dalam saringan pasir berfungsi sebagai adsorben dan oksidator zat-zat
pencemar dalam fluida. Pasir kuarsa mengandung natrium karbonat yang dapat
menciptakan reaksi oksidasi yang mengubah ion logam dalam fluida menjadi presiparat
(endapan). Endapan itu akan tertahan pada media-media dalam saringan (Sinamo,
2016).
2.9 Karbon Aktif
Karbon aktif (arang aktif) merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95%
karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada
suhu tinggi. Karbon atau arang aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk
yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya tulang, kayu lunak,
sekam, tongkol jagung, tempurung kelapa, sabut kelapa, ampas penggilingan tebu,
ampas pembuatan kertas, serbuk gergaji, kayu keras, batubara dan sebagainya
(Alamsyah, 2007).
Dalam pembuatan karbon aktif perlu dilakukan proses aktivasi. Proses aktivasi
merupakan hal yang penting diperhatikan di samping bahan baku yang digunakan.
Aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori
yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul
permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu
luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi
(Kusnaedi, 2004).
Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 5001500 m2, sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus
berukuran 10-2-10-7 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja
yang kontak dengan karbon tersebut. Adapun faktor yang mempengaruhi daya serap
karbon aktif, yaitu:

II-21
Universitas Sumatera Utara

1. Sifat Serapan
Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya untuk
mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah
besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari sturktur yang sama,
seperti dalam deret homolog. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi
gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan.
2. Temperatur
Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk mengamati temperatur pada saat
berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsoprsi
adalah viskositas dan stabilitas termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak
mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun
dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil,
adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur
yang lebih rendah.
3. pH (Derajat Keasaman).
Untuk asam-asam organik, adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu
dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam
mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam
organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang
sebagai akibat terbentuknya garam.
4. Waktu Kontak
Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai
kesetimbangan. Waktu kontak semakin lama dimaksudkan untuk memberi
kesempatan pada partikel arang aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan.
Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu lama yang lebih
lama (Sembiring, 2003).
2.10 Zeolit
Zeolit dapat didefenisikan sebagai mineral hidrat alumino silikat, dimana mineral ini
terhidrasi dari logam-logam alkali dan alkali tanah dengan struktur tiga dimensi yang
mempunyai rongga dan saluran yang dibentuk atas penggabungan dan pengulangan
unit-unit tetrahedral AlO 4 dan SiO 4 yang dihubungkan oleh atom oksigen (Narita,
2012).

II-22
Universitas Sumatera Utara

Zeolit termasuk dalam kelompok mineral yang terjadi dari perubahan batuan gunung api
termasuk batuan gunung api berbulir halus yang berkomposisi riolitik atau banyak
mengandung massa gelas. Sifat-sifat fisik dari mineral ini adalah berbentuk kristal yang
indah dan menarik, namun agak lunak dengan warna yang bermacam-macam yaitu
warna hijau, kebiru-biruan, putih dan coklat. Zeolit dapat berasal dari alam yaitu dari
batuan gunung api dan dapat berupa zeolit buatan yang terbuat dari gel almunium,
natrium aluminat, natrium hidroksida. Zeolit ini dapat digunakan sebagai bahan
penjernih kelapa sawit, penyerap warna, penyerap amoniak, dan lain-lain (Perdana,
2012).
Zeolit memiliki sifat – sifat kimia sebagai berikut :
1. Zeolit sebagai penukar ion
Sifat penukar ion pada zeolit berhubungan dengan ion-ion yang berada pada ronggarongga. Ion – ion rongga atau kerangka elektrolit berguna untuk menjaga kenetralan
zeolit. Ion – ion ini dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi
tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion
pada zeolit tergantung dari sifat kation , suhu dan anion. Penukaran kation dapat
menyebabkan perubahan beberapa sifat zeolit seperti stabilitas terhadap panas , sifat
adsorbsi dan aktivitas katalisis (Narita, 2012).
2. Zeolit sebagai katalis
Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi
kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekular dari
reaksi. Katalis berpori dengan pori – pori sangat kecil akan memuat molekul kecil
tetapi mencegah molekul besar masuk. Selektivitas molekuler seperti ini disebut
molecular sieves yang terdapat dalam substansi zeolit alam (Ginting, 2007).
3. Zeolit sebagai bahan penyerap
Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air yang
berada disekitar kation. Bila Kristal tersebut dipanaskan selama beberapa jam,
o

biasanya pada temperature 200-300 C, tergantung dari jenis mineral zeolitnya, maka
molekul – molekul air pada rongga – rongga tersebut akan keluar, sehingga zeolit
yang bersangkutan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan (Khairinal,
2000).

II-23
Universitas Sumatera Utara

4. Zeolit sebagai penyaring molekul
Zeolit dapat menyaring molekul karena adanya rongga zeolit yang berukuran
molekul. Molekul dapat tersaring karena adanya perbedaan ukuran, bentuk , dan
polaritas molekul yang dapat tersaring dan ada molekul yang tidak dapat tersaring
bergantung dari besarnya ukuran molekul. Karenanya zeolit dapat digunakan sebagai
penyaring molekul yang selektif (Narita, 2012).
2.11 Metode Pemeriksaan Sampel
Sampel diperiksa di Balai Laboratorium Kesehatan Lingkungan Medan dan Balai
Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit Medan dengan SNI
6989.4:2009 untuk besi (Fe) dan SNI 6989.5:2009 untuk mangan (Mn).
2.11.1 Uji Besi (Fe)
1. Prinsip
Analit logam besi dalam nyala udara asetilen diubah menjadi bentuk atomnya,
merryerap energi radiasi elektromagnetik yang berasal dari lampu katoda dan besarnya
serapan berbanding lurus dengan kadar analit.
2. Bahan
a. air bebas mineral;
b. asam nitrat (HNO 3 ) pekat p.a;
c. larutan standar logam besi (Fe);
d. gas asetilen (C 2 H2 ) HP dengan tekanan minimum 100 psi;
e. larutan pengencer HNO 3 0,05 M;
Larutkan 3,5 ml HNO 3 pekat ke dalam 1000 ml air bebas mineral dalam gelas piala
1000 ml, lalu tambahkan air bebas mineral hingga 1000 ml dan homogenkan.
f. larutan