BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Amonia - Studi Pemanfaatan Zeolit Alam Aktif Sebagai Penyerap Ammonia di Dalam Akuarium Sebagai Media Budidaya Ikan Tawar

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Amonia

Amoniak merupakan gas tajam yang tidak berwarna dengan titik didih

33,5

C. Cairannya mempunyai panas penguapan sebesar 1,37 kJ g pada titik didihnya. Secara fisik cairan NH

3 mirip dengan air dalam perilaku fisiknya

dimana bergabung sangat kuat melalui ikatan hiidrogen. (Cotton, 1989) Nitrogen N dapat ditemui hampir di setiap badan air dalam bermacam- macam bentuk. Bentuk dari unsur tersebut tergantung dari tingkat oksidasinya, antara lain sebagai berikut :

3 0 +

3 - N

2 -NO

3 Biasanya senyawa-senyawa nitrogen tersebut adalah senyawa terlarut .

Amoniak NH

3 , merupakan senyawa nitrogen yang menjadi NH 4 pada pH

rendah dan disebut amonium, amoniak sendiri berada dalam keadaan tereduksi (-3). Amoniak dalam air permukaan berasal dari air seni dan tinja , juga dari oksidasi zat organis (H a O b C c N d ) secara mikrobiologis yang berasal dari air alam atau air buangan industri dan penduduk

Air tanah hanya mengandung sedikit NH

3 , karena NH 3 dapat menempel

pada butir-butir tanah liat selama infiltrasi air ke dalam tanah dan sulit terlepas dari butir-butir tanah liat tersebut. Kadar amoniak yang tinggi pada air sungai selalu menunjukkan adanya pencemaran. Pada air minum kadarnya harus nol dan pada air sungai harus dibawah 0,5 mg/L (syarat mutu air sungai di Indonesia) . (Alaerts. 1984)

Di perairan alami pada suhu dan tekanan normal amoniak dalam bentuk gas dan membentuk kesetimbangan dengan ion amonium. Selain terdapat dalam bentuk gas amoniak juga membentuk kompleks dengan beberapa ion logam. Amoniak juga dapat terserap ke dalam bahan-bahan tersuspensi dan koloid sehingga mengendap di dasar peraiaran. Amoniak di perairan dapat menghilang melalui proses volatilisasi karena tekanan parsial amoniak dalam larutan meningkat dengan semakin meningkatnya pH. Amoniak dan garam-garamnya bersifat mudah larut dalam air. Amoniak banyak digunakan dalam proses produksi urea, industri bahan kimia serta industri bubur dan kertas (pulp & paper). Tinja dari biota akuatik yang merupakan limbah aktivitas metabolisme juga banyak mengeluarkan amoniak. Sumber amoniak yang lain adalah reduksi gas nitrogen yang berasal dari proses difusi udara atmosfer, limbah industri dan kosmetik.

Amoniak yang terukur di perairan berupa amoniak total (NH

3 dan NH 4 ).

Amoniak bebas tidak dapat terionisasi (amoniak) sedangkan amonium (NH

4 )

dapat terionisasi. Persentase amoniak meningkat dengan meningkatnya nilai pH dan suhu perairan. Pada pH 7 atau kurang, sebagian besar amoniak akan mengalami ionisasi. Sebaliknya pada pH lebih besar dari 7 amoniak tak terionisasi yang bersifat toksik terdapat dalam jumlah yang lebih banyak. Amoniak bebas yang tak terionisasi bersifat toksik terhadap organisme akuatik. Toksisitas amoniak terhadap organisme akuatik akan meningkat jika terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, pH, dan suhu (Effendi, 2003).

Gas amonia adalah larut dalam air, bereaksi dengan air membentuk

amonium hidroksida. Oleh karena ionisasi ini dalam air membentuk NH + OH ,

pada pH tinggi, gas amonia bebas ada dalam bentuk tak terionisasi. Pada pH dari pasokan air pada umumnya, amonia secara sempurna diionisasi.

NH + H O NH OH

4 NH + OH

(Peningkatan dari OH mengarahkan reaksi ke kiri).
Hubungan antara amoniak (NH

3 ) dan amonium (NH

4 ) yang dipengaruhi oleh pH

ditunjukkan oleh gambar berikut: (Kemmer. 1979)

Gambar 2.1 Hubungan (NH

3 ) dan (NH 4 ) oleh pH

2.2 Zeolit

Zeolit merupakan persenyawaan alumino silikat dengan unsur utama terdiri dari kation alkali dan alkali tanah, berstruktur tiga dimensi serta mempunyai pori-pori yang dapat diisi oleh molekul air . Struktur yang berpori ini menyebabkan zeolit mempunyai kemampuan menyerap dan menyaring molekul dan bersifat sebagai penukar ion . Selain itu, zeolit memiliki sifat hidratasi dan dehidratasi. Pada umumnya, zeolit mempunyai susunan kristal yang agak lunak, berat jenis antara 2-2,4 ; berwarna kebiruan , putih dan coklat .

Dengan sifat-sifat yang dimilikinya, zeolit mampu untuk secara selektif

menyerap air dan gas N

2 , sebagai penukar ion misalnya NH

4 dan K , sehingga

dapat berfungsi sebagai media pengontrol dalam penggunaan pupuk-pupuk yang mengandung potasium dan nitrogen yang diperlukan oleh tanah, sebagai pengontrol kelembapan, penangkap logam-logam berat dari air limbah yang digunakan dalam pertanian, pengontrol sifat radioaktif pada tanah yang tercemar dan decaking agent untuk pupuk dan makanan (Djadjulie. 1998).

2.2.1 Pengaktifan Mineral Zeolit

Sebelum digunakan, zeolit terlebih dahulu diaktifkan untuk meningkatkan kemampuan penyerapannya dimana pengaktifan bertujuan untuk memperbesar volume rongga dan menghilangkan pengotor . Pengaktifan dapat dilakukan secara fisika yaitu dengan pemanasan dan secara kimia yaitu dengan penambahan asam . Pengaktifan zeolit secara fisika berupa pemanasan zeolit untuk menghilangkan molekul air yang terperangkap dalam pori-pori zeolit sehingga luas permukaan pori-pori bertambah. Pemanasan dilakukan dalam oven biasa pada suhu 300- 400°C (untuk skala laboratorium). Pengaktifan secara kimia dilakukan dengan penambahan larutan asam H

2 SO 4 atau basa NaOH dengan tujuan untuk

membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dipertukarkan. Zeolit yang cocok untuk adsorben yaitu apabila diaktifkan akan memberikan rasio Si/Al yang tinggi (10-100). Zeolit dengan rasio Si/Al tinggi bersifat hidrofob (Sutarti. 1994) .

Sembiring,dkk (1995) melakukan penelitian “ Pengaruh Pemanasan dan Pengaktifan dengan Natrium Hidroksida dan Asam Klorida terhadap Kemampuan Zeolit Alam Sarulla-Sumatera Utara sebagai Bahan Pemucat Minyak Kelapa Sawit Mentah (CPO), hasil yang diperoleh yaitu pengaktifan zeolit dengan pemanasan menunjukkan bahwa pada suhu 200 C sampai 300 C daya serap zeolit meningkat tetapi bila suhu meningkat menjadi 400 C daya serap zeolit menurun . Hal ini disebabkan karena pada pengaktifan dengan pemanasan, tujuannya adalah untuk mengeluarkan air yang terdapat di dalam rongga-rongga struktur zeolit sehingga larutan kation, gas ataupun molekul-molekul yang mempunyai ukuran yang lebih kecil dari diameter saluran dapat masuk ke bagian dalam rongga zeolit. Dari hasil yang diperoleh suhu 200 C sampai 300 C adalah sangat baik karena struktur zeolit dimana hingga suhu ini tidak mengalami kerusakan . Sedangkan pada pemanasan 400 C daya serap zeolit menurun karena pada keadaan ini struktur zeolit telah mengalami kerusakan sehingga rongga-rongganya sebagian tertutup . Pengaktifan zeolit dengan asam (pengaktifan secara kimiawi) bertujuan untuk mengurangi efek hambatan dari pertukaran kation dengan cara pencucian kation. Pemberian suatu larutan asam mineral pada mineral zeolit yang kaya silika menyebabkan Al pada struktur molekul akan terlepas dan membentuk hidrogen zeolit serta membuka saluran dari struktur zeolit .

2.2.2 Penyerapan Amonia oleh Zeolit Alam

Menurut Rabo. (1996) dan Suharto. (1999) mekanisme penyerapan amonia oleh zeolit terjadi melalui pertukaran kation. Molekul amonia akan mengisi pori- pori zeolit dimana pada permukaan zeolit sendiri terdapat ion-ion alkali atau hidrogen . Molekul-molekul amonia akan berinteraksi secara kimia dengan sisi aktif dari permukaan zeolit dan menggantikan ion-ion alkali atau hidrogen sehingga dibentuk gugus amonium di permukaan zeolit aktif.

2.3 Parameter Fisika dan Kimia Air

2.3.1 Parameter Fisika

Parameter-parameter fisika yang biasa digunakan untuk menentukan kualitas air antara lain suhu, kecerahan dan kekeruhan, warna, dan cahaya.

2.3.1.1 Suhu Suhu sangat berperan dalam mengendalikan kondisi ekosistem perairan.

Perubahan suhu berpengaruh terhadap proses fisika, kimia dan biologi badan air. Peningkatan suhu menyebabkan menurunnya kelarutan gas dalam air, misalnya gas O 2, CO

2 , N 2 dan CH 4 . Selain itu peningkatan suhu juga menyebabkan

peningkatan kecepatan metabolisme dan respirasi organisme air, dan selanjutnya meningkatkan konsumsi oksigen.

2.3.1.2 Kecerahan dan Kekeruhan

Kecerahan air bergabung pada warna dan kekeruhan. Kecerahan merupakan ukuran transparansi perairan, yang ditentukan secara visual. Kekeruhan menggambarkan sifat optik air yang ditentukan berdasarkan banyaknya cahaya yang diserap dan dipancarkan oleh bahan-bahan yang terdapat dalam air. Kekeruhan yang tinggi dapat mengakibatkan terganggunya sistem osmoregulasi, misalnya pernafasan dan daya lihat organisme akuatik, serta dapat menghambat penetrasi cahaya ke dalam air.

2.3.1.3 Warna

Warna perairan ditentukan oleh adanya bahan organik dan bahan anorganik, karena keberadaan plankton, humus, dan ion-ion logam. Perairan alami tidak berwarna. Sumber air untuk kepentingan air minum sebaiknya memiliki nilai warna antara 5-50 PtCo.

2.3.1.4 Cahaya

Cahaya merupakan sumber energi utama dalam ekosistem perairan. Dalam perairan, cahaya memiliki dua fungsi utama yaitu; memanasi air sehingga terjadi perubahan suhu dan berat jenis dan selanjutnya menyebabkan terjadinya percampuran massa dan kimia air. Dan merupakan sumber energi bagi proses fotosintesis algae dan tumbuhan air. Cahaya sangat mempengaruhi tingkah laku organisme akuatik .

2.3.2 Parameter Kimia

Beberapa parameter kimia yang digunakan untuk menentukan kualitas air yaitu pH, oksigen terlarut, kesadahan dan alkalinitas. Sebagian besar biota akuatik sensitif terhadap perubahan pH dan menyukai nilai pH sekitar 7-8,5. Nilai pH sangat mempengaruhi proses biokimiawi perairan misalnya proses nitrifikasi akan berakhir jika pH rendah.

Sumber oksigen terlarut dapat berasal dari difusi oksigen yang terdapat di atmosfer dan aktivitas fotosintesis oleh tumbuhan air dan fitoplankton. Kadar oksigen terlarut yang tinggi tidak menimbulkan pengaruh fisiologis bagi manusia. Ikan dan organisme akuatik lain membutuhkan oksigen terlarut dengan jumlah yang cukup. Kebutuhan oksigen sangat dipengaruhi oleh suhu dan bervariasi antar organisme. Keberadaan logam berat yang berlebihan di perairan mempengaruhi sistem respirasi organisme akuatik sehingga pada saat kadar oksigen terlarut rendah dan terdapat logam berat dengan konsentrasi tinggi, organisme akuatik menjadi lebih menderita.

Kesadahan adalah gambaran kation logam divalen. Kesadahan perairan berasal dari kontak air dengan tanah dan bebatuan. Perairan dengan nilai kesadahan tinggi pada umumnya merupakan perairan yang berada di wilayah yang memilki lapisan tanah pucuk (top soil) tebal dan batuan kapur. Nilai kesadahan air diperlukan dalam penilaian kelayakan perairan untuk kepentingan domestik dan industri. Kesadahan yang tinggi dapat menghambat sifat toksik dari logam berat karena kation-kation penyusun kesadahan membentuk senyawa kompleks dengan logam tersebut.

Alkalinitas merupakan gambaran kapasitas air untuk menetralkan asam. Nilai alkalinitas perairan alami hampir tidak pernah melebihi 500 mg/liter CaCO 3 . Perairan dengan nilai alkalinitas yang terlalu tinggi tidak disukai oleh organisme akuatik karena biasanya di ikuti oleh nilai kesadahan yang tinggi atau kadar garam natrium yang tinggi. Nilai alkalinitas berkaitan erat dengan korosivitas logam dan dapat menimbulkan permasalahan kesehatan pada manusia terutama yang berhubungan dengan iritasi pada sistem pencernaan (Effendi.2003).

2.4 Spektrofotometri

Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitansi atau absorbansi suatu contoh sebagai fungsi panjang gelombang, pengukuran terhadap suatu deretan contoh pada suatu panjang gelombang tunggal mungkin juga dapat dilakukan.

  Transmitansi, T =   adalah fraksi yang ditransmisi oleh suatu contoh .

 

  % T = (1)

  x 100

 

P P

    Jika A = log dan T = maka :

   

P P

   

1  

A = log (2)  

  Karena dari hukum Beer, absorbansi adalah berbanding langsung terhadap konsentrasi maka jelas bahwa transmitansi tidak demikian, log T harus digambarkan terhadap c untuk memperoleh suatu grafik lurus .

Hukum Bouguer (Lambert) : Jika suatu sinar radiasi monokhromatik (yaitu radiasi dari satu panjang gelombang tunggal) diarahkan melewati medium, diketahui bahwa tiap lapisan menyerap bagian yang sama dari radiasi atau tiap lapisan mengurangi tenaga radiasi sinar dengan bagian yang sama.

Hukum Beer : Intensitas berkas cahaya monokhromatik berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi zat penyerap secara linier (Day. 1983)

Hukum Lambert-Beer menyatakan bahwa intensitas yang diteruskan oleh larutan zat penyerap berbanding lurus dengan tebal dan konsentrasi larutan. (Rohman. 2007).

Spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi itu ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi panjang gelombang. Kelebihan spektrofotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat terseleksi dan diperoleh dengan alat pengurai prisma, grafting ataupun celah optis. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum tampak yang kontinu, monokromator, sel pengabsorpsi untuk larutan sampel atau blanko dan suatu alat untuk mengukur perbedaan absorpsi antara sampel dan blanko ataupun pembanding (Khopkar.2008).

2.4.1 Penentuan Amoniak secara Spektrofotometri

Nitrogen-amoniak dapat ditentukan dengan atau tanpa didahului oleh suatu pengolahan pendahuluan (destilasi). Bila destilasi tidak dilakukan, maka amoniak ditentukan langsung dengan analisa Nessler atau melalui titrasi. Destilasi tidak dilakukan bila sampel cukup jernih yaitu tidak melebihi batas kekeruhan 10 Ntu dan batas kadar warna 5 mg PtCo/L.

Pada tahun 1856 Nessler pertama sekali, mengusulkan larutan basa merkurium (II) iodida dalam kalium iodida sebagai reagensia untuk penetapan amonia secara kolorimetri. Pelbagai modifikasi reagensia dilakukan sejak itu. Bila reagensia Nessler ditambahkan ke dalam larutan garam amonium encer, amonia yang terbebas akan beraksi dengan reagensia cukup cepat namun tidak sekejap membentuk produk jingga-coklat yang tetap dalam larutan koloidal, tetapi menggumpal bila dibiarkan lama.(Basset. 1994)

Bila perkiraan kadar amoniak dalam sampel antara 1 sampai 25 mg NH

3 N/L maka digunakan titrasi dengan standard asam sulfat, bila kadar amoniak

antara 0,05 sampai 5,0 mg NH

3 -N/L dapat ditentukan dengan metode Nessler;

kadar NH

3 -N > 5 mg/L dapat juga ditentukan dengan metode Nessler dengan pengenceran .

Metode Nessler terdiri dari suatu analisa kimiawi dengan menggunakan spektrofotometer. Reagen Nessler K

2 HgI 4 akan bereaksi dengan NH 3 dalam

larutan yang bersifat basa , sesuai dengan reaksi pada gambar dibawah:

I Hg

2 K HgI + NH + 3 KOH O + 7 KI + 2 H O

2 Hg

koloid kuning coklat

Gambar 2.4 Reagen Nesler bereaksi dengan NH dalam larutan yang bersifat basa

3 Reaksi menghasilkan larutan berwarna kuning-coklat yang mengikuti

hukum Beer-Lambert. Intensitas warna yang terjadi berbanding lurus dengan konsentrasi NH

3 yang ada dalam sampel yang kemudian ditentukan secara spektrofotometris. Gangguan pada analisa Nessler adalah kekeruhan dan warna. Pada analisa Nessler tanpa destilasi harus ditambahkan larutan basa dan ZnSO

4 untuk

mencegah gangguan ion Ca, Mg, Fe dan Sn yang dapat menimbulkan kekeruhan , dengan penambahan larutan tersebut ion-ion diatas akan mengendap. Larutan sampel harus bebas gangguan, setelah pengendapan 15 sampai 30 menit. Kemudian penambahan EDTA membantu agar sisa ion-ion Ca, Mg dan Fe dalam larutan tidak ikut mengendap. Gangguan lainnya adalah NH

3 yang dikandung dalam udara yang mudah diserap oleh air (Alaerts.1984).

2.5 Ikan Nila dan Pakan Ikan

Ikan nila bukanlah ikan asli Indonesia, tetapi berasal dari sungai Nil di Mesir. Baru pada tahun1969 ikan ini didatangkan dari Taiwan ke Indonesia. Jenis lain yang telah ada di Indonesia sejak tahun 1939 adalah ikan mujair. Dalam dunia ilmu pengetahuan ikan nila telah dikenal sejak tahun 1766, sedangkan mujair baru ditemukan tahun1852.

Walaupun mirip ikan mujair, nila mudah dibedakan sebab sirip ekor nila mempunyai garis-garis tegak dan pada sirip punggungnya terdapat garis-garis miring. Masa perkawinannya berlangsung sepanjang tahun, bukan pada bulan tertentu saja akan tetapi tidak sesering mujair. Di kolam pemeliharaan, ikan ini dapat berkembang biak tanpa perawatan khusus. Apabila masa perkawinan telah tiba, induk-induk nila mencari tempat yang aman. Mereka membuat lubang atau cekungan-cekungan bulat didasar kolam seperti yang dilakukan mujair, telurnya dijaga oleh induknya (Evy.2001).

Pakan merupakan faktor yang penting dalam usaha pembesaran ikan. Dalam usaha pembesaran, ikan diharuskan tumbuh hingga mencapai ukuran pasar. Untuk itu, ikan harus makan, tidak sekedar untuk mempertahankan kondisi tubuh (maintenance), tetapi juga untuk menumbuhkan jaringan otot atau daging (pertumbuhan somatis). Jumlah dan jenis pakan yang dikonsumsi oleh ikan akan menentukan asupan energi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan daging.

Jenis pakan di dalam akuakultur terdiri dari empat kelompok, yaitu pakan hidup, pakan segar, pakan tambahan dan pakan buatan . Pakan hidup adalah jenis pakan yang pada umumnya dalam keadaan hidup ketika diberikan kepada ikan kultur. Pakan segar diberikan kepada ikan kultu dalam bentuk segar atau yang telah dibekukan dalam freezer dan bentuk asli dari pakan ini sama seperti ketika masih hidup. Pakan buatan adalah pakan yang dibuat dari berbagai bahan makanan kemudian diramu menggunakan formula tertentu sehingga bisa memenuhi kebutuhan gizi ikan secara lengkap. Kandungan air pakan buatan biasanya sekitar 15 % sehingga bisa disimpan diruangan kering dalam waktu realtif lama. Pakan buatan bisa berbentuk pelet, granule (butiran), crumble (remah), pasta dan dust (tepung).

Ada kalanya pakan yang diberikan kepada ikan berupa dedak, daun, bungkil atau ampas tahu. Kandungan gizi pakan tersebut tidak lengkap atau mengandung unsur yang dominan saja. Oleh karena itu, pemberian pakan kepada ikan kultur bersifat tambahan. Sebagai contoh, dedak banyak mengandung karbohidrat diberikan kepada ikan untuk menutupi kebutuhan karbohidrat ikan yang dipelihara dalam kolam (Effendi. 2009).

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Amonia - Studi Pemanfaatan Zeolit Alam Aktif Sebagai Penyerap Ammonia di Dalam Akuarium Sebagai Media Budidaya Ikan Tawar