Pengaruh Waktu Kontak dan Dosis Resin Purolite A400 Impregnasi Cu Pada Penurunan Kadar Nitrat dan Nitrit
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Nitrat dan Nitrit
Nitrogen dapat hadir dalam berbagai oksidasi yang berbeda seperti NO3- (+5), NO2- (+3) dan
ammonium NH4+ (-3) (Hanafi. 2016). Nitrat (NO3-) merupakan hasil dari proses oksidasi atau
nitrifikasi, adanya penambahan atom oksigen ke nitrogen:
NH4+ ↔ NH3 ↔NO2- ↔ NO3-
(a)
Nitrat hadir dalam bentuk oksida nitrogen. Ion nitrat merupakan pengoksidasi kuat yang digunakan
bakteri untuk mengubah oksigen dari lingkungan, juga digunakan oleh phitoplankton dan alga untuk
pereduksi membangun nucleotides.
Nitrit (NO2-) pada air natural memiliki kadar konsentrasi rendah karena konversi nitrit ke ion nitrogen
stabil sangat cepat. Nitrit merupakan ion nitrogen yang tidak stabil, hasil dari proses nitifikasi atau
denitrifikasi, nitrogen berasal dari alga dan phitoplankton. Terbentuknya nitrat nitrit yaitu pada proses
secara biologi dan mikrobiologi urea dan ammonia akan menghidrolisis urea ke ammonia, ammnonia
teroksidasi terbentuk nitrat dan kemudian nitrit. Nitrat dan nitrit terdapat pada lingkungan air dengan
kadar garam terlarut tinggi. Pada umumnya, garam nitrat dan nitrit terdapat dalam kalium nitrat,
sodium nitrat, sodium nitrit dan ammnonium nitrat (Chemical And Physical Information).
Karakteristik nitrat dan nitrit secara kimia dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Karakteristik Nitrat-Nitrit Secara Kimia
Karakteristik
Ion Nitrat
Ion Nitrit
Nama
Ion nitrat (NO3-), nitrato;
asam nitrik; ion (1-)
Anion nitrit; ion nitrit (NO2-); ion nitrit (1-); ion
peroksida nitrogen (1-); asam nitrous, ion (1-)
Rumus Kimia
NO3-
NO2-
62.005
45.995
Struktur kimia
Berat ion
Sumber: Chemical And Physical Information
2.2. Kontaminasi Nitrat dan Nitrit Pada Bagian Air
Nitrat merupakan nutrisi utama yang dibutuhkan dalam pertumbuhan tanaman dan fertilisasi nitogen
diaplikasikan pada lahan pertanian untuk mempercepat proses masa tanam. Hal ini menyebabkan
fertilisasi berlebihan dan tanpa adanya pengolahan limbah yang terkontaminasi nitrat menyebabkan
masalah lingkungan yang serius (L.Paripurnanda. 2013). Kontaminasi nitrat dalam air tanah
menyebabkan eutrofikasi dan perjangkitan infeksi penyakit (Chatterjee. 2009).
Eutrofikasi
mempercepat pertumbuhan alga dan tanaman air yang menyebabkan bahaya pada ikan dan kehidupan
vegetasi air dan penurunan kualitas air (L. Paripurnanda. 2013). Pada kesehatan, kadar nitrogen dalam
air yang tinggi adalah racun yang dapat menyebabkan syndrome baby-blue dan methemoglobinaemia
pada kematian bayi. Sehingga konsentrasi nitrat dibatasi dalam air minum untuk melindungi bayi pada
umur 3-6 tahun, dimana bakteri yang terdapat dalam saluran pencernaan akan mereduksisi nitrat
menjadi nitrit penyebabkan hemoglobin menjadi methemoglobin yang mengganggu transfer oksigen
ke dalam darah (Carpenter. 1998).
Nitrat yang memiliki ion stabil dengan kelarutan tinggi, sehingga jika menggunakan pengolahan air
yang konvensional dalam penyisihan nitrat sulit untuk dilakukan. Teknologi yang cocok untuk
penyisihan nitrat yaitu reverse osmosis, pertukaran ion (ion exhange), sistem bioreaktor membran
pertukaran ion, reduksi katalis, elektrolisis, proses karbon aktif, land disposal, distilasi, denitrifikasi
kimia, remediasi, phitoremediasi, pengolahan mikrobiologi, dan pengolahan anaerobik (Rajeswari.
2015).
Penyisihan nitrat & nitrit dengan reverse osmosis yaitu mendorong air melintasi membran semi
permiabel dengan memberikan tekanan antara 300 psi hingga 1500 psi (2070 Kpa – 10.350 Kpa).
Membran yang biasa digunakan yaitu membran selulosa asetat dan membran komposit untuk tingkat
lebih rendah. Kerugian dari RO yaitu besarnya konsentrasi ion terbuang yang dihasilkan. Untuk
influen NO3- sekitar 65% nitrat dan nitrit tersisihkan, sedangkan 35% lagi menjadi air garam. Jika
dibandingkan dengan pertukaran ion, pengolahan RO tiga kali lebih mahal (Ayyasamy. 2009).
Elektrolisis merupakan metode pengolahan air limbah dengan kapasitas penyisihan tinggi akan tetapi
biaya operasional tinggi. Elektrolisis tidak membutuhkan bahan kimia dan ion selektif, sehingga
nutrien dan kontaminan lainnya dapat dihilangkan bersama fluorida. Permasalahan yang sering terjadi
pada elekrolisis yaitu masalah polarisasi (Nur, T. 2014).
Ion exchange melibatkan pertukaran ion di dalam air dan resin. Resin penukar anion terdiri dari
polimer situs yang bermuatan positif akan mengikat ion bermuatan negatif begitu sebaliknya pada
resin penukar kation. Keuntungan dari pertukaran ion ini yaitu resin reuse, resin yang telah
diregenerasi dapat dijadikan pupuk. Pertukaran ion sangat cocok untuk pengolahan air tanah kecil dan
menengah dengan kadar organik terlarut rendah (Ayyasamy. 2009). Resin pertukaran ion sangat
II - 2
selektif dalam penyisihan nitrat dibandingkan dengan sulfat, karena kestabilan kimia serta mampu
mengontrol permukaan kimianya (Bulgarui. 2010). Pertukaran ion meupakan teknologi pilihan terbaik
karena biaya operasional rendah, mudah diterapkan, dan buangan produksi sedikit (Kalaruban. 2015).
2.3. Ion Exchange (Pertukaran Ion)
Adsorbsi adalah peristiwa penyerapan pada lapisan permukaan, dimana molekul dari suatu materi
terkumpul pada bagian adsorben. Sedangkan desorbsi merupakan pelepasan kembali ion/molekul yang
telah berikatan dengan gugus aktif pada adsorben. Proses adsorbsi digunakan istilah adsorbat dan
adsorban. Adsorbat adalah subtansi yang terjerap atau subtansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya.
Sedangkan adsorben adalah merupakan suatu media penyerap (Susiantini. 2013). Adsorpsi resin
adalah pengolahan yang dapat menjaga kestabilan kimia dan mampu untuk mengontrol permukaan
secara kimia (Chabani. 2006).
Proses pertukaran ion merupakan reaksi kimia antara ion-ion dalam fase liquid dengan ion-ion dalam
fase solid. Ion - ion tertentu dalam larutan akan diadsorb oleh exchanger solid, karena
electroneutrality harus dipertahankan maka exchanger solid akan melepaskan ionnya ke larutan
sebagai pengganti ion yang diadsorbsi (Rita. 2002).
Teknologi pengolahan air limbah penukaran ion (ion exchange) digunakan untuk memurnikan air dan
demineralisasi untuk menyisihkan zat seperti Ca2+, Mg2+, Na+, Cl-, SO42-, NO3-. Proses pertukaran ion
berlangsung dengan cepat dan reversible (Nur,et al. 2014). Tahapan – tahapan yang terjadi dalam ion
exchange adalah :
1. Lepasnya ion dari resin
2. Reaksi pertukaran ion dari resin dan larutan
3. Teradsorbnya ion dari larutan ke dalam permukaan resin
Reaksi antara ion nitrat dan resin dapat dinyatakan dengan persamaan kimia berikut.
R-Cl- + NO 3
Cl- + R-NO 3
(b)
Nitrit dapat dihilangkan dari air limbah dengan pertukaran ion menggunakan resin anion (R-Cl).
Reaksi yang terjadi antara nitrit dan resin (Li, Haigang. 2015) yaitu:
R – Cl + NO2-
R – NO2 + Cl-
(c)
2.4. Karakteristik Resin Purolite A400
Resin anion basa kuat secara umum mempunyai kapasitas adsorpsi tinggi dalam penyisihan nitrat.
Faktor yang mempengaruhi dalam selektivitas adsorpsi nitrat adalah panjang rantai karbon dalam
II - 3
resin, semakin panjang rantai karbon pada gugus fungsi dalam resin maka semakin besar selektivitas
adsorpsi nitrat pada energi yang rendah (Nur et al. 2014).
Purolite adalah salah satu resin penukar ion yang banyak digunakan dalam aplikasi pelunakan air,
namun dalam perhitungan koefisien perpindahan massanya selama ini secara sederhana dianggap
sebagai adsorben (Rita. 2002).
Purolite A400 adalah resin basa kuat berpori dengan struktur polimer polistirena berpori yang
berikatan silang dengan divinilbenzena dan memiliki gugus fungsi quaternary ammonium yang dapat
digunakan untuk menyisihkan nitrat (Purolite. 2016). Karakteristik dari resin anion Purolite A400
dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Karakteristik Resin Anion Purolite A400
Karakteristik
Aplikasi
Demineralisasi
Struktur Polimer
Polistirena berpori yang berikatan silang dengan divinilbenzena
Bentuk Wujud
Manik-manik bulat
Gugus Fungsi
Amonium kuartener jenis I
Bentuk Ion
Cl-
Total Kapasitas (min)
1,3 eq/l (28,4 kgr/ft3)(bentuk Cl-)
Retensi Kelembaban
48-54 % (bentuk Cl-)
Rentang Ukuran Partikel
300-1200 μm
1 ; unforable
-
0 < R < 1 ; favorable
-
R =1 ; linear
-
R = 0 ; irreversible
II - 9
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Nitrat dan Nitrit
Nitrogen dapat hadir dalam berbagai oksidasi yang berbeda seperti NO3- (+5), NO2- (+3) dan
ammonium NH4+ (-3) (Hanafi. 2016). Nitrat (NO3-) merupakan hasil dari proses oksidasi atau
nitrifikasi, adanya penambahan atom oksigen ke nitrogen:
NH4+ ↔ NH3 ↔NO2- ↔ NO3-
(a)
Nitrat hadir dalam bentuk oksida nitrogen. Ion nitrat merupakan pengoksidasi kuat yang digunakan
bakteri untuk mengubah oksigen dari lingkungan, juga digunakan oleh phitoplankton dan alga untuk
pereduksi membangun nucleotides.
Nitrit (NO2-) pada air natural memiliki kadar konsentrasi rendah karena konversi nitrit ke ion nitrogen
stabil sangat cepat. Nitrit merupakan ion nitrogen yang tidak stabil, hasil dari proses nitifikasi atau
denitrifikasi, nitrogen berasal dari alga dan phitoplankton. Terbentuknya nitrat nitrit yaitu pada proses
secara biologi dan mikrobiologi urea dan ammonia akan menghidrolisis urea ke ammonia, ammnonia
teroksidasi terbentuk nitrat dan kemudian nitrit. Nitrat dan nitrit terdapat pada lingkungan air dengan
kadar garam terlarut tinggi. Pada umumnya, garam nitrat dan nitrit terdapat dalam kalium nitrat,
sodium nitrat, sodium nitrit dan ammnonium nitrat (Chemical And Physical Information).
Karakteristik nitrat dan nitrit secara kimia dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Karakteristik Nitrat-Nitrit Secara Kimia
Karakteristik
Ion Nitrat
Ion Nitrit
Nama
Ion nitrat (NO3-), nitrato;
asam nitrik; ion (1-)
Anion nitrit; ion nitrit (NO2-); ion nitrit (1-); ion
peroksida nitrogen (1-); asam nitrous, ion (1-)
Rumus Kimia
NO3-
NO2-
62.005
45.995
Struktur kimia
Berat ion
Sumber: Chemical And Physical Information
2.2. Kontaminasi Nitrat dan Nitrit Pada Bagian Air
Nitrat merupakan nutrisi utama yang dibutuhkan dalam pertumbuhan tanaman dan fertilisasi nitogen
diaplikasikan pada lahan pertanian untuk mempercepat proses masa tanam. Hal ini menyebabkan
fertilisasi berlebihan dan tanpa adanya pengolahan limbah yang terkontaminasi nitrat menyebabkan
masalah lingkungan yang serius (L.Paripurnanda. 2013). Kontaminasi nitrat dalam air tanah
menyebabkan eutrofikasi dan perjangkitan infeksi penyakit (Chatterjee. 2009).
Eutrofikasi
mempercepat pertumbuhan alga dan tanaman air yang menyebabkan bahaya pada ikan dan kehidupan
vegetasi air dan penurunan kualitas air (L. Paripurnanda. 2013). Pada kesehatan, kadar nitrogen dalam
air yang tinggi adalah racun yang dapat menyebabkan syndrome baby-blue dan methemoglobinaemia
pada kematian bayi. Sehingga konsentrasi nitrat dibatasi dalam air minum untuk melindungi bayi pada
umur 3-6 tahun, dimana bakteri yang terdapat dalam saluran pencernaan akan mereduksisi nitrat
menjadi nitrit penyebabkan hemoglobin menjadi methemoglobin yang mengganggu transfer oksigen
ke dalam darah (Carpenter. 1998).
Nitrat yang memiliki ion stabil dengan kelarutan tinggi, sehingga jika menggunakan pengolahan air
yang konvensional dalam penyisihan nitrat sulit untuk dilakukan. Teknologi yang cocok untuk
penyisihan nitrat yaitu reverse osmosis, pertukaran ion (ion exhange), sistem bioreaktor membran
pertukaran ion, reduksi katalis, elektrolisis, proses karbon aktif, land disposal, distilasi, denitrifikasi
kimia, remediasi, phitoremediasi, pengolahan mikrobiologi, dan pengolahan anaerobik (Rajeswari.
2015).
Penyisihan nitrat & nitrit dengan reverse osmosis yaitu mendorong air melintasi membran semi
permiabel dengan memberikan tekanan antara 300 psi hingga 1500 psi (2070 Kpa – 10.350 Kpa).
Membran yang biasa digunakan yaitu membran selulosa asetat dan membran komposit untuk tingkat
lebih rendah. Kerugian dari RO yaitu besarnya konsentrasi ion terbuang yang dihasilkan. Untuk
influen NO3- sekitar 65% nitrat dan nitrit tersisihkan, sedangkan 35% lagi menjadi air garam. Jika
dibandingkan dengan pertukaran ion, pengolahan RO tiga kali lebih mahal (Ayyasamy. 2009).
Elektrolisis merupakan metode pengolahan air limbah dengan kapasitas penyisihan tinggi akan tetapi
biaya operasional tinggi. Elektrolisis tidak membutuhkan bahan kimia dan ion selektif, sehingga
nutrien dan kontaminan lainnya dapat dihilangkan bersama fluorida. Permasalahan yang sering terjadi
pada elekrolisis yaitu masalah polarisasi (Nur, T. 2014).
Ion exchange melibatkan pertukaran ion di dalam air dan resin. Resin penukar anion terdiri dari
polimer situs yang bermuatan positif akan mengikat ion bermuatan negatif begitu sebaliknya pada
resin penukar kation. Keuntungan dari pertukaran ion ini yaitu resin reuse, resin yang telah
diregenerasi dapat dijadikan pupuk. Pertukaran ion sangat cocok untuk pengolahan air tanah kecil dan
menengah dengan kadar organik terlarut rendah (Ayyasamy. 2009). Resin pertukaran ion sangat
II - 2
selektif dalam penyisihan nitrat dibandingkan dengan sulfat, karena kestabilan kimia serta mampu
mengontrol permukaan kimianya (Bulgarui. 2010). Pertukaran ion meupakan teknologi pilihan terbaik
karena biaya operasional rendah, mudah diterapkan, dan buangan produksi sedikit (Kalaruban. 2015).
2.3. Ion Exchange (Pertukaran Ion)
Adsorbsi adalah peristiwa penyerapan pada lapisan permukaan, dimana molekul dari suatu materi
terkumpul pada bagian adsorben. Sedangkan desorbsi merupakan pelepasan kembali ion/molekul yang
telah berikatan dengan gugus aktif pada adsorben. Proses adsorbsi digunakan istilah adsorbat dan
adsorban. Adsorbat adalah subtansi yang terjerap atau subtansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya.
Sedangkan adsorben adalah merupakan suatu media penyerap (Susiantini. 2013). Adsorpsi resin
adalah pengolahan yang dapat menjaga kestabilan kimia dan mampu untuk mengontrol permukaan
secara kimia (Chabani. 2006).
Proses pertukaran ion merupakan reaksi kimia antara ion-ion dalam fase liquid dengan ion-ion dalam
fase solid. Ion - ion tertentu dalam larutan akan diadsorb oleh exchanger solid, karena
electroneutrality harus dipertahankan maka exchanger solid akan melepaskan ionnya ke larutan
sebagai pengganti ion yang diadsorbsi (Rita. 2002).
Teknologi pengolahan air limbah penukaran ion (ion exchange) digunakan untuk memurnikan air dan
demineralisasi untuk menyisihkan zat seperti Ca2+, Mg2+, Na+, Cl-, SO42-, NO3-. Proses pertukaran ion
berlangsung dengan cepat dan reversible (Nur,et al. 2014). Tahapan – tahapan yang terjadi dalam ion
exchange adalah :
1. Lepasnya ion dari resin
2. Reaksi pertukaran ion dari resin dan larutan
3. Teradsorbnya ion dari larutan ke dalam permukaan resin
Reaksi antara ion nitrat dan resin dapat dinyatakan dengan persamaan kimia berikut.
R-Cl- + NO 3
Cl- + R-NO 3
(b)
Nitrit dapat dihilangkan dari air limbah dengan pertukaran ion menggunakan resin anion (R-Cl).
Reaksi yang terjadi antara nitrit dan resin (Li, Haigang. 2015) yaitu:
R – Cl + NO2-
R – NO2 + Cl-
(c)
2.4. Karakteristik Resin Purolite A400
Resin anion basa kuat secara umum mempunyai kapasitas adsorpsi tinggi dalam penyisihan nitrat.
Faktor yang mempengaruhi dalam selektivitas adsorpsi nitrat adalah panjang rantai karbon dalam
II - 3
resin, semakin panjang rantai karbon pada gugus fungsi dalam resin maka semakin besar selektivitas
adsorpsi nitrat pada energi yang rendah (Nur et al. 2014).
Purolite adalah salah satu resin penukar ion yang banyak digunakan dalam aplikasi pelunakan air,
namun dalam perhitungan koefisien perpindahan massanya selama ini secara sederhana dianggap
sebagai adsorben (Rita. 2002).
Purolite A400 adalah resin basa kuat berpori dengan struktur polimer polistirena berpori yang
berikatan silang dengan divinilbenzena dan memiliki gugus fungsi quaternary ammonium yang dapat
digunakan untuk menyisihkan nitrat (Purolite. 2016). Karakteristik dari resin anion Purolite A400
dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Karakteristik Resin Anion Purolite A400
Karakteristik
Aplikasi
Demineralisasi
Struktur Polimer
Polistirena berpori yang berikatan silang dengan divinilbenzena
Bentuk Wujud
Manik-manik bulat
Gugus Fungsi
Amonium kuartener jenis I
Bentuk Ion
Cl-
Total Kapasitas (min)
1,3 eq/l (28,4 kgr/ft3)(bentuk Cl-)
Retensi Kelembaban
48-54 % (bentuk Cl-)
Rentang Ukuran Partikel
300-1200 μm
1 ; unforable
-
0 < R < 1 ; favorable
-
R =1 ; linear
-
R = 0 ; irreversible
II - 9