BAB. II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Besi (Fe) Dalam Air.

II.1.1 Data propertis

Besi (Fe) adalah logam berwarna putih keperakan, liat dan dapat dibentuk. Fe di dalam susunan unsur berkala termasuk logam golongan VIII, dengan berat atom 55,85g.mol-1, nomor atom 26, berat jenis 7.86g.cm-3 dan umumnya mempunyai valensi 2 dan 3 (selain 1, 4, 6). Besi (Fe) adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi, dan jarang dijumpai dalam keadaan bebas, untuk mendapatkan unsur besi, campuran lain harus dipisahkan melalui penguraian kimia. Besi digunakan dalam proses produksi besi baja, yang bukan hanya unsur besi saja tetapi dalam bentuk alloy (campuran beberapa logam dan bukan logam, terutama karbon). (Eaton Et.al, 2005; Rumapea, 2009 dan Parulian, 2009).

II.1.2 Sumber Keberadaan

Kandungan Fe di bumi 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, air laut sekitar 1 – 3 ppb, pada air minum tidak lebih dari 200 ppb. Pada air permukaan biasanya kandungan zat besi relatif rendah yakni jarang melebihi 1 mg/L sedangkan konsentrasi besi pada air tanah bervariasi mulai dan 0,01 mg/l sampai dengan + 25 mg/l. Di alam biasanya banyak terdapat di dalam bijih besi hematite, magnetite, taconite, limonite, goethite, siderite dan pyrite (FeS), sedangkan di dalam air umumnya dalam bentuk terlarut sebagai senyawa garam ferri (Fe3+) atau garam ferro (Fe2+); tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter < 1 mm) atau lebih besar seperti, Fe(OH)3; dan 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, FeSO4, FeSO4.7 H2O, FeCO3, Fe(OH)2, FeCl2 sedangkan senyawa ferri yang sering dijumpai yaitu FePO4, Fe2O3, FeCl3, Fe(OH)3. (Eaton Et.al, 2005; Said, 2003; Perpamsi, 2002; Alaerts,1987 dan www.lenntech.com).

Pada air yang tidak mengandung oksigen O2, seperti seringkali air tanah, besi berada sebagai Fe2+ yang cukup dapat terlarut, sedangkan pada air sungai yang mengalir dan terjadi aerasi, Fe2+ teroksidasi menjadi Fe3+ yang sulit larut pada pH 6 sampai 8 (kelarutan hanya di bawah beberapa m g/l), bahkan dapat menjadi ferihidroksida Fe(OH)3, atau salah satu jenis oksida yang merupakan zat padat dan bisa mengendap. (Alaerts,1987)

II.1.3 Standar, Pengaruh dan Toksisitas.

Konsentrasi besi dalam air minum dibatasi maksimum 0.3 mg/l (sesuai Kepmenkes RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002), hal ini berdasarkan alasan masalah warna, rasa serta timbulnya kerak yang menempel pada sistem perpipaan. Manusia dan mahluk hidup lainnya dalam kadar tertentu memerlukan zat besi sebagai nutrient tetapi untuk kadar yang berlebihan perlu dihindari. Garam ferro misalnya (FeSO4) dengan konsentrasi 0.1 – 0.2 mg/L dapat menimbulkan rasa yang tidak enak pada air minum. Dengan dasar ini standar air minum WHO untuk Eropa menetapkan kadar besi dalam air minum maksium 0.1 mg/l sedangkan USEPA menetapkan kadar maksimum dalam air yaitu 0.3 mg/l. (Arifin, 2007; Eaton Et.al, 2005 dan Said, 2003).

Unsur besi mempunyai sifat – sifat yang sangat mirip dengan mangan  sehingga pengaruhnya juga hampir sama meskipun beberapa hal berbeda terutama nilai ambang batas. Di dalam air minum besi (Fe) dan mangan dapat berpengaruh seperti tersebut dibawah ini :

  1. Menimbulkan penyumbatan pada pipa disebabkan :

Secara langsung oleh deposit (tubercule) yang disebabkan oleh endapan besi sedangkan secara tidak langsung, disebabkan oleh kumpulan bakteri besi yang hidup di dalam pipa, karena air yang mengandung besi, disukai oleh bakteri besi.

  1. Selain itu kumpulan bakteri ini dapat meninggikan gaya gesek (losses) yang juga berakibat meningkatnya kebutuhan energi. Selain itu pula apabila bakteri tersebut mengalami degradasi dapat menyebabkan bau dan rasa tidak enak pada air.
  2. Besi dan mangan sendiri dalam konsentrasi yang lebih besar dan beberapa mg/l, akan memberikan suatu rasa pada air yang menggambarkan rasa logam, atau rasa obat.
  3. Keberadaan besi dan mangan juga dapat memberikan kenampakan keruh dan berwarna pada air dan meninggalkan noda pada pakaian yang dicuci dengan menggunakan air ini, oleh karena itu sangat tidak diharapkan pada industri kertas, pencelupan/textil dan pabrik minuman.
  4. Meninggalkan noda pada bak-bak kamar mandi dan peralatan lainnya (noda kecoklatan disebabkan oleh besi dan kehitaman oleh mangan).
  5. Endapan logam ini juga yang dapat memberikan masalah pada sistem penyediaan air secara individu (sumur).
  6. Pada ion exchanger endapan besi dan mangan yang terbentuk, seringkali mengakibatkan penyumbatan atau menyelubungi media pertukaran ion (resin), yang mengakibatkan hilangnya kapasitas pertukaran ion.
  7. Menyebabkan keluhan pada konsumen (seperti kasus “red water”) bila endapan besi dan mangan yang terakumulasi di dalam pipa, tersuspensi kembali disebabkan oleh adanya kenaikan debit atau kenaikan tekanan di dalam pipa/sistem distribusi, sehingga akan terbawa ke konsumen.
  8. Fe2+ juga menimbulkan corrosive yang disebabkan oleh bakteri golongan Crenothric dan Clonothrix. (Oktiawan, dkk., 2007. Saifudin, 2005 ; Said, 2003 dan Perpamsi, 2002).

Zat besi (Fe) adalah merupakan suatu komponen dari berbagai enzim yang mempengaruhi seluruh reaksi kimia yang penting di dalam tubuh meskipun sukar diserap (10-15%). Besi juga merupakan komponen dari hemoglobin yaitu sekitar 75%, yang memungkinkan sel darah merah membawa oksigen dan mengantarkannya ke jaringan tubuh. Kelebihan zat besi (Fe) bisa menyebabkan keracunan dimana terjadi muntah, kerusakan usus, penuaan dini hingga kematian mendadak, mudah marah, radang sendi, cacat lahir, gusi berdarah, kanker, cardiomyopathies, sirosis ginjal, sembelit, diabetes, diare, pusing, mudah lelah, kulit kehitam – hitaman, sakit kepala, gagal hati, hepatitis, mudah emosi, hiperaktif, hipertensi, infeksi, insomnia, sakit liver, masalah mental, rasa logam di mulut, myasthenia gravis, nausea, nevi, mudah gelisah dan iritasi, parkinson, rematik, sikoprenia, sariawan perut, sickle-cell anemia, keras kepala, strabismus, gangguan penyerapan vitamin dan mineral, serta hemokromatis. (Parulian, 2009 dan Paul C. Eck, Et.al., 1989).

Besi (Fe) dibutuhkan oleh tubuh dalam pembentukan haemoglobin sehingga jika kekurangan besi (Fe) akan mempengaruhi pembentukan haemoglobin tersebut. Besi (Fe) juga terdapat dalam serum protein yang disebut dengan “transferin” berperan untuk mentransfer besi (Fe) dari jaringan yang satu ke jaringan lain. Besi (Fe) juga berperan dalam aktifitas beberapa enzim seperti sitokrom dan flavo protein. Apabila tubuh tidak mampu mengekskresikan besi (Fe) akan menjadi akumulasi besi (Fe) karenanya warna kulit menjadi hitam. Debu besi (Fe) juga dapat diakumulasi di dalam alveori menyebabkan berkurangnya fungsi paru-paru. Kekurangan besi (Fe) dalam diet akan mengakibatkan defisiensi yaitu kehilangan darah yang berat yang sering terjadi pada penderita tumor saluran pencernaan, lambung dan pada menstruasi. Defisiensi besi (Fe) menimbulkan gejala anemia seperti kelemahan, fatigue, sulit bernafas waktu berolahraga, kepala pusing, diare, penurunan nafsu makan, kulit pucat, kuku berkerut, kasar dan cekung serta terasa dingin pada tangan dan kaki. (Rumapea, 2009 dan Siregar, 2009).

II.2 Mangan (Mn) Dalam Air.

II.2.1 Data propertis

Mangan (Mn) adalah logam berwarna abu – abu keperakan yang merupakan unsur pertama logam golongan VIIB, dengan berat atom 54.94 g.mol-1, nomor atom 25, berat jenis 7.43g.cm-3, dan mempunyai valensi 2, 4, dan 7 (selain 1, 3, 5, dan 6). Mangan digunakan dalam campuran baja, industri pigmen, las, pupuk, pestisida, keramik, elektronik, dan alloy (campuran beberapa logam dan bukan logam, terutama karbon), industri baterai, cat, dan zat tambahan pada makanan. Di alam jarang sekali berada dalam keadaan unsur. Umumnya berada dalam keadaan senyawa dengan berbagai macam valensi. Di dalam hubungannya dengan kualitas air yang sering dijumpai adalah senyawa mangan dengan valensi 2, valensi 4, valensi 6. Di dalam sistem air alami dan juga di dalam sistem pengolahan air, senyawa mangan dan besi berubah-ubah tergantung derajat keasaman (pH) air. Perubahan senyawa besi dan mangan di alam berdasarkan kondisi pH secara garis besar dapat ditunjukan sesuai gambar 1 yang memperlihatkan bahwa di dalam sistem air alami pada kondisi reduksi, mangan dan juga besi pada umumnya mempunyai valensi dua yang larut dalam air. Oleh karena itu di dalam sistem pengolahan air, senyawa mangan dan besi valensi dua tersebut dengan berbagai cara dioksidasi menjadi senyawa yang memiliki valensi yang lebih tinggi yang tidak larut dalam air sehingga dapat dengan mudah dipisahkan secara fisik. Mangan di dalam senyawa MnCO3, Mn(OH)2 mempunyai valensi dua, zat tersebut relatif sulit larut dalam air, tetapi untuk senyawa Mn seperti garam MnCl2, MnSO4, Mn(NO3)2 mempunyai kelarutan yang besar di dalam air. (Eaton Et.al, 2005; Janelle, 2004 dan Said, 2003).

II.2.2 Sumber Keberadaan

Kandungan Mn di bumi sekitar 1060 ppm, di tanah sekitar 61 – 1010 ppm, di sungai sekitar 7 mg/l, di laut sekitar 10 ppm, di air tanah sekitar <0.1 mg/l. Mangan terdapat dalam bentuk kompleks dengan bikarbonat, mineral dan organik. Unsur mangan pada air permukaan berupa ion bervalensi empat dalam bentuk organik kompleks. Mangan banyak terdapat dalam pyrolusite (MnO2), braunite, (Mn2+Mn3+6)(SiO12), psilomelane (Ba,H2O)2Mn5O10 dan rhodochrosite (MnCO3). (Eaton Et.al, 2005, Said, 2003; Perpamsi, 2002; dan (http://en.wikipedia.or).

II.2.3 Standar, Pengaruh dan Toksisitas.

Konsentrasi mangan di dalam sistem air alami umumnya kurang dari 0.1 mg/l, jika konsentrasi melebihi 1 mg/l maka dengan cara pengolahan biasa sangat sulit untuk menurunkan konsentrasi sampai derajat yang diijinkan sebagai air minum. Oleh karena itu perlu cara pengolahan yang khusus. Pada tahun 1961 WHO menetapkan konsentrasi mangan dalam air minum di Eropa maksimum sebesar 0.1 mg/l, tetapi selanjutnya diperbaharui menjadi 0.05 mg/L. Di Amerika Serikat (U.S. EPA) sejak awal menetapkan konsentrasi mangan di dalam air minum maksimum 0.05 mg/l. Jepang menetapkan total konsentrasi besi dan mangan di dalam air minum maksimum 0.3 mg/l. Indonesia berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan No. 907 tahun 2002 menetapkan kadar zat besi di dalam air minum maksimum 0.3 dan Mangan maksimum sebesar 0.1 mg/l. (Eaton Et.al, 2005 dan Said, 2003).

Unsur Mn mempunyai sifat – sifat yang sangat mirip dengan besi   sehingga pengaruhnya juga hampir sama sesuai uraian II.1.3. Mangan termasuk logam esensial yang dibutuhkan oleh tubuh sebagaimana zat besi. Tubuh manusia mengandung Mn sekitar 10 mg dan banyak ditemukan di liver, tulang, dan ginjal. Mn dapat membantu kinerja liver dalam memproduksi urea, superoxide dismutase, karboksilase piruvat, dan enzim glikoneogenesis serta membantu kinerja otak bersama enzim glutamine sintetase. Kelebihan Mn dapat menimbulkan racun yang lebih kuat dibanding besi. Toksisitas Mn hampir sama dengan nikel dan tembaga. Mangan bervalensi 2 terutama dalam bentuk permanganat merupakan oksidator kuat yang dapat mengganggu membran mucous, menyebabkan gangguan kerongkongan, timbulnya penyakit “manganism” yaitu sejenis penyakit parkinson, gangguan tulang, osteoporosis, penyakit Perthe’s, gangguan kardiovaskuler, hati, reproduksi dan perkembangan mental, hipertensi, hepatitis, posthepatic cirrhosis, perubahan warna rambut, kegemukan, masalah kulit, kolesterol, neurological symptoms dan menyebabkan epilepsi. (Janelle, 2004; www.digitalnaturopath.com; www.lenntech.com ; http://lpi.oregonstate.edu dan http://en.wikipedia.org)

II.3 Penghilangan Besi (Fe) dan Mangan (Mn)

Baik besi maupun mangan, dalam air biasanya terlarut dalam bentuk senyawa atau garam bikarbonat, garam sulfat, hidroksida dan juga dalam bentuk kolloid atau dalam keadaan bergabung dengan senyawa organik. Oleh karena itu cara pengolahannyapun harus disesuaikan dengan bentuk senyawa besi dan mangan dalam air yang akan diolah. Pada proses penghilangan besi dan mangan, prinsipnya adalah proses oksidasi, yaitu menaikkan tingkat oksidasi oleh suatu oksidator dengan tujuan merubah bentuk bentuk besi terlarut menjadi bentuk besi tidak terlarut (endapan). Endapan yang terbentuk dihilangkan dengan proses sedimentasi dan filtrasi. (Oktiawan, dkk., 2007 dan Said, dkk., 1999).

Pada umumnya metode yang digunakan untuk menghilangkan besi dan mangan adalah metode fisika, kimia, biologi maupun kombinasi dari masing – masing metode tersebut. Metode fisika dapat dilakukan dengan cara filtrasi, aerasi, presipitasi, elektrolitik, pertukaran ion (ion exchange), adsorpsi dan sebagainya. Metode kimia dapat dilakukan dengan pembubuhan senyawa khlor, permanganat, kapur – soda, ozon, polyphosphat, koagulan, flokulan, dan sebagainya. Metode biologi dapat dilakukan dengan cara menggunakan mikroorganisme autotropis tertentu seperti bakteri besi yang mampu mengoksidasi senyawa besi dan mangan. (Oktiawan, dkk., 2007; Said, 2003; Perpamsi, 2002; Qasim, Et.al., 2000; Said, dkk., 1999; dan Bruce Seelig, 1992).

Pemilihan proses tersebut dipilih berdasarkan besarnya konsentrasi zat besi atau mangan serta kondisi air baku yang digunakan. Untuk menghilangkan zat besi dan mangan di dalam air yang paling sering digunakan adalah dengan cara proses oksidasi secara kimiawi kemudian dilanjutkan dengan pemisahan endapan/ suspensi/ dispersi atau (suspended solid) yang terbentuk menggunakan proses sedimentasi dan atau filtrasi. Untuk meningkatkan efisiensi pemisahan endapan tersebut maka dapat digunakan proses koagulasi-flokulasi yang dilanjutkan dengan sedimentasi dan filtrasi. (Said, 2003; Perpamsi, 2002 dan Said, dkk., 1999)

DAFTAR PUSTAKA

  1. ­Ahmad bin Jusoh. Et. al. 2005. Study on the Removal of Iron and Manganese in Groundwater by Granular Activated Carbon. Santa Margherita – Italia : Elsevier.
  2. Anonim. Iron and Manganese Removal. Minnesota – USA : SDWA
  3. Alaerts, G. dan Sri Santika Sumestri. 1987. Metode Penelitian Air. Surabaya: Usaha Nasional
  4. Arifin. 2007. Tinjauan dan Evaluasi Proses Kimia (Koagulasi, Netralisasi, Desinfeksi) di Instalasi Pengolahan Air Minum Cikokol, Tangerang. Tangerang : PT. Tirta Kencana Cahaya Mandiri.
  5. Arifiani, N.F dan Hadiwidodo, M. 2007. Evaluasi Desain Instalasi Pengolahan Air PDAM Ibu Kota Kecamatan Prambanan Kabupaten Klaten. Semarang : FT-TL Universitas Diponegoro.
  6. Bruce Seelig. Et. al. 1992. Treatment System for Household Water Supplies ; Iron and Manganese Removal. USA : NDSU.
  7. C. Calderon. Et. al. 2005. Iron And Manganese Removal From Water. Mexico : Mexican Institute of Water Technology
  8. Eaton, Andrew. Et.al. 2005. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 21st Edition. Marryland – USA : American Public Health Association.
  9. Janelle Crossgrove dan Wei Zheng. 2004. Review Article : Manganese Toxicity Upon Overexposure. Indiana – USA : John Wiley & Sons, Ltd.
  10. Kwang Ho Choo. Et. al. 2005. Iron and Manganese Removal and Membrane Fouling During UF in Conjunction With Prechlorination for Drinking Water Treatment. Daegu – Republik Korea : Kyungpook National University.
  11. Liyuan Liang. 1988. Effect of Surface Chemistry on Kinetics of Coagulation of Submicron Iron Oxide Particles (a-Fe2O3) in Water. Pasadena – USA : California Institute of Technology.
  12. M.C Hodgkinson. Et. al. 1990. Deposition of Manganese in a Drinking Water Distribution System. Brisbane – Australia : University of Queensland.
  13. M.S. Malhotra. 1994. Poly Aluminium Chloride as an Alternative Coagulant. Colombo – Sri Lanka : WEDC
  14. M. Rehbun, N. Mazursky dan A. Oscar. 2000. Flocculation With Poly Aluminium Chloride. Haifa : Israel Institute of Technology.
  15. Oktiawan, W dan Krisbiantoro. 2007. Efektifitas Penurunan Fe2+ Dengan Unit Saringan Pasir Cepat Media Pasir Aktif. Semarang : FT-TL Universitas Diponegoro.
  16. Parulian, Alwin. 2009. Monitoring dan Analisis Kadar Aluminium (Al) dan Besi (Fe) Pada Pengolahan Air Minum PDAM Tirtanadi Sunggal. Medan : Pascasarjana – Universitas Sumatera Utara (USU).
  17. Pahlevi, M.R. 2009. Analisis Kadar (Fe) dan Mangan Dari Air Gambut Setelah Dijernihkan Dengan Penambahan Tulang Ayam. Medan : Pascasarjana – Universitas Sumatera Utara (USU).
  18. Paul C. Eck dan Larry Wilson. 1989. Iron Toxicity. Arizona – USA : The Eck Institute of Applied Nutrition and Bioenergetics, Ltd.
  19. Rahayu, Tuti. 2004. Karakteristik Air Sumur Dangkal Di Wilayah Kartasura Dan Upaya Penjernihannya. Surakarta : FKIP – Universitas Muhammadiyah.
  20. Rumapea, Nurmida. 2009. Penggunaan Kitosan dan Polyaluminium Chlorida (PAC) Untuk Menurunkan Kadar Logam Besi (Fe) dan Seng (Zn) Dalam Air Gambut. Medan : Pascasarjana – USU.
  21. Ruswanti, I. dkk. 2010. Membran Kitosan Padat Dari Cangkang Rajungan (Portunus pelagicus) dan Aplikasinya Sebagai Adsorben Ion Mangan (II) dan Besi (II). Semarang : Universitas Diponegoro.
  22. Ralph H. Petrucci, 1993. Kimia Dasar, Prinsip dan Terapan Modern. Jakarta : Erlangga
  23. Said, Nusa Idaman. 2003. Metoda Praktis penghilangan Zat besi dan Mangan Di Dalam Air Minum. Jakarta : Kelair – BPPT
  24. Said, N.S dan Wahjono, H.D. 1999. Pembuatan Filter Untuk Menghilangkan Zat Besi dan Mangan Di Dalam Air. Jakarta : BPPT
  25. Saifudin, M.R. dkk. 2004. Efektivitas Kombinasi Filter Pasir-Zeolit, Pasir-Karbon Aktif dan Zeolit-Karbon Aktif Terhadap Penurunan Kadar Mangan (Mn) Di Desa  Danyung Kecamatan Grogol Kabupaten Sukoharjo Tahun 2004. Di Dalam Jurnal Infokes Vol 8 No.1 Maret – September 2004.
  26. Saifudin, M.R dan Astuti, D. 2005. Kombinasi Media Filter Untuk Menurunkan Kadar Besi (Fe). Surakarta : Universitas Muhammadiyah
  27. Siregar, M. 2009. Pengaruh Berat Molekul Kitosan Nanopartikel Untuk Menurunkan Kadar Logam Besi (Fe) dan Zat Warna Pada Limbah Industri Tekstil Jeans. Medan : Pascasarjana – Universitas Sumatera Utara.
  28. Sukardjo. 1990. Kimia Anorganik. Jakarta : Rineka Cipta
  29. Sugiharto.1987. Dasar – dasar Pengelolaan Air Limbah. Jakarta: UI.
  30. Qasim, S.R. Et. Al. 2000. Water Work Engineering: Planning, Design & Operation. Texas : Prentice Hall PTR.
  31. Winarni. 2003. Koagulasi Menggunakan Alum dan PACI. Jakarta : F-ALTL, Universitas Trisakti.
  32. http://www.digitalnaturopath.com/cond/C686313.html
  33. http://lpi.oregonstate.edu/infocenter/minerals/manganese/
  34. http://www.lenntech.com
  35. http://en.wikipedia.org/wiki/Manganese

DATA PENDUKUNG

  1. Dinas LH, 2006. Kajian Penetapan Baku Mutu Lingkungan untuk Limbah Cair di Kota Tangerang. Tangerang : Pemkot Tangerang
  2. Hach. 2002. Water Analysis Handbook. 4th Edition. USA : Hach Company.
  3. Keputusan Menteri Kesehatan RI. No. 907/MenKes/SK/VII/2002. Lampiran II, Tentang Kualitas Air Minum.
  4. Peraturan Pemerintah RI. No. 82 Tahun. 2001. Tentang Pengelolaan Kualitas Air Dan Pengendalian Pencemaran Air
  5. Perpamsi, Forkami. 2002. Peraturan Teknis Instalasi Pengolahan Air Minum. Jakarta : Tirta Dharma

Adopted by arifin_pararaja@yahoo.co.id from : BAB.II TINJAUAN PUSTAKA. Sub. II.1 – II.3 dari

Arifin. 2010. KAJIAN PENGHILANGAN BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) DI IPA CIKOKOL – TANGERANG. Tangerang : PT. Tirta Kencana Cahaya Mandiri.

About these ads