KIMIA LINGKUNGAN Husnul Hatimah, S.Pd., M.Sc. Editor Pahriah, M.Pd

PENERBIT CV. PENA PERSADA i

KIMIA LINGKUNGAN Penulis : Husnul Hatimah, S.Pd., M.Sc. ISBN : 978-623-6504-93-2 Design Cover : Retnani Nur Briliant Layout : Nisa Falahia Penerbit CV. Pena Persada Redaksi : Jl. Gerilya No. 292 Purwokerto Selatan, Kab. Banyumas Jawa Tengah Email : [email protected] Website : penapersada.com Phone : (0281) 7771388 Anggota IKAPI All right reserved Cetakan pertama : Agustus 2020

Hak cipta dilindungi oleh undang-undang. Dilarang memperbanyak karya tulis ini dalam bentuk apapun tanpa izin penerbit. ii

KATA PENGANTAR Bismillahirrohmaanirrohim Dengan mengucap puji syukur kehadirat Allah Yang Maha Kuasa, sholawat atas Nabi Muhammad SAW dan keluarganya, akhirnya penulisan buku ajar mata Kuliah Kimia Lingkungan dapat terselesaikan. Buku ajar ini ditulis untuk membantu mahasiswa dalam mempelajari Kimia Lingkungan dan meringankan tugas dosen pengampu mata kuliah yang berkaitan. Penyusunan buku ajar ini didasarkan pada pengalaman memberikan kuliah dan juga dari membaca buku ilmu kimia. Penulis tidak akan dapat menyusun buku ajar ini tanpa bantuan bacaan itu. Konsep, contoh, prinsip, gambar, ilustrasi, dan pemikiran dalam buku itu yang sesuai dengan pemikiran penulis, dituangkan pula dalam buku ajar ini. Sehingga tidak menutup kemungkinan di dalam buku ajar ini ditemukan contoh, susunan kalimat, atau gambar yang sama bahkan persis sama dengan buku bacaan itu. Hal ini bukan untuk menjiplak buku bacaan itu, tetapi penulis hawatir ketika merubah kalimat akan memberikan makna yang lain, demikian pula dengan gambar, penulis tidak tahu gambar lain seperti gambar dalam buku bacaan itu. Melalui pengantar ini, penulis mengharapkan penulis buku yang bukunya digunakan sebagai rujukan dalam penulisan buku ajar ini, mengizinkan sebagai konsep, prinsip, contoh, gambar, ilustrasi, dan pemikirannya dicantumkan pada buku ajar ini. Terimakasih, hanya Allah S.W.T yang bisa membalas kebaikan Anda. Mataram, 7 Agustus 2020

Penulis

iii

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .........................................................................iii DAFTAR ISI ........................................................................................iv DAFTAR GAMBAR ..........................................................................vi BAB I MASALAH-MASALAH LINGKUNGAN GLOBAL .......1 A. Pendahuluan .............................................................................1 B. Pemanasan Global ....................................................................2 C. Hujan Asam (Acid Rain)..........................................................5 D. Penipisan Lapisan Ozon ..........................................................6 E. Beberapa Kebijakan Internasional Tentang Lingkungan Hidup .........................................................................................11 BAB II KIMIA AIR .............................................................................15 A. Pendahuluan .............................................................................15 B. Sumber Dan Kegunaan Air .....................................................15 C. Sifat-Sifat Yang Unik Dari Air ................................................18 D. Sifat-Sifat Unik Badan Air .......................................................21 E. Sifat-Sifat Kimia Perairan ........................................................23 F. Mikroorganisme Sebagai Katalis Reaksi Kimia Perairan ....30 G. Kehidupan Akuatik ..................................................................34 H. Bahan-Bahan Kimia Dalam Perairan .....................................36 I. Pencemaran Air ........................................................................51 BAB III KIMIA ATMOSFER ............................................................78 A. Pendahuluan .............................................................................78 B. Sifat dan Susunan Atmosfer....................................................78 C. Pembagian Wilayah Atmosfer ................................................82 D. Keseimbangan Panas Bumi .....................................................84 E. Bahan Kimia Dan Reaksi-Reaksi Fotokimia dalam Atmosfer ....................................................................................86 F. Pencemaran Udara ...................................................................98 G. Zat-zat Pencemar Udara ..........................................................101 BAB IV KIMIA TANAH....................................................................114 A. Pendahuluan .............................................................................114 B. Geosfer .......................................................................................114 C. Sifat-Sifat Tanah ........................................................................118 D. Air Dan Udara Dalam Tanah ..................................................119 E. Bahan-Bahan Organik Dalam Tanah .....................................121 iv

F. Reaksi Asam-Basa Dan Ionexchange Dalam Tanah............ 124 G. Hara Makro dan Mikro dalam Tanah ................................... 126 H. Pencemaran Tanah................................................................... 127 BAB V SIKLUS BIOGEOKIMIA ................................................... 137 A. Pendahuluan............................................................................. 137 B. Siklus Karbon ........................................................................... 140 C. Siklus Nitrogen......................................................................... 141 D. Siklus Oksigen .......................................................................... 143 E. Siklus Belerang ......................................................................... 144 F. Siklus Fosfor ............................................................................. 145 BAB VI TOKSIKOLOGI KIMIA ................................................... 146 A. Pendahuluan............................................................................. 146 B. Klasifikasi Bahan Toksik ......................................................... 147 C. Karakteristik Pemaparan ........................................................ 148 D. Jalur Masuk Dan Tempat Pemaparan ................................... 148 E. Interaksi Bahan Kimia ............................................................. 150 F. Dosis-Respons .......................................................................... 151 G. Absorbsi, Distribusi, Dan Ekskresi Toksikan ....................... 152 H. Biotransformasi Toksikan ....................................................... 161 I. Efek Toksikan ........................................................................... 162 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................... 163

v

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Terjadinya Efek Rumah Kaca ........................................2 Gambar 1.2 Terjadinya Hujan Asam .................................................5 Gambar 2.1 Siklus Air .........................................................................16 Gambar 2.2 Stratifikasi Sebuah Danau .............................................22 Gambar 2.3 EDTA ................................................................................29 Gambar 2.4 Mikroorganisme Hidup .................................................31 Gambar 2.5 Siklus Bahan Pencemar di Lingkungan .......................52 Gambar 2.6 Kurva Pertumbuhan Organisme Akuatik ...................63 Gambar 2.7 Aktivitas Enzim ..............................................................63 Gambar 2.8 Bentuk Partikel Koloid Sabun .......................................69 Gambar 3.1 Pembagian Wilayah Atmosfer ......................................82 Gambar 3.2 Sabuk Van Allen .............................................................89 Gambar 3.3 Siklus Oksigen.................................................................90 Gambar 4.1 Pembagian Horizon Tanah............................................119 Gambar 4.2 Transpirasi Pada Tumbuhan.........................................120 Gambar 5.1 Biosfer ...............................................................................138 Gambar 5.2 Siklus Materi....................................................................139 Gambar 5.3 Siklus Karbon ..................................................................140 Gambar 5.4 Siklus Nitrogen ...............................................................142 Gambar 5.5 Siklus Oksigen.................................................................143 Gambar 5.6 Siklus Fosfor ...................................................................144 Gambar 6.1 Kurva Dosis Respon .......................................................152

vi

BAB I MASALAH-MASALAH LINGKUNGAN GLOBAL A. PENDAHULUAN Dalam kehidupan sehari-hari sering ditemukan berbagai masalah, mulai dari masalah sosial dan ekonomi seperti: masalah dalam keluarga, lingkungan tetangga atau masyarakat, masalah pengangguran, kemiskinan, kesehatan dan sebagainya. Selain itu ada juga masalah yang bersifat fisik yang merupakan lingkungan hidup manusia. Masalah-masalah yang berhubungan dengan lingkungan fisik saat ini antara lain adalah pencemaran lingkungan dengan segala dampak yang ditimbulkannya. Pada saat ini pencemaran berlangsung di mana-mana dengan laju begitu cepat yang tidak pernah terjadi sebelumnya. Kecenderungan pencemaran akhir-akhir ini mengarah kepada dua hal yaitu: (1) Ke arahpembuangan senyawa-senyawa kimia tertentu yang semakin meningkat, terutama pembakaran minyak bumi secara nyata saat ini sudah merubah sistem alami padaskala global. (2) Ke arah meningkatnya penggunaan bahan berbahaya beracun (B3) oleh berbagai kegiatan industri dengan pembuangan limbahnya ke lingkungan. Akibatnya timbul masalah-masalah yang bersifat global antara lain: pemanasan global, hujan asam (acid rain), menipisnya lapisan ozon dan sebagainya. Masalah lain yang juga terjadi secara global adalah penyalahgunaan zat-zat adiktif seperti ganja, heroin, amfetamin, dan sebagainya dengan segala dampak negatif yang ditimbulkannya. Peredaran bahan-bahan berbahaya tersebut sudah semakin meningkat, di mana Indonesia sekarang ini sudah menjadi target pemasaran. Penyalahgunaan akan bahan-bahan tersebut terutama oleh kalangan remaja sudah dalam tahap mengkhawatirkan.

1

B. PEMANASAN GLOBAL Atmosfer bumi tidak pernah lepas dari perubahan. Komposisi, suhu dan kemampuan membersihkan diri selalu bervariasi sejak planet bumi ini terbentuk. Dengan makin meningkatnya jumlah penduduk yang disertai dengan meningkatnya kegiatan manusia terutama dalam bidang transportasi, maka pakar-pakar atmosfer dunia memprediksi akan terjadi kenaikan suhu di seluruh permukaan bumi yang dikenal dengan pemanasan global. Pemanasan global ini terjadi sangat cepat yang disebabkan adanya peningkatan efek rumah kaca dan gas rumah kaca. Pada gambar 1.1berikut terlihat proses dari efek rumah kaca.

Gambar. 1.1 Terjadinya efek rumah kaca Sumber: http://www.pemanasanglobal.net/ Berdasarkan gambar di atas, menunjukkan bahwa efek rumah kaca terjadi karena adanya energi matahari yang masuk ke bumi mengalami: 1. 25 %dipantulkan oleh awan atau partikel lain di atmosfer. 2. 25 %diserap awan. 2

3. 45 %diadsorpsi permukaan bumi. 4. 5 %dipantulkan kembali oleh permukaan bumi. Energi yang diadsorpsi dipantulkan kembali dalam bentuk radiasi infra-merah oleh awan dan permukaan bumi. Namun sebagian besar infra-merah yang dipancarkan bumi tertahan oleh awan dan gas CO2 dan gas rumah kaca lainnya, untuk dikembalikan ke permukaan bumi. Dalam keadaan normal efek rumah kaca dibutuhkan. Dengan adanya efek rumah kaca perbedaan suhu antara siang dan malam di bumi tidak jauh berbeda, artinya pada waktu malam suhu rata-rata dipermukaan bumi yang tidak terkena energi matahari akan sangat rendah bila tidak ada efek rumah kaca.Selain gas CO2, yang dapat menimbulkan efek rumah kaca adalah sulfur dioksida (SO2), nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2) serta beberapa senyawa organik seperti gas metana (CELO dan kholro-fluoro karbon (CFC). Gas-gas tersebut memegang peranan penting dalam meningkatkan efek rumah kaca dan disebut gas rumah kaca. Dalam tabel dibawah ini (Tabel 1.1) tampak kontribusi dari gasgas tersebut pada efek rumah kaca dan sumber energi global. Tabel 1.1 Kontribusi Gas-gas pada Efek Rumah Kaca dan Sumber EmisiGlobal Kontribusi Sumber emisi Gas pada efek % global rumah kaca Batu bara 29 29 Minyak bumi 11 Gas alam 45-50% CO2 20 Penggundulan 10 hutan lainnya CH4

10-20% Sumber: Kantor Menteri Negara KLH, 1990

-

3

1. Dampak Lingkungan Terhadap Pemanasan Global Selama era pra-industri, menurut perkiraan efek rumah kaca telah meningkatkan suhu bumi rata-rata sekitar I-5oC. Perkembangan ekonomi dunia memperkirakan konsumsi global bahan bakar fosil akan terus meningkat. Hal ini menyebabkan emisi karbon dioksida antara 0.3-2% pertahun dan bila kecenderungan penigkatan gas rumah kaca tetap seperti sekarang akan menyebabkan peningkatan pemanasan global antara 1.5-4.5 °C sekitar tahun 2030. 2. Apa akibat dari kenaikan suhu tersebut? Perubahan (kenaikan) suhu yang cepat akan menyebabkan terjadinya perubahan iklim yang cepat. Hal ini dapat mengakibatkan terganggunya hutan dan ekosistem lainnya, sehingga mengurangi kemampuannya untuk menyerap karbon dioksida (CO2) di atmosfer. Lebih jauh lagi, pemanasan global dapat menyebabkan lepasnya karbon yang tersimpan dalam tanah dalam bentuk bahanbahan organik yang kemudian terurai menjadi CO 2 dan CH4 oleh kegiatan mikroba tanah. Iklim yang bertambah panas akan meningkatkan aktivitas mikroba, yang pada akhirnya akan meningkatkan pemanasan global. Pemanasan global mengakibatkan mencairnya gunung-gunung es di daerah kutub yang dapat menimbulkan naiknya permukaan air laut yang dapat mengancam pemukiman pinggir pantai. Naiknya permukaan laut juga membawa implikasi lain seperti erosi wilayah pesisir, kerusakan hutan bakau dan terumbu karang, naiknya salinitas di wilayah Estuaria dan wilayah pesisir lainnya, perubahan lokasi sendimentasi, berkurangnya intensitas cahaya di dasar laut serta naiknya ketinggian gelombang. Akibat perubahan iklim global, keseimbangan biologis di laut akan mengalami perubahan yang dapat meningkatkan jumlah ganggang di lautan. Beberapa jenis ganggang ini diketahui mengeluarkan racun yang membahayakan kehidupan laut dan dapat meracuni manusia yang memakan ikan dan hasil laut lainnya.

4

Jadi, perubahan iklim akibat pemanasan global bukan saja berdampak negatif terhadap ekosistem, melainkan juga langsung mempengaruhi sosial-ekonomi dan kesehatan masyarakat. C. HUJAN ASAM (ACID RAIN) Pandangan bahwa pencemaran udara semata-mata merupakan masalah urban kini mulai berubah,hal ini terjadi setelah adanya fakta turunya hujan asam dan pencemaran udara regional atau lintas batas lainnya. Atmosfer dapat mengangkut berbagai zat pencemar ratusan kilometer jauhnya, sebelum menjatuhkannya ke permukaan bumi. Dalam perjalanan jarak jauh ini, atmosfer bertindak sebagai reaktor kimia yang kompleks merubah zat pencemar setelah berinteraksi dengan substansi lain, uap air dan energi matahari. Pada kondisi tertentu sulfur oksida (SO*) dan nitrogen oksida (NOx) hasil pembakaran bahan bakar fosil akan bereaksi dengan molekul-molekul uap air di atmosfer menjadi asam sulfat (H2SO4) dan asam Nitrat (HNO3) yang selanjutnya turun ke permukaan bumi bersama air hujan yang dikenal dengan hujan asam. Agar lebih jelas, perhatikan gambar tentang hujan asam berikut.

Gambar 1.2 Terjadinya hujan asam (Sumber: http://envis.tropmet.res.in/)

5

Hujan asam telah menimbulkan masalah besar di daratan Eropa dan Amerika serta di Negara Asia termasuk Indonesia. Dampak negatif dari hujan asam selain rusaknya bangunan dan berkaratnya benda-benda yang terbuat dari logam, juga terjadinya kerusakan lingkungan terutama pengasaman (acidification)danau dan sungai. Ribuan danau airnya telah bersifat asam sehingga tidak ada lagi kehidupan akuatik, dikenal dengan “danau mati”. Di samping merusak ekosistem perairan, hujan asam mengancam komoditi pertanian serta menimbulkan kerusakan hutan. Pada akhir tahun 1985, paling sedikit 7 juta Ha hutan di 15 negara Eropa telah rusak dan pada tahun 1986 telah mencapai 30,7 Ha. Kerusakan hutan akibat hujan asam sekarang ini makin meluas dan makin meningkat tingkat kerusakannya. D. PENIPISAN LAPISAN OZON Ozon adalah suatu bentuk oksigen dengan tiga atom (O3). Secara alamiah ozon tersebar dalam stratosfer membentuk lapisan yang tebalnya kurang lebih 35 Km. Konsentrasi ozon dilapisan stratosfer bervariasi menurut ketinggian. Lapisan ozon yang tipis ini bila dibandingkan dengan tebalnya seluruh atmosfer bumi cukup efisien dalam menyaring semua sinar ultraviolet matahari yang berbahaya bagi mahluk hidup di bumi. Makin pendek panjang gelombang radiasi ultraviolet makin besar pula bahayanya terhadap kehidupan tetapi makin baik jika diabsorpsi oleh lapisan ozon. Radiasi ultraviolet dengan panjang gelombang pendek dikenal sebagai UV-C, dapat mematikan mahluk hidup. Ultraviolet dengan panjang gelombang lebih panjang yaitu UV-A, relatif kurang berbahaya dan hampir semuanya dapat menembus lapisan ozon. Jenis lain yaitu UV-B meskipun masih tetap berbahaya tetapi kurang mematikan dibanding UV-C. 1. Kerusakan Lapisan Ozon Lebih dari setengah abad lamanya dirasakan adanya kerusakan lapisan ozon sehingga terjadi penipisan lapisan tersebut di stratosfer. Hal ini teramati pada setiap musim 6

semi di wilayah selatan bumi, suatu lubang terbuka pada lapisan di bagian atas ozon. Pada ketinggian 15-20 Km diatas Antartika, 95% lapisan ozon telah lenyap. Lubang ini bertambah besar sejak tahun 1979 dan sepuluh tahun kemudian semakin besar pula. Penipisanlapisan ozon ini juga telah dibuktikan oleh data satelit cuaca Nimbus 7 milik badan ruang angkasa Amerika Serikat (NASA) dan terdapat banyak buktiyang menyatakan bahwa penipisan lapisan ozon telah terjadi di seluruh dunia. Belum begitu lama terbukti bahwa CFC-lah yang bertanggung jawab atas terjadinya lubang di lapisan ozon. 2. Dampak Pada Kesehatan dan Lingkungan Terhadap Bolongnya Lapisan Ozon Radiasi UV-B yang dapat menembus lapisan ozon cukup membahayakan. Radiasi ini merusak maten genetik DNA dan merupakan penyebab utama kanker kulit, jumlah penderitanya telah meningkat dengan cepat di seluruh dunia, kanker kulit ini di Amerika Serikat diperkirakan mencapai 300.000 kasus tiap tahunnya.Selain menimbulkan kanker kulit, radisai ultraviolet juga melemahkan kemampuan tubuh untuk mengatasinya dengan jalan menekan efisiensi sistem kekebalan, sehingga memudahkan kanker menyebar luas. Untuk setiap penipisan 1% lapisan ozon diperkirakan sebanyak 2% radiasi ultraviolet sampai di permukaan bumi, dan akan menyebabkan peningkatan terjadinya kanker kulit 2 sampai 5%. Selain itu di ketahui pula bahwa peningkatan kadar gas CO 2 di atmosfer dapat menyebabkan reaksi pembentukan ozon di stratosfer menurun, hal ini dapat menimbulkan kerusakan lapisan ozon tidak teratasi. Ultraviolet dapat juga menyebabkan penyakit katarak mata. Sekitar 12-15 juta orang di seluruh dunia menderita kebutaan akibat katarak dan 18-30 juta lainnya mengalami gangguan penglihatan dan diperkirakan makin lama jumlahnya makin meningkat bila kerusakan lapisan ozon tidak cepat ditanggulangi. Rusaknya lapisan ozon 7

berpengaruh pada bentuk kehidupan lain. Dari 300 jenis tanaman pertanian dan spesies tumbuhan lain lebih dari separuhnya sangat peka terhadap ultraviolet, seperti: kacang, melon, kubis dan sebagainya. Peningkatan radiasi UV-B dapat menurunkan kualitas tomat, kentang, kubis dan kedelai serta menurunkan produksi pertanian dan kehutanan. Radiasi UV-B juga dapat menimbulkan kerusakan sampai 20 m di bawah permukaan air yang jernih, terutama berbahaya bagi plankton, benihikan, udang dan kepiting serta tumbuhan yang memegang peranan penting dalam rantai makanan di laut. 3. Khloro Fluoro Karbon (CFC) Biang Keladi Kerusakan Lapisan Ozon Telah terbukti bahwa CFC-lah yang bertanggung jawab atas terjadinya lubang di lapisan ozon. CFC merupakan gas yang berwarna biru tua, stabil, tidak mudah terbakar, mudah disimpan dan murah harganya. Karena sifat-sifat itulah penggunaan CFC meluas dimana-mana. CFC pertama kali digunakan pada lemari es, kemudian digunakan sebagai pendorong aerosol dalam kaleng atau botol penyemprot juga digunakan untuk membersihkan sirkuit komputer yang halus. Sejak tahun 1988 produksi CFC seluruh dunia digunakan sebagai berikut: 30 % pada lemari es dan pendingin udar pada 19 % aerosol kaleng penyemprot 28 % pada karet dan karton “fastfood” 19% sebagai pembersih 4% keperluan lainnya Sifat stabil dan CFC yang sangat bermanfaat di bumi ini memberi peluang baginya untuk merusak lapisan ozon. CFC yang terdifusi ke stratosfer akan mengalami pemutusan ikatan kimianya oleh radiasi UV-Cmenghasilkan khlor-khlor yang bebas bersifat sangat reaktif, kemudian mengikat sebuah atom oksigen dan molekul ozon (O3) 8

sehingga merubah ozon tersebut menjadi molekul oksigen biasa (O2). Reaksi perubahan ozon menjadi molekul oksigen terlihat dibawah ini: CFC-13 + uv → CFC-12 + el* Cl' + O3 → CIO+O2 O2 +wvenergi → 2O CIO + 2O → O2 + Cl' Cr + O3 →ClO + O 2 (kembalike step 2 dan reaksi berlanjut terus ) Senyawa lainnya yang sekerabat dengan CFC yaitu halon, ternyata lebih merusak lapisan ozon. Halon yang digunakan sebagai pemadamkebakaran ternyata merusak ozon sepuluh kali lebih efektif dari CFC. Halon meskipun dengan konsentrasi sangat rendah di atmosfer kadarnya akan meningkat 2 kali dalam kurun waktu 5 tahun. Jenis CFC yang paling merusak ozon ini, kadarnya juga meningkat cepat di atmosfer. Konsentrasi CFC-11 (CFC-I3) dan CFC-12 (CF2C-12) meningkat 2 kali setiap 17 tahun, sedangkan CFC-13 setiap enam tahun.Senyawa khlorofluoro karbon (CFC) ini juga sangat membahayakan karena berumur panjang. Di bawah ini rata-rata umur dan beberapa senyawa CFC dan Halon. Tabel 1.3 Jenis dan Rata-rata Umur CFC di Atmosfer Jenis CFC CFC-11 CFC-12 CFC-13 Halon-1301

Rata-rata umur datmosfer 17 tahun 111 tahun 90 tahun 110 tahun Sumber: Manahan, 1994

Beberapa senyawa kimia lainnya yang berperan dalam merusak lapisan ozon adalah CCl4 (karbon tetrakhlorida), CHCl3 (metil chloroform) dan NO2 (nitrogen dioksida).

9

4. Penanggulangan Kerusakan Lapisan Ozon Kerusakan lapisan ozon menjadi semakin meyakinkan dengan ditemukannya lapisan ozon yang berlubang awal tahun 1985 dibertambah luas, selain di daerah kutub utara juga terjadi di atas kawasan berpenduduk padat. Rusaknya lapisan ozon di stratosfer lintang tengah sampai utara berjalan jauh lebih cepat dari yang diperkirakan. Hasil pengamatan satelit menunjukan lubang ozon di Antartika lebih luas dari wilayah Amerika Serikat. Upaya perlindungan terhadap lapisan ozon dilakukan melalui “Konvensi Wina” pada tahun 1985 dan pada tahun 1987 Amerika Serikat melarang penggunaan CFC yang digunakan pada aerosol. Dua tahun kemudian sejumlah peraturan selesai disusun dalam “Protokol Montreal” dan diberlakukan mulai Januari 1989. Protokol ini diratifikasi 36 negara yangmencakup 80% konsumen CFC dunia, mengusulkan agar diturunkan produksi dan penggunaan lima bahan kimia CFC dan tiga jenis Halon secara bertahap sampai tuntas tahun 2005. Meskipun agak terlambat Indonesia juga meratifikasi Konvensi Wina dan Protokol Montreal pada tahun 1992. Dengan demikian Indonesia sepakat menghentikan pembuatan dan penggunaan bahan perusak ozon tersebut dan mulai Januari 1997 telah dilakukan larangan impor CFC dan sebagai penggantinya adalah HCFC (Hidro-ChloroFluoro-Carbon) yang mendapat subsidi dari pemerintah dalam bentuk bea masuk yang lebih kecil. Dengan berlakunya ketentuan itu, Indonesia akan mengeluarkan sanksi bagi importir produk yang mengandung zat penipis lapisan ozon (Ozon Depletion Substanees/ODS) antara lain dengan pengembalian produk impor tersebut ke Negara asal. Badan Perlindungan Lingkungan Dunia mengemukakan, bila Indonesia tidak melakukan hal tersebut diatas diperkirakan penggunaan

10

ODS akan meningkat dan pada tahun 2010 sudah hampir 4 kali lipat dari penggunaan tahun 1998. E. BEBERAPA KEBIJAKAN INTERNASIONAL TENTANG LINGKUNGAN HIDUP Setelah bertahun-tahun sejak revolusi industri pertengahan abad ke-18, baru pada pertengahan abad ke-20 dunia mengalami kejutan yang merangsang kepedulian akan gawatnya masalah lingkungan yang kita hadapi. Akhirnya atas usul Pemerintah Swedia diselenggarakanlah Konferensi Internasional PBB tentang Lingkungan Hidup Manusia dalam upaya penyelamatan lingkungan hidup secara global. Beberapa kebijakan internasional tentang lingkungan hidup yang telah dihasilkan diantaranya adalah dimulai dengan terbentuknya konferensi Stockholm, disusul dengan konferensi Rio de Janeiro, protocol Kyoto, dan protocol montrel. 1. Konfrensi Stockolm (juni 1972) Konferensi PBB tentang Lingkungan Hidup Sedunia yang diselenggarakan pada bulan Juni 1972 di Stockholm, Swedia, dapat dianggap sebagai pengejawantahan kesadaran masyarakat internasional akan pentingnya kerja sama penanganan masalah lingkungan hidup dan sekaligus menjadi titik awal pertemuan berikutnya yang membicarakan masalah pembangunan dan lingkungan hidup. Konferensi Stockholm dengan motto Hanya Satu Bumi itu menghasilkan deklarasi dan rekomendasi yang dapat dikelompokkan menjadi lima bidang utama yaitu permukiman, pengelolaan sumber daya alam, pencemaran, pendidikan dan pembangunan. Deklarasi Stockholm menyerukan perlunya komitmen, pandangan dan prinsip bersama bangsa-bangsa di dunia untuk melindungi dan meningkatkan kualitas lingkungan hidup umat manusia. Konsep lingkungan hidup manusia yang diperkenalkan menekankan perlunya langkah-langkah pengendalian laju pertumbuhan penduduk, menghapuskan kemiskinan dan menghilangkan

11

kelaparan yang diderita sebagian besar manusia di negara berkembang. Sehubungan dengan hal tersebut, Konferensi Stockholm mengkaji ulang pola pembangunan konvensional yang selama ini cenderung merusak bumi yang berkaitan erat dengan masalah kemiskinan, tingkat pertumbuhan ekonomi, tekanan kependudukan di negara berkembang, pola konsumsi yang berlebihan di negara maju, serta ketimpangan tata ekonomi internasional. 2. Protokol Montreal Protokol Montreal (lengkapnya: Protokol Montreal atas Zat-Zat yang mengurangi Lapisan Ozon) adalah sebuah traktat internasional yang dirancang untuk melindungi lapisan ozon dengan meniadakan produksi sejumlah zat yang diyakini bertanggung jawab atas berkurangnya lapisan ozon. Traktat ini terbuka untuk ditandatangani pada 16 September1987 dan berlaku sejak 1 Januari1989. Sejak itu, traktat ini telah mengalami lima kali revisi yaitu pada 1990 di London, 1992 di Kopenhagen, 1995 di Vienna, 1997 di Montreal dan 1999 di Beijing. Dikarenakan tingkat penerapan dan implementasinya yang luas, traktat ini dianggap sebagai contoh kesuksesan kerjasama internasional. Kofi Annan pernah menyebutnya sebagai kemungkinan merupakan persetujuan internasional tersukses sampai hari ini. Traktat ini difokuskan pada beberapa kelompok senyawa hidrokarbonhalogen yang diyakini memainkan peranan penting dalam pengikisan lapisan ozon.Semua zat tersebut memiliki klorin atau bromin (zat yang hanya memiliki fluorin saja tidak berbahaya bagi lapisan ozon). 3. Rio de Janeiro (juni 1992) Sejak Konferensi Stockholm, polarisasi diantara kaum developmentalist dan environmentalist semakin menajam. Konferensi Tingkat Tinggi (KTT) Bumi (Earth Summit) di Rio de Janeiro, Brazil, pada 1992, merupakan upaya global 12

untuk mengkompromikan kepentingan pembangunan dan lingkungan. Jargon “Think globally, act locally”, yang menjadi tema KTT Bumi menjadi populer untuk mengekspresikan kehendak berlaku ramah terhadap lingkungan. Topik yang diangkat dalam konferensi ini adalah permasalahan polusi, perubahan iklim, penipisan ozon, penggunaan dan pengelolaan sumber daya laut dan air, meluasnya penggundulan hutan, penggurunan dan degradasi tanah, limbah-limbah berbahaya serta penipisan keanekaragaman hayati. a. Deklarasi Rio, Satu rangkaian dari 27 prinsip universal yang bisa membantu mengarahkan tanggung jawab dasar gerakan internasional terhadap lingkungan dan ekonomi. b. Konvensi Perubahan Iklim (FCCC). Kesepakatan Hukum yang telah mengikat telah ditandatangani oleh 152 pemerintah pada saat komperensi berlangsung. Tujuan pokok Konvensi ini adalah c. “Stabilisasi konsentrasi gas rumah kaca di atmosfir pada tingkat yang telah mencegah terjadinya intervensi yang membahayakan oleh manusia terhadap sistem Iklim”. d. Konvensi Keanekaragaman hayati. Kesepakatan hukum yang mengikat telah ditandatangani sejauh ini oleh 168 negara. Menguraikan langkah-langkah kedepan dalam pelestarian keragaman hayati dan pemanfaatan berkelanjutan komponen-komponennya, serta pembagian keuntungan yang adil dan pantas dari penggunaan sumber daya genetik. e. Pernyataan Prinsip-Prinsip Kehutanan. Prinsip-prinsip yang telah mengatur kebijakan nasional dan internasional dalam bidang kehutanan. Dirancang untuk menjaga dan melakukan pemanfaatan dan pengelolaan sumber daya hutan global secara berkelanjutan. Prinsipprinsip ini seharusnya mewakili konsesi pertama secara internasional mengenai pemanfaatan secara lestari berbagai jenis hutan.

13

f. Komisi Pembangunan Berkelanjutan Commission on Sustainable Development (CSD). Komisi ini dibentuk pada bulan desember 1992. Tujuan CSD adalah untuk memastikan keefektifan tindak kesepakatan Konferensi Bumi baik di tingkat lokal, nasional, maupun internasional. CSD adalah komisi Fungsional Dewan Ekonomi dan Sosial PBB (ECOSOC) yang beranggotakan 53 negara. 4. Protokol Kyoto (desember 1997) Hal yang mendasari dikeluarkannya protokol kyoto adalah didirikannya kerangka kerja konvensi perubahan iklim di New York pada 9 Mei 2001 pada desember 1997, 167 negara dan masyarakat eropa merupakan para pihak yang membahas perubahan iklim yang diselenggarakan oleh konvensi. Konvensi ini memberikan beberapa konsekuensi terhadap para pihak untuk melakukan: a. Inventarisasi nasional terhadap emisi gas rumah kaca antropogenik dan mengubahnya dengan sink-sink; b. Elaborasi dan mengimplementasikan program-program nasional dan regional yang menimbang penanggulangan dan penyesuaian terhadap perubahan iklim; c. Promosikan pengelolaan berkelanjutan terhadap sinksink dan resourver-resourver; d. Bekerjasama dalam penyiapan untuk adaptasi; e. Promosi dan kerjasama dalam keterpaduan dalam menimbang kebijakan-kebijakan iklim ke dalam wilayahwilayah kebijakan yang lain serta kerja sama internasional dalam hubungannya dengan ilmu pengetahuan, teknologi, dan pendidikan.

14

BAB II KIMIA AIR A. PENDAHULUAN Air merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi kehidupan umat manusia dan mahluk hidup lainnya dan fungsinya bagi kehidupan tersebut tidak akan dapat digantikan oleh senyawa lainnya. Hampir semua kegiatan yang dilakukan manusia membutuhkan air, mulai dari membersihkan diri (mandi), membersihkan ruangan tempat tinggalnya, menyiapkan makanan dan minuman sampai dengan aktivitasaktivitas lainnya. Dalam jaringan hidup, air merupakan medium untuk berbagai reaksi dan proses ekskresi. Air merupakan komponen utama baik dalam tanaman maupun hewan termasuk manusia. Tubuh manusia terdiri dari 60-70% air. Transportasi zat-zat makanan dalam tubuh semuanya dalam bentuk larutan dengan pelarut air. Juga hara-hara dalam tanah hanya dapat diserap oleh akar dalam bentuk larutannya. Oleh karena itu kehidupan ini tidak mungkin dapat dipertahankan tanpa air.Sebagian besar keperluan air sehari-hari berasal dari sumber air tanah dan sungai, oleh karena itu kuantitas dan kualitas sungai sebagai sumber air harus dipelihara. Kimia Air (Aquatic Chemistry), merupakan ilmu yang berhubungan dengan air sungai, danau dan lautan, juga air tanah dan air permukaan, yang meliputi distribusi dan sirkulasi dari bahan-bahan kimia dalam perairan alami serta reaksi-reaksi kimia dalam air. B. SUMBER DAN KEGUNAAN AIR Sepanjang sejarah, kuantitas dan kualitas air yang sesuai dengan kebutuhan manusia merupakan faktor penting yang menentukan kesehatan hidupnya. Kuantitas air berhubungan dengan adanya bahan-bahan lain terutama senyawa-senyawa

15

kimia baik dalam bentuk senyawa organik maupun anorgamk juga adanya mikroorganisme yang memegang peranan penting dalam menentukan komposisi kimia air. Suplai air dunia didapatkan dari 5 bagian siklus hidrologi seperti terlihat pada gambar 2.1. Sebagian besar dari air ditemukan dalam bentuk lautan dan samudra. Bagian lainnya terdapat dalam bentuk uap air di atmosfer. Berikut gambar 2.1 tentang siklus air di dunia. Siklus hidrologi adalah proses perputaran air termasuk perubahan wujud air di bumi yang berlangsung terus menerus membentuk siklus. Air di bumi secara terus-menerus mengalami siklus melalui proses penguapan, transpirasi, kondensasi dan presipitasi, peresapan kedalam tanah (pengisian air tanah), pengaliran permukaan, pemakaian oleh kehidupan dan aktivitas manusia, pelepasan kembali ke badan air. Pendistribusian air melalui siklus yang tidak henti ini dimotori oleh peran energi matahari dan gaya gravitasi bumi. Panas matahari menghangatkan permukaan bumi dan menyebabkan air dari danau, sungai lautan dan bagian-bagian hidrosfir lain mengalami penguapan (evaporasi).

Gambar 2.1 Siklus air Sumber: http://www.erwinedwar.com/ 16

Demikian pula tanaman-tanaman mengalami transpirasi. Uap air yang terjadi masuk ke dalam atmosfir mengalami pendinginan sehingga terjadi kondensasi dan membentuk awan. Awan ini terbawa oleh angin ke bagian lain dari bumi. Molekul-molekul air yang terdispersi menempel pada partikel-partikel debu yang ada di atmosfir bergabung membentuk butiran-butiran air yang seterusnya setelah mencapai berat yang cukup untuk jatuh kepermukaan bumi sebagai hujan. Presipitasi ini dapat berupa hujan, salju, embun tergantung pada kondisi lingkungannya. Sebagian dari hujan ini jatuh langsung ke daerah hidrosfir, yang lainnya jatuh di atas tanah atau batu-batuan. Sebagian dari air ini mengalir melalui permukaan menuju sungai atau danau dan sebagian lainnya meresap ke dalam tanah. Air yang meresap ke dalam tanah ini mencapai lapisan yang kedap air dan disebut air tanah (ground water). Air dalam bentuk padat juga ditemukan di bumi yaitu yang membentuk salju di daerah kutub utara dan selatan.Air permukaan terdapat dalam danau, sungai dan sumber-sumber air lainnya, sedangkan air tanah (ground water), terdapat di dalam tanah. Air tanah dapat melarutkan mineral-mineral bahan induk dari tanah yang dilewatinya. Sebagian besar mikroorganisme yang semula ada dalam air tanah berangsurangsur disaring sewaktu air meresap dalam tanah. Terdapat perbedaan yang cukup besar antara air tanah dengan air permukaan. Hal ini disebabkan oleh kandungan berbagai zat, baik yang terlarut maupun yang tersuspensi dalam perjalanan menuju ke laut. Air permukaan yang terkumpul dalam danau atau waduk mengandung nutrisi penting untuk pertumbuhan ganggang. Air permukaan yang mengandung bahan organik mudah terurai dalam konsentrasi tinggi secara normal akan mengandung bakteri dalam jumlah tinggi pula yang mempunyai pengaruh cukup besar terhadap kualitas air permukaan.

17

Ada keterkaitan yang sangat kuat antara lapisan air (hydrosphere), dimana air berada dengan lapisan tanah/lahan (geosphere) dimana keduanya dipengaruhi oleh kegiatan manusia. Misalnya, gangguan terhadap hutan menjadi lahan pertanian dapat menyebabkan reduksi negatif yang ada diatasnya dan mengurangi proses transpirasi yaitu penguapan air oleh tanaman. Hal itu dapat mempengaruhi iklim mikro (mikro climate) di wilayah tersebut. Akibat dari hal tersebut adalah meningkatnya limpasan air, erosi, dan akumulasi dari Lumpur dalam badan air (sungai) serta dapat meningkatkan unsur-unsur hara dipermukaan air, sehingga siklus nutrien akan dipercepat. Terjadinya percepatan siklus tersebut akan sangat memberikan pengaruh terhadap karakteristik kimia dan biologi dari badan air. Air yang digunakan oleh manusia adalah air permukaan tawar dan air tanah murni. Pada daerah kering sebagian kebutuhan airnya berasal dari lautan, suatu sumber yang akan menjadi penting setelah persediaanair tawar dunia relatif berkurang dibandingkan kebutuhan. Meningkatnya kebutuhan air ini bukan hanya disebabkan oleh jumlah penduduk dunia yang makin bertambah juga sebagai akibat dari peningkatan taraf hidupnya yang diikuti oleh peningkatan kebutuhan air untuk keperluan rumah tangga, industri, rekreasi disamping pertanian. C. SIFAT-SIFAT YANG UNIK DARI AIR Ilmu yang mempelajari tentang air disebut Ilmu Hidrologi.Adaduacabang dari ilmu ini, yaitu Limnologi yang mempelajari sifat-sifat air tawardan Oseahografi yang mempelajari tentang lautan. Kedua cabang ilmu ini mempelajari sifat-sifat perairan alami termasuk didalamnya sifat kimia, fisikdan biologi air. Air merupakan senyawa kimia yang terdiri dari atom H dan O. Sebuah molekul air terdiri dari satu atom O yang berikatan kovalen dengan dua atom H. Molekul air yang satu dengan molekul-molekul air lainnya bergabung dengan satu

18

ikatan hidrogen antara atom H dengan atom O dari molekul air yang lain. Satu molekul air dapat membentuk empat ikatan hidrogen. Atom O dapat membentuk dua ikatan hidrogen karena mempunyai dua pasang elektron bebas sedangkan masing-masing atom H membentuk satu ikatan hidrogen dengan atom O pada molekul lain yang berdekatan. Dalam keadaan cair, molekul-molekul air senantiasa bergerak dan ikatan hidrogen secara terus-menerus terbentuk dan terputus. Susunan molekul-molekulnya bersifat acak. Dalam keadaan padat (es) gerakan molekul-molekulnya minimal dan molekul-molekulnya terorientasi sedemikian rupa sehingga terbentuk ikatan hidrogen yang maksimal. Molekulmolekulnya tersusun dalam heksagonal beraturan membentuk struktur tiga dimensi yang teratur dan kuat. Rongga yang terjadi pada susunan ini besarnya ditentukan oleh sudut ikatan dari molekul-molekul air. Akibat terjadinya rongga ini maka volume es lebih besar dari bentuk cairnya. Akibatnya jarak molekul molekul air pada keadaan cair lebih rapat daripada dalam keadaan padat (es). Karakteristik dan sifat yang khas dari air adalah sebagai berikut (Miller, 1992) : 1. Pada kisaran suhu yang sesuai bagi kehidupan, yaitu 00 C (320 F)- 1000 C, air berwujud cair. Suhu 00 C merupakan titik beku (freezing point) dan suhu 1000 C merupakan titik didih (boiling point). Tanpa sifat tersebut air yang terdapat pada jaringan tubuh makhluk hidup maupun air yang terdapat di laut, sungai danau dan badan air akan terdapat sebagai bentuk padatan atau gas, sehingga tidak akan terdapat kehidupan di muka bumi ini, karena sekitar 60%-90% sel mahluk hidup adalah air. 2. Perubahan suhu air berlangsung lambat sehingga air memiliki sifat sebagai penyimpan panas yang sangat baik. Sifat ini memungkinkan air tidak menjadi panas atau dingin dalam seketika. Perubahan air yang lambat mencegah terjadinya tekanan pada mahluk hidup karena adanya

19

3.

4.

5.

6.

7.

20

perubahan suhu yang mendadak dan menyebabkan air baik digunakan sebagai pendingin mesin. Air memerlukan panas yang tinggi dalam proses penguapan. Penguapan (evaporasi) adalah adalah proses perubahan air menjadi uap air. Proses ini memerlukan energi panas dalam jumlah yang besar. Air merupakan pelarut yang baik. Air mampu melarutkan berbagai jenis senyawa kimia. Air dapat mencuci racun/toksik/pencemar yang terdapat di dalam tubuh atau badan air. Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi. Suatu cairan dikatakan memiliki tegangan permukaan yang tinggi jika tekanan antarmolekul cairan tersebut tinggi. Tegangan permukaan air menyebabkan air memiliki sifat membasahi suatu bahan secara baik (Higher wetting ability). Tegangan permukaan yang tinggi menyebabkan terjadinya sistem kapiler, yaitu kemampuan untuk bergerak dalam pipa kapiler. Sifat kapiler ini menunjang sistem transportasi unsur hara dari dan ke tanaman. Air merupakan satu-satunya senyawa yang meregang ketika membeku. Pada saat membeku, air meregang sehingga air memiliki Kandungan densitas (massa/volume) yang lebih rendah daripada air. Dengan demikian es akan mengapung di air. Sifat ini mengakibatkan danau-danau beriklim dingin hanya membeku pada bagian permukaan sehingga kehidupan organisme akuatik tetap berlangsung Air merupakan pelarut yang sangat baik bagi banyak bahan, sehingga air merupakan media transport utama bagi zat-zat makanan. Oleh karena itu, air yang ada di bumi tidak pernah terdapat dalam keadaan murni, tetapi selalu ada senyawa atau mineral/unsur lain yang terdapat di dalamnya. Meskipun demikian tidak berarti bahwa semua perairan di bumi ini telah tercemar. Sebagai contoh, air yang berasal dari sumber air di daerah pegunungan atau daerah hulu sungai dapat dianggap sebagai air yang bersih.

8. Kapasitas kalor air cukup tinggi yaitu 1 kal.g -1.C-1, oleh karena itu kalor yang diperlukan untuk merubah suhu dari sejumlah massa air cukup tinggi pula sehingga menstabilkan suhu air pada seluruh wilayah geografi. Sifat alamiah yang dapat mencegah perubahan suhu secara tiba-tiba dalam badan air yang cukup luas dan akan melindungi kehidupan akuatik dari adanya kejutan perubahan suhu. Disamping itu dengan kalor penguapan yang sangat tinggi yaitu 585 kal.g -1 pada suhu 20°C dapat menjaga kestabilan suhu badan air dan wilayah geografi sekitarnya, kondisi ini mempengaruhi juga perpindahan kalor dan uap air antar badan air dan atmosfer Komposisi Air Alami, Air alami sesungguhnya merupakan suatu larutan yang mengandung zat terlarut dalam berbagai konsentrasi. Air yang mengandung sekitar 1000 ppm padatan yang terlarut umumnya digolongkan sebagai air tawar. Air laut rata-rata mengandung sekitar 35.000 ppm padatan yang terlarut. Sedangkan air payau konsentrasi padatan yang terlarut berada di antara batas-batas antara air tawar dan air laut. Konsentrasi ion-ion pada air tawar jauh lebih rendah dari konsentrasi ion-ion dalam air laut; begitupun distribusi ionionnya sangat berbeda. D. SIFAT-SIFAT UNIK BADAN AIR Air permukaan terutama terdapat dalam bentuk aliran sungai, danau, dan waduk/kolam. Danau dapat diklasifikasikan sebagai oligotropik, eutfopik, atau dystropik, danau oligotropikadalah danau yang relatif muda. Danau ini dalam dan berair jernih,kurang mengandung zat hara akibatnya kurang produktif, untuk aktivitas biologis. Danau Eutropik lebih banyak mengandung zat hara sehingga airnya agak keruh dan lebih dapat menunjang kehidupan aquatik. Danau ini umurnya relatif lebih tua dibanding oligotropik. Danau yang umurnya lebih tua diklasifikasikan sebagai danau Dystropik. Danau ini dangkal, dipenuhi dengan tumbuhan air dan biasanya airnya berwarna serta mempunyai pH yang rendah. 21

Ada hubungan antara suhu dengan bobot jenis air. Hubungan khas ini menyebabkan pembentukan lapisanlapisan yang berbeda dalam badan air, terutama air danau seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 2.2 Stratifikasi sebuah danau Sumber: https://docplayer.info/ Selama musim panas lapisan permukaan danau atau epilimnion dipanaskan oleh radiasi matahari, sehingga bobotnya lebih kecil. Lapisan ini mengapung diatas lapisan dasar atau hypolimnion. Lapisan diantaranya disebut thermoclyne. Fenomena ini disebut strasifikasi termal. Ketika terjadi perbedaan suhu antara dua lapisan, air tidak tercampur dan memiliki sifat-sifat kimia dan biologi yang berbeda. Lapisan epilimnion yang mendapat sinar matahari langsung menyebabkan ganggang tumbuh amat subur. Dari hasil fotosintesis, epilimnion mengandung oksigen terlarut (DO) yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan lapisan lainnya, pada umumnya bersifat aerobik. Di hypolimnion, bahan-bahan organik mudah diuraikan oleh bakteri-bakteri pengurai yang menyebabkan air dilapisan ini kekurangan oksigen sehingga bersifat anaerobik. Dengan demikian, jenis-

22

jenis zat kimia di lapisan ini secara dominan terdapat dalam bentuk reduksi. Selama musim gugur, suhu epilimnion dingin. Pada saat suhu epilimnion dan hypolimnion sama, seluruh badan air mempunyai suhu yang tidak berbeda. Hilangnya strasifikasi termal ini menyebabkan badan air mempunyai satu satuan hidrologi dan proses pencampuran yang terjadi dikenal sebagai peristiwa pembalikan (turn-over). Selama peristiwa pembalikan, sifat-sifat fisika dan kimia badan air menjadi lebih seragam. Aktivitas biologis dapat meningkat yang diakibatkan oleh pencampuran zat-zat hara yang lebih sempurna. Tipe lain dari badan air adalah estuaria. Estuaria dibentuk oleh pertemuan aliran air tawar ke dalam air asin (air laut) sehingga badan air ini mempunyai sifat-sifat kimia dan biologi yang unik. Estuaria merupakan daerah tempat berkembang biaknya kebanyakan dari kehidupan laut yang membuat kelestarian menjadi sangat penting bagi mahlukmahluk tersebut. Sifat-sifat kimia dan biologi dari lautan juga sangat unik disebabkan oleh kedalaman air yang cukup tinggi, kadar garam juga yang tinggi dan faktor-faktor lainnya. Akhir-akhir ini masalah lingkungan dari lautan meningkat cukup tajam yang disebabkan proses dumping dari berbagai bahan pencemar, tumpahan minyak/bahan bakar dan meningkatnya eksploitasi sumber daya alam yang terdapat di laut. E. SIFAT-SIFAT KIMIA PERAIRAN Air secara alamiah tidak pernah dijumpai dalam keadaan betul-betul murni. Ketika air mengembun diudara dan jatuh dipermukaan bumi, air tersebut telah menyerap debu atau melarutkan oksigen, karbon dioksida dan berbagai jenis gas lainnya. Kemudian air tersebut, baik yang diatas maupun dibawah permukaan tanah waktu mengalir menuju ke berbagai tempat yang lebih rendah letaknya, melarutkan berbagai jenis batuan yang dilaluinya atau zat-zat organik lainnya. Selain itu sejumlah kecil hasil uraian zat organik seperti nitrit, nitrat,

23

amoniak dan karbon dioksida akan larut kedalamnya. Oleh karena itu terdapat kesukaran dalam menjelaskan sifat-sifat kimia dari perairan (sistem akuatik secara alamiah). Sebagai suatu sistem yang terbuka perairan mempunyai berbagai variabel input dan output dari energi dan materi. Maka dari itu gambaran yang tepat dari sifat-sifat kimia perairandidasarkan pada alkalinitas/asiditas, kelarutan, konstanta pembentukan kompleks, potensial redoks, dan pH. 1. Alkalinitas Kapasitas Air untuk menerima protein disebut alkalinitas. Alkalinitas penting dalam perlakuan air seperti pada proses pengolahan. Air limbah industri atau limbah domestik. Dengan mengetahui alkalinitas dapat dihitung jumlah bahan kimia yang harus ditambahkan dalam pengolahan air limbah. Air yang sangat alkali atau bersifat basa sering mempunyai pH tinggi dan umumnya mengandung padatan terlarut yang tinggi. Sifat-sifat ini dapat menurunkan kegunaannya untuk keperluan dalam tangki uap, prosesing makanan dan sistem saluran air dalam kota. Alkalinitas memegang peranan pentingdalam penentuan kemampuan air untuk mendukung pertumbuhan ganggang dan kehidupan perairan lainnya. Pada umumnya, komponen utama yang memegang peran dalam menentukan alkalinitas perairan adalah ion bikarbonat, ion karbonat dan ion hidroksil. HCO3- + H+ → CO2 + H2O CO32- + H+ → HCO3OH- + H+ → H2O Yang lainnya, yang sedikit menyumbang alkalinitas adalah ammonia dan konjugat basa-basa dari asam-asam fosfat, silikat, borat dan asam-asam organik.Alkalinitas umumnya dinyatakan sebagai alkalinitas fenolftaleinya itu proses situasi dengan asam untuk mencapai pH 8,3 dimana HCO3- merupakan ion terbanyak, dan alkalinitas total, yang menyatakan situasi dengan asam menuju titik akhir

24

indikator metal jingga (pH 4,3), yang ditunjukanoleh berubahnya kedua jenis ion karbonat dan bikarbonat menjadi CO2. Kalau pH merupakan faktor intesitas, alkalinitas merupakan faktor kapasitas, dimana kapasitas itu merupakan kapasitas air tersebut untuk menetralkan asam. Oleh karena itu kadang-kadang penambahan alkalinitas lebih banyak dibutuhkan untuk mencegah supaya air itu tidak menjadi asam. Dalam kebanyakan air alami alkalinitas disebabkan oleh adanya HCO3- dan sedikit oleh adanya CO3-, dan air dengan alkalinitas tinggimempunyai konsentrasi karbon organik yang tinggi. Dalam media dengan pH rendah, ion hidrogen dalam air mengurangi alkalinitas. 2. Aciditas Pada sistem perairan alami asiditas adalah kapasitas air untuk menetralkan OH-. Istilah asiditas tidak dipergunakan sesering alkalinitas dan umumnya tidak mempunyai arti yang penting seperti alkalinitas pada perairan yang tidak tercemar. Penyebab dari asiditas umumnya adalah asam lemah seperti, HPO42-, H2PO4-, CO2, HCO3-, protein dan ion-ion logam yang bersifat asam, terutama Fe3+. Penentuan aciditas lebih sukar dibandingkan alkalinitas. Hal ini disebabkan oleh adanya dua zat utama yang berperan yaitu CO2 dan H2S yang keduanya mudah menguap, yang mudah hilang dari sampel yang diukur. CO2+ OH- → HCO3H2S + OH- → HS- + H2O Hal tersebut berakibat terjadinya kesukaran dalam pengawetan contoh air yang baik terhadap adanya gas-gas tersebut untuk dianalisa. Istilah asam mineral bebas dipakai dalam asam-asam kuat seperti H2SO4 dan HCl dalam air. Air tambang asam mengandung asam-asam mineral bebas dengan konsentrasi 25

yang cukup berarti. Bila total asiditas ditentukan oleh situasi dengan basa sampai titik akhir fenolftalein (pH 8,2), maka untuk asam mineral bebasditentukan oleh situasi dengan basa sampai titik akhir indikator metiljingga pada pH 4,3. Sifat asam dari ion-ion logam yang terhidrat dapat berperan terhadap asiditas, seperti: Al(H2O)63+→ Al(H2O)5 + OH2+ + H+ Pada pengolahan air limbah, terutama limbah industri penentuan asiditas menjadi penting untuk memperhitungkan jumlah kapur atau zat-zat lain yang harus ditambahkan dalam proses pembiakan air limbah. 3. Terjadinya Senyawa Kompleks Dalam air, ion logam dapat bergabung dengan ion negatif, ataudengan senyawa netral membentuk sebuah kompleks atau senyawa koordinasi. Sebuah kompleks mengandung sebuah atom logam pusat dimana terikat elektron-elektron yang dimiliki oleh ligan sebagai donor elektronnya. Ligan-ligan dapat bermuatan negatif atau netral. Kompleks yang dihasilkan dapat bermuatan netral, positif atau negatif. Ligan-ligan tersebut terdapat dalam daerah lengkung koordinasi atom logam pusat. Tergantung dari jenis ikatan yang terjadi, ligan-ligan dalam daerah lengkung koordinasi dibentukdalam suatu pola struktur tertentu. Oleh karena itu, dalam larutan, ligan-ligan dari banyak senyawa kompleks akan berubah dengan cepat pada larutanyang berbeda. Bilangan koordinasi dari sebuah atom logam atau ion, adalah jumlah kelompok donor elektron ligan yang diikat kepada logam itu. Bilangan-bilangan koordinasi yang paling umum adalah 2, 4 atau 6. Senyawa kompleks berinti banyak mengandung dua atau lebih atom- atom logam yang terikat bersama-sama melalui jembatan ligan. Cd2+ + CN- → CdCN 26

Maka terbentuk ion kompleks CdCN+. Selanjutnya bila ion-ion sianida ditambahkan akan membentuk senyawa kompleks yang lebih lemah, artinya lebih mudah terdisosiasi. Cd(CN)2, Cd(CN)3, dan Cd(CN)42Dalam contoh tersebut ligan sianida disebut sebagai ligan unidentat, yang berarti hanya mempunyai satu tempat untuk mengadakan ikatan pada ion logam pusat kadmium. Kompleks ligan unidentat relatif kurang penting dalam larutan di perairan alami. Ligan-ligan yang ditemukan diperairan alami dan air buangan terdiri dari bermacam-macam gugus fungsi senyawa organik yang dapat memberikan elektron-elektron yang dibutuhkan untuk mengikat ligan itu pada ion-ion logam. Di antara gugus-gugus fungsi yang paling umum adalah kompleks ligan dengan ion-ion logam umumnya terjadi secara alamiah dalam perairan yang tidak tercemar dan dalam sistem biologi (Mg 2+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+ dan VO2+). Ion-ion ini dapat juga mengikat ion-ion logam kontaminan umum seperti: CO2+, Ni2+, Sr2+, Cd+, dan Ba2+. Banyaknya pengaruh berbahaya dari logam-logam toksik diakibatkan oleh pergantian dari ion-ion logam yang terjadi secara alamiah dalam pembentukan kompleks oleh ion-ion logam kontaminan. Pada umumnya, pembentukan kompleks dalam perairan alami melibatkan banyak reaksi penting. Hal ini mencakup perubahan-perubahan bilangan oksidasi logam, seperti halnya yang terjadi pada oksidasi-reduksi, dekarboksilasi atau reaksi-reaksi hidrolisis dari ligan.

27

4. Pentingnya Senyawa Kompleks Dalam Perairan Banyak ion logam yang ditemukan dalam sistem perairan alami terutama ion-ion yang didapat dalam konsentrasi yang sangat renik, membentuk kompleks kuat dengan berbagai macam pengaruh seperti: 1. Hilangnya ion-ion logam dalam larutan 2. Perubahan potensial redoks yang ada 3. Pembentukan kompleks juga melarutkan ion-ion dari senyawa logam tidak larut. Pupuk fosfat cair dalam bentuk ammonium polifosfat merupakan sumber pencemar yang sangat popular. Salah satu faktor yang memberikan nilai dari pupuk polifosfat adalah kapasitasnya untuk bertindak sebagai zat pengkelat, melarutkan ion-ion logam dari hara mikro dalam tanah dan menjadikan logam-logam esensial lebih berguna bagi tanaman. Zat-zat pengompleks dalam air buangan perlu mendapatkan perhatian yang pertama sebab interaksinya ini dimulai pada sumber zat pengompleks, dimana logamlogam berat seperti timah-hitam dan tembaga dapat dilarutkan dari permukaan pematrian (plumbing) yang kemudian masuk kedalam ekosistem perairan melalui proses pengolahan limbah secara biologis. Beberapa logam yang terdapat dalam jumlah sangat sedikit merupakan unsur penting untuk pertumbuhan ganggang. Logam-logam yang harus ada dalam konsentrasi rendah dalam medium ganggang adalah Cu, Fe, Zn, Ca, Mn, dan Mo. Logam-logam ini membentuk kelat-kelat logam yang relatif kuat. Beberapa diantaranya terdapat sebagai ion logam terhidrasi sederhana, seperti Cu(H2O)x2+, Fe(H2O)x3+, dan Mn(H2O)x2+ yang tidak stabil dan mengendap sebagai hidroksida-hidroksida atau jenis-jenis lainnya yang tidak larut.

28

Zat pengkelat yang kuat (EDTA) digunakan dalam pengolahan makanan, salah satu pengaruh adalah mengkelat ion-ion logam dan menghilangkan rasa logam. Kadang-kadang juga ditambahkan pada air pendingin dan air pemanas masakan untuk menghindari pembentukan karat. Dapat juga terjadi bahwa senyawa EDTA ini didapatkan pada air limbah dan perairan alami. Dibawah ini adalah rumus ion ethylene diamine tetra acetate (EDTA).

Gambar 2.3 Ethylene Diamine Tetra Acetate(EDTA). Dari rumus tersebut diatas tampak bahwa ligan EDTA mengkoordinasi ion logam yang sama melalui empat kelompok CO2- dan melalui dua atom nitrogen. Oleh karena itu secara simultan EDTA dapat mengkoordinasi keenam tempat koordinasi pada sebuah atom logam dengan enam buah bilangan koordinasi, yang merupakan kompleks yang sangat stabil.Kestabilan senyawa kompleks berkaitan dengan berbagai sifat dari ion logam dan ligan. Berikut ini merupakan hal-hal yang sangat penting: 1. Ukuran dan keadaan oksidasi dari logam. Logam dengan ukuran lebih kecil dan dengan keadaan oksidasi positif lebih tinggi membentuk kompleks yang lebih kuat. 2. Perubahan energi bebas dari pembentukan kompleks tergantung pada perubahan entropi dan entalpi reaksinya. 3. Konfigurasi elektron dari ion metal 3. Kekuatan dan kelemahan dari perpaduan antara logam dan ligan.

29

F. MIKROORGANISME SEBAGAI KATALIS REAKSI KIMIA PERAIRAN Mikroorganisme seperti bakteri, cendawan dan ganggang merupakan katalis hidup yang dapat mempengaruhi sejumlah proses-proses kimia yang terjadi dalam air dan tanah. Sebagian besar reaksi-reaksi kimia penting yang terjadi dalam perairan,terutama yang melibatkan bahan-bahan organik dan proses oksidasi-reduksi terjadi melalui perantara bakteri. Ganggang merupakan produsen primer bahan organik biologis (biomas) dalam air. Cendawan dan beberapa jenis bakteri menghancurkan senyawa organik yang kompleks menjadi senyawa-senyawa yang sederhana (sebagai perombak), oleh sebab itu memerlukan energi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan metabolismenya. Perombak hanya dapat menggunakan energi kimia, sehingga beberapa perubahan kimia yang dipengaruhinya akan kehilangan energi bebas netro. Dengan demikian, dibandingkan dengan organisme yang lebih tinggi, penggunaan energi oleh bakteri dan cendawan sangat efisien. Ganggang digolongkan sebagai produsen karena menggunakan energi matahari dan menyimpannya sebagai energi kimia yang terkandung dalam biomas. Dalam ketiadaan cahaya, ganggang memetabolisme bahan organik dalam hal yang sama seperti organisme non fotosintetik yaitu melakukan metabolismenya dengan menggunakan energi kimia dari degradasi simpanan pati dalam lemak, atau dari konsumsi protoplasma ganggang itu sendiri. Gambar 2.4 memperlihatkan pengaruh mikroorganisme terhadap kimia air.

30

Gambar 2.4 Pengaruh mikroorganisme terhadap kimia air (Sumber: Manahan 1994) Cendawan dan bakteri diatas tanah merubah biomas mati menjadi bahan-bahan organik yang kemudian beberapa dari produk ini masuk ke perairan Dalam ekosistem akuatik, ganggang sebagai organisme mikroskopisumum yang berfungsi sebagai produsen hidup dari hara-hara anorganik dan menghasilkan bahan organik dari karbon dioksida melalui reaksi fotosintesis. Hara-hara umum yang dibutuhkan oleh ganggang adalah karbon yang berasal dari CO 2 atau HCO3-, nitrogen umumnya sebagai NO3-, fosfor yang sebagian dalam bentuk ortofosfat, belerang sebagai SO42-, dan unsur-unsur reniktermasuknatrium, kalsium, magnesium, besi, kobalt dan molibden. 1. Cendawan Jenis mikroorganisme lainnya yang memberikan pengaruh terhadap perairan adalah cendawan. Cendawan tidak tumbuh baik dalam air, tetapi cendawan memainkan peranan yang cukup besar dalam penentuan komposisi air karena produksi yang cukup banyak dari hasil-hasil dekomposisi oleh cendawan darat yang akhirnya masuk ke perairan. Cendawan adalah organisme non fotosintetik, membutuhkan oksigen untuk kehidupannya (organisme aerobik), dan umumnya tumbuh dengan subur dalam 31

media yang lebih asam daripada bakteri. Cendawan juga lebih toleran terhadap konsentrasi ion-ion logam berat yang lebih tinggi dibandingkan bakteri. 2. Bakteri dan Klasifikasinya Bakteri dapat dibagi menjadi dua golongan utama, yaitu bakteri autotropik dan heterotropik. Untuk pertumbuhannya bakteri autotropik tidak tergantung dari bahan organik, dan hidup dengan sempurna dalam medium anorganik. Bakteri ini menggunakan karbon dioksida atau jenis-jenis karbonat lain sebagai sumber karbon dan jumlah sumber energi yang digunakan tergantung dari jenis bakterinya. Sebuah contoh dari jenis autotropik adalah gallionela. Dengan adanya oksigen bakteri ini tumbuh dalam suatu medium yang mengandung NH4CI, fosfat, garam-garam mineral, CO2 sebagai sumber karbon, dan FeS padat sebagai sumber energi, reaksi dibawah ini merupakan reaksi yang menghasilkan energi: FeS + 9O2 + 10H2O → 4Fe(OH)3 + 4SO42- + 8H+ Pembentukan endapan Fe(OH)3 diikuti oleh pertumbuhan bakteri tersebut. Dengan bahan-bahan anorganik paling sederhana, bakteri autotropik harus mensintesis semua protein yang sangat kompleks, enzim, dan bahan-bahan lainnya yang dibutuhkan untuk proses kehidupan. Hal ini melibatkan proses biokimia yang sangat kompleks. Oleh karena konsumsi dan produksi bakteri autotropik meliputi kisaran mineral-mineral yang sangat luas, maka bakteri autotropik ikut serta dalam banyak perubahan biokimia. Bakteri heterotropik tergantung dari senyawasenyawa organik baik untuk energinya maupun untuk karbon yang diperlukan untuk pembentukan biomasnya. Bakteri heterotropik lebih umum terdapat di perairan dibandingkan dengan bakteri autotropik. Bakteri ini merupakan mikroorganisme yang dalam ekosistem 32

berfungsi menghancurkan bahan-bahan organik pencemar dalam perairan, dalam buangan organik, dalam proses pengolahan air buangan (air limbah) secara biologis. Klasifikasi lain dari bakteri yaitu dari kebutuhan oksigen molekuler, sebagai bakteri aerobikdan anaerobik. Bakteri aerobik membutuhkan oksigen sebagai akseptor (penerima) elektron, seperti terlihat dari reaksi di bawah ini: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O Bakteri anaerobik tidak membutuhkan oksigen dan kadangkala oksigen molekuler sangat toksik terhadap bakteri anaerobia. Hasil perombakan senyawa-senyawa kimia dalam lingkungan oleh kedua jenis bakteri ini berbeda. Sebagai contoh, degradasi (perombakan) anaerobik bahan organik oleh bakteri metan akan menghasilkan gas metana, sedangkan CH2O → ½CH4 + ½CO2 Degradasi aerobik bahan organik oleh bakteri aerobik (artinya membutuhkan oksigen) tidak menghasilkan gas metana CH2O → CO2 + H2O Bakteri jenis lainnya adalah bakteri fakultatif yaitu bakteri yangmenggunakan oksigen bebas bila oksigen molekuler tidak tersedia. Ion nitratdan ion sulfat merupakan pengganti oksigen dalam perairan. Sebagai contoh,dengan ketiadaan oksigen ion nitrat dapat direduksi menjadi ion nitrit dan ionsulfat direduksi menjadi H2S. NO3- + 2H+ + 2e- → NO2- + H2O SO42- + 10H+ + 8e- → H2S + 4H2O Mengingat mikroorganisme dapat berfungsi sebagai katalis terhadap reaksi-reaksi perairan, maka terdapat enzim-enzim sebagai katalis untuk reaksi-reaksi biokimia di dalam mikroorganisme tersebut. Enzim-enzim ini diberi nama dengan penambahan akhiran-ase pada nama substrat 33

yang dipengaruhinya. Sebagai contoh, urease adalah enzim yang mengkatalisis hidrolisa urea. Aktivitas enzim ini dipengaruhi oleh parameterparameter seperti pH dan suhu perairan, dimana parameter tersebut mempengaruhi aktivitas mikrobial. G. KEHIDUPAN AKUATIK Organisme yang hidup dalam ekosistem akuatik (perairan) dapat digolongkan menjadi autotropik dan heterotropik. Organisme autotropik menggunakan sinar matahari atau energi kimia untuk merubah unsu-unsur senyawa organik yang sederhana menjadi sempurna dengan molekul kompleks yang menyusun organisme hidup. Algae/ganggang salah satu tipe organisme antotropik yang hidup dalam air. Secara umum untuk organisme autotropik CO2, NO3-, dan PO43-merupakan sumber C, N, dan P. Organismeliticiotropik menggunakan zat-zat organik yang dihasilkan organisme autotropik (produsen) sebagai sumber energi dan sebagai bahan mentah untuk membentuk biomasnya. Kemampuan dan suatu badan air menghasilkan bahanbahan untuk kehidupan dikenal sebagai produktivitas.Untuk kehidupan ikan dibutuhkan perairan dengan produktivitas relative tinggi. Perairan dengan produktivitas sangat tinggi dapat menyebabkan pertumbuhan ganggang yang pesat sehingga dapat menimbulkan penurunan kadar oksigen perairan sampai sangat rendah akibat pembusukan dan penguraian ganggang yang mati. Sifat-sifat fisika dan kimia badan air sangat mempengaruhi kehidupan akuatik. Suhu, kecerahan, dan turbulensi termasuk tiga sifat físika utama yang memberikan pengaruh terhadap kehidupan akuatik. Suhu yang sangat rendah menyebabkan proses biologi berjalan sangat tinggi dapat memusnahkan kehidupan akuatik.Pertumbuhan ganggang sangat ditentukan oleh kecerahan badan air. Air yang keruh kurang dapat menjadikan biomas cukup produktif,

34

walaupun perairan itu mempunyai zat-zat makanan yang cukup. Kekeruhan mengurangi intensitas cahaya matahari masuk kedalam air. Tumbuhan air sangat berpengaruh terhadap zat-zat makanan untuk organisme hidup. Tumbuhan juga memegang peranan dalam transport oksigen, karbondioksida, dan gas-gas lain melalui badan air dan dalam pertukaran gas-gas tersebut pada bidang persentuhan antara air-atmosfer. Secara umum turbulensi yang cukup menguntungkan bagi kehidupan. Oksigen sering merupakan zat kunci dalam menentukan jenis dan keberadaan kehidupan akuatik. Kekurangan oksigen bersifat fatal bagi kebanyakan hewan akuatik seperti ikan, tetapi adanya oksigen juga dapat menyebabkan fatal bagi kehidupan bakteri anaerob. Oleh karena itu pengukuran terhadap konsentrasi oksigen terlarut (Dissolved Oxygen, DO) penting untuk menentukan sifat biologi suatu badan air seperti sungai atau danau. Kebutuhan oksigen biologi (Biochemical Oxygen Demand, BOD) merupakan salah satu parameter untuk kualitas air yang penting. BOD menunjukkan banyaknya oksigen yang digunakan bila bahan organik dalam suatu volume air tertentu dirombak/diuraikan secara biologis. Karbon dioksida (CO2) dihasilkan oleh proses pernapasan organisme dalam air dan sedimen. Gas CO 2 juga dapat masuk ke dalam air dari atmosfer. Gas ini dibutuhkan untuk proses produksi biomas melalui reaksi fotosintesis oleh ganggang. Tingginya konsentrasi gas CO 2 dalam air yang dihasilkan oleh proses perombakan bahan organik menyebabkan pertumbuhan ganggang sangat cepat dan produktivitasnya. Salinitas perairan sering menentukan jenis biota yang ada. Seperti ikan air tawar tidak dapat hidup dalam perairan dengan salinitas tinggi, tetapi kehidupan laut dapat bertahan terhadap air asin.

35

H. BAHAN-BAHAN KIMIA DALAM PERAIRAN Seperti telah dikemukakan sebelumnya (2.2), air merupakan pelarut yang sangat baik bagi banyak bahan. Oleh karena itu badan-badan air/air permukaan banyak mengandung bahan-bahan kimia yang terlarut maupun dalam bentuk tersuspensi. Pada Tabel 2.2 tampak berbagai senyawa dalam bentuk ion yang biasa terdapat diperairan. Tabel 2.2 Berbagai Radikalyang Biasa Terdapat Dalam Air Ñama

Rumus

Muatan Listrik

Ammonium

NH4 +

1+

Hydroxyl

OH-

1-

Bikarbonat Karbonat Ortofosfat

2-

HCO3 CO32PO42-

123-

Mono-hidrogen-ortofosfat Di-hidrogen-ortofosfat Bisulfat Sulafat Bisulflt

HPO4 2H2PO4HSO4 SO42HSO3 -

21121-

SO32NO2 NO3

211-

Sulfit Nitrite Nitrat Hipoklorit

OCISumber: Manahan, 1994

1-

1. Senyawa Nitrogen Dalam Air Senyawa-senyawa nitrogen terdapat dalam keadaan terlarut juga sebagai bahan tersuspensi. Dalam air senyawasenyawa ini memegang peranan sangat penting dalam perairan reaksi-reaksi biologi perairan. Jenis-jenis nitrogen anorganik utama dalam air adalah ion nitrat (NO 3-), dan ammonium (NH4+). Dalam kondisi tertentu terdapat dalam bentuk nitrit (NO2-). Sebagian besar dari nitrogen total dalam air terikat sebagai nitrogen organik, yaitu dalam

36

bahan-bahan yang berprotein, juga dapat berbentuk senyawa/ion-ion lainnya dari bahan pencemar. Nitrogen perairan merupakan penyebab utama pertumbuhan yang sangat cepat dari ganggang yang menyebabkan eutrofikasi. Pada umumnya nitrogen anorganik dalam perairan aerob terdapat dalam keadaan bilangan oksidasi +5, yaitu sebagai NO3-, dan dengan bilangan oksidasi +3, dalam keadaan anaerob, sebagai NH4+yang stabil. Ion ammonium dan amino nitrogen (R-NH2 dalam bahan berprotein) mengalami oksidasi dengan adanya katalis biologi yang cocok: NH4+ + 2O3 → NCV + H2O + 2H+ Reaksi ini dapat terjadi, misalnya dalam pengolahan air buangan dengan aerosi yang cukup dari limbah yang mengandung ion ammonium.Dalam keadaan tanpa oksigen, ion nitrat dapat sebagai penerima elektron dalam reaksireaksi denganmikroorganisme sebagai perantara. O2 + 4FT + 4e- → 2H2O NCV + 6H+ + 5e → N + 1/2N2 + 3H2O Kemampuan ion nitrat sebagai penerima elektron digunakan dalam proses pengolahan air limbah untuk menghilangkan elektron dengan membiarkan ion nitrat mengoksidasi methanol melalui reaksi hermedia bakteri dalam kondisi anaerob: 5CH3OH + 6NO3- + 6H+ →5CO2 + 3N2 + 12H2O Dimana K adalah konstanta suatu gas pada suhu tertentu dan Px adalah tekanan parsial gas. Beberapa nilai K untuk berbagai macam gas dalam air terdapat pada Tabel 2.3.

37

Tabel 2.3 Konstanta Hukum Henry untuk Beberapa Gas dalam Air pada Gas K, mol. L-1 atm -1 O2 CO2 H2 N2 CH4 NO

1,28 × 10-3 3,38 × 10-2 7,90 × 10-4 6,48 × 10-4 1,34 × 10-3 2,0 10-3 Sumber: Manahan, 1994

Uap air sendiri memberikan tekanan parsial, maka dalam perhitungan kelarutan gas membutuhkan koreksi. Pada Tabel 2.4, dimuat tekanan parsial dari uap air pada berbagai suhu. Tabel 2.4. Tekanan Uap Air pada Berbagai Suhu T,0C Ph2O, torr Ph2O, atm 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 100

4,579 6,543 9,209 12,788 17,535 23,756 31,824 42,175 55,324 71,88 92,51 760,00

0,00603 0,00861 0,01212 0,01683 0,02307 0,03126 0,04187 0,05549 0,07279 0,09458 0,12172 1,0000

Sumber : Manahan, 1994 Kelarutan gas-gas dalam cairan dipengaruhi oleh suhu. Kelarutannya semakin menurun dengan kenaikan suhu. Pengaruh ini dirumuskan dalam persamaan ClausiusClaplyron.

38

Log C2CI Dimana: D T AH R

= Konsentrasi gas = Suhu(°K) = Kalorlarutan dalam Kal/mol = Konstanta gas (1,987 Kal. K-1 .mol-1)

2. Oksigen Dalam Air Semua mahluk hidup membutuhkan oksigen tidak terkecuali mereka yang hidup dalam air. Kehidupan akuatik seperti ikan, mendapatkan oksigennya dalam bentuk oksigen terlarut. Tanpa adanya oksigen terlarut pada tingkat konsentrasi tertentu banyak jenis organisme akuatik tidak akan ada dalam air. Banyak ikan mati dalam perairan tercemar bukan diakibatkan oleh toksitasi zat pencemar langsung, tetapi karena kekurangn oksigen sebagai akibat dari digunakannya gas tersebut pada proses penguraian penghancuran zat pencemar. Dalam udara yang bersih dan kering terdapat 20,95% oksigen berdasar volume. Sebagian besar oksigen dalam air berasal dari atmosfer. Oleh karena itu, kemampuan suatu badan air untuk mengisi oksigen kembali dengan cara kontak dengan atmosfer merupakan hal yang sangat penting.Kelarutan oksigen dalam air tergantung dari suhu (persamaan Clausius-Claplyron), tekanan parsial oksigen dalam atmosfer dan kandungan garam dalam air. Dibawah ini contoh perhitungan kelarutan oksigen sebagai fungsi dari tekanan parsial. Soal : Hitung kelarutan oksigen dalam air yang jenuh dengan udara pada tekanan 1,000 atm dan suhu 250C. Pemecahan : Dari tabel 2.4 tekanan parsial uap air pada suhu 250C adalah 0,0313 atm. Udara kering mengandung 20,95% oksigen, maka tekanan parsial oksigen adalah: (1,000 atm - 0,0313 atm) x 0,2095 = 0,2029 atm. 39

Konsentrasi molar oksigen dalam air dihitung berdasarkan hukum Henry: [O2(aq)]

= K.PO2

[O2(aq)] [O2(aq)] MRO2

= 1,28 x 10-3moIL-1atm-1 x 0,2029 atm = 2,60 x lO-4 molL-1 = 2,60 x 10-4M = 32, maka kelarutannya = 8,32 mg / L

Dari perhitungan tersebut, kelarutan oksigen dalam air pada suhu 25°C dalam keseimbangan dengan udara pada tekanan 1 atm hanya 8,32 mg/L. Berarti air dalam keadaan tersebut tidak dapat mengandung kadar oksigen terlalu tinggi bila dibandingkan dengan banyak jenis zat terlarut yang lain. Pengaruh suhu terhadap kelarutan gas-gas dalam air dapat dihiutng dengan menggunakan persamaan ClausiusClaplyron. Pengaruh suhu ini sangat penting dalam kasus oksigen. Kelarutan oksigen dalam air pada berbagai suhu terdapat pada Tabel 2.5. Dengan kenaikan suhu air, terjadi penurunan kelarutan oksigen yang dibarengi dengan naiknya kecepatan pernapasan organisme perairan, sehingga sering menyebabkan adanya suatu keadaan dimana naiknya kebutuhan oksigen diikuti oleh turunnya kelarutan gas tersebut dalam air. Tabel 2.5 Kelarutan Jenuh Oksigen dalam Air pada Berbagai Temperatur di bawah Tekanan Udara 760 mm Hg Temperatur Kelarutan oksigen Tekanan uap air °C mg/L mm Hg 0 14,6 5

40

1

14,2

5

2 3

13,8 13,5

5 6

4

13,1

6

5

12,8

7

6

12,5

7

7 8

12,2 11,9

8 8

9 10

11,6 11,3

9 9

11

11,1

10

12

10,8

11

13 14

10,6 10,2

11 12

15 16

10,4 10,0

13 14

17

9,7

15

18

9,5

16

19 20

9,4 9,2

17 18

21 22

9,0 8,8

19 20

23

8,7

24

8,5

21 22

25 26

8,4 8,2

24 25

27

8,1

27

28

7,9

28

29

7,8

30

30

7,6 Sumber: Manahan, 1994

32

3. Karbon Dioksida Dan Berbagai Jenis Karbonat Gas CO2 mempunyai sifat keasaman, maka akan menjadi lebih rumit dalam menghitung kelarutannya dalam air dibandingkan kelarutan gas-gas yang sukar bereaksi seperti O2dan N2. Karbon dioksida, ion karbonat, dan ion bikarbonat mempunyai pengaruh yang sangat penting terhadap sifatsifat kimia air. Banyak mineral diendapkan sebagai garam 41

dari ion karbonat (CO32-). Dalam fotosintesisnya ganggang menggunakan CO2 terlarut untuk menghasilkan biomas. Keseimbangan CO2 di atmosfer sebagai berikut: CO2(a) → CO2(atmosfer) Dan keseimbangan ion CO32- antara larutannya dalam air dengan mineral-mineral karbonat padat adalah: MCO3 → M2+ + CO32(garam karbonat yang sedikit larut) Hal ini mempunyai pengaruh buffer yang kuat terhadap pH air. Karbon dioksida merupakan komponen sangat kecil dari atmosfer kering yang normal, hanya berkisar 0,0314 % volume. Dengan demikian air murni atau air yang bebas alkalinitas dalam keseimbangannya dengan atmosfer hanya mengandung karbon dioksida sangat rendah. Oleh karena itu pembentukan HCO3- dan CO32- akan menaikan kelarutan karbondioksida. Konsentrasi yang tinggi dari CO2 ini memberikan pengaruh yangcukup besar terhadap kehidupan akuatik karena akan menghambat pernapasan dan pertukaran gas terutama bagi hewan perairan, bahkan dapatmengakibatkan kematian. Kandungan CO dalam air yang aman tidak bolehmelebihi 25mg/L. Dalam perairan alami, gas CO2 dihasilkan dari penguraian bahan-bahan organik oleh bakteri. Ganggang yang menggunakan CO2 dalam fotosintesis juga menghasilkan CO2 melalui proses metabolisme tanpa cahaya. Waktu air merembes melalui lapisan-lapisan dari hancuran bahan organik sambil masuk kedalam tanah, air ini dapat melarutkan banyak CO2 yang dihasilkan oleh pernapasan organisme dalam tanah. Seterusnya, waktuair masuk melewati batuan kapur, air tersebut melarutkan kalsium karbonat, karena adanya CO2 yang terlarut. CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO342

Proses ini merupakan salah satu sebab dari terbentuknya gas-gas kapur. Walaupun CO2 dalam air sering\terdapat sebagai H2CO3, konstanta keseimbangan untuk reaksi, CO2(aq) + H2O → H2CO3 Hanya sekitar 2 x 10 pada suhu 25 °C dan hanya sebagian kecil dari karbon dioksida terlarut secara aktual terdapat sebagai H2CO3. Jadi dapat disimpulkan secara sederhana bahwa karbondioksida yang tidak mengalami ionisasi dalam air sebagai CO2 terlarut dan juga H2CO3 yang tidak terdisosiasi. Berarti total CO2 terlarut adalah CO2 molekuler yangterlarut H2CO3 yang tidak terdisosiasi. Sistem CO2 - HCO3 - CO2 dalam air dapat ditulis dengan reaksi-reaksi dan konstanta keseimbangan sebagai berikut: CO2+ H2O → H+ + HCO3K1 = ([H+][HCO3])/ [CO2] K1 = 4,45 x 10-7 Pk1 = 6,3 Selanjutnya: HCO3- → H+ + CO32[

][

K2

=

K1

= 10,32

[

] ]

= 4,69x10-11

Sesuai yang dikemukakan dalam BAB 1, air hujan di berbagai belahan dunia termasuk Indonesia mengandung sejumlah besar ion sulfat yang dikenal dengan hujan asam (acid rain). Hal ini disebabkan oleh adanya pencemaran udara yang cukup berat oleh gas SO 2 yang kemudian mengalami oksidasi di udara sebagai berikut: 2 SO2 + 2H2O + O2 → 4H+ + 2SO42Adanya H2SO4 di atmosfer inilah yang menyebabkan terjadinya hujan asam yang kadangkala pH-nya mencapai 4.

43

4. Klorida Dan Fluorida Dalam Air Senyawa halida, klorida, dan fluorida merupakan senyawa-senyawa umum yang terdapat pada perairan alami. Senyawa-senyawa tersebut mengalami proses disosiasi dalam air membentuk ion-ionnya. Ion klorida pada tingkat sedangrelatif mempunyai pengaruh kecil terhadap sifat-sifat kimia dan biologi perairan. Kation dari garamgaram klorida dalam air terdapat dalam keadaan mudah larut, dan ion klorida secara umum tidak membentuk senyawa kompleks yang kuat dengan ion-ion logam. Ion ini juga tidak dapat dioksidasi dalam keadaan normal dan tidak bersifat toksik. Tetapi kelebihan garam-garam klorida ini dapat menyebabkan penurunan kualitas air yang disebabkan oleh tingginya salinitas. Air ini tidak layak untuk air pengairan dan keperluan rumah tangga. Ion fluorida jauh lebih penting dalam air dari pada ion-ion klorida. Fluor adalah salah satu unsur halogen yang keelektronegatifannya paling tinggi dibandingkan unsurunsur halogen lainnya. Dalam media asam, ion fluorida membentuk asam hidroflurat, yang mengion. HF → H+ + FHarga pKa = 3,13 oleh karena itu, dalam kisaran pH normal air, fluorida lebih banyak terdapat sebagai F daripada HF. Garam-garam fluorida dari kation-kation divalen mempunyai kelarutan sedang. Konstanta hasil kali kelarutan dari beberapa garam fluorida dapat dihitung seperti pada di bawah ini. Tabel 2.6 Konstanta Hasil Kali Kelarutan Beberapa Garam Fluorida Senyawa Konstanta hasi kali kelarutan BF2 1,05 × 10-6 CaF2 3,9 × 10-11 PbF2 3,1 × 10-8 SrF2 2,7 × 10-9 Sumber:Manahan, 1994 44

Kelarutan AgF cukup besar dibandingkan senyawa AgCl, AgBr, dan AgI yang sangat rendah. Selain itu senyawa fluorida membentuk kompleks yang kuat dengan Be (II), dan Fe (III). Beberapa sifat geokimia dan fisiologis ion fluorida berasal daripernyataan bahwa ion ini mempunyai jari-jari dan muatan yang sama dengan ion OH. Sebagai konsekuensinya, fluorida dan hidroksida mempunyai sifat yang sama. Oleh karena itu, ion fluorida dapat diganti dengan ion hidroksida dalam mineralmineral.Di alam kebanyakan air tawar ion fluorida umumnya terdapat dalam konsentrasi kurang dari 1 mg/L. Konsentrasi yang melebihi 10 mg/L jarang ditemukan. Fluorida ditambahkan pada banyak air untuk keperluan air minum rumah tangga untuk mencegah kerusakan gigi dengan konsentrasi kurang lebih 1 mg/L. 5. Kalsium dan Magnesium dalam Air Secara umum dari kation-kation yang ditemukan dalam banyak ekosistem air tawar kalsium mempunyai konsentrasi tinggi. Kalsium adalah unsur kimia yang memegang peranan penting dalam banyak proses geokimia. Mineral merupakan sumber primer ion kalsium dalam air. Di antara mineral-mineral primer yang berperan adalah gips, CaSO4.2H2O; anhidratnya, CaSO4; dolomite, CaMg (CO3)2-; kalsit dan aragonite yang merupakan modifikasi yang berbeda dari CaCO3. Air yang mengandung karbon dioksida tinggi mudah melarutkan kalsium dari mineral-mineral karbonatnya. CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3Reaksi sebaliknya akan berlangsung bila CO 2 hilang dari perairan. Karbon dioksida yang masuk keperairan melalui keseimbangan dengan atmosfer tidak cukup besar konsentrasinya untuk melarutkan kalsium dalam perairan alami, terutama air tanah. Pernapasan mikroorganisme, penghancuran bahan organik dalam air, dan sedimen berperan sangat besar terhadap kadar CO 2 dan HCCV 45

dalam air. Hal ini merupakan faktor penting dalam proses kimia perairan dan geokimia. Ion kalsium, bersama-sama dengan magnesium dan kadang-kadang ion ferro, ikut menyebabkan kesadahan air, baik yang bersifat esadahan sementara maupun kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh adanya ion-ion kalsium dan bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan jalan mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi: Ca2+ + 2HCO3- → CaCO3 + CO2 + H2O Sedangkan kesadahan tetap disebabkan oleh adanya kalsium atau magnesium sulfat yang proses pelunakannya melalui proses kapur-soda abu, proses zeolit dan proses resin organik. Banyaknya ahli masak yang merasa terganggu oleh adanya endapan putih kalsium karbonat, CaCO3 yang terbentuk dalam tempat pendidihan air yang mempunyai kesadahan sementara. Air sadah juga tidak menguntungkan/mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun digunakan pada air sadah, mula-mula sabun harus bereaksi lebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan penggunaan sabun, tetapi gumpalangumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat-alat yang dicuci sehingga proses pembersihan dan pembilasan oleh air. Deterjen mempunyai sifat yang agak berbeda dengan sabun, deterjen dapat menurunkan tekanan permukaan air tanpa harus bereaksi dahuludengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air. Oleh karena itu deterjen dapat digunakan pada berbagai derajat kesadahan air. Sayangnya,limbah deterjen kalau masuk ke lingkungan tidak dapat dihancurkan oleh mikroba. Tetapi saat ini industri-industri sudah dapat memproduksi sejenis deterjen yang dapat dihancurkan oleh mikroba.

46

Ion kalsium, Ca2+ mempunyai kecenderungan relatif kecil untuk membentuk ion kompleks. Dalam kebanyakan sistem perairan air tawar, jenis kalsium yang pertama-tama larut yang ada adalah Ca2+. Oleh karena itu pada konsentrasi HCO3- yang sangat tinggi, pasangan ion, Ca 2+ dan HCO3- dapat terbentuk dalam jumlah yang cukup banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion Ca2+ dan SO42- dapat terjadi. Tidak seperti halnya dengan kalsium yang densitas muatan dari ion Ca2+ relatif lebih kecil dibandingkan dengan ion logam-logam divalen lainnya, maka densitas muatan ion Mg2+ jauh lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk melakukan hidrasi. Magnesium dalam air terutama terdapat sebagai ion Mg 2+, HCO3- dan Mg2+, SO42terjadi bila konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi. Mineral-mineral seperti dolomit adalah sumber magnesium yang Natrium umumnya terdapat dalam konsentrasi yang lebih tinggi didalam air tawar dibandingkan dengan kalium. Ion natrium, sama dengan ion klorida, bersosiasi dengan salinitas yang berlebihan yang dapat menyebabkan penurunan kualitas air yang cukup serius.Kalium dalam perairan alami relatif rendah konsentrasinya dari natrium karena unsur ini tidak mudah dilepaskan dari sumbernya dan unsur ini mudah sekali diadsorpsi oleh mineral-mineral. Jenis sumber alami dari kalium adalah feldspar, esensial dan bergabung ke dalam bahan tanaman. Sebagai konsekuensinya bila terjadi kebakaran hutan dimana sering mengandung konsentrasi kalium yang tinggi. Suatu kenyataan bahwa hasil pencucian dari abu banyak digunakan oleh pioner-pioner sebagai sumber dari kalium hidroksida untuk pembuatan sabun 6. Alumunium Dalam Air Alumunium merupakan unsur terbanyak ketiga dalam kerak bumi. Kebanyakan alumunium yang dibawa air terdapat sebagai partikel-partikelmineral mikroskopik

47

yang tersuspensi. Konsentrasi dari alumunium yang terlarutdalam kebanyakan air kemungkinan kurang dari l,0 mg/L. Pada pH 4,0 jenis alumunium yang terlarut adalah Al(OH)dan ion Al yang terhidrasi kehilangan ion hidrogen pada nilai pH lebih besar dari 4,0. Al (H2O)63+ → Al(OH) (H2O)52+ + H+ Dalam kisaran pH 4.5-6.5terjadi polimerisasi dimulai dengan pembentukan dimmer. OH 2Al(OH) (H2O)s2+ → +2 (H2O)4 Al Al(H2O)4+

OH

Yang akhirnya berhenti dengan pembentukan partikel-partikel padat dari gibbsite, AI2O3 > 3H2O. Alumunium bersifat amfoter dan pada perairan alami dengan pH kurang lebih 10, terbentuk ion aluminat yang larut Al(OH)4-. Ion flourida membentuk kompleks yang sangat kuat dengan alumunium dan adanya fluorida dengan konsentrasi tinggi terbentuk jenis kompleks fluorida seperti AlF2+ mungkin akan terbentuk dalam air. Ion Alumunium membentuk endapan dengan silika dan dengan ion ortofosfat. 7. Besi dalam Air Besi adalah satu dari lebih unsur-unsur penting dalam air permukaan dan air tanah. Perairan yang mengandung besi sangat tidak diinginkan untuk keperluan rumah tangga, karena dapat menyebabkan bekas karat pada pakaian, porselin dan alat-alat lainnya serta menimbulkan rasa yang tidak enak pada air minum pada konsentrasi diatas kurang lebih 0,31 mg/L. Sifat kimia perairan dari besi adalah sifat redoks, pembentukan kompleks, metabolisme oleh mikroorganisme, dan pertukaran besi antara fasa cair

48

dan fasapadat yang mengandung besi karbonat, hidroksida dan sulfida. Besi (II) sebagai ion berhidrat yang dapat larut, 2+ Fe merupakan jenis besi yang terdapat dalam air tanah. Karena air tanah tidak berhubungan dengan oksigen dari atmosfer, konsumsi oksigen bahan organik dalam media mikroorganisme sehingga menghasilkan keadaan reduksi dalam air tanah. Oleh karena itu, besi dengan bilangan oksidasi rendah, yaitu Fe (II) umum ditemukan dalam air tanah dibandingkan Fe (III). Secara umum Fe (II) terdapat dalam air tanah berkisar antara 1,0-10 mg/L, namun tingkat kandungan besi sampai sebesar 50 mg/L dapat juga ditemukan dalam air tanah ditempat-tempat tertentu. Air tanah yang mengandung Fe (II) mempunyai sifat yang unik. Dalam kondisi tidak ada oksigen air tanah yang mengandung Fe (II) jernih, begitu mengalami oksidasi oleh oksigen yang berasal dari atmosfer ion ferro akan berubah menjadi ion ferri dengan reaksi sebagai berikut: 4 Fe2+ + O2 + 10H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ Dan air menjadi keruh. Pada pembentukan besi (III) oksidasi terhidrat yang tidak larut menyebabkan air berubah menjadi abu-abu. Besi (II) dapat terjadi sebagai jenis stabil yang larut dalam dasar danau dan sumber air yang kekurangan oksigen. Ion FeOH+ dapat terjadi dalam perairan yang bersifat basa, tetapi bisa ada CO2 maka terbentuk FeCO3 yang tidak larut. Besi (II) dapat membentuk kompleks yang stabil dengan zat organik pengompleks dan dapat larut dalam air. Dalam perairan dengan pH sangat rendah, kedua bentuk ion ferrodan ferri dapat ditemukan. Hal ini terjadi bila perairan memperoleh buangandari limbah tambang asam (Acid Mine Waters). Limbah yang bersifat H2SO4 yang dihasilkan oleh oksidasi dari oksidasi, FeS 2 (bijih besi) melaluireaksi sebagai berikut: 49

2FeS2(s) + 2H2O + 7O2 → 4H+ + 4 SO42- + 2Fe2+ dan tahap selanjutnya oksidasi dari ion ferro menjadi ion ferri dalam suatu proses yang, 4Fe2+ O2 + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2O terjadi sangat lambat. Dibawah pH 3,5 oksidasi tersebut dikatalisis oleh bakteri besi, Thiobacillus ferroxidam. Bakteri lainnya yang terlibat dalamoksidasi besi dengan adanya air tambang asam adalah Thiobacillus thiooxidaus dan Thiobacillus ferro oxidaus. Dengan bantuan bakteri ini ion ferri selanjutnya melarutkan pyrit: FeS2(s) + 14Fe3+ + 8H2O → 15Fe2+ + 2SO42- + 16H+ Ion ferro selanjutnya mengalami oksidasi menjadi ion ferri. Peristiwa tersebut merupakan siklus dari pelarutan pyrit. Kerusakan perairan yang disebabkan oleh aliran limbah tambang asam ini diperlihatkan dengan penutupan permukaan air oleh suatu lapisan yang sangat tipis dari Fe (OH)3 yang bersifat semigelatin. 8. Mangan Dalam Air Toksisitas Mangan (Mn), relatif sudah tampak pada konsentrasi rendah. Dengan demikian tingkat kandungan Mn yang diizinkan dalam air yang digunakan untuk keperluan domestik sangat rendah, yaitu dibawah 0,05 mg/L. Dalam kondisi aerob mangan dalam perairan terdapat dalam bentuk MnO2 dan pada dasar perairan tereduksi menjadi Mn2+atau dalam air yang kekurangan oksigen (DO rendah). Oleh karena itu pemakaian air yang berasal dari dasar suatu sumber air, sering ditemukan mangan dalam konsentrasi tinggi. Air yang berasal dari sumber tambang asam dapat mengandung mangan terlarut, dan pada konsentrasi ±1 mg/L dapat ditemukan pada perairan dengan aliran yang 50

berasal dari tambang asam. Pada pH yang agak tinggi dan kondisi aerob terbentuk mangan yang tidak larut seperti, MnO2, Mn3O4 atau MnCO3 meskipun oksidasi dari Mn2+ itu berjalan relatif lambat. I. PENCEMARAN AIR Definisi pencemaran air menurut Surat Keputusan Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup Nomor: KEP-2/MENKLH/I/1988 Tentang Penetapan Baku Mutu Lingkungan adalah: masuk atau dimasukkannya mahluk hidup, zat, energi dan atau komponen lain ke dalam air dan atau berubahnya tatanan air oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam, sehingga kualitas air turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan airmenjadi kurang atau sudah tidak berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya (pasal 1). Dalam pasal 2, air pada sumber air menurut kegunaan/ peruntukkannya digolongkan menjadi: 1. Golongan A, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa pengolahan terlebih dahulu. 2. Golongan B, yaitu air yang dapat dipergunakan sebagai air baku untuk diolah sebagai air minum dan keperluan rumah tangga. 3. Golongan C, yaitu air yang dapat dipergunakan untuk keperluan perikanan dan peternakan. 4. Golongan D, yaitu air yang dapat dipergunakan untuk keperluan pertanian, dan dapat dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri, dan listrik negara. 5. Menurut definisi pencemaran air tersebut di atas bila suatu sumber air yang termasuk dalam kategori golongan A, misalnya sebuah sumur penduduk kemudian mengalami pencemaran dalam bentuk rembesan limbah cair dari suatu industri maka kategori sumur tersebut bukan golongan A lagi, tetapi sudah turun menjadi golongan B karena air tersebut sudah tidak dapat digunakan langsung sebagai air minum tanpa melalui pengolahan terlebih dahulu. Dengan

51

demikian air sumur tersebut menjadi kurang/tidak berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya. 1. Sumber Pencemaran dan Jenis-jenis Bahan Pencemar Setelah Perang Dunia ke II telah terjadi pertumbuhan yang mengejutkan dalam dunia industri yang menggunakan bahan-bahan kimia sintetik. Banyak dari bahan-bahan kimia ini telah menyebabkan pencemaran terhadap lingkungan air. Seperti limpasan (run off) dari pestisida dan herbisida yang berasal dari daerah pertanian atau perkebunan dan buangan limbah industri ke permukaan air. Yang lebih serius lagi adalah terjadinya rembesan kedalam air tanah dari bahan-bahan pencemar yang berasal dari penampungan limbah kimia dan “landfills”, kolam penampungan atau kolam pengolahan limbah dan fasilitasfasilitas lainnya. Perhatikan gambar tentang siklus bahan pencemar dalam lingkungan berikut.

Gambar 2.5 Siklus Bahan Pencemar Dalam Lingkungan) Sumber: www.slideshare.net

52

Gambar di atas, memberikan ilustrasi bagaimana rute yang utama dari perpindahan (interchange) bahan-bahan kimia melalui komponen biotek atau organisme, terrestrial, udara, dan lingkungan air. Dan siklus bahan pencemar tampak bahwa manusia sendiri termasuk dalam organisme yang melepaskan bahan pencemar ke lingkungan terutama dalam bentuk buangan sisa proses biokimia dalam tubuhnya. Bahan pencemar air secara umum dapat diklasifikasikan seperti terlihat pada Tabel 2.7. Tidak semua perairan mengandung bahan pencemar yang sama atau semua bahan pencemar seperti terlihat pada Tabel 2.7, karena terjadinya pencemaran ditentukan oleh banyak faktor. Tabel 2.7 Klasifikasi Umum Dari Bahan Pencemar Air Jenis bahan pencemar

Pengaruhnya

Unsur-unsur renik Senyawa organ logam Polutan anorganik Asbestas Hara-ganggang Radionuklida Asiditas, alkalinitas, salinitas tinggi Zat pencemaran organik renik

Kesehatan, biota akuatik Tranpor logam Toksisitas, biota akuatik Kesehatan manusia Entrofikasi Toksisitas Kualitas air, kehidupan akuatik

Toksisitas Toksisitas, biota akuatik, satwa Pestisida liar PCB Kesehatan manusia Carsinigen Penyebab kanker Limbah minyak Satwa liar, estetik Patogen Kesehatan Detergen Introfikasi, estetik Sedimen Kualitas air, estetik Rasa, bau, dan warna Estetik Sumber: Manahan, 1994 53

2. Unsur-unsur Renik Dalam Air Istilah Unsur-unsur renik (treace elemeni) merujuk kepada unsur-unsur yang terdapat pada konsentrasi yang sangat rendah dalam suatu sistem. Unsur renik adalah suatu unsur yang terjadi hanya pada konsentrasi beberapa bagian persejuta (parts permilion ~ ppm) atau kurang.Unsur-unsur renik yang sangat penting yang dapat ditemui dalam perairan alami terdapat dalam Tabel 2.8. Tabel 2.8 Sumber dan Efekdari Unsur-unsur Renik Dalam Perairan Alami Batas Efek/ USPHS* Unsur Sumber pengaruh (mg/l) Buangan Menukar seng industri, secara biokimia, limbah tekanan darah Pertamtinggi, merusak, bangan, ginjal-jaringan Kadmium 0.01 Penggetestebuler dan lasan sel- sel darah logam, merah,teksisitas pipa-pipa terhadap biota air akuatik. Hasil samping PertamToksik, Arsen Tidak diberikan bangan, kasimogenik. bilangan kimia. Batu bara, Taksisitas akut Berilium 1,0 tenaga dan kronis, nuklir, dan kasimogenik. industri

54

Boron

Khrom

Tembaga

Flour (ion

florida

Yodium

angkasa. Batu bara, Toksik terhadap detergen, beberapa 0,05 limbah tanaman. industri. Pengelasa n logam, Unsur renik zat aditif pokok, pada 1,0 kasimogenik neraca air sebagai Cr (VI). sebagai Cr (VI). Pengelasan Unsur renik logam, pokok, tidak trlalu limbah toksis terhadap industri 0,8 – 17 hewan, toksik dan (tergantung terhadap tanaman domestik, suhu) dan ganggang pengemba dalam konsentrasi ngan, sedang pencucian mineral. Mencegah Sumberkerusakan gigi Tidak diberikan sumber pada kira-kira 1 mg/l geologi dan alami, pembentukan limbah karat gigi/ industri, kerusakan gigi zat aditif pada pada air. sekitar 5 mg/l dalam air. Limbah industri,

Mencegah gondok, nutrium

-

55

pokok

(ion yodida besi)

Mangan

Merkuri

56

air laut, industri air laut, karat logam, limbah industri, saluran tambang air atom Pertamba ngan limbah industri, saluranta mbang atom, kerja mikroba terhadap mineral mangan pada Pe rendah. Limbah industri, industri pestisida, batu bara Limbah industri, sumber alam.

haemoglobin, tidak selalu toksis, merusak perabotan kamar mandi dan pakaian.

Relatif tidak toksis terhadap hewan, toksis terhadap tanaman pada kosentrasi tinggi, perkaratan perabotan kamar mandi dan pakaian.

0,05

Toksisitas akut dan kronik.

Tidak diberikan

Molibder

Sumber geologi alami, belerang, batu bara.

Kemungkinan racun pada hewan, penting untuk tanaman.

Tidak diberikan

Sumber geologi alami, Penting pada penambang kosentrasi rendah, an, las toksis pada Tidak Salenium listrik, kosentrasi tinggi, diberikan buangan kemunnkinan prosesing karsinogenik. film, disinfeksi air. Menyebabkan Limbah kulit bewarna biru industri, Perak abu-abu, merusak 0,01-0,05 las logam, membran patri. mocous, dan mata. Unsur pentig dalam banyak metaloenzim, obat luka, toksis untuk tanaman Seng pada kosentrasi 5,0 yang lebih tinggi, komponen utama dari buangan “sludge” padatanah. Sumber:Manahan, 1994 Dari Tabel 2.8, beberapa unsur renik dikenal sebagai unsur hara tanaman dan nutrisi untuk hewan. Dalam tabel 57

tersebut banyak unsur yang merupakan unsur pokok pada konsentrasi rendah dan toksik pada konsentrasi yang lebih tinggi. Hal ini merupakan fenomena dari beberapa zat dalam lingkungan perairan. Beberapa dari unsur logam berat merupakan logam yang paling berbahaya dari unsurunsur zat pencemar. Seperti timbal (Pb), Kadmium (Cd), dan Merkuri (Hg), kebanyakan dari logam-logam itu mempunyai afinitas sangat besar terhadap belerang. Logamlogam ini menyerang ikatan-ikatan belerang dalam enzimenzim sehingga enzim yang bersangkutan menjadi tidak berfungsi. Gugus-gugus protein, asam karbosilat dan amino, juga diserang olah logam-logam berat. Ion-ion Cd, Cu, dan Hg (II) terikat pada sel-sel membran yang menyebabkan terhambatnya proses-proses transport melalui dinding sel. Logam-logam berat juga dapat mengendapkan fosfat organik atau mengkatalisis pengurainya. Unsur-unsur yang terdapat pada garis batas antara logam dan bukan logam yaitu metaloid, beberapa diantarannya merupakan zat pencemar air yang berbahaya. Arsen (As), Selenium (Se), dan Antimon (Sb), merupakan contoh-contoh penting yang pengaruhnya seperti pada Tabel 2.8 3. Sianida Dan Bahan Anorganik Lainnya Dalam Air Kebanyakan dari bahan pencemar anorganik yang penting terdapat sebagai unsur-unsur renik. Sianida CNmerupakan salah satu bahan pencemar anorganik yang paling penting. Dalam air sianida terdapat sebagai HCN, suatu asam lemak dengan pKg = 6 x 10 -10. Ion sianida mempunyai afinitas kuat terhadap banyak ion logam, misalnya membentuk ferrosianida yang relatif kurang beracun, Fe(CN64-), HCH merupakan gas yang mudah menguap dan sangat beracun. Sianida banyak di gunakan secara luas dalam industri, terutama untuk pembersih logam dan pengelasan listrik. Gas ini merupakan salah satu gas utama efluen

58

pencemar dari dapur gas dan oven-oven batu bara. Sianida di gunakan pula dalam prosesing mineral-mineral tertentu, seperti dalam pencucian bijih emas. Bahan pencemar anorganik lainnya adalah ammonia, karbondioksida, hidrogen, sulfida, nitrit dan sulfit. Kehadiran senyawa nitrogen dalam bentuk ammonia yang cukup banyak memberikan masalah yang cukup besar terhadap kualitas air. Amonia merupakan produk utama dari penguraian (pembusukan) limbah nitrogen organik yang keberadaannya menunjukan bahwa sudah pasti terjadi pencemaran oleh senyawa tersebut. Amonia kadang-kadang di tambahkan ke dalam bahan air untuk minum atau sumber air dengan pE rendah yang kemudian akan bereaksi dengan klor untuk menyediakan “sisa klor”(pada proses penjernihan air minum). Ketika pKa dari ion ammonium, NH4+, 26 kebanyakan dari amonia dalam air terdapat sebagai NH dari pada NH3. Hidrogen Sulfida (H2S) dihasilkan dari proses pembusukan bahan-bahan organik yang mengandung belerang oleh bakteri anaerob dansebagai hasil reduksi dalam kondisi anaerob terhadap sulfat oleh rnikroorganisme dan sebagai salah satu bahan pencemar gas yang dikeluarkan dari air panas bumi. Bahan-bahan pencemar dari industri kimia, pabrik kertas, pabrik tekstil dan penyamakan kulit dapat mengandung H2S merupakan asam lemak dengan harga pKa (1) = 6,99 dan pKa (2) = 12,92. Ion S2- tidak pernah di temukan dalam perairan alami yang bersifat normal. Ion sufida mempunyai afinitas yang menakjubkan dengan banyak logam-logam berat, dan pengendapan dari logam-logam sulfida seringkali menyertai terbentuknya H2S. Karbon dioksida bebas, CO2, seringkali terdapat dalam air konsentrasi tinggi sehubungan terjadinya pembusukan bahan-bahan organik, karbon dioksida digunakan untuk “melunakkan” air, pada proses

59

rekarbonisasi dalam pengolahan air. Kandungan CO 2 yang cukup tinggi, air akan lebih bersifat korosif dan akan membahayakan kehidupan akuatik. Ion nitrit, NO2 terdapat dalam air sebagai “an intermediate Oxidation State” dari nitrogen. Kadangkala nitrit ditambahkan padabeberapa proses industri untuk mencegah terjadinya korosi. Jarang terdapat, pada air minum pada konsentrasi lebih dari 0,1 mg/L. Ion Sulf1t, SO32-, ditemukan dalam beberapa air limbah industri. Natrium sulfit biasa ditambahkan “to boiler feed waters” sebagai perangkap oksigen: 2SO32- + O2 → 2SO42Bila pKa(l) dari asam belerang 1,76 dan pKa(2) = 7,20 sulfit terdapat sebagai HSO3- atau SO32- dalam perairan alami tergantung pada pH. Perlu dicatat bahwa hidrazin, N2H4, juga dapat berfungsi sebagai perangkap oksigen: N2H4 + O2 → 2H2O + N2(g) 4. Asbes Dalam Air Toksisitas dari asbes yang terhirup sudah diketahui dengan baik. Setelah terpapar selama 20 atau 30 tahun akan terbentuk jaringan ikat pada paru-paru yang kemudian berkembang menjadi kanker. Belum diketahui dengan pasti apakah asbes bersifat toksik dalam air minum. Namun telah menjadi fokus perhatian karena sekarang ini telah terjadi penumpukan (dumping) dari takonit yang berasal dari penambangan bijih besi yang mengandung asbes. Seperti yang terjadi di daerah sekitar “danau superior”dimana fiber (mengandung asbes) banyak ditemukan dalam air minum.

60

5. Ganggang dan Eutrofikasi Istilah eutrofikasi berasal dari bahasa Yunani berarti nutrisi/hara baik, yang menjelaskan suatu kondisi dari suatu danau atau penampungan/sumber air yang menyebabkan kemerosotan dari kualitas airnya. Langkah pertama dalam eutrofíkasi dari badan-badan air adalah adanya masukan dari hara-hara tanaman seperti terlihat pada Tabel 2.9, yang berasal dari air buangan hara atau nutrien mencapai badan air yang kemudian menghasilkan sejumlah besar biomas tanaman melalui fotosintesis. Tabel 2.9 Sumber dan Fungsi Hara Esensial bagi Tanaman Hara Hara makro Karbon (CO2)

Sumber Atmosfer, pembentukan Air, AirPembusukan, atmosfer, bahan Hidrogen pencermar. Oksigen Pembusukan, mineral, Nitrogen (NO2) bahan pencemar Fostor (fosfat) kalium Sulfur (sulfat) Magnesium Kalsium Hara mikro B,Cl, Ca, Cu, Fe, Mo, Mn, Na, Sl, U, Zn

Mineral-mineral bahan pencemar Mineral-mineral Mineral-mineral Mineral-mineral Mineral-mineral Bahan pencemar

Fungsi Penyusun biomas Penyusun biomas Penyusun biomas Penyusun protein Penyusunan DNA/RNA Fungsi metabolik, Protein, enzim Fungsi metabolik dan penyusun Enzim.

Sumber: Manahan, 1994 Biomas yang mati terakumulasi di dasar danau yang sedikit demi sedikit mengalami pembusukan, dan menghasilkan kembali gas CO2, fosfor, nitrogen, dan kalium. Bila danau tidak terlalu dalam, akar-akar tanaman

61

di dasar tanaman mulai tumbuh, meningkatkan akumulasi dari material padat dalam danau atau kolam. Eutrofikasi merupakan suatu fenomena yang sering terjadi, yangmerupakan dasar dari pembentukan deposil yang berlimpah dari batu baradan tanah-tanah yang subur, dimana kegiatan manusia dapat meningkat dengan proses cepat tersebut. Hal ini dapat dipahami, bila kita perhatikan pada Tabel 5.3 yang memperlihatkan bahwa unsur-unsur kimia dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman. Kebanyakan dari unsur-unsur tersebutrata-rata terdapat sumber air atau danau dalam jumlah yang lebih daricukup untuk pertumbuhan tanaman. Deterjen yang berasal dari rumah tangga merupakan sumber fosfat yang umum dalam air limbah, dan untuk mengontrol eutrofikasi dikonsentrasikan pada eliminasi fosfat dalam deterjen, mengeluarkan fosfat pada proses pengolahan air buangan limbah, dan mencegah termuatnya fosfat dalam aliran air buangan dari berbagai badan air. Seluruh fenomena eutrofikasi merupakan sesuatu yang kompleks, dan dibutuhkan penelitian-penelitian untuk memecahkan permasalahan ini. Sungguh sangat ironis dalam dunia yang miskin akan tanaman, bahan buangan kaya akan nutrien yang berasal dari proses pemupukan lahan yang berlebihan atau dari air buangan yang sangat meningkat dalam banyak danau dan waduk-waduk air. 6. Aciditas, Alkalinitas, dan Salinitas Biota akuatik sensitif terhadap pH yang ekstrim, dalam arti air sangat bersifat asam atau basa. Hal ini kebanyakan akibat dari efek osmotik, sehingga biota-biota akuatik tidak dapat hidup dalam suatu medium yang salinitasnya tidak sesuai. Oleh karena itu, ikan air tawar akan segera mati bila dimasukan kedalam air laut dan sebaliknya ikan laut tidak dapat hidup dalam air tawar. Kelebihan salinitas juga akan segera mematikan tanaman yang tidak sesuai dengan kondisi tersebut.

62

Gambar 2.6 kurva pertumbuhan organisme akuatik sebagai fungsi dari pH. Sumber: https://docplayer.info/ Dari gambar tersebut tampak bahwa aktivitas optimum enzim dalam pertumbuhan organisme akuatik terletak pada pH dengan kondisi netral. Hal ini berbeda dengan kondisi temperatur perairan dimana aktivitas enzim yang diperlihatkan oleh pertumbuhan organismenya kurvanya tidak berbentuk normal, seperti terlihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Aktivitas enzim sebagai fungsi dari temperatur Dari gambar 2.7 tampak bahwa aktivitas enzim meningkat dengan naiknya temperatur, tetapi setelah mencapai temperatur maksimum aktivitas enzim biasanya 63

menurun tajam atau berhenti. Hal ini disebabkan temperatur yang tinggi akan merusak enzim dan terjadi perubahan enzim tersebut pada temperatur tidak terlalu jauh dari nilai optimumnya. Sumber yang paling umum dari bahan pencemar asam dalam air adalah aliran asam penambangan. Asam sulfat dari aliran tersebut dihasilkan dari oksidasi mikroba dari pyrit dan mineral-mineral lainnya seperti telah dibahas dalam BAB III. Harga pH dari air yang terkontaminasi asam tersebut dapat mencapai dibawah 3, suatu kondisi yang mematikan kehidupan akuatik kecuali bakteri culpit sebagai perantara oksidasi pyrit dan besi (II) oksida. Limbah industri sering menyebabkan kondisi keasaman yang tinggi dari perairan. Asam sulfat juga terbentuk dalam oksidasi bahan pencemar SO2 di atmosfer yang memasuki perairan alami melalui jatuhan hujan asam. Dalam kasus ini bila perairan tidak mengalami kontak dengan mineral-mineral bersifat basa akan sangat membahayakan, seperti dialami beberapa danau di Canada yang menjadi “danau mati” karena sudah tidak ada lagi kehidupan akuatik disana. Kelebihan Alkalinitas, seringkali disertai dengan pH tinggi, secara umum tidak langsung disebabkan oleh aktivitas manusia. Tetapi dibeberapa daerah dimana tanahnya banyak mengandung mineral-mineral bersifat basa akan memberikan efek alkalinitas tinggi terhadap perairannya. Aktivitas dengan jalan mengalirkan sebagian air buangan pertambangan ke dalam air permukaan atau sumber air. Kelebihan salinitas dalam air dimanifestasikan oleh adanya karakterisasi pembentukan garam-garam putih dipinggiran suatu badan air atau diatas tepi sungai Salinitas air dapat meningkat oleh sejumlah aktivitas manusia. Seperti air yang melalui suatu sistem pengolahan air yang kurang baik, mengambil garam dari beberapa proses, seperti pada pelunakan air oleh natrium klorida, NaCl. Irigasi dan produksi pertanian yang intensif telah menyebabkan terjadinya resapan garam-garam yang mengakibatkan air

64

mempunyai salinitas tinggi. Pada waktu musim kemarau, penguapan air terjadi cukup tinggi karena panasnya suhu meninggalkan lahan dengan muatan garam yang cukup tinggi dan akhirnya tidak banyak mendukung pertumbuhan tanaman lebih lanjut. 7. Oksigen, Bahan Oksidan dan Reduktan Keberadaan oksigen sangat vital dalam perairan alami. Dalam air, oksigen dikonsumsi secara cepat oleh bahan organik, (CH2O), dalam reaksi: Mikroorganisme (CH2O) + O2 → CO2 + H2O Dengan tidak adanya reaerasi yang cukup, seperti adanya arus turbulensi dari suatu sungai yang dangkal, sungai dengan cepat akan kekurangan oksigen dan tidak dapat mendukung kehidupan akuatik yang lebih baik. Dengan adanya mikroorganisme yang berfungsi sebagai perantara oksidasi bahan organik, oksigen dalam air mungkin digunakan oleh biooksidasi dari bahan-bahan bernitrogen. NH4+ + 2O2 → 2H+ + NO3- + H2O Dan selanjutnya dengan oksidasi kimia atau biokimia dari bahan kimia pereduksi (reduktan), terjadi reaksi: 4Fe2+ + O2 + 10H2O → 4Fe(OH)3(s) + 8H+ SO32- + O2 → 2SO42semua proses tersebut menyebabkan terjadinya deoksigenasi dari air. Banyaknya oksigen yang dikonsumsi/digunakan oleh oksidasi dengan perantara mikroba dari bahan pencemar air dinamakan Biochemical Oxygen Demand (BOD). Parameter ini biasanya diukur dengan menentukan jumlah oksigen yang digunakan oleh mikroorganisme akuatik yang sesuai selama jangka waktu 5 hari.Penambahan bahan pencemar yang dapat dioksidasi kedalamsungai/aliran air menyebabkan suatu bentuk kurva oksigen yang melengkung (tidak linier).

65

Mula-mula, suatu perairan dengan aerasi yang baik, yaitu sungai yang tidak tercemar maka kadar oksigennya tinggi dan populasi dari bakteri relatif rendah. Dengan adanya penambahan bahan pencemar yang dapatdioksidasi, maka kandungan oksigen dalam air menurun tajam karena reaerasi tidak dapat tercapai dengan adanya penggunaan oksigen oleh bakteri. Dalam wilayah (zona) penguraian, populasi bakteri meningkat. Zonaini ditandai dengan populasi bakteri yang tinggi dan tingkat kandungan oksigen yang rendah. Bila bahan pencemar tersebut sudah habis maka terbentuk zona “terminate”yang kemudian terjadi zona perbaikan (“recovery”). Dalam zona perbaikan, populasi bakteri mulai menurun dan tingkat kandungan oksigen atau oksigen terlarut (Disolved Oxygen, DO) meningkat sampai akhirnya air mencapai kondisi semula. Meskipun BOD merupakan suatu pengukuran yang realistik untuk menentukan kualitas air dan lebih jauh mengangkut oksigen, tes yang digunakan membutuhkan cukup waktu dan tidak praktis untuk dilakukan. Total organik karbon (TOC), seringkali dilakukan pengukurannya dengan menggunakan katalis yang dapat mengoksidasi bahan organik dalam air dengan jalan mengukur TOC menjadi lebih populer karena menggunakan peralatan yang lebih sederhana dan tidak menggunakan waktu yang terlalu lama seperti pada pengukuran BOD. 8. Bahan Pencemar Organik Seperti terlihat pada Tabel 2.10, buangan domestik, komersial, proses pembuatan makanan, dan industri merupakan sumber yang mengandung bahan polutan dengan kandungan yang cukup banyak, termasuk jenis bahan pencemar organik. Beberapa dari bahan pencemar ini, terutama zat-zat yang membutuhkan oksigen seperti: minyak, lemak, dan beberapa padatan dikeluarkan dari proses pengolahan air primer dan sekunder. (Proses pengolahan air limbah, terutama limbah industri akan

66

dibahas pada bahan ajar "Kimia Analisis Lingkungan"). Bahan pencemar lainnya seperti garam-garam, logam-logam berat dan bahan-bahan organik yang tahan urai dapat dihilangkan dengan efisiensi. Tabel 2.10 Beberapa komponen primer air buangan dari sistem buangan air kota Komponen Sumber Efek dalam air (konstituen) Potensial Zat-zat yang Bahan-bahan Mengurangi membutuhkan organik oksigen terlarut oksigen terutama feces Bahanorganik tidak Buangan industri., Toksisterhadap terdegrasi. kehidupan akuatik Virus Produk-produk Menyebabkan rumah penyakit tangga. Detergen Buangan manusia Estetika menghambat Minyak dan lemak Rumah tangga penghilangan minyak, Fosfat Merusak, toksis terhadap proses kehidupan pembuatan akuatik makanan dari Estetika, Garam-garam Limbah industri berbahaya bagi Deterjen kehidupan Buangan manusia akuatik. pelukan Nutrisi bagi

67

Logam berat

Agen chelat

Padatan

air, limbah industri ganggang Limbah industri Meningkatkan Laboratorium kimia salinitas Beberapa deterjen, Limbah industri Toksisitas Pelarutan logam berat dan transportasinya Semua sumber Estetika, berbahaya bagi kehidupan akuatik Sumber: Manahan, 1994

Masalah besar lainnya dari lingkungan air limbah adalah terbentuknya banyak lumpur dari proses pengolahan air limbah. Lumpur yang dihasilkan ini mengandung bahan-bahan organik yang mengalami penguraian perlahan-lahan, bahan organik tidak terdegradasi, dan logam-logam berat jumlah lumpur yang dihasilkan makin lama makin meningkat. Hal ini disebabkan setiap industri diwajibkan untuk mengolah air limbahnya berarti lumpur yang dihasilkan dari proses pengolahan air akan bertambah banyak sesuai dengan semakin banyaknya industri yang didirikan. 9. Sabun Dan Deterjen Limbah domestik kerapkali mengandung sabun dan deterjen. Keduanya merupakan sumber potensial bagi bahan pencemar organik. Sabun adalah senyawa garam dari asam-asam lemak tinggi, seperti natrium stearat, C17H35COO- Na+. Aksi pencucian dari sabun banyak dihasilkan dari kekuatan pengemulsian dan kemampuan menurunkan tegangan permukaan dari air. Konsep ini dapat di pahami dengan mengingat kedua sifat dari anion sabun. Suatu gambaran dari stearat terdiri dari ion karboksil sebagai“kepala”dengan hidrokarbon yang panjang sebagai “ekor”. Dengan adanya 68

minyak, lemak, dan bahan organik tidak larut dalam air lainnya, kecenderungan untuk “ekor” dari anion melarut dalam bahan organik, sedangkan bagian “kepala” tetap tinggal dalam larutan air. Oleh karena itu sabun mengemulsi atau mensuspensi bahan organik dalam air. Dalam proses ini, anion-anion membentuk partikel-partikel koloid micelle seperti terlihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Bentuk partikel-partikel koloid Micelle dari sabun (Sumber: Manaban, 1994) Keuntungan yang utama dari sabun sebagai bahan pencuci terjadi dari reaksi dengan kation-kation divalen membentuk garam-garam dari asam lemak yang tidak larut. 2C17H35COO- Na+ + Ca2+→ Ca (C17H35CO2)2(s) +2Na+ Padatan-padatan tidak larut ini, biasanya garamgaram dari magnesium atau kalsium. Keduanya tidak seluruhnya efektif seperti bahan-bahan pencuci. Sebagai tambahan, spesi yang tidak dapat membentuk dadih (Curds) yang tidak enak dilihat. Pada baju dan mesin-mesin pencuci. Bila sabun digunakan dengan cukup, semua kation divalen dapat dihilangkan oleh reaksinya dengan sabun, dan air yang mengandung sabun berlebih dapat mempunyai kemampuan pencucian dengan kualitas yang baik. Ini merupakan penyesuaian yang biasa dilakukan bila sabun digunakan dalam air yang tidak lunak (air sadah) dimana 69

adanya garam-garam kalsium dan magnesium yang tidak larut dapat ditoleril. Akan tetapi bila sabun digunakan untuk mencuci pakaian, air sadah harus dilunakkan terlebih dahulu dengan menghilangkan dulu kalsium dan magnesium atau senyawa kompleksnya dengan zat-zat polifosfat. Meskipum pembentukan garam-garam kalsium dan magnesium yang tidak larut telah dihasilkan dalam pembentukan yang penting dari sabun sebagai bahan pencuci untuk baju, piring-piring, dan bahan-bahan penting lainnya tetapi mempunyai keuntungan yang berbeda dari sudut lingkungan. Begitu sabun masuk kedalam buangan air atau suatu sistem akuatik biasanya langsung terendap sebagai garam-garam kalsium dan magnesium. Oleh karena itu beberapa pengaruh dari sabun dalam larutan mungkin dapat dihilangkan. Akhirnya dengan biodegradasi, sabun secara sempurna dapat dihilangkan dari lingkungan. Oleh karena itu terlepas dari pembentukan buih yang tidak enak dipandang, sabun tidak menyebabkan masalah pencemaran yang penting. Deterjen sintetik mempunyai sifat-sifat mencuci yang baik dan tidak membentuk garam-garam tidak larut dengan ion-ion kalsium dan magnesium yang biasa terdapat dalam air sadah. Deterjen sintetik mempunyai keuntungan tambahan karena secara relatif bersifat asam kuat, oleh karena itu tidak menghasilkan endapan sebagai asam-asam yang mengendap suatu karakteristis yang tidak tampak pada sabun. Unsur utama dari deterjen adalah bahan surfaktan atau bahan aktif permukaan, yang beraksi menjadikan air menjadi lebih basah (wetter) dan sebagai bahan pencuci yang lebih baik. Surfaktan terkonsentrasi pada batas permukaan antara air dengan gas (udara), padatan-padatan (debu), dan cairan-cairan yang tidak dapat bercampur (minyak). Hal ini terjadi karena struktur “Amphiphilic”, yang berarti bagian yang satu dari molekul adalah suatu yang bersifat polar

70

atau gugus ionik (sebagai kepala) dengan alfinitas yang kuat untuk air dan bagian lainnya suatu hidrokarbon (sebagai ekor) yang tidak suka air. Senyawa ini suatu surfaktan alkil sulfat, suatu jenis vane yang banyak digunakan untuk berbagai keperluan seperti shampo, kosmetik, pembersih dan laundry. Sampai tahun 1960-an Surfaktan yang paling umum digunakan adalah alkil benzen sulfonat, ABS suatu produk sulfonasi dari suatu derivat alkil benzen. ABS sangat tidak menguntungkan karena ternyata sangat lambat terurai oleh bakteri pengurai disebapkan oleh adanya rantai bercabang pada strukturnya. Dengan tidak terurainya secara biologi deterjen ABS, lambat laun perairan yang terkontaminasi oleh ABS akan dipenuhi oleh busa. Efek yang tidak menguntungkan lainnya dari surfaktan jenis ini terhadap proses pengolahan limbah adalah menurunkan tegangan permukaan dari air pemecahan kembali dari gumpalan (flock) koloid, pengemulsian lemak, minyak dan pemusnahan bakteri yang berguna. Oleh karenaitu, ABS kemudian digantikan oleh surfaktan yang dapat di biodegradasi, yang di kenal dengan Linier Alkil Sulfonat (LAS). Struktur dari LAS (ɑ-benzen sulfonat), dimana Iingkar benzena dapat terlihat pada setiap atom dari rantai alkil kecuali pada atom terakhir/terluas. LAS mempunyai sifat yang lebih baik dari ABS karena rantai alkilnya tidak bercabang dan tidak mempunyai atom karbon tersier yang sangat mengganggu kemampuannyauntuk terurai secara biologis. Sejak LAS menggantikan penggunaan ABS dalam deterjen, masalah-masalah yang timbul seperti penutupan permukaan air oleh gumpalan busa dapatdihilangkan dan toksisitasnya terhadap ikan di perairan telah banyak dikurangi. 10. Pestisida Di Dalam Air Pestisida merupakan penyebab pencemaran lingkungan yang utama, baik untuk pencemaran tanah, udara, dan air. Banyak pestisida yang sangat beracun seperti 71

DDT (sekarang sudah tidak boleh digunakan dan diproduksi) dan menjadi lebih tinggi konsentrasinya didalam rantai makanan. Mahluk hidup terutama manusia banyak mendapatkan keuntungan dengan adanya pestisida. Suatu kenyataan tanpa pestisida, bidang pertanian tidak akan menghasilkan produk yang sesuai dengan yang diperkirakan. Dari pengalaman sejarah masa lalu, keracunan tanaman pertanian oleh hama dan penyakit telah menyebabkan kelaparan penduduk dunia dalam jumlah yang sangat besar. Oleh karena itu pestisida akan terus digunakan, yang perlu mendapat perhatian dalam hal ini adalah harus dicari pestisida yang lebih aman dan lebih mudah terurai dalam lingkungan setelah digunakan. Pestisida dapat digolongkan sebagai herbisida, insektisida, dan fungisida. Herbisida, meskipun sangat beracun terhadap tanaman yang peka, umumnya tidak menghambat pertumbuhan mikrobiologi bila digunakan pada konsentrasi yang diinginkan. Herbisida digunakan untuk mematikan tanaman yang tidak diinginkan. Insektida, biasanya tidak membahayakan mikroorganisme meskipun penggunaannya dengan konsentrasi yang lebih tinggi dari herbisida. Fungisida digunakan untuk membasmi cendawan-cendawan berbahaya. Insektisida dan fungisida merupakan pestisida yang paling penting karena penggunaannya yang dekat sebelum atau sesudah panen, sehingga dapat menyebabkan asupan terhadap bahan makanan. Potensi adanya sejumlah besar pestisida masuk ke perairan bisa secara langsung seperti kegiatan membasmi nyamuk dan serangga lainnya, atau tidak langsung terutama yang berasal dari saluran lahan pertanian. Ada tiga jenis insektisida yang di gunakan, yaitu jenis organochlor, organofosfat, dan karbonat. Insektisida organochlor merupakan senyawa hidrokarbon dimana beberapa atom H nya selalu digantikan oleh atom-atom Cl,

72

Salah satu insektisida organochlor yang telah banyak digunakan dan menimbulkan banyak masalah besar terhadap lingkungan hidup adalah DDT (Dichloro Difenil Trichloroetana). DDT bersifat toksik terhadap mamalia, dan mungkin bersifat karsinogen. Insektisida ini sangat bersifat persisten dan terakumulasidalam rantai makanan, sehingga sudah tidak boleh digunakan lagi. Insektisida Organofosfat merupakan senyawa organik yang mengandung fosfor, kebanyakan bentuk derivat senyawa organik dari asam ortofosfat. Beberapa dari insektisida organofosfat adalah ester dari asam ortofosfat, yang paling dikenal adalah paraoxon, dan parathion. Toksisitas dari organofosat cukup tinggi, sebagai contoh, sebanyak 120 mg parathion telah diketahui dapat membunuh orang dewasa dan dengan dosis 2 mg saja dapat membunuh seorang anak. Keracunan sering terjadi karena adanya aktorksi melalui kulit.Berbeda dengan organochlor, insektisida jenis ini langsung dapat mengalami biodegradasi dan tidak bersifat bioakumulatif. Oleh karena itu insektisida organofosfat kurang signifikan sebagai bahan pencemar air. Insektisida golongan karbamat penggunaannya cukup luas sebagai insektisida halaman berumput atau kebun digunakan Carbaryl. Insektisida golongan ini lebih mudah mengalami biodegradasi dan mempunyai toksisitas yang lebih ringan daripada organofosfal. Efek toksik dari karbonat terhadap binatang adalah kenyataan bahwa senyawa ini menghambat kerja enzim acetylcholinesterase namun hanya bersifat reversibel. 11. Radionuklida Dalam Lingkungan Perairan Inti radioaktif atau radionuklida terbentuk dalam jumlah yang sangat besar, sebagai produk sampah dalam pembangkit tenaga nuklir. Buangan yang berlebihan merupakan sebuah masalah yang disebabkan banyak kontroversi yang menyangkut perluasan penggunaan

73

tenaga nuklir. Inti radioaktif berbeda dengan inti lain dalam mengeluarkan radiasi ionisasinya. Bentuk-bentuk yang paling umum dari radiasi ionisasi adalah partikel-partikel alfa, beta, dan gamma (ɑ, ß, dan ). Bahaya radiasi bagi organisme hidup disebabkan karena reaksi-reaksi kimia berbahaya didalam jaringan. Jaringan ikatan dalam makromolekul yang menyelengarakan proses kehidupan dihancurkan. Dalam kasus-kasus keracunan oleh radiasi akut, sumsum tulang yang menghasilkan sel-sel darah merah dihancurkan dan mengakibatkan konsentrasi darah merah berkurang. Bahaya genetis yang disebabkan oleh radiasi merupakan persoalan besar, bahaya ini belum muncul sampai beberapa tahun setelah terkena radiasi. Produksi artificial radionuklida juga banyak digunakan dalam industri dan kedokteran, terutama sebagai “tracers” (perumus). Dengan sangat banyaknya kemungkinan sumber-sumber dari radionuklir, suatu hal yang tidak mungkin untuk mencegah kontaminasi radioaktif terhadap sistem okratik. Selanjutnya radionuklida dapat memasuki sistem okratik dari sumber-sumber alami. Oleh karena itu, perjalanan, reaksi-reaksi, dan konsentrasi biologis dari radionuklida dalam sistem okratik merupakan sesuatu yang sangat membutuhkan perhatian dari para pakar kimia lingkungan Studi efek ekologis dan kesehatan dari radionuklida meliputi pertimbangan dari berbagai faktor. Diantaranya adalah tipe dan energi dari radiasi, pemancar, dan waktu paruh dari sumber radiasi. Selain itu derajat unsur utama yang terabsorbsi oleh spesies mahluk hidup dan interaksi kimia, serta transport atau perjalanan dari unsur radioaktif dalam sistem okratik merupakan faktor yang penting. Radionuklida dengan waktu paruh pendek berbahaya ketika terbentuk, tetapi cepat mengurai kemudian mempengaruhi lingkungan ketika masuk kedalamnya. Radionuklida dengan waktu paruh sangat panjang sangat stabil berada dalam lingkungan, tetapi

74

dengan aktivitas yang rendah hanya menyebabkan kerusakan yang kecil terhadap lingkungan. Oleh karena itu, radionuklida dengan waktu paruh sedang merupakan yang paling berbahaya. Spesi tersebut bertahan cukup lama memasuki sistem kehidupan sementara masih mempunyai aktivitas tinggi. Radionuklida dapat bergabung dengan jaringan hidup, oleh karena itu sangat berbahaya terhadap unsurunsur kehidupan. Seperti stransium,unsur ini dapat dipertukarkan dengan kalsium dalam tulang. Fall out-90 suatu produk limbah dari percobaan nuklir. Fall outmasuk kelahan pertanian dan kemudian masuk ketubuh ternak sapi. Akhirnya masuk ketubuh bayi atau anak-anak melalui susu sapi yang diminumnya. Radionuklida yang paling penting dalam air minum adalah radium, Ra. Di beberapa negara bagian Amerika Serikat telah ditemukan pencemaran air oleh radium secara signifikan. Tingkat maksimum pencemaran (Maximum Contaminant Level atau MCL) untuk total radium (226Ra dan228Ra) dalam air minum yang dikeluarkan U. S Environmetal) Protection Agency (EPA) adalah 5 pCi/ L (5 picocurie/ L). Dengan meningkatnya penggunaan energi nuklir, pencemaran air oleh hasil reaksi fisi radioisotop akan lebih meningkat dalam Tabel 5. Dikemukakan radionuklida alam dan buatan yang umum memasuki perairan. Bila seluruh bangsa di dunia ini bersedia menghentikan atau mengurangipercobaan-percobaan senjata nuklir maka dari sumber ini hanya akan memberikan kontribusi yang kecil terhadap pencemaran air oleh radionuklida. Perhatian terhadap unsur-unsur Trans-Uranium dalam lingkungan laut mulai tumbuh. Unsur-unsur penghasil radiasi alpha ini mempunyai umur panjang dan sangat toksik. Dengan meningkatnya produksi, maka resiko pencemaran lingkungan meningkat pula. Unsur-unsur ini di antaranya: neptonium, plutonium, americium, dan curium.

75

Tabel 2.11 Radionuklida Dalam Air Radionuklida Waktu Reaksi Nuklir, Paruh Deskripsi, Sumber 34N (n, p, ) 14C, Alamiah Tejadi 5730 tahun dari Reaksi thermal netron dari Cosmis Cosmis atau senjata Karbon – 14 300 Tahun nuklir yang bereaksi Silikon -32 dengan N2 40Ar (p, x )32 Si, pemeKallium Alamiah terjadi cahan inti argon dari atmosfir oleh proton 238 sesi U dari cahaya cosmis Radium- 226 1,4 × 109Tahun 0,0119% dari kalium Timbal – 210 alam Thorium – 230 Difusi dari sedimen1620 Tahun sedimen, atmosfer 21 Tahun Thorium – 234 75.200 Tahun 226Ra→6 step →3 238U→3 step→238U → Fisi dari Reaktor 234Th dan 24 Hari Berasal dari reakasi Senjata fisi radio Stronsiom -90 28 Tahun isotof dan aktifitas Yodium – 131 biologis 8 Tahun Berasal dari hasil fisi Cesium – 137 30 Tahun barium – 140 Barium – 140 sampai krypton – 85 Zirkonium – 95 13 Hari Dari reaksi nonfisi Cerium – 141 65 Hari dalam reaktor Stronsium – 89 33 Hari Dari reakasi nonfisi Ruthenium -103 51 Hari netron dalam reaktor 56Fe ( n, 2n )55Fe, dari Krypton – 85 40 Hari Cobalt – 60 10,3 Tahun aksi netron berenergi Mangan – 54 5,25 Tahun tinggi terhadap besi Besi – 55 310 Tahun dalam alat senjata. 238 U ( n, y ) 239 Pu, Plutonium - 239 2,7 Tahun

76

24.300 Tahun

penangkapan netron oleh uranium.

Sumber: Manahan, 1994

77

BAB III KIMIA ATMOSFER A. PENDAHULUAN Planet bumi terdiri dari berbagai lapisan antara lain: litosfer, hidrosfer, dan atmosfer. Atmosfer merupakan selimut pelindung yang memelihara kehidupan di bumi. Atmosfer merupakan sumber oksigen bagi pernapasan dan sumber karbondioksida bagi reaksi fotosintesis. Sebagai komponen dasar dari siklus hidrologi, atmosfer menjadi media transport air dari lautan ke daratan. Atmosfer mempunyai fungsi sebagai pelindung utama kehidupan di bumi karena dapat menyerap banyak sinar kosmik dari angkasa luar, selain itu dapat menyerap radiasi elektromanetik dari sinar matahari. Hanya radiasi dalam daerah panjang gelombang 300-2500 nm dan 0,01-40 m ditransmisikan ke berbagai keadaan yang cocok oleh atmosfer. Atmosfer penting dalam menjaga keseimbangan panas di bumi dengan kemampuannya untuk menyerap radiasi inframerah yang datang dari matahari yang kemudian dipancarkan kembali dalam bentuk radiasi inframerah. Atmosfer melakukan stabilisasi suhu dipermukaan bumi.Disamping fungsi yang cukup banyak dari atmosfer, disisi lain atmosfer menampung berbagai bahan pencemar yang dihasilkan terutama oleh kegiatan manusia. Hal ini dapat menyebabkan kualitas atmosfer menurun yang akhirnya akan memberikan dampak negatif bagi keseluruhan mahluk hidup dan kemungkinan menyebabkan perubahan-perubahan sifat atmosfer itu sendiri. B. SIFAT DAN SUSUNAN ATMOSFER Atmosfer merupakan media penerima dan perjalanan gas-gas buang/bahan pencemar, terutama pada lapisan troposfer. Troposfer meliputi ruang mulai permukaan bumi 78

sampai ketinggian ± 10 Km atau 33.00 ft dengan volume kurang lebih 5,1 x 109 Km3. Lapisan ini mengandung sekitar 75 % dari massa atmosfer. Atmosfer atau udara merupakan campuran berbagai macam gas yang bersifat homogen. Susunan utama dari udara kering adalah 78,09% nitrogen, 20,95 % oksigen, 0,93 % gas-gas mulia dan 0,03 % karbon dioksida dan beberapa gas lainnya dalam jumlah yang sangat kecil (renik) seperti terlihat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1Susunan utama dari udara Senyawa Senyawa karbon Metana Karbon monoksida Terpen Formal dehid

Rumus

Konsentrasi (mg/m3)

CH4 CO

900 70-230

(C5H8 )n CH2O

3-30 < 12

Seyawa halogen CH3CI Metil chlorida CCI4

1

Karbon tetraklorida 0,6-1,6 Freon 12 CF2CI2 Freon 11 CFCI3

1

O3

0,7

NH3

20-60

HNO3 NO/NO3

600 4-14

Senyawa oksigen Ozon Senyawa nitrogen Dinitrogen oksida Ammonia Asam nitrat

79

Nitrogen oksia Senyawa belerang SO2

7,5

H2S

± 1,6

Belerang dioksida Hidrogen sulfida 3-11 < 0,3 Sumber : Crosby, 1998 Kelimpahan gas renik yang paling banyak adalah metana (CH4). Hampir seluruh gas tersebut yang terkandung dalam udara dihasilkan dari fermentasi oleh bakteri anaerob dalam lahan basah dan daerah peternakan (Tabel 3.2.), sedangkan yang berasal dari kegiatan manusia hanya kurang dari 10 % dari gas metana total. Tabel 3.2 Sumber-sumber Gas Metana di Atmosfer Sumber Emisi (Tg/Th) Lahan basah 150 Daerah perternakan 120 Sawah 95 Kegiatan 40 Pembakaran biomas 25 Lautan 13 Tuntra 12 Danau 10 Sumber-sumber lain 88 Total 553 Sumber:Crosby,1998.

80

Tg= Teragram = 1012gram Senyawa organohalogen baik berasal dari alam maupun sintetik merupakan hal yang biasa terdapat di atmosfer. Sebagai tambahan untuk Tabel 3.1, lautan dan gunung berapi menghasilkan: CC14, CH3Br, C2H5I, dan F2C = CF2. Sulfur dioksida dan hidrogen sulfida juga komponen biasa terdapat di atmosfer, hanya H2S dengan cepat akan teroksidasi menjadi SO2. Kebanyakan dari H2S dihasilkan dari reduksi sulfat oleh mikroba, meskipun gunung berapi merupakan sumber yang signifikan. Sekitar 3% dari total massa atmosfer bagian bawah (troposfer) adalah uap air, meskipun konsentrasinya dapat berubah-ubah tergantung oleh ruang dan waktu. Pada umumnya, di daerah yang lebih panas mengandung lebih banyak uap air. Kandungan uap air menjadi lebih rendah dengan kenaikan ketinggian dari permukaan bumi atau altitude. Uap air memegang peranan cukup penting dalam pertukaran panas bumi dan pergerakan atmosfer, disebabkan oleh kapasitas kalor yang tinggi, penyerapan radiasi infra merah, dan kalor penguapan. Densitas dari atmosfer berkurang secara tajam dengan bertambahnya altitude sebagai konsekuensi dari berkurangnya gas-gas dan gaya berat. Lebih dari 99% total massa atmosfer terdapat dipermukaan bumi sampai kurang lebih 30 Km, dan total massa dari atmosfer kurang lebih 5,14 x 1015 metrikton. Karakteristik dari atmosfer sangat luas, terutama yang disebabkan ketinggiannya. Faktor-faktor lainnya yang menyebabkan perbedaan karakteristik tersebut adalah iklim, waktu, garis lintang atau latitude danbahkan aktivitas solar. Temperatur atmosfer sangat bervariasi mulai dari yang terendah -138°C sampai 1700°C. Tekanannya menurun tajam dari 1,00 atm pada permukaan laut. Dengan adanya perbedaan temperatur dan tekanan tersebut maka sifat kimia dari atmosfer sangat berbeda yang disebabkan oleh perbedaan altitude.

81

C. PEMBAGIAN WILAYAH ATMOSFER Sifat-sifat kimia dan reaksi-reaksi yang terjadi didalamnya sangat ditentukan oleh karakteristik fisik atmosfer seperti suhu, tekanan. Terjadinya perbedaan tekanan dan suhu atmosfer disebabkan oleh adanya perbedaan altitude dan latitude. Hal ini yang menyebabkan adanya pembagian wilayah (region) atmosfer bumi. Atmosfer bumi dibagi menjadi berbagai wilayah yang berbeda, dan pembagian ini tergantung pada sistem klasifikasinya. Pembagian yang umum didasarkan pada bagian bawah (lower atmosfer), kurang lebih sampai ketinggian 50 Km dan atmosfer bagian atas (upper atmosfer) yaitu >50 Km sampai batas gaya tarik bumi. Bahan-bahan kimia yang terdapat di kedua wilayah ini sangat berbeda juga reaksi-reaksi yang terjadi didalamnya. Klasifikasi lain didasarkan pada wilayah homosphere yang mempunyai kandungan bahan dengan variasi sedikit dan heterosphere yang mempunyai komposisi dengan variasi yang cukup banyak. Sistem pembagian wilayah atmosfer yang paling umum digunakan didasarkan pada perbedaan temperatur dengan ketinggian (altitude). Karakteristik dari perbedaan temperatur ini dapat dilihat dari perbedaan temperatur ini dapat dilihat pada Tabel 3.3, dan diperlihatkan secara sistematik dalam Gambar3.1.

Gambar 3.1 Pembagian wilayah atmosfer didasarkan pada perbedaaansuhu Sumber: www.mifkhudin.com * Batas troposfer dengan straposfer bervariasi antara 10-16 Km. 82

Sebagai tambahan Tabel 3.3 adalah daerah exosphere. Beberapa spesi bahan kimia di exosphere membutuhkan energi kinetik yang cukup untuk keluar dari pengaruh gravitasi bumi dan keluar memasuki angkasa. Tabel 3.3 Pembagian Wilayah Atmosfer dan Karakteristibiya Wilayah (religion) Troposfer Straposter Mesosfer Thermosfer

Suhu 0(C) Sampai -58 -56 sampai -2 -2 sampai -92 -92 sampai 1200

Altitude (Km) 0 sampai (10-16)+ (10-16) sampai 50 50 sampai 85 85 sampai 500

Spasi bahan Kimia N2,O2,CO2, H2 O O3 O2, NO+ O2, O+, NO+

Sumber: Manaban, 1994 Karakteristik daritroposfer adalah terjadinya penurunan suhu dengan adanya kenaikan altitude, dengan adanya penambahan jarak dari radiasi panas bumi. Dengan ketiadaan pencemaran udara komposisi troposfer sangat homogen, tetapi kandungan air di troposfer sangat bervariasi. Hal ini disebabkan oleh pembentukan awan, pengendapan, dan penguapan dari air yang berasal dari badan-badan air. Lapisan yang paling dingin suhunya di troposfer dikenal sebagai Tropopause. Hal ini disebabkan adanya kondensasi dari air menjadi partikel-partikel gas. Kejadian ini menghindarkan air mencapai ketinggian dimana akan terjadi fotodissosiasi air oleh sinar ultraviolet berenergi tinggi sehingga terbentuk gas hidrogen yang cukup tinggi diatmosfer dan sebaliknya akan terjadi kekurangan air. Stratosfer dicirikan dengan terjadinya kenaikan temperatur sesuaidengan kenaikan altitude. Kenaikan temperatur ini sebagai akibat dariadanya lapisan ozon (O3) yang mencapai konsentrasi volume 10 ppm dipusatdaerah stratosfer. Ozon mengabsorbsi energi dalam bentuk sinar ultravioletdan menyebabkan kenaikan temperatur. Temperatur maksimum tercapai pada lapisan teratas dari stratosfer.

83

Dengan kenaikan altitude di mesosfer terjadi penurunan kembali dari temperatur yang disebabkan oleh penurunan tingkat radiasi yang diabsorbsi spesi-spesi, terutama oleh ozon pada altitude yang lebih tinggi dari mesosfer dan diatasnya, molekul-molekul dan atom-atom spesi dapat keluar secara sempurna dari atmosfer bumi (daerah ezosfer) dan temperatur maksimum dapat mencapai kurang lebih 1200°C di daerah termosfer. Tekanan atmosfer (tekanan udara) menurun sebagai fungsi eksponensial dari altitude. Secara ideal, tanpa adanya bahan-bahan pencemar dan pada temperatur konstan absolut (T), tekanan pada berbagai altitude/ketinggian Ph dinyatakan dalam persamaan eksponensial: Ph = POe

-Mgh/RT

Dimana: Ph = tekanan udara pada altitude 0 (permukaan laut) M g h R

= rata-rata berat gram molekul dari udara, yaitu 28,97g/mole ditroposfer = gravitasi (981 cm sec-2 pada permukaan laut) = altitude dalam cm = konstanta gas (8,314 x 107 erg deg -1 mol-1)

Untuk konsistensi, satuan dari persamaan tersebut digunakan sistem cgs (centimeter-gram-second), meskipun untuk ketinggian biasanya pengukuran dilakukan dalam meter atau Km, oleh karena itu perlu ada konversi ketinggian menjadi cm dengan jalan adanya perkalian yang sesuai dengan faktor tersebut. D. KESEIMBANGAN PANAS BUMI Matahari adalah sumber utama dari semua energi yang sampai ke bumi. Energi radiasi dari matahari meliputi semua spektrum elektromagnetik. Meskipun demikian yang terbanyak adalah sekitar cahaya tampak, yaitu antara gelombang 0,4 nm dengan adanya jarak bumi dengan 84

matahari,setiap 1 meter persegi dari area yang terkena aliran radiasi matahari (solar flux) menerima 19,2 kcal energi per menit atau 1,34 x 103 watt/m2. Bila seluruh energi ini mencapai permukaan bumi maka bumi akan menguap sejak dulu. Oleh karena itu, terdapat berbagai faktor yang cukup kompleks yang turut terlibat dalam menjaga keseimbangan panas di bumi. Radiasi matahari yang masuk ke atmosfer bumi, sekitar 20-30% dipantulkan kembali ke ruang angkasa, dibiaskan oleh atmosfer dan partikel-pertikel padat yang terdapat di atmosfer atau oleh permukaan bumi. Pada umumnya rata-rata refleksi atau albedo dari permukaan dan atmosfer sebesar 35%. Besarnya albedo ini ditentukan oleh daerah dan sifat-sifatnya. Daerah yang tertutup es/salju pada daerah kutub mempunyai albedo yang tinggi, tetapi didaerah lautan rendah, karena kebanyakan energi diserap. Sekitar 20% dari energi radiasi diserap begitu masuk melewati atmosfer. Ozon menyerap sekitar 1-3%, terutama dalam bagian gelombang pendek ultraviolet. Pada troposfer, sekitar 17-19% dari radiasi yang masuk diserap terutama oleh uap air dan CO2. Penyerapan atmosfer total terhadap radiasi dengan panjang gelombang 0,30,7nmtidak sangat besar dan umumnya masuk secara efektif melalui lubang transparan dari atmosfer.Secara keseluruhan sekitar 50% dari radiasi matahari sampai ke permukaan bumi ini meradiasikan kembali sebagian energi melalui kisaran panjang gelombang yang luas, tetapi terbanyak pada panjang gelombang 10-20 nmyaitu infra merah. Radiasi rata-rata yang dipantulkan ke ruang angkasa harus sama dengan yang diserap dari matahari. Oleh karena itu sejumlah energi harus mengalir dari daerah tropik ke daerah kutub didalam atmosfer. Aliran energi ini merupakan sistem aliran udara panas ke arah kutub dan aliran udara dingin dari kutub ke arah tropik dan ini akan dinyatakan dengan aliran laut.

85

E. BAHAN KIMIA DAN REAKSI-REAKSI FOTOKIMIA DALAM ATMOSFER Reaksi-reaksi kimia membutuhkan energi dan radiasi cahaya matahari dapat menyediakannya. Dalam reaksi kimia, cahaya merupakan partikel-partikel yang disebut photon yang energinya (E) tergantung pada panjang gelombangnya yang dinyatakan dengan persamaan, E= 1,196 x 105kj/Einstein E= 2,859 x 104kcal/mole Dimana,bilangan Avogadro (6,023 x 1023) dari photon. Seperti radiasi ultraviolet (UV) mempunyai energi yang cukup kuat untuk memecahkan/memutuskan ikatan kimia, absorbsi dari suatu photon menyediakan energi yang mendesak elektron kepada suatu keadaan berenergi tinggi yang kemudian tereksitasi dengan cepat. Energi yang dilepaskan tampak sebagai panas, fenoresence, atau mengaktivasi ikatan kimia untuk siap bereaksi. Oleh karena itu penyerapan cahaya oleh zat-zat kimia dapat menyebabkan terjadinya reaksi yang tidak akan terjadi pada media tanpa cahaya. 1. Reaksi Foto Kimia Reaksi-rekasi fotokimia meskipun pada keadaan tanpa katalis dapat berlangsung pada suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi lainnya. Beberapa reaksi fotokimia yang dipengaruhi oleh radiasi matahari, memegang peranan penting dalam menentukan sifat dan batas perjalanan zat-zat kimia dalam atmosfer. Nitrogen dioksida (NO2) merupakan jenis senyawa kimia yang secara fotokimia paling efektif dalam atmosfer tercemar, dan merupakan komponen utama dalam proses pembentukan kabut. Suatu spesi seperti NO 2 dapat mengabsorsi cahaya dari energi hv dalam suatu reaksi yang menghasilkan suatu molekul dengan sebuah elektron tereksitasi yang dinyatakan dengan tanda *.

86

NO2 + hv→ NO2* Molekul-molekul dengan elektron tereksitasi adalah salah satu dari tiga jenis spesi yang relatif reaktif dan tidak stabil yang jumlahnya sangat banyak di atmosfer dan banyak berperan dalam proses-proses kimia atmosfer. Dua jenis lainnya adalah atom-atom atau fragmen-fragmen molekuler dengan elektron tidak berpasangan, yang disebut radikal bebas, dan atom-atom terionisasi atau fragmenfragmen molekuler. Sebuah molekul yang memperoleh energi dari penyerapan cahaya akan kehilangan energi dengan sejumlah proses. Jenis tereksitasi seperti O 2* memberikan energinya ke molekul atau atom-atom yang dinyatakan dengan Mg, oleh suatu proses yang dikenal sebagai pemadaman fisik. O2* + Mg → O2 + Mg Akibat proses yang terjadi ini, terjadilah kenaikan kalor disekelilingnya. Spesi dalam keadaan tereksitasi dapat mengalami dissosiasi, suatu proses yang dominan terjadi pada atom oksigen dalam atmosfer dengan altitude yang lebih tinggi. O2* → O + O spesi oksigen yang tereksitasi juga dapat melalui suatu reaksi langsung seperti: O2* + O3 → 2O2 + O Energi yang khusus dari luminisensi disebut fenoresensi atau fosforisensi. Bila spesi yang tereksitasi berasal dari suatu reaksi kimia, emisi cahayanya disebut “chemiluminescence”. Fenomena luminescence dan chemiluminescence digunakan dalam analisis kimia. Chemiluminescence terutama efektif untuk analisis dari beberapa pencemar udara seperti ozon. Kedua fenomena diatas tadi sering terjadi pada fenomena langit. Misalnya,

87

adanya energi cahaya atmosfer yang disebut cahaya langit (airglow) yang disebabkan oleh chemiluminescence dari radikal hidroksil yang tereksitasi. O3 + H → OH* + O2 OH* → OH + hv Penyerapan radiasi yang sangat energetik dapat menyebabkan pelepasan sebuah elektron, N2 + hv → N2+ + eSuatu proses yang disebut fotokimia. Fotokimia sering digolongkan ke dalam subkategori dimana sebuah disosiasi menghasilkan sebuah elektron. 2. Ion-ion dan Radikal Dalam Atmosfer Suatu karakteristik dari lapisan atas atmosfer yang tidak dapat terjadi di laboratorium adalah kehadiran dari elektron-elektron dan ion positif secara signifikan. Oleh karena kondisi dengan media yang sangat jarang dibagian atmosfer yang lebih tinggi, maka ion-ion ini akan terdapat dalam jangka waktu yang cukup lama sebelum bergabung kembali menjadi spesi yang netral. Pada altitude kurang lebih 50 Km dan diatasnya, ionion sangat umum terdapat didaerah tersebut sehingga dinamakan ionosfer (lapisan ion-ion). Adanya lapisan tersebut telah diketahui sejak tahun 1901, setelah ditemukan bahwa gelombang radio dapat ditransmisikan melalui jarak jauh.Cahaya ultraviolet adalah pembentuk utama dari ionion dalam ionosfer. Dalam keadaan gelap, ion-ion positif perlahan-lahan bergabung dengan elektron bebas. Proses ini berlangsung cepat terutama didaerah yang lebih rendah dari ionosfer. Medan magnet bumi sangat memberikan pengaruh kepada ion-ion dalam atmosfer bagian yang lebih tinggi. Manifestasi dari fenomena ini dikenal dengan Van Alien Belts (sabuk Van Alien), yang ditemukan pada tahun 1958.

88

Daerah ini terdiri dari dua sabuk dari partikel-partikel dalam bentuk ion yang mengelilingi bumi seperti terlihat pada Gambar 3.2. Di bagian dalam, yaitu daerah radiasi ionisasi energetik tinggi terdiri dari proton-proton dan dibagian luar terdiri dari elektron-elektron.

Gambar 3.2 Sabuk van Allen yang mengelilingi bumi Sumber: https://amazinguniverse.wordpress.com/ Medan magnet bumi sangat memberikan pengaruh kepada ion-ion dalam atmosfer bagian yang lebih tinggi. Manifestasi dari fenomena ini dikenal dengan Van Alien Belts (sabuk Van Alien), yang ditemukan pada tahun 1958. Daerah ini terdiri dari dua sabuk dari partikel-partikel dalam bentuk ion yang mengelilingi bumi seperti terlihat pada Gambar 3.2. Di bagian dalam, yaitu daerah radiasi ionisasi energetik tinggi terdiri dari proton-proton dan dibagian luar terdiri dari elektron-elektron. Dibagian lebih atas atmosfer, radiasi elektromagnetik dapat menghasilkan radikal bebas sebagai salah satu bentuk lain dari pembentukan ion-ion dengan fotoionisasi. Radikal bebas sangat reaktif oleh karena itu secara umum mempunyai waktu paruh yang singkat/pendek. Sangat penting untuk membedakan antara kereaktifan dengan kestabilan. Untuk radikal bebas disamping sangat reaktif 89

juga sangat stabil. Oleh karena itu radikal bebas dan atomatom “single” yang berasal dari molekul-molekul gas dengan dua atom cenderung tetap berada di daerah pada altitude yang sangat tinggi. Sedangkan spesi yang tereksitasi secara elektronik mempunyai waktu paruh yang secara umum sangat singkat karena energinyahilang melalui radiasi. 3. Reaksi-Reaksi Oksigen Atmosfer Reaksi umum dari perubahan oksigen dalam atmosfer, litosfer, hidrosfer dan biosfer diperlihatkan dalam Gambar 3.3. Siklus oksigen ini merupakan hal yang sangat penting dalam kimia atmosfer, perubahan/ transformasi geokimia dan proses-proses kehidupan.

Gambar 3.3 Siklus Oksigen Oksigen dalam troposfer memegang peranan sangat penting pada proses-proses yang terjadi dipermukaan bumi. Oksigen atmosfer mengambil bagian dalam reaksi yang menghasilkan energi, seperti pada pembakaran bahan bakar fosil, CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O (dalam gas alam)

90

Oksigen atmosfer digunakan oleh organisme aerobik dalam proses degradasi bahan organik. Proses-proses oksidasi oleh udara membutuhkan oksigen atmosfer seperti: 4FeO + O2 → 2Fe2O3 Oksigen memasuki udara melalui reaksi fotosintesis tanaman: CO2 + H2O + hv → [CH2O] + O2(g) Semua oksigen dalam bentuk molekul yang sekarang ada alamatmosfer bermula dari kegiatan fotosintesis oleh organisme, yang memperlihatkan pentingnya fotosintesis tersebut dalam keseimbangan oksigen dalamatmosfer. Artinya meskipun pembakaran dari bahan bakar fosil membutuhkan banyak oksigen, hal ini tidak membahayakan kontinuitas oksigen dalam atmosfer. Oksigen di atmosfer yang lebih tinggi berbeda dengan di atmosfer yang lebih rendah karena adanya pengaruh dari radiasi ionisasi. Dalam daerah ini oksigen terdapat dalam bentuk oksigen diatomik, molekul oksigen tereksitasi, O2*, dan ozon (O3). Kurang dari 10% oksigen dalam bentuk O2 terdapat dalam atmosfer pada altitude kurang lebih 400 Km. Atom oksigen dalam keadaan “ground state” (elektron tidak tereksitasi) biasanya dinyatakan sebagai O. Adapun atom-atom oksigen yang elektronnya tereksitasi dinyatakan sebagai O*. Spesi ini dihasilkan dari reaksi fotosintesis ozon pada panjang gelombang dibawah 308 µm. O3 + hv → O* + O2 atau oleh reaksi kimia dengan energi tinggi, seperti: O + O + O → O2 + O Atom oksigen tereksitasi memancarkan cahaya tampak pada panjang gelombang 636 um, 630 um, dan 558 um. Hal ini juga merupakan penyebab dari suatu fenomena yang dikenal dengan “airglow”.

91

Ion-ion oksigen, O+, dapat dihasilkan bila atom-atom oksigen terkena radiasi ultraviolet O + hv → O+ + e Ion oksigen yang bermuatan positif ini merupakan ion positif utama yang terdapat dibeberapa bagian ionosfer. Ion ini selanjutnya akan bereaksi lebih lanjut membentuk ion-ion positif penting lainnya: O+ + O2 → O2+ + O O+ + N2 → NO+ + N Dibagian tengah ionosfer, spesi O2+ dihasilkan oleh oksidasi radiasi ultraviolet pada panjang gelombang 17-103 m, O2 + hv → O2+ + e Reaksi ini juga dapat terjadi dengan adanya sinar X berenergi rendah. Reaksi di bawah ini. N2+ + O2 → N2 + O2+ Juga menghasilkan O2+dibagian tengah ionosfer. Ozon (O3), suatu senyawa oksigen yang sangat signifikan ditemukan distratosfer. Ozon mengabsorbsi radiasi ultraviolet yang berbahaya yang berfungsi sebagai pelindung mahluk hidup di bumi dan sejumlah pengaruh radiasi tersebut. Ozon dihasilkan dari reaksi fotokimia berikut: O2 + hv → O + O O + O2 + M → O3 + M Dimana M adalah spesi lain, seperti molekul N2 atau O2 yang mengabsorbsi kelebihan energi yang dilepaskan reaksi dan memungkinkan molekul-molekul ozon tinggal bersama-sama. Daerah dimana ozon ditemukan dalam konsentrasi maksimum berkisar antara 25-30 Km dalam stratosfer, konsentrasinya dapat mencapai 10 ppm.

92

Sinar ultraviolet yang diabsorbsi ozon secara intensif di daerah 220-230 µm. Bila sinar tersebut tidak diabsorbsi oleh ozon, maka berbagai kerusakan terjadi terhadap kehidupan dipermukaan bumi. Ozon dapat diuraikan menjadi O2, O3 → O2 + O Dan ini terjadi di stratosfer yang dikatalis oleh sejumlah bahan kimia baik secara alamiah maupun polutan, seperti NO, NO2, N2O, HO, HOO, CIO, Cl, Br, dan BrO. Reaksi penguraian ozon yang terbaur diketahui adalah reaksi ozon dengan atom oksigen,dimanaatom oksigen yang diperlukan berasal dari reaksi pemisahan ozon yang lain. O3 + hv → O2 + O Reaksi ini dapat menguraikan ozon hanya kira-kira 20%. Reaksi lain yang dapat menguraikan kira-kira 10% ozon adalah reaksi dengan radikal hidroksil, OH- yang dihasilkan dari reaksi-reaksi fotokimia dari 2, O2, dan H2O di stratosfer. Reaksi yang masuk akal urutannya sebagai berikut: O3 + HO- → O2 + HOOHOO- + O → HO- + O2 Penyebab kerusakan ozon di stratosfer telah diketahui juga yaitu: NO, yang menyebabkan terjadinya reaksi rantai sebagai berikut: O3 + NO → NO2 + O2 NO2 + O → NO + O2 Gas NO merupakan bahan pencemar dikeluarkan oleh pesawat supersonik yang sedang terbang tinggi. 4. Reaksi-Reaksi Dari Nitrogen Atmosfer Nitrogen merupakan salah satu pengukur atmosfer dengan kandungan yang paling tinggi. Tidak seperti oksigen yang mengalami disosiasi hampir sempurna 93

menjadi mono atom didaerah atmosfer dengan altitude yang lebih tinggi, molekul nitrogen terdisosiasi secara langsung oleh radiasi ultraviolet. Tetapi, pada altitude melebihi 100 Km, atom nitrogen dihasilkan oleh reaksi fotokimia. N2 + hv → N + N Reaksi-reaksi lainnya yang dapat menghasilkan nitrogen monoatom adalah: NO2+ + O → NO+ + N NO+ + e → N + O O+ + N2 → NO+ +N Dilapisan ionosfer, yang disebut daerah E, NO + merupakan ion yang dominan. Ionosfer terendah, yaitu daerah D, yang mempunyai ketinggian lebih kurang 50 Km sampai lebih kurang 85 Km, NO+ dihasilkan langsung dari radiasi ionisasi: NO + hv → NO+ + e Pada daerah lebih rendah dari daerah D, terbentuk ion N2+ melalui kerja sinar kosmik galastik melalui reaksi, N2 + hv → N2+ + e Zat-zat pencemar oksida nitrogen, terutama NO2, merupakan jenis pencemar utama dalam pencemaran udara dan pembentukan kabut fotokimia. Sebagai contoh, NO2 mudah terdisosiasi secara fotokimia menjadi NO dan oksigen atomik yang reaktif: NO2 + hv → NO + O Reaksi tersebut merupakan proses fotokimia primer penting yang menyangkut pembentukan kabut. 5. Radikal Hidroksil dan Hidroperoksil di Atmosfer Akhir-akhir ini pentingnya radikal hidroksil HO* dalam atmosfer merupakan fenomena kimia yang mendapat pengakuan yang makin meningkat. Radikal ini 94

dapat terbentuk melalui berbagai proses. Pada altitude lebih tinggi, reaksi pembentukan radikal hidroksil yang umum adalah fotolisis dari air, yang juga memberikan kontribusi yang cukup besar dari hidrogen atomik dalam atmosfer. H2O + hv → NO + H Dalam kehadiran bahan organik, radikal hidroksil dihasilkan dalam jumlah yang cukup banyak sebagai bahan intermediate pada pembentukan fotochemical smog. Untuk tujuan eksperimen di laboratorium, sangat tepat untuk menghasilkan radikal hidroksil dengan jalan fotolisis uap asam nitrat seperti reaksi berikut ini: HONO + hv → HO + NO Radikal hidroksil sering dapat dihilangkan dari lapisan troposfer melaui reaksi dengan gas metana atau karbon monoksida: CH4 + HO → H3C + H2O CO + HO* → CO2+H Selanjutnya radikal metan yang mempunyai kereaktifan tinggi, H3C*, bereaksi dengan oksigen, H3C + O2 → H3COO + H2O Membentuk radikal metil peroksil, H3COO. Radikal hidroperoksil terbentuk ketika hidrogen atomik yang dihasilkan dari reaksi, CO + HO → CO2 + H Bereaksi dengan oksigen H + O2 → HOO Radikal hidroperoksil dapat mengalami reaksi rantai terminasi seperti berikut ini: HOO + HO → H2O + O2 HOO + HOO → H2O2 + O2

95

Hidrogen peroksida, H2O2 yang terbentuk dapat keluar dari atmosfer dengan jalan pengendapan. Radikal hidroperoksil dapat bereaksi lebih lanjut yang menghasilkan kembali radikal HO ketika beraksi dengan NO, atau ozon (O3). HOO + NO → NO2+HO HOO + O3 → 2O2 + HO Radikal hidroperoksil bereaksi lebih lambat dengan spesi lain daripada radikal hidroksil. Sukar untuk mempelajari radikal ini karena tidak mudah untuk memperoleh radikal hidroksil secara bebas. 6. Karbon Dioksida Atmosfer Komponen karbon dioksida (CO2), hanya 0,034% volume sebagai gas penyusun atmosfer. Hampir sama dengan uap air, karbon dioksida merupakan komponenkomponen yang mempunyai fungsi utama untuk mengabsorbsi energi infra merah yang dipancarkan kembali oleh bumi. Para ilmuwan mengkhawatirkan bahwa tingkat konsentrasi karbon dioksida yangberubah meningkat tajam akan menyebabkan terjadinya perubahan iklim dibumi sebagai akibat dari terjadinya efek rumah kaca. Terjadinya peningkatan karbon dioksida ini terutama disebabkan oleh meningkatnya pembakaran bahan bakar fosil yang makin lama makin bertambah. Pengukuran yang pernah dilakukan terhadap CO2 di atmosfer secara kontinu mulai tahun 1960 sampai 1985 dibeberapa wilayah atmosfer seperti di Antartika ternyata terjadi peningkatan kurang lebih 1 ppm pertahun (Manahan, 1994). Diperkirakan adanya peningkatan suhu global dengan kenaikan suhu rata-rata antara 1,5-4,5°C. Akibat dari meningkatnya konsentrasi CO2 atmosfer juga memberikan efek yang potensial terhadap terjadinya kerusakan lingkungan yang bersifat irreversible (searah) bahkan melebihi akibat yang ditimbulkan oleh senjata nuklir. 96

Peningkatan konsentrasi CO2 atmosfer yang sebagian besar disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil, juga disebabkan oleh perusakan hutan seperti pembakaran hutan akan melepaskan gas CO2 yang cukup signifikan ke atmosfer. Oleh karena itu konsentrasi CO2 alami sangat kecil di atmosfer dan tidak cukup aktif dalam reaksi kimia maka dalam studi reaksi-reaksi kimia atmosfer spesi ini relatif kurang signifíkan. Namun demikian didasarkan kepada tingkat/konsentrasi CO2, dan intensitas radiasi ultraviolet menunjukan bahwa terjadi fotodisosiasi dari CO2 oleh cahaya ultraviolet matahari di lapisan teratas atmosfer. CO2 + hv → CO + O Reaksi ini merupakan sumber utama dari gas CO pada altitude yang lebih tinggi. Meskipun CO 2 mengabsorbsi radiasi infra merah cukup kuat, tetapi radiasi ini tidak cukup energik untuk menyebabkan terjadinya reaksi kimia. 7. Air Dalam Atmosfer Uap air dalam atmosfer terdapat dalam konsentrasi yang cukup luas variasinya, terutama di atmosfer paling bawah. Secara normal kandungan uap air atmosfer berkisar antara 1-3% volume, meskipun udara ada yang hanya mengandung 0,1% tetapi juga dapat mencapai 5%. Persentase dari kandungan uap air ini menurun dengan cepat dengan bertambahnya altitude di atmosfer. Sirkulasi dari air yang melalui atmosfer terdapat pada gambar 3.2. Air menyerap radiasi infra merah bahkan lebih kuat daripada gas CO2. Awan terbentuk dari uap air yang memantulkan cahaya yang berasal dari matahari dan memberikan pengaruh kepada penurunan suhu. Sebaliknya pada malam hari uap berfungsi sebagai selimut karena menahan panas dari permukaan bumi dengan menyerap radiasi infra merah.

97

Di atmosfer yang lebih tinggi air dalam bentuk gas terlihat pada pembentukan radikal hidroksil (HO), dan radikal hidroperoksil (HOO). Salah satu efek yang berbahaya dari beberapa bahan pencemaran udara adalah proses perkaratan dari alat-alat logam yang terjadi karena adanya uap air di atmosfer. Kehadiran uap air di atmosfer menyebabkan pencemaran dalam bentuk fog (asap kabut) di bawah suatu kondisi tertentu. Ketika partikel-partikel es di atmosfer berubah menjadi tetes-tetes air, atau ketika tetes-tetes air ini menguap, panas diambil dari sekitarnya. Kebalikan dari proses-proses ini menyebabkan panas yang di lepaskan ke atmosfer sebagai panas laten. Hal ini dapat terjadi pada jarak beberapa mil dari tempat dimana panas diabsorpsi dan hal ini merupakan suatu model dari transfer atau perpindahan energi ke atmosfer. Hal ini merupakan model utama dari transisi energi yang terdapat pada peristiwa angin ribut, angin topan, dan tornado. Seperti telah dikemukakan sebelumnya bahwa di lapisan tropopause merupakan karier kepada pergerakan air untuk memasuki lapisan stratosfer. Sumber utama dari air di stratosfer adalah oksidasi fotokimia dari metana: CH4 + O3 → CO2 + 2H2O Air yang terbentuk inilah yang menjadi sumber dari radikal didroksil di stratosfer melalui reaksi: H2O + hv → HO + H Dimana radikal hidroksil merupakan suatu fenomena kimia atmosfer yang meningkat akhir-akhir ini. F. PENCEMARANUDARA Defenisi pencemaran udara menurut peraturan Pemerintah No. 29 Tahun 1986 adalah masuk atau dimasukannya mahluk hidup, zat, energi dan atau komponen lain ke udara dan atau berubahnya tatanan udara oleh kegiatan manusia sehingga kualitas udara turun sampai ke tingkat 98

tertentu yang menyebabkan udara menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan peruntukannya. Dengan adanya peraturan pemerintah tersebut maka pada pelaksanaannya sudah dibuat ketentuan-kententuan yang berhubungan dengan hal tersebut seperti misalnya, ketentuan umum untuk baku mutu udara ambien adalah batas yang diperbolehkan bagi zat atau bahan pencemar terdapat di udara namun tidak menimbulkan gangguan terhadap mahluk hidup, tumbuh-tumbuhan, dan atau harta benda; sedangkan baku mutu udara emisi adalah batas kadar yang diperbolehkan bagi zat atau bahan pencemar untuk dikeluarkan dari sumber pencemar ke udara, sehingga tidak mengakibatkan dilampauinya baku mutu udara ambien. Selain itu pemerintah mengeluarkan ketentuan parameter apa saja yang harus diuji dan berapa nilainya untuk menentukan kedua baku mutu udara tersebut. Bila pemeriksaan dilakukan untuk sampel udara di suatu wilayah misalnya di terminal bus dan ternyata hasilnya melebihi standar nilai yang dikeluarkan pemerintah untuk baku mutu udara ambien, berarti sudah terjadi pencemaran udara di terminal tersebut. Pencemaran udara terjadi di terminal karena disana banyak penyebab pencemaran yaitu perubahan bahan bakar bensin yang berasal dari berbagai jenis kendaraan bermotor. Ada berbagai gas yang dikeluarkan oleh knalpot kendaraan bermotor antara lain: gas CO 2, NO2 dan NO yang dikenal dengan NOx, SO2, CO (apabila pembakaran tidak sempurna). Kendaraan bermotor merupakan alat transportasi, sehingga selalu berpindah dari satu tempat ke tempat lainnya dan selama diperjalanan mengeluarkan hasil pembakarannya. Oleh karena itu kendaraan bermotor disebut sebagai sumber yang bergerak dari bahan pencemar.

99

Akhir-akhir ini dengan makin meningkatnya pencemaran udara terutama di kota-kota besar, sering dilakukan uji emisi untuk kendaraan bermotor. Pemeriksaan langsung dilakukan kepada udara yang dikeluarkan knalpot mobil. Untuk melihat apakah emisi yang dikeluarkan oleh sebuah mobil sudah memenuhi ketentuan maka hasil pemeriksaan dibandingkan dengan baku mutu udara emisi untuk sumber yang bergerak yang dikeluarkan pemerintah. Selain kendaraan bermotor, pabrik-pabrik atau industri merupakan sumber bahan pencemar udara yang tidak kalah pentingnya dan untuk industri-industri disebut sumber tidak bergerak. Berbeda dengan jenis bahan pencemar yang dikeluarkan kendaraan bermotor, untuk industri terdapat keberagaman dari bahan pencemarnya tergantung dari jenis bahan baku dan produk apa yang digunakan dan dihasilkan oleh industri yang bersangkutan. Dengan meningkatnya jumlah industri di perkotaan, maka tidak dapat disangkal lagi kualitas udaranya akan makin menurun. Oleh karena itu dikenal dengan istilah grey air citks, yaitu udara didaerah atau kota yang berwarna keabu-abuan (ciri untuk kota yang tercemar oleh asap industri) dan brown air cides, yaitu udara dikota-kota yang berwarna kecoklat-coklatan (ciri untuk yang tercemar oleh asap-asap kendaraan bermotor). 1. Bentuk-Bentuk Zat-Zat Pencemar Udara Zat-zat pencemar udara terdapat dalam bentuk gas atau partikel (biasanya sebagai bahan-bahan partikulat). Kedua bentuk zat pencemar itu berada di atmosfer secara simultan, tetapi seluruh zat pencemar udara 90 % berbentuk gas. Bentuk-bentuk zat pencemar yang sering terdapat dalam atmosfer: Gas : Keadaan gas dari cairan atau bahan padatan. Embun :Tetesan cairan yang sangat halus yang tersuspensi di udara

100

Uap Awan

Asap

: Keadaan gas dari zat padat volatil atau cairan. : Uap yang dibentuk pada tempat yang tinggi. : Awan yang terdapat diketinggian yang rendah. : Padatan yang tersuspensi dalam udara yang dihasilkan dari partikel tetes air : Padatan dalam gas yang berasal dari pembakaran tidak sempuma.

Partikulat bisa berupa padatan atau tetes cairan yang sangat halus Vane disebut “mist”. Partikulat mempunyai bermacam-macam ukuran, bentuk, densitas, dan susunan kimianya. Sumbangannya terhadap zat pencemar udara hanya 10%.Banyak zat pencemar primer melakukan reaksi dalam atmosfir menghasilkan zat-zat pencemar sekunder, seperti ozon dengan zat-zat lain membentuk kabut fotokimia. Tetes air misalnya, bergabung dengan asam-asam seperti hidrogen sulfida menghasilkan aerosol asam (partikel-partikel yang tersuspensi dalam gas). G. ZAT-ZAT PENCEMAR UDARA 1. Gas Pencemar Anorganik Sejumlah bahan pencemar anorganik berbentuk gas masuk ke atmosfer sebagai hasil dari aktivitas manusia (gasgas tersebut antara lain: CO, SO2, NO, dan NO2 yang jumlahnya relatif kecil bila dibandingkan gas CO 2 dalam atmosfer. Gas pencemar anorganik lainnya adalah NH 3, N2O, N2O5, H2S, Cl2, HC1, dan HF. Sejumlah gas-gas tersebut masuk ke atmosfer sebagai akibat dari aktivitas manusia. Secara global emisi dari karbon monoksida, belerang oksida, dan nitrogen oksida berkisar antara satu sampai beberapa ratus juta ton per tahun.

101

2. Karbon Monoksida Dan Bahayanya Bagi Kesehatan Karbon Monoksida, CO, dihasilkan dari pembakaran yang tidak sempurna dari bahan bakar yang mengandung karbon dan oleh pembakaran pada tekanan dan suhu tinggi yang terjadi pada mesin. Karbon monoksida dapat juga dihasilkan dari reaksi oksidasi gas metana oleh radikal hidroksil dan dari perombakan/pembusukan tanaman meskipun tidak sebesar yang dihasilkan pembakaran bensin. Pada jam-jam sibuk di daerah perkotaan konsentrasi gas CO bisa mencapai 50-100 ppm. Tingkat kandungan CO di atmosfer berkorelasi positif dengan padatnya lalu lintas, tetapi berkorelasi negatif dengan kecepatan angin. Karbon monoksida dapat mengikat oksigen dari hemoglobin menghasilkan karboksi hemoglobin: O2Hb + CO → COHb + O2 Pengaruh dari reduksi ini mengakibatkan kapasitas darah mengangkut oksigen menurun. Tingkat kandungan COHb dalam darah naik dengan kenaikan CO atmosfer dan aktivitas fisik individu. Adanya gas CO dalam darah memberikan berbagai pengaruh atau gangguan yang sesuai dengan tingkat konsentrasinya, seperti tampak pada tabel 4.4. Kenaikan CO mengakibatkan menurunnya fungsi sistem saraf sentral, perubahan-perubahan fungsi jantung dan paru-paru, mengantuk, koma, sesak nafas, dan akhirnya meninggal. Tabel 4.4 Pengaruh kenaikan konsentrasi CO dalam darah Kosentrasi Persen konvensi Pengaruh terhadap CO, ppm O2Hb→COHb Manusia 10 100 250 750 1000

102

2

Gangguan perasa, penglihatan 15 Sakit kepala, pusing, capai 32 Kehilangan kesadaran 60 Setelah beberapa jam mati 66 Cepat mati Sumber: Crosby, 1998

Dengan adanya pengaruh yang cukup membahayakan dari gas CO terutama ditempat sumber (beberapa kejadian orang meninggal karena keracunan gas CO didalam mobil), maka uji emisi perlu dilakukan untuk setiap mobil. Emisi dari gas CO dapat diturunkan dengan pengaturan pemasukan udara. Seperti perbandingan bahan bakar (berat:berat) kira-kira 16 : 1 dalam pembakaran mesin mobil diperkirakan tidak akan menghasilkan. Mobil-mobil yang modern menggunakan “Catalytic Exhaust Reaktors”untuk menurunkan emisi CO. Kelebihan udara di pompakan kedalam tempat pembuangan gas, dan campuran tersebut dilewatkan melalui ruang katalitik dalam sistem pembuangan dimana akan terjadi oksidasi dari CO menjadi CO2. Keberadaan atau umur dari karbon monoksida di atmosfer tidak lama hanya kira-kira 4 bulan. Hal ini terjadi karena karbon monoksida di atmosfer dihilangkan melalui reaksi dengan radikal hidroksil, HO-: CO + HO- → CO2 + H. Reaksi menghasilkan radikal hidroperoksil O2 + H + M → HOO' + M Yang kemudian radikal NO' dihasilkan kembali dari radikal hidroperoksil (NOO') melalui reaksi: HOO" + NO → NO" + NO2 HOO' + HOO- → H2O2 + O2 Reaksi terakhir terjadi dengan disosiasi dari H2O2 melalui reaksi fotokimia dan menghasilkan kembali HO -: H2O2 + hv → 2 HO' Gas metana juga terlibat dalam reaksi siklus atmosfer yangberhubungan dengan CO, HO-, dan CH4. CH4 + HO' → H3C + H2O CO + HO' → CO2 + H H + O2 → HOO'

103

Radikal hidroperoksil selanjutnya menghasilkan kembali HO' seperti reaksi yang sudah ditulis sebelumnya. Mikroorganisme tanah melalui aktivitasnya dapat menghilangkan CO dari atmosfer. Oleh karena itu, tanah merupakan tempat penampungan dari karbon monoksida. 3. Belerang Dioksida Dan Bahayanya Bagi Kesehatan Secara global senyawa-senyawa belerang dalam jumlah cukup besar masuk ke atmosfer melalui aktivitas manusia sekitar 100 juta metric ton belerang setiap tahunnya, terutama sebagai SO2 dari pembakaran batu bara dan gas buang pembakaran bensin. Jumlah yang cukup besar dari senyawa belerang juga dihasilkan oleh kegiatan gunung berapi dalam bentuk H2S, proses perombakan bahan organik, dan reduksi sulfat secara biologis. Jumlah yang dihasilkan proses biologis ini dapat mencapai kurang lebih 1 juta metric ton H2S per tahun. Sebagian dari H2S yang mencapai atmosfer secara cepat diubah menjadi SO2 melalui reaksi: H2S + 3O2 → SO2 + H2O2 Reaksi bermula dari pelepasan ion hidrogen oleh radikal hidroksil H2S + HO' → HS' + H2O Yang kemudian dilanjutkan dengan reaksi berikut ini menghasilkan SO. HS' + O2 → HO' + SO SO + O2 → SO2 + O Hampir setengahnya dari belerang yang terkandung dalam batu bara dalam bentuk pyrit, FeS 2, dan setengahnya lagi dalam bentuk sulfur organik; Sulfur dioksida yang dihasilkan oleh perubahan pyrit melalui reaksi sebagaiberikut: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 104

Pada dasarnya, semua sulfur yang memasuki atmosfer diubah dalam bentuk SO2, dan hanya 1 % atau 2% saja sebagai SO3. Walaupun SO2 yang dihasilkan oleh aktivitas manusia hanya merupakan bagian kecil dari SO 2 yang ada di atmosfer,tetapi pengaruhnya sangat serius karena SO 2 langsung dapat meracuni makhluk di sekitarnya. Belerang dioksida yang ada di atmosfer menyebabkan iritasi saluran pernafasan dan kenaikan sekresi mucus. Orang yang mempunyai pernafasanlemah sangat peka terhadap kandungan SO2 yang tinggi di atmosfer. Dengan konsentrasi 500 ppm, SO2 dapat menyebabkan kematian pada manusia. Pencemaran yang cukup tinggi oleh SO2 telah menimbulkan malapetaka yang cukup serius. Seperti yang terjadi di lembah sungai Nerse Belgia pada tahun 1930 tingkat kandungan SO2 di udara mencapai 38 ppm dan menyebabkan toksisitas akut. Selama periode itu menyebabkan kematian 60 orang dari sejumlah ternak sapi mati. Hal yang sama beberapa tahun kemudian terjadi di Donov, Persylvania yang menyebabkan 20 orang meninggal. Yang paling mengerikan terjadi pada tahun 1952 di London, selama 5 hari terjadi perubahan temperatur dan pembentukan kabut yang menyebabkan kematian antara 3500 sampai 4000 penduduk, peristiwa ini di kenal dengan “London Smog” (kabut asap kota London). Hasil autopsi menyatakan bahwa kematian disebabkan oleh iritasi saluran nafas. Belerang dioksida juga berbahaya bagi tanaman. Adanya gas ini pada konsentrasi tinggi dapat membunuh jaringan pada daun (necrosis daun). Pinggiran daun dan daerah di antara tulang-tulang daun rusak. Secara kronis SO2 menyebabkan terjadinya khlorosis. Kerusakan diperparah dengan kenaikan kelembaban udara. Belerang dioksida di atmosfer akan diubah menjadi asam sulfat. Oleh karena itu didaerah dengan adanya pencemaran oleh SO 2

105

yang cukup tinggi, tanaman akan rusak oleh aerosol asam sulfat. Kerusakan lebihlanjut dialami oleh bangunan yang bahan-bahannya seperti, batu bara, batu pualam dolomitakan dirusak oleh SO2 dari udara. Efek dari kerusakan ini akan tampakpada penampilannya, integritas struktur, dan umur dari gedung tersebut. Dolomit, suatu mineral dalam bentuk garam rangkap dari kalsiummagnesium karbonat akan bereaksi dengan SO2 udara sebagai berikut: CaCOs. MgCO3 + 2SO2 +D2 + 9H2O → CaSO4.2H2O + MgSO4. 7H2O + 2CO2 4. Proses Menghilangkan Belerang Dioksida Sejumlah proses telah digunakan untuk menghilangkan belerang dan belerang dioksida dari bahan bakar sebelum pembakaran dan dari gas-gas dalam cerobong asap setelah terjadi pembakaran. Teknik yang dilakukan adalah memisahkan partikel-partikel pyrit yang merupakan sumber dari sulfur dioksida dan batu bara. Metode-metode kimia lainnya dapat juga dilakukan untuk menghilangkan belerang dan batu bara. Proses yang dilakukan adalah membakar butiranbutiran batu bara dalam tempat yang dialasi butiran-butiran halus dari batu kapur atau dolomit dengan adanya aerasi. Panas akan memecah batu kapur. CaCO3 → CaO + CO2 Kapur, (CaO), yang dihasilkan menyerap SO2 CaO + SO2 → CaSO3 CaSO3 yang dihasilkan mungkin dioksidasikan menjadi CaSO4. Banyak proses yang telah diusulkan untuk menghilangkan belerang dioksida dari cerobong asap seperti pada tabel 5.3 melalui sistem “scrubbing”. Proses meliputi pembuangan dan pengambilan kembali (“recovery”) dalam sistem kering dan basah. Sistem pembuangan kering meliputi injeksi dari batu kapur atau 106

dolomit kering kedalam ketel uap, diikuti dengan recovery dari kapur kering, sulfit, dan sulfat. Reaksi keseluruhan yang terjadi untuk dolomit: CaCO3 MgCO3 + SO2 + 1/2O2 → CaSO4 + MgO + 2CO2 Kalsium sulfat padat dan magnesium oksida yang terbentuk dikeluarkan/ dipindahkan dengan proses pengendapan elektrostatik atau alat pemisah "cyclone". Proses ini hanya berhasil menghilangkan 50% dari belerang dioksida. Tabel 3.5 Sistem " Scrubbing " Cerobong Asap Keuntungan/ Proses Reaksi Kimia Kerugian Lime Slurry Ca (OH)2 + SO2 → 200 kg kapur CaSO3 + H2O dipakai per metric ion batu bara → pencemaran menumpuk Scrubbing CaCO3 + SO2 → Tidak efisien, PH CaSO3 + CO2(g) rendah. Lima Stone Mg(OH)2 + SO2 → Pengabsorbsi Mg SO2 + H2O tidak bisa diregenerasi Slurry Na2SO + H2O + Biaya mahal, Scrubbing SO2 → 2NaHSO3 regenerasi SO2 Magnesium 2 NaHSO3N + Oksida panas → Na2SO3 Scrubbing + H2O + SO2 Sadium base Scrubbing Double Alkali

2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O Regenerasi NaOH Ca(OH)2 + NaSO3 yang harganya → CaSO3(s) + mahal 2NaOH Sumber: Manahan, 1994.

107

5. Nitrogen Oksida Dalam Atmosfer Tiga bentuk oksida nitrogen yang secara normal masuk ke dalam atmosfer adalah nitrogen monoksida N 2O, nitrogen oksida (NO), dan trogen dioksida (NO 2). Gas NO2 dihasilkan oleh proses mikrobiologis dan komponen ini tidak menyebabkan pencemaran udara pada konsentrasi kurang lebih 0,3 ppm. Gas ini relatif tidak reaktif dan mungkin tidak penting dalam reaksi kimia pada suhu rendah. Konsentrasinya akan cepat menurun pada stratosfer karena terjadi reaksi fotokimia. N2O + hv → N2 + O Dan beberapa reaksi terjadi dengan atom oksigen single(singles atomic oxygen): N2O + O → N2 + O N2O + O → 2NO Reaksi-reaksi ini signifikan dalam proses penipisan lapisan ozon. Dengan meningkatnya fiksasi nitrogen global yang disertai dengan peningkatan produksi N2O oleh mikroba akan memberikan kontribusi pada penipisan ozon. Nitrogen Oksida (NO), suatu gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, dan Nitrogen Dioksida (NO2) yang berwarna merah-coklat keduanya sangat penting sebagai bahan pencemar udara. Campuran dari NO dan NO2 dikenal dengan NOx. Hampir seluruh NOx yang berasal dari aktivitas manusia dihasilkan dari perubahan bahan bakar fosil baik dari sumber yang tetap maupun sumber bergerak. Secara global tidak kurang dari 100 juta metric ion NOx per-tahun dikeluarkan dari aktivitas tersebut. Secara alami NOx masuk ke atmosfer melalui halilintar, proses-proses biologis dan sumber-sumber zat pencemar. NOx dengan konsentrasi tinggi sangat merusak kualitas udara.Sebagian besar NOx masuk ke atmosfer sebagai NO. Pada suhu yang sangat tinggi terjadi reaksi:

108

N2 + O2 → 2NO Reaksi ini semakin cepat dengan kenaikan suhu. Campuran yang mengandung 3% O2 dan 75% N2 yang sering terjadi dibagian pembakaran mesin mobil menghasilkan 500 ppm NO dalam waktu 30 menit pada suhu 1315 °C dan hanya 0,117 detik pada suhu 1980°C. Nitrogen oksida (NO), rata-rata berada selama empat hari dalam atmosfer yang tidak tercemar. Di daerah perkotaan dengan atmosfer yang tercemar berat jumlah nitrogen oksida hanya dalam beberapa jam atau kurang akan menurun. Proses berkurangnya NO disebabkan terjadinya reaksi 2NO + O2 → 2NO2 Proses sebenarnya sangat kompleks. Bila di atmosfer terdapat ozon atau oksigen atom, NO bereaksi membentuk NO2 NO + O3 → NO2 + O2 NO + O + M → NO2 + M M = spesi yang mempunyai energi tinggi yangmembagi energinya kepada NO dan O. Hidrokarbon dapat ikutserta dalam keseluruhan proses. Hasil fotosintesis dari nitrogen dioksida, NO2, dapat ikut melangsungkan reaksi-reaksi anorganik seperti berikut: O + O2 + M → O3 + M NO + O3 → NO2 + O2 NO2 + O3 → NO3 + O2 O + NO2 → NO + O2 O + NO2 + M → NO3 + M NO2 + NO3 → N2O5 Pada akhirnya NO2 hilang dari atmosfer sebagai asam nitrat, nitrat atau sebagai nitrogen organik. Semua zat ini merupakan sumber utama dari nitrogen fiksasi dalam siklus nitrogen biologi. Mekanisme kecil-kecilan dari hilangnya

109

nitrogen dioksida di atmosfer adalah reaksi dengan air menghasilkan asam nitrat dan asam nitrit, 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO atau 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2 Produksi asam nitrat dari reaksi-reaksi tersebut sangat lambat dalam menghilangkan NO2 di atmosfer. Jalan ini yang lebih cepat yaitu dengan mengikutsertakan reaksi pentoksida dengan air. Dalam atmosfer, NO2 bereaksi dengan radikal hidroksil HO' + NO2 → HNO3 Asam nitrat yang terbentuk dapat bereaksi dengan radikal hidroksil lagi, HO- + HNO- → H*O + NO3 Atau terjadi reaksi fotokimia HNO3 + hv → HO' + NO2 Sehingga HN3 hanya sementara digantikan NO2 di dalam atmosfer. Asam nitrat yang terbentuk dari NO 2 dibawa oleh air hujan turun ke bumi atau bereaksi dengan basa-basa menghasilkan partikulat nitrat. 6. Bahaya Dari Oksida Nitrogen Nitroge oksida (NO), secara biokimia relatif linier dan tidak toksik. Seperti karbon monoksidadan nitrit,NObisa berikatan dengan hemoglobin dan mengurangi efesiensi transport oksigen. Dalam atmosfer tercemar,konsentrasi NO secara normal jauh lebih rendah dibanding karbon monoksida, sehingga pengaruhnya terhadap hemoglobin jauh lebih kecil.Toksisitas akut NO2 sangat membahayakan kesehatan manusia.Pengaruhnya terhadap kesehatan tergantung dari konsentrasi NO2. Untukbeberapa menit sampai satujam dengan konsentrasi 50 sampai 100 ppm menyebabkan inflamasi jaringan paru-paru periode 6 sampai 8 minggu. Setelah itu subyek normal kembali. Pada konsentrasi 150 sampai 200 ppm NO2 menyebabkan “bronchiolitis fibrosa obliterons", dan keadaan fatal akan terjadi dalam waktu 3 sampai 5 minggu 110

setelah kejadian. Kematianbiasanya terjadi dari 2 sampai10 hari setelah subyek terpapar 500 ppm NO3 atau lebih. Untuk mencegah timbulnya pencemaran oksidaoksida nitrogen dari suatu sumber, perlu dilakukan reduksi, sehingga terbentuk gas-gas N2 yang tidak berbahaya. Mengingat gas-gas NO dan NO2 terbentuk setelah ada kontak antara gas N2 dan O2 pada suhu tinggi,makauntuk mencegah terbentuknya NO dan NO2 dari cerobong asap diperlukan pada suhu rendah. Meskipun kerusakan yang ekstensif terhadap tanaman terjadi pada lahan yang terpapar NO 2 cukup berat, kebanyakan kerusakan ini kemungkinan berasal dari produk-produk sekunder nitrogen oksida, seperti PAN (Peroksiasetilnitrat) terbentuk “Smog” (kabut asap). Pemaparan terhadap daun dengan beberapa ppm NO2 menyebabkan bintik-bintik pada tanaman dan merusak jaringan tanaman. Pemaparan dengan 10 ppm NO menyebabkan menurunnya kecepatan fotosintesis yang bersifat reversibel. Nitrogen oksida juga diketahui menyebabkan pudarnya zat-zat warna dan tinta yang digunakan oleh beberapa tekstil. “ACID RAIN”(HUJAN ASAM) Topik ini telah dibahas pada Bab I AMONIAK terdapat dalam atmosfer bahkan dalam kondisi tidak tercemar. Berbagai sumber, antara lain: mikroorganisme, perombakkan limbah binatang, pengolahan limbah, industri amoniak, dan dari sistem pendingin dengan bahan amoniak. Konsentrasi yang tinggi dari amoniak dalam atmosfer secara umum menunjukkan adanya pelepasan secara eksidental dari gas tersebut. Amoniak dihilangkan dari atmosfer dengan afinitasnya terhadap air dan aksinya sebagai basa. Ini merupakan sebuah kunci dalam pembentukan dan netralisasi dari nitrat dan aerosol sulfat dalam atmosfer

111

yang tercemar. Amoniak bereaksi dengan aerosol asam ini untuk membentuk garam ammonium. NH3 + HNO3 → NH4NO3 NH3 + H2SO4 → NH4HSO4 Diantara aerosol-aerosol atmosfer, ammonium termasuk yang lebih korosif.

garam-garam

7. Fluor, Klor, dan Senyawa Dalam Bentuk Gas Fluor, hidrogen fluorida, dan senyawa fluorida menguap lainnya dihasilkan dalam industri alumunium, dan hidrogen fluorida dari konversi fluoropatit (batu karang fosfat) menjadi asam fosfat, pupuk super fosfat, dan produk-produk fosfor lainnya. Proses kering dari produksi asam fosfat melalui reaksi fluoropatit, Ca 3F(PO4)3, dengan asam sulfat: Ca3F(PO4)3 + 5H2SO4 + 10H2O → 5CaSO4. 2H2O + HF + 3H3PO4 Hidrogen fluorida merupakan gas yang sangat berbahaya, bersifatkorosif bahkan bereaksi dengan kaca. Menyebabkan iritasi pada jaringan tubuh, dan saluran nafas sangat sensitif terhadap gas tersebut. Pemaparandari HF pada tingkat satu perseribu dapat berakibat fatal. Toksisitas akut dari fluor (F 2) bahkan lebih berbahaya dari HF. Pemaparan secara kronik dari fluorida dengan konsentrasi tinggi dapat menyebabkan fluorosis, suatu gejala bercakbercak pada gigi dan kondisi "pathological" tulang. Tanaman-tanaman, pada umumnya rentan tcrhadap efek dari gas-gas fluorida. Gas ini masuk kedalam jaringan tanaman melalui stomata. Fluorida merupakan racun yang bersifat akumulatif dalam beberapa tanaman, pemaparan terhadap tanaman yang sensitif pada periode cukup lama meskipun dalam konsentrasi yang rendah dan fluorida dapat menyebabkan kerusakan. Karakteristik dari kerusakan adalah klorosis (kerusakan klorofil), pinggir dan ujung daun terbakar. 112

8. Gas Klor dan Hidrogen Klorida Gas klor (Cl2), tidak terdapat sebagai bahan pencemar dalam jumlah yang cukup besar di atmosfer tetapi sangat berbahaya pada daerah setempat. Gas klor merupakan gas pembunuh yang digunakan dalam Perang Dunia ke II. Banyak digunakan dalam industri-industri kimia, industri plastik, dan dalam pengolahan air limbah. Oleh karena itu kemungkinan untuk dilepaskan ke berbagai lokasi udara cukup tinggi. Klorin sangat toksik dan menyebabkan iritasi membran mocus, disamping sangat reaktif dan merupakan oksidator sangat kuat. Hidrogen klorida, HCl, dihasilkan dari berbagai sumber. Ensinerasi dari plastik-plastik, seperti polivinil chlorida (PVC) melepaskan HCl sebagai hasil dari perubahannya. Beberapa senyawa dilepaskan ke atmosfer sebagai bahan pencemar yang terhidrolisa membentuk HCl. Gas ini berbahaya bagi manusia terutama mengganggu pernafasan.

113

BAB IV KIMIA TANAH A. PENDAHULUAN Bila dibandingkan dengan luas bumi secara keseluruhan, maka tanah pada permukaan bumi hanya merupakan lapisan selaput tipis. Tetapi, lapisan tipis dari tanah ini sangat penting karena menyediakan berbagai sumber daya yang berguna bagi kelangsungan hidup manusia dan mahluk hidup lainnya. Tanah diberbagai kepulauan di Indonesia sangat beranekaragam, begitu pula dengan vegetasinya. Keanekaragaman ini, baik dalam hal kesuburan tanah, maupun kemampuan lahan bagi pembangunan pertanian disebabkan oleh perbedaan geologi, iklim dan topogram serta kegiatan alami seperti letusan gunung berapi. Kegiatan manusia seperti pembukaan hutan, perladangan berpindah dan penggalian lahan besar berpengaruh terhadap kondisi tanah. Seperti berkurangnya luas sumber daya tanah yang subur, bersama-sama dengan meningkatnya jumlah penduduk dengan segala aktivitasnya, merupakan tekanan yang luar biasa terhadap sumber daya tanah. Tanah selain menyediakan sumber daya yang diperlukan bagi kehidupan hampir seluruh mahluk hidup dibumi ini juga merupakan habitat alamiah bagi manusia. Oleh karena itu sudah sepantasnya setiap orang memelihara kualitas tanah yang memberikan bahan kehidupan baginya.Sebelum menjelaskan tentang struktur tanah, kegunaan, sifat-sifat tanah dan sebagainya akan dikemukakan terlebih dahulu tentang Geosfer. B. GEOSFER Geosfer atau bumi yang padat adalah bagian atau tempat dimana manusia hidup dan mendapatkan makanan, mineralmineral, dan bahan bakar yang dikenal sumber daya alam. 114

Diperkirakan geosfer mempunyaikapasitas penyanggayang tidak terbatas terhadap gangguan manusia tetapi sekarang diketahui cukup ringkih dan dapat rusak karena aktivitas manusia. Sebagai contoh, beberapa milyar ton material bumi ditambang atau dengan kata lain “dirusak” setiap tahun melalui mineral-mineral dan batubara. Dua fenomena pencemaran atmosfer, yaitu CO 2 yang berlebih dan hujan asam memiliki potensi yang menyebabkan perubahan besar pada geosfer. Kelebihan CO 2 dapat menyebabkan pemanasan global yang selanjutnya dapat merubah pola curah hujan secara signifikan dan merubah daerah produktif di bumi menjadi daerah gurun. pH rendah yang menjadi ciri hujan asam dapat menyebabkan perubahan yang drastis dalam daya larut kecepatan oksidasi-reduksi mineral. Erosi disebabkan oleh penanaman secara intensif pada tanah yang dapat menyebabkan pencucian lapisan atas tanah secara berlebih pada tanah pertanian yang subur setiap tahunnya. Pada beberapadaerah di negara industri, geosfer telah menjadi lahan penimbunan untuk bahan-bahan kimia beracun. Selain itu, geosfer harus menyediakan tempat pembuangan untuk limbah nuklir sekitar lebih dari 300 reaktor nuklir yang sekarang beroperasi di seluruh dunia. Dapat dipahami bahwa pemeliharaan geosfer yang cocok atau layak bagi manusia merupakan satu tantangan besar yang harus dihadapi manusia. Aktivitas manusia dipermukaan bumi dapat mempengaruhi iklim. Pengaruh secara langsung adalah melalui perubahan permukaan albedo, yang didefinisikan sebagai persentase direfleksikannya radiasi sinar matahari oleh permukaan air. Sebagai contoh jika matahari memancarkan energi sebesar 100 unit/menit ke batas luar atmosfer dan permukaan bumi menerima 60 unit/menit dari totalnya dan kemudian 30 unit direfleksikan lagi ke atas albedonya adalah 50%. Terdapat perbedaan nilai albedo untuk beberapa wilayah yang berbeda pada permukaan bumi, seperti: untuk hutan

115

hijau abadi 7-15%, padang kering 10-15%, gurun 25-30 %,salju yang baru terbentuk 85-90%, dan aspal 8%. Salah satu pengaruh terbesar dari manusia terhadap geosfer adalah terjadinya daerah gurun karena penyalahgunaan lahan dengan curah hujan yang kecil. Proses perubahan suatu daerah menjadi gurun terjadi karena menurunnya air tanah, salinasi lapisan atas tanah dan air, berkurangnya permukaan air, erosi tanah yang tinggi dan perusakan vegetasi asli. Dengan meningkatnya populasi penduduk dunia, salah satu tantangan terbesar yang harus dihadapi adalah mencegah terjadinya gurun-gurun baru. Bagian yang paling penting dari geosfer bagi manusia adalah tanah. Tanah merupakan medium untuk menghasilkan berbagai makanan dimana kebanyakan mahluk hidup tergantung padanya. Tanah dan iklim yang kondusif untuk meghasilkan produktivitasnya merupakan aset yang sangat berharga yang dimiliki suatu bangsa. Bagi kebanyakan produksi makanan, tanah merupakan reseptor dari sejumlah besar bahan pencemar (polutan), seperti bahan-bahan partikel dari cerobong asap pabrik. Beberapa seperti pupuk kimia, dapat menyebabkan pencemaran pada lingkungan air dan udara. Untuk itu, tanah merupakan komponen utama dalam siklus bahan-bahan kimia dalam lingkungan. Dengan meningkatnya populasi penduduk dan berbagai jenis yang menjadi ciri hujan asam dapat menyebabkan perubahan yang drastis dalam daya larut kecepatan oksidasireduksi mineral. Erosi disebabkan oleh penanaman secara intensif pada tanah yang dapat menyebabkan pencucian lapisan atas tanah secara berlebih pada tanah pertanian yang subur setiap tahunnya. Pada beberapadaerah di negara industri, geosfer telah menjadi lahan penimbunan untuk bahan-bahan kimia beracun. Selain itu, geosfer harus menyediakan tempat pembuangan untuk limbah nuklir sekitar lebih dari 300 reaktor nuklir yang sekarang beroperasi di seluruh dunia. Dapat dipahami bahwa pemeliharaan geosfer yang cocok atau layak bagi manusia merupakan satu tantangan besar yang harus dihadapi manusia.

116

Aktivitas manusia dipermukaan bumi dapat mempengaruhi iklim. Pengaruh secara langsung adalah melalui perubahan permukaan albedo, yang didefinisikan sebagai persentase direfleksikannya radiasi sinar matahari oleh permukaan air. Sebagai contoh jika matahari memancarkan energi sebesar 100 unit/menit ke batas luar atmosfer dan permukaan bumi menerima 60 unit/menit dari totalnya dan kemudian 30 unit direfleksikan lagi ke atas albedonya adalah 50%. Terdapat perbedaan nilai albedo untuk beberapa wilayah yang berbeda pada permukaan bumi, seperti: untuk hutan hijau abadi 7-15%, padang kering 10-15%, gurun 25-30 %,salju yang baru terbentuk 85-90%, dan aspal 8%. Salah satu pengaruh terbesar dari manusia terhadap geosfer adalah terjadinya daerah gurun karena penyalahgunaan lahan dengan curah hujan yang kecil. Proses perubahan suatu daerah menjadi gurun terjadi karena menurunnya air tanah, salinasi lapisan atas tanah dan air, berkurangnya permukaan air, erosi tanah yang tinggi dan perusakan vegetasi asli. Dengan meningkatnya populasi penduduk dunia, salah satu tantangan terbesar yang harus dihadapi adalah mencegah terjadinya gurun-gurun baru. Bagian yang paling penting dari geosfer bagi manusia adalah tanah. Tanah merupakan medium untuk menghasilkan berbagai makanan dimana kebanyakan mahluk hidup tergantung padanya. Tanah dan iklim yang kondusif untuk meghasilkan produktivitasnya merupakan aset yang sangat berharga yang dimiliki suatu bangsa. Bagi kebanyakan produksi makanan, tanah merupakan reseptor dari sejumlah besar bahan pencemar (polutan), seperti bahan-bahan partikel dari cerobong asap pabrik. Beberapa seperti pupuk kimia, dapat menyebabkan pencemaran pada lingkungan air dan udara. Untuk itu, tanah merupakan komponen utama dalam siklus bahan-bahan kimia dalam lingkungan. Dengan meningkatnya populasi penduduk dan berbagai jenis industri, salah satu dari beberapa aspek penting dari penggunaan geosfer adalah harus menjaga sumber air. Limbahlimbah penambangan, pertanian, kimia dan bahan radioaktif

117

memiliki potensi untuk mencemari lingkungan air dengan cara melepaskan nitrat dan logam-logam berat. Perlu dicatat, bahwa banyak jenis tanah mempunyai kemampuan mengasimilasi dan menetralisir bahan pencemar. Berbagai proses kimia dan biokimia dalam tanah dapat mengurangi bahaya-bahaya dari bahan pencemar, seperti: proses oksidasi-reduksi atau redoks, reaksi asam-basa, presipitasi atau pengendapan, penyerapan, dan degradasi biokimia. Dengan demikian, beberapa bahan kimia organik yang berbahaya dapat didegradasi menjadi bahan tidak berbahaya. C. SIFAT-SIFAT TANAH Tanah merupakan campuran dari berbagai mineral, bahan organik, dan air yang dapat mendukung kehidupan tanaman. Tanah umumnya mem-punyai struktur yang lepas dan mengandung bahan-bahan padat dan rongga-rongga udara. Bagian-bagian mineral dari tanah dibentuk dari batuan induk oleh proses-proses pelapukan fisik, kimia dan biologis. Susunan bahan organik tanah terdiri dari sisa-sisa biomas tanaman dari berbagai tingkat penguraian atau pembusukan. Sejumlah besar bakteri, fungi, dan hewan-hewan seperti cacing tanah dapat ditemukan di dalam tanah. Fraksi padat dari jenis tanah produktif terdiri dari kurang lebih 5% bahan organik dan 95% bahan anorganik. Beberapa jenis tanah, seperti tanah gambut dapat mengandung bahan organik sampai 95%, jenis tanah lainnya ada yang hanya mengandung 1% bahan organik. Jenis-jenis tanah tertentu mempunyai lapisan-lapisan yang berbeda bila tanah itu semakin kedalam (Gambar 4.1). Lapisan-lapisan ini disebut horizon.

118

Gambar 4.1 Pembagian Horizon-horizon tanah Sumber: www.materi.carageo.com Lapisan atas, umumnyaterdiri dari ketebalan sampai beberapa inci dan dikenal sebagai horizon A atau tanah atas (“top soil”). Lapisan ini merupakan lapisan dimana aktivitas biologis berjalan secara maksimum dan mengandung paling banyak bahan organik tanah. Ion-ion logam dan partikelpartikel tanah liat dalam horizon A paling mudah mengalami pencucian (leachirig). Lapisan berikutnya adalah horizon B atau “sub soil”. Lapisan ini menerima material-material seperti bahan organik, garam-garam, dan partikel-partikel Clay yang merembes dari lapisan tanah atas. Horizon C tersusun dari pelapukan batuan induk dimana tanah berasal. D. AIR DAN UDARA DALAM TANAH Sejumlah besar air diperlukan untuk memproduksi sebagian terbesar bahan-bahan tanaman. Misalnya, beberapa ratus Kg air diperlukan untuk memproduksi 1 Kg jerami kering. Air ini berasal dari dalam tanah dan bergerak ke atas melalui struktur tanaman yang membawa zat-zat makanan bersama-sama bahan-bahan lainnya. Air ini menguap ke 119

atmosfer melalui daun-daun tanaman dan proses ini disebut transpirasi (Gambar 4.2).

Gambar 4.2 Transpirasi pada tumbuhan Sumber: http://samudraituluas.blogspot.com Tidak semua air dalam tanah diikat dengan kekuatan yang sama. Airyang terdapat dalam rongga-rongga yang lebih besar, atau pori-pori didalam struktur tanah lebih mudah terlepas. Air yang diikat dalam pori-pori yang lebih kecil atau diantara unit lapisan-lapisan dari partikel-partikel Clay diikat lebih kuat. Ion-ion logam terlarut memberikan efek toksik terhadap beberapa tanaman pada konsentrasi tinggi. Oksidasinya menjadi oksida-oksida tidak larut dapat menyebabkan pembentukan deposit Fe2O3 dan MnO2 yang menyumbat saluran air di lapangan. Secara umum 25% volume suatu jenis tanah disusun olehpori-pori yang diisi penuh udara atmosfer yang kering secara normal pada ketinggian yang sama dengan permukaan air laut mengandung 20,95% O2 dan 0,0314% gas 120

CO2 (% volume). Hal ini tidak berlaku untuk tanah, karena terjadinya proses penguraian bahan-bahan organik seperti: (CH2O) + O2 → CO2 + H2O Oleh karena itu udara dalam tanah mengandung lebih sedikit oksigen secara proporsional dibandingkan udara atmosfer. E. BAHAN-BAHAN ORGANIK DALAM TANAH Didalam tanah yang produktif, meskipun kandungan bahan organiknya kurang dari 5%, namun demikian meskipun jumlah yang tidak terlalu besar dari bahan organik ini memainkan peran yang sangat penting dalam penentuan produktivitas tanah. Bahan organik merupakan sumber makanan bagi mikro organisme didalam tanah. Melalui reaksireaksi kimia: yang terjadi seperti reaksi pertukaran kation akan dapat menentukan sifat kimia tanah. Di antara komponenkomponen aktif secara biologis dari bahan organik tanah adalah polisakarida, gula-gula amino, nukleosida, dan belerang organik, serta senyawa-senyawa fosfor. Sebagian besar dari bahan organik didalam tanah terdiri dari bahan-bahan tidak larut dalam air dan relatif tahan terhadap penguraian. Bahan ini disebut humus. Humus disusun oleh fraksi dasar yang disebut asam-asam humat dan fulvat dan sebuah fraksi tidak larut yang disebut humin. Senyawa-senyawa atau bahan-bahan organik dalam tanah diperlihatkan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Klasifikasi Senyawa-senyawa Organik Dalam Tanah Tipe Senyawa Komposisi Pengaruh/Kegunaan Humus Sisa degredasi dari Kelimpahan bahan penguraian organik tanaman, banyak meningkatkan sifatmengandung C, H, sifat fisik tanah, dan O. pertukaran akar, tempat persediaan nitrogen Lemak-lerriak, Lemak-lemak yang Secara umum hanya resin dan lilin dapat diekstraksi beberapa % dari

121

oleh pelarutpelarut organik

bahan organik tanah yang dapat mempengaruhi sifatsifat fisik tanah. Makanan utama bagi mikro organisme tanah, membantu menstabilkan agregat tanah. Penyedia nitrogen untuk kesuburan tanah. Sumber dari fosfat tanaman

sakarida

Selluiosa, jerami, hemisellulosa.

Nitrogen dalam bahan organik Senyawasenyawa fostor

Ikatan N pada humus, asam amino, gula amino. Ester-ester fosfat, fosfolipid Sumber: Manaban, 1994

Satu sumber penting dari bahan organik yang resisten terhadap degradasi didalam tanah adalah lignin. Kayu dan struktur bahan dari tanaman-tanaman berkayu terdiri dari selulosa didalam kombinasi dengan lignin, zat-zat polimer dengan kandungan karbon yang lebih tinggi dibandingkan selulosa. 1. Bahan-bahan Anorganik Dalam Tanah Selain senyawa organik, tanah mengandung pula bahan-bahan anorganik seperti nitrogen, fosfor, kalium yang kandungannya kadang jauh berbeda antara tanah yang satu dengan tanah yang lainnya. Nitrogen merupakan salah satu komponen essensial dari protein dan bahan-bahan hidup lainnya. Tanah yang kaya akan nitrogen selain menghasilkan tanaman dengan produksi yang lebih tinggi juga kadar protein yang cukup tinggi. Nitrogen yang paling mudah tersedia untuk tanaman adalah sebagai ion nitrat (NO3).Tanaman padi masih 122

memerlukan ion nitrat untuk pertumbuhannya, tetapi untuk beberapa tanaman lain bentuk nitrat ini merupakan racun. Bila didalam tanah nitrogen terdapat dalam bentuk ammonium, maka bakteri nitrifikasi melakukan fungsi yang essensial didalam merubah senyawa ini menjadi ion nitrat. Tanaman dapat mengabsorbsi nitrogen dalam bentuknitrat secara berlebihan dari tanah yang mengandung banyak nitrat. Hal ini terjadi bila lahan pertanian di pupuk cukup banyak pada musim kemarau. Bila tanaman ini dimakan hewan herbivora seperti sapi akan mengakibatkan keracunan. Seperti halnya dengan nitrogen, fosfor harus ada dalam tanah dalam bentuk anorganik sebelum diserap oleh tanaman biasanya dalam bentuk ion ortofosfat. Di dalam lasaran pH yang dominan dalam tanah, H2PO4 dan HPCV merupakan jenis-jenis yang sering ditemukan. Pada pH tanah mendekati netral fosfor bentuk ortofosfat yang paling banyak tersedia untuk tanaman. Dalam tanah yang bersifat relatif asam, ion ortofosfat diendapkan atau diabsorbsi oleh jenis-jenis Al (III) dan Fe (III). Dalam tanah bersifat basa ortofosfat dapat bereaksi dengan kalsium karbonat membentuk senyawa hidroksil yang tidak larut. 3HPO42- + 5CaCO3 + 2H2O → Ca5(PO4)3(OH) + 5HCOV + OHPada umumnya karena terjadinya reaksi ini sedikit fosfor yang digunakan sebagai pupuk tercuci dari tanah. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya pencemaran dan penggandaan pupuk fosfat. Kalium dalam tanah diperlukan dalam jumlah yang relatif tinggi untuk pertumbuhan tanaman. Kalium mengaktifkan beberapa jenis enzim dan memegang peranan penting di dalam keseimbangan air dalam tanaman. Hasilhasil pertanian biasanya berkurang pada tanah-tanah yang mengalami densiensi kalium. Makin tinggi produktivitas 123

tanaman, makin besar pula kalium yang dilepaskan dan dalam tanah. Bila pupuk nitrogen ditambahkan kedalam tanah untuk meningkatkan produktivitas, pelepasan kalium akan diperbesar. Oleh karena itu, kalium akan menjadi hara pembatas didalam tanah yang dipupuk cukup banyak oleh hara-hara lain. Kalium adalah salah satu unsur yang terdapat dalam jumlah besar di kerak bumi yaitu sebesar 2,6%. Sebagai contoh senyawa rangkap K2O.Al2O3 4SiO2. F. REAKSI ASAM-BASA DAN IONEXCHANGE DALAM TANAH Salah satu fungsi kimia yang lebih penting dari tanah adalah pertukaran dari kation. Kemampuan suatu sedimen atau tanah untuk menukar kation dinyatakan sebagai kapasitas pertukaran kation(“cation-exchange capacity” atau CEC), yaitu jumlah millieqivalen dari kation-kation monovalent yang dapat ditukar per 100 g tanah kering. Nilai CEF harus diukur pada kondisi yang konstan karena akan sangat bervariasi dengan kondisi tanah seperti pE dan pH. Kedua komponen tanah yaitu mineral dan bahan organik dari tanah melakukan pertukaran kation. Mineral-mineral tanah liat atau Clay menukar kation karena adanya muatan negatif pada permukaan mineral tersebut, dihasilkan dari substitusi suatu atom dengan bilangan oksidasi rendah kepada bilangan oksidasi lebih tinggi, misalnya magnesium kepada alumunium. Bahan-bahan organik menukar kation karena adanya gugus karboksilat dan gugus fungsional lainnya. Humus merupakan komponen tanah yang mempunyai kapasitas pertukaran kation yang cukup tinggi. Tanah yang subur mempunyai kapasitas menukar ion berkisar antara 300-400 meq/100 g dan untuk jenis tanah dengan lebih banyak bahan organik berkisar antara 10-30 meq/100 g.

124

Peristiwa pertukaran kation dalam tanah merupakan mekanisme dimana kalium, kalsium, magnesium, dan logarnlogam mikro esensial menjadi tersedia bagi tanaman. Ketika ion-ion logam hara terserap oleh kar tanaman, ion hidrogen bertukar dengan ion-ion metal. Proses ini dengan adanya “leaching” dan kalsium, magnesium, dan ion-ion metal lainnya dari tanah oleh air yang mengandung asam karbonat cenderung membuat tanah menjadi asam. H+ Tanah } Ca2+ + 2CO2 + 2H2O → tanah} + Ca2+ akar) + 2HCO3- H+ Tanah bertindak sebagai suatu buffer dan menahan perubahan pH.Oksidasi dari pyrit dalam tanah menyebabkan pembentukan “asam sulfat tanah” yang disebut “Cat Clay”: FeS2 + 31/2O2 + H2O → Fe2+ + 2H+ + 2SO42Telah banyak ditemui lapisan dari asam sulfat tanah dengan pH mencapai 3,0. Untuk mengetahui telah terjadi pembentukan asam sulfat tanah dapat dilakukan tes dengan pereaksi hidrogen peroksida (“peroxide test”), terhadap tanah yang mengandung FeS 2 dengan H2O2 30%. FeS2 + TAH2O2 → Fe3+ + H+ + 2SO42- + 7H2O Kemudian dilakukan tes untuk keasaman dan sulfatnya. Bila hasil pengukuran menemukan pH dibawah 3,0 menunjukkan adanya pembentukan asam-sulfat tanah. Kebanyakan tanaman dapat tumbuh dengan baik pada pH hampirnetral. Bila tanah menjadi terlalu asam untuk pertumbuhan optimum daritanaman, dapat dilakukan dengan jalan menambahkan kalsium karbonat, CaCO3, ke dalam tanah → H+ Tanah} + CaCO3 tanah} 2+ Ca + CO2 + H2O. Dalam suatu lahan dengan curah hujan rendah, tanah akan cenderung menjadi sangat basa karena terdapatnya garam-garam seperti Na2CO3. Tanah bersifat basa ini dapat dihilangkan dengan jalan menambahkan alumunium atau besi sulfat, yang melepaskan asam dalam proses hidrolisis: 2 Fe3+ + 3SO42- + 6H2O → 2Fe(OH)3(s) + 6H+ + 3SO42-

125

Untuk menghilangkan sifat basa dari tanah bisa juga dilakukan dengan menambahkan belerang. Belerang yang ditambahkan kedalam tanah dioksidasi oleh bakteri sebagai mediator reaksi pembentukan asam sulfat: S + 11/2O2 + H2O → 2H+ + SO42Proses penurunan/penghilangan sifat kebasaan tanah dengan tambahan belerang diatas lebih ekonomis. G. HARA MAKRO DAN MIKRO DALAM TANAH Hara tanaman dapat digolongkan menjadi hara makro dan hara mikro. Yang termasuk hara makro adalah unsurunsur yang terjadi dalam konsentrasi tinggi didalam bahan tanaman atau cairan didalam tanaman, sedangkan hara mikro adalah unsur-unsur yang hanya penting pada konsentrasi yang sangat rendah dan umumnya dibutuhkan untuk kerja dari enzim-enzim esensial. Q Unsur-unsur yang dikenal sebagai hara-hara makro esensial untuk tanaman adalah karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, fosfor, kalium, kalsium, magnesium, dan belerang. Diantara unsur-unsur tersebut, karbon, hidrogen, dan oksigen diperoleh dari atmosfer dan air. Nitrogen melalui kerja bakteri pengikat nitrogen dapat diperoleh oleh beberapa tanaman secara langsung dari atmosfer. Hara makro esensial lainnya harus diperoleh dari tanah. Oleh karena itu kalau tanah kurang mengandung unsurunsur tersebut seperti misalnya nitrogen, fosfat, kalium harus ditambahkan melalui pemupukan. Tanah yang kekurangan kalsium relatif tidak umum. Pengapuran merupakan suatu proses yang digunakan untuk mengolah tanah-tanah asam, yang memberikan lebih banyak dari kalsium yang dibutuhkan untuk tanaman. Pengambilan kalsium oleh tanaman-tanaman dan pencucian oleh asam karbonat dapat menyebabkan defisiensi kalsium dalam tanah. Tanah-tanah asam masih dapat mengandung kapur dalam jumlah cukup, tetapikarena adanya persaingan dengan ion-ion hidrogen, maka ion kalsium tidak tersedia untuk tanaman. Perlakuan tanah asam dengan menaikan pH sampai mendekati 126

netral umumnya akan memulihkan defisiensi kalsium. Dalam tanah yang bersifat basa dengan adanya kandungan natrium, magnesium, dan kalium yang tinggi kadang-kadang menyebabkan defisiensi kalsium karena ion-ion tersebut bersaing dengan kalsium. Hal ini menyebabkan kalsium tidak tersedia untuk tanaman. Magnesium, walaupun terdapat sampai kurang lebih 2,1 % di dalam kerak bumi, sebagian terbesar dan unsur ini terikat kuat didalam mineral-mineral. Secara umum magnesium yang dapat dipertukarkan tergolong pada yang tersedia untuk tanaman dan unsur ini diikat oleh bahan organik atau clay melalui pertukaran ion. Ketersediaan magnesium dalam tanah untuk tanaman tergantung dari rasio kalsium/magnesium. Bila rasio ini terlalu tinggi, magnesium tidak dapat tersedia untuk tanaman dan menyebabkan defisiensi magnesium. Hal yang sama adalah kandungan kalium dan natrium yang berlebihan juga dapat menyebabkan defisiensi magnesium. Belerang dari tanah diasimilasi oleh tanaman sebagai ion sulfat, SO42-. Di suatu daerah dimana terjadi pencemaran SO2 di atmosfer, maka belerang dapat diabsorbsi oleh daun-daun tanaman sebagai sulfur dioksida. Kandungan SO 2 yang cukup tinggi di atmosfer dapat mematikan tanaman.Ada sembilan unsur yang tergolong dalam unsur hara mikro esensial, yaituboron, klor, tembaga, besi, mangan, molibden, natrium, vanadium, dan seng. Unsur-unsur ini diperlukan oleh tanaman hanya pada konsentrasi yang sangat rendah, tetapi bila toksik pada tingkat yang lebih tinggi. Fungsi dari kebanyakan unsurunsur hara mikro adalah sebagai komponen enzim-enzim esensial. Mangan, besi, klor, seng, dan vanadium dapat terlihat didalam reaksi fotosintesis. H. PENCEMARAN TANAH Tanah merupakan tempat penampungan berbagai bahan kimia. Banyak dari gas SO2 yang dihasilkan dari perubahan bahan bakar batu bara atau bensin berakhir dengan sulfat yang masuk kedalam tanah atau tertampung diatas tanah. Nitrogen

127

Oksida (NO) yang diubah diatmosfer menjadi nitrat akhirnya akan terdeposit di tanah. Tanah menyerap NO dan NO 2 dengan cepat dan gas-gas tersebut mengalami oksidasi menjadi nitrat dalam tanah. Karbon monoksida diubah menjadi CO2 oleh bakteri dan ganggang dalam tanah. Partikel timbal (Pb), yang berasal dari gas buang kendaraan bermotor ditemukan pada lapisan atas tanah sepanjang jalan raya yang padat lalu lintas. Timbal di lapisan atas tanah ditemukan juga di daerah yang dekat dengan penambangan dan peleburan timbal. Tanah juga sebagai tempat penampungan banyak limbah-limbah dari rembesan penumpukan sampah (landfill), kolam lumpur (lagoon), dan sumber-sumber lainnya. Dalam beberapa kasus, lahan pertanian dari bahan-bahan organik berbahaya yang dapat mengurai juga merupakan tempat pembuangan yang menyebabkan pencemaran tanah terjadi. Hal ini terjadi karena bahan organik tadi didalam tanah diuraikan oleh mikroba-mikroba tanah. Selain itu pembuangan kotoran dan pemupukan yang berlebih dapat menambah pencemaran tanah. Senyawa-senyawa organik menguap (VOC), seperti benzena, toluen, xeylen, diklorometan, trikloroetana, dan trildoroetena, merupakan bahan pencemar tanah yang umum dikeluarkan industri atau daerah perdagangan bahan-bahan tersebut. Salah satu dari sumber kontaminan yang paling umum adalah kebocoran dari bagian bawah tangki penyimpan limbah cair. Beberapa bahan pencemar senyawa organik terlihat pada humus pada waktu terjadi proses pembentukan humus dalam tanah. Bahan-bahan ini menetap dalam humus sehingga menyebabkan terjadi pencemaran pada humus yang akan terbentuk. Pengikatan terjadi terhadap senyawa-senyawa yang mempunyai kemiripan struktur dengan humus, seperti senyawa-senyawa fenol dan anilin.Senyawa seperti ini akan terikat secara kovalen dengan molekul-molekul bahan humus cukup banyak, melalui aktivitas dari enzim-enzim mikroba.

128

Setelah terjadi ikatan, bahan-bahan ini sangat resisten terhadap kehidupan dalam tanah dan reaksi kimia. Tanah menerima sejumlah besar pestisida sebagai akibat dari penggunaan yang berlebihan pada pemberantasan hama pertanian. Secara global diperkirakan pestisida digunakan sebanyak 2,5 juta ton per tahun. Degradasi sejumlah besar dari pestisida dalam tanah sangat memberikan pengaruh terhadap lingkungan. Pengaruh-pengaruh detail dari berbagai pestisida terhadap lingkungan saat ini dibutuhkan untuk lisensi atau perizinan dari pestida baru (di U.S dilakukan oleh “Federal Insecticide, Fungicide, dan Rodenticide act, FIFRA).Faktorfaktor yang merupakan bahan penilaian antara lain: penyerapan pestisida oleh tanah, perembesan atau leaching dari pestisida kedalam air yang berhubungan dengan potensinya terhadap pencemaran air, efek dari pestisida terhadap mikroorganisme dan kehidupan binatang dalam tanah, dan kemungkinan terjadinya sifat toksik yang lebih tinggi dari hasil proses degradasi. Adaptasi oleh tanah merupakan suatu langkah penting dalam degradasi dari suatu pestisida. Intensitas dari absorbsi dan kecepatan serta tingkat degradasi ditentukan oleh berbagai faktor. Beberapa dari padanya adalah kelarutan, penguapan, muatan, kepolaran, ukuran dan struktur molekul, serta beberapa sifat dari medium. Absorbsi dari pestisida oleh komponen-komponen tanah dapat memberikan berbagai pengaruh. Toksisitas dari suatu herbisida terhadap tanaman sangat dipengaruhi oleh proses tersebut. Proses pengikatan suatu pestisida kepada tanah dapat terjadi melalui berbagai bentuk absorbsi secara fisik melalui energi van der waals yang terbentuk dari interaksi dipoledipole antara molekul pestisida dan muatan dari partikelpartikel tanah. Proses penukaran ion (ion exchange) sangat efektifdalam penggabungan senyawa-senyawa organik kationik seperti herbisida paraquat,kepada partikel-partikel tanah anionik. Beberapa pestisida yang bersifat netral dapat bersifat kationik bila berikatan dengan H+ dan terlibat sebagai

129

spesi dengan bentuk muatan positif. Ikatan hidrogen merupakan mekanisme lain dimana beberapa pestisida terikat pada tanah. Dalam beberapa kasus, suatu pestisida dapat berfungsi sebagai suatu ligan koordinasi terhadap logamlogam dalam bahan mineral tanah. Tiga cara yang utama dimana pestisida-pestisida mengalami degradasi dalam atau diatas tanah adalah degradasi kimia, reaksi fotokimia, dan yang paling penting adalah biodegradasi. 1. Degradasi Kimia, Reaksi Fotokimia dan Biodegradasi Degradasi kimia dari pestisida telah dibuktikan secara eksperimen dalam tanah yang telah disterilkan dari semua aktivitas mikroba. Sebagai contoh, Clay (lempung) telah memperlihatkan dapat mengkatalisis hidrolisis dari 0,0-dimetil-0-2,4,5-triklorofenil tiofosfat, suatu efek yang dapat menghubungkan gugus OA pada permukaan mineral tanah. Banyak reaksi hidrolisis yang terjadi secara kimia dibeberapa pestisida dalam tanah.Sejumlah dari pestisida mengalami reaksi fotokimia, yaitu suatu reaksi yang berlangsung dengan terjadinya absorbsi dari cahaya. Dari reaksi ini dihasilkan terutama isomer-isomer dari pestisida yang mengalami reaksi. Meskipun insek-insek, cacing-cacing, beberapa tanaman memegang peranan penting dalam biodegradasi dari pestisida dan senyawa-senyawa bahan pencemar organik, mikroorganisme mempunyai peranan yang paling penting. Seperti beberapa reaksi transformasi nitrogen, sulfur, dan fosfor secara mikroba serta degradasi dari senyawa organik dengan mikroba sebagai mediator. Akhir-akhir ini telah dapat dibuktikan bahwa Rhizosphere merupakan bagian yang paling penting dari tanah dalam kemampuannya untuk menyelenggarakan biodegradasi dari sampah-sampah. Rhizophere adalah lapisan dari tanah dimana akar-akar tanaman secara umum beraktivitas. Ini merupakan lapisan dimana biomassa meningkat dan sangat penting bagi sistem akar tanaman

130

dan bergabungnya mikroorganisme-mikroorganisme dengan akar-akar tanaman. Rhizophere dapat mengandung 10 x biomassa mikroba per satuan volume lebih banyak daripada tanah yang tidak mempunyai lapisan rhizophere. Populasinya bervariasi sesuai karakteristik dari tanah, tanaman dan karakteristik akarnya, kandungan uap air, dan eksposure pada oksigen. Bila suatu daerah terekspose oleh senyawa-senyawa bahan pencemar, mikroorganisme dapat beradaptasi terhadap biodegradasi dan bisa tetap tinggal di daerah tersebut. Biodegradasi dari sejumlah senyawa organik sintetik telah dicobakan dalam rhizophere. Fokus percobaan terhadap proses biodegradasi herbisida-herbisida dan beberapa insektisida yang banyak digunakan dalam pertanian. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan biodegradasi dalam rhizophere telah dapat diamati pada beberapa senyawa, antara lain: 2,4-D herbisida, parathion, karbofener, diazinon, volatil aromatik alkil dan aril hidrokarbon, klorokarbon, dan surfaktor. Selain itu, peningkatan biodegradasi dari PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) tampak dalam lahan tanaman rumput yang luas yang mengandung rhizophere. 2. Aktivitas Pertanian dan Kesehatan Beberapa ahli mengemukakan bahwa tanah telah memberikan efek nyata pada kesehatan, seperti efek dari kekurangan unsur-unsur hara mikro yang terkandung dalam bahan makanan terhadap kesehatan manusia. Salah satu contoh adalah selenium (Se), yang bersifat toksik pada dosis tinggi tetapi sangat dibutuhkan dalam konsentrasi mikro. Kekurangan unsur mikro ini memberikan efek yang merugikan bagi binatang juga manusia. Terdapat korelasi yang positif antara kondisi geografi tanah dengan kejadian atau tumbuhnya kanker pada manusia. Suatu insiden yang mengagetkan dari timbulnya kanker usus yang terjadi dibeberapa daerah pertanian

131

dengan tipe/jenis tanah tertentu di Negeri Belanda, Amerika Serikat, Perancis, Wales, dan Skandinavia. Jenis tanah di wilayah ini mengandung bahan organik cukup tinggi, bersifat asam, dan sering mengalami “Waterlogged”. Terjadinya penyakit kanker karena penduduk mengkonsumsi bahan makanan yang ditanam di sekitar rumah di lahan tersebut juga mengkonsumsi air yang hanya berasal dari satu sumur pada lahan yang sama. Salah satu penyebab dari terjadinya kanker usus (Stomach Cancer-producing soil) ini adalah terbentuknya metabolit sekunder oleh tanaman dan mikroorgasime. Metabolit sekunder merupakan senyawa biokimia yang terbentuk dari prekursor metabolit primer ketika metabolit primer terakumulasi ke tingkat yang lebih rendah, oleh karena itu sangat penting adanya penelitian-penelitian terhadap tanah pertanian. 3. Erosi Dan Pelumpuran Kualitas tanah menurun selain disebabkan oleh terjadinya pencemaran, juga disebabkan oleh erosi. Erosi dapat menyebabkan merosotnya produksivitas lahan, rusaknya lingkungan, terganggunya keseimbangan estetika, serta pencemaran lingkungan hidup.Bila keadaan lebih parah lagi akan terbentuk lahan kritis.Erosi berpengaruh terhadap penurunan produksi tanah akibat: a. Pemiskinan tanah/hilangnya tanah lapisan atas b. Memburuknya sifat fisik dan kimia tanah c. Berkurangnya aktivitas biologi tanah d. Tertutupnya tanah lapisan atas Erosi mengakibatkan tersingkapnya lapisan tanah yang lebih asam (pH rendah), terbentuknya lapisan dengan kandungan aluminium yang lebih tinggi, menurunkan kandungan bahan organik (C) dan nitrogen (N), unsurunsur hara lebih rendah, dan terbentuknya lapisan bawah yang lebih padat.

132

Dengan terjadinya erosi ini maka menimbulkan pelumpuran sistem irigasi disamping terjadinya pencemaran air dan berkurangnya kapasitas waduk. Erosi tanah dan pelumpuran aliran sungai makin lama makin bertambah, salah satu penyebabnya adalah penggundulan hutan di hulu sungai dan tofografi/ kemiringan tanah. 4. Limbah Padat Atau Sampah Istilah sampah diberikah kepada barang-barang atau bahan-bahan buangan rumah tangga atau pabrik yang tidak digunakan lagi atau tidak terpakai dalam bentuk padat. Sampah merupakan campuran dari berbagai bahan baik yang tidak berbahaya seperti sampah dapur (organik) maupun bahan-bahan berbahaya yang banyak dibuang oleh pabrik dan rumah tangga yang dapat digunakan kembali atau didaur ulang maupun yang tidak dapat didaur ulang. Dengan meningkatnya populasi penduduk di setiap daerah/kota maka jumlah sampah yang dihasilkan setiap rumah tangga makin meningkat. Hal ini menjadi masalah besar bagi kota-kota besar yang padat penduduknya seperti Jakarta, dalam menangani sampah yang dihasilkan setiap harinya. Penanggulangan sampah secara tuntas belum dapat dilakukan dan umumnya dibuang pada penimbunan sampah terbuka (Open Dumping) atau sanitary landfield. Sampai saat ini Kota Jakarta masih “menyewa” lahan di Bekasi untuk menempatkan sampahnya dengan biaya sewa yang cukup mahal per tahunnya. Secara umum komposisi dari sampah di setiap kota bahkan negara hampir sama, yaitu: Kertas dan katun Logam Gelas Sampah halaman dan dapur Kayu Plastik, karet, dan kulit Lain-lain

±35% ± 7% ± 5% ±37% ± 3% ± 7% ± 6%

133

Dampak negatif dari sampah-sampah tersebut dapat terjadi di tempat penampungan sementara (TPS) yang terdapat di setiap wilayah seperti di setiap RW atau Kelurahan, pasar, dan sebagainya maupun di tempat penampungan akhir (TPA). Dampak negatif di TPS biasanya dalam bentuk bau yang kurang sedap karena terjadi penguraian secara anaerob, kumpulan lalat diatas sampah yang dapat menimbulkan berjangkitnya penyakit dan estetika. Tempat penampungan sampah akhir (TPA) dalam bentuk penimbunan sampah terbuka akan menimbulkan dampak negatif yang lebih besar karena selain bau yang tidak sedap yang berasal dari penguraian secara anaerob dari komponen-komponen sampah, seperti gas H2S, NH3, CH4 juga dapat terjadi rembesan dari proses “leaching” logam-logam berbahaya kedalam air tanah atau sumber air. Untuk menanggulangi pencemaran tanah akibat penumpukansampah ini dapat dilakukanmelalui berbagai cara seperti melalui program 3R, yaitu Reduce, Reuse, Recycle. ProgramReduce artinya mengurangi ataumereduksi sampah yang akan terbentuk. Hal ini dapatdilakukan bila ibu-iburumah tangga kembali ke pola lama yaitu membawa keranjang belanja kepasar. Dengan demikian jumlah kantong plastik yang dibawa ke rumah akanberkurang (terreduksi). Selain itu bila setiap orang menggunakan kembalisapu tangan dari padgtissue, disamping akan mengurangi sampahnya,dengan tidak menggunakan tissue dapat terjadi penghematan terhadap bahan baku untuk tissue, yang tidak lain adalah kayu dari hutan. Kalau setiap orangmelakukan hal tersebut berapa ton sampah yang akan terreduksi per bulandan berapa ha hutan yang dapat terselamatkan. Re-use, adalah program pemakaian kembali sampah yang sudah terbentuk seperti penggunaan bahan-bahan plastik/kertas bekas untuk benda-benda souvenir, bekas ban untuk tempat pot atau kursi taman, botol-botol minuman yang telah kosong diisi kembali dan sebagainya.

134

Proses Recycle agak berbeda dengan kedua program sebelumnya. Dalam hal ini sampah sebelum digunakan perlu diolah ulang terlebih dahulu. Bahan-bahan yang dapat direcycle atau didaur ulang seperti kertas atau plastik bekas, pecahan-pecahan gelas atau kaca, besi atau logam bekas dan sampah organik yang berasal dari dapur atau pasar dapat didaur ulang menjadi kompos (pupuk). Proses daur ulang ini juga dapat mengubah sampah menjadi energi panas yang dikenal dengan proses insenerasi. Insenerasi sederhana sudah dilakukan oleh beberapa industri di Jakarta yaitu menggunakan limbah padat dalam bentuk lumpur hasil akhir pengolahan air limbahnya tidak dibuang ke tanah tetapi digunakan sebagai bahan bakar setelah mengalami pengeringan. Untuk mendaur ulang bahan-bahan kertas, plastik, atau logam, dibutuhkan sampah dalam keadaan bersih artinya tidak tercampur antara satu bahan dengan bahan lainnya. Ini berarti setiap orang harus memilah sampah sebelum dibuang ke tempat sampah. Pemisahan sampah dapat dilakukan antara sampah organik biodegradable seperti sampah dapur dengan non-biodegradable seperti plastik. Selain itu dipisahkan antara kertas bekas,plastik bekas, karton, dan sebagainya dari pecahan kaca atau logam. Hal ini telah dilakukan oleh beberapa negara maju seperti Australia, Canada (yang dikenal dengan Blue Box System), dan negara-negara Eropa. Dengan sistemkota biru ini yaitu pemilihan sampah untuk didaur ulang yang dilakukan Pencemaran Lingkunganibu-ibu rumah tangga di OntarioCanadapada tahun 1990 telah menghasilkan 14 % dari seluruh sampahnya dapat didaur ulang atau sekitar 260.000 ton sampah. Oleh karena itu, sudah waktunya penghuni setiap rumah di Indonesia khususnya di kota-kota besar untuk melakukan pemilahan sampahnya sebelum dibuang ketempat pembuangan sementara (TPS)nya masingmasing. Selain itu juga diharapkan dapat turut serta dalam

135

program Reduce dan Reuse sampah. Dengan demikian, bila seluruh warga melaksanakan ketiga program tersebut (3R), maka masalah pencemaran tanah oleh sampah akan berkurang.

136

BAB V SIKLUS BIOGEOKIMIA A. PENDAHULUAN Udara, air, tanah, kehidupan, dan teknologi saling berkaitan secara erat seperti tampak pada Gambar 5.1. Atmosfer merupakan lapisan tipis gas-gas yang menyelimuti permukaan bumi, memegang peranan penting sebagai tempat penampungan (reseivoir) dari berbagai macam gas. Atmosfer juga menyeimbangkan panas bumi, mengabsorbsi energi dan merusak radiasi ultraviolet yang datang dari matahari. Selain itu memindahkan energi panas dari wilayah ekuator, serta berfungsi sebagai jalan atau media pergerakan air pada fase uap dalam siklus hidrologi. Hidrosfer mengandung air bumi. Lebih dari 97% dari air bumi berupa lautan, dan sisa yang terbanyak berupa air tawar dalam bentuk es. Oleh karena itu secara relatif hanya sedikit persentase dari total air bumi yang secara aktual terlibat dengan tanah, atmosfer, dan proses-proses biologis.Kehebatan dari air laut yang mengalami sirkulasi melalui proses-proses dalam lingkungan, dan sirkulasi tersebut terjadi dalam atmosfer, dalam sumber air, dan dalam air permukaan seperti saluran air, sungai-sungai, danau-danau, waduk-waduk, dan penampung-penampung air. Geosfer terdiri dari padatan bumi meliputi tanah yang sangat mendukung kehidupan tumbuhan. Bagian dari geosfer yang langsung terlibat denganproses-proses lingkungan melalui kontak dengan atmosfer, hidrosfer dan semua kehidupan adalah litosfer. Semua kehidupan yang ada di bumi membentuk biosfer.

137

Gambar 5.1 Biosfer, Sumber: https://dosengeografi.com/ Dari Gambar 5.1 tampak adanya saling keterkaitan antara komponen-komponen abiotik yaitu udara, air, dan tanah serta keterkaitan dari masing-masing komponen dengan komponen biotik atau biosfer. Adanya saling keterkaitan tersebut membentuk suatu sistem yang disebut dengan ekosistem. Suatu ekosistem terdiri dari interaksi yang menguntungkan antara organisme-organisme dengan lingkungannya dimana terjadi pertukaran dari sejumlah besar material-material dalam bentuk siklus, yang dikenal dengan siklus materi. Siklus materi menyangkut bagaimana aliran atau perjalanan materi yang terdiri dari bahan-bahan kimia dari satu media ke media lainnya didalam lingkungan, termasuk didalamnya media kehidupan. Bahan-bahan kimia yang termasuk penyusun kehidupan yang paling banyak antara lain: karbon, nitrogen, oksigen, hidrogen, belerang dan fosfor. Oleh karena itu didalam bab ini hanya akan dibahas siklus dari bahan-bahan tersebut. Sebelumnya akan dijelaskan terlebih dahulu bagaimanan distribusi dari suatu bahan kimia dalam lingkungan (Gambar 5.2). 138

Gambar 5.2 Siklus Materi, Sumber: https://sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id/ Secara umum satu bahan kimia meskipun pertama kali dilepaskan atau berada dalam suatu media tetapi bahan tersebut dengan cepat masuk ke bagian/media lainnya seperti tampak pada Gambar 5.2. Sebagai contoh unsur nitrogen yang terdapat dalam berbagai senyawa, setelah berada didalam suatu media atau lingkungan akan memasuki lingkungan lainnya melalui suatu proses baik proses fisik, kimia, biologi atau biokimia. Secara alamiah tanpa campur tangan manusia perjalanan dari satu bahan kimia dari satu lingkungan/media yang satu ke media lainnya sudah terjadi sejak bumi terbentuk. Adanya aktivitas yang dilakukan manusia perjalanan tersebut menjadi lebih kompleks. Perjalanan atau aliran bahan-bahan kimia dalam ekosistem global di bumi ini ternyata berbentuk lingkaran dikenal dengan Siklus Biogeokimia.

139

B. SIKLUS KARBON

Gambar 5.3 Siklus Karbon Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Siklus_karbon Karbon di alam ini mangalami sirkulasi melalui suatu siklus seperti terlihat pada Gambar 5.3. Siklus ini memperlihatkan bahwa karbon bisa terdapat sebagai gas CO2 penyusun udara, yang konsentrasinya sangat kecil tetapi sangat menentukan karbon secara global. Sebagian dari karbon terlarutdalam air permukaan, dan sumber air sebagai HCO 3atau molekul CO2(aq). Sejumlah besar karbon terdapat dalam mineral-mineral, terutama dalam bentuk kalsium dan magnesium karbonat, seperti CaCO 3. Reaksi fotosintesis, menyediakan karbon dalam bentuk anorganik menjadi karbon dalam bentuk organik yang dinyatakan sebagai (CH 2O), yang merupakan komponen dari molekul-molekul seluruh kehidupan.

140

Fraksi karbon lainnya terdapat sebagai minyak bumi dan gas alam, yang dalam jumlah lebih banyak sebagai batu bara, dan lignit yang dinyatakan sebagai CxH2x. Proses pabrik yang dilakukan mengubah hidrokarbon menjadi senyawa-senyawa xenobiotik dengan gugus fungsi yang mengandung halogen, oksigen, nitrogen, fosfor, atau belerang. Oleh karena itu meskipun merupakan jumlah yang sangat kecil dari total karbon dalam lingkungan, senyawa-senyawa ini sangat penting karena efek toksisitas kimianya. Suatu aspek penting dari siklus karbon, bahwa siklus ini diawali dari terjadinya transfer energi matahari ke sistem biologis dan akhirnya ke geosfer dan atmosfer sebagai karbon fosil dan bahan bakar fosil. Organik, atau karbon biologis, (CH2O), banyak mengandung molekul-molekuldengan energi tinggi yang dapat bereaksi dengan molekul oksigen menghasilkan kembali CO2 dan energi. Hal ini dapat terjadi secara biokimia dalam organisme melalui respirasi aerob, (CH2O) + O2(g) → CO2 + H2O atau dapat juga terjadi bila kayu atau bahan bakar fosil di bakar. Fotosintesis ganggang merupakan fiksasi senyawa karbon yang sangat dominan dalam air, dengan mengambil CO2, pH air meningkat dan dapat mengendapkannya sebagai CaCO3 dan CaCO3.MgCO3. Fiksasi karbon organik oleh mikroorganisme terjadi melalui proses biokimia terhadap bahan bakar fosil, karogen, batu bara, dan lignit. Mikroorganisme melakukan degradasi terhadap karbon. Organik dari biomassa, minyak, dan sumber-sumber xenobiotik, dan akhirnya kembali ke atmosfer sebagai CO2. C. SIKLUS NITROGEN Seperti terlihat dalam Gambar 5.3, nitrogen terdapat di semua bagian/lapisan dalam lingkungan. Atmosfer terdiri dari 78 % volume unsur nitrogen (N2) dan merupakan suatu reservoir yang tidak akan ada habis-habisnya untuk unsur penting ini. Oleh karena itu tidak sebanyak karbon dan oksigen dalam biomassa, tetapi merupakan unsur penting dalam 141

protein. Molekul N2 sangat stabil oleh karena itu pemutusan menjadi atom-atomnya untuk bereaksi dengan bahan kimia membentuk senyawa organik atau anorganik nitrogen merupakan langkah/step yang terbatas dalam siklus. Ini dapat terjadi dengan proses berenergi tinggi dalam penyinaran cahaya yang menghasilkan nitrogen oksida.

Gambar 5.4 Siklus Nitrogen Sumber: https://adalah.top/siklus-nitrogen/ Unsur nitrogen dapat terlibat dalam bentuk ikatan kimia, atau fíksasi oleh proses biokimia dengan perantara mikroorganisme-mikroorganisme. Nitrogen biologis dapat diubah menjadi bentuk anorganik pembusukan/penguraian biomassa. Sejumlah besar dari nitrogen difiksasi secara sintetik di bawah temperatur tinggi dan juga tekanan tinggi melalui reaksi: N2 + 3H2 → 2NH3 Produksi dari gas-gas N2 dan N2O oleh mikroorganisme dan evolusi dari gas-gas ini kedalam atmosfer menyempurnakan siklus nitrogen melalui suata proses yang disebut denitrifikasi. Denitrifikasi suatu proses yang penting di alam, yaitu suatu mekanisme dimana hasil fiksasi nitrogen 142

dikembalikan kedalam atmosfer. 1/5NCV + ¼(CH2Q) + 1/ 5H+ + 1/10N2 + ¼CO2 +7/20H2O proses ini juga penting dalam pengolahan air lanjutan untuk menghilangkan hara nitrogen. D. SIKLUS OKSIGEN Oksigen merupakan unsur yang vital bagi kehidupan di bumi ini. Siklus oksigen ditampilkan dalam Gambar 5.4. Siklus ini menggambarkan pertukaran dari oksigen antara bentuk gas O2 yang terdapat dengan jumlah besar dalam atmosfer, dan oksigen yang terikat secara kimia dalam CO 2, H2O dan bahanbahan organik. Siklus ini berkaitan sangaterat dengan siklus unsur lainnya, terutama dengan siklus karbon. Unsur oksigen menjadi yang terikat secara kimia melalui berbagai proses yang menghasilkan energi, terutama pada perubahan dan proses metabolik dalam organisme. Oksigen dilepaskan dari reaksi fotosintesis. Unsur ini secara cepat bersenyawa, membentuk oksida-oksida, seperti dengan karbon dalam respirasi aerobik atau dengan karbon dan hidrogen dalam perubahan bahan bakar fosil seperti dengan metana. CH4 + 2O → CO2 + 2H2O

Gambar 5.5 Siklus Oksigen Sumber: https://rimbakita.com/siklus-oksigen/

143

Suatu aspek yang sangat penting dari siklus di stratosfer yaitu proses pembentukan ozon (O3). Ozon membentuk lapisan tipis di stratosfer yang berfungsi sebagai filter dari radiasi ultraviolet, dengan demikian dapat menjaga kehidupan di bumi dari kerusakan/kehancuran yang disebabkan radiasi ini. Siklus oksigen disempurnakan atau diakhiri ketika unsur oksigen masuk kembali ke atmosfer dalam bentuk gas. Hanya satu cara yang signifikan dimana hal tersebut terjadi yaitu melalui fotosintesis yang dilakukan tumbuhan.Siklus hidrogen tidak dibuat tersendiri karena di alam ini hidrogen paling banyak terlihat dalam bentuk senyawa air (H2O). Jadi siklus untuk hidrogen dapat dilihat dari siklus hidrologi pada bab 2. E. SIKLUS BELERANG Seperti tampak dalam Gambar 5.5, siklus belerang relatif kompleks dimana melibatkan berbagai macam gas, mineralmineral yang sukar larut dan beberapa spesi lainnya dalam larutan. Siklus ini berkaitan dengan siklus oksigen dimana belerang bergabung dengan oksigen membentuk gas belerang oksida (SO2), sebagai bahan pencemar air. Diantara spesi-spesi yang secara signifikan terlihat dalam siklus belerang adalah gas hidrogen sulfida, H2S; mineral-mineral sulfida seperti Pbs; asam sulfat, H2SO4; belerang oksida, SO2 komponen utama dari hujan asam; dan belerang yang terikat dalam protein.

Gambar 5.6 Siklus Sulfur Sumber: www.slideshare.net 144

Yang merupakan bagian dari siklus belerang yang sangat penting adalah adanya gas SO2 sebagai bahan pencemar dan H2SO4 dalam atmosfer. Gas SO2 dikeluarkan dari pembakaran bahan bakar fosil yang mengandung belerang. Efek utama dari belerang dioksida dalam atmosfer adalah kecenderungan untuk teroksidasi menghasilkan asam sulfat. Asam ini dapat menyebabkan terjadinya hujan asam seperti telah dibahas dalam Bab I. F. SIKLUS FOSFOR Siklus fosfor, bersifat kritis karena fosfor secara umum merupakan hara yang terbatas dalam ekosistem. Tidak ada bentuk gas dari fosfor yang stabil oleh karena itu siklus fosfor adalah “endogenic”. Dalam geosfer, fosfor terdapat dalam jumlah besar dalam mineral-mineral yang sedikit sekali larut, seperti hidroksiapilit, garam kalsium.

145

BAB VI TOKSIKOLOGI KIMIA A. PENDAHULUAN Toksikologi adalah studi mengenai efek yang tidak diinginkan darizat-zat kimia terhadap organisme hidup. Gabungan antara berbagai efek potensial yang merugikan serta terdapatnya keanekaragaman bahan kimia di lingkungan membuat toksikologi sangat luas cakupannya. Toksikologi meliputi penelitian toksisitas bahan-bahan kimia yang digunakan, misalnya: (1) di bidang kedokteran untuk tujuan diagnostik, pencegahan, dan terapeutik, (2) di bidang industri makanan sebagai zat tambahan langsung maupun tidak langsung, (3) di bidang pertanian sebagai pestisida, zat pengatur pertumbuhan, penyerbuk buatan, dan (4) di bidang industri kimia sebagai pelarut, reagen dan sebagainya. Pencegahan keracunan memerlukan perhitungan terhadap toxicity (toksisitas), hazard (bahaya), risk (resiko), dan safety (keamanan). Hazard suatu zat kimia berarti: “kemungkinan zat kimia tersebut untuk menimbulkan cidera”, sedangkan dalam bahasa Indonesia Hazard diterjemahkan sebagai “bahaya”. Hazard berbeda pengertiannya dengan toksisitas, yang berarti “deskripsi dan kuantifikasi sifat-sifat toksik suatu zat kimia”. Hazard dapat berbeda tergantung cara pemaparan zat kimia tersebut. Zat X dalam bentuk cair misalnya akan lebih berbahaya (hazardous) daripada bentuk butiran karena lebih mudah menempel di kulit dan diserap. Suatu zat kimia dalam bentuk gas akan menimbulkan hazard lebih besar daripada bentuk cair, karena dapat menyebarluas di udara dan mengenai banyak orang sekaligusnamun bila gas disimpan dalam tangki dengan baik atau dalam mangan sejuk maka hazard akan menjadi lebih kecil.

146

Risk didefinisikan sebagai “besarnya kemungkinan suatu zat kimia untuk menimbulkan keracunan”. Hal ini terutama tergantung dan besarnya dosis yangmasuk kedalam tubuh. Peningkatan dosis ditentukan oleh tingginya konsentrasi, lama dan seringnya pemaparan serta cara masuknya zat tersebut kedalam tubuh. Semakin besar pemaparan terhadap zat kimia semakin besar pula resiko keracunan. Keamanan suatu xenobiotik perhitungannya sukar dipahami. Hal ini disebabkan perlu memperhitungkan keamanan dengan menerapkan “faktor keamanan”, yang kadangkala merupakan estimasi yang sering berlebihan. Manusia tidak dapat dipakai sebagai “hewan” percobaan untuk menilai xenobiotik seperti biasanya dilakukan terhadap obat karena tidak etis. Oleh karena itu terpaksa perhitungan harus didasarkan estimasi toksisitas dan bahaya terhadap suatu zat kimia melalui data yang diperoleh dan hewan percobaan. Karena ada perbedaan antara sifat manusia dengan hewan percobaan maka harus diperhitungkan faktor keamanan yang menurut konsensus ilmiah sebesar 100. Hal ini menyebabkan diterimanya standar pemaparan seperti: Acceptable Daily Intake (ADI), Tolerable Weekly Intake (XWI), Maximal Allowable Concentration, Tolerance Level, dan sebagainya. B. KLASIFIKASI BAHAN TOKSIK Bahan-bahan toksik dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara, tergantung dari minat dan tujuan pengelompokannya. Sebagai contoh pengklasifikasian berdasarkan: 1. organ targetnya: hati, ginjal, sistem hematopotik, dan lainlain; 2. penggunaannya: pestisida, pelarut, aditif makanan, dan lain-lain; 3. sumbernya: toksik tumbuhan dan binatang; 4. efeknya: kanker, mutasi, kerusakan hati, dan sebagainya; 5. fisiknya: gas, debu, cair; 6. sifatnya: mudah meledak;

147

7. kandungan kimianya: halogen, dan lain-lain.

amina

aromatik,

hidrokarbon

Tidak ada satupun klasifikasi yang sesuai untuk seluruh spektrum dari bahan toksik. Kombinasi dari berbagai sistem klasifikasi atau berdasarkan faktor-faktor lainnya mungkin diperlukan untuk memberikan sistem peringkat terbaik untuk maksud tertentu. Meskipun klasifikasi yang mempertimbangkan komposisi kimiawi dan biologis dari bahan serta karakteristik pemaparan akan lebih bermanfaat untuk tujuan pengendalian dan pengaturan dari pemakaian zat-zat toksik. C. KARAKTERISTIK PEMAPARAN Efek toksik atau efek yang tidak diinginkan dalam sistem biologis, tidak akan dihasilkan oleh bahan kimia kecuali bahan kimia tersebut atau produk biotransformasinya mencapai tempat yang sesuai didalam tubuh pada konsentrasi dan lama waktu yang cukup untuk menghasilkan manifestasi toksik. Terjadi tidaknya respons toksik tergantung pada sifat kimia dan fisik dari bahan tersebut, situasi pemaparan, dan kerentanan sistem biologis dari subjek. Oleh karena itu untuk dapat mengetahui karakteristik lengkap tentang bahaya potensial dan toksisitas dari suatu bahan kimia tertentu perlu diketahui tidak hanya tipe efek yang dihasilkan dan dosis yang diperlukan untuk menghasilkan efek tersebut, tetapi juga informasi mengenai sifat bahan kimianya sendiri, pemaparannya, dan subjek. Faktor utama yang mempengaruhi toksisitas yang berhubungan dengan situasi pemaparan terhadap bahan kimia tertentu adalah jalur masuk ke dalam tubuh, jangka waktu dari frekuensi pemaparan. D. JALUR MASUK DAN TEMPAT PEMAPARAN Jalur utama bahan toksik untuk dapat masuk kedalam tubuh manusia adalah melalui saluran pencernaan atau gastro intestinal (menelan/ingesti, paru-paru (inhalasi), kulit (topikal), dan jalur perenteral lainnya (selain saluran usus/intestinal). Bahan toksik umumnya menyebabkan respon yang paling 148

cepat bila diberikan melalui jalur intravena. Perkiraan efektivitas melalui jalur lainnya secara menurun adalah: Inhalasi → Intraperitoneal → Subkutan 4 Intramuskular → Intradermal - 4 Oral → Topikal Efek Sinergistik adalah situasi dimana efek gabungan dari dua bahan kimia jauh melampaui penjumlahan dari tiap-tiap bahan kimia bila diberikan secara sendiri-sendiri (misalnya: 2 + 3 = 20). Sebagai contoh: CCl4 (karbon tetrakhlorida) dan C2H5OH (etanol) yang keduanya adalah senyawa hepatotoksik bila secara bersamaan diberikan akan menghasilkan kerusakan hati yang jauh lebih hebat daripada jumlah masing-masing efek secara individual. Potensiasi adalah keadaan dimana suatu senyawa kimia tidak mempunyai efek toksik terhadap sistem atau organ tertentu, tetapi bila ditambahkan ke bahan kimia lain akan membuat bahan tersebut menjadi jauh lebih toksik (misalnya: 0 + 2 = 10). Sebagai contoh: Iso propanol tidak bersifat hepatotoksik, tetapi bila zat tersebut diberikan disamping pemberian karbon tetrakhlorida, efek hepatotoksik dari karbon tetrakhlorida akan menjadi jauh lebih besar dibandingkan bila hanya diberikan secara sendiri. Antagonistis adalah situasi dimana dua bahan kimia bila diberikan secara bersamaan efeknya saling mempengaruhi dalam arti saling meniadakan efek toksik, (misalnya: 4 + 6 = 8 atau 4 + 0 = 1). Efek antagonisdiserap cenderung untuk menghasilkan toksik yang cepat, namun pemaparan akut dapat pula menghasilkan beberapa efek akut setelah setiap pemberian, disamping efek jangka panjang, ambang rendah, dan efek kronik dari bahan tersebut. Faktor penting lain yang berhubungan dengan waktu dalam menjelaskan karakteristik pemaparan adalah frekuensi pemberian. Secara umum dosis yang terbagi-bagi akan mengurangi efek yang ditimbulkannya. Suatu dosis tunggal dari suatu zat yang menghasilkan efek berat secara cepat mungkin akan menghasilkan efek yang kurang dari 149

setengahnya bila diberikan dalam dua dosis terpisah, dan tidak menimbulkan efek apa-apa bila diberikan secara berkala dalam 10 kali untuk beberapa jam atau hari. Efek toksis kronik terjadi bila bahan kimia terakumulasi didalam sistem biologis (absorpsi melebihi biotrasformasi ekskresi), atau bila menghasilkan efek toksik yang tidak pulih kembali, atau bila tidak cukup dari sistem biologis untuk melakukan pemulihan dari kerusakan dalam interval frekuensi pemaparan. Bila tingkat eliminasi lebih kecil daripada tingkat absorpsi, bahan toksik biasanya tidak terakumulasi secara tetap, namun mencapai suatu keadaan keseimbangan bila tingkat eliminasi sama dengan tingkat pemberian. E. INTERAKSI BAHAN KIMIA Interaksi bahan kimia dapat terjadi melalui sejumlah mekanisme seperti perubahan dalam absorpsi, pengikatan protein, dan biotransformasi atau ekskresi dari satu atau dua zat toksik yang berinteraksi. Efek dari dua bahan kimia yahg diberikan secara bersamaan akan menghasilkan suatu respon yang mungkin hanya sekedar aditif dari respons individual masing-masing atau mungkin lebih besar atau lebih kecil dari yang diharapkan. Beberapa terminologi telah digunakan untuk menjelaskan interaksi farmakologi dan toksikologi tersebut. Efek aditif adalah suatu situasi dimana efek gabungan dari dua bahan kimia sama dengan jumlah dari efek masingmasing bahan bila diberikan sendiri-sendiri (misalnya: 2 + 3 = 5). Sebagai contoh: bila dua insektisida organofosfat diberikan secara bersamaan, hambatan terhadap cholinesterase biasanya aditif. Efek Sinergistik adalah situasi di mana efek gabungan dari dua bahan kimia jauh melampaui penjumlahan dari tiap-tiap bahan kimia bila diberikan secara sendiri-sendiri (misalnya: 2 + 3 = 20). Sebagai contoh: CCl4 (karbon tetrakhlorida) dan C2H5OH (etanol) yang keduanya adalah senyawa hepatotoksik bila secara bersamaan diberikan akan menghasilkan kerusakan hati

150

yang jauh lebih hebat daripada jumlah masing-masing efek secara individual. Potensiasi adalah keadaan dimana suatu senyawa kimia tidak mempunyai efek toksik terhadap sistem atau organ tertentu, tetapi bila ditambahkan ke bahan kimia lain akan membuat bahan tersebut menjadi jauh lebih toksik (misalnya: 0 + 2 = 10). Sebagai contoh: Iso propanol tidak bersifat hepatotoksik, tetapi bila zat tersebut diberikan disamping pemberian karbon tetrakhlorida, efek hepatotoksik dari karbon tetrakhlorida akan jauh lebih besar dibandingkan bila hanya diberikan secara sendiri. Antagonistis adalah situasi di mana dua bahan kimia bila diberikan secara bersamaan efeknya saling mempengaruhi dalam arti saling meniadakan efek toksik, (misalnya: 4 + 6 = 8 atau 4 + 0 = 1). Efek antagonis dari bahan-bahan kimia seringkali merupakan efek yang dikehendaki dalam toksikkologi dan merupakan dasar dari berbagai antidote. F. DOSIS-RESPONS Karakteristik pemaparan dan spektrum efek secara bersamaan membentuk hubungan korelasi yang dikenal sebagai hubungan dosis-respons. Hubungan tersebut merupakan konsep paling dasar dari toksikologi. Ada beberapa asumsi yang harus dipertimbangkan sebelum hubungan dosis-respons dapat sesuai digunakan sebagai berikut: 1. Respons timbul karena adanya bahan kimia yang diberikan. 2. Respons pada kenyataannva berhubungan dengan dosis. 3. Dalam penggunaan dosis-respons harus ada metode kuantitatif untuk mengukur danmengemukakan secara tepat toksisitas dari suatu bahan kimia. Respons yang terpilih untuk pengukuran, hubungan antara derajat respons dari sistem biologis dan jumlah bahan toksik yang diberikan membentuk suatu asumsi bahwa hal ini terjadi secara konsisten dan dipertimbangkan sebagai hal dasar dan klasik yang disebut hubungan dosis-respons. Hal ini yang 151

mendasari adanya dosis lethal (mematikan) sebagai suatu indeks(LD50). LD50 adalah dosis tunggal dari suatu zat yang secara statistik diharapkan dapat menyebabkan kematian sebanyak 50% dari binatang percobaan. Gambar 6.6: Kurva Dosis-Respons

Gambar 6.1 Kurva dosis-respons Gambar 6.1 menunjukkan kurva dosis-respons untuk dua senyawa kimia. Kurva A responnya (sindroma defisiensi) meningkat dengan menurunnya asupan, contoh nutrien tertentu seperti tiamin dan asam askorbat. Sedangkan kurva B responnya (efek toksik) meningkat dengan meningkatnya asupan, misalnya selenium (Se). Meski penetapan LD50 saat ini menjadi isu masyarakat karena adanya peningkatan perhatian dan perlindungan terhadap binatang percobaan, namun LD50 merupakan hal penting untuk mengetahui karakteristik dari suatu bahah kimia dan dengan demikian juga akan dapat menetapkan tingkat bahayanya terhadap manusia. G. ABSORBSI, DISTRIBUSI, DAN EKSKRESI TOKSIKAN Suatu toksikan selain menyebabkan efek lokal di tempat kontak, juga akan meyebabkan kerusakan bila diserap oleh organisme. Absorpsi (penyerapan) dapat terjadi lewat kulit, saluran pencernaan, paru-paru dan beberapa jalur lain. Selain itu, sifat dan hebatnya efek zat kimia terhadap organisme tergantung dari kadarnya pada organ sasaran. Kadar ini tidak 152

hanya bergantung pada dosis yang diberikan tetapi juga pada faktor lain seperti: derajat absorpsi, distribusi,pengikatan, dan ekskresi. Agar dapat diserap,didistribusikan, dan akhirnya diekskresikan, suatu toksikan harus melewati sejumlah beberapa membran sel.Suatu toksikan melewati beberapa membran sel melalui empat mekanisme; yang terpenting diantaranya adalah difusipasif lewat membran. Sebagian besar toksikan melewati membran sel secara difusi pasif sederhana. Laju difusi berhubungan langsung dengan perbedaan kadar yang dibatasi oleh membran itu dan daya larutnya dalam lipid. Misalnya,manitolhampir tidak diserap (< 2%), asam asetil salisilat diserap cukup baik (21%) dan thiopental lebih mudah lagi diserap (67%). Banyak toksikan bersifat mampu mengion. Bentuk ion sering tidak dapat menembus membran sel karena daya lipidnya yang rendah. Sebaliknya bentuk ion-ion cukup larut dalam lipid sehingga dapat menembus membran dengan laju menetrasi yang bergantung pada daya larut lipidnya.Tingkat ionisasi asam dan basa organik lemah bergantung pada pH medium. Jadi, untuk asam organik lemah seperti asam benzoat, difusi akan mudah bila lingkungan bersifat asam karena zat ini terutama berada dalam bentuk ion-ion, untuk basa organik lemah, seperti anilin, difusi mudah terjadi dalam lingkungan basa. 1. Absorbsi Jalur utama bagi penyerapan toksikan adalah saluran pencernaan,paru-paru dan kulit. Namun dalam penelitian toksikologi, sering digunakan jalur khusus seperti intraperitoneal, intramuskuler,dan subkutan. a. Saluran Pencernaan Banyak toksikan dapat masuk ke saluran pencernaan bersama makanan dan air minum, atau sendiri sebagai obat atau zat kimia, kecuali zat yang kaustik atau amat merangsang mukosa. Sebagian besar

153

toksikan tidak menimbulkan efek toksik kecuali kalau diserap (diabsorpsi). Lambung merupakan tempat penyerapan yang penting, terutama untuk asam-asam lemak yang akan berada dalam bentuk ion-ion yang larut pada lipid dan mudah berdifusi. Sebaliknya basa-basa lemah akan sangat mengion dalam getah lambung yang bersifat asam dan karenanya tidak mudah diserap. Perbedaan dalam absorpsi ini diperbesar lagi oleh adanya plasma yang beredar. Asam-asam lemah terutama akan berada dalam bentuk ion yang terlarut dalam plasma dan diangkut, sementara basa lemah akan berada dalam bentuk non-ion dan dapat berdifusi kembali ke lambung, contoh asam benzoat dan anilin seperti telah dijelaskan sebelumnya. Dalam usus, asam lemah terutama akan berada dalam bentuk ion dan karenanya tidak mudah diserap. Namun, sampai di darah asam lemah mengion sehingga tidak mudah berdifusi kembali. Sebaliknya, basa lemah terutama akan berada dalam bentuk non-ion sehingga mudah diserap. Perlu dicatat bahwa absorpsi usus akan lebih tinggi lagi dengan lebih lamanya waktu kontak dan luasnya daerah permukaan vili dan mikrovili usus. Dalam usus, terdapat transpor carrier untuk absorpsi zat makanan seperti monosakarida,asamamino, dan unsur lain seperti besi, kalsium, dan natrium. Tetapi beberapa toksikan seperti 5-flourourasil, talium, dan timbal dapat diserap dari usus dengan sistem transpor aktif. Selain itu, partikel-partikel seperti bahan pewarna azo dan lateks polistirena dapat memasuki sel usus lewat mositosis. b. Saluran Pernapasan Tempat utama bagi absorpsi di saluran napas adalah alveoli pori-pori. Hal ini terutama berlaku untuk gas, misalnya karbon monoksida, oksida nitrogen dan belerang dioksida; ini berlaku juga untuk uap cairan

154

misalnya benzena dan karbon tetraklorida. Kemudahan absorpsi ini berkaitan dengan luasnya permukaan alveoli. Laju absorpsi bergantung pada daya larut gas dalam darah, semakin mudah larut semakin cepat absorpsinya. Namun demikian, keseimbangan antara udara dan darah ini lebih lambat tercapai untuk zat kimia yang mudah larut, misalnya kloroform, dibandingkan dengan zat kimia yang kurang larut misalnya etilin. Hal ini terjadi karena suatu zat kimia yang mudah larut dalam air akan mudah larut dalam darah. Oleh karena udara alveolar hanya dapat membawa zat kimia dalam jumlah terbatas,maka diperlukan lebih banyak pernapasan dan waktu lebih lama untuk mencapai keseimbangan. Bahkan akan diperlukan waktu lebih lama lagi kalau zat kimia itu juga diendapkan dalam jaringan lemak c. Kulit Pada umumnya, kulit relatif impermeabel dan karenanya merupakan barrier (penghalang) yang baik untuk memisahkan organisme itu dari lingkungannya. Tetapi beberapa zat kimia dapat diserap lewat kulit dalam jumlah cukup banyak sehingga menimbulkan efek sistemik. Suatu zat kimia dapat diserap lewat folikel rambut atau lewat sel-sel kelenjar keringat. Akan tetapi penyerapan lewat jalur ini kecil sekali sebab struktur ini hanya merupakan bagian kecil dari permukaan kulit. Meskipun demikian kita harus hati-hati bila menggunakan bahan-bahan kosmetik yang pada dasarnya terdiri dari zat-zat kimia, seperti cat rambut, deodorant dan sejenisnya. 2. Distribusi Setelah suatu zat kimia memasuki darah, zat kimia tersebut didistribusikan dengan cepat ke seluruh tubuh. Laju distribusi ke tiap-tiap organ tubuh berhubungan 155

dengan aliran darah di alat tersebut, mudah tidaknya zat kimia itu melewati dinding kapiler dan membran sel,serta afinitas komponen alat tubuh terhadap zat kimia itu. a. Barrier Barrier darah-otak terletak di dinding kapiler. Di sana sel-sel endotelial kapiler bertaut rapat sehingga hanya sedikit atau tidak ada pori-pori di antara sel-sel itu. Jadi, toksikan-toksikan harus melewati endotelium kapiler itu sendiri. Tidak adanya vesikel dalam sel-sel ini menyebabkan kemampuan transpornya lebih rendah lagi. Akhirnya kadar protein cairan interstisial otak rendah. Berbeda dengan kadarnya dalam alat-alat tubuh lain, oleh karena itu mekanisme transfer toksikan dari darah ke otak bukan melalui pengikatan protein. Dengan demikian penetrasi toksikan kedalam otak bergantung pada daya larut lipidnya. Contoh, metil merkuri yang mudah memasuki otak dengan toksikan utama pada sistem saraf pusat. Sebaliknya, senyawa merkuri anorganik tidak larut dalam lipid, sehingga tidak mudah masuk ke otak dan toksisitas utamanya bukan didalam otak, tetapi di ginjal karena air seni (urine) mudah melarutkan merkuri anorganik. Secara anatomik barrier plasenta berbeda diantara berbagai spesies hewan. Pada beberapa spesies, terdapat enam lapis sel antara janin dengan darah ibu, sementara spesies lain hanya ada satu lapis. Selain itu jumlah lapisan itu mungkin berubah bersamaan dengan bertambahnya umur kehamilan, meskipun hubungan antara jumlah lapisan plasenta dengan permeabilitasnya perlu dipastikan, barrier plasenta ternyata dapat menghalangi transfer toksikan ke janin sehingga sampai batas tertentu dapat melindungi si janin. Tetapi, kadar suatutoksikan misalnya metil merkuri mungkin lebih tinggi dalam alat tubuh tertentu pada janin, misalnya otak karena kurang efektifhya barrier darah-otak janin.

156

Sebaliknya kadar pewarna makanan (amaranth) pada janin hanya 0,03- 0,06 dari kadar ibunya. b. Pengikatan dan Penyimpanan Seperti telah dikemukakan di atas, pengikatan suatu zat kimia dalam jaringan dapat menyebabkan lebih tingginya kadar dalam jaringan itu. Ada dua jenis utama ikatan. Pertama, ikatan jenis kovalen bersifat tidak reversible dan umumnya berhubungan dengan efek toksik yang penting. Kedua ikatan non kovalen (ion) biasanya merupakan yang terbanyak yang bersifat reversible. Karena itu, proses ini berperan penting dalam distribusi toksikan ke berbagai organ tubuh dan jaringan. Ada beberapa jenis ikatan non kovalen yang terbentuk, diantaranya: Protein plasma dapat mengikat komponen fisiologik normal dalam tubuh disamping banyak senyawa asing lainnya. Sebagian senyawa asing ini terikat pada albumin dan karena itu tidak dengan segera tersedia untuk didistribusikan ke ruang ekstravaskuler. Tetapi, karena pengikatan ini reversible, senyawa kimia yang terikat itu dapat lepas dari protein sehingga kadar bahan kimia yang bebas meningkat, dan kemudian mungkin melewati kapiler endothelium. Hati dan ginjal memiliki kapasitas yang lebih tinggi untuk mengikat zat-zat kimia. Hal ini mungkin berhubungan dengan fungsi metabolik dan ekskretorik hati dan ginjal. Dalam organ-organ tubuh telah dikenal berbagai macam protein yang memiliki sifat mengikat khusus, misalnya metalotionein yang penting untuk mengikat kadmium dalam hati ke ginjal. Pengikatan suatu zat dapat dengan cepat menaikkan kadar dalam organ tubuh. Misalnya, 30 menit setelah pemberian dosis tunggal timbal, kadarnya dalam hati 50 kali lebih tinggi daripada kadarnya dalam plasma.

157

Jaringan lemak merupakan depot penyimpanan yang penting bagi zat yang larut dalam lipid misalnya DDT, dieldrin, dan Poliklorobifenil (PCB). Zat-zat ini disimpan dalam jaringan lemak dengan pelarutan sederhana dalam lemak netral. Konjugasi asam lemak dengan toksikan, misalnya DDT,dapat juga merupakan suatu mekanisme penimbunan zat kimia dalam jaringan yang mengandung lipid dan dalam sel-sel badan. Tulang merupakan tempat penimbunan utama untuk toksikan fluorida, timbal, dan stronsium. Penimbunan utama untuk toksikan dalam cairan interstisial dan kristal hidroksiapatit dalam mineral tulang. Karena ukuran dan muatan yang sama, Fdengan mudah digantikan OH- dan kalsium dari tulang digantikan timbal atau strosium. Zat-zat yang ditimbun ini akan dilepaskan lewat pertukaran ion dengan pelarutan kristal tulang lewat aktivitas osteoklastik. 3. Ekskresi Setelah absorpsi dan distribusi dalam tubuh, toksikan dapat dikeluarkan dengan cepat atau perlahan. Toksikan dikeluarkan dalam bentuk asal, sebagai metabolit, dan atau sebagai konjugat. Jalur utama ekskresi adalah urine, tetapi hati dan paru-paru juga merupakan alat ekskresi penting untuk zat kimia jenis tertentu. a. Ekskresi Urin Ginjal membuang toksikan dari tubuh dengan mekanisme yang serupa dengan mekanisme yang digunakan untuk membuang hasil akhir metabolisme faali, yaitu dengan fíltrasi glomerulus, difusi tubuler, dan sekresi tubuler. Kapiler glomerulus memiliki pori-pori yang besar (70 nm); karena itu, sebagian toksikan akan lewat di glomerulus, kecuali toksikan yang sangat besar (lebih besar dari BM 60.000) atau yang terikat erat pada protein plasma. Toksikan dalam filtrat glomerulus akan mengalami absorpsi pasif di sel-sel tubuler bila koefesien 158

partisi lipid/airnya tinggi, atau tetap dalam lumen tubuler dan dikeluarkan bila merupakan senyawa yang polar. b. Ekskresi Empedu Hati juga merupakan alat tubuh yang penting untuk ekskresi toksikan, terutama untuk senyawa yang polaritasnya tinggi (anion dan kation), konjugat yang terikat pada protein plasma, dan senyawa yang BM-nya lebih besar dari 300. Pada umumnya begitu senyawa ini berada dalam empedu, senyawa ini tidak akan diserap kembali kedalam darah dan dikeluarkan lewat feses. Tetapi ada pengecualian, misalnya konjugat glukuronoid yang dapat dihidrolisis oleh flora usus menjadi toksikan bebas yang diserap kembali. Pentingnya jalur empedu untuk ekskresi beberapa zat kimia telah diperlihatkan dengan jelas dalam percobaan yang menunjukkan bertambahnya toksisitas akut beberapa kali lipat pada hewan yang saluran empedunya diikat. Contoh zat kimia semacam itu adalah digoksin, indosionin hijau dan yang paling berbahaya adalah dietilstilbestrol (DES). Toksisitas DES meningkat 130 kali pada tikus percobaan yang saluran empedunya diikat. c. Paru-paru Zat yang berbentuk gas pada suhu badan terutama diekskresikan lewat paru-paru. Cairan yang mudah menguap juga dengan mudah keluar lewat udara ekspirasi. Cairan yang mudah larut misalnya kloroform dan halogen mungkin diekskresikan sangat lambat karena ditimbun dalam jaringan lemak dan karena terbatasnyavolume ventilasi. Ekskresi toksikan melalui paru-paru terjadi karena difusi sederhana lewat membran sel. 4. Jalur Lain Saluran cerna bukan jalur utama untuk ekskresi toksikan. Oleh karena lambung dan usus manusia masing-masing mensekresi kuranglebih 3 liter cairan

159

setiap hari, maka beberapa toksikan dikeluarkan bersama cairan tersebut. Hal ini terjadi terutama lewat difusi sehingga lajunya bergantung pada pKa toksikan dan pH lambung dan usus. Ekskresi toksikan lewat air susu ibu (ASI), ditinjau dari sudut toksikologi amat penting karena lewat air susu ibu ini racun terbawa dari ibu kepada bayinya. Ekskresi ini terjadi melalui difusi sederhana. Oleh karena itu seorang ibu yang sedang mempunyai bayi harus berhati-hati dalam hal makanan terutama kalau minum obat. Karena air susu bersifat asam senyawa basa akan mencapai kadar yang lebih tinggi dalam air susu dibandingkan dalam plasma, dan sebaliknya untuk yang bersifat asam. Senyawa lipofilik seperti DDT dan PCB juga mencapai kadar yang lebih tinggi dalam air susu karena kandungan lemaknya yang lebih tinggi. Dengan demikian para peternak sapi perah harus menjaga agar rumput untuk makanan ternaknya tidak terkontaminasi oleh pestisida yang dapat menghasilkan air susu yang mengandung toksikan/tercemar yang pada akhirnya akan sampai kepada manusia. Umumnya, kadar bahan kimia didalam organ sasaran merupakan fungsi kadar darah. Pengikatan toksikan dalam jaringan akan menambahkadarnya, sementara barier jaringan cenderung mengurangi kadarnya. Oleh karena itu kadar dalam darah lebih mudah diukur, terutama pada jangka waktu tertentu. Hal ini sering dijadikan parameter dalam penelitian toksikokinetik. Selama penyerapan, kadar toksikan dalam darah meningkat. Sementara itu laju ekskresi, biotransformasi dan distribusinya ke alat-alat tubuh dan jaringan lain juga bertambah.

160

H. BIOTRANSFORMASI TOKSIKAN Seperti telah diuraikan sebelumnya suatu toksikan dapat diserap melalui berbagai jalur. Setelah diabsorpsi, toksikan terdistribusi ke berbagai bagian tubuh termasuk organ ekskresi sehingga siap dikeluarkan dari tubuh. Banyak zat kimia yang menjalani biotrasformasi atau trasformasi metabolit di dalam tubuh. Tempat yang terpenting untuk proses ini adalah: hati, meskipun proses ini juga terjadi diparu-paru, lambung, usus, kulit dan ginjal. Crosby (1998) membagi mekanisme biotrasformasi toksikan ke dalam dua jenis utama yaitu: 1. Reaksi fase I, yang melibatkan reaksi oksidasi, reduksi, dan hidrolisis 2. Reaksi fase II, merupakan produksi suatu senyawa melalui konjugasitoksikan atau metabolitnya dengan suatu metabolit endogen.Karena itu, biotransformasi adalah suatu proses yang umumnya mengubah senyawa asal menjadi metabolit, kemudian membentuk konjugat. Tetapi, mungkin yang terjadi hanya salah satu reaksi saja. Misalnya, benzenamengalami oksidasi pada reaksi fase I menjadi fenol, kemudian berkonjugasi dengan asam sulfat pada reaksi fase II. Akan tetapi bila zat kimia yang bereaksi adalah fenol, maka hanya akan terjadi konjugasi dengan asam sulfat tanpa reaksi fase I. Metabolit dan konjugat biasanya lebih larut dalam air dan lebih polar, karenanya lebih mudah diekskresi. 3. Oleh karena itu biotranformasi dapat dianggap sebagai mekanisme detoksifikasi organisme “pejamu”. Tetapi perlu diingat bahwa dalam kasus tertentu metabolit dapat lebih toksik daripada senyawa asalnya. Reaksi semacam ini dikenal dengan bioaktivasi. 4. Senyawa tertentu yang stabil secara kimia dapat diubah menjadi metabolit reaktif secara kimia. Reaksi ini biasanya dikatalisis oleh sistem-sistem monooksigenase yang bergantung pada sitokrom P-450, tetapi enzim-enzim lain termasuk enzim dan flora usus, juga berperan dalam kasus

161

tertentu. Metabolit reaktif seperti epoksid dapat terikat secara kovalen pada makromolekul sel dan menyebabkan nekrosis dan atau kanker. Metabolit lain, misalnya radikal bebas dapat menyebabkan peroksidasi lipid dan mengakibatkan kerusakan jaringan. Misalnya, karbon tetraklorida membentuk radikal friklorometil yang menyebabkan peroksidasi lemak tak jenuh dan terikat secara kovalen pada protein dan lemak tak jenuh. I. EFEK TOKSIKAN Penggunaan bahan kimia oleh manusia terutama sebagai bahan baku didalam industri semakin meningkat. Walaupun zat kimia yang sangat toksik sudah dilarang dan dibatasi pemakaiannya, seperti pemakaian tetra-etil timbal (TEL) pada bensin, tetapi pemaparan terhadap zat kimia yang dapat membahayakan tidak dapat dielakkan. Pemaparan bahan-bahan kimia terhadap manusia bisa bersifat kronik dan akut. Pemaparan akut biasanya terjadi karena suatu kecelakaan atau disengaja (pada kasus bunuh diri atau dibunuh), dan pemaparan kronik biasanya dialami para pekerja terutama di lingkungan industri-indistri kimia. Efek toksik dari bahan-bahan kimia sangat bervariasi dalam sifat, organ sasaran, maupun mekanisme kerjanya. Beberapa bahan kimia dapat menyebabkan cidera pada tempat yang kena bahan tersebut (efek lokal), bisa juga efek sistemik setelah bahan kimia diserap dan tersebar ke bagian organ lainnya. Efek toksik ini dapat bersifat reversibel artinya dapat hilang dengan sendirinya atau irreversibel yaitu akan menetap atau bertambah parah setelah pajanan toksikan dihentikan. Efek irreversible (efek Nirpulih) diantaranya karsinoma, mutasi, kerusakan syaraf, dan sirosis hati. Efek toksikan reversible (berpulih) bila tubuh terpajan dengan kadar yang rendah atau untuk waktu yang singkat, sedangkan efek nirpulih terjadi bila pajanan dengan kadar yang lebih tinggi dan waktu yang lama.

162

DAFTAR PUSTAKA Achmad, Rukaesih. 2004. Kimia Lingkungan.Yogyakarta: Penerbit Andi. Bailey, R. A., et.al, 1978. ChemhAcademic Press. Environmental Toxicology and Chemistry. Bailey, R. A., et.al., 1978. Chemistry of the Environment. New York: Academic Press. Benjamin, M. M., 2002. Water Chemisfry. New York: Me Graw-Hill. Crosby, Donald G, 1998. Environmental Toxicology and Chemistry (6*Ed). New York: Oxford University Press. Crosby, Donald G., 1998. Toxicologi and Chemistry New York: Oxford University Press. Djajadiningrat, Suma T., 1990. Kualitas Lingkungan 1990. Jakarta: Kantor Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup. "For Environmental. New York: Mc.Graw. Doull’s, Casarret, 2008. Toxicology the Basic Science and Poisons. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc. Effendi, Hefni. 2003. Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. Yogyakarta: Penerbit Kanisius. Effendy. 1996. Pemanasan Global dan Penipisan Lapisan Ozon. Media Komunikasi Ilmiah, Vol 1,67-82. Hanafiah, Kemas Ali. 2005. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Jakarta: PT. Raja Grafindo Persada. Haight, Mtfrray E., 1995. Municipal Solid Waste Management. Waterloo: University of Waterloo Press. Hammer, Mark J., 1984. Water and Waste Water Technology. New York: Boston. Kementerian Lingkungan Hidup. 2004.Pengendalian Pencemaran Air. Jakarta. Komonitas Dian Aksara. 2007. Energi Altenatif. Ghalia Indonesia Printing: Bogor. Pemerintah No. 24 Tahun 1986 Tentang Pedoman Pelaksanaan Peraturan dampak Lingkungan. Lu, Frank G, 1995. Toksikologi Dasar (Terjemahan, Adi nugroho). Jakarta: UI Press.

163

Manahan, Stanley E., 1994. Environmental Chemistry, (6lh Ed.). USA: Lewis Publisher. Pedoman Pelaksanaan Peraturan Pemerintah No. 24 Tahun 1986 Tentang Analisis Mengenai Dampak Lingkungan. Rezki, P. 2010. Analisis Kandungan BOD dan COD dalam Sampel Air Limbah. Padang: Universitas Negeri Padang. Sastrawijaya, A.Tresna. 1991. Pencemaran Lingkungan. Jakarta: PT. Rineka Cipta. Saeni, M. S., 1989. Kimia Lingkungan. Bogor: Pusat Antar Universitas Hmu Hayat – DIKTI IPB. Sawyer, Clair N., 2003. Chemistry For Environmental Engineering and Science. (5 Th Ed) New York: McGraw-Hill. Seyhan, Ersin. 1990. Dasar-Dasar Hidrologi. Yogyakarta: UGM. Soebagyo dan Nugroho dkk. 2004. Kimia Lingkungan. Jurusan Kimia Universitas Negeri Malang: Malang. Schneider,SH. 1989.The Canging Climate. Dalam: Scientific American, special issue. Suyasa, W.B, 2015, Pencemaran Air dan Pengolahan Air Limbah, Udayana Univercity P The Ozone Hole 2009. (Online),http://www.theozonehole.com/ozone2009.htm, diakses tanggal 22 Pebruari 2014). Umaly, R.C. & L.A Cuvin. 2010. Limnology: Laboratory and Field Guide, Physico-Chemical Factors, Biolologycal Factors. National Book Store, Inc. United States Environmental Protection Agency (EPA).1997.Water Pollution Prevention and Conservation. Online. http//epa.gov Warlina, Lina. 2004. Pencemaran Air: Sumber, Dampak dan Penanggulangannya. Online.www.rudyt.com/ PPS702ipb. Diakses tanggal 18 januari 2014. Wardiyatmoko. 2006. Pensebaran Sumber Daya Alam Di Indonesia. Erlangga:Jakarta. Wartono,H. JH. Dkk. 1999.AIDS/HIV dikenal untuk dihindari. Lembaga pengembangan Informasi Indonesia. Wasilah, A.S., Rukaesih, A. dan Deetje, S., 2002. Kimia lingkungan. Jakarta: Pusat Penerbitan Universitas Terbuka.

164

Wisnu Arya Wardana, 2001. Dampak pencemaran Yogyakarta: Penerbit Andi.

Lingkungan.

165