Mengatasi Zat Besi (Fe) Tinggi dalam Air

Air tanah dapat terkontaminasi dari beberapa sumber pencemar. Dua sumber utama kontaminasi air tanah ialah kebocoran bahan kimia organik dari penyimpanan bahan kimia dalam bunker yang disimpan dalam tanah, dan penampungan limbah industri yang ditampung dalam kolam besar diatas atau di dekat sumber air.

Persyaratan bagi masing-masing standar kualitas air masih perlu ditentukan oleh 4 (empat) aspek yaitu : persyaratan fisis, kimia, biologis, radiologis. Persyaratan fisis ditentukan oleh faktor-faktor kekeruhan, warna, bau maupun rasa. Persyaratan kimia ditentukan oleh konsentrasi bahan-bahan kimia seperti Arsen, Clhor, Tembaga, Cyanida, Besi dan sebagainya. Persyaratan biologis ditentukan baik oleh mikroorganisme yang pathogen, maupun yang non pathogen.

Air sumur bor merupakan salah satu jalan yang ditempuh masyarakat untuk memenuhi kebutuhan air bersih, namun tingginya kadar ion Fe (Fe2+, Fe3+) yaitu 5 – 7 mg/l mengakibatkan harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dipergunakan, karena telah melebihi standar yang telah di tetapkan oleh Departemen kesehatan di dalam Permenkes No. 416 /Per/Menkes/IX/ 1990 tentang air bersih yaitu sebesar 1,0 mg/l. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk menurunkan kadar besi (Fe2+,Fe3+) dalam air adalah dengan cara aerasi. Teknologi ini juga dapat kombinasikan dengan sedimentasi dan filtrasi.

Besi adalah salah satu elemen yang dapat ditemui hampir pada setiap tempat di bumi, pada semua lapisan geologis dan semua badan air. Pada umumnya besi yang ada di dalam air dapat bersifat terlarut sebagai Fe 2+ atau Fe3+.

Kandungan ion Fe (Fe2+,Fe3+) pada air sumur bor berkisar antara 5 – 7 mg/L. Tingginya kandungan Fe (Fe2+,Fe3+) ini berhubungan dengan keadaan struktur tanah. Struktur tanah dibagian atas merupakan tanah gambut, selanjutnya berupa lempung gambut dan bagian dalam merupakan campuran lempung gambut dengan sedikit pasir.

Besi dalam air berbentuk ion bervalensi dua (Fe2+) dan bervalensi tiga (Fe3+) . Dalam bentuk ikatan dapat berupa Fe2O3, Fe(OH)2, Fe(OH)3 atau FeSO4 tergantung dari unsur lain yang mengikatnya. Dinyatakan pula bahwa besi dalam air adalah bersumber dari dalam tanah sendiri di sampng dapat pula berasal dari sumber lain, diantaranya dari larutnya pipa besi, reservoir air dari besi atau endapan – endapan buangan industri.

Adapun besi terlarut yang berasal dari pipa atau tangki – tangki besi adalah akibat dari beberapa kodisi, di antaranya : 1) Akibat pengaruh pH yang rendah (bersifat asam), dapat melarutkan logam besi. 2) Pengaruh akibat adanya CO2 agresif yang menyebabkan larutnya logam besi. 3) Pengaruh banyaknya O2 yang terlarut dalam air yang dapat pula. 4) Pengaruh tingginya temperature air akan melarutkan besi-besi dalam air. 5) Kuatnya daya hantar listrik akan melarutkan besi. 6) Adanya bakteri besi dalam air akan memakan besi.

Besi terlarut dalam air dapat berbentuk kation ferro (Fe2+) atau kation ferri (Fe3+). Hal ini tergantung kondisi pH dan oksigen terlarut dalam air. Besi terlarut dapat berbentuk senyawa tersuspensi, sebagai butir koloidal seperti Fe (OH)3, FeO, Fe2O3dan lain-Iain. Konsentrasi besi terlarut yang masih diperbolehkan dalam air bersih adalah sampai dengan 0,1 mg/l.

Apabila kosentrasi besi terlarut dalam air melebihi batas tersebut akan menyebabkan berbagai masalah, diantaranya :
1. Gangguan teknis
Endapan Fe (OH) bersifat korosif terhadap pipa dan akan mengendap pada saluran pipa, sehingga mengakibatkan pembuntuan dan efek-efek yang dapat merugikan seperti Mengotori bak yang terbuat dari seng. Mengotori wastafel dan kloset.

2. Gangguan fisik
Gangguan fisik yang ditimbulkan oleh adanya besi terlarut dalam air adalah timbulnya warna, bau, rasa. Air akan terasa tidak enak bila konsentrasi besi terfarutnya > 1,0 mg/l.

3. Gangguan kesehatan
Senyawa besi dalam jumlah kecil di dalam tubuh manusia berfungsi sebagai pembentuk sel-sel darah merah, dimana tubuh memerlukan 7-35 mg/hari yang sebagian diperoleh dari air. Tetapi zat Fe yang melebihi dosis yang diperlukan oleh tubuh dapat menimbulkan masalah kesehatan. Hal ini dikarenakan tubuh manusia tidak dapat mengsekresi Fe, sehingga bagi mereka yang sering mendapat tranfusi darah warna kulitnya menjadi hitam karena akumulasi Fe. Air minum yang mengandung besi cenderung menimbulkan rasa mual apabila dikonsumsi. Selain itu dalam dosis besar dapat merusak dinding usus. Kematian sering kali disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Kadar Fe yang lebih dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada mata dan kulit. Apabila kelarutan besi dalam air melebihi 10 mg/l akan menyebabkan air berbau seperti telur busuk.

Pada Hemokromatesis primer besi yang diserap dan disimpan dalam jumlah yang berlebihan di dalam tubuh. Feritin berada dalam keadaan jenuh akan besi sehingga kelebihan mineral ini akan disimpan dalam bentuk kompleks dengan mineral lain yaitu hemosiderin. Akibatnya terjadilah sirosis hati dan kerusakan pankreas sehingga menimbulkan diabetes. Hemokromatis sekunder terjadi karena transfusi yang berulang-ulang. Dalam keadaan ini besi masuk ke dalam tubuh sebagai hemoglobin dari darah yang ditransfusikan dan kelebihan besi ini tidek disekresikan.

Hal-Hal yang Mempengaruhi Kelarutan Fe dalam Air:
1. Kedalaman
Air hujan yang turun jatuh ke tanah dan mengalami infiltrasi masuk ke dalam tanah yang mengandung FeO akan bereaksi dengan H2O dan CO2 dalam tanah dan membentuk Fe (HCO3)2 dimana semakin dalam air yang meresap ke dalam tanah semakin tinggi juga kelarutan besi karbonat dalam air tersebut.

2. pH
pH air akan terpengaruh terhadap kesadahan kadar besi dalam air, apabila pH air rendah akan berakibat terjadinya proses korosif sehingga menyebabkan larutnya besi dan logam lainnya dalam air, pH yang rendah kurang dari 7 dapat melarutkan logam. Dalam keadaan pH rendah, besi yang ada dalam air berbentuk ferro dan ferri, dimana bentuk.ferri akan mengendap dan tidak larut dalam air serta tidak dapat dilihat dengan mata sehingga mengakibatkan air menjadi berwarna,berbau dan berasa.

3. Suhu
Suhu adalah temperatur udara. Temperatur yang tinggi menyebabkan menurunnya kadar O2 dalam air, kenaikan temperatur air juga dapat mengguraikan derajat kelarutan mineral sehingga kelarutan Fe pada air tinggi.

4. Bakteri besi

Bakteri besi (Crenothrix, Lepothrix, Galleanella, Sinderocapsa dan Sphoerothylus ) adalah bakteri yang dapat mengambil unsur ber dari sekeliling lingkungan hidupnya sehingga mengakibatkan turunnya kandungan besi dalam air, dalam aktifitasnya bakteri besi memerlukan oksigen dan besi sehingga bahan makanan dari bakteri besi tersebut. Hasil aktifitas bakteri besi tersebut menghasilkan presipitat (oksida besi) yang akan menyebabkan warna pada pakaian dan bangunan. Bakteri besi merupakan bakteri yang hidup dalam keadaan anaerob dan banyak terdapat dalam air yang mengandung mineral. Pertumbuhan bakteri akan menjadi lebih sempurna apabila air banyak mengandung CO2 dengan kadar yang cukup tinggi.

5. CO2 agresif

Karbondioksida (CO2) merupakan salah satu gas yang terdapat dalam air. Berdasarkan bentuk dari gas Karbondioksida (CO2) di dalam air, CO2 dibedakan menjadi : CO2 bebas yaitu CO2 yang larut dalam air, CO2 dalam kesetimbangan, CO2 agresif. Dari ketiga bentuk Karbondioksida (CO2) yang terdapat dalam air, CO2 agresif-lah yang paling berbahaya karena kadar CO2 agresif lebih tinggi dan dapat menyebabkan terjadinya korosi sehingga berakibat kerusakan pada logam – logam dan beton. Menurut Powell CO2 bebas yang asam akan merusak logam apabila CO2 tersebut bereaksi dengan air.karena akan merusak logam. Reaksi ini dikenal sebagai teori asam, dengan reaksi sebagai berikut:
2 Fe + H2CO3 ………………..> FeCO3 + 2 H+
2 FeCO3 + 5 H2O +1/2 O2 ………………..> 2 Fe(OH)2 + 2 H2CO3
Dalam reaksi di atas dapat dilihat bahwa asam karbonat tersebut secara terus-menerus akan merusak logam, karena selain membentuk FeCO3 sebagai hasii reaksi antara Fe dan H2CO3, selanjutnya FeCO3 bereaksi dengan air dan gas oksigen (O2) menghasilkan zat 2FeOH dan 2H2CO3 dimana H2CO3 tersebut akan menyerang logam kembali sehingga proses pengrusakan logam akan berjalan secara terus-menerus mengakibatkan kerusakan yang semakin lama semakin besar pada logam tersebut.

Penyebab utama Tingginya Kadar besi dalam Air
1. Rendahnya pH Air
Nilai pH air normal yang tidak menyebabkan masalah adalah 7. Air yang mempunyai pH 7 dapat melarutkan logam termasuk besi.

2. Adanya Gas-gas Terlarut dalam Air.
Yang dimaksud gas-gas tersebut adalah CO2 dan H2S. Beberapa gas terlarut dalam air terlarut tersebut akan bersifat korosif.

3. Bakteri
Secara biologis tingginya kadar besi terlarut dipengaruhi oleh bakteri besi yaitu bakteri yang dalam hidupnya membutuhkan makanan dengan mengoksidasi besi sehingga larut. Jenis ini adalah bakteri Crenotrik, Leptotrik, Callitonella, Siderocapsa dan Iain-Iain. Bakteri ini mempertahankan hidupnya membutuhkan oksigen dan besi.

Metode Penurunan Kadar Besi (Fe)
1. Aerasi
Ion Fe selalu di jumpai pada air alami dengan kadar oksigen yang rendah, seperti pada air tanah dan pada daerah danau yang tanpa udara Keberadaan ferri larutan dapat terbentuk dengan adanya pabrik tenun, kertas, dan proses industri. Fe dapat dihilangkan dari dalam air dengan melakukan oksidasi menjadi Fe (OH)3 yang tidak larut dalam air, kemudian di ikuti dengan pengendapan dan penyaringan. Proses oksidasi dilakukan dengan menggunakan udara biasa di sebut aerasi yaitu dengan cara memasukkan udara dalam air.

2 Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses pengendapan partikel-partikel padat yang tersuspensi dalam cairan/zat cair karena pengaruh gravitasi (gaya berat secara alami). Proses pengendapan dengan cara gravitasi untuk mengendapkan partikel-partikel tersuspensi yang lebih berat daripada air, ini yang sering dipergunakan dalam pengolahan air. Sedimentasi dapat berlangsung sempurna pada danau yang airnya diam atau suatu wadah air yang dibuat sedemikian rupa sehingga air di dalamya keadaan diam. Pada dasarnya proses tersebut tergantung pada pengaruh gaya gravitasi dari partikel tersuspensi dalam air. Sedimentasi dapat berlangsung pada setiap badan air. Biaya pengolahan air dengan proses sedimentasi relatif murah karena tidak membutuhkan peralatan mekanik maupun penambahan bahan kimia. Kegunaan sedimentasi untuk mereduksi bahan-bahan tersuspensi (kekeruhan) dari dalam air dan dapat juga berfungsi untuk mereduksi kandungan organisme (patogen) tertentu dalam air. Proses sedimentasi adalah proses pengendapan dimana masing-masing partikel tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, ataupun kerapatan selama proses pengendapan berlangsung. Partikel-partikel padat akan mengendap bila gaya gravitasi lebih besar dari pada kekentalan dan gaya kelembaban (Enersia) dalam cairan.

3. Filtrasi
Proses penyaringan merupakan bagian dari pengolahan air yang pada prinsipnya adalah untuk mengurangi bahan-bahan organik maupun bahan-bahan an organik yang berada dalam air. Penghilangan zat padat tersuspensi denggan penyaringan memiliki peranan penting, baik yang terjadi dalam pemurnian air tanah maupun dalam pemurnian buatan di dalam instalasi pengolahan air. Bahan yang dipakai sebagai media saringan adalah pasir yang mempunyai sifat penyaringan yang baik, keras dan dapat tahan lama dipakai bebas dari kotoran dan tidak larut dalam air.

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis penurunan kadar besi (Fe2+, Fe3+) pada air sumur bor dengan aerator. Sampel penelitian diambil dari 1 (satu) sumur bor, kemudian dipompa dengan menggunakan pompa air langsung ke aerator. Perlakuan eksperimen ini adalah melakukan aerasi, sedimentasi dan filtrasi untuk menurunkan kadar Fe (Fe2+, Fe3+) dengan membandingkan kadar Fe (Fe2+, Fe3+) antara sebelum dan sesudah perlakuan. Selang waktu pengambilan masing-masing sampel adalah 80 menit, sehingga data terdiri dari 15 liter air sampel untuk pemeriksaan.

Data kadar Fe (Fe2+, Fe3+) air sumur bor merupakan konsentrasi kadar Fe (Fe2+, Fe3+) terlarut yang terdapat dalam air sumur bor. Sebelum dilakukan pengukuran kadar Fe (Fe2+, Fe3+) dilakukan langkah-langkah yaitu, air dari Sumur bor di pompa langsung dengan menggunakan pompa air ke dalam bak penampungan sampai penuh. Kemudian membuka kran pada bak penampungan sehingga air mengalir ke cascade aerator. Setelah melewati cascade aerator air di endapkan dalam bak sedimentasi selama 60 menit setelah itu di alirkan ke bak filtrasi. Selanjutnya air disaring dengan menggunakan bak filtrasi. Air yang keluar diambil sebagai sampel untuk kemudian diperiksa.

Proses penggolahan air dengan aerotor dilakukan selama lima hari di mana pada setiap harinya dilakukan pengolahan sebanyak tiga kali (tiga sampel data). Setiap sekali pengolahan tersebut membutuhkan waktu sekitar tiga jam.

Rata-rata kadar Fe di dalam air hasil pemompaan sebesar 5,906 mg/lt dengan kadar tertinggi sebesar 7,153 mg/lt dan terendah sebesar 5,004 mg/lt. Sedangkan rata-rata setelah diolah dengan aerator turun menjadi 0,875 mg/lt dengan kadar tertinggi sebesar 2,245 mg/lt dan terendah 0,211 mg/lt.

Sebelum uji T dilakukan terlebih dahulu dilakukan uji normalitas yaitu bertujuan untuk mengetahu apakah data berdistribusi normal atau tidak. Uji normalitas data dilakukan dengan uji Kolmogorov-Smirnov Test.

Analisis data secara bivariat dilakukan untuk menguji hipotesis yaitu mengetahui perbedaan mean (nilai rata-rata) kadar Fe awal dan akhir perlakuan. Penelitian ini menggunakan uji komparatif dengan uji statistik parametrik yaitu Paired Sampel Test. Hasil uji beda tersebut dapat disimak dalam tabel sebagai berikut:

Nilai t hitung sebesar 77,347 (α = 0.000) jika di transformasikan dengan nilai t tabel sebesar 1,761 (df = 14 dan α = 0,05) mengindikasikan bahwa hipotesis nol ditolak dan menerima Hipotesis alternatif atau dapat diartikan bahwa ada perbedaan kelompok data pre-test dengan kelompok data post-test dan terbukti dengan taraf signifikasi 5%, sehingga disimpulkan bahwa ada penurunan kadar besi (Fe2+, Fe3+) pada air sumur bor dengan aerator.

Unsur besi dalam jumlah sedikit diperlukan untuk memenuhi kebutuhan tubuh akan unsur tersebut. Unsur besi tersebut diperoleh diantaranya berasal dari air minum. Di dalam air minum, konsentrasi melebihi 2 Mg/liter dapat menimbulkan noda-noda pada peralatan dan bahan-bahan yang berwarna putih. Pada unsur ini dapat pula menimbulkan bau, warna, dan koloid pada air minum dan bahkan dapat menyebabkan rasa mual dan sakit perut.

Kandungan Fe dapat ditemui pada hampir setiap lapisan geologis dan semua badan air 21). Seperti zat-zat lainnya dalam air minum misalnya Ca, Mg, Mn, unsur Fe sebagian besar juga berasal dari kontaknya dengan tanah dan pembentukan batuan. Pada umumnya kandungan Fe berasal dari daerah di mana lapisan humusnya (top soil) agak tebal. Kandungan besi dalam air minum dapat bersifat terlarut sebagai Fe2+ atau Fe3+ tersuspensi sebagai butir kolodial atau lebih besar seperti FeO, dan yang tergabung dengan zat organik/anorganik.

Untuk menurunkan kandungan Fe tersebut, diantaranya dilakukan dengan aerasi. Aerasi adalah pengolahan air dengan cara mengontakkannya dengan udara. Tujuan aerasi yaitu untuk menambahkan jumlah oksigen dalam air, menurunkan jumlah CO, dan juga digunakan untuk pengolahan air yang mengandung Fe dan Mn terlalu tinggi. Cara aerasi ini biasanya dengan mengontakkan/menyebarkan air dengan udara di atas lempengan tipis, melalui tetesan air kecil (waterfall aerator), atau dengan pencampur air dengan gelembung-gelembung udara. Dengan cara ini jumlah oksigen pada air bisa dinaikkan antara 60 – 80%.

Berfluktuasinya kandungan Fe air tanah pada pemompaan ini, tidak terlepas dari sifat siklus hidrogen air tanah. Air tanah merupakan salah satu sumber air yang tersimpan atau terperangkap di dalam lapisan batuan yang mengalami pengisian atau penambahan secara terus menerus oleh alam. Sehingga pada saat alam mengalami musim kemarau maka penambahan airya berkurang, karena daerah pengisian (aquifer artesis) tidak terjadi hujan, begitu juga kandungan Fe yang biasanya meresap ke dalam air tanah bersama air hujan yang menembus permukaan tanah yang lapisan humusnya (gambut) cukup tebal. Jika dilakukan pemompaan terus menerus maka secara alami kadar Fe akan mengalami penurunan, begitu juga jika pada musim hujan, maka kandungan Fe akan meningkat.

Setelah dilakukan pengolahan dengan aerator cycling dan cascade (tangga luncur) rata-rata penurunan kadar Fe masih relatif kecil dibandinakan dengan rata-rata kadar Fe dari sumber ke aerator cycling. Akan tetapi rata-rata penurunan kadar Fe, setelah melalui aerator cycling dan cascade kemudian dilakukan sedimentasi selama 45 menit, hasilnya cukup besar. Sedimentasi dengan waktu 45 sebenarnya belum optimal, karena partikel-partikel tersuspensi sebagai butir-butir koloidal FeO berubah menjadi sebelum mengalami pengendapan yang sempurna. Menurut Djasio Sanropie, waktu (Detention Time) pengendapan yang optimal biasanya diambil 3 jam (2 – 6 jam), mungkin dalam pengendapan kandungan Fe hasil aerasi ini cukup dilakukan 1 – 2 jam. Agar mendapatkan basil yang tepat disarankan untuk dilakukan penelitian lebih lanjut tentang detention time, untuk sedimentasi kadar Fe yang optimal pada air sumur bor.

Secara statistik dengan menggunakan uji t dengan = 5%, ditemukan adanya perbedaan yang signifikan (bermakna) rata-rata penurunan kadar Fe antara sebelum dan sesudah pengolahan dengan aerator (t hitung = 7,967 dan t tabel = 1,761). Meskipun hasil rata-rata penurunan kadar Fe selama 5 hari masih tergolong tinggi yaitu 5,596 Mg/liter, sedang Permenkes: 416/PERIX/1990, mensyaratkan kadar Fe pada air bersih 1 Ma/liter, dan air minum 0,3 Ma/liter, akan tetapi rata-rata penurunan perharinya cenderung menurun dan hasil akhir pada hari ke empat sampai kelima, rata-rata penurunan kadar Fe di bawah standar yang ditetapkan Depkes RI (1990) yaitu 0,41 dan pada hari kelima 0,22 Ma/liter. Agar hasil pengolahan air tanah (sumor bor) dengan aerator ini optimal dan hasilnya sesuai dengan standar Depkes, disarankan yaitu (1). Setiap tahap pengolahan dengan aerator dilakukan sedimentasi minimal selama 60 menit, (2). Pemberian pemasangan tabung filter dengan activated carbon, untuk menghilangkan bau dan juga zat organik/anorganik lainnya, dan (3). Setiap satu minggu sekali perlu dilakukan perawatan dengan pembersihan filter pasir pada bagian atas ± 10 cm, dan selanjutnya dikembalikan lagi pada tempatnya semula.