Identifikasi Kualitas Air Berdasarkan Nilai Resistivitas Air Studi Kasus : Kali Gajahwong 1
1
Alva Kurniawan , Arif Tri Nugroho , Arifin Hermawan1, Yulianto Bagus Ari P1, Dimas Aryo Wibowo1, Qodhan Nahara S1, Hendra Nova H1, Darumaya1
Abstraksi Identifikasi kualitas air melalui pengukuran nilai hambatan air karena komposisi kimia air secara umum memiliki kaitan yang erat dengan nilai resistivitas. Penelitian dilakukan pada Kali Gajahwong di Kebun Binatang Gembiraloka Yogyakarta. Konsep-konsep dasar kimia fisika dan kimia digunakan pada penelitian ini antara lain konsep konduktivitas dan resistivitas, konsep asam-basa Arrhenius, konsep asam-basa Brownsted-Lowry, konsep buffer, dan konsep hidrolisis garam. Pada dasarnya makin murni air akan memiliki nilai hambat jenis yang besar dimana air dengan kemurnian tinggi cenderung memiliki kualitas yang bagus. Pengukuran nilai hambatan dilakukan dengan menggunakan multitester. Setelah pengukuran dilakukan data yang diperoleh kemudian dianalisis. Hasil pengukuran menunjukkan nilai hambatan yang berbeda untuk segmen-segmen sungai dimana pada segmen sungai di zona penelitian terdapat tiga saluran limbah mengalir ke sungai. Analisis kualitas air dengan metode pengukuran hambatan mudah untuk dilakukan dan dapat memberikan gambaran secara umum kondisi kualitas air berdasarkan nilai resistivitas. Pengukuran yang dilakukan merupakan analisis kualitas air secara fisika sehingga tidak mampu menentukan komposisi kimia air secara absolut yang hanya bisa diperoleh dari analisis laboratorium. Berdasarkan hasil penelitian ternyata pengukuran nilai hambatan pada air dapat memberikan gambaran tentang kualitas air pada segmen-segmen sungai dimana makin mendekat ke pencemar nilai hambatan makin kecil. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk melengkapi atau bahkan menolak hasil penelitian ini. Kata kunci : air, analisis, hambatan, kualitas. 1. Pendahuluan Studi kualitas air sangat penting untuk mengetahui bagaimana kondisi kualitas air pada suatu sumber air apakah air tersebut layak untuk digunakan atau tidak layak digunakan. Analisis layak atau tidaknya air untuk digunakan berkaitan erat dengan kandungan kimia air tersebut. Analisis kandungan kimia air
1
sangat mahal karena itu berbagai metode dilakukan untuk melakukan pendekatan dan prediksi untuk mengetahui zat kimia apakah yang mungkin terkandung dalam air berdasarkan sifat fisika air. Sifat fisika
air
yang
digunakan
dalam
penelitian ini adalah nilai hambatan air dimana perubahan nilai hambatan air merupakan indikator terjadinya perubahan kualitas air.
Depertemen Geografi Lingkungan, Fakultas Geografi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
1
hambatan pada Kali Gajahwong dalam kaitannya dengan kualitas air. Analisis tersebut
dapat
digunakan
untuk
memperkirakan sifat kimia berdasarkan pengukuran fisika air yang akan berguna pada re-komendasi pemanfaatan sungai untuk kebutuhan rumah tangga, atau analisis
tingkat
pencemaran
sungai
akibat pembuangan limbah di sungai. Gambar 1.1. Lokasi Penelitian, Kali Gajahwong di Gembiraloka
Daerah penelitian adalah sebagian zona Kali Gajahwong yang terletak pada Kebun
Binatang
Gembira
Loka,
Yogyakarta. Batasan zona penelitian adalah zona 49 M UTM, 433552- 433607 mT dan 9137370- 9137588 mU. Pada daerah penelitian badan sungai tampak sedikit berkelok, dengan bentuk saluran yang cenderung sama. Beberapa saluran limbah dialirkan kedalam sungai antara lain limbah dari Pabrik Susu
Gambar 1.2. Saluran limbah SGM, salah satu saluran limbah pencemar Kali Gajahwong
2. Konsep Dasar Identifikasi
kualitas
air
dengan
dari
melakukan pengukuran dan analisis
permukiman, dan limbah dari Kebun
kualitas air dapat dilakukan dengan
Binatang Gembiraloka. Kajian lebih di-
pemahaman yang baik pada konsep
tekankan pada analisis nilai ham-batan
dasar fisika tentang resistivitas dan
air dalam kaitannya dengan kualitas air.
konduktivitas, serta konsep dasar kimia
SGM,
limbah
Tujuan mengetahui
rumah
penelitian hubungan
tangga
adalah antara
untuk nilai
tentang larutan asam, basa, garam, larutan buffer, dan hidrolisis garam. Korelasi nilai hambatan dengan kualitas 2
air menggunakan konsep sifat air sangat murni
(ultrapure
water)
yang
dikembangkan oleh Bevilacqua. Nilai resistivitas atau nilai hambatan adalah nilai kemampuan air untuk menghambat arus listrik sedangkan nilai konduktivitas atau nilai hantaran adalah nilai kemampuan air untuk menghantarkan arus listrik. Nilai resistivitas dan nilai konduktivitas merupakan nilai yang saling berbanding terbalik dimana makin besar nilai resistivitas, makin kecil nilai konduktivitas, dan sebaliknya makin kecil nilai resistivitas, makin besar nilai konduktivitas.
Nilai duktivitas
resistivitas sangat
maupun
kon-
dipengaruhi
oleh
kandungan ion-ion yang terlarut dalam air. Ion-ion yang terlarut dalam air memberikan pengaruh pada sifat kimia air apakah air bersifat masam, basis, atau netral. Menurut Arrhenius, senyawa asam merupakan senyawa yang melepas ion H+ saat terjadi ionisasi sedangkan senyawa basa adalah senyawa yang melepas ion OH- saat terjadi ionisasi. Berdasarkan pe-mahaman tersebut maka air me-nurut Arrhenius memiliki sifat dualisme yaitu bersifat asam maupun basa karena saat terjadi ionisasi, air melepas ion H+ dan OH-. Meng-gunakan konsep Arrhenius tersebut dan konsep air sangat murni (ultrapure water) maka air memiliki dua potensi yang seimbang untuk menjadi asam maupun basa. Karena dua potensi yang seimbang tersebut
maka
masing-masing
ion
memiliki nilai beda potensial yang sama. Persamaan nilai beda potensial tersebut menyebabkan arus listrik yang mengalir dalam air menjadi 0 sehingga nilai hambatan air adalah tak hingga (gambar 2.2.). Gambar 2.1. Grafik hubungan antara konduktivitas, resistivitas, dan rasa air
Air
sangat
murni
seharusnya
memiliki nilai hambatan yang 0 namun pada kenyataannya air sangat murni sulit 3
Gambar 2.2. Diagram alir hubungan antara nilai hambatan dengan komposisi kimia air murni
sekali ditemukan di dunia. Air sangat
penyebab ketidakmurnian air dunia pada
murni yang diteliti oleh Bevilacqua
umumnya adalah adanya campuran dari
masih memiliki nilai hambatan, walau
tiga macam senayawa yaitu HCl untuk
hambatan nilai air sangat murni besar
senyawa asam, NaOH untuk senyawa
sekali namun air sangat murni tersebut
basa, dan NaCl untuk senyawa garam.
untuk kajian-kajian mendalam tentang
Gambar 2.3. menunjukkan hubungan
sifat-sifat semi konduktor belum dapat
antara
dianggap memiliki hambatan yang tak
senyawa tersebut dengan nilai hambatan
hingga. Mengacu pada konsep air sangat
pada air berdasarkan eksperimen yang
murni
dilakukan oleh A. C. Bevilacqua.
maka
resistivitas
semakin
akan
besar
menunjukkan
nilai ke-
Pendekatan
murnian air yang semakin tinggi se-
penelitian
rendah.
Anthony
C
senyawa-
fisika
untuk
dilakukan melalui penggunaan konsep
akan menunjukkan tingkat kemurnian air semakin
secara
dari
menduga kandungan kimia air dapat
dangkan semakin kecil nilai resistivitas yang
konsentrasi
asam-basa
Berdasarkan
Bronsted-Lowry.
Konsep
asam-basa Bronsted-Lowry adalah kon-
Bevilacqua,
sep asam-basa yang digunakan pada
4
Gambar 2.3. Grafik hubungan antara konsentrasi asam, basa, dan garam, dengan nilai resistivitas
ilmu kimia modern dimana konsep ini
Senyawa asam yang melepas ion H+
juga memberikan penjelasan tentang dua
disebut dengan basa konjugasi se-
sifat netral air yang dapat berasa asin
dangkan senyawa basa yang menangkap
maupun berasa tawar. Sifat air yang
ion H+ disebut asam konjugasi. Baik
diukur dengan parameter pH untuk sifat
asam
air dapat berarti bahwa air tersebut
elektrolit yang berbeda-beda. Asam atau
murni tidak mengadung zat asam-basa
basa yang menghantarkan listrik dengan
atau pun tidak murni yaitu air dapat
baik disebut dengan asam atau basa kuat
mengandung
sedangkan
keduanya. Asam
asam,
Menurut
merupakan
melepaskan ion H
+
basa,
ataupun
maupun
basa
asam
memiliki
atau
basa
sifat
yang
Bronsted-Lowry,
menghantarkan listrik dengan lemah
senyawa
yang
disebut asam atau basa lemah. Air yang
sedangkan basa
mengandung senyawa asam dan basa
+
adalah senyawa yang menangkap ion H .
sekaligus akan memiliki sifat-sifat yang
5
berbeda yang bergantung pada kekuatan
(berasa asam, basa, dan asin) dan air
asam atau basa yang terlarut. Air yang
tidak berasa (tawar). Air yang berasa
mengandung senyawa asam kuat dan
akan cenderung memiliki nilai hambatan
basa kuat akan memiliki sifat netral
yang lebih rendah dibandingkan air yang
dengan rasa yang asin. Air yang
tidak berasa akibat kandungan ion-ion
mengandung senyawa asam kuat dan
dalam air yang lebih banyak. Identifikasi
basa lemah akan memiliki sifat masam
kualitas air dapat dilakukan dengan
dengan rasa asam. Air yang mengandung
melakukan
pengukuran
senyawa basa kuat dan asam lemah akan
Pengukuran
nilai
memiliki sifat basis dengan rasa basa.
identifikasi kualitas air menggunakan
Air yang mengandung senyawa asam
dua analogi yaitu semakin murni air
lemah dan basa lemah akan memiliki
akan semakin besar resistivitasnya, dan
sifat dan rasa yang dikontrol oleh
semakin
dominasi kekuatan asam atau basa yang
kualitas yang semakin baik. Menurut dua
terlarut. Pengukuran pH, nilai hambatan,
penalaran tersebut maka disimpulkan
dan analisis lingkungan perairan akan
bahwa air dengan nilai resistivitas yang
dapat digunakan untuk menganalisis
tinggi
kemungkinan kandung- an kimia pada
digunakan dari pada air dengan nilai
air.
resistivitas yang lebih rendah. Berdasarkan konsep-konsep tersebut
maka
secara
ringkas
konsep
yang
digunakan untuk penelitian ini (gambar 2.4.) yaitu air murni (deionized water) menjadi air tidak murni (ionized water) akibat adanya mineral, aerosol padat, nano partikel, gas, dan polutan yang terlarut dan bereaksi dengan air saat terjadi evaporasi, presipitasi, dan runoff hingga masuk ke saluran atau tubuh perairan. Air tidak murni tersebut dapat memiliki dua sifat yaitu air berasa
murni
akan
hambatan.
hambatan
air
akan
cenderung
untuk
memiliki
lebih
baik
3. Metode Alat yang digunakan untuk penelitian ini terdiri atas GPS, converter ruler, multitester, roll-meter, volume glass, hardboard, marker, alat tulis. Perhitungan nilai resistivitas material, konduktivitas,
dan
konduktivitas
material dilakukan dengan menggunakan formula P = R(A/L), S = 1/R, dan J = 1/P, dimana S adalah konduktivitas, R adalah nilai hambatan yang diukur deng-
6
Gambar 2.4. Diagram alir tentang pemahaman konsep dasar untuk identifikasi kualitas air dengan metode pengukuran nilai hambatan
an multitester, P adalah nilai hambatan
mendapatkan nilai hambatan material.
material, dan J adalah nilai hantaran
Mekanisme
material. Pengukuran nilai hambatan air
dilakukan
dilakukan pada volume glass dimana
pengukuran dimana dipilih lima titik
pada masing-masing titik pengukuran
pengukuran,
diambil sampel air sebanyak 100 ml
pengukuran, pengamatan dan uji kualitas
(gambar 3.5.). Jarak antar elektroda saat
fisika air untuk tiap titik sampel,
pengukuran adalah 5 cm. Volume dan
pengolahan data, representasi data, dan
jarak
analisis data. Jarak antar titik ditentukan
pengukuran
diperlukan
untuk
kerja dengan
(gambar penentuan
plotting
posisi
3.11.) titik titik
7
sepanjang 50 meter dimana masingmasing titik diukur jaraknya dengan rollmeter. Pengukuran jarak antar titik diiukuti dengan plotting posisi koordinat tiap titik yang menggunakan sistem koordinat UTM dengan datum WGS 84. Kegiatan
tersebut
dilakukan
untuk
pemetaan Kali Gajahwong. Gambar 3.3. Pengukuran jarak antar titik
Gambar 3.1. Pengukuran jarak antar titik Gambar 3.4. Pengujian rasa, warna, dan bau pada titik pengukuran
Gambar 3.2. Plotting posisi koordinat tiap titik Gambar 3.5. Pengukuran nilai resistivitas sampel dari tiap titik pengukuran
8
Gambar 3.6. Titik Pengukuran 1
Gambar 3.7. Titik Pengukuran 2
Gambar 3.9. Titik Pengukuran 4
Gambar 3.10. Titik Pengukuran 5
4. Hasil dan Pembahasan Nilai hambatan dihitung dengan menggunakan multitester untuk lima titik pengukuran dan diperoleh nilai kisaran hambatan antara 6500 Ohm hingga 13000 Ohm. Masing-masing titik pengamatan ternyata memiliki kekeruhan yang berbeda saat dilakukan Gambar 3.8. Titik Pengukuran 3
pengamatan dimana titik 1 sangat keruh, titik 2, 4, dan 6 tidak keruh, serta titik 3
9
Gambar 3.11. Sketsa titik‐titik pengukuran pada Kali Gajahwong dan diagram alir metode penelitian
agak keruh (gambar 4.1.). Keruhnya air
(gambar 4.2.) ternyata air pada titik 1
menunjukkan banyak nya suspensi yang
yang
terlarut dalam air. Nilai yang mere-
resistivitas yang tinggi sedangkan pada
presentasikan banyaknya kan- dungan
titik 3 yang agak keruh resistivitasnya
suspensi dalam air disebut TDS (total
sangat rendah. Titik 2, 4, dan 5 yang
dissolved solid). Mengacu pada konsep
tidak
bahwa kualitas air akan cenderung
resisitivitas yang ada diantara nilai
semakin
dengan
resistivitas titik 1 dan titik 3. Fakta
berkurangnya nilai resis- tivitas atau
tersebut membawa suatu kesimpulan
bertambahnya nilai konduktivitas, maka
bahwa kekeruhan tidak berkaitan dengan
ber-dasarkan representasi diagram 4
kualitas air.
buruk
seiring
dimensi kualitas air Kali Gajahwong
sangat
keruh
keruh
memiliki
ternyata
nilai
memiliki
Berdasarkan grafik hubungan antara
10
Gambar 4.1. Tabel hasil identifikasi, pengujian, dan perhitungan parameter‐parameter untuk identifikasi kualitas air
Gambar 4.2. Representasi diagram empat dimensi dari kekeruhan, jarak pengukuran, titik pengukuran, dan nilai hambatan
11
nilai resistivitas dan jarak dari titik 1
jarak dari titik 1 (gambar 4.4.), nilai
(gambar 4.3.), dapat dilihat bahwa nilai
konduktivitas semakin besar saat men-
resistivitas semakin kecil saat mendekati
dekati titik 3 dan semakin kecil saat
titik 3 dan semakin besar saat menjauhi
menjauhi titik 3. Pada titik 5 nilai
titik 3. Demikian halnya dengan grafik
resistivitas menurun dan nilai kon-
hubungan antara nilai konduktivitas dan
duktivitas kembali naik. Gambar 4.3. Grafik hubungan antara jarak titik‐titik pengukuran dengan resitivitas
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara jarak titik‐titik pengukuran dengan konduktivitas
12
Nilai hambatan berkurang akibat
resis-tivitas berasosiasi dengan pem-
adanya ion-ion baik asam, basa, maupun
buangan limbah dari Taman Rekreasi
garam yang terlarut dalam air. Ion-ion
Gembira Loka.
yang terlarut dalam air dapat meningkat
Konsep dasar yang dipakai dalam
secara dramatis bila terdapat polutan
penelitian ini adalah semakin besar nilai
yang mencemari air. Polutan dapat merupakan
polutan
alami
resistivitas air maka air akan cenderung
maupun
memiliki kualitas yang semakin baik
polutan buatan, namun nilai resistivitas
sehingga cenderung lebih baik untuk
yang naik atau turun secara drastis
dimanfaatkan dibandingkan air dengan
cenderung dipengaruhi oleh polutan buatan.
Pusat
dimana
terjadi
nilai resistivitas yang lebih rendah.
pe-
Berdasarkan data hasil pengukuran,
nambahan ion atau zat pencemar dalam
zona-zona pada titik pertama dan titik
air dapat diketahui dengan melakukan pemetaan
nilai
resistivitas
keempat cenderung memiliki kualitas air
sehingga
yang lebih baik dibandingkan zona-zona
distribusi nilai resistivitas secara spasial
sekitarnya.
dapat diketahui.
Penentuan
Berdasarkan hasil pengukuran nilai
metode ini adalah identifikasi kualitas
(gambar 4.5.), nilai resistivitas berdramatis
di
air
Kali
lebih
akurat
dilakukan
sifat fisis rasa, bau, dan warna. Melalui
pembuangan dari SGM dan saluran permukiman.
dapat
dibandingkan hanya sekedar identifikasi
Gajahwong setelah melewati saluran limbah
dengan
kelebihan dan kekurangan. Kelebihan
dari plot koordinat titik-titik pengukuran dengan
air
pengukuran nilai hambatan memiliki
resistivitas di lima titik serta pemetaan
kurang
kualitas
perbedaan
Peningkatan
nilai
resistivitas,
dapat
diketahui dimana terjadinya perbedaan
kembali nilai resistivitas di titik 4
nilai resistivitas dan sebabnya juga dapat
kemungkinan besar akibat proses self-
diketahui dengan melihat fenomena yang
purification atau pemurnian diri oleh
terjadi pada lingkungan perairan. Ke-
bakteri-bakteri yang me-murnikan air
lemahan metode ini adalah metode ini
akibat bakteri mengikat ion-ion terlarut
tetap
dalam air. Pada titik 5 nilai resistivitas
tidak
mampu
memberikan
komposisi kimia air secara absolut
kembali menurun. Menurunnya nilai
13
Gambar 4.5. Peta Nilai Resistivitas di Kali Gajahwong
walaupun kandungan zat kimia yang
air dapat ditentukan dengan hasil yang
terlarut dalam air dapat diperkirakan.
hampir
Analisis laboratorium tetap memberikan
laboratorium.
hasil yang terbaik untuk analisis kualitas
mendekati
hasil
analisis
5. Rekomendasi
air namun dengan metode pengukuran nilai resistivitas, secara umum kualitas
14
Berdasarkan lingkup wilayah kajian yang meliputi zona titik 1, 2, 3, 4, dan 5, penduduk sekitar yang memanfaatkan air sungai untuk kebutuhan rumah tangga
wilayah kajian pada zona di sekitar zona titik 1 dan zona titik
4.
7. Daftar Pustaka
lebih baik memanfaatkan air sungai pada
Bevilacqua, A. C. 1998. Ultrapure
zona-zona disekitar titik 1 dan 4 saja
Water- The Standard Resistivity
karena kualitas air pada daerah tersebut
Measurement of Ultrapure Water.
cenderung lebih baik dibandingkan zona
Massachusetts : Thorton Associates.
sekitarnya.
Penelitian
lebih
lanjut
dibutuhkan untuk melengkapi, mengkoreksi, atau bahkan menolak hasil penelitian ini.
Kualitas
air
dapat
diperkirakan
pengukuran
nilai
resistivitas.
•
UK Limited.
Chemistry, Principles, and Modern
berdasarkan
•
Level Physics. Essex : Longman Group
Petrucci, Ralph H. 1985. General
6. Kesimpulan •
Grounds, Kirby. 1993. Longman A-
Applicatio 4th Edition. Colier : Mc. Millan. Serway, R. A. 1986. Physics for
Nilai TDS tidak memiliki hubungan
Scientist and Engineers with Modern
yang langsung ter-hadap kualitas air.
Physics. New York : Soundners College Publishing.
Zona disekitar titik 1 dan titik 4 cenderung memiliki kualitas air yang lebih
baik
dibandingkan
zona
lainnya. •
Pemanfaatan air Kali Gajahwong dapat dilakukan penduduk di-sekitar
15
