1

Natural Natural WaterWater

2

Water Quality – Why Is It Important?

• Your fish live in it

• Are supported by it

• Receive their oxygen from it

• And excrete in it

3

4

5

Siklus HidrologiSeluruh siklus air di bumi ini disebut siklus hidrologi. Siklus ini berimbang antara segalayang naik dan segala yang turun ke bumi3 proses fisika dalam siklus hidrologi

• Evaporasi : proses perubahan wujud dari cair menjadi uap• Kondensasi : Perubahan wujud benda ke bentuk yang lebih padat• Presipitasi : Peristiwa terbentuknya tetes-tetes air yang akan jatuh ke bumi (menjadi

hujan

6

7

Sifat Unik AirSifat Unik Air

SifatSifat Efek dan kegunaanEfek dan kegunaan

* Pelarut yang sangat baik* Pelarut yang sangat baik * Transport zat-zat makanan dan bahan buangan * Transport zat-zat makanan dan bahan buangan yang dihasilkan proses biologiyang dihasilkan proses biologi

* Konstanta dielektrik paling tinggi diantara * Konstanta dielektrik paling tinggi diantara cairan murni lainnya cairan murni lainnya

* Kelarutan dan ionisasi dari senyawa ini tinggi dalam * Kelarutan dan ionisasi dari senyawa ini tinggi dalam larutannya larutannya

* Tegangan permukaan lebih tinggi dari * Tegangan permukaan lebih tinggi dari pada cairan lainnya pada cairan lainnya

* Faktor pengendali dalam fisiologi membentuk * Faktor pengendali dalam fisiologi membentuk fenomena tetes dan permukaanfenomena tetes dan permukaan

* transparan terhadap cahaya tampak dan * transparan terhadap cahaya tampak dan sinar yang mempunyai panjang gelombang sinar yang mempunyai panjang gelombang yang lebih besar dari ultravioletyang lebih besar dari ultraviolet

* Tidak berwarna, mengakibatkan cahaya yang * Tidak berwarna, mengakibatkan cahaya yang dibutuhkan untuk fotosintesisi mencapai kedalaman dibutuhkan untuk fotosintesisi mencapai kedalaman tertentutertentu

* Bobot jenis tertinggi dalam bentuk cairan * Bobot jenis tertinggi dalam bentuk cairan pada suhu 4pada suhu 4O O

CC* Air beku (es) mengapung, sirkulasi vertikal * Air beku (es) mengapung, sirkulasi vertikal menghambat stratifikasi badan airmenghambat stratifikasi badan air

*Panas penguapan lebih tinggi dari material *Panas penguapan lebih tinggi dari material lainnya.lainnya.

* Menentukan transfer panas dan molekul air antara * Menentukan transfer panas dan molekul air antara atmosfer danbadan airatmosfer danbadan air

* Kapasitas kalor lebih tinggi dibandingkan * Kapasitas kalor lebih tinggi dibandingkan dengan cairan lain kecuali ammonia dengan cairan lain kecuali ammonia

* Stabilisasi dari temperatur organisme dan wilayah * Stabilisasi dari temperatur organisme dan wilayah geografisgeografis

* Panas laten dan peleburan lebih tinggi * Panas laten dan peleburan lebih tinggi daripada cairan lain kecuali amoniadaripada cairan lain kecuali amonia

* Temperatur stabil pada titik beku* Temperatur stabil pada titik beku

8

Sifat Kimia PerairanSifat Kimia Perairan

AlkalinitasAlkalinitas

MMerupakan faktor kapasitas, dimana erupakan faktor kapasitas, dimana kapasitas itu merupakan kapasitas air kapasitas itu merupakan kapasitas air tersebut untuk menetralkan asam. tersebut untuk menetralkan asam.

Dalam air alamiDalam air alami,, alk alkaalinitas disebabkan oleh linitas disebabkan oleh adanya HCOadanya HCO33

-- dan sedikit oleh adanya CO dan sedikit oleh adanya CO332- 2-

HCOHCO33-- + H + H++ COCO22 + H + H22OO

COCO332-2- + H + H++ HCOHCO33

- -

OHOH-- + H+ H++ HH22O O

AlkalinitasAlkalinitas

MMerupakan faktor kapasitas, dimana erupakan faktor kapasitas, dimana kapasitas itu merupakan kapasitas air kapasitas itu merupakan kapasitas air tersebut untuk menetralkan asam. tersebut untuk menetralkan asam.

Dalam air alamiDalam air alami,, alk alkaalinitas disebabkan oleh linitas disebabkan oleh adanya HCOadanya HCO33

-- dan sedikit oleh adanya CO dan sedikit oleh adanya CO332- 2-

HCOHCO33-- + H + H++ COCO22 + H + H22OO

COCO332-2- + H + H++ HCOHCO33

- -

OHOH-- + H+ H++ HH22O O

Keasaman airKeasaman airFenomena asam-basa dalam air meliputi penerimaan Fenomena asam-basa dalam air meliputi penerimaan

dan pelepasan ion Hdan pelepasan ion H++..Beberapa spesies bertindak sebagai asam dalam air Beberapa spesies bertindak sebagai asam dalam air

apabila melepaskan ion Hapabila melepaskan ion H++ dan ada spesies yang dan ada spesies yang bertindak sebagai basa apabila menerima ion Hbertindak sebagai basa apabila menerima ion H++. . Sedangkan molekul air sendiri bertindak sebagai Sedangkan molekul air sendiri bertindak sebagai asam dan basaasam dan basa

Spesies yang penting dalam kimia asam-basa dalam Spesies yang penting dalam kimia asam-basa dalam air adalan ion bikarbonat (HCOair adalan ion bikarbonat (HCO33

––) yang dapat ) yang dapat bertindak sebagai asam dan basa:bertindak sebagai asam dan basa:

HCOHCO33– – <=> CO <=> CO33

–2–2 + H + H++ (ion (ion karbonat)karbonat)

HCOHCO33– – + H + H+ + <=> CO<=> CO22 (aq) + H (aq) + H22OO

9

10

AciditasAciditas

KKapasitas air untuk menetralkan OHapasitas air untuk menetralkan OH--. .

Penyebab Penyebab :: asam asam--asam lemah seperti, HPOasam lemah seperti, HPO442-2-, ,

HH22POPO44--, CO, CO22, HCO, HCO33

--, protein dan ion-ion logam , protein dan ion-ion logam yang bersifat asamyang bersifat asam, terutama Fe, terutama Fe33

++..

Peran ion logam yang terhidrat terhadap asiditas :

Al ( H2O)63+ Al ( H2O)5 OH2

+ + H+

11

Ion Ion llogam dalam air dapat bergabung ogam dalam air dapat bergabung dengan ion negatif atau senyawa netral dengan ion negatif atau senyawa netral membentuk sebuah kompleks atau membentuk sebuah kompleks atau senyawa koordinasi. senyawa koordinasi.

Ligan yang umum : Karboksilat, Amino Ligan yang umum : Karboksilat, Amino aromatic, Fenoksida, Fosfat.aromatic, Fenoksida, Fosfat.

Ion logam : MgIon logam : Mg2+2+, Ca, Ca2+2+, Mn, Mn2+2+, Fe, Fe3+3+, Cu, Cu2+2+, , ZnZn2+2+, VO, VO2+2+

Ion logam kontaminan : COIon logam kontaminan : CO2+2+, Ni, Ni2+2+, Sr, Sr2+2+, , CdCd2+2+, Ba, Ba2+2+..

Terjadinya senyawa kompleks

12

Bahan-bahan Kimia Bahan-bahan Kimia Dalam PerairanDalam Perairan

Senyawa Fosfor Senyawa Fosfor

merupakan penyebab utama pertumbuhan yang sangat cepat dari ganggang

Salah satu unsur essensial untuk pertumbuhan ganggang dalam air Apabila pertumbuhan ganggang berlebihan dapat menyebabkan pencemaran kualitas air.

Senyawa Nitrogen

13

Bahan OrganikBahan Organik

TTidak stabil dan mudah dioksidasi idak stabil dan mudah dioksidasi menjadi senyawa stabil, antara lain menjadi senyawa stabil, antara lain menjadi COmenjadi CO22 dan H dan H22O. O.

KKonsentrasi oksigen terlarut dalam onsentrasi oksigen terlarut dalam perairan menurunperairan menurun

14

Biochemical Oxigen Demand (BOD) Biochemical Oxigen Demand (BOD) KKebutuhan oksigen yang dibutuhkan ebutuhan oksigen yang dibutuhkan mikro organisme selama mikro organisme selama penghancuran bahan organik dalam penghancuran bahan organik dalam waktu dan suhu tertentu. waktu dan suhu tertentu.

Chemical Oxigen Demand (COD)Chemical Oxigen Demand (COD)KKebutuhan oksigen yaitu oksidasi ebutuhan oksigen yaitu oksidasi secara kimiawi dengan secara kimiawi dengan menggunakan kalium bikarbonat menggunakan kalium bikarbonat yang dipanaskan dengan asam yang dipanaskan dengan asam sulfat pekatsulfat pekat..

Dua pengukuran kandungan oksigen

15

Kelarutan Gas Dalam AirKelarutan Gas Dalam Air

Dua gas yang paling banyak Dua gas yang paling banyak membentuk udara yaitu oksigen dan membentuk udara yaitu oksigen dan nitrogen, meskipun tidak bereaksi nitrogen, meskipun tidak bereaksi dengan air tapi larut dalam jumlah dengan air tapi larut dalam jumlah yang terbatas. yang terbatas.

Oksigen dalam airOksigen dalam air

Kelarutan oksigen dalam air Kelarutan oksigen dalam air tergantung pada suhu,tekanan parsial tergantung pada suhu,tekanan parsial oksigen dalam atmosfer dan oksigen dalam atmosfer dan kandungan garam dalam air kandungan garam dalam air

16

Karbondioksida dan berbagai Karbondioksida dan berbagai jenis karbonat dalam airjenis karbonat dalam air

Gas COGas CO22 dalam perairan alami dalam perairan alami dihasilkan dari penguraian bahan-dihasilkan dari penguraian bahan-bahan organik oleh bakteri.bahan organik oleh bakteri.

Ion karbonat dan bikarbonat juga Ion karbonat dan bikarbonat juga punya pengaruh penting dalam air. punya pengaruh penting dalam air.

Banyak mineral yang diendapkan Banyak mineral yang diendapkan sebagai garam dari ion karbonat, sebagai garam dari ion karbonat, COCO33

2-2-

17

Belerang Dalam AirBelerang Dalam Air

Belerang yang terdapat dalam air adalah Belerang yang terdapat dalam air adalah S(IV) dalam ion sulfat, SOS(IV) dalam ion sulfat, SO44

2-2-. .

Sulfat dapat berasal dari hasil pencucian Sulfat dapat berasal dari hasil pencucian mineral utama gips, CaSOmineral utama gips, CaSO44.2H.2H22O, dan dari O, dan dari hujan asam.hujan asam.

2SO2SO22 + 2H + 2H22O + OO + O22 4H4H+ + + 2SO+ 2SO442- 2-

Klorida (Cl) dan Fluorida (F) dalam AirKlorida (Cl) dan Fluorida (F) dalam Air

Garam Cl dalam air mudah larut, Garam Cl dalam air mudah larut,

Ion Cl tidak membentuk kompleks kuat Ion Cl tidak membentuk kompleks kuat dengan ion logam,dengan ion logam,

Ion Cl tidak dapat dioksidasi dalam keadaan Ion Cl tidak dapat dioksidasi dalam keadaan normal dn tidak toksik normal dn tidak toksik

18

.Salinitas

19

Salinity

Fresh water is less than 2 g/L

Brackish water is 2 g/L to 34 g/L

Sea water is more than 34 g/L

NaCl

20

Kelebihan garam-garam Cl : Kelebihan garam-garam Cl : menyebabkan penurunan kualitas air menyebabkan penurunan kualitas air

yang disebabkan oleh tingginya yang disebabkan oleh tingginya salinitas. salinitas.

Air ini tidak layak untuk air Air ini tidak layak untuk air pengairan dan keperluan rumah pengairan dan keperluan rumah tangga.tangga.

Ion F Ion F

Ditambahkan dalam air rumah tangga Ditambahkan dalam air rumah tangga untuk mencegah kerusakan gigiuntuk mencegah kerusakan gigi

21

Kesadahan (hardness)

22

1. Derajat Jerman, dilambangkan dengan °D2. Derajat Inggris, dilambangkan dengan °E3. Derajat Perancis, dilambangkan dengan °F

Dari ketiganya yang sering digunakan adalah derajat jerman, dimana 1 °D setara dengan 10 mg CaO per liter.artinya jika suatu air memiliki kesadahan 1 °D maka didalam air tersebut mengandung 10 mg CaO dalam setiap liternya

Satuan ukuran kesadahan ada 3, yaitu :Satuan ukuran kesadahan ada 3, yaitu :

23

Kalsium (Ca) dan Magnesium (Mg) dalam AirKalsium (Ca) dan Magnesium (Mg) dalam Air

Sumber Ca : gips, CaSOSumber Ca : gips, CaSO44. 2H. 2H22O; anhidratnya,CaSOO; anhidratnya,CaSO44; ; dolomite, CaMg(COdolomite, CaMg(CO33))22; kalsit; aragonite.; kalsit; aragonite.

Menyebabkan kesadahan air.Menyebabkan kesadahan air.

Kesadahan sementara : Karena ion Ca dan Kesadahan sementara : Karena ion Ca dan bikarbonat dalam air.bikarbonat dalam air.

Dihilangkan : mendidihkan airDihilangkan : mendidihkan air

CaCa2+2+ + 2HCO + 2HCO33-- CaCO CaCO33 + CO + CO22 + H + H22OO

Kesadahan Tetap : Karena adanya Ca atau MgSOKesadahan Tetap : Karena adanya Ca atau MgSO44..

Proses pelunakannya :Proses pelunakannya :

Proses kapur-soda abuProses kapur-soda abu

Proses ZeolitProses Zeolit

Proses resin organik.Proses resin organik.

24

MagnesiumMagnesium

MgMg2+2+ lebih mudah terhidrasi daripada lebih mudah terhidrasi daripada CaCa2+2+..

Terdapat sebagai ion MgTerdapat sebagai ion Mg2+2+ HCO HCO33--

dan Mgdan Mg2+2+ SO SO442-2-

25

Alkalinitas

- Konsentrasi total dari unsur basa-basa yang terkandung dalam air- Basa terkandung dalam bentuk ion karbonat dan bikarbonat- Mempengaruhi tingkat kesadahan dan pH air- Untuk pertumbuhan optimal plankton, diperlukan total alkalinitas dengan kisaran 80 –120 ppm- Unsur-unsur alkalinitas (karbonat dan bikarbonat) juga berperan sebagai buffer (penyangga pH) untuk menjaga kestabilan pH.

26

Logam Alkali dalam AirLogam Alkali dalam Air Ion Na bersosiasi dengan salinitas Ion Na bersosiasi dengan salinitas yang berlebihan yang dapat yang berlebihan yang dapat menyebabkan penurunan kualitas air menyebabkan penurunan kualitas air yang cukup serius.yang cukup serius.

Alumunium (Al) dalam AirAlumunium (Al) dalam AirTerdapat sebagai partikel-partikel Terdapat sebagai partikel-partikel mineral mikroskopik yang tersuspensi. mineral mikroskopik yang tersuspensi. Konsentrasi dari Al yang terlarut Konsentrasi dari Al yang terlarut dalam kebanyakan air kemungkinan dalam kebanyakan air kemungkinan kurang dari 1,0 mg/l. kurang dari 1,0 mg/l.

27

Alkalinity and Hardness

alkalinity hardnessTotal titratable bases Total divalent salts

HCO3-

bicarbonate

CO3--

carbonate calcium magnesium

Mg++Ca++

Calcium bicarbonate

Ca( HCO3 )2

Calcium carbonateCaCO3

MagnesiumbicarbonateMg( HCO3 )2

Magnesium carbonate

MgCO3

28

Al bersifat amfoter dan pada perairan Al bersifat amfoter dan pada perairan alami dengan pH diatas kurang lebih alami dengan pH diatas kurang lebih 10, terbentuk ion aluminat yang larut 10, terbentuk ion aluminat yang larut Al(OH)Al(OH)44

-- Ion Al membentuk endapan dengan Ion Al membentuk endapan dengan silica dan dengan ion ortofosfat.silica dan dengan ion ortofosfat.

Besi (Fe) dalam AirBesi (Fe) dalam AirMenyebabkan bekas karat pada Menyebabkan bekas karat pada pakaian, porselin dan alat-alat lainnya pakaian, porselin dan alat-alat lainnya serta menimbulkan rasa yang tidak serta menimbulkan rasa yang tidak enak pada air minum pada konsentrasi enak pada air minum pada konsentrasi di atas kurang lebih 0,31 mg/l. di atas kurang lebih 0,31 mg/l.

29

30

Mangan (Mn) dalam AirToksisitas Mn relatif sudah tampak

pada konsentrasi rendah.Kondisi aerob : dalam bentuk MnO2

Dalam dasar perairan : menjadi Mn2+.

PENGARUH MIKROORGANISME THDP KIMIA PENGARUH MIKROORGANISME THDP KIMIA AIRAIR

MTH

;;;;;

CO₂ MENJADI BIOMASSA

(CH₂O) OLEH GANGGANG

(CH₂0) CO₂ + O₂

( BAKTERI)

GANGGANG YG MATI DIURAI OLEH

BAKTERI

UNSUR TEREDUKSI YG DIHSLKAN BAKTERI TAMPA

O₂ SO₄⁼ H₂S MINERAL SULFIDA

1. 1. GANGGANGGANGGANG

DALAM EKOSISTEM AKUATIK, GANGGANG SBG DALAM EKOSISTEM AKUATIK, GANGGANG SBG ORGANISME MIKROSKOPIS YANG BERFUNGSI SBG ORGANISME MIKROSKOPIS YANG BERFUNGSI SBG PRODUSEN DAN HIDUP DARI HARA –HARA PRODUSEN DAN HIDUP DARI HARA –HARA ANORGANIK DAN MENGHASIKAN BHN ORGANIK ANORGANIK DAN MENGHASIKAN BHN ORGANIK MELALUI REAKSI FOTO SINTESA. HARA-HARA YANG MELALUI REAKSI FOTO SINTESA. HARA-HARA YANG DIBUTUHKAN OLEH GANGAGNG :DIBUTUHKAN OLEH GANGAGNG :

• • KARBON ( DARI CO₂ ATAU HCO₃⁻ )KARBON ( DARI CO₂ ATAU HCO₃⁻ )

• • NITROGEN ( DARI NO₃⁻ )NITROGEN ( DARI NO₃⁻ )

• • PHOSPOR ( DARI ORTHOPOSPAT )PHOSPOR ( DARI ORTHOPOSPAT )

• • SULFUR ( SEBAGAI SO₄⁻)SULFUR ( SEBAGAI SO₄⁻)

• • ELEMEN LAIN SPT : Na, K, Ca, Mg, Fe, Co, DAN Mo.ELEMEN LAIN SPT : Na, K, Ca, Mg, Fe, Co, DAN Mo.

DALAM BENTUK SEDERHANA , PRODUKSI BAHAN DALAM BENTUK SEDERHANA , PRODUKSI BAHAN ORGANIK OLEH FOTO SINTESA GANGGANG ORGANIK OLEH FOTO SINTESA GANGGANG DIJELASKAN OLEH REAKSI OLEH REAKSI : DIJELASKAN OLEH REAKSI OLEH REAKSI :

CO₂ + H₂O HV (CH₂O) + O₂

2. 2. JAMUR/CENDAWANJAMUR/CENDAWAN

JAMUR MERUPAKAN ORGANISME NON FOTOSINTETIS , JAMUR MERUPAKAN ORGANISME NON FOTOSINTETIS , HETROTROPIK DAN TUMBUH PADA DAERAH LEMBAB, HETROTROPIK DAN TUMBUH PADA DAERAH LEMBAB, TOLERANSI TERHADAP ION LOGAM BERAT, TOLERANSI TERHADAP ION LOGAM BERAT, MENGHASILKAN SENYAWA C DAN ENERGI DARI MENGHASILKAN SENYAWA C DAN ENERGI DARI DEGRADASI SENYAWA ORGANIK.DEGRADASI SENYAWA ORGANIK.FUNGSI UTAMA JAMUR DI DALAM LINGKUNGAN ADALAH FUNGSI UTAMA JAMUR DI DALAM LINGKUNGAN ADALAH UTK MENGURAI KAN SELULOSA (ENZIM SELULOSA). UTK MENGURAI KAN SELULOSA (ENZIM SELULOSA). JAMUR TDK DAPAT HIDUP DENGAN BAIK DI DALAM AIR , JAMUR TDK DAPAT HIDUP DENGAN BAIK DI DALAM AIR , TETAPI MEMAINKAN PERANAN PENTING DLM PENEN TETAPI MEMAINKAN PERANAN PENTING DLM PENEN TUAN KOMPOSISI AIR ALAM DAN LIMBAH, KRN HASIL TUAN KOMPOSISI AIR ALAM DAN LIMBAH, KRN HASIL PENGURAIANNYA MASUK KEDALAM AIR.PENGURAIANNYA MASUK KEDALAM AIR.

BAKTERI DPT DIBEDAKAN ATAS 2 KATAGORIBAKTERI DPT DIBEDAKAN ATAS 2 KATAGORI⁰ ⁰ AUTOTROPIKAUTOTROPIK ( PENGGUNA SINAR MTH , ATAU ( PENGGUNA SINAR MTH , ATAU PRODUSEN)PRODUSEN)TIDAK TERGANTUNG PADA BHN ORGANIK HIDUP TETAPI TIDAK TERGANTUNG PADA BHN ORGANIK HIDUP TETAPI MAMPU BERTAHAN PADA MEDIUM ANORGANIKMAMPU BERTAHAN PADA MEDIUM ANORGANIK

3. BAKTERI

SAMBUNGANSAMBUNGAN

BAKTERI AOTOTROPIK MENGGUNAKAN CO₂ DAN CO₃ BAKTERI AOTOTROPIK MENGGUNAKAN CO₂ DAN CO₃ SEBAGAI SUMBER CSEBAGAI SUMBER CDENGAN ADANYA O₂, BAKTERI INI AKAN HIDUP DLM MEDIUM DENGAN ADANYA O₂, BAKTERI INI AKAN HIDUP DLM MEDIUM YG MENGANDUNG NH₄Cl, PHOSPAT, GARAM MINERAL, CO₂, YG MENGANDUNG NH₄Cl, PHOSPAT, GARAM MINERAL, CO₂, DAN PADATAN FeS (SBG SUMBER ENERGINYA)DAN PADATAN FeS (SBG SUMBER ENERGINYA)

⁰ ⁰ BAKTERI HETEROTROPIK BAKTERI HETEROTROPIK ( PENGGUNA ZAT ORGANIK ( PENGGUNA ZAT ORGANIK (KONSUMEN)(KONSUMEN)BAKTERI INI BERTANGGUNGJAWAB PENGURAIAN SENYAWA BAKTERI INI BERTANGGUNGJAWAB PENGURAIAN SENYAWA POLUTAN ORGANIK DLM AIR DAN SAMPAH ORGANIK DLM POLUTAN ORGANIK DLM AIR DAN SAMPAH ORGANIK DLM PROSES PENGOLAHAN AIR SECARA BIOLOGIS.PROSES PENGOLAHAN AIR SECARA BIOLOGIS.PENGGOLONGAN BAKTERI YANG LAIN ATAS KEBUTUHAN O₂ :PENGGOLONGAN BAKTERI YANG LAIN ATAS KEBUTUHAN O₂ :1. BAKTERI AEROBIK, BAKTERI YG MEMBUTUHKAN O₂1. BAKTERI AEROBIK, BAKTERI YG MEMBUTUHKAN O₂2. BATERI ANAEROBIK, BAKTERI YANG TIDAK 2. BATERI ANAEROBIK, BAKTERI YANG TIDAK MEMBUTUHKAN O₂MEMBUTUHKAN O₂

⁰ ⁰ BAKTERI FAKULTATIFBAKTERI FAKULTATIFYAITU BAKTERI YANG MENGGUNAKAN O₂ BEBASBILA YAITU BAKTERI YANG MENGGUNAKAN O₂ BEBASBILA TERSEDIA O₂ ATAU MENGGUNAKAN SENYAWA LAIN JIKA O₂ TERSEDIA O₂ ATAU MENGGUNAKAN SENYAWA LAIN JIKA O₂ TDK TERSEDIA (NO₃ DAN SO₄ )TDK TERSEDIA (NO₃ DAN SO₄ )

2.6.1. TRANSFORMASI (PERUBAHAN) CARBON 2.6.1. TRANSFORMASI (PERUBAHAN) CARBON SECARA MIKROBIALSECARA MIKROBIAL

PERUBAHAN KARBON SEC KIMIAWI ( PEMBENTUKAN PERUBAHAN KARBON SEC KIMIAWI ( PEMBENTUKAN KARBOHIDRAT)KARBOHIDRAT)

PERUBAHAN KARBOHIDRAT (BHN ORGANIK) SEC. PERUBAHAN KARBOHIDRAT (BHN ORGANIK) SEC. MIKROBIAL (AEROBIK)MIKROBIAL (AEROBIK)

PERUBAHAN BAHAN ORGANIK SEC MIKROBIAL (AN-PERUBAHAN BAHAN ORGANIK SEC MIKROBIAL (AN-AEROBIK)AEROBIK)

PROSES PEMBENTUKAN METAN PENTING SEKALI DALAM PROSES PEMBENTUKAN METAN PENTING SEKALI DALAM DEGRADASI LIMBAH ORGANIK ( PROSES PENGOLAHAN DEGRADASI LIMBAH ORGANIK ( PROSES PENGOLAHAN LIMBAH SEC BIOLOGISLIMBAH SEC BIOLOGIS

CO₂ + H₂O HV (CH₂O) + O₂

(CH₂ O) + O₂ (CO₂) + H₂O

(CH₂ O) CH₄ + CO₂

2.6.2. TRANSFORMASI NITROGEN 2.6.2. TRANSFORMASI NITROGEN OLEH BAKTERIOLEH BAKTERI

TRANSFORMASI NITROGEN DILAKUKAN DENGAN TRANSFORMASI NITROGEN DILAKUKAN DENGAN BEBERAPA CARA :BEBERAPA CARA :

1. FIKSASI NITROGEN 1. FIKSASI NITROGEN (AZOTOBACTER, CLOSTRIDIUM(AZOTOBACTER, CLOSTRIDIUM))

2. NITRIFIKASI 2. NITRIFIKASI ( NITROSOMONAS, NITROBACTER( NITROSOMONAS, NITROBACTER) )

3. DENITRIFIKASI (PENGURANGAN NITRAT)3. DENITRIFIKASI (PENGURANGAN NITRAT)

(CH₂O) + N₂ + O₂ + H⁺ CO₂ + NH₄

NH₃ + O₂ Niitromona H⁺ + NO₂ + H₂O

NH₃ + O₂ Nitrobacter NO₃

NO₃ + ( CH₂0 ) + H⁺ N₂ + CO₂ + H₂O

37

Water PollutionWater Pollution

38

Air mengandung 3 tipe kontaminanAir mengandung 3 tipe kontaminan

MINERALSGAS

TANAH

CalciumMagnesium

SodiumIron

OxygenCarbon

MonoxideCarbon

Dioxide

ClaySilt

Sand

(1) Dissolved Solids(2) Dissolved Gases(3) Suspended Soilds

HUJAN Air dalam bentuk yang paling murni

39

Dissolved Solids Dissolved Solids

Solids, dimana TERLARUT di dalam air, dan menjadi larutan YANG HOMOGEN, sehingga TIDAK BISA DILIHAT dengan mata telanjang

Ukuran Partikel Solid : variatif – Lebih kecil dari 045 micron (1 micron : 0.001 mm)

Contoh : Minerals, seperti sodium (Na), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), chloride (Cl), sulfate (SO4), silicate (SiO2), phosphate (PO4), nitrate (NO3), etc

Setiap MINERALS mempunyai harga BATAS KELARUTAN di dalam air

Pengaruh : Air menjadi tidak 100% PURE (as H2O), dan mineral dapat menyebabkan terjadinya problem KERAK (scale)

40

Dissolved Solids Dissolved Solids

Solids, dimana TERLARUT di dalam air, dan menjadi larutan YANG HOMOGEN, sehingga TIDAK BISA DILIHAT dengan mata telanjang

Ukuran Partikel Solid : variatif – Lebih kecil dari 045 micron (1 micron : 0.001 mm)

Contoh : Minerals, seperti sodium (Na), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), chloride (Cl), sulfate (SO4), silicate (SiO2), phosphate (PO4), nitrate (NO3), etc

Setiap MINERALS mempunyai harga BATAS KELARUTAN di dalam air

Pengaruh : Air menjadi tidak 100% PURE (as H2O), dan mineral dapat menyebabkan terjadinya problem KERAK (scale)

41

Dissolved Gases Dissolved Gases Setiap gas mempunyai harga KELARUTAN dan setiap dari merekaMembuat kesetimbangan antara fasa – Liquid dan gas (di dlm Udara)

CO2(g)

CO2(aq)

UDARA

AIR

KESETIMBANGAN tergantung pada TEKANAN DAN SUHU Sistem

Contoh dari Dissolved Gases : O2, CO2, H2S etc

PENGARUH : Air mempunyai tendensi untuk bersifat CORROSIVE

42

Suspended Solids Suspended Solids

Solids, dimana TIDAK LARUT dalam air

Ukuran partikel solid : variatifDari 0,45 micron & paling besar (1 micron : 0.001 mm)

CONTOH : Sand, silt, mud, dust, SLIME / BIO-FOULING

PENGARUH : AIR menjadi TURBID/KOTOR

43

Deposit yang tidak padat dan mudah lepas yang terbentuk dari padatan tidak terlarut (suspended solids) dari air umpan, kontaminasi proses, angin ataupun pertumbuhan mikroorganisma

FoulingFouling

44

What is Wastewater?What is Wastewater?= = 99+% water99+% water + + impuritiesimpurities

Impurities include:Impurities include: Insoluble Particulates = Insoluble Particulates = Suspended Suspended

Solids (SS)Solids (SS)Inorganic SS or Fixed SS, e.g., siltInorganic SS or Fixed SS, e.g., siltOrganic SS, or Volatile SS, e.g., cell massOrganic SS, or Volatile SS, e.g., cell mass

SolubleSoluble Solutes SolutesSoluble Inorganics, e.g., saltsSoluble Inorganics, e.g., saltsSoluble Organics, e.g., sugarsSoluble Organics, e.g., sugars

Nutrients:Nutrients: N and P N and PCould be organic/inorganic or Could be organic/inorganic or

particulate/solubleparticulate/solubleCould cause Could cause eutrophicationeutrophication in receiving water in receiving water

body body Organic nutrients plus ammonia (NHOrganic nutrients plus ammonia (NH44

++) have ) have oxygen demandoxygen demand

Oxygen Demand

45

Jenis dan sumber Polusi airJenis dan sumber Polusi air

Point sources Point sources

Nonpoint sources Nonpoint sources

Biological oxygen demand

Biological oxygen demand

WaterWaterQualityQuality

GoodGood 8-98-9

DO (ppm) at 20˚CDO (ppm) at 20˚C

SlightlySlightlypollutedpolluted

ModeratModeratelyely

pollutedpollutedHeavilyHeavily

pollutedpolluted

GravelyGravelypollutedpolluted

6.7-6.7-88

4.5-6.74.5-6.7

Below 4.5Below 4.5

Below 4Below 4

Pg. 535

46

Point and Nonpoint SourcesPoint and Nonpoint Sources

NONPOINT SOURCES

Urban streets

Suburban development

Wastewater treatment plant

Rural homes

Cropland

Factory

Animal feedlot

POINT SOURCES

47

Sources of Sources of Water Water

PollutionPollution

48

Definisi Definisi == Perubahan fisika, kimia, dan biologi pada Perubahan fisika, kimia, dan biologi pada kualitas air kualitas air yang mempengaruhi yang mempengaruhi kehidupan organisma yang hidup kehidupan organisma yang hidup didalamnya (degradasi)didalamnya (degradasi)

JenisnyaJenisnya: 1. Infectious Agents: 1. Infectious Agents

2. Oxygen-Demanding Wastes2. Oxygen-Demanding Wastes

3. Inorganic Pollutants3. Inorganic Pollutants

4. Organic Chemicals4. Organic Chemicals

5. Sediment (Particulates) 5. Sediment (Particulates)

6. Thermal Pollution6. Thermal Pollution

49

Infectious AgentsInfectious AgentsInfectious AgentsInfectious Agents = pathogenic organisms. = pathogenic organisms.

Penyakit yang berasal dari air: typhoid, cholera, bacterial and amoebic dysentery, Penyakit yang berasal dari air: typhoid, cholera, bacterial and amoebic dysentery, polio, infectious hepatitis.polio, infectious hepatitis.

Analyze coliform bacteria Analyze coliform bacteria ((E. E. colicoli). Presume if coliform ). Presume if coliform bacteria are present, infectious bacteria are present, infectious

pathogens are also present.pathogens are also present.

50

2. Oxygen-Demanding Wastes2. Oxygen-Demanding Wastes

BOD and oxygen-equivalent relationshipsBOD and oxygen-equivalent relationships

BOD Exerted

L Remaining

Time, days5 10 2015 25 3530 40

Oxy

gen

Con

sum

ptio

n &

Equ

ival

ent

Org

anic

Rem

oval Lo

BODt

Lo-Lt

Lt

Lo = BOD semulaLt = oxygen equivalent of remaining organic

BODt = Lo – Lt = Lo –Lo e-kdt

= Lo ( 1 – e–kt )

51

Example 1.Example 1.

Wastewater treatment plant is discharging a waste with a Wastewater treatment plant is discharging a waste with a BODBOD55 of 30 mg/L and k is 0.3 d of 30 mg/L and k is 0.3 d-1-1. What is the ultimate . What is the ultimate BOD?BOD?

30 mg/L =30 mg/L = L Loo ( 1 – e ( 1 – e–kt –kt ) = L) = Loo ( 1 – e ( 1 – e–(0.3–(0.35) 5) ))

LLoo = 38.6 mg/L = 38.6 mg/L

Example 2Example 2..

BODBOD33 of a waste is 25 mg/L, and k is 0.0125 h of a waste is 25 mg/L, and k is 0.0125 h-1-1. What is its . What is its BODBOD55??

25 mg/L = 25 mg/L = LLoo ( 1 – e ( 1 – e–kt –kt ) = L) = Loo ( 1 – e ( 1 – e–(0.0125–(0.012524243) 3) ))

LLoo = 42 mg/L = 42 mg/L

BODBOD55 = 42 x ( 1 – e = 42 x ( 1 – e–(0.0125–(0.012524245) 5) ) = 32.6 mg/L) = 32.6 mg/L

52

Oxygen SagPopulasi bakteri meningkat

Populasi bakteri tinggi

53

DO Sag Curve DO Sag Curve

tc

CriticalPoint

Initial

Deficit (Da)Saturation DO (DOs)

DO Concentration (DO)

Travel Time (d)

Dis

solv

ed O

xyge

n (m

g/L

)

Deficit (D)

2 4 6 8 10

2

8

4

6

10

Where Dt = oxygen deficit in river water after exertion of BOD for time, t, mg/LLa = initial ultimate BOD after river and wastewater have mixed, mg/Lkd = deoxygenation rate constant, d-1

kr = reaeration rate constant, d-1

t = time of travel of wastewater discharge downstream, dDa = initial deficit after river and wastewater have mixed, mg/L

54

Deoxygenation Rate Constant, kd

Reaeration Rate Constant, kr

Where v = average speed of stream flow, m/s

k = BOD rate constant determined in lab at 20oC, d-1

H = average depth of stream, m

η = bed-activity coefficient

55

Critical Point: lowest point on the DO sag curve

Where tc = the time to the critical point

Da = initial deficit after river and wastewater have mixed, mg/L

La = initial ultimate BOD after river and wastewater have mixed, mg/L

56

DO Sag CurveDO Sag Curve - Example Problem - Example ProblemDetermine the critical DO and the distance downstream at which it occurs

Wastewater RiverFlow, m3/s 0.05 0.5BODult, mg/L 50 10

D.O., mg/L 1 7.5kd @20oC, d-1 0.14

kr @20oC, d-1 0.16

Velocity, m/s 0.1Temperature, oC 21 15.5

Qw.w. = 0.05 m3/s

Qr = 0.5 m3/s

Qw.w. + Qr

57

Hubungan antara suhu air dan kandungan oksigen terlarutSuhu Air Kandungan Oksigen Terlarut (DO)

0°C 14,18 ppm5°C 12,34 ppm10°C 10,92 ppm15°C 9,79 ppm20°C 8,88 ppm25°C 8,12 ppm30°C 7,48 ppm

58

Example – continuedExample – continued

DODOsaturationsaturation @ 16 @ 16ooC = 9.95 mg/L C = 9.95 mg/L

kkdd @16 @16ooC = C = kkdd 20 20ooC x C x θθ16-2016-20 θθ = 1.135 = 1.135-4-4 ≤ ≤ TT ≤ 20 ≤ 20

= 0.14 x 1.135= 0.14 x 1.135-4-4 = 0.084 d = 0.084 d-1-1

kkrr @16 @16ooC = C = kkrr 20 20ooC x C x θθ16-2016-20

= 0.16 x 1.135= 0.16 x 1.135-4-4 = 0.096 d = 0.096 d-1-1

DDaa = 9.95 – 6.91 = 3.04 mg/L = 9.95 – 6.91 = 3.04 mg/L

Distance = 7.97 day x 86,400 s/day x 0.1 m/s = 68,900 m = 68.9 km

59

Example – continuedExample – continued

Critical DO = DOsaturation – Dt

= 9.95 – 5.87 = 4.08 mg/L

60

61

62

Inorganic PollutantsInorganic Pollutants

Heavy metals, like mercury, lead, tin, cadmium, selenium, and Heavy metals, like mercury, lead, tin, cadmium, selenium, and arsenic are caused by human activities.arsenic are caused by human activities.

Mother and SonMother and SonMinamata Bay, JapanMinamata Bay, Japan

63

64

MERCURY: BIOGEOCHEMICAL CYCLEMERCURY: BIOGEOCHEMICAL CYCLE

65

66

THE MERCURY CYCLE: MAJOR THE MERCURY CYCLE: MAJOR PROCESSESPROCESSES

Hg(0) Hg(II)

particulate

Hg

burial

SEDIMENTS

uplift

volcanoeserosion

oxidation

reduction

volatilizationevapo-

transpiration

Hg(0) Hg(II)oxidation

reduction

deposition

biologicaluptake

ANTHROPOGENIC PERTURBATION:

fuel combustionwaste incineration

mining

Atomic wt. 80Electronic shell: [ Xe ] 4f14 5d10 6s2

highly water-soluble

67

Organic PollutantsOrganic Pollutants

Examples = Dioxin, PCB, DDT Examples = Dioxin, PCB, DDT (Chlorinated)(Chlorinated)DioxinDioxin: stable; slow to degrade: stable; slow to degrade

Berasal dari: kayu yang terbakar, batubara, minyak bumi, Berasal dari: kayu yang terbakar, batubara, minyak bumi, limbah rumah tanggalimbah rumah tangga, , dan chlorine dan chlorine bleaching of pulp and paperbleaching of pulp and paper

68

POPsPOPs

Persistent Organic Pollutants (POPs) adalah senyawa Persistent Organic Pollutants (POPs) adalah senyawa kimia yang tahan di lingkungan, bioakumulasi melalui kimia yang tahan di lingkungan, bioakumulasi melalui jaringan makanan, dan memeberi efek pada kesehatan jaringan makanan, dan memeberi efek pada kesehatan manusia dan lingkunganmanusia dan lingkungan.

The "dirty dozen" includes: PCBs, aldrin, chlordane, The "dirty dozen" includes: PCBs, aldrin, chlordane, DDT, dieldrin, endrin, heptachlor, hexachlorbenzene, DDT, dieldrin, endrin, heptachlor, hexachlorbenzene, mirex, polychlorinated dibenzo-p-dioxins, mirex, polychlorinated dibenzo-p-dioxins, polychlorinated dibenzofurans, and toxaphene.polychlorinated dibenzofurans, and toxaphene.