A. Biological Oxygen Demand ( BOD )
Biological Oxygen Demand (BOD) atau Kebutuhan Oksigen Biologis (KOB) adalah suatu analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang benar-benar terjadi di dalam air. Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan (mengoksidasikan) hampir semua zat organis yang terlarut dan sebagian zat-zat organis yang tersuspensi dalam air.
Pemeriksaan BOD diperlukan untuk menentukan beban pencemaran akibat air buangan penduduk atau industri, dan untuk mendisain sistem-sisitem pengolahan biologis bagi air yang tercermar tersebut. Penguraian zat organis adalah peristiwa alamiah; kalau sesuatu badan air dicemari oleh zat organik, bakteri dapat menghabiskan oksigen terlarut, dalam air selama proses oksidasi tersebut yang bisa mengakibatkan kematian ikan-ikan dalam air dan keadaan menjadi anaerobik dan dapat menimbulkan bau busuk pada air.
Pemeriksaan BOD didasarkan atas reaksi oksidasi zat organis dengan oksigen di dalam air, dan proses tersebut berlangsung karena adanya bakteri aerob. Sebagai hasil oksidasi akan terbentuk karbon dioksida, air dan Reaksi oksidasi dapat dituliskan sebagai berikut:
CnHaObNc + ( n + a/4 – b/2 – 3c/4 ) O2 ——– nCO2 + ( a/2 – 3c/2 ) + H2O + cNH3
Atas dasar reaksi tersebut, yang memerlukan kira-kira 2 hari dimana 50% reaksi telah tercapai, 5 hari supaya 75 % dan 20 hari supaya 100% tercapai maka pemeriksaan BOD dapat dipergunakan untuk menaksir beban pencemaran zat organis.
Bayangkan sebuah daun yang jatuh ke sungai. Daun, yang terdiri dari bahan organik, siap terdegradasi oleh berbagai mikroorganisme penghuni sungai. Mikroorganisme Aerobik (memerlukan oksigen) bakteri dan jamur menggunakan oksigen saat mereka memecah komponen-komponen daun menjadi lebih sederhana. Seperti oksigen dikonsumsi oleh organisme, tingkat oksigen terlarut dalam aliran mulai menurun. Air hanya dapat memegang pasokan terbatas oksigen terlarut dan hanya datang dari dua sumber, yaitu : difusi dari atmosfer pada antarmuka udara / air, dan sebagai produk sampingan dari fotosintesis.
Organisme fotosintetik, seperti tanaman dan ganggang, memproduksi oksigen ketika ada cukup sumber cahaya. Organisme ini bertanggung jawab untuk siklus (setiap hari) kadar oksigen terlarut dalam danau dan sungai.
Jika peningkatan kadar BOD menurunkan konsentrasi oksigen terlarut dalam badan air, ada potensi efek mendalam pada badan air itu sendiri, dan kehidupan akuatik penduduk. Ketika konsentrasi oksigen terlarut turun di bawah 5 miligram per liter (mg / l), spesies toleran rendah, kadar oksigen menjadi stres. Semakin rendah konsentrasi oksigen, semakin besar stres. Akhirnya, spesies sensitif terhadap rendahnya kadar oksigen terlarut digantikan oleh spesies yang lebih toleran terhadap kondisi yang merugikan, yang secara signifikan mengurangi keragaman kehidupan air.
Jika kadar oksigen terlarut jatuh di bawah 2 mg / l untuk lebih dari bahkan beberapa jam, ikan dalam badan air dapat terbunuh. Sedangkan pada tingkat di bawah 1 mg / l, bakteri anaerob (yang hidup di habitat tanpa oksigen) menggantikan bakteri aerobik. Bakteri anaerob memecah bahan organik, sehingga hidrogen sulfida yang berbau diproduksi.
B. Chemical Oxygen Demand ( COD )
Chemical Oxygen Demand (COD) atau Kebutuhan Oksigen Kimia (KOK) adalah jumlah oksigen (mg O2) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat – zat organis yang ada dalam 1 L sampel air. Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat – zat organis yang secara alamiah dapat dioksidasikan melalui proses mokrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air.
Oksigen terlarut adalah banyaknya oksigen yang terkandung didalam air dan diukur dalam satuan ppm. Oksigen yang terlarut ini dipergunakan sebagai tanda derajat pengotor air baku. Semakin besar oksigen yang terlarut, maka menunjukkan derajat pengotoran yang relatif kecil. Rendahnya nilai oksigen terlarut berarti beban pencemaran meningkat sehingga koagulan yang bekerja untuk mengendapkan koloida harus bereaksi dahulu dengan polutan – polutan dalam air menyebabkan konsusmsi bertambah.
Dasar untuk uji COD adalah bahwa hampir semua senyawa organik dapat teroksidasi penuh menjadi karbon dioksida dengan agen oksidasi yang kuat dalam kondisi asam. Jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi senyawa organik menjadi karbon dioksida, amonia, dan air diberikan oleh:
CnHaObNc+ (n + -
Ungkapan ini tidak termasuk kebutuhan oksigen yang disebabkan oleh oksidasi amonia menjadi nitrat. Proses amonia diubah menjadi nitrat disebut sebagai nitrifikasi. Berikut ini adalah persamaan yang benar untuk oksidasi amonia menjadi nitrat.
Ungkapan ini tidak termasuk kebutuhan oksigen yang disebabkan oleh oksidasi amonia menjadi nitrat. Proses amonia diubah menjadi nitrat disebut sebagai nitrifikasi. Berikut ini adalah persamaan yang benar untuk oksidasi amonia menjadi nitrat.
cNH3 + 2O2
Hal ini diterapkan setelah oksidasi karena nitrifikasi jika permintaan oksigen dari nitrifikasi harus diketahui. Dikromat tidak mengoksidasi amonia menjadi nitrat, sehingga nitrifikasi ini dapat diabaikan dengan aman dalam tes permintaan oksigen kimia standar.
Selama bertahun-tahun, agen pengoksidasi yang kuat kalium permanganat (KMnO4) digunakan untuk mengukur kebutuhan oksigen kimia. Pengukuran disebut oksigen dikonsumsi dari permanganat, bukan kebutuhan oksigen zat organik. Efektivitas kalium permanganat di oksidasi senyawa organik bervariasi secara luas, dan dalam banyak kasus permintaan oksigen biokimia (BOD) pengukuran sering jauh lebih besar dari hasil dari pengukuran COD. Hal ini menunjukkan bahwa kalium permanganat tidak bisa efektif mengoksidasi semua senyawa organik dalam air, rendering itu agen pengoksidasi yang relatif miskin untuk menentukan COD.
Sejak itu, oksidator lainnya seperti sulfat Ceric, iodat kalium, dan kalium dikromat telah digunakan untuk menentukan COD. Dari jumlah tersebut, kalium dikromat (K2Cr2O7) telah terbukti menjadi yang paling efektif: ini relatif murah, mudah untuk memurnikan, dan mampu mengoksidasi hampir sepenuhnya hampir semua senyawa organik.
Dalam metode ini, volume tetap dengan jumlah berlebih diketahui oksidan ditambahkan ke sampel dari solusi yang sedang dianalisis. Setelah langkah pencernaan refluks, konsentrasi awal zat organik dalam sampel dihitung dari penentuan titrimetri atau spektrofotometri dari oksidan masih tersisa dalam sampel.
Kalium dikromat merupakan zat pengoksidasi yang kuat di bawah kondisi asam. (Keasaman biasanya dicapai dengan penambahan asam sulfat.) Reaksi dengan senyawa kalium dikromat organik diberikan oleh:
CnHaObNc + dCr2O72- + (8d + c)H+
CnHaObNc + dCr2O72- + (8d + c)H+
dimana d = 2n / 3 + a / 6 - b / 3 - c / 2. Paling sering, suatu larutan 0,25 N larutan kalium dikromat yang digunakan untuk penentuan COD, meskipun untuk sampel dengan COD di bawah 50 mg / L, konsentrasi lebih rendah kalium dikromat lebih disukai.
Dalam proses oksidasi zat organik yang ditemukan dalam sampel air, kalium dikromat berkurang (karena dalam semua reaksi redoks, salah satu reagen teroksidasi dan yang lainnya berkurang), membentuk Cr3 +. Jumlah Cr3 + oksidasi ditentukan setelah selesai, dan digunakan sebagai ukuran tidak langsung dari isi organik dari sampel air.
Karena COD mengukur kebutuhan oksigen senyawa organik dalam sampel air, adalah penting bahwa tidak ada bahan organik luar tidak sengaja ditambahkan ke sampel yang akan diukur. Untuk mengontrol untuk ini, sampel yang disebut kosong diperlukan dalam penentuan COD (dan BOD-permintaan oksigen biokimia - dalam hal ini). Sebuah sampel kosong dibuat dengan menambahkan semua reagen (misalnya asam dan oksidator agen) ke volume air suling. COD diukur untuk air dan sampel kosong, dan dua dibandingkan. Kebutuhan oksigen dalam sampel kosong dikurangkan dari COD untuk sampel asli untuk memastikan pengukuran yang benar dari materi organik.
Untuk semua bahan organik harus benar-benar dioksidasi, jumlah kelebihan kalium dikromat (atau agen pengoksidasi) harus hadir. Setelah oksidasi selesai, jumlah kelebihan kalium dikromat harus diukur untuk memastikan bahwa jumlah Cr3 + dapat ditentukan dengan akurasi. Untuk melakukannya, kelebihan kalium dikromat dititrasi dengan ferro ammonium sulfat (FAS) sampai semua zat pengoksidasi berlebih telah dikurangi menjadi Cr3 +. Biasanya, indikator ferroin oksidasi-reduksi yang ditambahkan selama langkah titrasi juga. Setelah semua kelebihan dikromat telah berkurang, perubahan indikator ferroin dari biru-hijau-cokelat kemerahan. Jumlah besi ammonium sulfat ditambahkan adalah setara dengan jumlah kalium dikromat berlebih ditambahkan ke sampel asli. dan juga kita dapat menentukan COD dengan merebus sampel air dan kita dapat menentukan rasio CO2 analyzer infra-merah
Contoh :
Suatu larutan 1,485 g monohidrat 1,10-phenanthroline ditambahkan ke dalam larutan 695 mg FeSO4 · 7H2O dalam air, dan larutan merah yang dihasilkan diencerkan menjadi 100 mL.
Perhitungan
Rumus berikut ini digunakan untuk menghitung COD:
COD = \ frac {8000 (b - s)} {n sampel \ Volume}
di mana b adalah volume FAS digunakan dalam sampel kosong, s adalah volume FAS dalam sampel asli, dan n adalah normalitas FAS. Jika mililiter digunakan secara konsisten untuk pengukuran volume, hasil perhitungan COD diberikan dalam mg / L.
COD ini juga dapat diperkirakan dari konsentrasi senyawa teroksidasi dalam sampel, didasarkan pada reaksi stoikiometri dengan oksigen untuk menghasilkan CO2 (asumsikan C semua berjalan dengan CO2), H2O (asumsikan H semua pergi ke H2O), dan NH3 (menganggap semua N pergi ke NH3), menggunakan rumus berikut:
COD = (C / FW) (RMO) (32)
Dimana
C = Konsentrasi senyawa teroksidasi dalam sampel,
FW = Formula berat senyawa teroksidasi dalam sampel,
RMO = Rasio # mol oksigen ke # mol senyawa teroksidasi dalam
reaksi mereka dengan CO2, air, dan amonia
Sebagai contoh, jika sampel memiliki 500 wppm fenol:
C6H5OH + 7O2 → 6CO2 + 3H2O
COD = (500/94) (7) (32) = 1191 wppm
Beberapa sampel air mengandung kadar tinggi bahan anorganik teroksidasi yang dapat mengganggu penentuan COD. Karena konsentrasi tinggi dalam air limbah yang paling, klorida sering menjadi sumber yang paling serius dari gangguan. Reaksi dengan larutan kalium dikromat persamaan berikut:
6Cl- + Cr2O72- + 14H+
Sebelum penambahan reagen lainnya, sulfat merkuri dapat ditambahkan ke sampel untuk menghilangkan gangguan klorida.
Tabel berikut berisi daftar sejumlah zat anorganik lain yang dapat menyebabkan gangguan. Tabel tersebut juga berisi bahan kimia yang dapat digunakan untuk menghilangkan gangguan tersebut, dan senyawa terbentuk ketika molekul anorganik dihilangkan.
Inorganic molecule | Eliminated by | Elimination forms |
Klorit | Sulfat Merkuri | Klorida Merkuri |
Nitrit | Asam Sulfat | Nitrogen |
Besi | - | - |
Sulfida | - | - |
C. Dissolved Oxygen ( DO )
Dissolved Oxygen ( DO ) atau Oksigen terlarut adalah jumlah oksigen terlarut dalam air yang berasal dari fotosintesa dan absorbsi atmosfer/udara. Oksigen terlarut di suatu perairan sangat berperan dalam proses penyerapan makanan oleh mahkluk hidup dalam air.
Untuk mengetahui kualitas air dalam suatu perairan, dapat dilakukan dengan mengamati beberapa parameter kimia seperti oksigen terlarut (DO). Semakin banyak jumlah DO (dissolved oxygen ) maka kualitas air semakin baik. Jika kadar oksigen terlarut yang terlalu rendah akan menimbulkan bau yang tidak sedap akibat degradasi anaerobik yang mungkin saja terjadi. Satuan DO dinyatakan dalam persentase saturasi.
Oksigen terlarut dibutuhkan oleh semua jasad hidup untuk pernapasan, proses metabolisme atau pertukaran zat yang kemudian menghasilkan energi untuk pertumbuhan dan pembiakan. Disamping itu, oksigen juga dibutuhkan untuk oksidasi bahan – bahan organik dan anorganik dalam proses aerobik. Sumber utama oksigen dalam suatu perairan berasal dari suatu proses difusi dari udara bebas dan hasil fotosintesis organisme yang hidup dalam perairan tersebut (SALMIN. 2000).
Kecepatan difusi oksigen dari udara tergantung dari beberapa faktor seperti kekeruhan air, suhu, salinitas, pergerakan massa air dan udara seperti arcs, gelombang dan pasang surut. ODUM (1971) menyatakan bahwa kadar oksigen dalam air laut akan bertambah dengan semakin rendahnya suhu dan berkurang dengan semakin tingginya salinitas.
Pada lapisan permukaaan, kadar oksigen akan lebih tinggi, karena adanya proses difusi antar air dengan udara bebas serta adanya proses fotosintesis. Dengan bertambahnya kedalaman akan terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, karena proses fotosintesis semakin berkurang dan kadar oksigen yang ada banyak digunakan untuk pernapasan dan oksidasi bahan – bahan organik dan anorganik.
Keadaan oksigen terlarut berlawanan dengan keadaan BOD, semakin tinggi BOD semakin rendah oksigen terlarut. Keperluan organisme terhadap oksigen relatif bervariasi tergantung pada lems, stadium dan aktifitasnya.
Kebutuhan oksigen untuk ikan dalam keadaan diam relatif lebih sedikit dibandingkan dengan ikan pada saat bergerak. Kandungan oksigen terlarut (DO) minimum adalah 2 ppm dalam keadaan normal dan tidak tercemar oleh senyawa beracun. Idealnya, kandungan oksigen terlarut dan tidak boleh kurang dari 1,7 ppm selama waktu 8 jam dengan sedikitnya pada tingkat kejenuhan sebesar 70 % (HUET, 1970). KLH menetapkan bahwa kandungan oksigen terlarut adalah 5 ppm untuk kepentingan wisata bahari dan biota laut ( ANONIMOUS,2004).
Oksigen memegang peranan penting sebagai indikator kualitas perairan, karena oksigen terlarut berperan dalam proses oksidasi dan reduksi bahan organik dan anorganik. Selain itu, oksigen juga menentukan biologik yang dilakukan oleh organisme aerobik dan anaerobik. Dalam kondisi aerobik, peranan oksigen adalah untuk mengoksidasi bahan organik dan anorganik dengan hasil akhirnya adalah nutrien yang ada pada akhirnya dapat memberikan kesuburan perairan.
Dalam kondisi anaerobik oksigen yang dihasilkan akan mereduksi senyawa – senyawa kimia menjadi lebih sederhana dalam bentuk nutrien dan gas. Karena proses oksidasi dan reduksi inilah maka peranan oksigen terlarut sangat penting untuk membantu mengurangi beban pencemaran pada perairan secara alami maupun secara perlakuan aerobik yang ditujukan untuk memurnikan air buangan industri dan rumah tangga.
Analisis oksigen terlarut dapat ditentukan dengan 2 macam cara, yaitu :
a. Metoda titrasi dengan cara WINKLER
Prinsipnya dengan menggunakan titrasi iodometri. Sampel yang akan dianalisis terlebih dahulu ditambahkan larutan MnCl2 den Na0H - KI, sehingga akan terjadi endapan Mn02. Dengan menambahkan H2SO4 atan HCl maka endapan yang terjadi akan larut kembali dan juga akan membebaskan molekul iodium (I2) yang ekivalen dengan oksigen terlarut. Iodium yang dibebaskan ini selanjutnya dititrasi dengan larutan standar natrium tiosulfat (Na2S203) dan menggunakan indikator larutan amilum (kanji). Reaksi kimia yang terjadi dapat dirumuskan :
MnCI2 + NaOH ==> Mn(OH)2 + 2 NaCI
2 Mn(OH)2 + O2 ==> 2 MnO2 + 2 H20
MnO2 + 2 KI + 2 H2O ==> Mn(OH)2 + I2 + 2 KOH
I2 + 2 Na2S2O3 ==> Na2S4O6 + 2 NaI
Kelebihan Metode Winkler dalam menganalisis oksigen terlarut (DO) adalah dimana dengan cara titrasi berdasarkan metoda WINKLER lebih analitis, teliti dan akurat apabila dibandingkan dengan cara alat DO meter. Hal yang perlu diperhatikan dalam titrasi iodometri ialah penentuan titik akhir titrasinya, standarisasi larutan tio dan penambahan indikator amilumnya. Dengan mengikuti prosedur yang tepat dan standarisasi tio secara analitis, akan diperoleh hasil penentuan oksigen terlarut yang lebih akurat. Sedangkan cara DO meter, harus diperhatikan suhu dan salinitas sampel yang akan diperiksa. Peranan suhu dan salinitas ini sangat vital terhadap akurasi penentuan oksigen terlarut dengan cara DO meter. Disamping itu, sebagaimana lazimnya alat yang digital, peranan kalibrasi alat sangat menentukan akurasinya hasil penentuan. Berdasarkan pengalaman di lapangan, penentuan oksigen terlarut dengan cara titrasi lebih dianjurkan untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Alat DO meter masih dianjurkan jika sifat penentuannya hanya bersifat kisaran.
Kelemahan Metode Winkler dalam menganalisis oksigen terlarut (DO) adalah dimana dengan cara WINKLER penambahan indikator amylum harus dilakukan pada saat mendekati titik akhir titrasi agar amilum tidak membungkus iod karena akan menyebabkan amilum sukar bereaksi untuk kembali ke senyawa semula. Proses titrasi harus dilakukan sesegera mungkin, hal ini disebabkan karena I2 mudah menguap. Dan ada yang harus diperhatikan dari titrasi iodometri yang biasa dapat menjadi kesalahan pada titrasi iodometri yaitu penguapan I2, oksidasi udara dan adsorpsi I2 oleh endapan.
b. Metoda elektrokimia
Cara penentuan oksigen terlarut dengan metoda elektrokimia adalah cara langsung untuk menentukan oksigen terlarut dengan alat DO meter. Prinsip kerjanya adalah menggunakan probe oksigen yang terdiri dari katoda dan anoda yang direndam dalam larutan elektrolit. Pada alat DO meter, probe ini biasanya menggunakan katoda perak (Ag) dan anoda timbal (Pb). Secara keseluruhan, elektroda ini dilapisi dengan membran plastik yang bersifat semi permeable terhadap oksigen. Reaksi kimia yang akan terjadi adalah
Katoda : O2 + 2 H2O + 4e ==> 4 HO-
Anoda : Pb + 2 HO- ==> PbO + H20 + 2e
Cara untuk menanggulangi jika kelebihan kadar oksigen terlarut adalah dengan cara :
1. Menaikkan suhu/temperatur air, dimana jika temperatur naik maka kadar oksigen terlarut akan menurun.
2. Menambah kedalaman air, dimana semakin dalam air tersebut maka semakin kadar oksigen terlarut akan menurun karena proses fotosintesis semakin berkurang dan kadar oksigen digunakan untuk pernapasan dan oksidasi bahan – bahan organik dan anorganik.
Cara untuk menanggulangi jika kekurangan kadar oksigen terlarut adalah dengan cara :
1. Menurunkan suhu/temperatur air, dimana jika temperatur turun maka kadar oksigen terlarut akan naik.
2. Mengurangi kedalaman air, dimana semakin dalam air tersebut maka semakin kadar oksigen terlarut akan naik karena proses fotosintesis semakin meningkat.
3. Mengurangi bahan – bahan organik dalam air, karena jika banyak terdapat bahan organik dalam air maka kadar oksigen terlarutnya rendah.
4. Diusahakan agar air tersebut mengalir.
3 komentar:
Terima Kasih ini sangat berguna...
terimakasih
bagian cara kok rada aneh ya bahasanya.
"Mengurangi kedalaman air, dimana semakin dalam air tersebut maka semakin kadar oksigen terlarut akan naik karena proses fotosintesis semakin meningkat."
jadi, mana yang benar? kamu bilang semakin dalam, kadar DOnya meningkat. tp di awal kamu bilang mengurangi kedalaman air.
Posting Komentar