Air

Latar Belakang

Air adalah senyawa kimia yang dibutuhkan oleh sebagian besar tumbuhan dan hewan di Bumi untuk mempertahankan kehidupan. Air murni adalah cairan transparan yang tidak berasa, tidak berbau. Dalam jumlah kecil itu tidak berwarna, tetapi mengambil warna kebiruan dalam jumlah yang lebih besar. Air adalah pelarut yang sangat baik dan sebagai hasilnya biasanya mengandung berbagai macam mineral terlarut dan bahan kimia lainnya. Itu juga dapat membawa dan mendukung bakteri. Sebagian besar air yang didistribusikan melalui sistem air kota diperlakukan untuk menghilangkan zat berbahaya. Beberapa air kemasan bahkan menjalani perawatan lebih lanjut untuk menghilangkan hampir semua kotoran. Kata air dalam bahasa Inggris berasal dari kata Jerman wasser, yang pada gilirannya berasal dari kata Indo-Eropa kuno yang berarti membasahi atau mencuci.

Penggunaan air yang terkendali terjadi setidaknya 8.000 SM. ketika para petani di Mesir dan sebagian Asia menjebak air banjir untuk irigasi tanaman. Konsep menggunakan saluran irigasi untuk membawa air ke tanaman, daripada menunggu banjir, pertama kali dikembangkan sekitar 2.000 SM. di Mesir dan Peru. Sekitar 1.000 SM. , kota Karcho, di tempat yang sekarang disebut Yordania, membangun dua saluran air untuk menyediakan pasokan air yang memadai bagi penduduk kota. Ini adalah contoh pertama yang tercatat dari pasokan air kota yang direncanakan.

Pengolahan air awal ternyata sangat maju, meski jarang dilakukan. Sebuah manuskrip Sansekerta kuno, dari tempat yang sekarang disebut India, menyarankan bahwa air minum harus disimpan dalam wadah tembaga, terkena sinar matahari, dan disaring melalui arang. Prasasti Mesir kuno memberikan nasihat serupa. Banyak dari metode ini masih digunakan sampai sekarang. Pada sekitar 400 SM. , praktisi medis Yunani Hippocrates menyarankan bahwa air harus direbus dan disaring melalui selembar kain. Terlepas dari referensi awal ini, kebanyakan orang meminum air yang tidak diolah dari aliran sungai atau sumur bawah tanah. Selama tidak ada sumber kontaminasi di dekatnya, ini adalah solusi yang memuaskan.

Ketika populasi Eropa dan bagian lain dari dunia beradab tumbuh, sumber air mereka menjadi semakin terkontaminasi. Di banyak kota, sungai-sungai yang menjadi sumber utama air minum sangat tercemar oleh limbah sehingga menyerupai tangki septik terbuka. Kolera, tipus, dan banyak penyakit lain yang terbawa air memakan korban. Pada tahun 1800, William Cruikshank dari Inggris mendemonstrasikan bahwa dosis kecil klorin akan membunuh kuman di dalam air. Pada tahun 1890-an, beberapa kota menemukan bahwa menyaring air secara perlahan melalui hamparan pasir juga dapat secara signifikan mengurangi timbulnya penyakit. Kemarahan publik untuk air minum yang aman mencapai puncaknya sehingga pada awal 1900-an sebagian besar kota besar di Amerika Serikat telah memasang semacam sistem pengolahan air.

Bahkan dengan pengolahan air, pencemaran air tetap menjadi perhatian serius karena meningkatnya jumlah limbah industri yang mengalir ke sungai dan danau negara. Ketika efek kesehatan yang merugikan dari timbal, arsenik, pestisida, dan bahan kimia lainnya diketahui, pemerintah federal Amerika Serikat diwajibkan untuk mengesahkan Undang-Undang Pengendalian Pencemaran Air tahun 1948. Ini adalah undang-undang komprehensif pertama yang mendefinisikan dan mengatur kualitas air. Itu diikuti oleh serangkaian persyaratan yang semakin ketat, yang berpuncak pada standar kualitas air Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) saat ini. Selain standar federal, sebagian besar negara bagian memiliki undang-undang kualitas air mereka sendiri, dan beberapa undang-undang negara bagian lebih ketat daripada yang ditentukan oleh EPA.

Jenis Air

Air murni adalah entitas yang hampir tidak ada. Sebagian besar air mengandung berbagai jumlah mineral terlarut dan garam, ditambah banyak partikel tersuspensi seperti lumpur dan bahan organik mikroskopis. Berbagai jenis air diklasifikasikan berdasarkan ada atau tidak adanya pengotor ini.

Air keran, atau air kota, telah menjalani serangkaian perawatan untuk membunuh bakteri berbahaya, menghilangkan sedimen, dan menghilangkan bau yang tidak menyenangkan. Mungkin juga memiliki satu atau lebih bahan kimia yang ditambahkan karena berbagai alasan.

Air sadah mengandung garam kalsium dan magnesium dalam jumlah tinggi. Hal ini menyebabkan sabun membentuk dadih. Air sadah dibagi lagi menjadi air sadah sementara dan air sadah permanen. Air sadah sementara mengandung bikarbonat kalsium dan/atau magnesium, yang bereaksi membentuk zat keras yang disebut kerak ketika air dipanaskan. Kerak dapat menyumbat pemanas air panas dan pipa dan meninggalkan endapan pada peralatan memasak. Air sadah permanen mengandung sulfat, klorida, atau nitrat kalsium dan/atau magnesium, yang tidak terpengaruh oleh pemanasan. Air lunak mengandung garam kalsium dan magnesium dalam jumlah yang relatif rendah, meskipun definisi "rendah" bervariasi. Istilah "air yang dilunakkan" mengacu pada air sadah yang memiliki cukup garam yang dihilangkan secara kimiawi untuk menghindari pembentukan dadih sabun. Ini tinggi natrium klorida.

Jika air mengandung sejumlah besar mineral terlarut, itu disebut air mineral. Air mineral dapat dibagi menjadi lima kelas utama:salin, alkali, besi, belerang, dan minum. Air garam memiliki kadar natrium atau magnesium sulfat atau natrium klorida yang tinggi. Air alkali memiliki konsentrasi garam yang tinggi yang memberikan pH dalam kisaran sekitar 7,2-9,5, di mana pH 7 adalah netral dan pH 14 sangat basa. Air ferrungious kaya akan zat besi, yang memberikan warna berkarat. Air belerang kaya akan senyawa belerang dan dibedakan dengan bau telur busuknya. Air minum memiliki kandungan mineral kurang dari 500 bagian per juta dan paling sering dikemas dan dijual sebagai air minum khusus.

Air berkarbonasi, air soda, dan air soda semuanya mengandung karbon dioksida terlarut. Ini dapat terjadi secara alami di mana terdapat batu kapur atau batuan karbonat lainnya, atau karbon dioksida dapat ditambahkan secara artifisial di bawah tekanan.

Mata air dan air artesis hanya dibedakan oleh fakta bahwa mereka mengalir dari tanah secara alami tanpa bantuan pengeboran atau pemompaan. Kalau tidak, tidak ada yang membedakannya dengan air dari sumber lain.

Air suling telah dimurnikan dengan proses penguapan-kondensasi yang menghilangkan sebagian besar, tetapi tidak semua, kotoran. Air deionisasi telah dimurnikan dengan proses pertukaran ion, yang menghilangkan ion positif, seperti kalsium dan natrium, dan ion negatif, seperti klorida dan bikarbonat. Kadang-kadang disebut air de-mineral. Air murni adalah air kota yang telah mengalami penyaringan karbon, distilasi, deionisasi, reverse osmosis, sterilisasi ultraviolet, atau beberapa kombinasi dari proses ini untuk menghilangkan hampir semua mineral dan unsur kimia, baik dan buruk.

Bahan Baku

Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen yang terikat pada satu atom oksigen. Simbol kimianya adalah H ₂ O. Air biasanya juga mengandung berbagai bahan organik dan anorganik dalam larutan atau suspensi.

Dalam proses pengolahan air untuk digunakan dalam sistem kota, beberapa bahan kimia dapat ditambahkan. Ini termasuk disinfektan seperti klorin, kloramin, atau ozon; koagulan seperti aluminium sulfat, besi klorida, dan berbagai polimer organik; penetral keasaman seperti soda api atau kapur; dan bahan kimia untuk membantu mencegah kerusakan gigi berupa berbagai senyawa fluoride.

Proses Perawatan

Proses pengolahan air yang spesifik tergantung pada aplikasi yang dimaksudkan. Sebagian air, seperti air yang digunakan untuk mengairi tanaman, tidak menerima perawatan. Air lainnya, seperti air yang digunakan untuk membuat obat-obatan, sangat murni.

Berikut adalah rangkaian operasi yang biasa digunakan untuk mengolah air kota untuk didistribusikan ke rumah dan bisnis.

Mengumpulkan

• 1 Sebagian besar air perkotaan berasal dari dua sumber:air tanah dan air permukaan. Sebagian besar air tanah disadap dengan mengebor sumur ke dalam lapisan pembawa air bawah tanah yang disebut akuifer. Sebagian air tanah naik secara alami dalam bentuk mata air. Air permukaan disadap dengan menahan sungai di belakang bendungan. Daerah sekitarnya yang bermuara ke sungai disebut daerah aliran sungai. Dalam banyak kasus, akses dan penggunaan DAS dibatasi untuk mencegah kontaminasi air limpasan.
• 2 Dari sumur atau bendungan, air dialirkan ke instalasi pengolahan air di saluran terbuka atau pipa tertutup. Dalam beberapa kasus, pasokan air dekat dengan kotamadya. Dalam kasus lain, air harus diangkut ratusan mil (km) untuk mencapai tujuannya. Kadang-kadang air disimpan di reservoir perantara di sepanjang jalan untuk memastikan bahwa akan selalu ada pasokan yang memadai untuk memenuhi kebutuhan kota yang berfluktuasi.

Disinfeksi

• 3 Di beberapa instalasi pengolahan air, air pada awalnya didesinfeksi melalui kontak dengan udara yang kaya ozon dalam serangkaian ruangan. Langkah ini digunakan oleh sebagian besar tanaman di Eropa, tetapi hanya beberapa pabrik di Amerika Serikat. Ozon (03) dibentuk dengan melewatkan udara bertekanan melalui busur listrik bertegangan tinggi. Hal ini menyebabkan beberapa molekul oksigen (02) di udara terbelah dua dan menempel kembali pada molekul oksigen lain untuk membentuk ozon. Ozon secara efektif membunuh sebagian besar kuman dan juga menghancurkan senyawa yang menyebabkan rasa dan bau yang tidak sedap. Namun, ia memiliki umur yang relatif singkat, dan tidak tetap berada di dalam air untuk melindunginya selama penyimpanan dan distribusi. Untuk alasan ini, dosis kecil klorin atau kloramin ditambahkan ke air pada akhir proses pengolahan.

Penggumpalan/penggumpalan

• 4 Air kemudian melewati flash mixer dimana bahan kimia yang dikenal sebagai koagulan dengan cepat dicampur dengan air. Koagulan mengubah muatan listrik di sekitar partikel tersuspensi di dalam air dan membuatnya saling tarik menarik dan menggumpal, atau menggumpal.
• 5 Air bergerak perlahan melalui serangkaian ruang di mana ia bercampur dengan lembut oleh aliran yang berputar. Saat air bercampur, partikel bermuatan terus bertabrakan satu sama lain dan membentuk partikel yang lebih besar yang disebut flok.

Menyelesaikan

• 6 Air mengalir ke bak pengendapan atau tangki di mana flok berat tenggelam ke dasar. Beberapa bak pengendapan memiliki dua tingkat untuk menggandakan kapasitasnya. Bahan yang mengendap di dasar disedot keluar dari baskom dengan alat seperti kolam vakum dan diendapkan dalam baskom penahan padatan. Bahan yang terperangkap dari filter (langkah 7) juga ditambahkan ke bak penampung padatan. Bahan gabungan ini dikirim melalui pengental gravitasi dan kemudian ditekan di mana sebagian besar air diperas. Padatan yang tersisa dimuat ke truk dan diangkut ke tempat pembuangan akhir untuk dibuang.

Memfilter

• 7 Air yang dibersihkan sebagian melewati beberapa lapisan pasir dan batu bara yang dihancurkan, yang menjebak partikel yang sangat kecil yang tersisa di dalam air. Beberapa organisme berbahaya juga terjebak dengan cara ini di instalasi pengolahan air yang tidak menggunakan ozon sebagai desinfektan awal. Lapisan filter dibilas kembali secara berkala untuk menghilangkan material yang terperangkap.

Menyerap

• 8 Pada beberapa tumbuhan, air dilewatkan melalui lapisan butiran arang aktif. Kontaminan kimia dalam air menempel pada permukaan arang dalam proses yang dikenal sebagai adsorpsi karbon.

Aerasi

• 9 Di beberapa daerah di mana airnya mengandung jumlah yang tidak diinginkan dari besi dan mangan atau gas terlarut tertentu, air disemprotkan ke udara dari baskom besar untuk menganginkannya. Ketika air bercampur dengan udara, ia mengambil oksigen, yang menyebabkan beberapa kontaminan mengendap. Kontaminan lainnya dihilangkan dengan penguapan.

Fluoridasi

• 10 Di beberapa instalasi pengolahan air, senyawa fluoes ride ditambahkan ke dalam air untuk membantu mencegah kerusakan gigi. Fluoride terjadi secara alami di beberapa persediaan air dan jumlah tambahan tidak diperlukan. Di masa lalu, fluoridasi telah menjadi topik perdebatan yang hangat, dan tidak setiap kotamadya menambahkan fluorida ke dalam air mereka.

Menetralisir

• 11 Bahan kimia lain dapat ditambahkan ke air untuk membantu mengurangi korosi pada pipa dan perlengkapan pipa. Hal ini dilakukan dengan menambahkan jumlah terkontrol bahan kimia tertentu untuk menyesuaikan faktor pH ke tingkat netral.

Mendistribusikan

• 12 Saat air meninggalkan pabrik pengolahan, ia menerima dosis kecil klorin atau kloramin untuk membunuh bakteri berbahaya yang mungkin masuk ke sistem distribusi. Jika tanaman tidak menggunakan ozon sebagai desinfektan awal, sejumlah besar klorin atau kloramin ditambahkan ke dalam air.
• 13 Setelah air keluar dari pabrik, biasanya disimpan dalam tangki atau reservoir tertutup untuk melindunginya dari kontaminasi. Di beberapa daerah, fasilitas penyimpanan ini terletak di ketinggian yang lebih tinggi daripada daerah sekitarnya, dan air dipompa ke tangki atau reservoir. Posisi penyimpanan yang ditinggikan ini memberikan tekanan yang diperlukan untuk aliran yang memadai melalui saluran air dan pipa di dalam kota. Dalam kasus lain, air disimpan di fasilitas permukaan tanah, dan tekanan disuplai oleh pompa listrik yang bekerja sesuai permintaan.

Kontrol Kualitas

Standar kualitas air federal dan negara bagian menetapkan tingkat kontaminasi maksimum untuk lebih dari 90 bahan organik, anorganik, mikrobiologi, dan radioaktif yang dapat ditemukan dalam air. Standar ini dibagi lagi menjadi standar primer, yang mencakup bahan yang dapat membahayakan manusia, dan standar sekunder, yang mencakup bahan dan sifat yang dapat mempengaruhi kualitas estetika seperti rasa, bau, dan penampilan. Sebuah distrik air yang khas dapat melakukan lebih dari 50.000 analisis kimia dan bakteriologis dari pasokan air setiap tahun untuk memastikan standar terpenuhi.

Masa Depan

Kepedulian masyarakat terhadap air minum yang aman diharapkan akan menghasilkan standar kualitas air yang lebih ketat di masa depan. Ironisnya, salah satu kekhawatiran terbaru bukanlah tentang kontaminasi dari luar, tetapi tentang efek dari salah satu zat yang biasa digunakan untuk mendisinfeksi air—klorin. Studi dalam 30 tahun terakhir telah menunjukkan bahwa klorin membentuk senyawa tertentu dengan bahan organik yang ditemukan dalam air. Senyawa yang paling umum disebut trihalomethanes, atau THMs, yang memiliki risiko 1 dari 10.000 menyebabkan kanker jika tertelan atau terhirup dalam waktu lama. Salah satu alternatif penggunaan klorin adalah kloramin, yang merupakan kombinasi amonia dan klorin yang tidak mudah membentuk THM. Banyak pabrik pengolahan air telah beralih ke kloramin. Disinfektan alternatif lainnya termasuk ozon, sinar ultraviolet, klorin dioksida, dan hibrida ozon dan hidrogen peroksida yang disebut perokson.