Air: Sejarah, Jenis, dan Proses Pengolahan Modern
Latar Belakang
Air (H2O) adalah pelarut esensial yang menyelidiki kehidupan untuk sebagian besar tumbuhan dan hewan di Bumi. Dalam bentuk paling murni, air tidak berasa, tidak berbau, dan transparan, mengambil nuansa biru halus dalam volume yang lebih besar. Karena ia melarutkan berbagai macam mineral dan kimia, sebagian besar air alami mengandung garam yang terlarut, materi organik, dan terkadang bakteri. Pasokan municipal melalui pengolahan untuk menghilangkan bahan berbahaya; air botol premium dapat difurnir lebih lanjut hingga kekekalan hampir mutlak. Kata Inggris water berasal dari Jerman wasser, yang berasal dari akar Indo-Eropa kuno yang berarti “membasahi atau mencuci.”
Penggunaan air yang terkontrol berumur setidaknya hingga 8.000 SM, ketika petani Mesir dan Asia menangkap air banjir untuk irrigasi. Kanal irigasi pertama muncul sekitar 2.000 SM di Mesir dan Peru, dan pada tahun 1.000 SM kota Karcho Yordania membangun aqueduct—pasokan air municipal paling awal yang terdokumentasi. Metode pengolahan awal cukup canggih. Teks Sanskrit kuno menyarankan menyimpan air dalam wadah tembaga, menyeduh di bawah sinar matahari, dan menyaring melalui arang. Inskripsi Mesir merekomendasikan praktik serupa. Hippocrates (≈ 400 SM) mendukung merebus dan saring kain. Namun air sungai dan sumur yang tidak diobati tetap menjadi norma hingga kontaminasi menjadi krisis kesehatan masyarakat pada abad ke-19.
Industriisasi yang cepat dan pertumbuhan populasi mengubah sungai menjadi lumpur terbuka, memicu kolera, tifus, dan penyakit air lainnya. Pada tahun 1800, William Cruikshank membuktikan bahwa dosis kecil klorin membunuh kuman air. Pada tahun 1890-an, penyaringan pasir secara signifikan mengurangi insiden penyakit. Tekanan publik memaksa kota AS untuk mengadopsi sistem pengolahan air pada awal abad ke-20. Meskipun kemajuan ini, polutan industri—timbal, arsen, pestisida—terus membahayakan kualitas air, memicu Undang-Undang Kontrol Pencemaran Air 1948, regulasi federal komprehensif pertama. Legislasi berikutnya culminates dalam standar kualitas air EPA, sementara banyak negara bagian memberlakukan aturan yang lebih ketat.
Jenis Air
Air murni jarang; sebagian besar air alami mengandung mineral, garam, dan partikel terpencil yang terlarut. Klasifikasi bergantung pada tingkat kotoran.
Air keran municipal melalui pengendapan, pengendapan sediment, dan eliminasi bau. Kimia tambahan dapat ditambahkan untuk alasan kualitas air.
Air keras mengandung tingkat garam kalsium dan magnesium yang tinggi, menyebabkan noda sabun. Ia dibagi menjadi air keras sementara—mengandung bikarbonat yang membentuk lapisan saat dipanaskan—dan air keras permanen—mengandung sulfat, klorida, atau nitrat yang tetap stabil. Air lunak memiliki kalsium/magnesium rendah, namun “air lunak” merujuk pada air keras yang telah garamnya dihilangkan secara kimia, sering menghasilkan kandungan klorida natrium yang tinggi.
Air mineral, kaya akan mineral yang terlarut, terbagi menjadi lima kategori utama: salin, alkali, feruginous, sulfur, dan layak minum. Air salin tinggi dalam natrium atau sulfat atau klorida magnesium; air alkali memiliki pH 7,2–9,5; air feruginous kaya besi; air sulfur mengandung senyawa sulfur dan bau telur busuk khas; air layak minum memiliki <500 ppm mineral dan biasanya dibotol sebagai air minuman khusus.
Air karbonasi, soda, dan air sparkling mengandung CO2 yang terlarut, baik secara alami dari dasar batu kapur atau secara buatan disuntikkan di bawah tekanan.
Air mata air dan air artesis dibedakan oleh munculnya secara alami dari tanah tanpa bor atau pompa, namun selain itu berbagi properti yang sama dengan sumber air lainnya.
Air tislat hasil dari evaporasi-kondensasi, menghilangkan sebagian besar kotoran; air deionisasi (de-mineralisasi) menggunakan pertukaran ion untuk menghilangkan kation dan anion; air tular menggabungkan penyaringan, distilasi, deionisasi, osinosis terbalik, dan sterilisasi UV untuk menghilangkan hampir semua mineral dan kimia.
Bahan Baku
Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen yang terikat pada satu atom oksigen (H2O). Selain H2O, air biasanya mengandung berbagai macam materi organik dan anorganik.
Pengolahan municipal dapat memperkenalkan desinfektan (klorin, kloramin, ozon), koagulan (sulfat aluminium, klorida besi, polimer organik), netralisator keasaman (soda kaustik, kapur), dan senyawa fluoride untuk kesehatan gigi.
Proses Pengolahan
Pengolahan air bervariasi menurut penggunaan yang dimaksudkan. Air irigasi mungkin tidak diobati, sedangkan air kelas farmasi melalui pemurnian ekstrim.
Berikut adalah urutan tipikal untuk air municipal yang ditujukan untuk rumah dan bisnis.
Pengumpulan
- 1 Sebagian besar pasokan municipal berasal dari air tanah dan air permukaan. Air tanah diakses dengan membor sumur ke akuifer atau melalui mata air alami. Air permukaan ditangkap dengan menahan sungai di belakang bendungan. Daerah tangkapan yang disebut watershed; akses sering diatur untuk mencegah kontaminasi larian.
- 2 Air diangkut dari sumur atau bendungan ke pabrik pengolahan melalui kanal terbuka atau pipa tertutup. Dalam beberapa kasus, air berjalan ratusan mil dan disimpan di reservoir perantara untuk memastikan pasokan berkelanjutan.
Pengendapan
- 3 Beberapa pabrik memulai pengolahan dengan kamar kontak ozon—metode yang umum di Eropa tetapi jarang di AS. Ozon (O3) dihasilkan dengan melewatkan udara terkompresi melalui busur tegangan tinggi, memecah molekul O2. Ozon efektif membunuh mikroba dan merusak senyawa yang menghasilkan bau tetapi memiliki umur pendek; oleh karena itu, dosis kecil klorin atau kloramin ditambahkan nanti untuk desinfeksi residual.
Koagulasi/Flokulasi
- 4 Koagulan dicampur dengan cepat dengan air dalam flash mixer, menutralkan muatan pada partikel terpencil dan menyebabkan mereka bergumpal bersama.
- 5 Air kemudian melewati pengaduk lembut perlahan, di mana flok—agregat yang lebih besar—terbentuk dan tenggelam.
Pengendapan
- 6 Campuran memasuki tangki pengendapan di mana flok tenggelam ke dasar. Beberapa tangki memiliki dua tahap untuk meningkatkan kapasitas. Padatan yang telah tenggelam divisap ke tangki penampung, lalu diencerkan dalam pengental gravitasi dan ditekan untuk mengekstrak air. Padatan yang tersisa diangkut ke tempat pembuangan sampah.
Penyaringan
- 7 Air yang sebagian dihindarkan melewati lapisan pasir dan arang bubuk, menangkap partikel halus dan beberapa organisme, terutama di pabrik yang tidak menggunakan ozon.
Adsorpsi
- 8 Beberapa pabrik menggunakan kandang arang aktif; kontaminan menempel pada permukaan arang melalui adsorpsi.
Aerasi
- 9 Di wilayah dengan besi, manganese, atau gas terlarut yang tinggi, air dihembuskan ke udara dari kolam besar untuk mengaerasi. Oksigenasi menyebabkan beberapa kontaminan mengendap atau menguap.
Floridasi
- 10 Senyawa fluoride ditambahkan untuk mencegah kerusakan gigi. Fluoride alami mungkin ada, jadi dosis tambahan opsional. Floridasi masih menjadi topik yang debat, dan tidak semua municipalitas menggunakannya.
Netralisasi
- 11 Untuk mengurangi korosi pipa, kimia menyesuaikan pH ke tingkat netral.
Pengedaran
- 12 Saat keluar dari pabrik, air menerima dosis residual klorin atau kloramin untuk membunuh mikroorganisme yang mungkin telah memasuki sistem distribusi. Jika ozon tidak digunakan awalnya, dosis residual yang lebih tinggi diterapkan.
- 13 Air kemudian disimpan dalam tangki atau reservoir tertutup—sering di posisi tinggi—untuk melindungi dari kontaminasi dan mempertahankan tekanan. Di area lain, tangki tingkat tanah bergantung pada pompa listrik untuk menyediakan aliran yang memadai.
Kontrol Kualitas
Standar federal dan negara bagian menetapkan level maksimum untuk lebih dari 90 zat organik, anorganik, mikrobiologis, dan radioaktif. Standar primer melindungi kesehatan manusia; standar sekunder menangani atribut estetika seperti rasa, bau, dan penampilan. Sebuah distrik air tipikal dapat melakukan >50.000 analisis tahunan untuk memverifikasi kepatuhan.
Masa Depan
Permintaan publik terhadap air minuman yang aman akan mendorong standar yang semakin ketat. Kekhawatiran kontemporer yang signifikan adalah pembentukan trihalometana (THM) oleh klorin saat bereaksi dengan materi organik. THM membawa risiko kanker 1-in-10,000 selama paparan jangka panjang. Kloramin—campuran ammonia-klorin—menghasilkan lebih sedikit THM dan kini banyak dipakai oleh pabrik. Alternatif lainnya termasuk ozon, cahaya UV, dioksida klorin, dan peroxone (ozon-hidrogen peroksida). Inovasi yang berkelanjutan akan menyeimbangkan efektivitas desinfeksi dengan keamanan konsumen.
