Selasa, 02 November 2010

Reverse Osmosis

Reverse Osmosis
Definisi
Osmosis adalah proses difusi sebuah cairan (kebanyakan air) melalui membran semi-permeable, cairan tersebut mengalir dari larutan berkonsentrasi rendah (berarti memiliki kadar air yang lebih tinggi) menuju larutan berkonsentrasi tinggi (berarti memiliki kadar air yang lebih rendah). Osmosis merupakan proses fisik perpindahan cairan melewati membran semi-permeable dari dua larutan yang memiliki beda konsentrasi, tanpa bantuan energi dari luar, bahkan proses osmosis merupakan bentuk pelepasan energi.
Reverse Osomosis adalah bentuk proses kebalikan dari proses osmosis tadi. Reverse osmosis merupakan proses perpindahan cairan (air) melalui membran semi-permeable, (bedanya dengan proses osmosis adalah cairan mengalir dari larutan berkonsentrasi tinggi menuju berkonsentrasi rendah, alias proses penyaringan atau filtrasi, air boleh lewat tapi harus bebas dari ampasnya. Karena proses ini kebalikan dari proses osmosis, maka proses reverse osmosis membutuhkan anergi dari luar, yaitu sebuah pompa untuk menaikkan tekanan di satu sisinya sehingga mampu mendorong air untuk melewati membran tersebut.








Gambar 1 Diagram Reverse Osmosis
Larutan dengan konsentrasi tinggi (air plus pengotor-pengotornya) didorong menuju membran RO (yang merupakan saringan/filter), namun karena ukuran lubang-lubang pada membran hanya sebesar 0,0006 mikron (dimana 1 mikron = 1/1000 mm), maka hanya air murni (H2O) saja yang dapat melewatinya. Pengotor-pengotor nya akan tersaring dan terbuang.

Teknologi Reverse Osmosis
Seperti yang telah diuraikan diatas, Teknologi Reverse Osmosis menggunakan kebalikan dari teknik osmosis, Osmosis sendiri merupakan kegiatan alami biasanya ditemui pada zat cair, yaitu berpindahnya zat cair tersebut dari yang mempunyai tingkat kepekatan yang rendah menuju ke tingkat kepekatan yang lebih tinggi melalui suatu membran tertentu.














Gambar 2 sketsa Reverse Osmosis

Membran pada RO digunakan sebagai filter yang akan menyaring partikel yang mempunyai ukuran lebih besar dari 1/10000 mikron











Gambar 3 Membran Reverse Osmosis

Sehingga hanya dapat dilewati oleh zat pelarutnya saja dan tidak oleh zat terlarut (kontaminan), dimana untuk dapat melewatinya dibutuhkan tekanan yang sangat tinggi.

Sejarah Perkembangan Teknologi Reverse Osmosis
Awalnya Penelitian Reverse Osmosis dibiayai oleh pemerintah Amerika Serikat  dan berhasil membuat membran yang layak dipergunakan untuk salinasi air laut pada akhir tahun 1950.
Sebagai bagian dari seni menyaring air untuk menghasilkan air murni dan ultra murni. Pada mulanya teknologi Reverse Osmosis diciptakan untuk melakukan salinasi air laut, kemudian mulai dipergunakan oleh berbagai industri yang membutuhkan air murni dan air ultra murni termasuk diantaranya adalah industri air minum dalam kemasan. Akhirnya Reverse Osmosis diproduksi secara massal untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga diseluruh dunia tentunya dengan harga yang terjangkau, bahkan terjangkau oleh mayoritas masyarakat negara berkembang yang memiliki penghasilan > 1000 USD per tahun (setara Rp. 750.000,-/ bulan). Hingga saat ini membrane Reverse Osmosis belum layak dipergunakan untuk melakukan salinasi air limbah industri maupun limbah rumah tangga. Karena itu air limbah industri maupun rumah tangga harus melalui penyaringan metode lainnya sebelum diteruskan ke membran Reverse Osmosis.

Prinsip Kerja Reverse Osmosis
Reverse Osmosis dalam proses pemurniannya melalui beberapa tahapan penyaringan sehingga menghasilkan kualitas air murni.

·         Filter Sediman 5 mikron/1 mikron menyaring kotoran yang lebih besar dari mikron dan 1 kiron seperti karat, pasir, lumpur, bahan mikro dan kapur.
·         GAC Karbon aktif berbentuk butiran, menyaring bahan-bahan organik seperti bau, rasa, klorin, detergen, trikloromentana, bajakimia, CTO.
·         Carbon Block Aktif 10 mikron, menyaring sama seperti diatas hanya saja dengan daya saring yang lebih tinggi.
·         Membran Karbon Reverse Osmosis, menyaring karbon, bakteri, virus, racun logam arsenik, plumbum, kadmium, raksa, ion logam, cahaya, pada tahap inilah ion air dipisahkan dari air kotor sehingga menghasilkan air yang murni.
·         Post Carbon - Karbon Teraktif Kualitas Tinggi, menyerap bahan organik, menjamin kualitas/ rasa air dan mengembalikan rasa air.

Sebuah membran semi-permeable, seperti halnya membran yang tersusun dari dinding-dinding sel atau seperti susunan sel pada kantung kemih, bersifat selektif terhadap benda-benda yang akan melaluinya. Umumnya membran ini sangat mudah untuk dilalui oleh air karena ukuran molekulnya yang kecil; tapi juga mencegah kontaminan-kontaminan lain yang mencoba melaluinya. Sebagai percobaan, air diisikan di kedua sisi membran, dimana air di salah satu sisinya memiliki perbedaan konsentrasi mineral-mineral terlarut, karena air memiliki sifat berpindah dari larutan berkonsentrasi rendah menjuju larutan berkonsentrasi lebih tinggi, maka air akan berpindah (berdifusi) melalui membran dari sisi konsentrasi rendah ke sisi konsentrasi yang lebih tinggi. Sehingga, tekanan osmotik akan melawan proses difusi, dan akan terbentuk kesetimbangan.








Gambar 4 proses osmosis

Proses Reverse Osmosis menggerakkan air dari konsentrasi kontaminan yang tinggi (sebagai air baku) menuju penampungan air yang memiliki konsentrasi kontaminan sangat rendah. Dengan menggunakan air bertekanan tinggi di sisi air baku, sehingga dapat menciptakan proses yang berlawanan (reverse) dari proses alamiah osmosis. Dengan tetap menggunakan membran semi-permeable maka hanya akan mengijinkan molekul air yang melaluinya dan membuang bermacam-macam kontaminan yang terlarut. Proses spesifik yang terjadi dinamakan ion eksklusi, dimana sejumlah ion pada permukaan membran sebagai sebuah pembatas mengijinkan molekul-molekul air untuk melaluinya seiring melepas substansi-substansi lain.















Gambar 5 proses reverse osmosis

Membran semi-permeable di awal-awal percobaan osmosis berasal dari kantung kemih babi. Sebelum tahun 1960, membran-membran jenis ini dinilai sangat tidak efisien, mahal, dan tidak handal untuk penggunaan aplikasi osmosis diluar laboratorium. Bahan-bahan sintetik modern, mampu memecahkan masalah ini, membuat membran menjadi lebih efektif dalam menghilangkan kontaminan, dan membuatnya lebih kuat untuk menahan tekanan air yang lebih besar sebagai efisiensi pengoperasian.
Walaupun dengan kemampuannya untuk memurnikan air baku, sebuah sistem Reverse Osmosis harus secara berkala dibersihkan untuk mencegah terbentuknya kerak di permukaan membran. Sistem Reverse Osmosis memerlukan karbon sebagai penyaring awal untuk mereduksi kandungan klorin yang akan merusak membran Reverse Osmosis; dan juga membutuhkan filter sedimen untuk menyaring material-material terlarut dari air baku sehingga tidak menyumbat di membran. Mereduksi kesadahan melalui proses water softening atau chemical softening juga dibutuhkan untuk wilayah-wilayah yang memiliki air baku yang sadah.





Teknologi Membran pada Reverse Osmosis
pemisahan dengan membran memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki metode-metode pemisahan lainnya.
Keunggulan membran ini adalah pemisahan dengan membran tidak membutuhkan zat kimia tambahan dan juga kebutuhan energinya sangat minimum. Membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya molekul-molekul dengan ukuran tertentu saja yang bisa melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Selain keunggulan-keunggulan yang telah disebutkan, teknologi membran ini sederhana, praktis, dan mudah dilakukan.

Definisi Membran
Membran separation yaitu suatu teknik pemisahan campuran 2 atau lebih komponen tanpa menggunakan panas. Komponen-komponen akan terpisah berdasarkan ukuran dan bentuknya, dengan bantuan tekanan dan selaput semi-permeable. Hasil pemisahan berupa retentate (bagian dari campuran yang tidak melewati membran) dan permeate (bagian dari campuran yang melewati membran).

Struktur Membran
Berdasarkan jenis pemisahan dan strukturnya, membran dapat dibagi menjadi 3 kategori:
Diagram Membran
Membran. Sweep (berupa cairan atau gas) digunakan untuk membawa permeate hasil pemisahan.

·           Porous membrane, Pemisahan berdasarkan atas ukuran partikel dari zat-zat yang akan dipisahkan. Hanya partikel dengan ukuran tertentu yang dapat melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan. Berdasarkan klasifikasi dari IUPAC, pori dapat dikelompokkan menjadi macropores (>50nm), mesopores (2-50nm), dan micropores (<2nm). Porous membran digunakan pada microfiltration dan ultrafiltration.
·           Non-porous membrane, Dapat digunakan untuk memisahkan molekul dengan ukuran yang sama, baik gas maupun cairan. Pada non-porous membrane, tidak terdapat pori seperti halnya porous membrane. Perpindahan molekul terjadi melalui mekanisme difusi. Jadi, molekul terlarut di dalam membran, baru kemudian berdifusi melewati membran tersebut.
·           Carrier membrane, Pada carriers membrane perpindahan terjadi dengan bantuan carrier molecule yang mentransportasikan komponen yang diinginkan untuk melewati membran. Carrier molecule memiliki afinitas yang spesifik terhadap salah satu komponen sehingga pemisahan dengan selektifitas yang tinggi dapat dicapai.







Gambar 6 Membran. Sweep (berupa cairan atau gas) digunakan untuk membawa permeate hasil pemisahan.






Gambar 7 membrane separation.









 

Teknologi Membran pada Reverse Osmosis
pemisahan dengan membran memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki metode-metode pemisahan lainnya.
Keunggulan membran ini adalah pemisahan dengan membran tidak membutuhkan zat kimia tambahan dan juga kebutuhan energinya sangat minimum. Membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya molekul-molekul dengan ukuran tertentu saja yang bisa melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Selain keunggulan-keunggulan yang telah disebutkan, teknologi membran ini sederhana, praktis, dan mudah dilakukan.

Definisi Membran
Membran separation yaitu suatu teknik pemisahan campuran 2 atau lebih komponen tanpa menggunakan panas. Komponen-komponen akan terpisah berdasarkan ukuran dan bentuknya, dengan bantuan tekanan dan selaput semi-permeable. Hasil pemisahan berupa retentate (bagian dari campuran yang tidak melewati membran) dan permeate (bagian dari campuran yang melewati membran).

Struktur Membran
Berdasarkan jenis pemisahan dan strukturnya, membran dapat dibagi menjadi 3 kategori:
Diagram Membran
Membran. Sweep (berupa cairan atau gas) digunakan untuk membawa permeate hasil pemisahan.

·           Porous membrane, Pemisahan berdasarkan atas ukuran partikel dari zat-zat yang akan dipisahkan. Hanya partikel dengan ukuran tertentu yang dapat melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan. Berdasarkan klasifikasi dari IUPAC, pori dapat dikelompokkan menjadi macropores (>50nm), mesopores (2-50nm), dan micropores (<2nm). Porous membran digunakan pada microfiltration dan ultrafiltration.
·           Non-porous membrane, Dapat digunakan untuk memisahkan molekul dengan ukuran yang sama, baik gas maupun cairan. Pada non-porous membrane, tidak terdapat pori seperti halnya porous membrane. Perpindahan molekul terjadi melalui mekanisme difusi. Jadi, molekul terlarut di dalam membran, baru kemudian berdifusi melewati membran tersebut.
·           Carrier membrane, Pada carriers membrane perpindahan terjadi dengan bantuan carrier molecule yang mentransportasikan komponen yang diinginkan untuk melewati membran. Carrier molecule memiliki afinitas yang spesifik terhadap salah satu komponen sehingga pemisahan dengan selektifitas yang tinggi dapat dicapai.







Gambar 6 Membran. Sweep (berupa cairan atau gas) digunakan untuk membawa permeate hasil pemisahan.






Gambar 7 membrane separation.

Low Pressure Sistem
Sistem Reverse Osmosis bertekanan rendah adalah yang bertekanan kurang dari 100 psig. Biasanya digunakan di area perumahan yang menggunakan sistem penampungan seperti pada skema berikut.











Gambar 8 sistem reverse osmosis

Tangki penampungan penempatan di atas (countertop) biasanya tidak bertekanan; namun jenis tangki penampung terbenam (undersink) biasanya bertekanan yang akan bertambah seiring bertambahnya isi tangki. Sistem bertekanan ini mampu menyediakan tekanan yang cukup untuk menggerakkan air dari tangki penampungan menuju kran. Tapi sayangnya, hal ini juga akan menciptakan tekanan balik melawan membran, yang dapat menurunkan efisiensi sistem. Beberapa unit mengatasi masalah ini dengan menggunakan tangki tidak bertekanan dengan pompa untuk mendapatkan air yang telah dimurnikan saat dibutuhkan.
Unit-unit bertekanan rendah biasanya mampu menghasilkan 2 – 15 galon per hari, dengan efisiensi besar jumlah air limbah (reject water) sebanyak 2 – 4 galon untuk setiap galon air murni yang dihasilkan. Kemurnian air yang dihasilkan mampu mencapai 95%. Sistem jenis ini sangat terjangkau. Unit jenis ini memerlukan pemeliharaan berupa penggantian pre dan post filter (biasanya 1 hingga 4 kali per tahun); dan penggantian membran Reverse Osmosis setiap 2 hingga 3 tahun sekali, tergantung penggunaan.

High Pressure System
Sistem tekanan tinggi biasanya beroperasi pada tekanan 100 – 1000 psig, tergantung membran yang digunakan dan air yang akan diolah. Sistem ini biasanya digunakan untuk industri dan komersial dimana dibutuhkan volume yang besar namun tetap pada standar kemurnian yang tinggi.
Kebanyakan sistem komersial dan industri menggunakan banyak membran yang diatur secara pararel untuk menghasilkan jumlah air yang diinginkan. Air yang telah diproses dari stage pertama kemudian dilanjutkan ke modul membran tambahan untuk mendapatkan tingkat pemurnian yang lebih tinggi. Air limbah yang dihasilkan dapat juga diarahkan ke modul membran berikutnya untuk meningkatkan efisiensi sistem (lihat diagram dibawah berikut), walau pembersihan (flushing) masih tetap diperlukan saat konsentrasi meningkat mencapai tingkat kegagalan (fouling).
Sistem High Pressure untuk industri mampu menghasilkan 10 hingga ribuan galon air perhari dengan efisiensi 1 – 9 galon air limbah. Kemurnian air bisa mencapai 95%. Sistem ini lebih besar dan lebih rumit dibandingkan sistem Low Pressure.

Treatment Reverse Osmosis
Reverse Osmosis mampu menghilangkan banyak jenis kontaminan kesehatan dan aestatik. Didesain dengan efektif sehingga mampu menghilangkan rasa, warna dan bau yang tidak sedap, dan rasa asin atau soda yang disebabkan oleh klorida atau sulfat.
Reverse Osmosis juga efektif untuk menghilangkan kontaminan kesehatan seperti arsenik, asbestos, atrazine (hebrisida/pestisida), florida, timah, merkuri, nitrat, dan radium. Dengan menggunakan pre-filter karbon yang sesuai (yang biasanya termasuk di banyak sistem reverse osmosis), maka akan mampu menghilangkan kontaminan seperti benzene, trikloretilen, trihalometana, dan radon. Beberapa sistem reverse osmosis juga mampu menghilangkan kontaminan biologi seperti Crystosporidium. Peringatan dari Water Quality Association (WQA), bahwa membran reverse osmosis secara umum mampu menghilangkan semua mikro-organisme dan kontaminan kesehatan, dengan perancangan sistem reverse osmosis yang dapat mencegah kegagalan perlindungan pada sistem air minum.

Kinerja Filter Reverse Osmosis
Kinerja alat Reverse Osmosis sebenarnya diukur dari kinerja filter dan memmbran RO dengan mengukur besar TDS yang mampu dihilangkan. Besar penurunan TDS mengindikasikan penurunan mikro-organisme dan partikel non-solid berbahaya seperti khlorin dan florida. pastikan memeriksa kualitas air minum paling tidak 1 kali setiap bulannya untuk mengetahui bahwa filter dan membran RO masih dalam kondisi baik.

Carbon Filter
Carbon Filter merupakan teknologi yang paling sering digunakan di sistem filtrasi air minum. Tapi sayangnya, pemilik sistem filtrasi seperti ini jarang melakukan pemeriksaan. Di banyak kasus, filter tidak dibersihkan dengan baik, atau tidak dilakukan penggantian secara berkala. Pemakaian yang melewati batas waktu akan menurunkan kinerjanya, bahkan akhirnya kontaminan yang sudah overload di dalam filter ikut keluar bersama air minum.
Kinerja sesudah alat RO dilihat dari persentase penurunan kadar TDS atau disebut dengan rejection rate. Rejection rate adalah persentase kontaminan yang tidak bisa tembus/melewati membran. Rejection rate harus setinggi mungkin sehingga air minum bisa masuk kategori “ideal“.
Untuk mengetahui besar rejection rate maka perlu diketahui besar TDS air baku (air sebelum diolah). Sebagai contoh, air baku diujikan dan diketahui memiliki konsentrasi TDS sebesar 300ppm, setelah diolah menggunakan alat Reverse Osmosis didapatkan hasil sebesar 15 – 30ppm, maka rejection rate adalah sebesar 90% – 95%.
Namun, alat Reverse Osmosis di-desain untuk kualitas air baku tertentu, dan besar rejection rate tertentu. Jadi, jika suatu alat Reverse Osmosis di-desain dengan rejection rate yang rendah, maka kualitas air minum yang dihasilkan juga menurun.

Menurunkan TDS (Total Dissolved Solids) Dalam Air
Definisi TDS (Total Dissolved Solids)
Total Dissolved solids disingkat TDS. adalah “benda padat yang terlarut” yaitu semua mineral, garam, logam, serta kation-anion yang terlarut di air. Termasuk semua yang terlarut diluar molekul air murni (H2O). Secara umum, konsentrasi benda-benda padat terlarut merupakan jumlah antara kation dan anion didalam air. TDS terukur dalam satuan Parts per Million (ppm) atau perbandingan rasio berat ion terhadap air.
Benda-benda padat di dalam air tersebut berasal dari banyak sumber, organik seperti daun, lumpur, plankton, serta limbah industri dan kotoran. Sumber lainnya bisa berasal dan limbah rumah tangga, pestisida, dan banyak lainnya. Sedangkan, sumber anorganik berasal dari batuan dan udara yang mengandung kasium bikarbonat, nitrogen, besi fosfor, sulfur, dan mineral lain. Semua benda ini berentuk garam, yang merupakan kandungannya perpaduan antara logam dan non logam. Garam-garam ini biasanya terlarut di dalam air dalam bentuk ion, yang merupakan partikel yang memiliki kandungan positif dan negatif. Air juga mengangkut logam seperti timah dan tembaga saat perjalanannya di dalam pipa distribusi air minum.
Sesuai regulasi dari Enviromental Protection Agency (EPA) USA, menyarankan bahwa kadar maksimal kontaminan pada air minum adalah sebesar 500mg/liter (500 ppm). Kini banyak sumber-sumber air yang mendekati ambang batas ini. Saat angka penunjukan TDS mencapai 1000mg/L maka sangat dianjurkan untuk tidak dikonsumsi manusia. Dengan angka TDS yang tinggi maka perlu ditindaklanjuti, dan dilakukan pemeriksaan lebih lanjut. Umumnya, tingginya angka TDS disebabkan oleh kandungan potassium, khlorida, dan sodium yang terlarut di dalam air. Ion-ion ini memiliki efek jangka pendek (short-term effect), tapi ion-ion yang bersifat toxic (seperti timah arsenic, kadmium, nitrat dan banyak lainnya) banyak juga yang terlarut di dalam air.
Air dengan TDS tinggi tidak diinginkan atau berbahaya, dikarenakan:
·         Karena akan terasa getir, asin, terasa seperti terlarut logam, dan memiliki bau yang tidak sedap
·         Air dengan TDS tinggi kurang bisa mengurangi rasa haus.
·         Air dengan TDS tinggi mempengaruhi rasa makanan dan minuman, sehingga mengurangi selera makan.
·         Air dengan TDS tinggi dapat saja terkandung mineral-mineral berbahaya seperti nitrat, sodium, sulfat, barium, cadmium, tembaga, dan florid.
·         Jika seseorang minum 2 gelas air per hari, maka jika ditotal selama 70 tahun hidupnya orang tersebut mengkonsumsi 4500 galon air. Jika air itu bukan air murni, dari 4500 galon ini mengandung 200-300 pound batuan yang tubuh tidak perlukan. Kebanyakan akan dibuang melalui saluran ekskresi. Tapi, sebagian akan tinggal di dalam tubuh, dan akan mengakibatkan kekakuan sambungan persendian, pengerasan arteri, batu ginjal, penyumbatan arteri, dan kaliper mikroskopik dan mengalir keseluruh tubuh.

















Gambar 9 pengujian TDS dengan TDS meter

Bahkan sistem purifikasi air minum terbaik yang terdapat dipasaran, tetap harus dimonitor dengan TDS meter untuk memastikan filter dan/atau membran bekerja dengan baik, atau harus dilakukan penggantian terhadap kerjanya untuk menghilangkan partikel-partikel yang tidak diinginkan dan bakteri yang terlarut didalam air.
Berikut adalah beberapa alasan mengapa pentingnya untuk memeriksa level TDS air minum kita :
1.                Rasa/Kesehatan
Air yang memiliki level TDS tinggi memiliki rasa yang kurang enak, terasa agak asin, pahit, atau metalik. Bisa juga berindikasi terdapatnya mineral-mineral yang bersifat toxic. Enviromental Protection Agency (EPA) USA, menyarankan bahwa kadar maksimal kontaminan pada air minum adalah sebesar 500mg/liter (500 ppm).




2.    Kinerja Filter
Pengujian ini untuk memastikan sistem reverse osmosis atau sistem purifikasi air memiliki tingkat kemampuan pembuangan partikel-pertikel pengotor, dan diketahui kapan kita harus mengganti filter (atau membran) sistem purifikasi air minum kita.

3.    Kesadahan (Hardness)
Tingginya level TDS bisa mengindikasikan kesadahan air, yang akan menyebabkan kerak .

4.    Industri
Tingginya level TDS bisa berdampak pada kinerja beberapa peralatan, seperti boiler dan cooling tower, produksi makanan dan minuman, dan banyak lainnya.

5.    Makanan dan Minuman
Misalkan untuk mendapatkan rasa secangkir kopi yang lebih nikmat, salah satunya adalah menjaga level TDS air yang digunakannya.





Gambar 10 Data Pengukuran TDS
Sumber: Enviromental Protection Agency (EPA) USA.

Air minum ideal adalah yang memiliki level TDS 0 – 50 ppm, dihasilkan dengan proses reverse osmosis, deionizationm microflitration, distillation, dan banyak lainnya. Air gunung (mountain spring) dan yang melalui proses filtrasi karbon berada di standar kedua. Rata-rata air tanah (air sumur) adalah 150 – 300 ppm, masih dalam batas aman, namun bukan yang terbaik terutama untuk para penderita penyakit ginjal.

Keunggulan Aplikasi Reverse Osmosis
Menurut Ir. Teuku Zulkarnain, MT, kandidat doktor teknik lingkungan Institut Teknologi Bandung, Keunggulan RO yang paling superior dibandingkan metode-metode pemisahan lainnya yaitu kemampuan dalam memisahkan zat-zat dengan berat molekul rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti glukosa dan sukrosa. Keunggulan lain dari RO ini yaitu tidak membutuhkan zat kimia, dapat dioperasikan pada suhu kamar, dan adanya penghalang absolut terhadap aliran kontaminan, yaitu membran itu sendiri. Selain itu, ukuran penyaringannya yang mendekati pikometer, juga mampu memisahkan virus dan bakteri.
Teknologi RO cocok digunakan dalam pemurnian air minum dan air buangan. Di bidang industri, teknologi RO dapat digunakan untuk memurnikan air umpan boiler. Selain itu, Karena kemampuannya dalam memisahkan garam-garaman, teknologi reverse osmosis cocok digunakan dalam pengolahan air laut menjadi air tawar (desalinasi). Pengolahan ini terdiri dari beberapa tahap:
·           Pre-treatment untuk memisahkan padatan-padatan yang terbawa oleh umpan. Padatan-padatan tersebut jika terakumulasi pada permukaan membran dapat menimbulkan fouling. Pada tahap ini pH dijaga antara 5,5-5,8.
·           High pressure pump digunakan untuk memberi tekanan kepada umpan. Tekanan ini berfungsi sebagai driving force untuk melawan gradien konsentrasi. Umpan dipompa untuk melewati membran. Keluaran dari membran masih sangat korosif sehingga perlu diremineralisasi dengan cara ditambahkan kapur atau CO2. Penambahan kapur ini juga bertujuan menjaga pH pada kisaran 6,8-8,1 untuk memenuhi spesifikasi air minum.
·           Disinfection dilakukan dengan menggunakan radiasi sinar UV ataupun dengan cara klorinasi. Sebenarnya, penggunaan RO untuk desalinasi sudah cukup jitu untuk memisahkan virus dan bakteri yang terdapat dalam air. Namun, untuk memastikan air benar-benar aman (bebas virus dan bakteri), disinfection tetap dilakukan.












Gambar 11 Sea Water Desalinantion: Concept Drawing of Membrane Distillation Sea Water Desalination.

Selain untuk desalinasi, Reverse Osmosis (RO) juga digunakan dalam dialisis untuk proses cuci darah penderita penyakit ginjal. Ginjal berfungsi sebagai penyaring darah terhadap pengotor-pengotor hasil metabolisme tubuh seperti urea, yang kemudian dikeluarkan melalui urin. Mesin dialisis berfungsi sebagai “ginjal” tersebut. Darah dikeluarkan dari tubuh menuju mesin dialisis yang di dalamnya terdapat membran. Darah yang telah melewati membran dikembalikan lagi ke dalam tubuh.
Membran dapat dioperasikan pada tekanan rendah sehingga memungkinkan dioprerasikan di rumah tinggal, tempat pengungsian, bahkan dapat digerakkan dengan genset berskala kecil. Selain itu, kemajuan dalam bidang material membran juga memungkinkan proses pemisahan menggunakan membran dapat dilakukan dengan lebih ekonomis.
Seiring kemajuan teknologi membran, salah satunyaTeknologi Reverse Osmosis telah digunakan di mana air murni dibutuhkan, seperti:

1| Air minum
2| Humidifikasi
3| Pembuatan Es
4| Air pembilas
5| Aplikasi biomedikal
6| Aplikasi laboratotium
7| Fotografi
8| Produksi obat-obatan
9| Dianalisis ginjal
10| Proses kimia
11| Pembuatan kosmetik
12| Restoran
13| Aplikasi metal plating
14| Air pengisi boiler
15| Air pengisi baterai/aki
16| Produksi semikonduktor, dan lain-lain











Tabel Perbandingan Filtrasi Air Minum Biasa dengan Reverse Osmosis
 PERBANDINGAN HASIL FILTERISASI AIR MINUM BIASA
DAN REVERSE OSMOSIS
NO
KETERANGAN
Depo filtrasi biasa
Peralatan Filterisasi :
Pasir Silica / Ziolit
Carbon Aktif, Filter Sedimen dan Ultraviolet
DEPO R.O :
Peralatan Filterisasi :
Pre filter, Membran dan Post Carbon
1
TDS
Setelah di proses, TDS air baku turun 5% s/d 10%
Setelah diproses TDS air baku turun hingga 95%
2

- Zat besi
- Mangaan
- Aluminium
- Mineral Lain

Berkurang 5% s/d 10%
Berkurang hingga 95%
3
PH Air sesuai standar DEPKES
Air Mineral (antara 6,5 – 8,5)
Air Demineral (antara 5,0 – 7,5)
Sedikit Naik
(terkadang tidak)
Sedikit Naik
(terkadang turun)
4
Bakteri, Virus & Kuman
Sterilisasi menggunakan ultraviolet
Tersaring pada membran
5
Kondisi air setelah melalui proses filterisasi
Air Mineral
Air mendekati murni (Air murni = TDS Nol)
www.airminum.com

Air Tanah
Air tanah adalah air yang terdapat dalam lapisan tanah atau bebatuan di bawah permukaan tanah. Air tanah merupakan salah satu sumber daya air yang keberadaannya terbatas dan kerusakannya dapat mengakibatkan dampak yang luas serta pemulihannya sulit dilakukan.
Selain air sungai dan air hujan, air tanah juga mempunyai peranan yang sangat penting terutama dalam menjaga keseimbangan dan ketersediaan bahan baku air untuk kepentingan rumah tangga (domestik) maupun untuk kepentingan industri. Dibeberapa daerah, ketergantungan pasokan air bersih dan air tanah telah mencapai ± 70%.
Secara umum airtanah akan mengalir sangat perlahan melalui suatu celah yang sangat kecil dan atau melalui butiran antar batuan.


Gambar 12 Model aliran airtanah melewati rekahan dan butir batuan
Batuan yang mampu menyimpan dan mengalirkan air tanah ini kita sebut dengan akifer. Interaksi kita dalam penggunaan air tanah yang secara alami adalah dengan mengambil air tanah yang muncul di permukaan sebagai mata air atau secara buatan. Air tanah bergerak dari tekanan tinggi menuju ke tekanan rendah. Perbedaan tekanan ini secara umum diakibatkan oleh gaya gravitasi (perbedaan ketinggian antara daerah pegunungan dengan permukaan laut), adanya lapisan penutup yang impermeabel diatas lapisan akifer, gaya lainnya yang diakibatkan oleh pola struktur batuan atau fenomena lainnya yang ada di bawah permukaan tanah. Pergerakan ini secara umum disebut gradien aliran air tanah (potentiometrik). Secara alamiah pola gradien ini dapat ditentukan dengan menarik kesamaan muka air tanah yang berada dalam satu sistem aliran airtanah yang sama. Pergerakan atau aliran air tanah ini menjadi penting karena kunci dari penentuan suatu daerah kaya dengan airtanah atau tidak. karena tidak seluruh daerah memiliki potensi air tanah alami yang baik.
Model aliran air tanah itu sendiri akan dimulai pada daerah resapan air tanah atau sering juga disebut sebagai daerah imbuhan air tanah (recharge zone). Daerah ini adalah wilayah dimana air yang berada di permukaan tanah baik air hujan ataupun air permukaan mengalami proses penyusupan (infiltrasi) secara gravitasi melalui lubang pori tanah/batuan atau celah/rekahan pada tanah/batuan.










Gambar 13 Model siklus hidrologi
Dalam perjalananya aliran air tanah ini seringkali melewati suatu lapisan akifer yang diatasnya memiliki lapisan penutup yang bersifat kedap air (impermeabel) hal ini mengakibatkan perubahan tekanan antara air tanah yang berada di bawah lapisan penutup dan airtanah yang berada diatasnya. Perubahan tekanan inilah yang didefinisikan sebagai air tanah tertekan (confined aquifer) dan air tanah bebas (unconfined aquifer). Dalam kehidupan sehari-hari pola pemanfaatan air tanah bebas sering kita lihat dalam penggunaan sumur gali oleh penduduk, sedangkan air tanah tertekan dalam sumur bor yang sebelumnya telah menembus lapisan penutupnya.
Air tanah bebas (water table) memiliki karakter berfluktuasi terhadap iklim sekitar, mudah tercemar dan cenderung memiliki kesamaan karakter kimia dengan air hujan. Kemudahannya untuk didapatkan membuat kecenderungan disebut sebagai air tanah dangkal. (dangkal atau dalam itu sangat relatif).
Air tanah tertekan/ air tanah terhalang inilah yang seringkali disebut sebagai air sumur artesis (artesian well). Pola pergerakannya yang menghasilkan gradient potensial, mengakibatkan adanya istilah artesis positif; kejadian dimana potensial air tanah ini berada diatas permukaan tanah sehingga air tanah akan mengalir vertikal secara alami menuju kestimbangan garis potensial khayal ini. Artesis nol; kejadian dimana garis potensial khayal ini sama dengan permukaan tanah sehingga muka air tanah akan sama dengan muka tanah. artesis negatif; kejadian dimana garis potensial khayal ini dibawah permukaan tanah sehingga muka air tanah akan berada di bawah permukaan tanah.



Gambar 14 Artesis
Gerakan Air Tanah
Disamping air tanah bergerak dari atas ke bawah, air tanah juga bergerak dari bawah ke atas (gaya kapiler). Air bergerak horisontal pada dasarnya mengikuti hukum hidrolika, air bergerak horisontal karena adanya perbedaan gradien hidrolik. Gerakan air tanah mengikuti hukum Darcy yang berbunyi “volume air tanah yang melalui batuan berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan tebal lapisan (Utaya, 1990:35).

Kondisi Air Tanah Dataran Alluvial
Dataran alluvial merupakan dataran yang terbentuk akibat proses-proses geomorfologi yang lebih didominasi oleh tenaga eksogen antara lain iklim, curah hujan, angin, jenis batuan, topografi, suhu, yang semuanya akan mempercepat proses pelapukan dan erosi. Hasil erosi diendapkan oleh air ketempat yang lebih rendah atau mengikuti aliran sungai. Dataran alluvial menempati daerah pantai, daerah antar gunung, dan dataran lembah sungai. daerah alluvial ini tertutup oleh bahan hasil rombakan dari daerah sekitarnya, daerah hulu ataupun dari daerah yang lebih tinggi letaknya. Potensi air tanah daerah ini ditentukan oleh jenis dan tekstur batuan.
Daerah pantai terdapat cukup luas di pantai timur Pulau Sumatera, Pulau Jawa bagian Utara dan selatan, Pulau Kalimantan dan Irian Jaya bagian Selatan. Air tanah daerah dataran pantai selalu terdapat dalam sedimen kuarter dan resen yang batuannya terdiri dari pasir, kerikil, dan berinteraksi dengan lapisan lempung. Kondisi air tanah pada lapisan tersebut semuanya dalam keadaan tertekan , mempunyai potensi yang umumnya besar, namun masih bergantung pada luas dan penyebaran lapisan batuan dan selalu mendapat ancaman interusi air laut, apabila pengambilan air tanah berlebihan.
Dataran antar gunung di pulau Jawa terdapat di Bandung, Garut, Madiun , Kediri, Nganjuk, dan Bondowoso, daerah ini sebagian besar dibatasi oleh kaki gunung api. Lapisan batuan terdiri atas bahan klastika hasil rombakan batuan gunung api sekitarnya. Pengertian susunan litologi dari butir kasar ke halus membentuk suatu kondisi air tanah tertekan, cekungan air tanah antar gunung mempunyai potensi yang cukup besar. Beberapa bentuk lahan asal fluvial adalah sebagai berikut:
   1. Kipas Alluvial (Alluvial fan)
   2. Crevasse-Splays
   3. Tanggul alam (Natural lever)
   4. Poin bar
   5. Dataran banjir
   6. Cekungan fluvial (Flood plain)
   7. Teras Alluvial
   8. Delta

Volume air tanah dalam dataran alluvial di tentukan oleh tebal dan penyebaran permeabilitas dari akifer yang terbentuk dalam aluvium dan dilluvium yang mengendap dalam dataran. Apabila suatu daerah materi penyusunnya atas materi halus (liat/berdebu) umumnya permeabilitasnya kecil, sedangkan suatu daerah yang tersusun atas pasir dan kerikil permeabilitasnya besar. Air tanah yang mengendap di dataran banjir ditambah langsung dari peresapan air susupan. Permukaan air tanahnya dangkal sehingga pengambilan air dapat dengan sumur dangkal.
Dataran alluvial unsur-unsur yang dominan adalah unsur NO2, NO3, Ca, Mg, Si, dan Fe. Kelebihan Nitrit karena pengaruh zat buangan (urine), pembusukan organik dari hasil reduksi nitrat yang ada disekitar air tanah (Karmono dan Joko Cahyo, 1978:11). Hal ini selain dipengaruhi oleh faktor alam juga sebagai aktivitas manusia misalnya adanya lahan pertanian yang mengkonsumsi pupuk organik yang mengandung nitrat.

Asal-Usul dan Sifat-Sifat Air Tanah
Adalah hal yang mutlak bagi para birokrat pengelola sumber daya air (tanah), untuk memahami asal-usul (origin) dan sifat-sifat (nature) air tanah, agar tidak terjadi kesalah-pengertian tentang sumberdaya yang dikelola. Kesalah-pengertian tersebut akan menjadikan tujuan mewujudkan kemanfaatan air tanah terutama bagi kaum miskin pengelolaan tidak mencapai sasarannya, bahkan justru akan menimbulkan dampak yang merugikan bagi keterdapatan air tanah itu sendiri serta kaum miskin tersebut.
Hal-hal pokok yang perlu dipahami tentang asal-usul dan sifat-sifat air tanah adalah :

(1)     Pembentukan Air Tanah
Air tanah adalah semua air yang terdapat di bawah permukaan tanah pada lajur/zona jenuh air (zone of saturation). Air tanah terbentuk berasal dari air hujan dan air permukan , yang meresap (infiltrate) mula-mula ke zona tak jenuh (zone of aeration) dan kemudian meresap makin dalam (percolate) hingga mencapai zona jenuh air dan menjadi air tanah.
Air tanah adalah salah satu faset dalam daur hidrologi , yakni suatu peristiwa yang selalu berulang dari urutan tahap yang dilalui air dari atmosfer ke bumi dan kembali ke atmosfer; penguapan dari darat atau laut atau air pedalaman, pengembunan membentuk awan, pencurahan, pelonggokan dalam tanih atau badan air dan penguapan kembali (Kamus Hidrologi, 1987). Dari daur hidrologi tersebut dapat dipahami bahwa air tanah berinteraksi dengan air permukaan serta komponen-komponen lain yang terlibat dalam daur hidrologi termasuk bentuk topografi, jenis batuan penutup, penggunaan lahan, tetumbuhan penutup, serta manusia yang berada di permiukaan.
Air tanah dan air permukaan saling berkaitan dan berinteraksi. Setiap aksi (pemompaan, pencemaran dll) terhadap air tanah akan memberikan reaksi terhadap air permukaan, demikian sebaliknya.

(2)     Wadah Air Tanah
Suatu formasi geologi yang mempunyai kemampuan untuk menyimpan dan melalukan air tanah dalam jumlah berarti ke sumur-sumur atau mata air – mata air. Lapisan pasir atau kerikil adalah salah satu formasi geologi yang dapat bertindak sebagai akuifer. Wadah air tanah yang disebut akuifer tersebut dialasi oleh lapisan lapisan batuan dengan daya meluluskan air yang rendah, misalnya lempung, dikenal sebagai akuitard. Lapisan yang sama dapat juga menutupi akuifer, yang menjadikan air tanah dalam akuifer tersebut di bawah tekanan (confined aquifer). Di beberapa daerah yang sesuai, pengeboran yang menyadap air tanah tertekan tersebut menjadikan air tanah muncul ke permukaan tanpa membutuhkan pemompaan. Sementara akuifer tanpa lapisan penutup di atasnya, air tanah di dalamnya tanpa tekanan (unconfined aquifer), sama dengan tekanan udara luar.
Semua akuifer mempunyai dua sifat yang mendasar: (i) kapasitas menyimpan air tanah dan (ii) kapasitas mengalirkan air tanah. Namun demikaian sebagai hasil dari keragaman geologinya, akuifer sangat beragam dalam sifat-sifat hidroliknya (kelulusan dan simpanan) dan volume tandoannya (ketebalan dan sebaran geografinya). Berdasarkan sifat-sifat tersebut akuifer dapat mengandung air tanah dalam jumlah yang sangat besar dengan sebaran yang luas hingga ribuan km2 atau sebaliknya.
Ditinjau dari kedudukannya terhadap permukaan, air tanah dapat disebut (i) air tanah dangkal (phreatic), umumnya berasosiasi dengan akuifer tak tertekan, yakni yang tersimpan dalam akuifer dekat permukaan hingga kedalaman – tergantung kesepakatan – 15 sampai 40 m. (ii) air tanah dalam, umumnya berasosiasi dengan akuifer tertekan, yakni tersimpan dalam akuifer pada kedalaman lebih dari 40 m (apabila kesepakatan air tanah dangkal hingga kedalaman 40 m). Air tanah dangkal umumnya dimanfaatkan oleh masyarakat (miskin) dengan membuat sumur gali, sementara air tanah dalam dimanfaatkan oleh kalangan industri dan masyarakat berpunya.
Sebaran akuifer serta pengaliran air tanah tidak mengenal batas-batas kewenangan administratif pemerintahan. Suatu wilayah yang dibatasi oleh batasan-batasan geologis yang mengandung satu akuifer atau lebih dengan penyebaran luas, disebut cekungan air tanah.

(3)     Pengaliran dan Imbuhan Air Tanah
Air tanah dapat terbentuk atau mengalir (terutama secara horisontal), dari titik /daerah imbuh (recharge), seketika itu juga pada saat hujan turun, hingga membutuhkan waktu harian, mingguan, bulanan, tahunan, puluhan tahun, ratusan tahun, bahkan ribuan tahun,, tinggal di dalam akuifer sebelum muncul kembali secara alami di titik/daerah luah (discahrge), tergantung dari kedudukan zona jenuh air, topografi, kondisi iklim dan sifat-sifat hidrolika akuifer. Oleh sebab itu, kalau dibandingkan dalam kerangka waktu umur rata-rata manusia, air tanah sesungguhnya adalah salah satu sumber daya alam yang tak terbarukan.
Saat ini di daerah-daerah perkotaan yang pemanfaatan air tanah dalamnya sudah sangat intensif, seperti di Jakarta, Bandung, Semarang, Denpasar, dan Medan, muka air tanah dalam (piezometic head) umumnya sudah berada di bawah muka air tanah dangkal (phreatic head). Akibatnya terjadi perubahan pola imbuhan, yang sebelumnya air tanah dalam memasok air tanah dangkal (karena piezometic head lebih tinggi dari phreatic head), saat ini justru sebaliknya air tanah dangkal memasok air tanah dalam.
Jika jumlah total pengambilan air tanah dari suatu sistem akuifer melampaui jumlah rata-rata imbuhan, maka akan terjadi penurunan muka air tanah secara menerus serta pengurangan cadangan air tanah dalam akuifer. Jika hal ini terjadi, maka kondisi demikian disebut pengambilan berlebih (over exploitation) , dan penambangan air tanah terjadi.

(4)     Mutu Air Tanah
Sifat fisika dan komposisi kimia air tanah yang menentukan mutu air tanah secara alami sangat dipengaruhi oleh jenis litologi penyusun akuifer, jenis tanah/batuan yang dilalui air tanah, serta jenis air asal air tanah. Mutu tersebut akan berubah manakala terjadi intervensi manusia terhadap air tanah, seperti pengambilan air tanah yang berlebihan, pembuangan libah, dll
Air tanah dangkal rawan (vulnerable) terhadap pencemaran dari zat-zat pencemar dari permukaan. Namun karena tanah/batuan bersifat melemahkan zat-zat pencemar, maka tingkat pencemaran terhadap air tanah dangkal sangat tergantung dari kedudukan akuifer, besaran dan jenis zat pencemar, serta jenis tanah/batuan di zona takjenuh, serta batuan penyusun akuifer itu sendiri. Mengingat perubahan pola imbuhan, maka air tanah dalam di daerah-daerah perkotaan yang telah intensif pemanfaatan air tanahnya, menjadi sangat rawan pencemaran, apabila air tanah dangkalnya di daerah-daerah tersebut sudah tercemar. Air tanah yang tercemar adalah pembawa bibit-bibit penyakit yang berasal dari air (water born diseases).

Metode Pencarian Air Tanah
Metode berdasarkan aspek fisika (Hidrogeofisika) : Penekanannya pada aspek fisik yaitu merekonstruksi pola sebaran lapisan akuifer. Beberapa metode yang sudah umum kita dengar dalam metode ini adalah pengukuran geolistrik yang meliputi pengukuran tahanan jenis, Induce Polarisation (IP) dan lain-lain. Pengukuran lainnya adalah dengan menggunakan sesimik, gaya berat dan banyak lagi.
Metode berdasarkan aspek kimia (Hidrogeokimia) : Penekanannya pada aspek kimia yaitu mencoba menuruti pola pergerakan air tanah. Secara teori ketika air melewati suatu media, maka air ini akan melarutkan komponen yang dilewatinya. Sebagai contoh air yang telah lama mengalir di bawah permukaan tanah akan memiliki kandungan mineral yang berasal dari batuan yang dilewatinya secara melimpah.
Kombinasi dari kedua metode ini akan saling melengkapi dan akan memudahkan untuk mengetahui lebih lengkap mengenai informasi keberadaan airtanah di suatu daerah.

Kandungan Fe dan Mn Air Tanah
Air tanah dapat terkontaminasi dari beberapa sumber pencemar. Dua sumber utama kontaminasi air tanah ialah kebocoran bahan kimia organik dari penyimpanan bahan kimia dalam bunker yang disimpan dalam tanah, dan penampungan limbah industri yang ditampung dalam kolam besar diatas atau di dekat sumber air.
Persyaratan bagi masing-masing standar kualitas air masih perlu ditentukan oleh 4 (empat) aspek yaitu : persyaratan fisis, kimia, biologis, radiologis. Persyaratan fisis ditentukan oleh faktor-faktor kekeruhan, warna, bau maupun rasa. Persyaratan kimia ditentukan oleh konsentrasi bahan-bahan kimia seperti Arsen, Clhor, Tembaga, Cyanida, Besi dan sebagainya. Persyaratan biologis ditentukan baik oleh mikroorganisme yang pathogen, maupun yang non pathogen.
Air sumur bor merupakan salah satu jalan yang ditempuh masyarakat untuk memenuhi kebutuhan air bersih, namun tingginya kadar ion Fe (Fe2+, Fe3+) yaitu 5 – 7 mg/l mengakibatkan harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dipergunakan, karena telah melebihi standar yang telah di tetapkan oleh Departemen kesehatan di dalam Permenkes No. 416 /Per/Menkes/IX/ 1990 tentang air bersih yaitu sebesar 1,0 mg/l. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk menurunkan kadar besi (Fe2+,Fe3+) dalam air adalah dengan Reverse Osmosis.
Besi adalah salah satu elemen yang dapat ditemui hampir pada setiap tempat di bumi, pada semua lapisan geologis dan semua badan air. Pada umumnya besi yang ada di dalam air dapat bersifat terlarut sebagai Fe2+ atau Fe3+.
Kandungan ion Fe (Fe2+,Fe3+) pada air sumur bor berkisar antara 5 – 7 mg/L. Tingginya kandungan Fe (Fe2+,Fe3+) ini berhubungan dengan keadaan struktur tanah. Struktur tanah dibagian atas merupakan tanah gambut, selanjutnya berupa lempung gambut dan bagian dalam merupakan campuran lempung gambut dengan sedikit pasir.
Besi dalam air berbentuk ion bervalensi dua (Fe2+) dan bervalensi tiga (Fe3+) . Dalam bentuk ikatan dapat berupa Fe2O3, Fe(OH)2, Fe(OH)3 atau FeSO4 tergantung dari unsur lain yang mengikatnya. Dinyatakan pula bahwa besi dalam air adalah bersumber dari dalam tanah sendiri di samping dapat pula berasal dari sumber lain, diantaranya dari larutnya pipa besi, reservoir air dari besi atau endapan – endapan buangan industri.
Adapun besi terlarut yang berasal dari pipa atau tangki – tangki besi adalah akibat dari beberapa kodisi, di antaranya : 1) Akibat pengaruh pH yang rendah (bersifat asam), dapat melarutkan logam besi. 2) Pengaruh akibat adanya CO2 agresif yang menyebabkan larutnya logam besi. 3) Pengaruh banyaknya O2 yang terlarut dalam air yang dapat pula. 4) Pengaruh tingginya temperature air akan melarutkan besi-besi dalam air. 5) Kuatnya daya hantar listrik akan melarutkan besi. 6) Adanya bakteri besi dalam air akan memakan besi.
Besi terlarut dalam air dapat berbentuk kation ferro (Fe2+) atau kation ferri (Fe3+). Hal ini tergantung kondisi pH dan oksigen terlarut dalam air. Besi terlarut dapat berbentuk senyawa tersuspensi, sebagai butir koloidal seperti Fe (OH)3, FeO, Fe2O3dan lain-Iain. Konsentrasi besi terlarut yang masih diperbolehkan dalam air bersih adalah sampai dengan 0,1 mg/l.
Apabila kosentrasi besi terlarut dalam air melebihi batas tersebut akan menyebabkan berbagai masalah, diantaranya :
keberadaan unsur mangan biasanya bersama-sama dengan unsur besi. Air tanah umumnya mempunyai konsentrasi karbon dioksida yang tinggi hasil penguraian kembali zat-zat organik dalam tanah oleh aktivitas mikroorganisme, serta mempunyai konsentrasi oksigen terlarut yang relatif rendah, menyebabkan kondisi anaerobik. Kondisi ini menyebabkan konsentrasi besi dan mangan bentuk mineral tidak larut (Fe3+ dan Mn4+) tereduksi menjadi besi dan mangan yang larut dalam bentuk ion bervalensi dua (Fe2+ dan Mn2+).
Meskipun besi dan mangan pada umumnya terdapat dalam bentuk terlarut bersenyawa dengan bikarbonat dan sulfat, juga ditemukan kedua unsur tersebut bersenyawa dengan hidroden sulfida (H2S).
Selain itu besi dan mangan ditemukan pula pada air tanah yang mengandung asam yang berasal dari humus yang mengalami penguraian dan dari tanaman atau tumbuhan yang bereaksi dengan unsur besi untuk membentuk ikatan kompleks organik. Konsentrasi besi pada air tanah bervariasi mulai dari 0,01 mg/l sampai dengan ± 25 mg/l, sedangkan konsentrasi mangan pada umumnya kurang dari 1,0 mg/l. Secara umum Fe (II) terdapat dalam air tanah berkisar antara 1.0 – 10 mg/L, namun demikian tingkat kandungan besi sampai sebesar 50 mg/L dapat juga ditemukan dalam air tanah ditempat – tempat tertentu.
Pada air permukaan yang belum diolah ditemukan konsentrasi mangan rata-rata lebih dari 1 mg/l, walaupun demikian dalam keadaan tertentu unsur mangan dapat timbul dalam konsentrasi besar pada suatu reservoir/tandon atau sungai pada kedalaman dan saat tertentu. Hal ini terjadi akibat adanya aktivitas mikroorganisme dalam menguraikan dan mereduksi bahan organik dan mangan (IV) menjadi mangan (II) pada kondisi hypolimnion (kondisi adanya cahaya matahari).
Penyediaan air bersih dari air baku air permukaan yang membutuhkan pengolahan penghilangan besi dan mangan, biasanya air tersebut berasal dari hypolimnion (lapisan bagian bawah) dari danau yang dalam atau dari danau yang eutrop (kaya nutrien), dimana kondisi reaksi reduksi berlangsung untuk selanjutnya deposit endapan besi dan mangan akan berubah kembali ke dalam bentuk larutan. Besi pada air permukaan terdapat dalam beberapa bentuk, antara lain dalam bentuk suspensi dari lumpur, tanah liat dan partikel (dispersi) halus dari besi (IIl) hidroksida, [Fe(OH)3] dalam bentuk koloid dan organik kompleks.
Mangan terdapat dalam bentuk kompleks dengan bikarbonat, mineral dan organik. Unsur mangan pada air permukaan berupa ion bervalensi empat dalam bentuk organik kompleks.
Perairan yang mengandung besi sangat tidak diinginkan untuk keperluan rumah tangga, karena dapat menyebabkan bekas karat pada pakaian, porselin, dan alat – alat lainnya serta menimbulkan rasa yang tidak enak pada air minum pada konsentrasai diatas kurang lebih 0.31 mg/L. Sifat kimia perairan dari besi adalah sifat redoks. pembentukan kompleks, metabolisme oleh mikroorganisme, dan pertukaran dari besi antara fasa dan fase padat yang mengandung besi karbonat, hidroksida dan sulfite.
Air tanah yang mengandung Fe (II) mempunyai sifat yang unik. Dalam kondisi tidak ada oksigen air tanah yang mengandung Fe (II) jernih, begitu mengalami oksidasi oleh oksigen yang berasal dari atmosfer ion ferro akan berubah menjadi ion Ferri dengan reaksi sebagai berikut :

4Fe2+ + O2 + 10 H2O ——-> 4 Fe(OH)3 8 H+

Dan ini menyebabkan air menjadi keruh. Pada pembentukan besi (III) oksidasi terhidrat yang tidak larut menyebabkan air berubah menjadi abu – abu.
Besi (II) dapat terjadi sebagai jenis stabil yang larut dalam dasar danau dan sumber air yang kekurangan oksigen. Ion FeOH+ dapat terjadi dalam perairan yang bersifat basa, tetapi bisa ada CO2 maka terbentuk FeCO3 yang tidak larut. Besi (II) dapat membentuk kompleks yang stabil dengan zat organik pengompleks yang dapat larut dalam air. Dalam perairan dengan pH sangat rendah, kedua bentuk ion ferro dan ferri dapat ditemukan.
Dalam kondisi aerob mangan dalam perairan terdapat dalam bentuk MnO2 dan pada dasar perairan tereduksi menjadi Mn2+ atau dalam air yang kekurangan oksigen (DO rendah). Oleh karena itu pemakaian air berasal dari dasar suatu sumber air, sering ditemukan mangan dalam konsentrasi tinggi.
Pada pH agak tinggi dan kondisi aerob terbentuk mangan yang tidak larut seperti, MnO2, Mn3O4, atau MnCO3 meskipun oksidasi dari Mn2+ itu berjalan relatif lambat. Secara visual dalam air yang banyak mengandung mangan berwarna kehitam – hitaman. Sedangkan aktifitas mangan dalam air sama dengan besi.

1.             Gangguan teknis
Endapan Fe (OH) bersifat korosif terhadap pipa dan akan mengendap pada saluran pipa, sehingga mengakibatkan pembuntuan dan efek-efek yang dapat merugikan seperti Mengotori bak yang terbuat dari seng. Mengotori wastafel dan kloset.
2.             Gangguan fisik
Gangguan fisik yang ditimbulkan oleh adanya besi terlarut dalam air adalah timbulnya warna, bau, rasa. Air akan terasa tidak enak bila konsentrasi besi terfarutnya > 1,0 mg/l.
3.             Gangguan kesehatan
Senyawa besi dalam jumlah kecil di dalam tubuh manusia berfungsi sebagai pembentuk sel-sel darah merah, dimana tubuh memerlukan 7-35 mg/hari yang sebagian diperoleh dari air. Tetapi zat Fe yang melebihi dosis yang diperlukan oleh tubuh dapat menimbulkan masalah kesehatan. Hal ini dikarenakan tubuh manusia tidak dapat mengsekresi Fe, sehingga bagi mereka yang sering mendapat tranfusi darah warna kulitnya menjadi hitam karena akumulasi Fe. Air minum yang mengandung besi cenderung menimbulkan rasa mual apabila dikonsumsi. Selain itu dalam dosis besar dapat merusak dinding usus. Kematian sering kali disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Kadar Fe yang lebih dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada mata dan kulit. Apabila kelarutan besi dalam air melebihi 10 mg/l akan menyebabkan air berbau seperti telur busuk.
Pada Hemokromatesis primer besi yang diserap dan disimpan dalam jumlah yang berlebihan di dalam tubuh. Feritin berada dalam keadaan jenuh akan besi sehingga kelebihan mineral ini akan disimpan dalam bentuk kompleks dengan mineral lain yaitu hemosiderin. Akibatnya terjadilah sirosis hati dan kerusakan pankreas sehingga menimbulkan diabetes. Hemokromatis sekunder terjadi karena transfusi yang berulang-ulang. Dalam keadaan ini besi masuk ke dalam tubuh sebagai hemoglobin dari darah yang ditransfusikan dan kelebihan besi ini tidak disekresikan.

Hal-Hal yang Mempengaruhi Kelarutan Fe dalam Air:
1.             Kedalaman
Air hujan yang turun jatuh ke tanah dan mengalami infiltrasi masuk ke dalam tanah yang mengandung FeO akan bereaksi dengan H2O dan CO2 dalam tanah dan membentuk Fe (HCO3)2 dimana semakin dalam air yang meresap ke dalam tanah semakin tinggi juga kelarutan besi karbonat dalam air tersebut.
2.             pH
pH air akan terpengaruh terhadap kesadahan kadar besi dalam air, apabila pH air rendah akan berakibat terjadinya proses korosif sehingga menyebabkan larutnya besi dan logam lainnya dalam air, pH yang rendah kurang dari 7 dapat melarutkan logam. Dalam keadaan pH rendah, besi yang ada dalam air berbentuk ferro dan ferri, dimana bentuk.ferri akan mengendap dan tidak larut dalam air serta tidak dapat dilihat dengan mata sehingga mengakibatkan air menjadi berwarna,berbau dan berasa.
3.             Suhu
Suhu adalah temperatur udara. Temperatur yang tinggi menyebabkan menurunnya kadar O2 dalam air, kenaikan temperatur air juga dapat mengguraikan derajat kelarutan mineral sehingga kelarutan Fe pada air tinggi.
4.             Bakteri besi
Bakteri besi (Crenothrix, Lepothrix, Galleanella, Sinderocapsa dan Sphoerothylus ) adalah bakteri yang dapat mengambil unsur ber dari sekeliling lingkungan hidupnya sehingga mengakibatkan turunnya kandungan besi dalam air, dalam aktifitasnya bakteri besi memerlukan oksigen dan besi sehingga bahan makanan dari bakteri besi tersebut. Hasil aktifitas bakteri besi tersebut menghasilkan presipitat (oksida besi) yang akan menyebabkan warna pada pakaian dan bangunan. Bakteri besi merupakan bakteri yang hidup dalam keadaan anaerob dan banyak terdapat dalam air yang mengandung mineral. Pertumbuhan bakteri akan menjadi lebih sempurna apabila air banyak mengandung CO2 dengan kadar yang cukup tinggi.

5.             CO2 agresif
Karbondioksida (CO2) merupakan salah satu gas yang terdapat dalam air. Berdasarkan bentuk dari gas Karbondioksida (CO2) di dalam air, CO2 dibedakan menjadi : CO2 bebas yaitu CO2 yang larut dalam air, CO2 dalam kesetimbangan, CO2 agresif. Dari ketiga bentuk Karbondioksida (CO2) yang terdapat dalam air, CO2 agresif-lah yang paling berbahaya karena kadar CO2 agresif lebih tinggi dan dapat menyebabkan terjadinya korosi sehingga berakibat kerusakan pada logam – logam dan beton. Menurut Powell CO2 bebas yang asam akan merusak logam apabila CO2 tersebut bereaksi dengan air karena akan merusak logam. Reaksi ini dikenal sebagai teori asam, dengan reaksi sebagai berikut:
2 Fe + H2CO3 ………………..> FeCO3 + 2 H+
2 FeCO3 + 5 H2O +1/2 O2 ………………..> 2 Fe(OH)2 + 2 H2CO3
Dalam reaksi di atas dapat dilihat bahwa asam karbonat tersebut secara terus-menerus akan merusak logam, karena selain membentuk FeCO3 sebagai hasii reaksi antara Fe dan H2CO3, selanjutnya FeCO3 bereaksi dengan air dan gas oksigen (O2) menghasilkan zat 2FeOH dan 2H2CO3 dimana H2CO3 tersebut akan menyerang logam kembali sehingga proses pengrusakan logam akan berjalan secara terus-menerus mengakibatkan kerusakan yang semakin lama semakin besar pada logam tersebut.





Penyebab utama Tingginya Kadar besi dalam Air
1.             Rendahnya pH Air
Nilai pH air normal yang tidak menyebabkan masalah adalah 7. Air yang mempunyai pH 7 dapat melarutkan logam termasuk besi.
2.             Adanya Gas-gas Terlarut dalam Air.
Yang dimaksud gas-gas tersebut adalah CO2 dan H2S. Beberapa gas terlarut dalam air terlarut tersebut akan bersifat korosif.
3.             Bakteri
Secara biologis tingginya kadar besi terlarut dipengaruhi oleh bakteri besi yaitu bakteri yang dalam hidupnya membutuhkan makanan dengan mengoksidasi besi sehingga larut. Jenis ini adalah bakteri Crenotrik, Leptotrik, Callitonella, Siderocapsa dan Iain-Iain. Bakteri ini mempertahankan hidupnya membutuhkan oksigen dan besi.

Jika konsentrasi besi dan mangan di dalam air relatif besar, akan memberikan dampak menimbulkan penyumbatan pada pipa disebabkan secara langsung oleh deposit (tubercule) yang disebabkan oleh endapan besi :

1.            Secara tidak langsung, disebabkan oleh kumpulan bakteri besi yang hidup di dalam pipa, karena air yang mengandung besi, disukai oleh bakteri besi.

2.            Selain itu kumpulan bakteri ini dapat meninggikan gaya gesek (losses) yang juga berakibat meningkatnya kebutuhan energi. Selain itu pula apabila bakteri tersebut mengalami degradasi dapat menyebabkan bau dan rasa tidak enak pada air.

3.            Besi dan mangan sendiri dalam konsentrasi yang lebih besar dan beberapa mg/L, akan memberikan suatu rasa pada air yang menggambarkan rasa logam, atau rasa obat.

Meninggalkan noda pada bak-bak kamar mandi dan peralatan lainnya (noda kecoklatan disebabkan oleh besi dan kehitaman oleh mangan). Pada ion exchanger endapan besi dan mangan yang terbentuk, seringkali mengakibatkan penyumbatan atau menyelubungi media pertukaran ion (resin), yang mengakibatkan hilangnya kapasitas pertukaran ion. Menyebabkan keluhan pada konsumen (seperti kasus “red water”) bila endapan besi dan mangan yang terakumulasi di dalam pipa, tersuspensi kembali disebabkan oleh adanya kenaikan debit atau kenaikan tekanan di dalam pipa/sistem distribusi, sehingga akan terbawa ke konsumen.


Gambar 8 sistem reverse osmosis

Tangki penampungan penempatan di atas (countertop) biasanya tidak bertekanan; namun jenis tangki penampung terbenam (undersink) biasanya bertekanan yang akan bertambah seiring bertambahnya isi tangki. Sistem bertekanan ini mampu menyediakan tekanan yang cukup untuk menggerakkan air dari tangki penampungan menuju kran. Tapi sayangnya, hal ini juga akan menciptakan tekanan balik melawan membran, yang dapat menurunkan efisiensi sistem. Beberapa unit mengatasi masalah ini dengan menggunakan tangki tidak bertekanan dengan pompa untuk mendapatkan air yang telah dimurnikan saat dibutuhkan.
Unit-unit bertekanan rendah biasanya mampu menghasilkan 2 – 15 galon per hari, dengan efisiensi besar jumlah air limbah (reject water) sebanyak 2 – 4 galon untuk setiap galon air murni yang dihasilkan. Kemurnian air yang dihasilkan mampu mencapai 95%. Sistem jenis ini sangat terjangkau. Unit jenis ini memerlukan pemeliharaan berupa penggantian pre dan post filter (biasanya 1 hingga 4 kali per tahun); dan penggantian membran Reverse Osmosis setiap 2 hingga 3 tahun sekali, tergantung penggunaan.

High Pressure System
Sistem tekanan tinggi biasanya beroperasi pada tekanan 100 – 1000 psig, tergantung membran yang digunakan dan air yang akan diolah. Sistem ini biasanya digunakan untuk industri dan komersial dimana dibutuhkan volume yang besar namun tetap pada standar kemurnian yang tinggi.
Kebanyakan sistem komersial dan industri menggunakan banyak membran yang diatur secara pararel untuk menghasilkan jumlah air yang diinginkan. Air yang telah diproses dari stage pertama kemudian dilanjutkan ke modul membran tambahan untuk mendapatkan tingkat pemurnian yang lebih tinggi. Air limbah yang dihasilkan dapat juga diarahkan ke modul membran berikutnya untuk meningkatkan efisiensi sistem (lihat diagram dibawah berikut), walau pembersihan (flushing) masih tetap diperlukan saat konsentrasi meningkat mencapai tingkat kegagalan (fouling).
Sistem High Pressure untuk industri mampu menghasilkan 10 hingga ribuan galon air perhari dengan efisiensi 1 – 9 galon air limbah. Kemurnian air bisa mencapai 95%. Sistem ini lebih besar dan lebih rumit dibandingkan sistem Low Pressure.

Treatment Reverse Osmosis
Reverse Osmosis mampu menghilangkan banyak jenis kontaminan kesehatan dan aestatik. Didesain dengan efektif sehingga mampu menghilangkan rasa, warna dan bau yang tidak sedap, dan rasa asin atau soda yang disebabkan oleh klorida atau sulfat.
Reverse Osmosis juga efektif untuk menghilangkan kontaminan kesehatan seperti arsenik, asbestos, atrazine (hebrisida/pestisida), florida, timah, merkuri, nitrat, dan radium. Dengan menggunakan pre-filter karbon yang sesuai (yang biasanya termasuk di banyak sistem reverse osmosis), maka akan mampu menghilangkan kontaminan seperti benzene, trikloretilen, trihalometana, dan radon. Beberapa sistem reverse osmosis juga mampu menghilangkan kontaminan biologi seperti Crystosporidium. Peringatan dari Water Quality Association (WQA), bahwa membran reverse osmosis secara umum mampu menghilangkan semua mikro-organisme dan kontaminan kesehatan, dengan perancangan sistem reverse osmosis yang dapat mencegah kegagalan perlindungan pada sistem air minum.

Kinerja Filter Reverse Osmosis
Kinerja alat Reverse Osmosis sebenarnya diukur dari kinerja filter dan memmbran RO dengan mengukur besar TDS yang mampu dihilangkan. Besar penurunan TDS mengindikasikan penurunan mikro-organisme dan partikel non-solid berbahaya seperti khlorin dan florida. pastikan memeriksa kualitas air minum paling tidak 1 kali setiap bulannya untuk mengetahui bahwa filter dan membran RO masih dalam kondisi baik.

Carbon Filter
Carbon Filter merupakan teknologi yang paling sering digunakan di sistem filtrasi air minum. Tapi sayangnya, pemilik sistem filtrasi seperti ini jarang melakukan pemeriksaan. Di banyak kasus, filter tidak dibersihkan dengan baik, atau tidak dilakukan penggantian secara berkala. Pemakaian yang melewati batas waktu akan menurunkan kinerjanya, bahkan akhirnya kontaminan yang sudah overload di dalam filter ikut keluar bersama air minum.
Kinerja sesudah alat RO dilihat dari persentase penurunan kadar TDS atau disebut dengan rejection rate. Rejection rate adalah persentase kontaminan yang tidak bisa tembus/melewati membran. Rejection rate harus setinggi mungkin sehingga air minum bisa masuk kategori “ideal“.
Untuk mengetahui besar rejection rate maka perlu diketahui besar TDS air baku (air sebelum diolah). Sebagai contoh, air baku diujikan dan diketahui memiliki konsentrasi TDS sebesar 300ppm, setelah diolah menggunakan alat Reverse Osmosis didapatkan hasil sebesar 15 – 30ppm, maka rejection rate adalah sebesar 90% – 95%.
Namun, alat Reverse Osmosis di-desain untuk kualitas air baku tertentu, dan besar rejection rate tertentu. Jadi, jika suatu alat Reverse Osmosis di-desain dengan rejection rate yang rendah, maka kualitas air minum yang dihasilkan juga menurun.

Menurunkan TDS (Total Dissolved Solids) Dalam Air
Definisi TDS (Total Dissolved Solids)
Total Dissolved solids disingkat TDS. adalah “benda padat yang terlarut” yaitu semua mineral, garam, logam, serta kation-anion yang terlarut di air. Termasuk semua yang terlarut diluar molekul air murni (H2O). Secara umum, konsentrasi benda-benda padat terlarut merupakan jumlah antara kation dan anion didalam air. TDS terukur dalam satuan Parts per Million (ppm) atau perbandingan rasio berat ion terhadap air.
Benda-benda padat di dalam air tersebut berasal dari banyak sumber, organik seperti daun, lumpur, plankton, serta limbah industri dan kotoran. Sumber lainnya bisa berasal dan limbah rumah tangga, pestisida, dan banyak lainnya. Sedangkan, sumber anorganik berasal dari batuan dan udara yang mengandung kasium bikarbonat, nitrogen, besi fosfor, sulfur, dan mineral lain. Semua benda ini berentuk garam, yang merupakan kandungannya perpaduan antara logam dan non logam. Garam-garam ini biasanya terlarut di dalam air dalam bentuk ion, yang merupakan partikel yang memiliki kandungan positif dan negatif. Air juga mengangkut logam seperti timah dan tembaga saat perjalanannya di dalam pipa distribusi air minum.
Sesuai regulasi dari Enviromental Protection Agency (EPA) USA, menyarankan bahwa kadar maksimal kontaminan pada air minum adalah sebesar 500mg/liter (500 ppm). Kini banyak sumber-sumber air yang mendekati ambang batas ini. Saat angka penunjukan TDS mencapai 1000mg/L maka sangat dianjurkan untuk tidak dikonsumsi manusia. Dengan angka TDS yang tinggi maka perlu ditindaklanjuti, dan dilakukan pemeriksaan lebih lanjut. Umumnya, tingginya angka TDS disebabkan oleh kandungan potassium, khlorida, dan sodium yang terlarut di dalam air. Ion-ion ini memiliki efek jangka pendek (short-term effect), tapi ion-ion yang bersifat toxic (seperti timah arsenic, kadmium, nitrat dan banyak lainnya) banyak juga yang terlarut di dalam air.
Air dengan TDS tinggi tidak diinginkan atau berbahaya, dikarenakan:
·         Karena akan terasa getir, asin, terasa seperti terlarut logam, dan memiliki bau yang tidak sedap
·         Air dengan TDS tinggi kurang bisa mengurangi rasa haus.
·         Air dengan TDS tinggi mempengaruhi rasa makanan dan minuman, sehingga mengurangi selera makan.
·         Air dengan TDS tinggi dapat saja terkandung mineral-mineral berbahaya seperti nitrat, sodium, sulfat, barium, cadmium, tembaga, dan florid.
·         Jika seseorang minum 2 gelas air per hari, maka jika ditotal selama 70 tahun hidupnya orang tersebut mengkonsumsi 4500 galon air. Jika air itu bukan air murni, dari 4500 galon ini mengandung 200-300 pound batuan yang tubuh tidak perlukan. Kebanyakan akan dibuang melalui saluran ekskresi. Tapi, sebagian akan tinggal di dalam tubuh, dan akan mengakibatkan kekakuan sambungan persendian, pengerasan arteri, batu ginjal, penyumbatan arteri, dan kaliper mikroskopik dan mengalir keseluruh tubuh.

















Gambar 9 pengujian TDS dengan TDS meter

Bahkan sistem purifikasi air minum terbaik yang terdapat dipasaran, tetap harus dimonitor dengan TDS meter untuk memastikan filter dan/atau membran bekerja dengan baik, atau harus dilakukan penggantian terhadap kerjanya untuk menghilangkan partikel-partikel yang tidak diinginkan dan bakteri yang terlarut didalam air.
Berikut adalah beberapa alasan mengapa pentingnya untuk memeriksa level TDS air minum kita :
1.                Rasa/Kesehatan
Air yang memiliki level TDS tinggi memiliki rasa yang kurang enak, terasa agak asin, pahit, atau metalik. Bisa juga berindikasi terdapatnya mineral-mineral yang bersifat toxic. Enviromental Protection Agency (EPA) USA, menyarankan bahwa kadar maksimal kontaminan pada air minum adalah sebesar 500mg/liter (500 ppm).




2.    Kinerja Filter
Pengujian ini untuk memastikan sistem reverse osmosis atau sistem purifikasi air memiliki tingkat kemampuan pembuangan partikel-pertikel pengotor, dan diketahui kapan kita harus mengganti filter (atau membran) sistem purifikasi air minum kita.

3.    Kesadahan (Hardness)
Tingginya level TDS bisa mengindikasikan kesadahan air, yang akan menyebabkan kerak .

4.    Industri
Tingginya level TDS bisa berdampak pada kinerja beberapa peralatan, seperti boiler dan cooling tower, produksi makanan dan minuman, dan banyak lainnya.

5.    Makanan dan Minuman
Misalkan untuk mendapatkan rasa secangkir kopi yang lebih nikmat, salah satunya adalah menjaga level TDS air yang digunakannya.





Gambar 10 Data Pengukuran TDS
Sumber: Enviromental Protection Agency (EPA) USA.

Air minum ideal adalah yang memiliki level TDS 0 – 50 ppm, dihasilkan dengan proses reverse osmosis, deionizationm microflitration, distillation, dan banyak lainnya. Air gunung (mountain spring) dan yang melalui proses filtrasi karbon berada di standar kedua. Rata-rata air tanah (air sumur) adalah 150 – 300 ppm, masih dalam batas aman, namun bukan yang terbaik terutama untuk para penderita penyakit ginjal.

Keunggulan Aplikasi Reverse Osmosis
Menurut Ir. Teuku Zulkarnain, MT, kandidat doktor teknik lingkungan Institut Teknologi Bandung, Keunggulan RO yang paling superior dibandingkan metode-metode pemisahan lainnya yaitu kemampuan dalam memisahkan zat-zat dengan berat molekul rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti glukosa dan sukrosa. Keunggulan lain dari RO ini yaitu tidak membutuhkan zat kimia, dapat dioperasikan pada suhu kamar, dan adanya penghalang absolut terhadap aliran kontaminan, yaitu membran itu sendiri. Selain itu, ukuran penyaringannya yang mendekati pikometer, juga mampu memisahkan virus dan bakteri.
Teknologi RO cocok digunakan dalam pemurnian air minum dan air buangan. Di bidang industri, teknologi RO dapat digunakan untuk memurnikan air umpan boiler. Selain itu, Karena kemampuannya dalam memisahkan garam-garaman, teknologi reverse osmosis cocok digunakan dalam pengolahan air laut menjadi air tawar (desalinasi). Pengolahan ini terdiri dari beberapa tahap:
·           Pre-treatment untuk memisahkan padatan-padatan yang terbawa oleh umpan. Padatan-padatan tersebut jika terakumulasi pada permukaan membran dapat menimbulkan fouling. Pada tahap ini pH dijaga antara 5,5-5,8.
·           High pressure pump digunakan untuk memberi tekanan kepada umpan. Tekanan ini berfungsi sebagai driving force untuk melawan gradien konsentrasi. Umpan dipompa untuk melewati membran. Keluaran dari membran masih sangat korosif sehingga perlu diremineralisasi dengan cara ditambahkan kapur atau CO2. Penambahan kapur ini juga bertujuan menjaga pH pada kisaran 6,8-8,1 untuk memenuhi spesifikasi air minum.
·           Disinfection dilakukan dengan menggunakan radiasi sinar UV ataupun dengan cara klorinasi. Sebenarnya, penggunaan RO untuk desalinasi sudah cukup jitu untuk memisahkan virus dan bakteri yang terdapat dalam air. Namun, untuk memastikan air benar-benar aman (bebas virus dan bakteri), disinfection tetap dilakukan.












Gambar 11 Sea Water Desalinantion: Concept Drawing of Membrane Distillation Sea Water Desalination.

Selain untuk desalinasi, Reverse Osmosis (RO) juga digunakan dalam dialisis untuk proses cuci darah penderita penyakit ginjal. Ginjal berfungsi sebagai penyaring darah terhadap pengotor-pengotor hasil metabolisme tubuh seperti urea, yang kemudian dikeluarkan melalui urin. Mesin dialisis berfungsi sebagai “ginjal” tersebut. Darah dikeluarkan dari tubuh menuju mesin dialisis yang di dalamnya terdapat membran. Darah yang telah melewati membran dikembalikan lagi ke dalam tubuh.
Membran dapat dioperasikan pada tekanan rendah sehingga memungkinkan dioprerasikan di rumah tinggal, tempat pengungsian, bahkan dapat digerakkan dengan genset berskala kecil. Selain itu, kemajuan dalam bidang material membran juga memungkinkan proses pemisahan menggunakan membran dapat dilakukan dengan lebih ekonomis.
Seiring kemajuan teknologi membran, salah satunyaTeknologi Reverse Osmosis telah digunakan di mana air murni dibutuhkan, seperti:

1| Air minum
2| Humidifikasi
3| Pembuatan Es
4| Air pembilas
5| Aplikasi biomedikal
6| Aplikasi laboratotium
7| Fotografi
8| Produksi obat-obatan
9| Dianalisis ginjal
10| Proses kimia
11| Pembuatan kosmetik
12| Restoran
13| Aplikasi metal plating
14| Air pengisi boiler
15| Air pengisi baterai/aki
16| Produksi semikonduktor, dan lain-lain











Tabel Perbandingan Filtrasi Air Minum Biasa dengan Reverse Osmosis
 PERBANDINGAN HASIL FILTERISASI AIR MINUM BIASA
DAN REVERSE OSMOSIS
NO
KETERANGAN
Depo filtrasi biasa
Peralatan Filterisasi :
Pasir Silica / Ziolit
Carbon Aktif, Filter Sedimen dan Ultraviolet
DEPO R.O :
Peralatan Filterisasi :
Pre filter, Membran dan Post Carbon
1
TDS
Setelah di proses, TDS air baku turun 5% s/d 10%
Setelah diproses TDS air baku turun hingga 95%
2

- Zat besi
- Mangaan
- Aluminium
- Mineral Lain

Berkurang 5% s/d 10%
Berkurang hingga 95%
3
PH Air sesuai standar DEPKES
Air Mineral (antara 6,5 – 8,5)
Air Demineral (antara 5,0 – 7,5)
Sedikit Naik
(terkadang tidak)
Sedikit Naik
(terkadang turun)
4
Bakteri, Virus & Kuman
Sterilisasi menggunakan ultraviolet
Tersaring pada membran
5
Kondisi air setelah melalui proses filterisasi
Air Mineral
Air mendekati murni (Air murni = TDS Nol)
www.airminum.com

Air Tanah
Air tanah adalah air yang terdapat dalam lapisan tanah atau bebatuan di bawah permukaan tanah. Air tanah merupakan salah satu sumber daya air yang keberadaannya terbatas dan kerusakannya dapat mengakibatkan dampak yang luas serta pemulihannya sulit dilakukan.
Selain air sungai dan air hujan, air tanah juga mempunyai peranan yang sangat penting terutama dalam menjaga keseimbangan dan ketersediaan bahan baku air untuk kepentingan rumah tangga (domestik) maupun untuk kepentingan industri. Dibeberapa daerah, ketergantungan pasokan air bersih dan air tanah telah mencapai ± 70%.
Secara umum airtanah akan mengalir sangat perlahan melalui suatu celah yang sangat kecil dan atau melalui butiran antar batuan.


Gambar 12 Model aliran airtanah melewati rekahan dan butir batuan
Batuan yang mampu menyimpan dan mengalirkan air tanah ini kita sebut dengan akifer. Interaksi kita dalam penggunaan air tanah yang secara alami adalah dengan mengambil air tanah yang muncul di permukaan sebagai mata air atau secara buatan. Air tanah bergerak dari tekanan tinggi menuju ke tekanan rendah. Perbedaan tekanan ini secara umum diakibatkan oleh gaya gravitasi (perbedaan ketinggian antara daerah pegunungan dengan permukaan laut), adanya lapisan penutup yang impermeabel diatas lapisan akifer, gaya lainnya yang diakibatkan oleh pola struktur batuan atau fenomena lainnya yang ada di bawah permukaan tanah. Pergerakan ini secara umum disebut gradien aliran air tanah (potentiometrik). Secara alamiah pola gradien ini dapat ditentukan dengan menarik kesamaan muka air tanah yang berada dalam satu sistem aliran airtanah yang sama. Pergerakan atau aliran air tanah ini menjadi penting karena kunci dari penentuan suatu daerah kaya dengan airtanah atau tidak. karena tidak seluruh daerah memiliki potensi air tanah alami yang baik.
Model aliran air tanah itu sendiri akan dimulai pada daerah resapan air tanah atau sering juga disebut sebagai daerah imbuhan air tanah (recharge zone). Daerah ini adalah wilayah dimana air yang berada di permukaan tanah baik air hujan ataupun air permukaan mengalami proses penyusupan (infiltrasi) secara gravitasi melalui lubang pori tanah/batuan atau celah/rekahan pada tanah/batuan.










Gambar 13 Model siklus hidrologi
Dalam perjalananya aliran air tanah ini seringkali melewati suatu lapisan akifer yang diatasnya memiliki lapisan penutup yang bersifat kedap air (impermeabel) hal ini mengakibatkan perubahan tekanan antara air tanah yang berada di bawah lapisan penutup dan airtanah yang berada diatasnya. Perubahan tekanan inilah yang didefinisikan sebagai air tanah tertekan (confined aquifer) dan air tanah bebas (unconfined aquifer). Dalam kehidupan sehari-hari pola pemanfaatan air tanah bebas sering kita lihat dalam penggunaan sumur gali oleh penduduk, sedangkan air tanah tertekan dalam sumur bor yang sebelumnya telah menembus lapisan penutupnya.
Air tanah bebas (water table) memiliki karakter berfluktuasi terhadap iklim sekitar, mudah tercemar dan cenderung memiliki kesamaan karakter kimia dengan air hujan. Kemudahannya untuk didapatkan membuat kecenderungan disebut sebagai air tanah dangkal. (dangkal atau dalam itu sangat relatif).
Air tanah tertekan/ air tanah terhalang inilah yang seringkali disebut sebagai air sumur artesis (artesian well). Pola pergerakannya yang menghasilkan gradient potensial, mengakibatkan adanya istilah artesis positif; kejadian dimana potensial air tanah ini berada diatas permukaan tanah sehingga air tanah akan mengalir vertikal secara alami menuju kestimbangan garis potensial khayal ini. Artesis nol; kejadian dimana garis potensial khayal ini sama dengan permukaan tanah sehingga muka air tanah akan sama dengan muka tanah. artesis negatif; kejadian dimana garis potensial khayal ini dibawah permukaan tanah sehingga muka air tanah akan berada di bawah permukaan tanah.



Gambar 14 Artesis
Gerakan Air Tanah
Disamping air tanah bergerak dari atas ke bawah, air tanah juga bergerak dari bawah ke atas (gaya kapiler). Air bergerak horisontal pada dasarnya mengikuti hukum hidrolika, air bergerak horisontal karena adanya perbedaan gradien hidrolik. Gerakan air tanah mengikuti hukum Darcy yang berbunyi “volume air tanah yang melalui batuan berbanding lurus dengan tekanan dan berbanding terbalik dengan tebal lapisan (Utaya, 1990:35).

Kondisi Air Tanah Dataran Alluvial
Dataran alluvial merupakan dataran yang terbentuk akibat proses-proses geomorfologi yang lebih didominasi oleh tenaga eksogen antara lain iklim, curah hujan, angin, jenis batuan, topografi, suhu, yang semuanya akan mempercepat proses pelapukan dan erosi. Hasil erosi diendapkan oleh air ketempat yang lebih rendah atau mengikuti aliran sungai. Dataran alluvial menempati daerah pantai, daerah antar gunung, dan dataran lembah sungai. daerah alluvial ini tertutup oleh bahan hasil rombakan dari daerah sekitarnya, daerah hulu ataupun dari daerah yang lebih tinggi letaknya. Potensi air tanah daerah ini ditentukan oleh jenis dan tekstur batuan.
Daerah pantai terdapat cukup luas di pantai timur Pulau Sumatera, Pulau Jawa bagian Utara dan selatan, Pulau Kalimantan dan Irian Jaya bagian Selatan. Air tanah daerah dataran pantai selalu terdapat dalam sedimen kuarter dan resen yang batuannya terdiri dari pasir, kerikil, dan berinteraksi dengan lapisan lempung. Kondisi air tanah pada lapisan tersebut semuanya dalam keadaan tertekan , mempunyai potensi yang umumnya besar, namun masih bergantung pada luas dan penyebaran lapisan batuan dan selalu mendapat ancaman interusi air laut, apabila pengambilan air tanah berlebihan.
Dataran antar gunung di pulau Jawa terdapat di Bandung, Garut, Madiun , Kediri, Nganjuk, dan Bondowoso, daerah ini sebagian besar dibatasi oleh kaki gunung api. Lapisan batuan terdiri atas bahan klastika hasil rombakan batuan gunung api sekitarnya. Pengertian susunan litologi dari butir kasar ke halus membentuk suatu kondisi air tanah tertekan, cekungan air tanah antar gunung mempunyai potensi yang cukup besar. Beberapa bentuk lahan asal fluvial adalah sebagai berikut:
   1. Kipas Alluvial (Alluvial fan)
   2. Crevasse-Splays
   3. Tanggul alam (Natural lever)
   4. Poin bar
   5. Dataran banjir
   6. Cekungan fluvial (Flood plain)
   7. Teras Alluvial
   8. Delta

Volume air tanah dalam dataran alluvial di tentukan oleh tebal dan penyebaran permeabilitas dari akifer yang terbentuk dalam aluvium dan dilluvium yang mengendap dalam dataran. Apabila suatu daerah materi penyusunnya atas materi halus (liat/berdebu) umumnya permeabilitasnya kecil, sedangkan suatu daerah yang tersusun atas pasir dan kerikil permeabilitasnya besar. Air tanah yang mengendap di dataran banjir ditambah langsung dari peresapan air susupan. Permukaan air tanahnya dangkal sehingga pengambilan air dapat dengan sumur dangkal.
Dataran alluvial unsur-unsur yang dominan adalah unsur NO2, NO3, Ca, Mg, Si, dan Fe. Kelebihan Nitrit karena pengaruh zat buangan (urine), pembusukan organik dari hasil reduksi nitrat yang ada disekitar air tanah (Karmono dan Joko Cahyo, 1978:11). Hal ini selain dipengaruhi oleh faktor alam juga sebagai aktivitas manusia misalnya adanya lahan pertanian yang mengkonsumsi pupuk organik yang mengandung nitrat.

Asal-Usul dan Sifat-Sifat Air Tanah
Adalah hal yang mutlak bagi para birokrat pengelola sumber daya air (tanah), untuk memahami asal-usul (origin) dan sifat-sifat (nature) air tanah, agar tidak terjadi kesalah-pengertian tentang sumberdaya yang dikelola. Kesalah-pengertian tersebut akan menjadikan tujuan mewujudkan kemanfaatan air tanah terutama bagi kaum miskin pengelolaan tidak mencapai sasarannya, bahkan justru akan menimbulkan dampak yang merugikan bagi keterdapatan air tanah itu sendiri serta kaum miskin tersebut.
Hal-hal pokok yang perlu dipahami tentang asal-usul dan sifat-sifat air tanah adalah :

(1)     Pembentukan Air Tanah
Air tanah adalah semua air yang terdapat di bawah permukaan tanah pada lajur/zona jenuh air (zone of saturation). Air tanah terbentuk berasal dari air hujan dan air permukan , yang meresap (infiltrate) mula-mula ke zona tak jenuh (zone of aeration) dan kemudian meresap makin dalam (percolate) hingga mencapai zona jenuh air dan menjadi air tanah.
Air tanah adalah salah satu faset dalam daur hidrologi , yakni suatu peristiwa yang selalu berulang dari urutan tahap yang dilalui air dari atmosfer ke bumi dan kembali ke atmosfer; penguapan dari darat atau laut atau air pedalaman, pengembunan membentuk awan, pencurahan, pelonggokan dalam tanih atau badan air dan penguapan kembali (Kamus Hidrologi, 1987). Dari daur hidrologi tersebut dapat dipahami bahwa air tanah berinteraksi dengan air permukaan serta komponen-komponen lain yang terlibat dalam daur hidrologi termasuk bentuk topografi, jenis batuan penutup, penggunaan lahan, tetumbuhan penutup, serta manusia yang berada di permiukaan.
Air tanah dan air permukaan saling berkaitan dan berinteraksi. Setiap aksi (pemompaan, pencemaran dll) terhadap air tanah akan memberikan reaksi terhadap air permukaan, demikian sebaliknya.

(2)     Wadah Air Tanah
Suatu formasi geologi yang mempunyai kemampuan untuk menyimpan dan melalukan air tanah dalam jumlah berarti ke sumur-sumur atau mata air – mata air. Lapisan pasir atau kerikil adalah salah satu formasi geologi yang dapat bertindak sebagai akuifer. Wadah air tanah yang disebut akuifer tersebut dialasi oleh lapisan lapisan batuan dengan daya meluluskan air yang rendah, misalnya lempung, dikenal sebagai akuitard. Lapisan yang sama dapat juga menutupi akuifer, yang menjadikan air tanah dalam akuifer tersebut di bawah tekanan (confined aquifer). Di beberapa daerah yang sesuai, pengeboran yang menyadap air tanah tertekan tersebut menjadikan air tanah muncul ke permukaan tanpa membutuhkan pemompaan. Sementara akuifer tanpa lapisan penutup di atasnya, air tanah di dalamnya tanpa tekanan (unconfined aquifer), sama dengan tekanan udara luar.
Semua akuifer mempunyai dua sifat yang mendasar: (i) kapasitas menyimpan air tanah dan (ii) kapasitas mengalirkan air tanah. Namun demikaian sebagai hasil dari keragaman geologinya, akuifer sangat beragam dalam sifat-sifat hidroliknya (kelulusan dan simpanan) dan volume tandoannya (ketebalan dan sebaran geografinya). Berdasarkan sifat-sifat tersebut akuifer dapat mengandung air tanah dalam jumlah yang sangat besar dengan sebaran yang luas hingga ribuan km2 atau sebaliknya.
Ditinjau dari kedudukannya terhadap permukaan, air tanah dapat disebut (i) air tanah dangkal (phreatic), umumnya berasosiasi dengan akuifer tak tertekan, yakni yang tersimpan dalam akuifer dekat permukaan hingga kedalaman – tergantung kesepakatan – 15 sampai 40 m. (ii) air tanah dalam, umumnya berasosiasi dengan akuifer tertekan, yakni tersimpan dalam akuifer pada kedalaman lebih dari 40 m (apabila kesepakatan air tanah dangkal hingga kedalaman 40 m). Air tanah dangkal umumnya dimanfaatkan oleh masyarakat (miskin) dengan membuat sumur gali, sementara air tanah dalam dimanfaatkan oleh kalangan industri dan masyarakat berpunya.
Sebaran akuifer serta pengaliran air tanah tidak mengenal batas-batas kewenangan administratif pemerintahan. Suatu wilayah yang dibatasi oleh batasan-batasan geologis yang mengandung satu akuifer atau lebih dengan penyebaran luas, disebut cekungan air tanah.

(3)     Pengaliran dan Imbuhan Air Tanah
Air tanah dapat terbentuk atau mengalir (terutama secara horisontal), dari titik /daerah imbuh (recharge), seketika itu juga pada saat hujan turun, hingga membutuhkan waktu harian, mingguan, bulanan, tahunan, puluhan tahun, ratusan tahun, bahkan ribuan tahun,, tinggal di dalam akuifer sebelum muncul kembali secara alami di titik/daerah luah (discahrge), tergantung dari kedudukan zona jenuh air, topografi, kondisi iklim dan sifat-sifat hidrolika akuifer. Oleh sebab itu, kalau dibandingkan dalam kerangka waktu umur rata-rata manusia, air tanah sesungguhnya adalah salah satu sumber daya alam yang tak terbarukan.
Saat ini di daerah-daerah perkotaan yang pemanfaatan air tanah dalamnya sudah sangat intensif, seperti di Jakarta, Bandung, Semarang, Denpasar, dan Medan, muka air tanah dalam (piezometic head) umumnya sudah berada di bawah muka air tanah dangkal (phreatic head). Akibatnya terjadi perubahan pola imbuhan, yang sebelumnya air tanah dalam memasok air tanah dangkal (karena piezometic head lebih tinggi dari phreatic head), saat ini justru sebaliknya air tanah dangkal memasok air tanah dalam.
Jika jumlah total pengambilan air tanah dari suatu sistem akuifer melampaui jumlah rata-rata imbuhan, maka akan terjadi penurunan muka air tanah secara menerus serta pengurangan cadangan air tanah dalam akuifer. Jika hal ini terjadi, maka kondisi demikian disebut pengambilan berlebih (over exploitation) , dan penambangan air tanah terjadi.

(4)     Mutu Air Tanah
Sifat fisika dan komposisi kimia air tanah yang menentukan mutu air tanah secara alami sangat dipengaruhi oleh jenis litologi penyusun akuifer, jenis tanah/batuan yang dilalui air tanah, serta jenis air asal air tanah. Mutu tersebut akan berubah manakala terjadi intervensi manusia terhadap air tanah, seperti pengambilan air tanah yang berlebihan, pembuangan libah, dll
Air tanah dangkal rawan (vulnerable) terhadap pencemaran dari zat-zat pencemar dari permukaan. Namun karena tanah/batuan bersifat melemahkan zat-zat pencemar, maka tingkat pencemaran terhadap air tanah dangkal sangat tergantung dari kedudukan akuifer, besaran dan jenis zat pencemar, serta jenis tanah/batuan di zona takjenuh, serta batuan penyusun akuifer itu sendiri. Mengingat perubahan pola imbuhan, maka air tanah dalam di daerah-daerah perkotaan yang telah intensif pemanfaatan air tanahnya, menjadi sangat rawan pencemaran, apabila air tanah dangkalnya di daerah-daerah tersebut sudah tercemar. Air tanah yang tercemar adalah pembawa bibit-bibit penyakit yang berasal dari air (water born diseases).

Metode Pencarian Air Tanah
Metode berdasarkan aspek fisika (Hidrogeofisika) : Penekanannya pada aspek fisik yaitu merekonstruksi pola sebaran lapisan akuifer. Beberapa metode yang sudah umum kita dengar dalam metode ini adalah pengukuran geolistrik yang meliputi pengukuran tahanan jenis, Induce Polarisation (IP) dan lain-lain. Pengukuran lainnya adalah dengan menggunakan sesimik, gaya berat dan banyak lagi.
Metode berdasarkan aspek kimia (Hidrogeokimia) : Penekanannya pada aspek kimia yaitu mencoba menuruti pola pergerakan air tanah. Secara teori ketika air melewati suatu media, maka air ini akan melarutkan komponen yang dilewatinya. Sebagai contoh air yang telah lama mengalir di bawah permukaan tanah akan memiliki kandungan mineral yang berasal dari batuan yang dilewatinya secara melimpah.
Kombinasi dari kedua metode ini akan saling melengkapi dan akan memudahkan untuk mengetahui lebih lengkap mengenai informasi keberadaan airtanah di suatu daerah.

Kandungan Fe dan Mn Air Tanah
Air tanah dapat terkontaminasi dari beberapa sumber pencemar. Dua sumber utama kontaminasi air tanah ialah kebocoran bahan kimia organik dari penyimpanan bahan kimia dalam bunker yang disimpan dalam tanah, dan penampungan limbah industri yang ditampung dalam kolam besar diatas atau di dekat sumber air.
Persyaratan bagi masing-masing standar kualitas air masih perlu ditentukan oleh 4 (empat) aspek yaitu : persyaratan fisis, kimia, biologis, radiologis. Persyaratan fisis ditentukan oleh faktor-faktor kekeruhan, warna, bau maupun rasa. Persyaratan kimia ditentukan oleh konsentrasi bahan-bahan kimia seperti Arsen, Clhor, Tembaga, Cyanida, Besi dan sebagainya. Persyaratan biologis ditentukan baik oleh mikroorganisme yang pathogen, maupun yang non pathogen.
Air sumur bor merupakan salah satu jalan yang ditempuh masyarakat untuk memenuhi kebutuhan air bersih, namun tingginya kadar ion Fe (Fe2+, Fe3+) yaitu 5 – 7 mg/l mengakibatkan harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dipergunakan, karena telah melebihi standar yang telah di tetapkan oleh Departemen kesehatan di dalam Permenkes No. 416 /Per/Menkes/IX/ 1990 tentang air bersih yaitu sebesar 1,0 mg/l. Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk menurunkan kadar besi (Fe2+,Fe3+) dalam air adalah dengan Reverse Osmosis.
Besi adalah salah satu elemen yang dapat ditemui hampir pada setiap tempat di bumi, pada semua lapisan geologis dan semua badan air. Pada umumnya besi yang ada di dalam air dapat bersifat terlarut sebagai Fe2+ atau Fe3+.
Kandungan ion Fe (Fe2+,Fe3+) pada air sumur bor berkisar antara 5 – 7 mg/L. Tingginya kandungan Fe (Fe2+,Fe3+) ini berhubungan dengan keadaan struktur tanah. Struktur tanah dibagian atas merupakan tanah gambut, selanjutnya berupa lempung gambut dan bagian dalam merupakan campuran lempung gambut dengan sedikit pasir.
Besi dalam air berbentuk ion bervalensi dua (Fe2+) dan bervalensi tiga (Fe3+) . Dalam bentuk ikatan dapat berupa Fe2O3, Fe(OH)2, Fe(OH)3 atau FeSO4 tergantung dari unsur lain yang mengikatnya. Dinyatakan pula bahwa besi dalam air adalah bersumber dari dalam tanah sendiri di samping dapat pula berasal dari sumber lain, diantaranya dari larutnya pipa besi, reservoir air dari besi atau endapan – endapan buangan industri.
Adapun besi terlarut yang berasal dari pipa atau tangki – tangki besi adalah akibat dari beberapa kodisi, di antaranya : 1) Akibat pengaruh pH yang rendah (bersifat asam), dapat melarutkan logam besi. 2) Pengaruh akibat adanya CO2 agresif yang menyebabkan larutnya logam besi. 3) Pengaruh banyaknya O2 yang terlarut dalam air yang dapat pula. 4) Pengaruh tingginya temperature air akan melarutkan besi-besi dalam air. 5) Kuatnya daya hantar listrik akan melarutkan besi. 6) Adanya bakteri besi dalam air akan memakan besi.
Besi terlarut dalam air dapat berbentuk kation ferro (Fe2+) atau kation ferri (Fe3+). Hal ini tergantung kondisi pH dan oksigen terlarut dalam air. Besi terlarut dapat berbentuk senyawa tersuspensi, sebagai butir koloidal seperti Fe (OH)3, FeO, Fe2O3dan lain-Iain. Konsentrasi besi terlarut yang masih diperbolehkan dalam air bersih adalah sampai dengan 0,1 mg/l.
Apabila kosentrasi besi terlarut dalam air melebihi batas tersebut akan menyebabkan berbagai masalah, diantaranya :
keberadaan unsur mangan biasanya bersama-sama dengan unsur besi. Air tanah umumnya mempunyai konsentrasi karbon dioksida yang tinggi hasil penguraian kembali zat-zat organik dalam tanah oleh aktivitas mikroorganisme, serta mempunyai konsentrasi oksigen terlarut yang relatif rendah, menyebabkan kondisi anaerobik. Kondisi ini menyebabkan konsentrasi besi dan mangan bentuk mineral tidak larut (Fe3+ dan Mn4+) tereduksi menjadi besi dan mangan yang larut dalam bentuk ion bervalensi dua (Fe2+ dan Mn2+).
Meskipun besi dan mangan pada umumnya terdapat dalam bentuk terlarut bersenyawa dengan bikarbonat dan sulfat, juga ditemukan kedua unsur tersebut bersenyawa dengan hidroden sulfida (H2S).
Selain itu besi dan mangan ditemukan pula pada air tanah yang mengandung asam yang berasal dari humus yang mengalami penguraian dan dari tanaman atau tumbuhan yang bereaksi dengan unsur besi untuk membentuk ikatan kompleks organik. Konsentrasi besi pada air tanah bervariasi mulai dari 0,01 mg/l sampai dengan ± 25 mg/l, sedangkan konsentrasi mangan pada umumnya kurang dari 1,0 mg/l. Secara umum Fe (II) terdapat dalam air tanah berkisar antara 1.0 – 10 mg/L, namun demikian tingkat kandungan besi sampai sebesar 50 mg/L dapat juga ditemukan dalam air tanah ditempat – tempat tertentu.
Pada air permukaan yang belum diolah ditemukan konsentrasi mangan rata-rata lebih dari 1 mg/l, walaupun demikian dalam keadaan tertentu unsur mangan dapat timbul dalam konsentrasi besar pada suatu reservoir/tandon atau sungai pada kedalaman dan saat tertentu. Hal ini terjadi akibat adanya aktivitas mikroorganisme dalam menguraikan dan mereduksi bahan organik dan mangan (IV) menjadi mangan (II) pada kondisi hypolimnion (kondisi adanya cahaya matahari).
Penyediaan air bersih dari air baku air permukaan yang membutuhkan pengolahan penghilangan besi dan mangan, biasanya air tersebut berasal dari hypolimnion (lapisan bagian bawah) dari danau yang dalam atau dari danau yang eutrop (kaya nutrien), dimana kondisi reaksi reduksi berlangsung untuk selanjutnya deposit endapan besi dan mangan akan berubah kembali ke dalam bentuk larutan. Besi pada air permukaan terdapat dalam beberapa bentuk, antara lain dalam bentuk suspensi dari lumpur, tanah liat dan partikel (dispersi) halus dari besi (IIl) hidroksida, [Fe(OH)3] dalam bentuk koloid dan organik kompleks.
Mangan terdapat dalam bentuk kompleks dengan bikarbonat, mineral dan organik. Unsur mangan pada air permukaan berupa ion bervalensi empat dalam bentuk organik kompleks.
Perairan yang mengandung besi sangat tidak diinginkan untuk keperluan rumah tangga, karena dapat menyebabkan bekas karat pada pakaian, porselin, dan alat – alat lainnya serta menimbulkan rasa yang tidak enak pada air minum pada konsentrasai diatas kurang lebih 0.31 mg/L. Sifat kimia perairan dari besi adalah sifat redoks. pembentukan kompleks, metabolisme oleh mikroorganisme, dan pertukaran dari besi antara fasa dan fase padat yang mengandung besi karbonat, hidroksida dan sulfite.
Air tanah yang mengandung Fe (II) mempunyai sifat yang unik. Dalam kondisi tidak ada oksigen air tanah yang mengandung Fe (II) jernih, begitu mengalami oksidasi oleh oksigen yang berasal dari atmosfer ion ferro akan berubah menjadi ion Ferri dengan reaksi sebagai berikut :

4Fe2+ + O2 + 10 H2O ——-> 4 Fe(OH)3 8 H+

Dan ini menyebabkan air menjadi keruh. Pada pembentukan besi (III) oksidasi terhidrat yang tidak larut menyebabkan air berubah menjadi abu – abu.
Besi (II) dapat terjadi sebagai jenis stabil yang larut dalam dasar danau dan sumber air yang kekurangan oksigen. Ion FeOH+ dapat terjadi dalam perairan yang bersifat basa, tetapi bisa ada CO2 maka terbentuk FeCO3 yang tidak larut. Besi (II) dapat membentuk kompleks yang stabil dengan zat organik pengompleks yang dapat larut dalam air. Dalam perairan dengan pH sangat rendah, kedua bentuk ion ferro dan ferri dapat ditemukan.
Dalam kondisi aerob mangan dalam perairan terdapat dalam bentuk MnO2 dan pada dasar perairan tereduksi menjadi Mn2+ atau dalam air yang kekurangan oksigen (DO rendah). Oleh karena itu pemakaian air berasal dari dasar suatu sumber air, sering ditemukan mangan dalam konsentrasi tinggi.
Pada pH agak tinggi dan kondisi aerob terbentuk mangan yang tidak larut seperti, MnO2, Mn3O4, atau MnCO3 meskipun oksidasi dari Mn2+ itu berjalan relatif lambat. Secara visual dalam air yang banyak mengandung mangan berwarna kehitam – hitaman. Sedangkan aktifitas mangan dalam air sama dengan besi.

1.             Gangguan teknis
Endapan Fe (OH) bersifat korosif terhadap pipa dan akan mengendap pada saluran pipa, sehingga mengakibatkan pembuntuan dan efek-efek yang dapat merugikan seperti Mengotori bak yang terbuat dari seng. Mengotori wastafel dan kloset.
2.             Gangguan fisik
Gangguan fisik yang ditimbulkan oleh adanya besi terlarut dalam air adalah timbulnya warna, bau, rasa. Air akan terasa tidak enak bila konsentrasi besi terfarutnya > 1,0 mg/l.
3.             Gangguan kesehatan
Senyawa besi dalam jumlah kecil di dalam tubuh manusia berfungsi sebagai pembentuk sel-sel darah merah, dimana tubuh memerlukan 7-35 mg/hari yang sebagian diperoleh dari air. Tetapi zat Fe yang melebihi dosis yang diperlukan oleh tubuh dapat menimbulkan masalah kesehatan. Hal ini dikarenakan tubuh manusia tidak dapat mengsekresi Fe, sehingga bagi mereka yang sering mendapat tranfusi darah warna kulitnya menjadi hitam karena akumulasi Fe. Air minum yang mengandung besi cenderung menimbulkan rasa mual apabila dikonsumsi. Selain itu dalam dosis besar dapat merusak dinding usus. Kematian sering kali disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Kadar Fe yang lebih dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada mata dan kulit. Apabila kelarutan besi dalam air melebihi 10 mg/l akan menyebabkan air berbau seperti telur busuk.
Pada Hemokromatesis primer besi yang diserap dan disimpan dalam jumlah yang berlebihan di dalam tubuh. Feritin berada dalam keadaan jenuh akan besi sehingga kelebihan mineral ini akan disimpan dalam bentuk kompleks dengan mineral lain yaitu hemosiderin. Akibatnya terjadilah sirosis hati dan kerusakan pankreas sehingga menimbulkan diabetes. Hemokromatis sekunder terjadi karena transfusi yang berulang-ulang. Dalam keadaan ini besi masuk ke dalam tubuh sebagai hemoglobin dari darah yang ditransfusikan dan kelebihan besi ini tidak disekresikan.

Hal-Hal yang Mempengaruhi Kelarutan Fe dalam Air:
1.             Kedalaman
Air hujan yang turun jatuh ke tanah dan mengalami infiltrasi masuk ke dalam tanah yang mengandung FeO akan bereaksi dengan H2O dan CO2 dalam tanah dan membentuk Fe (HCO3)2 dimana semakin dalam air yang meresap ke dalam tanah semakin tinggi juga kelarutan besi karbonat dalam air tersebut.
2.             pH
pH air akan terpengaruh terhadap kesadahan kadar besi dalam air, apabila pH air rendah akan berakibat terjadinya proses korosif sehingga menyebabkan larutnya besi dan logam lainnya dalam air, pH yang rendah kurang dari 7 dapat melarutkan logam. Dalam keadaan pH rendah, besi yang ada dalam air berbentuk ferro dan ferri, dimana bentuk.ferri akan mengendap dan tidak larut dalam air serta tidak dapat dilihat dengan mata sehingga mengakibatkan air menjadi berwarna,berbau dan berasa.
3.             Suhu
Suhu adalah temperatur udara. Temperatur yang tinggi menyebabkan menurunnya kadar O2 dalam air, kenaikan temperatur air juga dapat mengguraikan derajat kelarutan mineral sehingga kelarutan Fe pada air tinggi.
4.             Bakteri besi
Bakteri besi (Crenothrix, Lepothrix, Galleanella, Sinderocapsa dan Sphoerothylus ) adalah bakteri yang dapat mengambil unsur ber dari sekeliling lingkungan hidupnya sehingga mengakibatkan turunnya kandungan besi dalam air, dalam aktifitasnya bakteri besi memerlukan oksigen dan besi sehingga bahan makanan dari bakteri besi tersebut. Hasil aktifitas bakteri besi tersebut menghasilkan presipitat (oksida besi) yang akan menyebabkan warna pada pakaian dan bangunan. Bakteri besi merupakan bakteri yang hidup dalam keadaan anaerob dan banyak terdapat dalam air yang mengandung mineral. Pertumbuhan bakteri akan menjadi lebih sempurna apabila air banyak mengandung CO2 dengan kadar yang cukup tinggi.

5.             CO2 agresif
Karbondioksida (CO2) merupakan salah satu gas yang terdapat dalam air. Berdasarkan bentuk dari gas Karbondioksida (CO2) di dalam air, CO2 dibedakan menjadi : CO2 bebas yaitu CO2 yang larut dalam air, CO2 dalam kesetimbangan, CO2 agresif. Dari ketiga bentuk Karbondioksida (CO2) yang terdapat dalam air, CO2 agresif-lah yang paling berbahaya karena kadar CO2 agresif lebih tinggi dan dapat menyebabkan terjadinya korosi sehingga berakibat kerusakan pada logam – logam dan beton. Menurut Powell CO2 bebas yang asam akan merusak logam apabila CO2 tersebut bereaksi dengan air karena akan merusak logam. Reaksi ini dikenal sebagai teori asam, dengan reaksi sebagai berikut:
2 Fe + H2CO3 ………………..> FeCO3 + 2 H+
2 FeCO3 + 5 H2O +1/2 O2 ………………..> 2 Fe(OH)2 + 2 H2CO3
Dalam reaksi di atas dapat dilihat bahwa asam karbonat tersebut secara terus-menerus akan merusak logam, karena selain membentuk FeCO3 sebagai hasii reaksi antara Fe dan H2CO3, selanjutnya FeCO3 bereaksi dengan air dan gas oksigen (O2) menghasilkan zat 2FeOH dan 2H2CO3 dimana H2CO3 tersebut akan menyerang logam kembali sehingga proses pengrusakan logam akan berjalan secara terus-menerus mengakibatkan kerusakan yang semakin lama semakin besar pada logam tersebut.





Penyebab utama Tingginya Kadar besi dalam Air
1.             Rendahnya pH Air
Nilai pH air normal yang tidak menyebabkan masalah adalah 7. Air yang mempunyai pH 7 dapat melarutkan logam termasuk besi.
2.             Adanya Gas-gas Terlarut dalam Air.
Yang dimaksud gas-gas tersebut adalah CO2 dan H2S. Beberapa gas terlarut dalam air terlarut tersebut akan bersifat korosif.
3.             Bakteri
Secara biologis tingginya kadar besi terlarut dipengaruhi oleh bakteri besi yaitu bakteri yang dalam hidupnya membutuhkan makanan dengan mengoksidasi besi sehingga larut. Jenis ini adalah bakteri Crenotrik, Leptotrik, Callitonella, Siderocapsa dan Iain-Iain. Bakteri ini mempertahankan hidupnya membutuhkan oksigen dan besi.

Jika konsentrasi besi dan mangan di dalam air relatif besar, akan memberikan dampak menimbulkan penyumbatan pada pipa disebabkan secara langsung oleh deposit (tubercule) yang disebabkan oleh endapan besi :

1.            Secara tidak langsung, disebabkan oleh kumpulan bakteri besi yang hidup di dalam pipa, karena air yang mengandung besi, disukai oleh bakteri besi.

2.            Selain itu kumpulan bakteri ini dapat meninggikan gaya gesek (losses) yang juga berakibat meningkatnya kebutuhan energi. Selain itu pula apabila bakteri tersebut mengalami degradasi dapat menyebabkan bau dan rasa tidak enak pada air.

3.            Besi dan mangan sendiri dalam konsentrasi yang lebih besar dan beberapa mg/L, akan memberikan suatu rasa pada air yang menggambarkan rasa logam, atau rasa obat.

Meninggalkan noda pada bak-bak kamar mandi dan peralatan lainnya (noda kecoklatan disebabkan oleh besi dan kehitaman oleh mangan). Pada ion exchanger endapan besi dan mangan yang terbentuk, seringkali mengakibatkan penyumbatan atau menyelubungi media pertukaran ion (resin), yang mengakibatkan hilangnya kapasitas pertukaran ion. Menyebabkan keluhan pada konsumen (seperti kasus “red water”) bila endapan besi dan mangan yang terakumulasi di dalam pipa, tersuspensi kembali disebabkan oleh adanya kenaikan debit atau kenaikan tekanan di dalam pipa/sistem distribusi, sehingga akan terbawa ke konsumen.