Analisis air dengan parameter (KOK) Kebutuhan Oksigen Kimiawi refluks terbuka secara titrimetri

I.            Sub Judul

Analisis air dengan parameter (KOK) Kebutuhan Oksigen Kimiawi refluks terbuka secara titrimetri.

II.            Tujuan

Siswa dapat menganalisis air dengan perameter (KOK) Kebutuhan Oksigen Kimiawi refluks terbuka secara titrimetri.

III.            Dasar Teori

Chemical Oxygen Demand atau kebutuhan oksigen kimia adalah jumlah oksigen yang diperlukan agar bahan buangan yang ada dalam air dapat teroksidasi melalui reaksi kimia. Dalam hal ini bahan buangan organik akan dioksidasi oleh kalium bikromat (K₂Cr₂O₇) dalam keadaan asam menjadi gas kabondioksida (CO₂) dan air (H₂O) serta sejumlah ion krom. Kalium bikromat digunakan sebagai sumber oksigen (oxidizing agent).

          Jumlah oksigen yang diperlukaan untuk reaksi oksidasi terhadap bahan buangan organik sama dengan jumlah kalium bikromat yang terpakai pada reaksi oksidasi, maka makin banyak oksigen yang dibutuhkan, berarti air lingkungan makin banyak tercemar oleh bahan buangan organik.

Chemical Oxygen Demand (COD) atau Kebutuhan Oksigen Kimia (KOK) adalah jumlah oksigen (mg O₂) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organik yang ada dalam satu liter sampel air, dimana pengoksidanya adalah kalium bikromat (K₂Cr₂O₇) atau kalium permanganate (KMnO₄₎. Misal, COD = 150 mg/l berarti dalam 1 liter limbah cair terdapat senyawa organik jumlahnya setara dengan 150 mg O₂. Angka Chemical Oxygen Demand (COD) merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organik yang secara alamiah dapat dioksidasi melalui proses mikrobiologis dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air. Sebagian besar zat organik melalui tes COD ini dioksidasi oleh kalium bikromat (K₂Cr₂O₇) dalam keadaan asam yang mendidih optimum,

Perak sulfat (Ag₂SO₄) ditambahkan sebagai katalisator untuk mempercepat reaksi. Sedangkan merkuri sulfat ditambahkan untuk menghilangkan gangguan klorida yang pada umumnya ada di dalam air buangan.

Untuk memastikan bahwa hampir semua zat organik habis teroksidasi maka zat pengoksidasi K₂Cr₂O₇ masih harus tersisa sesudah direfluks. K₂Cr₂O₇ yang tersisa menentukan berapa besar oksigen yang telah terpakai. Sisa K₂Cr₂O₇ tersebut ditentukan melalui titrasi dengan ferro ammonium sulfat (FAS). Reaksi yang berlangsung adalah sebagai berikut.

Indikator ferroin digunakan untuk menentukan titik akhir titrasi yaitu disaat warna hijau biru larutan berubah menjadi coklat merah. Sisa K₂Cr₂O₇ dalam larutan blanko adalah K₂Cr₂O₇ awal, karena diharapkan blanko tidak mengandung zat organik yang dioksidasi oleh K₂Cr₂O₇.

Biochemical Oxygen Demand menunjukkan jumlah oksigen dalam satuan ppm yang dibutuhkan oleh mikroorganisme untuk memecahkan bahan-bahan organik yang terdapat di dalam air. Pemeriksaan BOD diperlukan untuk menentukan beban pencemaran akibat air buangan penduduk atau industri. Penguraian zat organik adalah peristiwa alamiah, apabila suatu badan air dicemari oleh zat oragnik, bakteri dapat menghabiskan oksigen terlarut dalam air selama proses oksidasi tersebut yang bisa mengakibatkan kematian ikan-ikan dalam air dan dapat menimbulkan bau busuk pada air tersebut. Beberapa zat organik maupun anorganik dapat bersifat racun misalnya sianida, tembaga, dan sebagainya, sehingga harus dikurangi sampai batas yang diinginkan. Berkurangnya oksigen selama biooksidasi ini sebenarnya selain digunakan untuk oksidasi bahan organik, juga digunakan dalam proses sintesa sel serta oksidasi sel dari mikroorganisme. Oleh karena itu uji BOD ini tidak dapat digunakan untuk mengukur jumlah bahan-bahan organik yang sebenarnya terdapat di dalam air, tetapi hanya mengukur secara relatif jumlah konsumsi oksigen yang digunakan untuk mengoksidasi bahan organic tersebut. Semakin banyak oksigen yang dikonsumsi, maka semakin banyak pula kandungan bahan-bahan organik di dalamnya.

Oksigen yang dikonsumsi dalam uji BOD ini dapat diketahui dengan menginkubasikan contoh air pada suhu 20ºC selama lima hari. Untuk memecahkan bahan-bahan organik tersebut secara sempurna pada suhu 20ºC sebenarnya dibutuhkan waktu lebih dari 20 hari, tetapi untuk prasktisnya diambil waktu lima hari sebagai standar. Inkubasi selama lima hari tersebut hanya dapat mengukur kira-kira 68 persen dari total BOD (Sasongko, Setia B. 1990).

Dalam kegiatan pengukuran kualitas limbah cair industri, terdapat beberapa parameter yang diperiksa oleh laboratorium lingkungan. Dari beberapa parameter air limbah, BOD5 dan COD merupakan dua parameter yang biasa diperiksa.

BOD5 ( Biochemical Oxygen Demand, 5 days ). Industri yang menggunakan bahan-bahan organik, baik alami maupun sintetis, akan menghasilkan limbah cair yang mengandung senyawa organik. Salah satu jenis senyawa tersebut adalah senyawa organik terurai ( biodegradable organics ) atau senyawa yang dapat dikonsumsi oleh mikroba. Parameter BOD5 sebenarnya menunjukan jumlah oksigen (mg O₂) yang dikonsumsi mikroba aerobik saat menguraikan organik terurai dalam waktu 5 hari pada 1 liter limbah cair. Contoh : BOD5 = 100 mg/l berarti dalam 1 liter limbah cair terdapat sejumlah organik terurai yang membutuhkan O₂ sebanyak 100 mg agar mikroba aerobic dapat menguraikannya dalam 5 hari. Organik terurai (biodegradable organics) : terdiri dari berbagai senyawa organik yang dapat diuraikan oleh mikroba, seperti karbohidrat, protein, sukrosa, glukosa dan lemak.

COD (Chemical Oxygen Demand). Selain senyawa organik terurai , limbah cair juga megandung senyawa organik yang tidak terurai (non biodegradable organics). Untuk memperkirakan jumlah total ke-2 jenis senyawa organik tersebut, dapat digunakan parameter COD. Parameter COD sebenarnya menunjukan jumlah oksigen (mg O₂) yang ada dalam senyawa oksidan yang dibutuhkan untuk menguraikan seluruh senyawa organik yang terkandung dalam 1 liter limbah cair. Contohnya, COD = 150 mg/l berarti dalam 1 liter limbah cair terdapat senyawa organik jumlahnya setara dengan 150 mg O₂. Selisih antara nilai COD dan nilai BOD 5 dari suatu limbah cair dianggap menunjukan jumlah senyawa organik tak terurai.

                             Jumlah organik tak terurai = COD – BOD5

Organik sulit terurai ( non biodegradable organics ) : Terdiri dari berbagai jenis senyawa organik yang sangat sulit diuraikan oleh mikroba, seperti herbisida, deterjen, sellulosa, minyak dan oli (Andi Wahyudin. 2011).

Biological Oxigen Demand (BOD) atau kebutuhan oksigen biologis merupakan suatu analisis empiris yang mencoba mendekati secara global mendekati proses-proses mikrobiologis dalam air. Pemeriksaan BOD didasarkan pada reaksi oksidasi zat organis dengan oksigen di dalam air dan proses tersebut berlangsung karena adanya bakteri aerobik. Jadi nilai BOD tidak menunjukan jumlah bahan organik yang sebenarnya, tetapi hanya mengukur secara relatif jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan buangan tersebut. Jika konsumsi oksigen tertinggi yang ditunjukan dengan semakin kecilnya sisa oksigen terlarut, maka berarti kandungan bahan-bahan buangan yang dibutuhkan oksigen tinggi.

Organisme hidup yang bersifat aerobik membutuhkan oksigen untuk beberapa reaksi biokimia, yaitu untuk mengoksidasi bahan organik, sintesa sel, dan oksidasi sel. Komponen organik yang mengandung senyawa nitrogen dapat pula di oksidasi menjadi nitrat, sedangkan komponen organik yang mengandung sulfur dapat di oksidasi menjadi sulfat. Konsumsi oksigen dapat diketahui dengan mengoksidasikan air pada suhu 200ºC selama 5 hari, dan nilai BOD yang menunjukan jumlah oksigen yang dikonsumsi dapat diketahui dengan menghitung selisih konsentrasi oksigen terlarut sebelum dan sesudah inkubasi. Pengukuran selama 5 hari dengan suhu 200ºC ini hanya menghitung sebanyak 68% bahan organik yang teroksidasi, tetapi suhu dan waktu yang digunakan tersebut merupakan standar uji karena untuk mengoksidasi bahan organik seluruhnya secara sempurna diperlukan waktu yang lebih lama, yaitu mungkin sampai 20 hari sehingga dianggap tidak efisien.

Air yang hampir murni mempunyai nilai BOD kira-kira 1 ppm, dan air yang memiliki nilai BOD 3 ppm masih di anggap cukup murni, tetapi kemurnia air diragunakn jika nilai BOD-nya mencapai 5 ppm atau lebih. Bahan buangan industri pengolahan pangan seperti industri pengalengan, industri susu, industri gula dan sebagainya memiliki nilai BOD yang bervariasi, yaitu mulai 100 ppm sampai 10.000 ppm, oleh karena itu harus mengalami penanganan atau pengeceran yang tinggi sekali pada saat pembuangan ke badan air disekitarnya seperti, sungai ataupun ke laut, yaitu untuk mencegah terjadinya penurunan konsentrasi oksigen terlarut dengan cepat di dalam badan air tempat pembungan bahan-bahan tersebut. Masalah yang timbul adalah apabila konsentrasi oksigen terlarut badan air tersebut sebelumnya sudah terlalu rendah.

Sebagai akibat menurunnya oksigen terlarut di dalam air adalah menurunnya kehidupan hewan dan tanaman air. Hal ini disebabkan karena mahluk-mahluk hidup tersebut banyak yang mati atau melakukan migrasi ke tempat lainnya yang konsentrasi oksigennya masih cukup tinggi. Jika konsentrasi oksigen terlarut sudah terlalu rendah, maka mikroorganisme aerobik tidak dapat hidup dan berkembang biak, tetapi sebaliknya mikroorganisme yang bersifat anaerobik akan menjadi aktif untuk memecah bahan-bahan tersebut secara anaerobik karena tidak adanya oksigen.

Senyawa-senyawa hasil pemecahan secara anaerobik seperti amin, H₂S dan komponen fosfor mempunyai bau yang menyengat, misalnya amin berbau anyir dan H₂S berbau busuk. Oleh karena itu perubahan badan air dari kondisi aerobik menjadi anaerobik tidak dikehendaki.

Cara Menentukan Nilai BOD, COD dan DO. Kebanyakan bahan-bahan buangan yang memerlukan oksigen mengandung karbon sebagai unsur yang terbanyak. Salah satu reaksi yang terjadi dengan pertolongan bakteri adalah oksidasi karbon menjadi karbon dioksida sebagai berikut :

C + O₂                                   CO₂

Dalam reaksi ini diperlukan 32 gram oksigen untuk mengoksidasi 12 gram karbon. Jadi karbon memerlukan oksigen sebanyak 3 kali beratnya untuk melangsungkan reaksi tersebut, atau diperlukan 9 ppm oksigen untuk bereaksi dengan kira-kira 3 ppm karbon terlarut.

Reaksi tersebut di atas disebut reaksi pembakaran sempurna. Tetapi sebelum terbentuknya CO₂ mungkin akan terbentuk hasil-hasil oksidasi sementara seperti alkohol, asam, amina, ammonia dan hidrogen sulfida. Senyawa-senyawa tersebut selain berbau busuk juga bersifat racun terhadap hewan dan manusia.

Karena bahan-bahan buangan yang memerlukan oksigen dapat menurunkan oksigen terlatur di dalam air dengan cepat, maka uji terhadap bahan-bahan buangan tersebut penting dilakukan untuk mengetahui polusi air. Untuk mengetahui adanya polutan tersebut dapat dilakukan dengan dua cara yaitu uji BOD (biochemical oxygen demand) dan uji COD (chemical oxygen demand). Pada prinsipnya kedua uji tersebut mengukur jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan tersebut melalui reaksi biokimia oleh organisme hidup (dalam uji BOD) atau melalui reaksi kimia (dalam uji COD).

Pada uji BOD mempunyai beberapa kelemahan, diantaranya adalah : Dalam uji BOD ikut terhitung oksigen yang dikonsumsi oleh bahan-bahan anorganik atau bahan-bahan tereduksi lainnya yang disebut juga “intermediate axygen demand”. Uji BOD memerlukan waktu yang cukup lama yaitu minimal 5 hari. Uji BOD yang dilakukan selama 5 hari masih belum dapat menunjukan nilai total BOD melainkan hanya kira-kira 68% dari total BOD. Uji BOD tergantung dari adanya senyawa penghambat di dalam air tersebut., misal adanya germisida seperti khlorin dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang dibutuhkan untuk merombak bahan organik, sehingga hasil uji BOD menjadi kurang teliti (Anto Susanto. 2010).

IV.            Alat dan Bahan

Alat

·           peralatan refluks, yang terdiri dari labu erlenmeyer, pendingin Liebig 30 cm;

·           hot plate atau yang setara;

·           labu ukur 100 mL dan 1000 mL;

·           buret 25 mL atau 50 mL;

·           pipet volum 5 mL; 10 mL; 15 mL dan 50 mL;

·           erlenmeyer 250 mL (labu refluk); dan

·           timbangan analitik.

Bahan

·           Larutan baku kalium dikromat 0,25 N.

Larutkan 12,259 g K2Cr2O7 (yang telah dikeringkan pada 1500C selama 2 jam) dengan air suling dan tepatkan sampai 1000 mL.

·           Larutan asam sulfat – perak sulfat.

Tambahkan 5,5 g Ag2SO4 kedalam 1 kg asam sulfat pekat atau 10,12 g Ag2SO4 dalam 1000 mL asam sulfat pekat , aduk dan biarkan 1 hari sampai 2 hari untuk melarutkan.

·           Larutan indikator ferroin.

Larutkan 1,485 g 1,10 phenanthrolin monohidrat dan 0,695 g FeSO4.7H2O dalam air suling dan encerkan sampai 100 mL.

·           Larutan Ferro Ammonium Sulfat (FAS) 0,1 N.

Larutkan 39,2 g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O dalam air suling, tambahkan 20 mL H2SO4 pekat, dinginkan dan tepatkan sampai 1000 mL. Bakukan larutan ini dengan larutan baku kalium dikromat 0,25 N.

·           Larutan baku potasium hidrogen phthalat (KHP).

Larutkan 425 mg KHP (yang telah dihaluskan dan dikeringkan pada 1100C), dalam air suling dan tepatkan sampai 1000 mL. Larutan ini mempunyai kadar KOK 500 mg/L O2. Bila disimpan dalam refrigerator dapat digunakan sampai 1 minggu selama tidak ada pertumbuhan mikroba.

·           Asam sulfamat.

Hanya digunakan jika ada gangguan nitrit, 10 mg asam sulfamat untuk 1 mg nitrit

·           Serbuk merkuri sulfat, HgSO₄.

·           Batu didih

V.            Prosedur Kerja

1.         Aduk contoh uji hingga homogen dan segera lakukan analisis.

2.         Contoh uji diawetkan dengan menambahkan H₂SO₄ sampai pH lebih kecil dari 2,0 dan contoh uji disimpan pada pendingin 4^oC dengan waktu simpan 7 hari.

3.         Pipet 10 mL contoh uji, masukkan kedalam erlenmeyer 250 mL.

4.         Tambahkan 0,2 g serbuk HgSO₄ dan beberapa batu didih.

5.         Tambahkan 5 mL larutan kalium dikromat, K₂Cr₂O₇ 0,25 N.

6.         Tambahkan 15 mL pereaksi asam sulfat – perak sulfat perlahan-lahan sambil didinginkan dalam air pendingin.

7.         Hubungkan dengan pendingin Liebig dan didihkan diatas hot plate selama 2 jam.

8.         Dinginkan dan cuci bagian dalam dari pendingin dengan air suling hingga volume contoh uji menjadi lebih kurang 70 mL.

9.         Dinginkan sampai temperatur kamar, tambahkan indikator ferroin 2 sampai dengan 3 tetes, titrasi dengan larutan FAS 0,1 N sampai warna merah kecoklatan, catat kebutuhan larutan FAS.

10.     Lakukan langkah 3.5 a) sampai dengan 3.5 g) terhadap air suling sebagai blanko. Catat kebutuhan larutan FAS. Analisis blanko ini sekaligus melakukan pembakuan larutan

11.     FAS dan dilakukan setiap penentuan KOK.

Perhitungan :

a)      Normalitas larutan FAS

dengan pengertian :

V1 adalah volume larutan K2Cr2O7 yang digunakan, mL;

V2 adalah volume larutan FAS yang dibutuhkan, mL;

N1 adalah Normalitas larutan K2Cr2O7.

b)     Kadar KOK

dengan pengertian :

A adalah volume larutan FAS yang dibutuhkan untuk blanko, mL;

B adalah volume larutan FAS yang dibutuhkan untuk contoh, mL;

N adalah normalitas larutan FAS.

VI.             Data Pengamatan

No	Kode Sampel	Vol. sampel	Volume Titrasi	Fp	Hasil (mg/L)
1	Air Sumur Saleba’	10 mL	12,4 mL	1
			12,5 mL	1
2	Air Sumur Loktuan	10 mL	12,3 mL	1
			12,1 mL	1
3	Air Isi Ulang T. Laut	10 mL	12,3 mL	1
			12,2 mL	1
4	Air Pureit	10 mL	12,4 mL	1
			12,1 mL	1

Perhitungan :

Titrasi Blanko                    = 11,4 mL

Larutan [FAS]                    =  = 0,1096 N

Sampel Air Sumur Loktuan

Kadar

                                                         

                                              = -78.912 ppm

Kadar
                                         

                                          = - 61,376 ppm

VII.            Pembahasan

Pada praktikum kali ini yaitu menentukan kandungan COD dalam sampel air sumur yang disediakan..Kandungan COD merupakan kandungan bahan pencemar berupa senyawa kimia yang menyerap oksigen terlarut (DO) dalam air yang digunakan untuk keperluan oksidasi dan mengubahnya menjadi bentuk senyawa lain. Dengan tingginya kadar bahan kimia yang menyerap oksigen terlarut dalam air dapat menyebabkan biota-biota yang hidup dalam air seperti ikan dan hewan lainnya mengalami kekurangan oksigen, yang akan berakibat menurunkan daya hidup biota tersebut. Kadar pencemaran itu karena adanya banyak limbah organic dan limbah anorganik yang dibuang keperairan. Satndar mutu air tersebut diukur dengan angka parameter dalm satuan mg/L. dengan indeks baik (I),sedang (II),kurang (III), dan kurang sekali (1V). Untuk COD masing-masing berturut-turut 20,100,300 dan 500. Sedangkan untuk BOD 40,200,500,dan 1000.

Sampel yang praktikan amati pertama diberi padatan HgSO₄, Tujuan dari penambahan HgSO₄ yaitu untuk menghilangkan ion klorida yang biasanya terdapat di dalam air buangan dengan cara mengikatnya membentuk kompleks HgCl seperti reaksi berikut : Hg⁺ + Cl^- → HgCl. Hal ini dikarenakan ion klorida merupakan bahan inorganik yang dapat mengganggu proses oksidasi. pelarut K₂Cr₂O₇ berlebih  berfungsi untuk mengoksidasi zat organik dalam sampel, larutan berwarna Kuning. Selanjutnya ditambahkan 15 mL pereaksi asam sulfat – perak sulfat perlahan-lahan sambil didinginkan dalam air pendingin Berfungsi sebagai katalisator (memepercepat reaksi), karena akan menyebabkan suhu yang tinggi pada larutan campuran ketika ditambahkan dalam larutan sehingga akan mempercepat reaksi, dan memanaskannya selama 2 jam di atas Hot Plate dengan suhu 110^oC dan selanjutnya dititer dengan FAS Larutan ini digunakan sebagai titran, yaitu mentitrasi sisa K₂Cr₂O₇ dengan menggunakan indicator ferroin Fungsi dari larutan indicator ini yaitu sebagai penentu terjadinya titik akhir titrasi, yaitu ketika warna larutan berubah dari hijau kebiruan menjadi merah kecoklatan. Indikator Ini bekerja pada pH antara 4-7  sehingga cocok digunakan untuk menganalisis kandungan COD dalam sampel, titrasi dihentikan setelah larutan berwarna biru hilang. Volume pentiter didapat 12,3 mL dan 12,1 mL sedangkan blanko didapat 11,4 mL. Setelah dilakukan perhitungan terhadap kandungan COD dengan rumus didapat kandungan COD dalam sampel air yang diberikan adalah minus.

Melihat data indeks dari hasil perhitungan tersebut didapat bahwa mutu dari kandungan COD yang diberikan dalam sampel adalah minus. Berarti sampel air tersebut tidak mengandung oksigen kimiawi akibat bahan organik. Ditandai banyaknya titrasi sampel dibandingan dengan titrasi blanko.

Penyebab-penyebab didapatkan kadar COD minus yaitu:

1.         Blanko yang praktikan gunakan yaitu air suling yang tentunya mengandung kadar COD yang memungkinkan kadar CODnya lebih tinggi dari pada sampel, sehingga volume titrasi blanko lebih sedikit dari pada sampel.

2.         Pada saat pemanasan di atas Hot Plate, larutan blanko mendidih sehingga warna larutan berubah menjadi kuning tua yang seharusnya berwarna kuning bening, sehingga warna larutan ini yaitu warna K₂Cr₂O₇ mempengaruhi titik akhir titrasi.

VIII.            Kesimpulan

Pada praktikum penetapan kadar Sulfat dalam sampel air diperoleh:

1.     Kadar COD dalam sampel air Loktuan 1 ini sebesar -78.912 ppm

2.     Kadar COD dalam sampel air Loktuan 2 ini sebesar - 61,376 ppm

IX.            Daftar Pustaka

Mulia, Ricki M. Kesehatan Lingkungan, Yogyakarta: Graha Ilmu, 2005

Mukono. H. J. Prinsip Dasar Kesehatan Lingkungan, Surabaya: Airlangga University Press. 2006.

Susilawaty, Andi, dkk. Panduan Praktikum Kesehatan Lingkungan, Makassar: Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar, 2011