Peranan pH Dalam Pengolahan Air

Peranan pH Dalam Pengolahan Air

^{Apa itu pH?}
pH adalah nilai yang ditentukan berdasarkan skala yang ditentukan, mirip dengan suhu. Ini berarti bahwa pH air bukan parameter fisik yang dapat diukur sebagai konsentrasi atau kuantitas. Sebagai gantinya, ini adalah angka antara 0 dan 14 yang mendefinisikan seberapa asam atau basa badan air sepanjang skala logaritmik ¹. Semakin rendah angkanya, semakin asam airnya. Semakin tinggi angkanya, semakin basa. PH 7 dianggap netral. Skala logaritmik berarti bahwa setiap angka di bawah 7 adalah 10 kali lebih asam dari angka sebelumnya ketika menghitung mundur. Demikian juga, ketika menghitung di atas 7, setiap angka 10 kali lebih mendasar dari angka sebelumnya ².

pH adalah singkatan dari “power of hydrogen”. Nilai numerik pH ditentukan oleh konsentrasi molar ion hidrogen (H +).. Ini dilakukan dengan mengambil logaritma negatif dari konsentrasi H⁺ (-log (H⁺)). Misalnya, jika larutan memiliki konsentrasi H⁺ 10^-3 M, pH larutan akan menjadi -log (10^-3), yang sama dengan 3.

Penentuan ini disebabkan oleh efek ion hidrogen (H⁺) dan ion hidroksil (OH^–) pada pH. Semakin tinggi konsentrasi H⁺, semakin rendah pH, dan semakin tinggi konsentrasi OH, semakin tinggi pula pH. Pada pH netral 7 (air murni), konsentrasi ion H⁺ dan OH^– adalah 10⁻⁷ M. Dengan demikian ion H⁺ dan OH^– selalu berpasangan, saat konsentrasi satu meningkat, yang lain akan menurun, terlepas dari pH, jumlah ion akan selalu sama dengan 10⁻¹⁴ M. Karena pengaruh ini, H⁺ dan OH^– terkait dengan definisi dasar asam dan basa.

Asam dan Basa

Sebagai definisi operasional, asam adalah zat yang akan menurunkan pH bila ditambahkan ke air murni. Dengan cara yang sama, basa adalah zat yang akan meningkatkan pH air. Untuk lebih lanjut mendefinisikan zat-zat ini, Arrhenius menentukan pada tahun 1884 bahwa suatu asam akan melepaskan ion hidrogen (H⁺) ketika larut dalam air, dan basa akan melepaskan ion hidroksil (OH^–) dalam air . Namun, ada beberapa zat yang sesuai dengan definisi operasional (mengubah pH), tanpa menyesuaikan definisi Arrhenius (melepaskan ion). Untuk menjelaskan hal ini, Bronsted dan Lowry mendefinisikan kembali asam dan basa, suatu asam melepaskan ion hidrogen atau proton (setara dengan H⁺) dan basa menerima ion hidrogen atau proton. Ini berarti bahwa asam dan basa dapat saling menghapuskan, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan air di bawah ini.

Basa atau Alkali

Istilah “alkali” dan “basa” memiliki arti yang hampir sama. Dengan definisi Bronsted-Lowry, basa menjelaskan zat apa pun yang mengurangi konsentrasi ion hidrogen dan meningkatkan pH air, atau dengan kata lain adalah basa. Alkali berasal dari alkalin, yang mengacu pada senyawa ionik (garam) yang mengandung logam alkali atau unsur logam alkali tanah yang membentuk ion hidroksida ketika dilarutkan dalam air . Garam alkali sangat umum dan mudah larut. Karena ion hidroksida yang mereka hasilkan (yang meningkatkan pH), semua basa adalah basa. Beberapa sumber mendefinisikan setiap basa terlarut sebagai alkali. Dengan demikian, basa terlarut dapat digambarkan sebagai “basa” atau “alkali”. Namun, basa yang tidak larut (seperti tembaga oksida) hanya dapat digambarkan sebagai basa, bukan alkali.

Alkalinitas dan pH Air
Alkalinitas tidak merujuk ke alkali seperti halnya basa. Sedangkan alkalinitas dan pH sangat terkait, ada perbedaan yang berbeda. Alkalinitas air atau larutan adalah kapasitas kuantitatif larutan itu untuk menahan atau menetralkan asam. Dengan kata lain, alkalinitas adalah ukuran kemampuan air untuk menahan perubahan pH. Istilah ini digunakan secara bergantian dengan Kapasitas Penetral Asam (KPA) .

Jika badan air memiliki alkalinitas tinggi, ia dapat membatasi perubahan pH karena hujan asam, polusi, atau faktor lainnya. Alkalinitas aliran atau badan air lainnya ditingkatkan oleh tanah yang kaya karbonat (karbonat dan bikarbonat) seperti batu kapur, dan berkurang oleh aliran limbah dan respirasi aerobik. Karena adanya karbonat, alkalinitas lebih erat terkait dengan kekerasan daripada pH (meskipun masih ada perbedaan yang berbeda). Namun, perubahan pH juga dapat memengaruhi tingkat alkalinitas (karena pH menurun, kapasitas buffering air juga berkurang) . pH dan alkalinitas berhubungan langsung ketika air berada pada saturasi udara 100% .

Alkalinitas air juga memainkan peran penting dalam tingkat pH harian. Proses fotosintesis oleh ganggang dan tanaman menggunakan hidrogen, sehingga meningkatkan tingkat pH . Demikian juga, respirasi dan dekomposisi dapat menurunkan tingkat pH. Sebagian besar badan air mampu menahan perubahan ini karena alkalinitasnya, sehingga fluktuasi yang kecil atau terlokalisasi dengan cepat dimodifikasi dan mungkin sulit dideteksi

1 mg/L alkalinitas sebagai CaCO3 = 0,01998 meg/L alkalinitas
1 mg/L alkalinitas sebagai CaCO3 = 0,5995 mg/L alkalinitas sebagai CO₃^2-
1 mg/L alkalinitas sebagai CaCO3 = 1,2192 mg/L alkalinitas sebagai HCO₃^–

Mengapa pH Sangat Penting

Jika pH air terlalu tinggi atau terlalu rendah, organisme akuatik yang hidup di dalamnya akan mati. pH juga dapat mempengaruhi kelarutan dan toksisitas bahan kimia dan logam berat di air . Mayoritas makhluk air lebih suka kisaran pH 6,5-9,0, meskipun beberapa dapat hidup di air dengan tingkat pH di luar kisaran ini.

Ketika tingkat pH menjauh dari kisaran ini (naik atau turun), ia dapat memberi tekanan pada sistem hewan dan mengurangi tingkat penetasan dan kelangsungan hidup. Semakin jauh di luar kisaran nilai pH optimal, semakin tinggi tingkat kematian. Semakin sensitif suatu spesies, semakin besar pengaruhnya oleh perubahan pH. Selain efek biologis, tingkat pH ekstrem biasanya meningkatkan kelarutan unsur dan senyawa, membuat bahan kimia beracun lebih “mobil” dan meningkatkan risiko penyerapan oleh kehidupan air

Spesies akuatik bukan satu-satunya yang dipengaruhi oleh pH. Sedangkan manusia memiliki toleransi yang lebih tinggi untuk tingkat pH (tingkat minum berkisar 4-11 dengan iritasi gastrointestinal minimal), masih ada kekhawatiran. Nilai pH yang lebih besar dari 11 dapat menyebabkan iritasi kulit dan mata, seperti halnya pH di bawah 4. Nilai pH di bawah 2,5 akan menyebabkan kerusakan permanen pada lapisan kulit dan organ.

Tingkat pH yang lebih rendah meningkatkan risiko mobilisasi logam beracun yang dapat diserap, bahkan oleh manusia, dan tingkat di atas 8,0 tidak dapat didisinfeksi secara efektif dengan klorin, menyebabkan risiko tidak langsung lainnya. Selain itu, kadar pH di luar 6,5-9,5 dapat merusak dan menimbulkan korosi pada pipa dan sistem lainnya, yang selanjutnya meningkatkan toksisitas logam berat.

Bahkan perubahan pH kecil dapat memiliki efek jangka panjang. Sedikit perubahan dalam pH air dapat meningkatkan kelarutan fosfor dan nutrisi lainnya yang membuatnya lebih mudah diakses untuk pertumbuhan tanaman. Di danau oligotropik, atau danau yang rendah nutrisi tanamannya dan tinggi kadar oksigen terlarut, ini dapat menyebabkan reaksi berantai.

Dengan nutrisi yang lebih mudah diakses, tanaman air dan ganggang berkembang pesat, meningkatkan permintaan oksigen terlarut. Ini menciptakan danau eutrofik, kaya nutrisi dan kehidupan tanaman tetapi rendah konsentrasi oksigen terlarut. Di danau eutrofik, organisme lain yang hidup di air akan menjadi stres, bahkan jika tingkat pH tetap dalam kisaran optimal.

Demikian Peranan pH Dalam Pengolahan Air