Sumber Aneka Karya Abadi - Your trusted partner for laboratory instrument

Search
Uji Kadar Oksigen Terlarut (Dissolved Oxygen) pada Air Limbah Rumah Sakit

Uji Kadar Oksigen Terlarut (Dissolved Oxygen) pada Air Limbah Rumah Sakit

Monday, 29 August 2022

Apakah Anda masih kesulitan untuk mengukur oksigen terlarut (dissolved oxygen)?

Hampir seluruh sampel air memerlukan pengukuran oksigen terlarut, tidak terkecuali air limbah. Tujuannya adalah untuk mengetahui seberapa besar kemungkinan air tersebut dapat mencemari lingkungan. Namun, seringkali pengujian oksigen terlarut menghasilkan nilai yang kurang akurat akibat beberapa faktor seperti suhu, polutan terlarut dan kadar salinitas (salinity). Lebih lanjut, beberapa probe mungkin memiliki waktu tunggu yang relatif lama dalam proses inisialisasinya. Bahkan, dalam kasus air limbah polutan dapat menyebabkan goresan atau menyumbat sensor sehingga mengakibatkan pembacaan tidak akurat atau bahkan error. Hal inilah yang mendasari bahwa pemilihan elektroda berdasarkan karakteristik air limbah sangat penting meminimalisir kendala serta tercapainya hasil yang akurat dan presisi.

Oksigen merupakan molekul yang sangat penting bagi lingkungan, terutama untuk keberlangsungan ekosistem. Selain sumber gas respirasi dari makhluk hidup, oksigen juga berfungsi untuk mengoksidasi kontaminan atau polutan yang ada dalam air guna untuk menjernihkan badan air. Kadar oksigen terlarut pun terkait pada parameter lainnya baik secara langsung maupun tidak langsung seperti kadar garam atau salinitas (salinity), kebutuhan oksigen kimiawi (KOK) atau chemical oxygen demand (COD), kebutuhan oksigen biologi (KOB) atau biochemical oxygen demand (BOD), total padatan tersuspensi (total suspended solid/ TSS), perubahan tekanan, derajat keasaman (pH) serta tota fosfor dalam air limbah. 

Beberapa sumber menyebutkan bahwa parameter yang mempengaruhi kadar oksigen dalam air limbah yakni salinitas, dimana dalam hal ini kelarutan oksigen bersaing dengan kelarutan ion - ion penyebab salinitas, sehingga semakin tinggi nilai salinitas maka kadar oksigen terlarut akan semakin turun. Hubungan yang sama juga berlaku pada suhu, dimana kelarutan oksigen akan meningkat jika suhu badan air relatif rendah, tetapi jika suhu badan air relatif tinggi maka kemungkinan oksigen yang terlarut di dalamnya pun menurun. Hal yang sebaliknya justru terjadi apabila tekanan atmosfer dan hidrostatik tinggi maka nilai oksigen terlarut juga berbanding lurus dengannya karena adanya fenomena “supersaturation” dimana badan air dapat melarutkan dan menahan kelarutan oksigen di dalamnya. Selain ketiga parameter ini, parameter yang sebelumnya disebutkan memang berkaitan dengan kadar oksigen terlarut tetapi tidak secara langsung mempengaruhi kadar oksigen yang terlarut.

Pengujian Oksigen Terlarut

Baku mutu nilai oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) dalam air limbah khususnya untuk rumah sakit dan fasilitas kesehatan adalah antara 2 mg/L sampai 4 mg/L. Oksigen terlarut (dissolved oxygen/DO) dijadikan salah satu parameter wajib dan tercantum pada Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2014 serta Peraturan Menteri Kesehatan Nomor 1204/sk/X/2004. Untuk mengukur nilai DO, Standar Nasional Indonesia Nomor 2425 Bagian 6 Tahun 1991 menyarankan untuk menggunakan alat DO meter. Namun, tidak menutup kemungkinan, nilai DO juga dapat diukur dengan menggunakan cara manual melalui metode titrimetri yakni iodometri seperti yang disarankan pada Standar Nasional Indonesia Nomor 6989 Tahun 2004.

Secara prinsip, metode iodometri dilakukan secara teknik titrasi dengan melibatkan proses reaksi reduksi dan oksidasi (redoks). Dalam metode ini, oksigen yang terlarut dalam sampel akan bereaksi dengan ion mangan (II) dalam suasana basa sehingga menghasilkan mangan hidroksida (Mn(OH)2) dimana zat ini akan direduksi kembali menjadi mangan (II) dengan adanya penambahan larutan iodida (I-) dalam suasana asam. Pertukaran elektron terjadi sehingga reaksi ini membebaskan iodin (I2) yang akan diukur kadarnya melalui titrasi dengan natrium tiosulfat (Na2S2O3) menggunakan indikator amilum. Persamaan reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut :

 
Meski metode iodometri ini masih lazim dilakukan, tetapi untuk beberapa kondisi metode ini dinilai kurang relevan karena waktu preparasinya yang relatif lebih lama serta banyaknya reagen yang diperlukan sehingga berdampak juga pada biaya (cost) per analisa. Lebih lanjut, jika analisa masih menggunakan cara manual seperti penggunaan buret kaca dan alat glassware lainnya, beberapa faktor mungkin dapat menyebabkan analisis yang dilakukan kurang optimal, seperti kesalahan paralaks dan homogenitas sampel selama pengujian yang kurang optimal. Di lain sisi, penggunaan alat - alat kaca lebih beresiko terhadap keselamatan analis yang bersangkutan karena terpapar reagen dan resiko luka jika alat pecah. Beberapa poin ini mungkin dapat dikurangi dampaknya dengan menggunakan alat automatic titrator. Hanya saja, pengukuran ini hanya dapat dilakukan secara laboratorium dan tidak relevan jika pengukuran dilakukan langsung di lapangan.
 
Metode lainnya yakni metode elektrokimia lebih bertumpu pada pengukuran nilai oksigen terlarut melalui suatu siklus listrik yang melibatkan katoda dan anoda ataupun fotodioda (photodiode). Metode ini mengandalkan alat yang disebut DO meter dimana alat umumnya terdiri dari meter dan elektroda DO (probe DO). Ditinjau dari jenisnya, elektroda DO yang umumnya beredar di pasaran adalah tipe polarographic dan tipe luminescence. Keduanya memiliki prinsip pengukuran oksigen terlarut yang berbeda, namun secara garis besar keduanya berfungsi sebagai sensor pembaca yang mengirimkan pesan pada meter sehingga meter dapat menampilkan kadar oksigen terlarut dalam satuan mg/L atau % saturasi (% saturation).

1. Elektroda DO Polarographic

Elektroda tipe ini menggunakan teknologi elektrokimia yang dikenal sebagai elektroda Clark (Clark electrode) atau amperometri. Dalam elektroda DO polarographic terdapat katoda, anoda, cairan elektrolit dan membran semipermeabel. Setidaknya secara umum, beda potensial antara katoda dan anoda ini adalah 1.2 Volt. Terukurnya oksigen pada elektroda tipe ini terjadi karena adanya reaksi antara oksigen dengan elektron pada katoda, sehingga jumlah elektron atau arus yang teralirkan berbanding lurus dengan konsentrasi oksigen yang terukur. 

Dalam prosesnya, oksigen yang berada disekitar elektroda berdifusi melalui membran semipermeabel menuju sensor yang dilanjutkan dengan terjadinya reaksi antara oksigen dan elektron yang berasal dari katoda di dalam chamber pereaksi (reaction chamber) yang berisikan cairan elektrolit. Akibatnya, terjadi perubahan voltase yang dibaca trasmitter atau meter. Transmitter atau meter kemudian menerjemahkan sinyal tersebut menjadi nilai oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) yang terukur dalam satuan mg/L yang muncul pada display. Persamaan reaksi yang terjadi selama proses ditulis sebagai berikut :

 

2. Elektroda DO Luminescence

Berbeda dengan DO polarographic, tipe elektroda DO luminescence terdiri dari lampu LED biru serta filter untuk sinar biru, LED merah, fotodioda (photodiode), dan sensor cap. Hasil pengukuran oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) didapat dari proses eksitasi cahaya biru oleh lampu LED yang telah mengalami filtrasi menuju jendela optik (optical window) melalui tabung cahaya (light pipe for blue light). Sinar biru ini kemudian bereaksi dengan oksigen yang ada pada sensor (lumiphore) sehingga menghasilkan eksitasi cahaya merah yang ditangkap oleh photodiode. Keseluruhan proses ini diilustrasikan pada Gambar 1, dengan proses reaksi dapat ditulis sebagai berikut :

Gambar 1. Ilustrasi Prinsip Kerja Elektroda Luminescence / Optical DO
 

Preparasi dan Perawatan Elektroda Dissolved Oxygen (DO)

Sebelum memilih elektroda untuk menguji suatu sampel tertentu, hendaknya analis dan operator mengetahui cara preparasi dan perawatan elektroda tersebut selain cara kerjanya. Setiap alat pun pasti memiliki waktunya sendiri untuk menjalankan proses awal atau initializing process sebelum alat tersebut dioperasikan. Tujuannya adalah untuk memberikan waktu pemanasan agar alat dapat digunakan secara optimal serta mencegah terjadinya abnormal pada alat. 

 

1. Elektroda DO Polarographic

Hal yang dibutuhkan untuk preparasi elektroda DO tipe ini adalah membran cap dan cairan elektrolit. Umumnya, cairan elektrolit yang digunakan adalah KCl, yang berfungsi untuk membantu proses polarisasi elektroda dengan waktu polarisasi yang dibutuhkan biasanya beragam, jika elektroda baru digunakan maka dibutuhkan waktu 5 - 60 menit. Mengapa?

Waktu polarisasi memberikan kestabilan bagi elektroda pada potensial 0.4 Volt dimana cairan elektrolit berfungsi sebagai inisiator terjadinya gerakan elektrostatis sehingga terjadi perbedaan potensial antara katoda dan anoda. Dalam proses polarisasi ini, elektroda harus dikoneksikan pada meter sehingga arus dan beda potensial yang mengalir pada elektroda dan meter setara.

Seiring berjalannya waktu, katoda pada elektroda akan habis bereaksi sehingga mempengaruhi hasil pengukuran dissolved oxygen (DO) yang terukur. Oleh karena itu, perlu adanya penggantian katoda serta cairan elektrolit secara berkala. Umumnya, interval waktu untuk penggantian katoda dan cairan elektrolit ini adalah setiap 1 - 2 bulan. Dalam hal penyimpanan, elektroda tipe ini bergantung pada jangka waktu penyimpanan yang ditentukan. Untuk penyimpanan jangka pendek, elektroda dapat disimpan dalam chamber kalibrasi (calibration chamber) yang lembab, sedangkan untuk penyimpanan jangka panjang, disarankan untuk melepaskan membran cap dan menyimpan elektroda dalam chamber penyimpan (storage chamber) yang telah dilembabkan dengan udara jenuh.

2. Elektroda DO Luminescence

Berbeda dengan elektroda DO polarographic, elektroda DO luminescence justru tidak membutuhkan preparasi yang rumit.  Terdapat elektroda yang dipreparasi hanya dengan memasang membran cap pada elektroda (tanpa adanya penambahan cairan elektrolit) dan ada juga elektroda yang sudah siap digunakan. Penggunaan elektroda tipe ini lebih praktis dan mudah karena tidak membutuhkan waktu polarisasi ataupun cairan elektrolit.

Dalam perawatannya, elektroda DO tipe luminescence hanya memerlukan penggantian membran cap setiap 365 hari atau 1 tahun. Perlu dicatat bahwa elektroda DO tipe ini tidak memerlukan larutan tertentu dalam preparasinya. Memasukkan larutan tertentu justru dapat menyebabkan elektroda rusak. Lebih lanjut, untuk menyimpanan elektroda DO luminescence, analis hanya perlu memasang calibration chamber yang lembab pada elektroda tanpa melepas membran cap.

Gambar 2. Contoh Tampilan Calibration Chamber

 

Dari penjelasan terkait elektroda DO tipe polarographic dan tipe luminescence, dapat disimpulkan bahwa kedua elektroda DO ini memiliki prinsip kerja, cara preparasi dan cara perawatan yang berbeda. Keseluruhan poin ini dapat dirangkum pada Tabel 1. 

Tabel 1. Perbedaan Elektroda DO Polarographic dan Elektroda DO Luminescence/ Optical DO

 
 

Cara Memilih Elektroda DO untuk Air Limbah

Berdasarkan uraian singkat terkait cara kerja elektroda DO tipe polarographic dan tipe luminescence, keduanya memiliki fungsi yang sama namun dengan cara kerja yang berbeda. Lalu, elektroda tipe apa yang sebaiknya digunakan untuk sampel air limbah?

Umumnya kedua jenis elektroda ini dapat digunakan untuk pengujian air limbah, hanya saja kedua elektroda ini berbeda dalam hal preparasi, cara perawatan serta kecepatan pembacaan sampel. Hal ini tentu juga berimbas pada biaya (cost) yang harus dikeluarkan secara rutin. Dalam beberapa kasus tertentu, penggunaannya lebih dikhususkan. Misal untuk area yang tergolong “remote area”, penggunaan elektroda optical DO atau DO luminescence akan lebih diutamakan. Selain itu, jika analis atau operator membutuhkan sensor yang tergolong “low maintenance”, maka elektroda optical DO atau elektroda DO luminescence dapat dijadikan sebagai referensi. Namun, jika kriteria pilihan berdasarkan biaya atau cost, maka elektroda DO polarographic dapat menjadi solusi yang strategis untuk kebutuhan analisa oksigen terlarut. Contoh tampilan berbagai elektroda untuk alat DO meter ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Tampilan berbagai tipe elektroda dissolved oxygen (DO)

 

Dari uraian diatas, dapat disimpulkan bahwa untuk mengukur oksigen terlarut dalam air limbah dapat menggunakan cara manual yakni melalui titrasi iodometri serta cara modern dengan menggunakan alat DO meter yang terdiri dari meter dan elektroda. Namun, penggunaan cara modern dinilai lebih praktis dan mudah untuk digunakan. Selain itu, alat DO meter juga lebih fleksibel dan dapat mengukur nilai oksigen terlarut (dissolved oxygen/ DO) baik secara laboratorium maupun secara langsung di lapangan secara optimal. Oleh karena itu, penggunaan DO meter layak untuk dijadikan sebagai referensi alat pengukur oksigen terlarut (dissolved oxygen/ DO). Sebagai tambahan, ada baiknya analis perlu mempertimbangkan tipe elektroda yang cocok untuk pengujian yang dilakukan dan disarankan agar analis berkonsultasi pada konsultan atau distributor terkait sebelum menentukan pilihan. 

 
 

Referensi 

Badan Standardisasi Nasional. 2004. Standar Nasional Indonesia Nomor 6989 Bagian 14 tahun 2004 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 14 : Cara Uji Oksigen Terlarut secara Iodometri (Modifikasi Azida)”

 

Badan Standardisasi Nasional. 1991. Standar Nasional Indonesia Nomor 2425 bagian 6 Tahun 1991 tentang “Air, Metode Pengujian Oksigen Terlarut dengan Elektrokimia”

Hach. 2014. Technical Note Electrochemistry : Dissolved Oxygen Measurement - Understanding O2 Measurement Results. Hach - Lange GMBH 

Hach Company. 2020. How does Salinity Affect Dissolved Oxygen Solubility?, https://uksupport.hach.com/app/answers/answer_view/a_id/1011445/~/how-does-salinity-affect-dissolved-oxygen-solubility%3F-#:~:text=How%20does%20salinity%20affect%20Dissolved%20Oxygen%20solubility%3F,-Effect%20of%20salinity&text=Dissolved%20oxygen%20decreases%20exponentially%20as,less%20dissolved%20oxygen%20than%20freshwater diakses pada Hari Senin Tanggal 29 Agustus 2022 Pukul 10.03 WIB

Hach Company. 2020. How does pressure Affect Dissolved Oxygen Solubility?, https://support.hach.com/app/answers/answer_view/a_id/1002880/~/how-does-pressure-affect-dissolved-oxygen-solubility%3F-#:~:text=Dissolved%20oxygen%20will%20increase%20as,both%20atmospheric%20and%20hydrostatic%20pressures diakses pada Hari Senin Tanggal 29 Agustus 2022 Pukul 10.10 WIB

Li, Haiyan., dkk. 2013. Effect of pH, Temperature, Dissolved Oxygen and Flow Rate on Phosphorus Release Processes at the Sediment and Water Interface In Storm Sewer, Journal of Analytical Methods in Chemistry, Volume 2013.

Thermo Scientific. 2012. Thermo Scientific Orion : Laboratory Products. Thermo Scientific

 

 

Previous Article

Kesadahan Total pada Air

Thursday, 18 August 2022
VIEW DETAILS

Next Article

BOD dan COD dalam Limbah Pertambangan

Monday, 05 September 2022
VIEW DETAILS