PARAMETER KUALITAS AIR: pH Penelusuran dan Peranan dalam Akuakultur (Sourced from: http://reefkeeping.com/issues/2005-02/rhf/index.php)

APAKAH pH ITU?

pH (singkatan dari “puissance de hydrogen“, “power of hydrogen”, dan ada

juga yang menyebutnya “potential of hydrogen), yaitu kepekatan ion-ion H yang

terlepas dalam suatu perairan dan mempunyai pengaruh besar terhadap

kehidupan organisme perairan, sehingga pH perairan dipakai sebagai salah satu

parameter untuk menyatakan baik buruknya sesuatu perairan. pH disebut juga

sebagai derajat keasaman.

Besarnya pH dinyatakan dalam minus logaritma dari konsentrasi ion H.

Sebagai contoh, jika ada pernyataan pH 5, maka berarti konsentrasi H dalam air

tersebut adalah 0,00001 bagian dari total larutan. Dikarenakan penulisan 0,00001

terlalu panjang, maka angka tersebut dilogaritmakan menjadi -5. Di sisi lain, tanda

“-“ (negatif/minus) di belakang angka tersebut terkesan kurang praktis, maka

orang mengalikannya lagi dengan tanda “-“ (negatif/minus) sehingga diperoleh

angka positif 5. Oleh karena itu, pH diartikan sebagai – (minus) logaritma dari

konsentrasi ion H (kologaritma aktivitas H+), yang dinyatakan dengan:

pH = -log [H+]

Perlu diperhatikan bahwa selisih satu satuan angka pH berarti perbedaan

konsentrasinya adalah 10 kali lipat. Dengan demikian, apabila selisih selisih

angkanya adalah 2, maka perbedaan konsentrasinya adalah 10 x 10 = 100 kali

lipat. Sebagai contoh, pH 4 menunjukkan konsentrasi H sebanyak 0,0001 atau

1/10.000 (sepersepuluh ribu), sedangkan pH 6 = 0,000001 atau 1/1.000.000

(sepersejuta). Dengan demikian, jika pH diturunkan dari 6 ke 4, artinya terjadi

peningkatan kepekatan ion H+ sebanyak 100 kali lipat. Jika pH diibaratkan gula,

maka dengan menurunkan pH dari 6 ke 4, sama artinya bahwa larutan tersebut

100 kali lebih manis dari larutan sebelumnya.

pH sangat penting sebagai parameter kualitas air karena pH dapat

mengontrol tipe dan laju kecepatan reaksi beberapa bahan dalam air. Selain itu,

ikan, udang, serta organisme akuatik lainnya hidup pada selang pH tertentu

sehingga dengan diketahuinya nilai pH maka akan dapat diketahui apakah air

tersebut sesuai atau tidak untuk menunjang kehidupan mereka. Besaran pH

berkisar dari 0 (sangat asam) sampai dengan 14 (sangat basa/alkalis). Nilai pH

kurang dari 7 menunjukkan lingkungan yang masam sedangkan nilai di atas 7

menunjukkan lingkungan yang basa (alkalin). Sedangkan pH = 7 disebut sebagai

netral.

Selain itu, pH juga mempengaruhi toksisitas suatu senyawa kimia. Senyawa

ammonium yang dapat terinonisasi banyak ditemukan pada perairan yang

memiliki pH rendah. Amonium tidak bersifat toksik (innocuous). Namun, pada

suasana alkalis (pH tinggi) lebih banyak ditemukan ammonia yang tak terionisasi

(unionized) dan bersifat toksik. Amonia yang tak terionisasi lebih mudah terserap

ke dalam tubuh organisme akuatik dibandingkan dengan ammonium.

Sebagian besar organisme akuatik sensitif terhadap perubahan pH dan

menyukai nilai pH sekitar 7,0 - 8,5. Nilai pH sangat mempengaruhi proses bio-

kimiawi perairan, misalnya proses nitrifikasi akan berakhir jika pH rendah.

Proses lain yang terjadi pada organisme laut dan secara substansi

dipengaruhi oleh perubahan pH adalah kalsifikasi. Kalsifikasi diketahui meluruh

pada pH rendah. Kisaran pH 7,8-8,5 merupakan rentang pH yang ideal dalam

akuakultur, dengan beberapa pertimbangan, yaitu:

1. Alkalinitas setidaknya memiliki nilai 2,5 meq/L (mili-equivalen/L atau mg/L

kalsium karbonat (CaCO3)).

2. Konsentrasi kalsium dalam air sekitar 400-450 ppm.

Tabel 1. Pengaruh pH terhadap komunitas biologi perairan (Effendi, 2003)

Nilai pH Pengaruh Umum 6,0 – 6,5 1. Keanekaragaman plankton dan bentos sedikit menurun.

2. Kelimpahan total, biomassa, dan produktivitas tidak mengalami perubahan

5,5 – 6,0 1. Penurunan nilai keanekaragaman plankton dan bentos semakin tampak/jelas.

2. Kelimpahan total, biomassa, dan produktivitas masih belum mengalami perubahan yang berarti.

3. Algae hijau berfilamen mulai tampak pada zona litoral (tepi kolam/tambak).

5,0 – 5,5 1. Penurunan keanekaragaman dan dan komposisi jenis plankton, perifiton, dan bentos semakin besar.

2. Terjadi penurunan kelimpahan total dan biomassa zooplankton dan bentos.

3. Proses nitrifikasi terhambat. 4,5- 5,0 1. Penurunan keanekaragaman dan dan komposisi jenis plankton,

perifiton, dan bentos semakin besar. 2. Terjadi penurunan kelimpahan total dan biomassa zooplankton dan

bentos. 3. Algae hijau berfilamen semakin banyak. 4. Proses nitrifikasi terhambat.

BAGAIMANA CO2 MEMPENGARUHI pH? Nilai pH sangat terkait dengan jumlah karbondioksida (CO2) yang terlarut

dalam air. Hal ini juga berkaitan dengan nilai alkalinitas. Bahkan jika sepenuhnya

air diaerasi, nilai pH ditentukan oleh alkalinitas karbonat. Semakin tinggi

alkalinitas maka pH juga akan semakin tinggi.

Gambar 1 menunjukkan hubungan antara kesetimbangan air laut dengan

kompisisi udara normal (350 ppm CO2) dan udara yang memiliki konsentrasi CO2

sebesar 1000 ppm. Terlihat jelas bahwa pH menurun ketika konsentrasi CO2

dinaikkan. Kondisi inilah yang menjadi salah satu penyebab munculnya masalah

dalam akuakultur.

Gambar 1. Hubungan antara alkalinitas dan pH air laut yang mengandung kadar CO2 normal dan tinggi. Titik hijau menunjukkan air laut alami dalam kondisi udara normal, dan kurva elevated

CO2 menunjukkan nilai pH yang akan diperoleh jika alkalinitas dinaikkan atau diturunkan.

CO2 yang larut dalam air akan membentuk asam karbonat.

CO2 + H2O H2CO3

Jumlah H2CO3 dalam air (ketika teraerasi sempurna) tidak tergantung pada

pH, akan tetapi tergantung pada jumlah CO2 (dan beberapa faktor lain seperti

suhu dan salinitas). Air laut mengandung campuran asam karbonat, bikarbonat,

dan karbonat yang selalu berada dalam kesetimbangan satu sama lain:

H2CO3 H+ + HCO3- 2H+ + CO3

2-

H2CO3 yang terbentuk akan terdisosiasi menjadi H+, HCO3-, dan CO3

2-. Ion-

ion H+ yang dihasilkan akan menurunkan nilai pH. Kadar CO2 yang tinggi pada air

laut akan dapat menurunkan pH menjadi 4-6. Sebagai contoh, jika air laut

memiliki alkalinitas 3 meq/L (8,4 dKH atau 150 ppm CaCo3) dan pH = 7,93, maka

dapat dikatakan konsentrasi CO2 tinggi. Beberapa cara untuk meningkatkan nilai

pH, meliputi:

1. CO2 direduksi dengan aerasi. Selain itu, pereduksian CO2 ini juga dibantu oleh

mikroalga/fitoplankton dalam proses fotosintesis, meskipun jumlah

pereduksian tersebut tidak sebanyak ketika air diaerasi.

Gambar 2. Garis merah menunjukkan nilai pH dengan alkalinitas 3 meq/L (8,4 dKH). pH jauh lebih tinggi pada kondisi kadar CO2 normal dibandingkan dengan kadar CO2 tinggi.

2. Meningkatkan alkalinitas dapat menggunakan air kapur. Penggunaan air kapur

(Ca(OH)2/limewater) mampu menaikan pH hingga 8,4 pada kondisi alkalinitas 4

meq/l (11,2 dKH atau 200 ppm CaCO3).

Air kapur (limewater) akan bereaksi dengan CO2 dan akan membentuk kalsium

karbonat (CaCO3), rumus reaksi:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Selanjutnya, jika terdapat kelebihan CO2 maka akan terbentuk kalsium bikarbonat

(Ca(HCO3)2), rumus reaksi:

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2

Gambar 3. Pengaruh air kapur (limewater) terhadap kenaikan pH melalui pereduksian CO2 dan meningkatkan alkalinitas.

APAKAH SUHU BERPENGARUH DALAM PROSES PENGUKURAN pH?

Ada dua proses bagaimana suhu berpengaruh dalam pengukuran pH.

Pertama, suhu mempengaruhi proses kimia pada larutan yang akan diukur.

Sebagai contoh, asam akan menjadi lebih kuat atau lebih lemah ketika suhu

berubah. Oleh karena itu, suhu mampu mempengaruhi konsentrasi asam atau

basa dalam larutan yang selanjutnya akan mempengaruhi nilai pH.

Pengaruh kedua terjadi pada elektroda pH meter. Elektroda pH memiliki

respon yang sangat kuat terhadap perubahan suhu. Pada 100°C, elektroda

mengubah potensial output sebesar 74 mV/unit pH, sedangkan pada 0°C

potensial tersebut berubah sebesar 54 mV/unit pH. Perubahan potensial ini juga

akan mempengaruhi pengukuran pH.

MENGAPA pH DAPAT BERUBAH PADA PAGI DAN MALAM HARI? Perubahan pH harian disebabkan adanya proses biologis yaitu fotosintesis

dan respirasi. Fotosintesis terjadi ketika organisme (umumnya berklorofil) mampu

mengubah CO2 dan air (H2O) menjadi karbohidrat (C6H12O6) dan oksigen (O2)

dengan bantuan cahaya. Sehingga pada proses ini terjadi konsumsi CO2 pada

siang hari. Hal ini menyebabkan CO2 menurun dan pH meningkat.

Menurut reaksi:

6CO2 + 6H2O + Cahaya C6H12O6 + 6O2

Selain itu, organisme juga melakukan proses respirasi yaitu dengan

mengubah karbohidrat menjadi energi untuk menjalankan proses lainnya.

Respirasi merupakan kebalikan dari proses fotosintesis. Proses ini terjadi

sepanjang waktu dan cenderung mengurangi pH karena CO2 yang dihasilkan.

Menurut reaksi:

6C6H12O6 (karbohidrat) + 6O2 6CO2 + 6H2O + Energi

Kedua proses tersebut akan dapat meningkatkan nilai pH pada siang hari

dan menurun pada malam hari. Perubahan pH ideal berkisar antara 0,1 – 0,5

satuan. Selain aerasi, jumlah buffer kimia dalam air memiliki dampak fluktuatif

terhadap pH.

FAKTOR APA YANG PERLU KITA KETAHUI KETIKA pH RENDAH (ASAM)?

Untuk mengatasi pH rendah kita harus terlebih dahulu mengetahui faktor

yang menyebabkannya. Beberapa faktor berikut membutuhkan upaya analisis

yang tepat.

1. Apakah reaktor/treatment kalsium karbonat (CaCO3) atau karbondioksida

(CO2) sedang digunakan?

2. Apakah air memiliki nilai alkalinitas yang rendah?

3. Apakah air mengandung banyak CO2 dikarenakan sistem aerasi tidak berjalan

dengan baik?

Note: kita juga tidak boleh beranggapan bahwa sistem aerasi telah berjalan

dengan baik ketika terjadi turbulensi atau pengadukan yang sangat kuat pada

air. Sebab, menyeimbangkan kadar CO2 jauh lebih sulit dibandingkan dengan

sekedar menambahkan oksigen. Tidak akan ada perubahan nilai pH antara

siang dan malam jika konsentrasi CO2 benar-benar seimbang.

4. Apakah terdapat penimbunan asam dari hasil siklus nitrogen dan degradasi

bahan organik?

BAGAIMANA MENGATASI pH TINGGI?

Ada beberapa treatment dalam mengontrol pH tinggi pada kolam budidaya,

yaitu:

1. Pengunaan Kapur Pertanian

Kolam dengan alkalinitas di bawah 50 mg/l atau pH tanah dasar di bawah 7

sebaiknya di-treatment dengan kapur pertanian. Treatment ini akan

memperbaiki total alkalinitas dan meningkatkan kapasitas buffer air.

2. Penggunaan Bahan Organik

Bahan organik dapat diaplikasikan ke kolam untuk menstimulasi komunitas

heterotrofik dan melepaskan karbondioksida sehingga pH lebih rendah.

Namun, juga harus diperhatikan agar tak terjadi deplesi atau penurunan

oksigen terlarut.

3. Penggunaan Gypsum dan Calsium Chlorida

Calsium sulfat, sering disebut gypsum, bisa diaplikasikan untuk meningkatkan

konsentrasi ion calsium, membantu pengendapan calsium, dan menurunkan

pH di kolam. Dosis ditunjukkan sebagai berikut:

Dosis gypsum (mg/l)= [Total alkalinitas (mg/l CaCO3) – Ca hardness (CaCO3)]x 2

Calsium chlorida bisa digunakan sebagai pengganti gypsum. Baik calsium sulfat

maupun calsium chlorida sangat tak mudah larut dalam air laut.

4. Penggunaan Alum dan Asam Sulfat

Banyak teknisi tambak memakai aluminum sulfat (alum), yang membentuk

asam sulfat di air, atau asam sulfat untuk menurunkan pH. Harus diperhatikan

juga bahwa jangan terlalu asam dan mengakibatkan pH rendah yang

membahayakan.

5. Penggunaan Dyes dan Ganti Air

Dyes atau koloid tanah liat juga digunakan di kolam kecil untuk meningkatkan

turbiditas, menurunkan intensitas cahaya yang masuk untuk fotosintesa, dan

menurunkan pH. Namun demikian, ganti air yang sering merupakan metode

yang praktis untuk menurunkan pH.

BAGAIMANA MENGUKUR pH?

pH meter adalah alat untuk mengukur pH (asam atau basa) yang umum

digunakan dalam analisis kimia kuantitatif. Alat ini umumnya terdiri dari probe pH

(elektroda gelas) yang terhubung ke bagian pendeteksi pH sehingga pH yang

diukur dapat ditampilkan. Prinsip kerja dari alat ini yaitu semakin banyak elektron

yang terdapat pada sampel maka akan semakin asam begitu pun sebaliknya,

karena batang pada pH meter berisi larutan elektrolit lemah.

Probe pH mengukur pH seperti aktifitas ion-ion hidrogen yang mengelilingi

bohlam kaca berdinding tipis pada ujungnya. Probe ini menghasilkan tegangan

rendah (sekitar 0.06 volt per unit pH) yang diukur dan ditampilkan sebagai

pembacaan nilai pH.

Gambar 4. pH meter

Untuk pengukuran yang sangat akurat, pH meter harus dikalibrasi setiap

sebelum dan sesudah pemakaian. Untuk penggunaan normal kalibrasi harus

dilakukan setiap hari. Kalibrasi harus dilakukan setidaknya dengan dua macam

cairan standard buffer yang sesuai dengan rentang nilai pH yang akan diukur

(umumnya digunakan buffer pH 4 dan pH 10).

pH meter memiliki beberapa bagian pengontrol. Pengontrol pertama

(kalibrasi) untuk mengatur pembacaan pengukuran agar sama dengan nilai

standard buffer pertama. Pengontrol kedua (slope) yang digunakan menyetel

pembacaan meter sama dengan nilai buffer kedua, dan pengontrol ketiga untuk

mengatur suhu.

BAGAIMANA MENGKALIBRASI pH METER?

Aspek yang paling penting dalam penggunaan pH meter adalah metode

kalibrasi yang benar. Beberapa aturan umum yang bermanfaat dalam

pengkalibrasian, yaitu:

1. Setiap metode analisis (termasuk pengukuran pH), kalibrasi terbaik

dilakukan dengan menggunakan standar yang memiliki rentang nilai yang

ingin diharapkan. Umumnya, kalibrasi pH meter menggunakan dua larutan

yang sudah diketahui nilai pH-nya. Namun, menggunakan lebih dari dua

larutan dalam mengkalibrasi elektroda pH akan menjadi lebih akurat.

Sebagai contoh, pengukuran pH pada reaktor CaCO3 (pH rendah/asam)

akan lebih baik digunakan buffer kalibrasi yang memiliki pH 4 dan 7,

dibandingkangkan dengan menggunakan pH 7 dan 10.

2. Memastikan larutan standar kalibrasi yang dipakai adalah larutan standar

yang baru atau setidaknya memadai untuk proses kalibrasi.

3. Pembilasan elektroda dengan air tawar murni sebelum memasukannya ke

dalam larutan standar dan mengoperasikannya beberapa saat pada masing-

masing larutan standar (sekitar 30 detik atau lebih) sampai benar-benar

stabil.

4. Pengadukan larutan dapat membantu menyeimbangkan pengukuran pH,

akan tetapi juga mendorong CO2 terdifusi dalam cairan.

5. Pengaturan suhu (sesuai dengan petunjuk) pada larutan standar. Contoh

buffer standar fosfat memiliki pH 7 pada suhu 25 °C, tetapi bernilai 7,04

pada 15°C (perbedaan kecil). Buffer karbonat dengan pH 10,01 pada 25 °C

dan pH 10,12 pada 15 °C (perbedaan besar).