Introduction to Methodology Framework towards Water Quality Assessment. Case Study: A Review of Malacca River

Abstract

Water is a basic resources required by organisms for survival. Various activities have caused water quality to remain contaminated. These problems are present in the Malacca River, Malacca state. This research study has been carried out based on methodology framework review towards water quality assessment in Malacca River. Methodology can be divided into three processes, namely the planning process, applying process, and analyzing process. The planning process includes the design to collect and gather, analyze, and present the data in result form, for example qualitative or quantitative analysis, and primary data or secondary data. Applying process refers to the methods used to collect and gather data for analysis; for example, primary data will require researcher to collect raw samples data from the site, and secondary data will require researcher to collect data from government departments and institutions, the private sector, non-governmental organizations (NGOs) and so on. Lastly, the analyzing process refers to the raw data undergoing analysis to provide result and information; for example, primary raw data and secondary raw data will need to be analyzed in a laboratory, in-situ analysis, GIS analysis, remote sensing analysis, other system analysis, and so on, depending on the objective of research study. If there were no mistakes or errors before, during and after collecting data, the results and information generated can determine the achievement of objectives or hypotheses of a research study.

Keywords: Methodology, planning process, applying process, analyzing process, water quality

Citation of Article:
Hua, A. K., & Kusin, F. M. (2015). Introduction to Methodology Framework towards Water Quality Assessment Case Study: A Review of Malacca River. International Journal of Scientific Research in Science, Engineering and Technology, 1(4), 25-29.

Introduction

Water is a basic resource required by organisms to continue surviving. Water is used to carry out several activities [1], such as drinking, bathing, washing, cooking, etc. According to the statistic, water covers 71% of Earth, which can be divided into oceans (96.5%), groundwater (1.7%), and glaciers and permanent snow (1.74%) [9]. For freshwater, only 2.5% exists in rivers, lakes, and atmosphere (with a percentage of less than 0.3%), while 98.8% is comprised of freshwater that exists in ice and groundwater [9]. In this situation, there is a smaller percentage (0.003%) that can be used by the organisms for certain activities [9]. Due to this, the easiest way to consume freshwater is through rivers and lakes. According a research from Gleick [9], the largest area of lakes that exist in the world includes Lakes Superior (82,680 km2 in North America), Victoria (69,000 km2 in Africa), Huron (59,800 km2 in North America), Michigan (58,100 km2 in North America), and Tanganyika (32,900 km2 in Africa) (figure 1); meanwhile the longest rivers in the world include the Amazon (6,280 km in South America), Congo (4,370 km in Africa), Ganges (3,000 km in Asia), Yangzijiang (5,520 km in Asia), and Orinoco (2,740 km in South America) (figure 2).

Until today, accessible of freshwater has been decreasing. This problem is caused by human activities that contaminate freshwater, and water pollution can be seen through river pollution. According to the Environmental Department of National Geographic [14], a majority of industrial companies in developing countries (at 70%) will dumped the untreated waste into waters, polluting the usable water supply. From the statistic shows that 99 million pounds (45 million kilograms) of fertilizers and chemicals are used each year, and 2 million tons (1.8 billion kilograms) of human waste are disposed in waterways around the world everyday [14]. Human activities have caused river water pollution to occur all around the world, for example in the Ganges River (India), Jian River (China), the Jakarta River in Jakarta (Indonesia), Pasig River (Philippines), Tiete River (Brazil), and Yamuna River (India) [4]. River water pollution is also occurring in Malaysia, in which 161 (34%) rivers are slightly polluted and 34 (7%) rivers are polluted of the 473 rivers that being monitored [5]. Water pollution in the river can be attributed to human activities such as manufacturing industries (4,595 cases), animal farm especially the pig farming (754 cases), agro-based industries (508 cases), sewage treatment plant (1,462,897 cases), food services establishment (192,710 cases), and wet market (865 cases) [5]. Water pollution in rivers is no exception in the Malacca River in Malacca state [13], which was recognized as a historical and heritage site by UNESCO in July 2008 [7]. Therefore, these problems should be taken seriously in controlling and managing water pollution from continuously occurring in the river.

Water pollution in the river can be divided into several parameters, namely physical parameters, chemical parameters, and biological parameters. If river water pollution is at toxic levels (which causes death in aquatic animals), then experiments should be carried out to test the presence of heavy metals. Physical parameters include temperature, color, odor, taste, total suspended solid, total dissolved solid, transparency or turbidity, electrical conductivity, hardness, and salinity [5] [6]. Meanwhile, the chemical parameters will be tested in terms of ammoniacal nitrogen (NH3-N), biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), dissolved oxygen (DO), and measurement of acid and base properties (pH) [5] [6]. The final water tests examine biological parameters, which may include fecal coliform, Escherichia coli (E-coli), and total coliform [5] [6]. Importantly, heavy metals will also be analyzed to detect the percentage of water poisoning, involving mercury (Hg), arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr), lead (Pb), and zinc (Zn) [5]. Basically, the standard procedure used to test the water quality is based on the American Public Health Association (APHA) [2] standard method for the examination of water and wastewater [3]. However, there are several institutions which have introduced other methods that are easier, faster, and have a lower low cost. These can be used to examine wastewater. Examples include the HACH company [10]; United States Environmental Protection Agency [8]; and the SASKATCHEWAN Research Council [16]. Analytical methods of testing wastewater are compulsory for academicians, researchers, and students to know in order to avoid any mistakes during the experimental process.

Materials and Methods

Research study will focused on the Malacca River in Malacca state. Malacca River runs across two districts (Alor Gajah and Melaka Central) with a length of 42 km [15]. If referring to the Malacca River basin, this covers a large area involved with three districts, namely Alor Gajah, Jasin, and Melaka Central (figure 3). Since land use plays a role in determining the quality of river water, human activities carried out within river basins will be considered as a factor that contributes to river pollution (figure 4). Hua and Kusin [11] have stated that the observation results from the map using remote sensing showing the human activities and the land used area can be divided into three categories, which is upstream area including farming activities, livestock activities and settlements activities; middle stream area including industrial activities, manufacturing activities and settlement activities; and downstream area including commercial activities, domestic activities and settlement activities. However, the results and information from remote sensing will be strengthened when there is more varied data (for example statistical data, questionnaire data, and so on) grouped together and analyzed to provide accurate results.

The process of collecting and analyzing data will involve in situ or on-site assessment (example analysis of physical parameters) and in the laboratory assessment (example analysis of chemical parameters, biological parameters, and heavy metals). Collecting the water samples for this research study may be divided into 3 categories (for between 10 and 15 stations of water samples), namely upstream river, middle stream river, and downstream river. The numbers of selected stations to collect the water sample do not depending on quantity, but rather are based on suitable area (for example, the meeting between two rivers to form main river), which creates larger river basins. Hence, the more human activities that are carried out in the basin area, the higher the percentage of water pollution in the river. There will be more stations concentrated in the middle stream area and downstream area (due to an increasing land use and human activities), while only some are located in the upstream area. The main reason to carry out an assessment is to prove the condition of river water quality is clean, slightly polluted, and polluted; this statistical analysis will increase the accuracy, authenticity and reliability of remote sensing results. At the same time, the results will help determine point source and non-point source pollution, which may be used to define the major factors contributing to water pollution in the river.

Results and Discussions

In achieving the objectives or hypotheses in solving the society issues, methods go through planning process, applying process, and analyzing process the data that had been collected and obtained from any sources (figure 1). In the planning process for collecting the data, the methodology concept will be involve qualitative and quantitative information. At the same time, the collected data are also needs to be determined in terms of whether the data will be primary data or secondary data. Both actions must be specifically defined so that there will be no mistaken or wrongly collected information in the applying process.

This research study will involve the quantitative method, which means it considers large amounts of data. For example, physical parameters, chemical parameters, biological parameters, and heavy metals, will be collected and analyzed in different categories. On the other hands, this research are also takes into account a number of years to determine the changes that have occurred in water quality in Malacca River, for example from 2001 to 2012 (depending on the permission and approval of DoE, Malaysia) and 2015. The collection data for this study will involve primary and secondary data. The researcher will collect water samples from Malacca River (primary data in 2015) and perform analysis of the raw samples in a laboratory. Meanwhile, the secondary data will be requested from the Department of Environment, Malaysia, from 2001 to 2012. However, the data for 2013 and 2014 will not be approved and released to the researcher due to factors of national security. The main purpose for collecting primary data is to make comparisons with secondary data in determining the factors that contribute to water pollution in Malacca River; and the primary data can also be used to prove the reliability of using secondary data to conduct this research study. Therefore, the planning process in methodology will be successful when the application process does not encounter any problems in collecting raw data.

Applying process refers to the methods used to collect and gather data for analysis. Since secondary data is referred to the data that have been collect by other researchers [12], the information for this research study will be collect directly from the government institution. However, primary data are derived from original sources or the first data [17]. In other words, the researcher has to collect the water sample from Malacca River and analyze the raw data in the laboratory. The water sample will be taken from the stations that have been specified for research via ‘grab sampling’, in which the researcher will go into the middle of river to take water samples or use a small bucket thrown into the middle of river (if the river is too deep and dangerous) (figure 4). The main purpose of using ‘grab sampling’ is that all of the test material is collected at a point (which refer to particular place) at one time, as the sample should be collected carefully and proper way to prevent mixing with foreign materials. If water is collected in a bucket, the sample will be placed in plastic bottle or glass bottle sample that have been devoted to water samples (figure 5). If the water sample will not be analyzed at the same time and day, the water sample will need to be preserved using acid to reduce the activeness rate of organic microorganisms in water samples, for example sulfuric acid (H2SO4) or nitric acid (HNO3). This river water sample will be taken directly to the laboratory for analysis to obtain the results.

Once the river water samples are sent to the laboratory, an analysis will be conducted to obtain the results of river water quality. The analyzing process will involve two methods, namely in-situ analysis (on site or in position analysis) and laboratory analysis. Among the parameters that can be carried out for in-situ analysis are chemical parameters (DO and pH) and physical parameters, concerning temperature, color, odor, taste, total dissolved solid, transparency or turbidity, electrical conductivity, hardness, and salinity. This analysis on site can be conducted using meters for DO, pH, turbidity, conductivity and salinity, humidity temperature, total dissolved solids, and so on. Meanwhile, the laboratory analysis will determine the water samples such as physical parameter (total suspended solid), chemical parameters, biological parameters, and heavy metal. Among the machines involved to test the samples are vacuum pumps with glass microfiber filter, BOD meter, COD meters, ammoniacal nitrogen meters, MEL/MPN total coliform and E-coli laboratory with petrifilm plate, incubator, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) or an atomic absorption spectrometer (AAS) for heavy metal test. There are some parameters involved in laboratory analysis which will be extended to several days to determine the activeness of material in water samples. After analysis is conducted (if there are no mistake or error in methods of analysis), then the results will be obtained for each parameters and the next step can be carried out, including processing results, discussion, and conclusion of the research study. Therefore, the objective or hypothesis study can be presented to demonstrate the achievements of the research study.

Conclusion

This study highlights the methodology used to collect data in Malacca River for this research study. Since the research study is involve with quantitative method, the data need to be collect in various, many, and large quantity for analysis, which involve with primary and secondary data. Primary data can be obtained through collection of raw sample data from river water and analysis on-site and in a laboratory, while secondary data will be collected from government departments and institutions or the private sector. Primary data will provide information demonstrating conditions of the Malacca River and factors (including the major factor) contributing to river water pollution. Since the secondary data have certain weaknesses, the primary data can be used to compared with the secondary data in determine the accuracy, relevance, and reliability before continue for further analysis. Secondary data is used to evaluate the start of contamination and the factors causing river water pollution based on the land use area. Rapid development may be considered to harm the river, but does not necessarily act as a factor contributing to river water pollution, depending on land use planning and management. Lastly, methodology is important to reach the objectives or hypotheses and determine the success of this research study.

References

[1] Acreman, M.C. (1998). Principle of water management for people and the environment. In Water and population dynamics. Ed. A. de Shirbinin & V. Dompka, pp. 25-48. Washington, DC: American Association for the Advancement of Science. 

[2] APHA Official Portal (2015). About APHA. Retrieved from https://www.apha.org/about-apha 

[3] APHA Official Portal (2015). Standard methods for the examination of water and wastewater. Retrieved from http://www.mwa.co.th/download/file_upload/SMWW_1000-3000.pdf 

[4] Bitrner, M. (July 4, 2013). The World’s Most Polluted River. EHS Journal. Retrieved from http://ehsjournal.org/http:/ ehsjournal.org/michael-bittner/the-worlds-most-pollutedrivers/2013/ 

[5] Department of Environment (2012). Malaysia Environmental Quality Report 2012. 

[6] Department of Irrigation and Drainage (2009). Study on the river water quality trends and indexes in Peninsular Malaysia. Water Resources Publication, No. 2. 

[7] Department of Town and Country Planning (2015). World Heritage City. Retrieved from http://www.jpbdmelaka.gov.my/bandarwarisan.html 

[8] EPA Official Portal (2015). Water Quality Conditions. Retrieved from http://water.epa.gov/type/rsl/monitoring/vms50.cfm 

[9] 1Gleick, P.H. (1993). Water in Crisis: A Guide to the World’s Freshwater Resources. Oxford University Press, p.13. 

[10] HACH Official Portal (2015). Application – Wastewater Discharge. Retrieved from http://sea.hach.com/wastewaterdischarge 

[11] Hua, A.K. and Kusin, F.M. (2015). Remote Sensing towards Water Quality Study in Malacca River. Case Study: A Review Perspective. International Journal of Scientific Research in Science and Technology. 1 (2), 9-15. 

[12] Marican, S. (2005). Social Science Research Methods. Prentice Hall/Pearson Malaysia. 

[13] Nasbah, N.N. (January 23, 2010). Sungai Melaka tercemar. Utusan Online. Retrieved from http://ww1.utusan.com.my/ utusan/info.asp?y=2010&dt=0123&sec=Selatan&pg=ws_01.tm 

[14] National Geographic Official Portal (2015). Water Pollution. Retrieved from http://environment.nationalgeographic.com/ environment/freshwater/pollution/ 

[15] River and Coastal Development Corporation Malacca Official Portal (2015). River Information. Retrieved from http:// ppspm.gov.my/versionBI/index.php/muzium-perhutanan/informasi-sungai 

[16] SASKATCHEWAN Research Council Official Portal (2015). Water Quality Testing. Retrieved from http://www.src.sk.ca/ industries/environment/pages/water-quality-testing.aspx 

[17] Yusof, R. (2003). Social Science Research. Pahang, Malaysia: PTS Publications & Distributors. 

[18] URL : http://www.slideserve.com/ashby/jabatan-pengairan-dan- saliran-melaka

NOTA PENYELIDIKAN Kualiti sumber air di Malaysia: Satu analisis

Abstrak

Air merupakan sumber alam semula jadi. Keaslian air telah mewujudkan pelbagai ekosistem yang menghubungkan antara benda hidup dan benda bukan hidup yang bergantung antara satu sama lain. Artikel ini bertujuan mengulas ciri-ciri sistem sumber air dari perspektif kualitinya. Ciri-ciri fizikal air yang sangat unik telah menjadikan air sebagai pelarut yang universal. Namun, perubahan masa dan ruang yang sangat pantas menyebabkan manusia yang sepatutnya bertanggungjawab untuk menjaga dan melindungi sumber ini semakin lupa diri. Aktiviti manusia yang dijalankan tanpa batasan telah menyebabkan pencemaran air, iaitu percampuran antara bendasing dengan air bersih. Pencemaran air ini boleh dikaji dan dinilai melalui tiga parameter utama, iaitu parameter fizikal, parameter kimia, dan parameter biologi, serta pencemaran logam berat. Punca utama pencemaran air boleh dikategorikan kepada pencemar organik, pencemar bukan organik, pencemar toksik, pencemar kimo-fizikal, dan pencemar mikrob. Pencemaran air boleh memberikan impak negatif kepada kesihatan, kepupusan hidupan akuatik, dan menjejaskan faktor-faktor lain. Oleh itu, manusia perlu mengamalkan sikap memulihara dan memelihara sumber air semula jadi ini melalui pengurangan faktor penyumbang pencemaran air, mengitarkan semula air tercemar, dan mengekalkan kualiti sumber air daripada terus ‘hilang’ daripada permukaan bumi ini.

Kata Kunci: ekosistem, impak negatif, memelihara, memulihara, pelarut universal, pencemaran air

Abstract
Water is a natural resource. The pure water has created a variety of ecosystems where living and non-living beings are connected in complex interdepencies. This review points to three main parameters of water quality pollution, namely physical, chemical and biological (including heacy metal contamination) parameters. It analyses the organic, inorganic, toxic, chemo-physical and microbial contaminants and explains how they might impact on health and aquatic life. Finallly, it analyses water conservation and preservation measures through reduced water pollution factors, recycled contaminated water, and preserved quality maintenance of water resources before they 'disappear'.

Keywords: conservation, ecosystems, negative impacts, preservation, universal solvent, water pollution


Citation of Article:
Hua, A.K. (2015). Kualiti sumber air di Malaysia: Satu analisis. Geografia Malaysian Journal of Society and Space, 11(6), 98-108.

Pengenalan

Bumi merupakan sebuah planet yang kelihatan dari angkasa berwarna kebiruan. Warna kebiruan ini merupakan unsur-unsur alam semula jadi yang dikenali sebagai air. Badan air meliputi kira-kira 25 peratus daripada keluasan permukaan bumi. Bagi kehidupan manusia, air pula membentuk lebih kurang tiga per empat daripada berat badan manusia. Tanpa sumber air, kehidupan manusia akan menjadi sukar atau akan mati. Dari segi fizikal, disebabkan oleh ciri-ciri struktur molekulnya yang sangat unik, air merupakan bahan pelarut yang universal. Kelebihan ini juga membantu menyeimbangkan kitaran haba bumi melalui laut yang luas dengan sifatnya yang mempunyai inersia haba yang tinggi. Begitu juga sungai. Kelebihan badan air ini menggalakkan perkembangan bandar metropolitan di tebing sungai utama dunia seperti New Delhi (Yamuna), Washington DC (Potomac), London (Thames), Paris (Seine), Cairo (Nile), Manaus (Amazon), (Jain & Singh, 2003). Perkembangan pesat bandar-bandar besar ini dipermudahkan oleh bekalan sumber air yang tersedia secara semula jadi. Namun, perubahan masa telah menjadikan manusia bertindak rakus dan sewenang-wenangnya dalam mengeksploitasi sumber alam sama ada secara sengaja atau tidak sengaja telah menyebabkan kemerosotan kualiti air.

Air juga merupakan salah satu komponen ekosistem dunia. Ekosistem merupakan pentas bagi interaksi antara organisma dan persekitaran fizikal di kawasan tempat tinggal. Ia terdiri daripada bahan organik dan bahan bukan organik yang berinteraksi dan berubah apabila terdapat daya tekanan semula jadi yang berlaku terhadapnya. Komponen ekosistem boleh dibahagikan kepada dua kumpulan, iaitu biotik dan abiotik. Biotik merujuk kepada benda-benda hidup, manakala abiotik pula merujuk kepada benda tidak hidup. Manusia sangat berhubung erat dengan ekosistem kerana mereka hidup dan berinteraksi antara satu sama lain. Sebenarnya, setiap bahagian bumi adalah sebahagian daripada ekosistem. Misalnya, setompok hutan yang kecil boleh dirujuk sebagai skala kecil yang terdiri daripada satu ekosistem, dan keadaan adalah sama bagi satu sungai utama yang mempunyai lembangan sungai dengan keluasan meliputi ribuan kilometer persegi. Ekosistem yang berskala besar pula meliputi pantai, hutan, padang rumput, air tawar dan kawasan pertanian. Hubungan bagi semua ekosistem adalah sangat penting kerana ianya berinteraksi antara satu sama lain bagi mengekalkan kualiti kehidupan yang sihat. Aktiviti manusia seperti perindustrian, banyak mempengaruhi ekosistem tersebut dan seterusnya menjejaskan sistem hidrologi. Jelas sekali bahawa penurunan kapasiti produktif ekosistem mempunyai implikasi yang tidak sihat untuk pembangunan insan dan kesejahteraan semua spesies hidupan. Keadaan ini boleh dikaitkan dengan peningkatan penduduk, peningkatan aktiviti perindustrian, dan permintaan yang tinggi terhadap sumber alam semula jadi. Oleh sebab itu, untuk mengurangkan dan menguruskan punca kerosakan terhadap ekosistem, satu pendekatan bersepadu amat diperlukan. Pendekatan seperti pengurusan sumber air harus dimulakan dari setiap lembangan sungai sebagai permulaan kepada kawalan pencemaran dan menggalakkan konsep kitar semula air dengan harapan dapat menghasilkan pembangunan lestari. Pengurusan air juga boleh dikaitkan dengan usaha pemuliharaan tanah, perancangan guna tanah, pengurusan hutan, perlindungan tanah lembap, dan ekosistem akuatik.

Demi pembangunan ekonomi dan penggunaan optimum, perancangan, reka bentuk, dan operasi terhadap sumber air, penentuan dalam kelangsungan dan ketersediaan sumber air di permukaan bumi dan bawah tanah adalah paling utama. Pengagihan air di benua adalah sangat berbeza dari segi ruang dan masa, sebagai contohnya lebihan air di kawasan hutan hujan tropika adalah berbeza dengan padang pasir yang dikatakan mandul kerana kekurangan air. Namun begitu, kawasan petempatan bagi sesetengah kawasan dunia juga agak berbeza, sebagai contohnya kawasan yang mempunyai peratusan air yang sangat tinggi seperti Lembangan Amazon mempunyai penduduk yang agak jarang; dan ianya agak berbeza daripada Asia Selatan seperti di India yang mempunyai penduduk yang sangat padat. Walau bagaimanapun, ketersediaan sumber air juga bergantung sepenuhnya dengan ciri-ciri sesuatu kawasan tersebut, seperti di kawasan padang pasir yang sangat kering dan air yang tidak mencukupi, dan kawasan kutub pula kebanyakan air menjadi beku; membuktikan bahawa kedua-dua kawasan ini adalah tidak sesuai untuk didiami. Jika dilihat secara umumnya, sumber air dapat diperolehi melalui beberapa kaedah seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1 yang berikut (Cole, 1998).

Ciri-ciri fizikal sumber air

Air merupakan molekul polar yang terdiri daripada H2O yang mempunyai cas negatif pada atom oksigen dan cas separa positif pada kedua-dua atom hidrogen; menyebabkan air menjadi dwikutub kekal (Rajah 1) (Portal Rasmi Pharma Corama, t.t). Oleh kerana keadaan ini, atom oksigen mengikat bersama-sama dengan atom hidrogen untuk membentuk jenis Hidrogen-Oksigen-Hidrogen (HOH), iaitu dinamakan sebagai molekul air (Portal Rasmi Pharma Corama, t.t). Setiap molekul air boleh membina sehingga 4 ikatan hidrogen untuk membentuk keadaan pepejal seperti ais, manakala suhu yang lebih tinggi seperti 100 °C akan mempunyai purata ikatan hidrogen adalah 3.4 bagi setiap molekul (Portal Rasmi Pharma Corama, t.t).

Air tulen tidak hanya wujud dalam bentuk H2O atau H-O-H, tetapi juga boleh dalam bentuk H+ dan OH-. Ion H+ atau proton boleh ditulis sebagai H3O+ atau H9O4+ dengan bergantung kepada di mana percantuman positif itu diedarkan kepada molekul satu atau empat air; manakala OH- boleh mengikat kepada tiga molekul air yang membentuk H7O4- (Portal Rasmi Pharma Corama, t.t). Formula bagi penceraian tetap (Kd) boleh ditulis sebagai (US Environmental Protection Agency, 1999);

di mana A, B dan AB adalah merujuk kepada kepekatan A dan B, dan kompleks AB, dan formula ini boleh digunakan dalam penceraian air (Portal Rasmi Pharma Corama, t.t);

Oleh itu, badan air boleh mengandungi pelbagai molekul organik dan bukan organik dalam larutan dan percampuran. Hanya molekul air yang tulen boleh diganggu atau dicampur dengan bahan-bahan asing untuk menghasilkan bentuk molekul lain, di mana ianya juga dikenali sebagai air tercemar. Ketulenan air dapat diukur berdasarkan kualitinya. Kualiti air merujuk kepada sejauh mana ciri fizikal, ciri kimia, dan ciri biologi air telah berubah daripada keadaan semula jadinya. Kehadiran bendasing dalam air semula jadi adalah petanda bahawa air telah tercemar. Ciri-ciri fizikal, kimia dan biologi air dijelaskan dalam Rajah 2.

Parameter fizikal, kimia dan biologi air

Parameter fizikal air boleh ditentukan melalui suhu air, warna, bau dan rasa air, jumlah pepejal terampai, ketelusan atau kekeruhan, jumlah pepejal terlarut, dan kadar kemasinan (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Pada asasnya, suhu air adalah ukuran kandungan haba jisim air dan mempengaruhi kadar pertumbuhan dan kadar kelangsungan hidup bagi hidupan akuatik. Spesies ikan yang berbeza mempunyai keperluan yang berbeza untuk suhu optimum dan had daya tahan daripada suhu yang melampau (Davis & McCuen, 2005). Banyak ciri biologi dan fizikal-kimia sungai dipengaruhi oleh suhu. Kebanyakan haiwan akuatik dan tumbuhan kekal dalam julat suhu air tertentu, dan hanya sebilangan daripadanya boleh menerimanya dan bertolak sansur dengan perubahan yang melampau dalam suhu (Washington State Department of Ecology, 2002). Selain itu, jumlah pepejal terampai atau Total Suspended Solid (TSS) adalah merujuk kepada pengukuran yang melibatkan kekeringan-keberatan zarah yang terperangkap oleh penapis yang mempunyai sebesar saiz liang (kecuali parameter kimia dan mikrobiologi yang tidak boleh terperangkap dengan penapis) (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Dengan kata lain, TSS adalah pengukuran zarah yang lebih besar daripada 0.45 µm. Kebanyakan bahan tercemar (contohnya toksik logam berat) boleh melekat kepada TSS dan ia boleh membahayakan habitat dan kehidupan akuatik. Peratusan TSS yang tinggi akan menghalang cahaya matahari untuk menembusi badan air (Avvannavar & Shrihari, 2007). Seterusnya, jumlah pepejal terlarut atau Total Dissolved Solid (TDS) boleh ditakrifkan sebagai pengukuran kandungan gabungan semua bahan-bahan organik dan bukan organik yang boleh wujud dalam bentuk cecair dalam molekul, ion atau mikro-granular bentuk terampai (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). TDS ini tidak boleh dikeluarkan dengan menggunakan penapis konvensional. Kehadiran bahan kimia organik sintetik (seperti bahan api, banhan pencucui, cat, pelarut, dan lain-lain) memberikan keadaan yang tidak menyenangkan dan menyakitkan hati melalui rasa, bau dan warna kepada ikan dan tumbuhan akuatik walaupun kehadiran pencemar ini adalah dalam kepekatan yang rendah (Avvannavar & Shrihari, 2007). Berikutnya adalah berkaitan dengan kekeruhan, di mana parameter ini adalah kunci utama dalam menguji kualiti air dalam sifat fizikal dengan mengukur kadar kemendungan atau kekaburan bendalir yang disebabkan oleh jumlah partikel atau zarah individu yang tidak dapat dilihat dengan menggunakan mata kasar (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Kepekatan zarah yang tinggi boleh merosakkan habitat ikan dan organism akuatik yang lain (Said et al., 2004). Kekeruhan pula lebih memberikan perhatian kepada estetik. Air keruh yang tinggi akan memendekkan masa ujian dengan menggunakan penuras. Kebanyakan organisma patogen yang bersalut bersama dengan zarah akan dilindungi daripada terkena pembasmian kuman (Avvannavar & Shrihari, 2007). Parameter fizikal bagi kadar kemasinan air juga diambil kira sebagai salah satu faktor yang boleh menjejaskan kualiti sumber air tulen. Jika dilihat secara umum, kadar kemasinan atau saliniti adalah pengukuran bagi kandungan garam terlarut dalam air, di mana faktor utama yang mengawal kadar kemasinan ini adalah aspek kimia sumber air semula jadi dengan proses biologi dan keadaan termodinamik (yang meliputi suhu dan tekanan) (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Pengukuran bagi kadar kemasinan adalah dalam unit µS/cm, di mana pecahan ujian boleh dikategorikan kepada beberapa bentuk seperti air tawar (< 0.5%), air paya (0.5% – 30%), air masin (30%-50%), dan air garam (> 50%). Selalunya, suhu purata pada 25 °C akan memperlihatkan kadar kemasinan pada nilai 80 hingga 130 µS/cm. Akhir sekali, ujian terhadap warna air, bau air, dan rasa air merupakan ujian minoriti yang dilakukan bagi kebanyakan penyelidik. Hal ini kerana ketiga-tiga ujian ini akan diuji bersama dengan parameter lain untuk memperlihatkan impak kesan yang melampau terhadap kualiti sumber air. Pengukuran bagi warna air adalah TCU, manakala bau air dan rasa air pula tidak mempunyai unit pengukuran yang tertentu (Jabatan Alam Sekitar Malaysia, 2012).

Parameter kimia pula merupakan unsur paling penting dalam penentuan kualiti sumber air berdasarkan piawaian Indeks Kualiti Air (IKA). Parameter kimia melibatkan oksigen terlarut (DO), permintaan oksigen biokimia (BOD), permintaan oksigen kimia (COD), pengukuran keasidan atau kealkalian larutan akueus (pH), dan nitrogen-ammonia (NH3-N) (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Ujian pH ini bertujuan mengukur aktiviti (lebih kurang merujuk kepada sesuatu kepekatan larutan) ion hidrogen, H+. Nilai pH air pula mengukur kekuatan asid dalam air (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Nilai pH neutral bagi kualiti air adalah 7.0. Semakin rendah nilai pH tersebut, semakin tinggi aktiviti ion hidrogen, H+, maka semakin asid bagi kualiti air tersebut (Davis & McCuen, 2005). Seterusnya, oksigen terlarut atau Dissolved Oxygen (DO) adalah mengukur jumlah oksigen bebas yang terdapat di dalam air (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Pada asasnya, istilah DO boleh dinyatakan dalam milligram per liter dalam sesuatu kepekatan, atau menggunakan peratus ketepuan yang berdasarkan kepada suhu. Semakin sejuk air tersebut, semakin banyak oksigen yang dapat dipegang olehnya. Berikutnya, permintaan oksigen biokimia atau Biochemical Oxygen Demand (BOD) merujuk kepada kekuatan bahan pencemar dari segi oksigen yang diperlukan untuk menstabilkan sisa domestik dan sisa industri (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Untuk membolehkan degradasi bahan organik terosid berlaku sekurang-kurangnya dua hingga tujuh mg/L tahap DO perlu dikekalkan dalam uji kaji makmal seperti dalam keadaan semula jadi (Avvannavar & Shrihari, 2007). BOD juga mengukur jumlah makanan (terutama organik) untuk bakteria yang terdapat di dalam air. Ujian BOD memberikan gambaran kasar bagaimana sisa biodegradasi banyak hadir dalam air (Washington State Department of Ecology, 2002). Chemical Oxygen Demand (COD) atau permintaan oksigen kimia digunakan untuk mengukur jumlah sebatian teroksid organik dan bukan organik di dalam air (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Kebanyakan aplikasi COD dapat menentukan jumlah pencemar teroksid yang terdapat dalam air permukaan. Ini menunjukkan bahawa COD adalah ukuran yang amat berkesan bagi menentukan kualiti air. COD diukur dalam milligram per liter (mg/L), iaitu jisim oksigen yang digunakan setiap liter larutan. Akhir sekali adalah unsur yang dikenali sebagai nitrogen-ammonia atau Ammoniacal-Nitrogen (NH3-N). Bahan ini adalah ukuran bagi jumlah ammonia, pencemar toksik yang sering dtemui di tapak pelupusan sampah dan bahan buangan seperti kumbahan, baja cecair, dan cecair lain yang berkaitan dengan bahan buangan organik (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). NH3-N juga digunakan secara meluas dalam ukuran kesihatan air yang melibatkan alam semula jadi seperti sungai atau tasik, mahupun takungan air buatan manusia; dan istilahnya juga digunakan dalam rawatan sisa dan penulenan sistem air. Ammoniacal nitrogen diukur dalam milligram per liter dan digunakan untuk menyatakan sistem rawatan air dan kumbahan. Sebagai maklumat tambahan, di bawah keadaan anaerobik, ammonia dioksidakan kepada nitrit dan seterusnya kepada nitrat melalui proses nitrifikasi; manakala di bawah anoxic (tanpa oksigen), nitrat yang terbentuk akan bertukar kepada gas nitrogen tanpa kehadiran oksigen melalui proses pendenitritan. Oleh itu, ammonia boleh menyebabkan rasa dan bau yang sangat tidak selesa serta menyebabkan masalah psikologi, dan boleh menyebabkan keracunan secara terus kepada manusia dan boleh mengganggu keseimbangan sistem air (Indah Water Official Portal, t.t).

Parameter biologi juga amat penting dan perlu diambil berat selepas parameter fizikal dan parameter kimia bagi menentukan kualiti air. Selalunya, koliform dan mikroorganisma yang lain adalah contoh-contoh terbaik untuk digunakan dalam menentukan parameter biologi. Bakteria koliform terdapat di dalam alam sekitar dan semua najis haiwan berdarah panas dan juga manusia. Bakteria koliform tidak akan menyebabkan penyakit yang melampau. Walau bagaimanapun, kehadiran bakteria ini terutama di dalam air minuman menunjukkan bahawa organisma penyebab penyakit (patogen) ini juga boleh hidup di dalam sistem air. Kebanyakan kehadiran patogen ini adalah disebabkan oleh bekalan air yang tercemar yang datang dari najis manusia atau haiwan. Namun begitu, ujian untuk membuktikan kehadiran patogen dalam air minuman adalah sangat rumit, mengambil tempoh masa yang lama dan sangat mahal. Oleh itu, satu pendekatan alternatif selalu digunakan bagi menilai parameter biologi dalam air, iaitu dengan menggunakan ujian terhadap bakteria koliform. Ia agak mudah dan murah. Sekiranya ujian sampel air menunjukkan terdapat bakteria koliform, maka sampel air tersebut boleh membantu dalam mengesan punca pencemaran dan memulihkan air minuman tersebut kepada keadaan yang lebih selamat. Bakteria koliform boleh dibahagikan kepada tiga jenis, iaitu Total Coliform (TC), Fecal Coliform (FC), dan Escherichia coli atau (E-ccoli). TC adalah bekteria yang biasanya terdapat dalam alam sekitar (seperti tanah atau tumbuh-tumbuhan) dan secara amnya ia tidak berbahaya. Analisis di makmal dapat mengesan kehadiran TC di dalam air minuman yang tidak terkesan oleh najis manusia atau haiwan. Oleh itu pencemaran air boleh berlaku alam sekitar dan bukannya berkait dengan najis. Walau bagaimanapun, jika pencemaran alam sekitar boleh memasuki ke dalam sesuatu sistem (contoh sistem air sungai), maka pathogen juga boleh didapati di dalam sistem tersebut. Fecal Coliform adalah kumpulan bakteria koliform yang agak kecil selepas TC. Kebanyakan FC wujud dalam usus dan najis manusia dan haiwan. Sejak kebelakangan ini, kehadiran FC dalam sampel air terutama air sungai menunjukkan peratusan yang sangat tinggi dan ianya berkait dengan pencemaran yang berlaku berpunca daripada kegagalan pengurusan terhadap tangki septik. Sekiranya FC dalam sampel air adalah tinggi, maka keadaan ini boleh membawa kepada risiko yang tinggi untuk kehadiran patogen dalam air tersebut, dan ianya tidak digalakkan untuk berenang atau menjalankan aktiviti rekreasi yang lain (Said et al, 2004). Akhir sekali adalah E-coli atau Escherichia coli. E-coli adalah kumpulan yang paling kecil dalam FC dan merupakan bakteria yang tidak berbahaya. Ianya wujud dalam usus manusia dan haiwan yang berdarah panas. Walau bagaimanapun, sesetengah E-coli ini akan mendatangkan penyakit kepada manusia. Jika sampel air mengandungi E-coli, maka ianya boleh berpunca daripada pencemaran najis dan berisiko untuk kehadiran patogen. Kebiasaanya, unit yang digunakan untuk ujian ketiga-tiga koliform ini adalah sama, iaitu jumlah pengiraan per 100 ml. Secara keseluruhannya, walaupun kewujudan bakteria koliform ini tidak mendatangkan penyakit yang berbahaya kepada manusia, namun ianya boleh menyebabkan pelbagai masalah kesihatan seperti ciri-birit, kekejangan perut dan muntah-muntah kerana salmonella dan kolera adalah disebabkan oleh vibro cholera, jangkitan paru-paru disebabkan oleh Mycobacterium (Avvannavar & Shrihari, 2007). Oleh itu, adalah penting untuk mengenal pasti dan menyelesaikan masalah punca pencemaran air di kawasan punca air sebelum ianya menberikan impak negatif kepada kawasan lain.

Sumber pencemaran air di Malaysia

Punca utama pencemaran air boleh dikategorikan kepada punca titik (point source) dan punca tidak bertitik (non-point source) (Jabatan Alam Sekitar Malaysia, 2012). Pencemaran punca titik merujuk kepada pelepasan sumber-sumber atau sisa-sisa buangan dari paip atau longkang terus memasuki badan air di lokasi tertentu (Jabatan Alam Sekitar Malaysia, 2012). Sumber-sumber ini juga termasuk pelepasan dari industri, loji rawatan kumbahan dan ladang ternakan (Jadual 2). Sementara itu, pencemaran punca tidak bertitik adalah berkait dengan resapan atau berselerak dan tidak mempunyai pelepasan tertentu, sebagai contohnya aktiviti pertanian dan larian air permukaan (Jabatan Alam Sekitar Malaysia, 2012). Dalam erti kata lain, kebanyakan pencemaran yang dihasilkan adalah disebabkan oleh aktiviti manusia, manakala yang lain adalah disebabkan oleh kejadian tanah runtuh dan bahagian lain di kawasan persekitaran bandar (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009).

Terdapat beberapa kategori bahan pencemar yang menyumbangkan pencemaran air seperti yang dihuraikan sebagai berikut (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009).

Pencemar organik

Pencemar ini terdiri daripada bahan organik, yang terdegradasi dengan pantas dan mempunyai potensi untuk menyebabkan kekurangan oksigen di badan air. Pencemar ini boleh diungkapkan dalam BOD, COD, jumlah karbon organic (TOC), minyak dan gris (O&G), dan lain-lain. Walau bagaimanapun, BOD dan COD adalah parameter yang paling biasa dikesan bagi menentukan kualiti air terutamanya untuk pemantauan dan kawalan pencemar (US EPA, 1983) (Pitt et al., 1993).

Pencemar bukan organik

Bahan pencemar bukan organik adalah merujuk kepada logam dan bahan sebatian organik yang lain. Beberapa logam beracun yang mempunyai kepekatan tinggi dan mempunyai kecenderungan untuk mengumpul ke dalam tisu flora dan fauna yang hidup dalam aquatik (Pitt et al., 1993). Logam berat yang biasa dijumpai dalam larian air permukaan adalah disebabkan oleh aktiviti perindustrian di kawasan bandar seperti zink (Zn), plumbum (Pb), tembaga (Cu), kromium (Cr), cadmium (Cd), nikel (Ni), dan lain-lain.

Pencemar toksik

Selain logam berat, bahan pencemar toksik wujud dalam air larian bandar dan kebanyakannya merujuk kepada racun rumpai dan racun perosak lain, PAHs, PCBs, dan unsur-unsur karsinogen lain termasuk logam berat yang paling biasa dan umum (Pitt et al, 1993) (Lee & Lee, 1993).

Pencemar kimo-fizikal

Bahan pencemar kimo-fizikal mungkin mempunyai signifikan dengan sumber pencemar punca tidak bertitik kerana ia melibatkan pH, TDS, kekonduksian, kekeruhan dan TSS. Kawasan perindustrian mungkin mewujudkan sedikit masalah terutama terhadap pH kerana ianya boleh mewujudkan potensi untuk menjana hujan asid dan larian air permukaan asid. Kebiasaan masalah yang paling kerap ditemui adalah kekeruhan dan kehadiran TSS yang sangat tinggi.

Pencemar mikrob

Bahan cemar mikrob yang paling biasa wujud dalam air larian permukaan di kawasan bandar adalah bakteria koliform. Total Coliform dan Fecal Coliform sangat mudah dijumpai kerana kemudahan untuk bakteria ini bergerak ke dalam air larian permukaan adalah melalui sumber antropogenik atau limpahan pembentungan. Penyebaran penyakit disebabkan oleh bawaan air sering berlaku di negara-negara yang pesat membangun yang sering mengalami pencemaran air, di mana kadar kerosakan adalah lebih besar daripada masalah pemendapan (Field et al, 1993) (Wanielista & Yuosef, 1993).

Secara umumnya, punca pencemaran yang menyebabkan kualiti air terjejas boleh dikaitkan dengan rawatan loji kumbahan, industri pembuatan, pertanian, kawasan bandar dan perbandaran, serta pencemaran yang berlaku secara tidak langsung seperti aktiviti perladangan, aktiviti pembinaan atau pengubahsuaian, perkebunan, pengendalian sisa pepejal dan lain-lain (Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia, 2009). Menurut Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia (2009), pembangunan bandar yang pesat yang boleh menyumbangkan kepada punca pencemaran termasuklah hal uang berikut:

• pelepasan udara (bahan kimia, nutrien, dan logam);

• taman-taman perumahan, kawasan lapang awam, kawasan sensitiviti tinggi (TSS, racun perosak, baja dan lain-lain);

• sampah jalanan (daun, tin, botol, kertas, plastik dan lain-lain);

• haiwan liar dan domestik (najis, BOD, bakteria, dan lain-lain);

• kereta (COD, minyak motor, logam berat, tayar, minyak brek, dan lain-lain);

• air kumbahan yang dilepaskan tanpa rawatan dan limpahan pembentung (nutrien, BOD, bakteria, zink, tembaga dan lain-lain);

• industri kimia dan industri proses (bahan kimia, COD logam, dan lain-lain);

• aktiviti komersial seperti bengkel membaiki kenderaan di tanah lapang, pasar tani, dan lain-lain (TSS, COD, minyak & gris, dan lain-lain);

• tapak pembinaan (sampah, tanah, produk bangunan, runtuhan, dan lain-lain);

• kemalangan dan tumpahan (petrol, minyak, kimia, dan lain-lain);

• tapak pelupusan (nutrient, BOD, COD, logam, dan lain-lain).

Kesan pencemaran air terhadap kehidupan

Pencemaran air sungai boleh menjejaskan kehidupan manusia, haiwan, dan benda tidak hidup di atas permukaan bumi. Pengetahun tentang impak negatif terhadap benda hidup dan benda tidak hidup wajib diketahui untuk dijadikan pedoman dalam kehidupan seharian setiap individu manusia. Ini penting bagi mengelakkan pencemaran air daripada terus berlaku. Kesan pencemaran air boleh dikategorikan seperti berikut:

• menjejaskan kesihatan

Pencemaran air boleh menyebabkan kuantiti sumber air berkurangan dan menyebabkan penyebaran bakteria, virus, dan parasit melalui bahan buangan. Selain itu, pencemaran air juga boleh menyebabkan penyakit bawaan air seperti cirit-birit, sakit perut dan keracunan makanan meningkat.

• kepupusan hidupan akuatik

Pencemaran air akan menjejaskan binatang akuatik atau marin seperti ikan, udang, batu karang, penyu, dan sebagainya, serta merosakkan tumbuhan air seperti rumpai, pokok bakau, dan sebagainya. Air yang beracun akan mengurangkan kadar oksigen dalam air dan mengganggu kualiti ekosistem secara keseluruhan. Kepupusan tumbuhan air akan menjejaskan kuantiti spesies ikan dan menjejaskan rantaian makanan yang lain.

• menjejaskan faktor-faktor lain

Pencemaran air seperti tumpahan minyak boleh menyebabkan peralatan nelayan rosak dan menjejaskan pendapatan melalui tangkapan ikan ekoran daripada kematian atau mengubah kawasan habitat. Selain itu, tumpahan minyak boleh menghasilkan suatu bau yang sangat tidak selesa dan menjejaskan terumbu karang, keadaan ini boleh menjejaskan kuantiti pelancong untuk datang melawat ke kawasan tersebut. Pencemaran sungai juga menyebabkan aktiviti rekreasi seperti berenang, berkayak, memancing, melihat pemandangan sungai dan lain-lain sukar dijalankan.

Kesimpulan

Kesimpulannya, sumber air merupakan sumber alam semula jadi yang sangat diperlukan oleh semua organisma dan bukan organisma untuk meneruskan kehidupan seharian. Perkembangan dan kemajuan yang menuju ke arah permodenan telah menyebabkan kualiti dan kuantiti sumber air semakin berkurangan. Pelbagai aktiviti manusia secara langsung atau tidak langsung telah menyebabkan pelbagai kerosakan terhadap sumber air. Pencemaran air di Malaysia terutama air permukaan khususnya di beberapa batang sungai yang terletak berhampiran dengan kawasan perindustrian, boleh dikatakan berada pada tahap yang agak membimbangkan. Walaupun pelbagai langkah mengatasinya telah diambil, namun masalah tersebut belum lagi dapat diselesaikan secara total. Diramalkan bahawa keterjejasan kualiti dan kuantiti air pada masa hadapan akan menjadi penentu utama kualiti kehidupan manusia dan organisma lain di atas permukaan bumi ini. Kemajuan teknologi dan penerapan konsep pembangunan lestari dalam kehidupan manusia hanya dapat mengurangkan pencemaran air sungai daripada terus berlaku dalam peratusan yang sangat kecil. Namun sikap manusia yang tamak dan mementingkan diri sendiri menyebabkan pencemaran air terus berlaku. Masalah ini terus menghantui kehidupan manusia sendiri. Oleh itu, manusia perlu mengambil satu pendekatan dan inisiatif yang bernas untuk mengurangkan faktor penyumbang pencemaran air, mengkitarkan semula air tercemar, dan mengekalkan kualiti sumber air di atas permukaan bumi ini.

Rujukan

Avvannavar SM, Shrihari S (2007) Evaluation of water quality index for drinking purposes for river Netravathi, Mangalore, South India. Environmental Monitoring and Assessment.

Cole JA (1998) Water resources: Introduction. In: Herchy RW, RW Fairbridge (eds) Encyclopedia of hydrology and water resources. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

Davis AP, McCuen RH (2005) Storm water management for smart growth. Edisi Pertama. Springer Science and Business Media.

Field R, O’shea ML, Brown MP (1993) The detection and disinfection of pathogens in storm-generated flows. Wat. Sci. Tech. 28, 311-315.

Indah Water Official Portal (t.t). Sewage Facts. Available from: http://www.iwk.com.my/v/knowledge-arena/ammonia.

Jabatan Alam Sekitar Malaysia (2012) Malaysia Environmental Quality Report. Ministry of Natural Resources and Environment. Available from: http://enviro.doe.gov.my/view.php?id=558.

Jabatan Pengairan dan Saliran Malaysia (2009) Study on the river water quality trends and indexes in Peninsular Malaysia. Water Resources Publication, No. 2.

Jain SK, Singh VP (2003) Water resource systems planning and management. Development in water science. Edisi Pertama. Elsevier Science.

Lee GF, Lee AJ (1993) Water quality impacts of stromwater-associated contaminants: Focus on real problems. Wat. Sci. Tech. 28, 231-240.