Chlorine vs Chloramine: Residual Lebih Tahan Lama, DBP Lebih Rendah, tetapi Waspadai Nitrifikasi

Di jaringan distribusi air minum, mempertahankan residual desinfektan (sisa desinfektan yang masih aktif di pipa) adalah garis pertahanan terakhir terhadap pertumbuhan mikroba. Free chlorine (klorin bebas) adalah oksidator kuat namun cepat habis oleh bahan organik dan biofilm; chloramines—biasanya monochloramine (NH₂Cl) hasil penambahan amonia—lebih lemah sebagai biocide, tetapi jauh lebih awet.

Data bench-scale menunjukkan dosis free chlorine 2,4 mg/L sebagai Cl₂ turun di bawah batas deteksi (~0,05 mg/L) dalam ~7 hari, sementara dosis monochloramine 2,4 mg/L butuh ~11 hari untuk turun ke level sama (MDPI Water, 2022). Pada studi lapangan skala penuh, total chlorine (free+combined) di pintu keluar instalasi ~4,7 mg/L (sebagai Cl₂) dan “codechlorine” turun ke ~1,7 mg/L pada waktu tinggal maksimum, sementara residual monochloramine turun dari ~3,4 ke ~1,1 mg/L (Water Research via PMC). Ringkasnya, “chloramines are more stable than free chlorine” (PMC), dan CDC menegaskan utilitas sering beralih ke chloramine “because it can keep killing germs in water pipes longer than chlorine,” sementara chlorine “gets used up quickly” (CDC).

Hasilnya nyata: di jaringan panas atau beraliran rendah, chloramine dapat menjaga residual 0,2–0,5 mg/L di keran lebih konsisten, sementara free chlorine sering jatuh mendekati nol tanpa booster dosing.

Stabilitas residual dalam jaringan distribusi

Chloramine terdegradasi lebih lambat. Pada model jaringan distribusi (water distribution network/WDN), monochloramine dapat menjaga ≥0,2–0,3 mg/L di titik jauh tanpa booster, sedangkan free chlorine kerap butuh re‑chlorination kontinu atau flushing untuk menghindari “residual deficits”. Dalam satu simulasi, konversi dari chlorine ke chloramine memangkas jumlah perangkat flushing (blowoff) hingga separuh (MDPI Water, 2022).

Secara praktik, utilitas mendosis 2–4 mg/L total chlorine (sebagai Cl₂) di instalasi untuk menjamin ≥0,2–0,5 mg/L sampai ke pelanggan; studi juga mengamati residual 0,2–0,7 mg/L di keran pelanggan (Azwaruddin et al., 2025 via ResearchGate). Namun, pada waktu tinggal hidraulik yang panjang, free chlorine bisa turun ke nol dalam hitungan hari—meningkatkan risiko mikrobiologis—sementara chloramine masih terdeteksi.

Kekuatan inaktivasi dan kebutuhan CT

Monochloramine adalah oksidator yang lebih lemah. Untuk inaktivasi 99,9% (3‑log), CT (produk konsentrasi mg/L × waktu menit) chloramine dilaporkan ~10.000 mg·min/L, versus <150 mg·min/L bagi free chlorine (MDPI Water, 2022). Artinya chloramine jarang dipakai untuk primary disinfection; utilitas lazimnya menerapkan chlorine (atau UV/ozone) untuk membunuh mikroba, lalu beralih ke chloramine untuk fase distribusi (MDPI Water; PMC). Di konteks ini, opsi non‑kimia seperti ultraviolet sering diposisikan sebagai primary disinfection sebelum jaringan.

Singkatnya, chloramine memberi residual yang panjang namun “soft” (lembut) (MDPI Water; PMC).

DBP tereduksi dan DBP nitrogen

DBP (disinfection byproducts) terregulasi—THM (trihalomethanes) dan HAA (haloacetic acids)—umumnya terbentuk saat free chlorine mengoksidasi NOM (natural organic matter). Chloramination secara signifikan menurunkan pembentukan DBP terregulasi ini. Setelah aturan DBP AS Tahap 1 dan 2 (1998–2006), banyak utilitas beralih ke chloramine “to reduce the formation of regulated DBPs” (Journal of Environmental Engineering via PMC; MDPI Water). Di sistem terencana, >65–100% pembentukan THM/HAA bisa terjadi saat pengolahan, dan pembentukan lanjutan di distribusi jauh lebih rendah dengan chloramine. CDC juga mencatat chloramine “makes fewer disinfection byproducts than chlorine” (CDC).

Praktiknya, sistem ber‑chloramine hampir selalu menunjukkan kadar THM dan HAA yang jauh lebih rendah—sering selisih ordo besaran—dibanding sistem free‑chlorine sebanding (untuk memenuhi MCL/maximum contaminant level AS: 80 µg/L THM4, 60 µg/L HAA5). Namun chloramination melahirkan DBP jenis lain: nitrogenous DBPs seperti NDMA (N‑nitrosodimethylamine) dan haloacetonitriles. Kadar senyawa ini biasanya jauh lebih rendah ketimbang THM, tetapi sangat toksik (MDPI Water). Operator harus memantau, misalnya level tindakan NDMA di California ~10 ng/L. Intinya: chloramine mengurangi pembentukan THM/HAA (karena kurang reaktif terhadap NOM) (PMC), tetapi pengawasan DBP nitrogen tetap wajib dan perlakuan proses perlu disesuaikan.

Konversi ke chloramine dan risiko nitrifikasi

Berpindah dari free chlorine ke chloramine membawa tantangan utama: nitrifikasi—oksidasi biologis amonia dari chloramine menjadi nitrit/nitrat oleh mikroba seperti Nitrosomonas dan Nitrobacter. Saat amonia terlepas dari chloramine, residual monochloramine yang diinginkan ikut hilang. Indikator kunci adalah penurunan mendadak total chlorine residual yang berbarengan dengan munculnya nitrit (Missouri DNR). Panduan Missouri menegaskan nitrifikasi menyebabkan “loss of disinfection capabilities… most noticeably a drop in total chlorine residual” (Missouri DNR).

Dampak lain: pH/alkalinitas turun dan jumlah bakteri heterotrof melonjak (mis. >500 CFU/mL) (Missouri DNR; IJERPH via PMC). Residual chloramine bisa anjlok cepat—satu ulasan melaporkan kadar >2 mg/L dapat jatuh di bawah deteksi “dalam waktu singkat” begitu nitrifikasi mulai (IJERPH via PMC). Nitrifikasi tak tuntas juga berisiko memunculkan akumulasi nitrit (dan akhirnya nitrat).

Risiko tertinggi terjadi pada suhu air hangat (25–30 °C), pH tinggi (7,5–8,5), dan kondisi stagnan (dead‑ends, reservoir) (Missouri DNR)—kondisi yang sangat relevan di iklim tropis seperti Indonesia. Karena itu, saat konversi ke chloramine, utilitas wajib melakukan pemantauan ketat amonia, nitrit, dan residual chlorine di seluruh jaringan (Missouri DNR; IJERPH via PMC).

Banyak sistem besar menerapkan langkah pencegahan: siklus “chlorine burn” terjadwal—sementara waktu beralih ke free chlorine—untuk menekan nitrifier. Panduan Missouri mencatat sebagian sistem melakukan konversi free chlorine tahunan (berminggu‑minggu) dengan dosis ≥0,5 mg/L hingga ≥4 mg/L chlorine disertai flushing—hingga residual stabil—lalu kembali ke chloramination (Missouri DNR; Missouri DNR). Perlu dicatat, konversi sementara ini kerap menimbulkan isu rasa/bau dan pelanggan disarankan melakukan flushing keran (Missouri DNR; termasuk catatan untuk consecutive systems purchasing water).

Koreksi korosi dan kontrol proses

Ada pula isu korosi: chloramine yang kurang oksidatif dapat meningkatkan kelarutan timbal/tembaga bila kimia air bergeser; karena itu utilitas perlu menyesuaikan inhibitor korosi (mis. orthophosphate, pH) saat mengubah desinfektan (CDC). Di sisi operasi, chloramination menuntut infrastruktur umpan amonia dan kontrol rasio Cl₂:NH₃ yang ketat—umumnya ~4:1 (rasio massa)—agar NH₂Cl stabil terbentuk tanpa kelebihan NH₃. Kebutuhan presisi ini biasanya ditopang oleh peralatan dosis kimia presisi seperti dosing pump dalam skema injeksi.

Trade-off operasional dan kapasitas pengawasan

Inti trade-off jelas: chloramine memberi residual lebih persisten dan membantu memenuhi regulasi THM (PMC; PMC), tetapi ia lebih lemah sebagai desinfektan dan membawa risiko nitrifikasi serta perubahan kimia sekunder. Dalam satu studi pemodelan jaringan, beralih ke chloramine mengurangi volume air untuk flushing dan jumlah node‑bleeds, mencerminkan stabilitasnya (MDPI Water, 2022). Sebaliknya, mempertahankan chloramine menuntut perhatian berkelanjutan pada kontrol mikrobiologi. Banyak utilitas besar berhasil mengelola sistem ber‑chloramine, tetapi praktiknya memerlukan investasi pada pelatihan, pemantauan, dan prosedur operasional.

Catatan residual di sistem Indonesia

Studi Indonesia (Azwaruddin et al., 2025) mencatat praktik PDAM menargetkan residual chlorine ~0,2–0,7 mg/L (ResearchGate), selaras dengan rentang residual di pelanggan yang diamati dalam berbagai utilitas.

Referensi

Abulikemu, G., Mistry, J. H., Wahman, D. G., Alexander, M. T., Kennicutt, A. R., Bollman, J. D., & Pressman, J. G. (2022). Investigation of Chloramines, Disinfection Byproducts, and Nitrification in Chloraminated Drinking Water Distribution Systems. Journal of Environmental Engineering (New York) 149(1):1–12. DOI:10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0002062 (PMC).

Pfaller, S., King, D., Mistry, J., Alexander, M., Abulikemu, G., Pressman, J., Wahman, D., & Donohue, M. (2021). Chloramine Concentrations within Distribution Systems and Their Effect on Heterotrophic Bacteria, Mycobacterial Species, and Disinfection Byproducts. Water Research 205:117689. DOI:10.1016/j.watres.2021.117689 (PMC; PMC).

Bertone M., Buonanno, G., Natale, P., & Santonastaso, G. (2022). Comparison of Techniques for Maintaining Adequate Disinfectant Residuals in a Full-Scale Water Distribution Network. Water 14(7):1029. DOI:10.3390/w14071029 (MDPI Water; MDPI Water).

Centers for Disease Control and Prevention (CDC). (2024 Feb 14). About Water Disinfection with Chlorine and Chloramine. https://www.cdc.gov/drinking-water/about/about-water-disinfection-with-chlorine-and-chloramine.html (CDC; CDC).

Missouri Department of Natural Resources. (n.d.). Nitrification and Temporary Conversion From Chloramine to Free Chlorine (PUB 2646). [PDF]. (Missouri DNR; Missouri DNR).

Hossain, S., Chow, C. W. K., Cook, D., Sawade, E., & Hewa, G. A. (2022). Review of Nitrification Monitoring and Control Strategies in Drinking Water System. International Journal of Environmental Research and Public Health 19(7):4003. DOI:10.3390/ijerph19074003 (PMC; PMC).

Azwaruddin, A., Abdullah, T., & Wahyuningsih, S. (2025). Study of Chlorine Use in Water Treatment at the Giri Menang Regional Drinking Water (Jurnal Pijar MIPA 20(3):462–467). DOI:10.29303/jpm.v20i3.8885 (ResearchGate).