PAGE
4. AIR DAN PENGOLAHANNYA 1. Pendahuluan
1. Umum
Merupakan fakta yang tidak dapat dibantah bahwa air ada di
planet bumi ini lama sebelum evolusi kehidupan yang pertama kali.
Air adalah zat atau materi atau unsur yang penting bagi semua
bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di bumi, tetapi
tidak di planet lain. Air menutupi hampir 71% permukaan bumi,
terdapat 1,4 trilyun kilometer kubik tersedia di bumi. Tergantung
pada ukuran badan, tubuh manusia terdiri atas 55% sampai 78% air.
Air sebagian besar terdapat di laut (air asin) dan pada
lapisan-lapisan es (di kutub dan puncak-puncak gunung), akan tetapi
juga dapat hadir sebagai awan, hujan, sungai, permukaan air tawar,
danau, uap air, dan lautan es. Air dalam obyek-obyek tersebut
bergerak mengikuti suatu siklus air menuju laut, yaitu: melalui
penguapan, hujan, dan aliran air di atas permukaan tanah (runoff),
yang meliputi mata air, sungai, muara. Air bersih penting bagi
kehidupan manusia, di banyak tempat di dunia terjadi kekurangan
persediaan air. Selain di bumi, sejumlah besar air juga
diperkirakan terdapat pada kutub utara dan selatan planet Mars,
serta pada bulan-bulan Europa dan Enceladus. Air dapat berwujud
padatan (es), cairan (air) dan gas (uap air). Gambar di bawah ini
merupakan contoh air dalam tiga wujudnya, cairan di laut, es yang
mengambang, dan awan di udara yang merupakan uap air.
Air merupakan satu-satunya zat yang secara alami terdapat di
permukaan bumi dalam ketiga wujudnya tersebut. Pengelolaan sumber
daya air yang kurang baik dapat menyebabkan kekurangan air,
monopolisasi serta privatisasi air bahkan menyulut konflik.
Indonesia telah memiliki undang-undang yang mengatur sumber daya
air sejak tahun 2004, yakni Undang Undang nomor 7 tahun 2004
tentang Sumber Daya Air. Air adalah substansi kimia dengan rumus
kimia H2O, satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang
terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Air bersifat tidak
berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar, yaitu
pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperatur 273,15 K (0C). Zat
kimia ini merupakan suatu pelarut yang penting, air sering disebut
sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat kimia,
seperti garam-garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak
macam molekul organik.
2. Sifat fisik dan kimia
Beberapa sifat fisik dan kimia dari air diantaranya adalah
sebagai berikut :Nama sistematisair
Nama alternatifaqua, dihidrogen monoksida, hidrogen
hidroksida
Rumus molekulH2O
Massa molar18.0153 g/mol
Densitas 0.998 g/cm (cairan pada 20C) ; 0.92 g/cm (padatan)
Titik lebur0 C atau 273.15 K atau 32 F
Titik didih100C atau 373.15 K atau 212F
Kalor jenis4184 J kg-1 K-1 (cairan pada 20C)
3. Sumber air
Air dapat diperoleh dari berbagai sumber, diantaranya :a. Air
hujan (rain water)
Air hujan adalah air yang berasal dari hujan, relatif lebih
murni dibandingkan dengan sumber air alam lainnya, meskipun
demikian air hujan dapat terkontaminasi dengan kotoran. Pengotoran
sangat tergantung dari daerah tempat hujan turun (misal :
lingkungan industri, dll.).b. Air permukaan (surface water)Air
permukaan adalah air yang terkumpul di permukaan tanah seperti di
aliran/arus, sungai, danau, tanah yang basah, atau laut. Air
permukaan mengandung CO2 terlarut dari udara atau hasil oksidasi
senyawa organik. Air yang mengandung CO2 akan bereaksi dengan
batu-batuan mineral umpamanya batu kapur dan akan menghasilkan
larutan bikarbonat.
CaCO3 + H2O + CO2 ( Ca(HCO3)2 batu kapur
Ca-bikarbonatGaram sulfat dan khlorida dalam batu kapur juga
larut. Air permukaan juga mengandung zat-zat tersuspensi seperti
silika dan tanah liat hasil reaksi, dan CO2 terlarut dengan batu
mineral, misal: alumino silikat.
K2O.Al2O3.6SiO2 + 2H2O + CO2 ( Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3 + 4
SiO2
tanah liat
silikac. Air tanah (ground water)Air tanah adalah air yang
berada di bawah permukaan tanah, yaitu di pori-pori tanah atau sela
batu. Air tanah bebas dari zat tersuspensi karena sudah melalui
lapisan-lapisan berpori kulit bumi, selain itu air tanah mengandung
banyak garam mineral.
d. Air lautAir laut adalah air yang berasal dari laut, banyak
mengandung garam-garam seperti NaCl dan MgCl2. Kandungan garam
dalam air laut disebut salinity, pada umumnya salinity air laut
adalah sekitar 3,5% (35 gram/liter), artinya setiap kilogram air
laut mengandung sekitar 35 gram garam terlarut (ion Na+ dan Cl-).
Karena mengandung garam terlarut, air laut memiliki densitas (1,025
g/ml) yang lebih besar dari pada air murni (1,0 g/ml). Titik beku
air laut menurun bersamaan dengan meningkatnya kandungan garam,
dengan kadar garam yang normal titik beku air laut adalah 2 oC.
Mengingat bahwa sebagian besar air yang menutupi bumi adalah air
laut, maka sebetulnya air laut merupakan sumber air yang berlimpah.
Akan tetapi karena sifat fisik dan kimianya, air laut jarang
digunakan untuk keperluan hidup sehari-hari, karena memerlukan
biaya yang cukup besar untuk proses pemurniannya. Air laut biasanya
digunakan untuk proses pendinginan, misal mesin. 4. Spesifikasi
AirAir permukaan dan air tanah paling banyak dipakai dalam
industri, keperluan domestik, dan pertanian. Spesifikasi air untuk
beberapa keperluan industri dapat dilihat pada tabel di bawah ini
:NoKeperluanSpesifikasiCatatan
1MinumanTidak boleh basaBasa akan menetralkan asam dari
buah-buahan sehingga rasa akan berubah atau hilang
2Susu dan industri yang sejenisa. Tidak berwarnab. Tidak
berbauc. Tidak berasad. Bebas dari organisme patogen
3Tekstil/pakaiana. Tidak boleh air keras/ sadahb. Tidak keruh
dan bebas dari Fe dan Mnc. Bebas dari zat-zat organikd. Bebas dari
warnaa. Air keras/sadah akan meningkatkan penggunaan sabun/detejen,
selain itu air sadah mengendapkan zat warna basa dan mengurangi
kelarutan zat warna asamb. Garam Fe dan Mn menyebabkan warna
abu-abu dan kuning pada kain, selain itu pewarkaan akan tidak rata
dan meninggalkan bercak-bercak pada kainc. Menghasilkan bau yang
tidak enak
4Kertasa. Tidak boleh basab. Tidak boleh keruh, berwarna,
mengandung Fe dan Mnc. Tidak boleh ada SiO2d. Tidak boleh air
sadaha. Pemakaian alum (koagulan) akan menaikkan biaya produksib.
Mempengaruhi warna kertasc. Menyebabkan kertas pecah-pecahd. Garam
Ca dan Mg menaikkan kandungan abu dalam kertas
5Stasiun pembangkit a. Sistem pendingin
b. Boiler/ketel Tidak menyebabkan korosi
Tidak menghasilkan kerak
Tidak menyebabkan pertumbuhan jamur
Kesadahan = 0Jamur menyebabkan air berbau
Air sadah menyebabkan kerak yang akan mengurangi efisiensi
perpindahan panas
2. Analisis Air
Sebelum air diolah, terlebih dahulu harus diketahui zat-zat
pengganggu apa saja yang ada dan berapa banyak jumlahnya. Hasil
analisis air biasanya dinyatakan dalam ppm (part per million),
yaitu jumlah bagian zat dalam sejuta bagian air (mg/liter).
Beberapa analisis yang umum dilakukan terhadap air adalah sebagai
berikut : a. KesadahanMenetapkan kadar Ca2+ dan Mg2+b.
Alkalinitas
Menetapkan kadar HCO3- (bikarbonat), CO32- (karbonat), dan OH-
(hidroksida)c. Keasaman
Menetapkan kadar H+
d. Lain-lain
Menetapkan kadar Na+, Fe2+, Mn2+, SiO2, NO3-, Cl-, SO42-,
F-Konsentrasi zat-zat pengganggu yang menyebabkan kesadahan,
alkalinitas, dan keasaman biasanya dinyatakan dalam jumlah ekivalen
CaCO3. Dipilih CaCO3 karena CaCO3 paling tidak larut dalam air dan
berat molekulnya = 100. Dengan demikian perhitungan menjadi mudah,
karena valensinya = 2, maka berat ekivalennya = 50 (berat ekivalen
= berat atom/valensi). Untuk suatu konstituen dengan konsentrasi x
mg/l, maka jumlah ekivalen CaCO3 = 50 x/berat ekivalen konstituen.
Sebagai contoh : suatu air mengandung 40 mg/l Ca2+, 24 mg/l Mg2+,
9,2 mg/l Na2+, 183 mg/l HCO3-, 57,5 mg/l SO42- dan 7 mg/l Cl-. Maka
konsentrasi masing-masing konstituen dalam berat ekivalen CaCO3
adalah sebagai berikut :IonKonsentrasi
(ppm = mg/l)Berat Ekivalen
(Berat atom/valensi)Konsentrasi
dalam ekivalen CaCO3 (mg/l)
Ca2+4040/2 = 2050 x 40/20 = 100
Mg2+2424/2 = 1250 x 24/12 = 100
Na+9,223/1 = 2350 x 9,2/23 = 20
HCO3-18361/1 = 6150 x 183/61 = 150
SO42-57,596/2 = 4850 x 57,5/48 = 58
Cl-735,5/1 = 35,550 x 7/35,5 = 95
3. Kesadahan Air
Air sadah, atau biasa disebut juga air keras (hard water),
adalah air dengan kandungan mineral yang tinggi, mineral terlarut
yang paling mengganggu adalah kation multivalen yaitu kation dengan
muatan lebih besar dari 1, seperti kalsium (Ca2+) dan magnesium
(Mg2+). Ion-ion ini masuk dalam air karena dalam perjalanannya, air
melewati mineral yang mengandung kalsium dan magnesium seperti batu
kapur (CaCO3) dan gypsum. Di beberapa tempat tertentu, selain Ca2+
dan Mg2+, ion-ion Fe2+, Al3+, dan Mn2+ juga berkontribusi terhadap
kesadahan air. CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-Sebetulnya semua air,
kecuali air yang didestilasi dengan cermat, mengandung sejumlah
mineral terlarut, karena air merupakan pelarut yang sangat baik.
Akan tetapi, mineral terlarut dengan kadar yang tinggi dapat
menimbulkan masalah, karena pengendapan oksida mineral yang dapat
menyumbat pipa saluran air. Endapan ini disebut kerak dan biasanya
berbentuk kalsium karbonat (CaCO3), magnesium hidroksida (Mg(OH)2),
dan kalsium sulfat (CaSO4). Air sadah tidak berbahaya bagi manusia,
World Health Organization (WHO) menegaskan bahwa tidak ada bukti
yang meyakinkan bahwa air sadah menyebabkan gangguan kesehatan pada
manusia. Meskipun demikian, direkomendasikan supaya batas minimum
dan maksimum kandungan Ca2+ dalam air minum adalah 40 80 ppm,
sedangkan kandungan Mg2+ adalah 20 30 ppm. Sebagai perbandingan,
air disebut air sadah apabila kandungan CaCO3 adalah 121 180 mg/l.
Selain kandungan CaCO3, kesadahan air dapat diukur melalui pH nya,
yang disebut Langelier Saturation Index (LSI) dan Ryznar Stability
Index (RSI).Dalam kehidupan sehari-hari, masalah dengan air sadah
lebih dikenal bukan karena skala pembentukannya akan tetapi karena
air sadah sulit bereaksi dengan sabun. Air sadah menyebabkan sabun
sukar larut sehingga tidak berbusa, kondisi ini menyebabkan orang
cenderung menggunakan sabun lebih banyak. Dengan sabun, kehadiran
garam-garam bikarbonat, khlorida, dan sulfat dari ion-ion Ca2+ dan
Mg2+ dalam air sadah akan membentuk padatan (soap scum) yang cukup
tebal. Kandungan utama dari endapan ini adalah kalsium stearat,
yang merupakan komponen utama dari sabun. Sabun tidak akan berbusa
sebelum semua ion M2+ diendapkan. Dengan demikian maka kesadahan
air dapat didefinisikan sebagai kapasitas air dalam mengkonsumsi
sabun. 2 C17H35COONa + M2+ ( (C17H35COO)2M + 2 Na+ sabun (Ca/Mg)
padatanAda 2 jenis kesadahan, yaitu :
a. Kesadahan sementara (temporary hardness)
Disebabkan oleh bikarbonat dari Ca2+ dan Mg2+, disebut carbonate
hardness (CH), dapat dihilangkan dengan dididihkanCa (HCO3)2 (
CaCO3 + H2O + CO2Mg (HCO3)2 ( Mg(OH)2 + 2 CO2b. Kesadahan tetap
(permanent hardness)Disebabkan oleh sulfat dan khlorida dari Ca2+
dan Mg2+, disebut non-carbonate hardness (NCH), tidak dapat
dihilangkan dengan pendidihanKesadahan air biasanya diukur terhadap
total dari kesadahan sementara dan kesadahan tetap, disebut
kesadahan total (total hardness/TH), TH = CH + NCH, dengan satuan
ppm (mg CaCO3 dalam l liter air). 4. Alkalinitas Air
Alkalinitas air adalah kemampuan dari larutan untuk menetralkan
asam sampai pada titik ekivalen dari karbonat (CO32-) atau
bikarbonat (HCO3-). Atau dengan kata lain, alkalinitas adalah
kemampuan menyangga (buffering) larutan asam. Alkalinitas sebanding
dengan jumlah stoikiometri basa dalam larutan. Total alkalinitas
didominasi oleh karbonat alkalinitas yang disebabkan oleh batu
kapur dan adanya CO2 di atmosfer. Komponen alamiah lainnya yang
berkontribusi pada alkalinitas adalah borat, hidroksida, fosfat,
silikat nitrat, amonia, dan konjugat basa dari beberapa asam
organik dan sulfida. Alkalinitas tidak sama dengan kebasaan,
sebagai contoh, pH suatu larutan dapat diturunkan dengan penambahan
CO2, dengan demikian maka kebasaan larutan tersebut akan turun,
akan tetapi alkalinitasnya tetap. Air dengan alkalinitas yang
tinggi akan terasa seperti soda dan dapat menyebabkan
kekeringan/iritasi pada kulit karena alkalinitas cenderung
menghilangkan lapisan minyak pada kulit, air dengan alkalinitas
tinggi disebut air sadah. Alkalinitas dinyatakan dengan kandungan
CaCO3 dalam air dalam ppm, air minum mempunyai kandungan CaCO3
sebesar 20 200 ppm (mg per liter air). Alkalinitas dapat diukur
melalui titrasi dengan asam kuat (H+) sampai seluruh kapasitas
buffer dari basa habis terpakai. Volume dari asam yang diperlukan
untuk mencapai nilai pH tertentu mencerminkan alkalinitas.
Tercapainya pH pada titik akhir ditandai dengan perubahan warna
larutan, untuk mengamati perubahan warna ini digunakan indikator.
Pemilihan indikator tergantung pada daerah transisi pH titik akhir
:
a. Untuk titrasi karbonat (CO32-) dapat digunakan indikator
phenolphthalein yang bekerja pada pH=8,3. Warna berubah dari merah
jambu menjadi tidak berwarna. CO32- + H+ ( HCO3-b. Untuk titrasi
bikarbonat (HCO3-) dapat digunakan indikator metil oranye yang
bekerja pada pH = 4,5. Warna berubah dari kuning menjadi merah
jambu. HCO3- + H+ ( H2O + CO2Pada pH titik akhir, semua basa telah
diambil H+ (disebut protonasi). Mengingat bahwa di dalam air
terdapat beberapa ion penyebab alkalinitas, maka ukuran alkalinitas
merupakan total dari alkalinitas masing-masing ion. Untuk ion
dengan valensi lebih dari satu, maka dalam menghitung alkalinitas
total, alkalinitas ion tersebut dikalikan dengan faktor valensi.
Sebagai contoh, untuk air yang mengandung ion bikarbonat (HCO3-),
ion karbonat (CO32-), hidroksida (OH-), fosfat (PO43-), dan
bifosfat (HPO42-), maka berdasarkan reaksi :
HCO3 + H+ CO2 + H2O
CO32 + 2H+ CO2 + H2O
OH + H+ H2O
PO43 + 2H+ H2PO4HPO42 + H+ H2PO4Alkalinitas totalnya (AT) adalah
:
AT = [HCO3]T + 2 [CO32]T + [OH]T + 2 [PO43]T + [HPO42]
5. Keasaman Air
Dalam ilmu kimia, pH digunakan sebagai ukuran keasaman atau
kebasaan suatu larutan. Air murni disebut netral dengan pH = 7 pada
25oC. Larutan dengan pH kurang dari 7 disebut asam, dan larutan
dengan pH lebih besar dari 7 disebut basa. Beberapa contoh harga pH
dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Darah manusia mempunyai pH antara 7,34 7,45, perubahan pH tubuh
berakibat pada sakit. Asidosis adalah kelainan kesetimbangan asam
basa dalam tubuh, dimana terdapat asam yang berlebih dalam tubuh
sehingga pH darah turun. Beberapa gejala asidosis sebagai akibat
dari turunnya pH darah dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Keasaman pada air dapat menyebabkan korosi, dengan demikian
diperlukan soda dan kapur lebih banyak untuk pengolahan air. Ada 2
jenis keasaman, yaitu :a. Keasaman CO2, disebabkan oleh CO2
terlarut dalam air.b. Keasaman mineral, disebabkan oleh asam
mineral yang dapat berasal dari limbah industri terutama dari
hidrolisa garam Fe dan Al.
6. Pengolahan Air
Pengolahan air adalah proses untuk membuat air menjadi lebih
bermanfaat untuk keperluan-keperluan tertentu, misal untuk minum,
keperluan industri, keperluan medis, dll. Tujuan dari proses
pengolahan air adalah menghilangkan atau mengurangi kontaminan yang
ada dalam air, supaya air dapat digunakan untuk keperluan tertentu.
Dalam hal ini pengolahan air termasuk juga pembersihan air buangan
supaya aman untuk dibuang ke lingkungan. Untuk air minum, pemurnian
air biasanya untuk menghilangkan padatan, bakteri, jamur, virus,
ganggang, dan mineral (besi, mangan, sulfur). WHO telah menerbitkan
panduan tentang persyaratan yang harus dipenuhi untuk air minum,
diantaranya :a. Jernih, tidak berwarna, dan tidak berbaub. Bebas
dari organisme patogenc. Tidak mengandung senyawa kimia yang
membahayakan manusia atau merusak mesind. Tidak terlalu keras atau
lunak (kesadahan = 80 mg/l)Tahap pengolahan air minum secara umum
dimulai dengan pemisahan padatan dengan menggunakan proses fisik
(penyaringan), dilanjutkan dengan proses kimia seperti desinfektan
dan koagulasi. Untuk keperluan tertentu dilakukan juga proses
biologi. Tahapan proses pemurnian air untuk air minum yang sudah
umum dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Pra-khlorinasiMengontrol ganggang dan menghentikan pertumbuhan
biologi
AerasiMenghilangkan besi (Fe) dan mangan (Mn) terlarut
KoagulasiFlokulasi (pembentukan floc)
Koagulasi asamMemperbaiki flokulasi sehingga floc yang
dihasilkan lebih tebal
SedimentasiPemisahan padatan, yaitu menghilangkan endapan
tersuspensi yang terperangkap dalam floc
Filtrasi Menghilangkan partikel pengganggu
DesalinasiMenghilangkan garam
DesinfeksinasiMembunuh bakteri (giardia lamblia, coliform, dll),
untuk mencegah penyebaran penyakit. Standar untuk bakteri coliform
dalam air minum adalah lebih kecil dari 1 koloni coliform per 100
ml air (< 1/100 ml)
Desinfeksi sering dilakukan dengan khlorinasi, pada sistem yang
ideal konsentrasi khlorin (Cl2) bebas dalam air adalah 0,3 0,5
mg/l.
Tidak ada proses pengolahan air yang unik untuk semua air,
selain itu juga sulit untuk membuat standar pengolahan air karena
sumber air yang berbeda-beda. Air dari setiap sumber air harus
diolah secara tersendiri untuk keperluan tertentu. Tergantung pada
sumber air dan untuk keperluan apa, pemurnian air dapat dilakukan
dengan memilih tahapan-tahapan tersebut di atas. Bagan di bawah ini
adalah salah satu contoh proses pemurnian air :1) Air (sungai,
danau) Dialirkan/dipompa
Reservoir + n-C16H33OH (mencegah penguapan)
terbentuk monolayer dengan gugus OH yang mempunyai sifat
hidrofil + CuSO4 (mencegah jamur tumbuh)
2) Penghilangan zat tersuspensi Koagulasi (pemilihan koagulan
tergantung pada pH air, penambahan tawas
pada air merubah sifat air menjadi basa, carbonate hardness (CH)
menjadi
non carbonate hardness (NCH) Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 ( 2 Al(OH)3
+ 3 CaSO4 + 6 CO2
CH
NCH
* pH 7 9 dapat digunakan tawas, Al2(SO4)3, 5 50 mg/l
* pH 6 10 digunakan Fe2(SO4)3, jumlah tergantung tes awal
Disaring (pasir, kerikil)3) Pemberian disinfektan Cl2, Br2, ClO2,
O3, sinar UV, radiasi, dll.
Pemberian desinfektan dapat dilakukan sebelum atau sesudah
penyaringan Konsentrasi antara 0,1 0,2 ppm Cl2 dengan air membentuk
HCl dan HOCl, HOCl ikut aktif membunuh
kuman.
Kalau air mengandung NH3 terbentuk:
NH3 + HOCl ( H2O + NH2ClpH = 8
NH2Cl + HOCl ( H2O + NHCl2pH = 5
NHCl2 + HOCl ( H2O + NCl3 pH = 4
berfungsi membunuh bakteri
Kalau air mengandung fenol, terbentuk khlorofenol (bau air tidak
enak) ClO2 mempunyai efektivitas sama dengan Cl2, sesuai untuk pH
tinggi,
dengan fenol tidak membentuk khlorofenol, tetapi relatif mahal
dan agak
tidak stabil Ozon (O3), lebih mahal dari Cl2, hanya larut
sebagian dalam air, tidak
memberi rasa pada air
4) Disimpan/distribusi7. Pelunakan Air
Pelunakan air (water softening) adalah proses pengurangan atau
penghilangan ion-ion Ca2+ dan Mg2+ dalam air sadah. Beberapa metoda
pelunakan air yang sering digunakan adalah : resin penukar ion,
chelating, dan lime softening.1. Resin penukar ion
Resin penukar ion adalah polimer organik yang mampu melakukan
pertukaran ion antara ion dalam polimer dengan ion dalam larutan
yang dilewatkan resin. Pada pemurnian air, tujuan penggunaan resin
penukar ion adalah untuk melunakkan air dengan menghilangkan ion
Ca2+ dan Mg2+ yang terdapat dalam air sadah. Air dilunakkan dengan
menggunakan resin yang mengandung kation Na+ yang akan mengikat ion
Ca2+ dan Mg2+ dengan lebih kuat dibandingkan dengan mengikat ion
Na+. Ketika air dilewatkan resin, resin akan mengikat Ca2+ dan Mg2+
dan melepaskan Na+ yang menyebabkan air menjadi lunak, karena ion
Na+ tidak menyebabkan kesadahan. Resin yang digunakan untuk menukar
anion disebut resin penukar anion, sedangkan resin yang digunakan
untuk menukar kation disebut resin penukar kation.
Reaksi penukaran:
(HCO3)2
(HCO3)
MSO4 + Na2Z ( MZ + Na2 SO4
Cl2
Cl2
M = Ca/MgTentu saja lama kelamaan kapasitas resin akan semakin
berkurang dan habis, oleh karena itu resin harus di-regenasi dengan
mengalirkan larutan NaCl atau KCl kedalam resin.
MZ + 2 NaCl ( MCl2 + Na2Z
dicuci untuk menghilangkan M
Dengan penukaran ion kesadahan air dapat ditekan sampai 1-2 ppm.
Air minum tidak boleh terlalu lunak sebab akan menyebabkan Pb pada
pipa air terlarut.
2Pb + 2H2O + O ( 2 Pb(OH)22. ChelationChelate adalah senyawa
kimia yang tersusun atas ion logam dan chelating agent. Chelating
agent adalah senyawa dimana molekulnya dapat membentuk beberapa
ikatan ke ion logam tunggal. Dengan kata lain, chelating agent
adalah ligan multidentat. Chelation berasal dari kata Yunani yang
berarti cakar (claw). Chelation adalah pembentukan 2 atau lebih
ikatan terpisah antara ligan multidentat (ikatan ganda) dengan atom
pusat tunggal. Biasanya ligan adalah senyawa organik yang disebut
chelant/chelator/chelating agent. Ligan terletak disekitar atom
pusat seperti cakar pada lobster. Hasil dari proses chelating
adalah chelant yaitu molekul kompleks dengan ion logam tertentu
yang apabila bereaksi akan membentuk endapan. Contoh chelating
agent yang sederhana adalah ethylenediamine.
Molekul ethylenediamine tunggal dapat membentuk 2 ikatan dengan
ion logam transisi seperti Ni2+. Ikatan terbentuk antara ion logam
dengan atom-atom nitrogen dari ethylenediamine.
EDTA adalah chelating agent yang sering digunakan dalam sabun
dan deterjen, karena membentuk senyawa kompleks dengan ion kalsium
dan magnesium. EDTA mengikat ion-ion Ca2+ dan Mg2+, sehingga tidak
menyebabkan kesadahan pada air. Pada kompleks kalsium, [Ca(EDTA)]2,
EDTA adalah ligan tetradenta dan chelation melibatkan 2 atom
nitrogen dan 2 atom oksigen pada gugus karboksil (-COO) yang
terpisah.
ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)
3. Lime softening
Lime softening atau Clark Process merupakan salah satu metoda
pelunakan air dengan cara mengendapkan ion-ion Ca2+ dan Mg2+ pada
air sadah menjadi garam-garam yang tidak larut dalam air. Lime
softening melibatkan serangkaian reaksi kimia yang kompleks. Tujuan
dari reaksi kimia ini adalah merubah Ca2+ dan Mg2+ menjadi endapan
kalsium karbonat (CaCO3) dan magnesium hidroksida (Mg(OH)2).
Pengendapan akan terjadi kalau pH air dinaikkan, senyawa kalsium
akan mengendap pada pH 9 9,5, sedangkan senyawa magnesium
memerlukan pH 10 10,5. Pengendapan dilakukan dengan menambahkan zat
pelunak seperti kapur (lime) dalam bentuk Ca(OH)2 atau CaO, pada
air sadah. Pada saat zat pelunak ditambahkan pada air, pH air akan
naik dan kesetimbangan spesies karbonat dalam air akan bergeser.
CO2 terlarut akan berubah menjadi bikarbonat (HCO3-1) dan kemudian
menjadi karbonat (CO3-2). Reaksi ini menyebabkan kalsium karbonat
(CaCO3) mengendap karena melebihi hasil kali kelarutan. Sedangkan
ion Mg2+ akan mengendap sebagai magnesium hidroksida (Mg(OH)2). CO2
+ CaO ( Ca(HCO3)2 ( CaCO3 CO2 + Ca(OH)2 ( CaCO3 + H2OSenyawa
magnesium mengalami reaksi yang agak berbeda, mula-mula magnesium
bikarbonat (Mg(HCO3)2 akan bereaksi dengan lime dan menghasilkan
kalsium karbonat (CaCO3). Kemudian magnesium karbonat bereaksi
lebih lanjut dengan lime dan membentuk kalsium karbonat dan
magnesium hidroksida (Mg(OH)2). Kedua senyawa ini mengendap dalam
air. Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 ( CaCO3 + MgCO3 + 2 H2O MgCO3 + Ca(OH)2 (
CaCO3 + Mg(OH)2Kadang-kadang selain kesadahan karbonat, kesadahan
non karbonat juga perlu dihilangkan, dalam hal ini dapat digunakan
soda ash (Na2CO3), atau caustic soda (NaOH). Na2SO4 tidak
menyebabkan kesadahan air, maka tidak perlu dihilangkan. MgSO4 +
Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4 CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4Lime softening
menghasilkan endapan dalam bentuk sludge (lumpur) dalam jumlah
banyak, untuk setiap pound lime akan dihasilkan 2 pound sludge.8.
Air Untuk Keperluan Pendinginan
1. Air Boiler (Ketel)
Boiler (ketel) adalah bejana tertutup dimana air dibawah tekanan
dirubah menjadi uap dengan memanaskannya. Karena fungsi dari ketel
adalah menghasilkan panas melalui uap air, maka ketel harus
dirancang untuk menyerap panas secara maksimum. Di pabrik, ketel
memegang peranan penting, oleh karena itu pemeliharaan ketel
menjadi hal yang perlu diperhatikan. Air yang digunakan untuk ketel
tidak boleh menyebabkan kerak/endapan, karena akan menyumbat pipa
dan menghambat perpindahan panas, sehingga diperlukan lebih banyak
bahan bakar. Supaya titik didih air dapat dicapai lebih rendah dari
pada titik didih normal, maka pemanasan air dalam ketel dilakukan
dibawah tekanan tinggi. Apabila panas dari bahan bakar yang
diterima ketel tidak segera disalurkan kedalam air maka akan
terjadi overheating pada ketel yang dapat menyebabkan korosi pada
logam ketel.
Zat-zat yang tidak diinginkan untuk air ketel adalah :
a. CaCO3, CaSO4, Mg(OH)2, SiO2 (Silika)Senyawa-senyawa tersebut
akan membentuk kerak. Menghilangkan kerak dapat dilakukan dengan
asam (untuk kerak karbonat dan fosfat), Na-heksa metafosfat, atau
campuran EDTA dan garam tetra Na-EDT. Untuk ketel yang beroperasi
pada tekanan rendah (1,76 x 104 kg m-2), sedikit silika tidak
menimbulkan masalah, akan tetapi pada tekanan sedang (56,24 x 104
kgm-2) dan tinggi (> 56,24 x 104 kg m-2), silika akan membentuk
kerak (K-silikat, Na/Al silikat dll).
b. Minyak
Minyak membentuk lapisan penghambat panas pada bahan ketel,
selain itu, minyak dapat terhidrolisa menjadi asam lunak yang dapat
menyebabkan korosi.
c. Gas-gas terlarut
Gas O2, H2S, dan SO2 menyebabkan korosi dan menyerang bahan
ketel
Supaya ketel dapat beroperasi dengan baik, maka harus dilakukan
pemeliharaan dengan seksama. Pemeliharaan ketel terdiri atas 2
tahap, yaitu external treatment dan internal treatment. External
treatment dilakukan dengan menghilangkan kontaminan dalam air yang
akan digunakan (pelunakan air), melalui klarifikasi, filtrasi,
pelunakan, dealkalisasi, demineralisasi, deaerasi, dan pemanasan.
Sedangkan internal treatment dilakukan dengan penambahan zat kimia
kedalam air. Deaerasi pada air ketel ditujukan untuk menghilangkan
oksigen, karbon dioksida, dan gas-gas yang tidak terkondensasi
lainnya sebagai penyebab korosi, mengurangi kelarutan dari gas-gas
yang tidak diinginkan, dan memanaskan air pada temperatur tertinggi
sesuai persyaratan yang ditetapkan. Menghilangkan Silika (SiO2)
dapat dilakukan dengan MgO2 atau ditambah Fe2(SO4)3 dan NaOH. SiO2
diubah menjadi SiF63- dengan HF dan dihilangkan dengan penukaran
ion.2. Air Pendingin
Bagian terbesar dari air dalam industri digunakan sebagai air
pendingin. Syarat-syarat air pendingin adalah :
a. Tidak menyebabkan terbentuknya kerakb. Tidak menyenbabkan
terbentuknya karatc. Harus stabil (tidak melarutkan CaCO3 supaya
pipa tidak diserang korosi dan tidak mengendapkan CaCO3 supaya pipa
tidak tersumbat)9. Desalinasi
Desalinasi adalah proses untuk menghilangkan garam dan mineral
berlebih dari air untuk meperoleh air yang dapat dikonsumsi oleh
makhluk hidup. Biasanya desalinasi dilakukan terhadap air laut,
proses desalinasi pada umumnya memerlukan biaya yang besar.
Beberapa metoda desalinasi adalah : a. Penguapan
(destilasi)Destilasi dilakukan dengan memanaskan air, uap air yang
terbentuk dialirkan melalui kondensator untuk mengembunkan kembali
uap air. Pemanasan dalam jumlah besar biasanya dilakukan dengan
matahari, dalam hal air laut akan diperoleh hasil samping yaitu
garam untuk memasak. Untuk menghemat energi, pemanasan air
dilakukan dibawah tekanan tinggi (disebut vacuum destilation)
sehingga air akan menguap pada temperatur yang lebih rendah dari
temperatur normal. b. Pembekuan
Metoda ini menggunakan prinsip sifat koligatif larutan, yaitu
bahwa zat terlarut akan menurunkan titik beku larutan. Dengan
demikian, maka pada 0oC, air akan membeku sedangkan zat terlarut
tidak.
c. Ekstraksi
Ekstraksi adalah proses pemisahan senyawa dari suatu matriks.
Pada ekstraksi digunakan 2 fasa yang tidak saling larut, untuk
memindahkan zat terlarut pada suatu fasa ke fasa lainnya.
Distribusi zat terlarut diantara 2 fasa adalah keadaan setimbang.
Sebagai contoh, daun teh yang didihkan dalam air akan mengekstrak
(memindahkan) tanin, teobromin, dan kafein dari daun teh ke
air.
d. Reversed osmosis (osmosis terbalik)
Pada kehidupan modern seperti saat ini, proses desalinasi
difokuskan pada pengembangan cara yang efektif untuk menyediakan
air bersih untuk digunakan di wilayah yang memiliki keterbatasan
air. Desalinasi pada skala besar biasanya menggunakan sejumlah
besar energi dan infrastruktur spesialis, sehingga sangat mahal
dibandingkan dengan penggunaan air tawar dari sungai atau air
tanah. Metoda osmosis terbalik ini menggunakan prinsip sifat
koligatif larutan yaitu tekanan osmosis, hanya saja prosesnya
dibalik. Tekanan osmosis adalah tekanan yang diperlukan untuk
menghentikan aliran osmosis. Aliran osmosis adalah perpindahan
pelarut dari larutan dengan konsentrasi zat terlarut rendah ke ke
larutan dengan konsentrasi zat terlarut tinggi, melalui membran
semipermeable. Membran semipermeabel adalah membran yang hanya
dapat dilewati oleh pelarut, zat terlarut tidak dapat menembus
membran. Apabila diatas larutan diberi tekanan maka aliran osmosis
akan terhambat, dan apabila tekanan diperbesar maka pada suatu saat
tekanan ini akan menghentikan aliran osmosis, inilah yang disebut
sebagai tekanan osmosis. Kalau tekanan osmosis ini kemudian
diperbesar lagi, maka aliran osmosis akan terbalik, alirannya
menjadi dari larutan dengan konsentrasi zat terlarut tinggi ke ke
larutan dengan konsentrasi zat terlarut rendah. Karena membran
semipermeabel hanya dapat dilewati oleh pelarut, maka zat terlarut
akan tinggal di kolomnya dan akan diperoleh pelarut murni yaitu
air. Proses ini disebut reversed osmosis (osmosis terbalik), dan
sangat potensial untuk digunakan sebagai proses pemurnian air laut
untuk mendapatkan air murni. Dibandingkan dengan metoda yang lain,
osmosis terbalik relatif memerlukan biaya yang lebih murah.
Kilang desalinasi air terbesar dengan menggunakan metoda osmosis
terbalik ada di Jebel Ali di Uni Emirat Arab. Kilang ini mampu
menghasilkan 300 juta m3 air per tahun, sebagai perbandingan,
kilang desalinasi air di Tampa Bay, Florida, USA, menghasilkan 34,7
juta m3 air per tahun. Di bawah ini adalah gambar kilang desalinasi
osmosis terbalik di Barcelona, Spanyol.
e. Elektrodialisis
Elektrodialisis adalah proses dimana ion garam dipindahkan dari
satu larutan melalui membran penukar ion ke larutan lain di bawah
pengaruh perbedaan potensial listrik. Proses ini dilakukan dalam
suatu konfigurasi yang disebut sel elektrodialisis. Sel terdiri
atas feed compartment dan concentrate (brine) compartment yang
dibentuk dari membran penukar anion dan membran penukar kation yang
diletakkan diantara 2 elektroda. Sel elektrodialisis bertingkat
disusun dalam konfigurasi yang disebut rak elektrodialisis, dengan
penempatan membran penukar anion dan kation secara selang
seling.
Pada rak elektrodialisis, D stream, C stream, dan E stream
diijinkan mengalir melalui kompartmen sel yang dibentuk oleh
membran penukar ion. Dengan pengaruh dari perbedaan potensial
listrik, ion bermuatan negatif (misal : Cl-) di D stream bermigrasi
ke anoda yang bermuatan positif. Ion-ion ini melewati membran
penukar anion yang bermuatan positif, akan tetapi dicegah untuk
bermigrasi lebih lanjut ke anoda oleh membran penukar kation yang
bermuatan negatif, dan tetap tinggal di C stream. Spesies dengan
muatan positif (misal : Na+) di D stream bermigrasi ke katoda yang
bermuatan negatif . Ion-ion ini melewati membran penukar kation
yang bermuatan negatif dan juga tetap tinggal di C stream dan
dicegah untuk bermigrasi lebih lanjut ke katoda oleh membran
penukar anion yang bermuatan positif. Sebagai hasil dari migrasi
anion dan kation, arus listrik mengalir diantara katoda dan anoda.
Hanya ekivelen muatan anion dan kation yang sama yang dipindahkan
dari D stream ke C stream, dengan demikian kesetimbangan muatan
terjaga di masing-masing stream. Hasil secara keseluruhan dari
proses elektrodialisis adalah peningkatan konsentrasi ion di C
stream dan penipisan ion di D stream. Reaksi yang terjadi pada
masing-masing elektroda adalah sebagai berikut :
Katoda : 2e- + 2 H2O H2 (g) + 2 OH-Anoda : H2O 2 H+ + O2 (g) +
2e- atau 2 Cl- Cl2 (g) + 2e-
1
PAGE 20
_1263995514.vsdLarutan mengandung Ca2+ dan Mg2+
Penukar ion/resin
Na Zeolite
_1263997412.vsdMembran permeable
Air murni
Pompa tekanan tinggi
Air garam
Larutan pekat garam