METODE PENGOLAHAN KESADAHAN (HARDNESS) AIR DENGAN MENGGUNAKAN RESIN PENUKAR ION

Oleh : Arifin

 

Kesadahan merupakan petunjuk kemampuan air untuk membentuk busa apabila dicampur dengan sabun. Pada air berkesadahan rendah, air akan dapat membentuk busa apabila dicampur dengan sabun, sedangkan pada air berkesadahan tinggi tidak akan terbentuk busa. Disamping itu, kesadahan juga merupakan petunjuk yang penting dalam hubungannya dengan usaha untuk memanipulasi nilai pH.

Secara lebih rinci kesadahan dibagi dalam dua tipe, yaitu: (1) kesadahan umum (“general hardness” atau GH) dan (2) kesadahan karbonat (“carbonate hardness” atau KH). Disamping dua tipe kesadahan tersebut,  dikenal pula tipe kesadahan yang lain yaitu yang disebut sebagai  kesadahan total atau total hardness. Kesadahan total merupakan penjumlahan dari GH dan KH.  Kesadahan umum atau “General Hardness” merupakan ukuran yang menunjukkan jumlah ion kalsium (Ca++) dan ion magnesium (Mg++) dalam air. Ion-ion lain sebenarnya ikut pula mempengaruhi nilai GH, akan tetapi pengaruhnya diketahui sangat kecil dan relatif sulit diukur sehingga diabaikan.

GH pada umumnya dinyatakan dalam satuan ppm (part per million/ satu  persejuta bagian) kalsium karbonat (CaCO3), tingkat kekerasan (dH), atau dengan menggunakan konsentrasi molar CaCO3. Satu satuan kesadahan Jerman atau dH sama dengan 10 mg CaO (kalsium oksida) per liter air.  Kesadahan pada umumnya menggunakan satuan ppm CaCO3, dengan demikian satu satuan Jerman (dH) dapat diekspresikan sebagai 17.8 ppm CaCO3.  Sedangkan satuan konsentrasi  molar dari 1 mili ekuivalen  = 2.8 dH = 50 ppm.  Berikut adalah kriteria selang kesadahan yang biasa dipakai:

   0 – 4 dH, 0 –   70 ppm : sangat rendah (sangat lunak)

   4 – 8 dH, 70 – 140 ppm : rendah (lunak)

   8 – 12 dH, 140 – 210 ppm : sedang  

   12 – 18 dH, 210 – 320 ppm : agak tinggi (agak keras)

   18 – 30 dH, 320 – 530 ppm : tinggi (keras)

Dalam kaitannya dengan proses biologi, GH lebih penting peranananya dibandingkan dengan KH ataupun  kesadahan total.  Apabila ikan atau tanaman dikatakan memerlukan air dengan kesadahan tinggi (keras)  atau rendah (lunak), hal ini pada dasarnya mengacu kepada GH.  Ketidaksesuaian GH akan mempengaruhi transfer hara/gizi dan hasil sekresi melalui membran dan dapat mempengaruhi kesuburan,  fungsi organ dalam (seperti ginjal), dan pertumbuhan.  Setiap jenis  ikan memerlukan  kisaran  kesadahan (GH)  tertentu untuk hidupnya. Pada umumnya, hampir semua jenis ikan dan tanaman dapat beradaptasi dengan kondisi GH lokal, meskipun demikian,  tidak demikian halnya dengan proses pemijahan.  Pemijahan bisa gagal apabila dilakukan pada nilai GH yang tidak tepat.

Kesadahan karbonat atau KH merupakan besaran yang menunjukkan kandungan ion bikarbonat (HCO3) dan karbonat (CO3) di dalam air. KH sering disebut sebagai alkalinitas yaitu suatu ekspresi dari  kemampuan air untuk mengikat kemasaman (ion-ion yang mampu mengikat H+). Oleh karena itu, dalam sistem air tawar, istilah kesadahan karbonat, pengikat kemasaman, kapasitas pem-bufferan asam, dan alkalinitas sering digunakan untuk menunjukkan hal yang sama.  Dalam hubungannya dengan kemampuan air mengikat kemasaman, KH berperan sebagai agen pem-buffer-an yang berfungsi untuk menjaga kestabilan pH.

 KH pada umumnya sering dinyatakan sebagai derajat kekerasan dan diekspresikan dalam CaCO3 seperti halnya GH. Kesadahan karbonat dapat diturunkan dengan merebus air yang bersangkutan, atau dengan melalukan air melewati gambut. Untuk menaikkan kesadahan karbonat dapat dilakukan dengan menambahkan natrium bikarbonat (soda kue), atau kalsium karbonat.  Penambahan kalsium karbonat akan menaikan sekaligus baik KH maupun GH dengan proporsi yang sama.

Mineral yang merupakan sumber primer ion kalsium dalam air diantara mineral-mineral yang berperan adalah gips, CaSO4.2H2O; anhidratnya, CaSO4; dolomite, CaMg (CO3)2; kalsit dan argonite yang merupakan modifikasi yang berbeda dari CaCO3. Air yang mengandung karbon dioksida mudah melarutkan kalsium dari mineral-mineral karbonat.

CaCO3 +   CO2   +   H2O                                 Ca2+     +          2HCO3

Reaksi sebaliknya  berlangsung bila CO2 hilang dari perairan. karbondioksida yang masuk keperairan melalui keseimbangan dengan atmosfer tidak cukup besar konsentrasinya untuk melarutkan kalsium dalam perairan alami, terutama air tanah. Pernafasan mikroorganisma, penghancur bahan organik dalam air, dan sediment berperan sangat besar terhadap kadar CO2 ­dan HCO3 dalam air. Hal ini merupakan faktor penting dalam proses kimia perairan dan geokimia.

Ion kalsium, bersama-sama dengan magnesium dan kadang-kadang kesadahan air, baik yang bersifat kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan jalan mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi:

Ca2+     +2 HCO3                                CaCO3                  +    CO2    +    H2O

Sedangkan kesadahan tetap disebabkan oleh adanya kalsium atau sulfat yang proses  pelunakannya melalui proses kapur – soda abu, proses zeolit, dan proses resin organik. Air sadah juga tidak menguntungkan/mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun digunakan pada air sadah, mula-mula sabun harus bereaksi terlebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan pengunaan sabun, tetapi gumpalan-gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat-alat yang dicuci sehingga mengganggu pembersihan dan pembilasan oleh air.

Air sadah mengakibatkan konsumsi sabun lebih tinggi, karena adanya hubungan kimiawi antara ion kesadahan dengan molekul sabun menyebabkan sifat detergen sabun hilang. Kelebihan ion Ca2+ serta ion CO32-+ (salah satu ion alkaliniti) mengakibatkan terbentuknya kerak pada dinding pipa yang disebabkan oleh endapan kalsiumkarbonat CaCO3. Kerak ini akan mengurangi penampang basah pipa dan menyulitkan pemanasan air dalam ketel, serta mengurangi daya koagulasi yang melalui dalam pipa dengan menurunnya  turbulensi.

Ion kalsium, Ca2+ mempunyai kecenderungan relatif kecil untuk membentuk ion kompleks. Dalam kebanyakan sistem perairan  air tawar, jenis kalsium yang pertama-tama larut yang ada adalah Ca2+, oleh karena itu konsentrasi HCO3 yang sangat tinggi, pasangan ion, Ca2+ – HCO3 dapat  terbentuk dalam jumlah yang cukup banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion Ca2+ – SO42- dapat terjadi.

Tidak seperti halnya dengan kalsium yang densitas muatan dari ion  Ca2+   relatif lebih kecil dibandingkan dengan lainnya, maka densitas muatan ion Mg2+ jauh lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk melakukan hidrasi. Magnesiun dalam air terutama terdapat sebagai ion Mg2+ HCO3dan Mg2+ SO42- terjadi bila konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi.

Mineral-mineral seperti dolomit adalah paling umum dalam air.

CaMg (CO3)2 + 2 CO2 +2 H2O                      Ca2+ + Mg2+ + 4 HCO3

Pelunakan adalah penghapusan ion-ion tertentu yang ada dalam air dan dapat, bereaksi dengan zat-zat lain hingga distribusi air dan penggunaannya terganggu.

Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+, juga oleh Mn2+, Fe2+ dan semua kation yang bermuatan dua. Air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat pada air tanah di daerah yang bersifat kapur.

Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti : CO32- , HCO3 dan OH. Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO3 membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi kejenuhan. Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas kejenuhan di mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila ti­tik jenuh dilampaui, terjadi endapan garam kalsium karbonat CaCO3 dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa atau dasar ketel. Namun, pada proses pelunakan ini keadaan harus dibuat sehingga sedikit jenuh, karena dalam keadaan tidak jenuh terjadi reaksi yang mengakibatkan karat terhadap pipa. Kerak yang tipis akibat keadaan sedikit jenuh itu justru melindungi dinding dari kontak dengan air yang tidak jenuh (agresip). Ion Mg2+ akan bereaksi dengan OH membentuk garam yang terlarut sampai batas kejenuhan dan mengendap sebagai Mg(OH)2 bila titik kejenuhan dilampaui.

Ion Ca2+ dan Mg2+ diendapkan sebagai CaCO3 dan Mg(OH)3 menurut reaksi keseimbangan kimiawi sebagai berikut :

Mg2+  +     2 OH                          Mg(OH)2

Ca2+   +    C032-                         CaCO3

CO32-  berasal dari karbondioksida CO2 dan bikarbonat HCO3 yang sudah terlarut dalam air sesuai dengan reaksi berikut :

CO2      +    OH                           HCO3         
HCO3+   +   OH                            CO32-   +   H2O

Kesadahan yang terlalu tinggi akan menambah nilai pH larutan sehingga daya kerja aluminat tidak efektif karena ion aluminium yang bersifat amfoter akan mengikuti lingkungannya dimana akan terbentuk senyawa aluminium yang sukar mengendap. Apabila kesadahan terlalu rendah secara simultan alkalinitas juga cenderung rendah ini akan mengganggu penyusunan ikatan antara koloida dengan aluminat dimana gugus hidrofobik koloida akan tetap melayang dan sukar bereaksi dengan koagulan mengakibatkan massa atom relatif ringan sehingga sukar mengendap.

Kesadahan ini umumnya dihilangkan menggunakan resin penukar ion. Resin pelunak air komersial dapat digunakan dalam skala kecil, meskipun demikian tidak efektif digunakan untuk sekala besar.  Resin adalah zat yang punya pori yang besar dan bersifat sebagai penukar ion yang berasal dari polysterol, atau polyakrilat yang berbentuk granular atau bola kecil dimana mempunyai struktur dasar yang bergabung dengan grup fungsional kationik, non ionik/anionik atau asam. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air misalnya asam humus, liqnin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam. Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hunya dipakai resin dengan sifat anionik.

Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu struktur fungsional dan matrik resin yang sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui kondensasi phenol dengan formaldehid yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat.

Sedangkan untuk resin penukar ion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine dengan formaldehid dan telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation dan resin penukar anion hasil sintesis ini dapat digunakan untuk memisahkan atau mengambil garam – garam.

Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion asam kuat dan basa kuat adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut dalam keasaman dan sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC.

Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena, setelah terbentuk kerangka resin penukar ion maka akan digunakan untuk menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan.

Resin penukar kation dibuat dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara pembuatannya dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin).

Resin penukar on yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin penukar kation tetapi gugus ion yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau dengan kata lain setelah terbentuk kopolimer styren divinilbenzena (DVB), maka diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk memperoleh resin penukar anion.

Gugus ion dalam penukar ion merupakan gugus yang hidrofilik (larut dalam air). Ion yang terlarut dalam air adalah ion – ion yang dipertukarkan karena gugus ini melekat pada polimer, maka ia dapat menarik seluruh molekul polimer dalam air, maka polimer resin ini diikat dengan ikatan silang (cross linked) dengan molekul polimer lainnya, akibatnya akan mengembang dalam air.

Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun non kristalisasi adalah sangat mirip dengan pertukaran ion- ion kisi kristal. Pertukaran ion dengan resin ini terjadi pada keseluruhan struktur gel dari resin dan tidak hanya terbatas pada efek permukaan. Pada resin penukar anion, pertukaran terjadi akibat absorbsi kovalen yang asam. Jika penukar anion tersebut adalah poliamin, kandungan amina resin tersebut adalah ukuran kapasitas total pertukaran.

Dalam proses pertukaran ion apabila elektrolit terjadi kontak langsung dengan resin penukar ion akan terjadi pertukaran secara stokiometri yaitu sejumlah ion – ion yang dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama akan dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama pula dengan jumlah yang sebanding.

Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan struktur dari molekul yang panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan grup fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil. Senyawa ini akan bergabung dengan ion pasangan seperti Na+, OHatau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang porous. Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama (positif) demikian sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air yang diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.

Proses pergantian ion bisa “reversible” (dapat balik), artinya material penukar ion dapat diregenerasi. Sebagai contoh untuk proses regenerasi material penukar kationik bentuk Na+ dapat diregenerasi dengan larutan NaCl pekat, bentuk H+ diregenerasi dengan larutan HCl sedangkan material penukar anionik bentuk OHdapat diregenerasi dengan larutan NaOH (lihat buku panduan dari pabrik yang menjual material ini).

Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang telah habis saat kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan mudah karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berkebalikan dari pertukaran ion.   

 

57 thoughts on “METODE PENGOLAHAN KESADAHAN (HARDNESS) AIR DENGAN MENGGUNAKAN RESIN PENUKAR ION

  1. menarik sekali, pak/bu gimana cara efektif menghilangkan kesadahan air hujan sehingga bisa dimanfaatan utk rumah tangga, mis:mencuci. Jadi di musim hujan gini kita bisa hemat air PDAM. Maaf sy awam sekali dg kimia. thx.

  2. Dear, Trinanto.

    Terima kasih atas commentnya dan salam kenal.

    Sebagai tambahan referensi mengenai air sadah silahkan anda explore
    http://inorg-phys.chem.itb.ac.id/web/DIDAC/Didac03/Content/L09.htm
    (via internet juga banyak.)

    Untuk menghilangkan air sadah maka dapat dilakukan dengan beberapa cara :
    a. Secara fisika :
    – Dipanaskan (untuk kesadahan sementara)
    – Filtrasi dengan Zeolit.
    – Soften Water Kit (nama dagang industri)
    b. Secara kimia
    – Ditambahkan sada abu/ soda ash/ sodex/ natrium karbonat/ sodium karbonat (Na2CO3).
    – Pendesakan ion (review deret volta), umumnya menggunakan garam dapur/ garam meja/ natrium khlorida/ sodium khlorida/ NaCl.
    – Pertukaran ion, umumnya menggunakan resin.
    – Penambahan Fosfat, umumnya Pentanatriumtrifosfat (Na5P3O10).
    – Pengendapan, umumnya menggunakan Natrium stearat.

    Untuk secara rumah tangga jika air digunakan untuk minum, maka sebaiknya direbus dahulu hingga mendidih sempurna, setelah itu diamkan semalam, lalu saring.
    Note : endapan yang terapung merupakan ciri adanya air sadah, jika berlebih tidak baik untuk kesehatan menyebabkan gangguan kesehatan (ginjal, kencing batu). Akan tetapi kesadahan yang cukup dapat membuat air menjadi terasa segar karena ada Ca-karbonat. Sebaiknya periksakan dulu di laboratorium apakah sesuai standar Kep.Menkes No.907/VII/MENKES/2002.

    Jika air akan digunakan dalam bentuk lain, mungkin dapat digunakan alat Soften Water Kit (nama dagang industri), untuk lebih lanjut silahkan open (maaf, bukan iklan): http://doctorwater.blog.com/ , tentunya semua tergantung dari fungsi, financial, dan pertimbangan lainnya.

    Regards,
    Skimaters.
    http://www.tkcmindonesia.com

  3. klo saya menggunakan karbon aktif dari tempurung kelapa, apakah dpt mengurangi kesahan pada air tersebut?

  4. Dear, Jumry.

    Ya, dapat. Cuma persentase penyerapannya mungkin berbeda – beda tergantung dari beban influent, aktivasi bahan, dan teknik/ proses yang digunakan. Dah banyak kok penelitian yang dilakukan. Coba anda review di tulisan sebelumnya mengenai karbon aktif (terutama L-AC). Dan tulisan2 sejenis yang juga banyak di internet, terutama mengenai arang tempurung kelapa.

    Good luck.
    Regards.
    Skimaters.

    Note : Tambahan referensi mengenai karbon akti dari tempurung kelapa :

    Tuti Rahayu. 2004. Karakteristik Air Sumur Dangkal Di Wilayah Kartasura Dan Upaya Penjernihannya. Surakarta : FKIP – Pendidikan Biologi. Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam MIPA Vol. 14, No. 1, Januari 2004: 40 – 51

    dsb.

  5. Bgus bgt! ini mrupkan wjud kcintaan Qt kpda alam. Btw bagaimana caranya teknik penyaringan sederhana u/ mengurangi tingkat kesadahan pada sumur air gali? coz kbetulan masalah ini Z jadikan bahan penelitian KTI Z..

    ===============================================
    Penelitian ini adalah eksperimen yaitu membuat larutan kapur tohor dengan perlakuan penambahan dosis pada sampel yang berisi 1000 ml. Air sumur gali yang diolah dilakukan di Laboratorium. Hasil percobaan dengan penambahan konsentrasi larutan kapur tohor 1 N, 2 N, 3 N dan 4 N dengan dosis yang digunakan pada setiap konsentrasi adalah 5 ml, 10 ml 15 ml dan ternyata mendapatkan penurunan yang berbeda-beda.
    Dalam penelitian ini konsentrasi dengan dosis yang digunakan ternyata mampu menurunkan kesadahan. Namun konsentrasi 2 N dengan dosis 15 ml yang paling efektif karena menurunkan kesadahan dari 728,5 mg/l menjadi 394,64 mg/l dengan persentase penurunan sebesar (45,3 %) dengan pH dan temperatur normal.

  6. kapan resin penukar ion harus diganti dengan yang baru, apakah kualitasnya akn seperti semula setelah proses regenerasi??

    trimakasih

  7. mana yang lebih baik menggunakan aliran dari atas kolom apa sebaliknya dari bawah kolom?

    mohon bantuannya…..
    terima kasih

  8. bwt dede…
    resin akan diganti pada saat keadaanya sudah jenuh bisa dilihat dari pH nya, pH antar air proses dan air produk sama….proses regenerasi akan mengembalikan kualitas dari resin walaupun tidak 100%.

  9. sangat bermanfaat,utk mencoba coba di rumah,
    dan kebetulan di rmh kesadahan tinggi,karena banyak nya kerak di panci,dan juga bercak putih di atas mobil jk menggunakan air sumur.
    sukses smk kimia 3 madiun.
    Boleh ngga kalau saya nulis tentang polymer di cat,
    salam kenal

    madon
    tangerang

    =============================================================================

    sukses juga buat mas madont
    kami sangat senang akan sharing ilmu ini

    jika tidak berkenan silahkan email ke kami
    ato boleh ambil di blog mas

    terimakasih semuanya

  10. apa bahayanya jika Ca – hardness terlalu tinggi didalam cooling water ?
    mohon jawabannya
    thanx

    ======================================================
    terimakasih kunjungannya…
    akan terjadi kerak Ca yang nantinya akan menyumbat pemipaan dan mungkin jangka waktu lama akan menimbulkan korosi.

  11. thanks ya….coz udah bnyak bantu q kerjain tugas.

    ================================================

    sama2 tetep semangat ya belajarnya

  12. mo tanya nih,

    klo kita regenerasi resin pada ion exchanger kan akan mengandung NaCl airnya, kan bersifat korosif, trus cara menghilangkan sifat ini gimana ya???

    thx b4

  13. Resin yang berfungsi menghilangkan kapur,jika sudah jenuh resinnya,bagaimana cara meregenerasi resin tersebut?
    Thanks……….. *_^

  14. lam knal…o y mau tanya nih….kira-kia apa ja sih pemanfaatan resin dalam perusahaan industri,,,trus apa ja sih… macam – macam resin yang alami n yang buatan,,,dan bagaimana prosesnya sehingga sebuah resin dapat menukarkan ion….tolong dijelasin ya….thanks sebelumnya.

  15. menurut percobaan yg saya lakukan ternyata ion Ca2+ bersifat lebih sadah dibandingkan ion Mg2+ karena volume EDTA yg diperlukan untuk titrasi ion Ca2+ lebih banyak,,mangapa Ca2+ lebih sadah dibandingkan Mg2+??

    penentuan laju alir di kolom penukar ion memiliki satuan laju alir BV,..apakah itu BV??

    bisa dijelaskan proses rinsing cepat dan lambat perbedaanya apa?

    bisa dijelaskan properties resin seperti ap??
    trima kasih,,Mohon dengan sangat jawabannya,,,

  16. @ cristian: setelah dilakukan proses regenerasi,garam NAcl yang tertinggal di kolom harus dihilangkan melalui proses rinsing,,,proses rinsing digunakan dengan mengalirkan air demin k dalam kolom penukar ion.Proses rinsing terbagi menjadi 2 bagian yakni rinsing cepat dan lambat.

  17. wahh ni kebetulan lagi ngerjai tugas laporan kimia analitik tentang pengukuran kesadahan air…teorinya bagusssss
    tapi,bisa gdiberi rumus cara menghitung jumlah kadar kalsium dan magnesium yang terkandung dalam air tersebut.? maksih y sebelumnya…

  18. mas.. mohon bantuannya juga…
    kalo di rumah pake air sumur yang di bor oleh dinas pertambangan, dalamnya sekitar 200 meter, airnya yg keluar agak hangat kadang cenderung panas, air ini tidak bisa membasuh sabun dengan sempurna, karena kalo untuk mandi badan masih terasa licin dan lengket, apakah ini air sadah juga? jika ya, adakah solusi agar bisa di gunakan dengan baik…. thanks…

  19. mo tanya nie…kebetulan sy mengajar ttg kesadahan air dan resin penukar ion. tau ga buku apa yg bisa menjelaskan ttg k2 materi tersebut.

    mohon bantuannya dg sangat…
    makasi…

  20. Mas Mau Tanya…
    untuk bahan regenerasi ion exchange ada yang pake NaCL dan ada yang pakai HCl dan NaOH.. Apakah resin yang dipakai berbeda sehingga menggunakan bahan untuk regenerasi berbeda juga…
    Jika berbeda, letak perbedaannya dimana dan konsentrasi yang dipergunakan untuk meregenerasi itu berapa?
    Terimakasih…..

  21. Mau tanya..
    Kalau harga resin kation n resin anion sekarang /kg nya berapa..?

    NaCl Untuk regenerasi? menurut saya tidak mungkin digunakan, karena NaCl malah akan mengakibatkan Resin tersebut semakin jenuh dan berkurang daya tukar ion nya.

    untuk proses regenerasi resin sebenarnya waktu kontak/alir antara resin dengan NaOH atau HCl itu yang bagus berapa…?dan konsentrasi NaOH atau HCl yang sesuai tu berapa %?

    Karena apabila terlalu cepat boros pereaksi dan kalau terlalu lama memakan waktu berarti tidak efisien.

  22. lam kenal,
    regenerasi penukar ion memang berbeda karena resin yang digunakan berbeda,
    untuk konsentrasi yang diberikan untuk regenerasi adalah 5%, hal ini untuk menjaga supaya resin tersebut tidak rusak
    trim

  23. trims
    untuk regenerasi dengan NaCl maka akan ada reaksi penggaraman dari Ca/Mg dengan Cl yang dilepaskan dan garam tersebut mudah mengendap, sehingga lebih mudah untuk dikeluarkan dengan mengalirnya larutan yang digunakan untuk regenerasi tadi

  24. wahhh.. detail bgt ya…
    tapi masih ada yang jd pertanyaan buat saya..

    saya mau tanya, klo kesadahan air rendah bgt dan masuk kategori soft water berpengaruh terhadap logam gak? klo air itu terus menerus mengalir di logam tersebut dan mendapat perlakuan panas…

    makasih…

  25. Cara Regenerasi pada anion dan kation dengan volume air tertentu,resin pada masing masing anion dan kation,ideal nya komposisi nya berapa!,HCl dan NaOH yang di gunakan berapa persen!

  26. WATER TREATMENT BASIC CHEMISTRY

    Disusun oleh :
    Sudi Permana

    BENETE-MEDIO MEI,2001

    WATER TREATMENT CHEMISTRY

    I. PENDAHULUAN

    1. PEMBAGIAN AIR

    Menurut tempatnya air dalam alam dapat dibagi menjadi :

    – Air hujan
    – Air permukaan
    – Air di bawah permukaan ( artesis)

    Benda-benda yang dapat menyebabkan ketidak-murnian air dibagi dalam :

    1.1 Benda-benda yang melayang (terdiri dari benda-benda organo dan mineral)
    1.2 Benda-benda yang larut terdiri dari benda-benda padat (organo dan mineral) yang terlarut dan gas.

    Jumlah benda-benda penyebab ketidak-murnian air ini berbeda-beda tergantung dari asal air tersebut.

    1.1.1 Air hujan

    Mengandung benda-benda penyebab ketidak-murnian terutama di dekat atau dalam kota dimana banyak arang dibakar, gas-gas atmosfir yang larut ( O2,N2,CO2 ), asam-asam Nitrat dan Nitrit yang terjadi karena pengaruh petir dan biasanya terdapat sebagai Ammonium bebas.

    2 N2 + 3 O2 2 NO + 2 NO2
    4 NO2 + 3 O2 + 2 H2O 4 HNO3

    1.1.2 Air Permukaan

    Ialah air yang berada di permukaan bumi. Air sungai, sebenarnya adalah air hujan yang jatuh di atas tanah dan mengandung benda-benda yang melayang dan yang melarut sebagai bahan-bahan ketidak-murnian yang berasal dari tanah, benda-benda yang melayang sebagian adalah tanah liat yang disebut Clay, Lumpur dan sebagian adalah benda-benda organo (tumbuhan, feaces dsb). Kadang-kadang juga mengandung asam Sulfida.

    Benda-benda yang larut sebagian terdiri dari garam-garam Calsium dan Magnesium. CO2 di udara yang larut dalam air, dalam hujan membentuk asam Carbonat.

    CO2 + H2O H2CO3

    Asam Carbonat ialah asam lemah yang dapat melarutkan batu-batu kapur yang dilewati oleh air ini menjadi Ca(OH)2, demikian juga dengan MgCO3 dengan membentuk Ca dan Mg (HCO3)2 yang larut air.

    Di daerah pertanian akan banyak mengandung NaCl, Ammonium, Nitrat dan Organik yang berasal dari tumbuhan yang membusuk.

    1.1.3 Air di bawah permukaan tanah

    Karena pergerakannya yang lambat, air tanah biasanya mempunyai komposisi yang constant. Setelah melalui formasi pori-pori batuan sejauh bermil-mil, air menjadi jernih dan mempunyai karakteristik sesuai formasi geologinya. Begitu air masuk ke dalam tanah, zat-zat organic akan mengkonsumsi Dissolved Oxygen menghasilkan CO2 yaitu salah satu bahan penyebab korosi yang akan melarutkan mineral-mineral dari struktur geologinya seperti besi, mangan.

    2. FUNGSI AIR

    2.1 Sebagai air minum yang harus memenuhi persyaratan kimia dan bacterilogis.
    2.2 Sebagai sumber tenaga.
    Langsung > menggerakkan turbine.
    Tak langsung > air diubah menjadi uap untuk menggerakkan mesin-mesin dan
    Turbine.
    2.3 Sebagai sumber perpindahan panas.
    Digunakan pada pendingin pada proses industri atau kadang-kadang sebagai pemanas.
    2.4 Sebagai Pembersih.
    Dengan cara penyemprotan atau melarutkan kotoran-kotoran.
    2.5 Untuk keperluan proses.
    Dapat berupa Steam atau Condensate juga Service Water.
    2.6 Sebagai Fire Hydrant ( Pemadam kebakaran).

    Mengingat kebutuhan atau penggunaannya bermacam-macam, menggambarkan air yang bagaimana yang harus disediakan dan bagaimana pula pengolahannya untuk memenuhi syarat-syarat keperluan tersebut.

    3. FOULANT (ZAT-ZAT PENGOTOR) YANG BIASANYA TERDAPAT DALAM AIR

    3.1 SUSPENDED SOLID (ZAT TERSUSPENSI)

    Zat-zat tersuspensi (melayang-layang) terdiri dari Lumpur (mud) halus yang sangat sulit diendapkan atau disaring karena merupakan partikel-partikel yang sangat halus yang terdiri dari Silica, Iron, Aluminium yang mempunyai muatan negatif. Juga sedikit partikel Mangan atau Magnesium yang masing-masing membungkus diri sehingga karena penguraian Hydrolysis, butir-butir itu sama mengandung muatan negatif. Partikel-partikel halus atau lumpur-lumpur halus yang sama-sama bermuatan negatif akan tolak menolak ke segala arah senantiasa bergerak dan tak sempat mengendap. Biasanya untuk memisahkan zat-zat tersuspensi ini diperlukan Coagulant untuk menetralisir muatan negatif dan memberi nucleus yang berfungsi sebagai jala mengumpulkan zat-zat tersuspensi yang sudah netral, sehingga dapat dapat bersatu menjadi kelompok yang cukup besar untuk diendapkan.

    3.2 ZAT ORGANIC

    Kadarnya dapat diukur dengan oksidasi memakai KMnO4. Jumlah KMnO4 yang dipakai untuk menetralkan reaksi ini disebut Bilangan Permanganate. Untuk air minum Bilangan Permanganate-nya lebih kecil dari 10 mg/L. Sedang air yang mengandung Asam Humus mempunyai Bilangan Permanganate sampai 50 mg/L dan pH-nya sekitar 6.
    Adanya zat organic dalam air dapat menyulitkan jalannya sterilisasi dengan bahan-bahan kimia seperti Kaporit, Sodium Hypo Chlorite, karena dapat bersenyawa dengan Cl2, sehingga menghalangi bahan tersebut untuk berhubungan langsung dengan bacteri yang akan dibunuh, dan akan menimbulkan bau dan rasa yang tidak enak.
    Disamping itu zat organic dapat mempersulit distribusi air, karena adanya Nagroli ( pertumbuhan bacteri ).
    Jika air itu mengandung zat-zat organic begitu banyak, maka bacteri akan mendapat cukup makanan dan akan berkembang biak sehingga dapat terjadi perubahan warna, rasa dan bau air itu. Terkadang dengan adanya Nagroli, maka sangat dianjurkan agar dalam distribusi air selalu terdapat sisa Chlorine ( Residual Chlorine ) untuk membunuh bacteri yang masih tertinggal.

    3.3 SENYAWA IRON DAN MANGAN

    Senyawa Iron (Fe) dan Mangan (Mn) tidak hanya menyulitkan jalannya sterilisasi air tapi juga mempersulit distribusi air, karena senyawa-senyawa ini menyebabkan kerusakan dalam pipa distribusi air karena adanya bacteri Fe dan Mn yang dengan senyawa tersebut dalam air dapat mengoksidanya sebagai berikut :

    4 Fe(HCO3)2 = O2 + 2 H2O 4 Fe(OH)3 + 4 CO2

    2 Mn(HCO3)2 + O2 + 2 H2O 2 Mn(OH)4 + 4 CO2
    2 Mn(OH)4 2 Mn2 + 4 H2O

    Bacteri Fe dan Mn mengambil tenaga dari reaksi kimia yaitu oksidasi pada senyawa Fe dan Mn, maka dalam waktu pendek, bacteri ini akan memisahkan oksida-oksida yang tak larut. Dalam pipa bacteri ini akan menimbulkan warna coklat kehitaman yang menyebabkan air tidak dapat diminum atau untuk mencuci.

    3.4 HARDNESS (ZAT-ZAT YANG MENYEBABKAN KESADAHAN)

    Air dengan kesadahan adalah air yang mengandung Ca dan Mg. Kesadahan dalam air yang terlalu tinggi akan membuat sabun sukar berbuih, dan dalam pipa akan menimbulkan kerak, sehingga menyulitkan atau menghalangi distribusi air. Dalam boiler dapat menyebabkan kerak (scale). Tapi apabila kesadahan air terlalu rendah, air itu akan menjadi agresif dan berarti dapat menyebabkan kerusakan pada pipa-pipa. Karenanya dalam air minum dipilih air dengan kesadahan tertentu yang tidak terlalu tinggi atau rendah.

    II. PRETREATMENT

    1. Green Sand Filter

    Di PT Newmont Nusa Tenggara air berasal dari sumur (deep well) di Sejorong, yang dipompakan ke Benete untuk kemudian ditampung di Fresh Water Tank. Karena jauhnya perjalanan distribusi air, banyak pengganggu yang timbul dalam pipa, seperti oksida besi yang terlarut dalam air serta mikroba yang tumbuh di sepanjang pipa, maka kita perlu menghilangkannya dengan menambah Potasium Permanganate (KmnO4) untuk mengoksidir Besi dan sekaligus berfungsi sebagai zat untuk meregenerasi Manganese Green Sand dan Sodium Hypo Chlorite untuk membunuh microba. Kadar kedua additive ini diatur dengan redox meter yang dipasang pada outlet Filter.
    Manganese Green Sand Filter berfungsi mengoksidasi besi (yang masih ada) dan menghilangkan Particulate Matter dari Raw Water. Biasanya kotoran ini akan tertampung di permukaan media di lapisan Anthracite, sedang partikel yang lebih kecil akan terperangkap dalam lapisan Green Sand, sehingga menurunkan kekeruhan (Turbidity) Treated Water yang dihasilkan. Produk Water ditampung di Treated Water Tank.

    2. Organic Scavenger

    Organic Scavenger adalah vessel berisi Resin yang menghilangkan zat-zat organic dalam air seperti minyak mentah yang dihasilkan oleh pertumbuhan algae. Resin yang dipakai adalah Anion Resin yang mudah teroksidir oleh adanya residual Chlorine hingga dapat mengurangi exchange capacity-nya. Untuk itu disini perlu ditambahkan Sodium Sulfite yang berfungsi mengeliminir sisa Chlorine sebelum masuk Organic Scavenger.
    Treated Water mengandung organic compounds yang mempunyai berat molekul tinggi. Sedang Organic Scavenger berisi resin penukar Macro Reticular, yang mampu menghilangkan Organic Compound tanpa dia sendiri terpengaruh. Disamping itu dia juga berfungsi sebagai penyaring partikel-partikel yang lolos dari Green Sand Filter.
    Dalam keadaan jenuh, resin ini di regenerasi dengan Brine (campuran Caustic Soda dan Sodium Chloride) untuk membalik reaksi pertukaran ion hingga resin akan fresh lagi.

    R-Cl + Organic R-Organic + Cl-

    Adanya Cl- dari hasil reaksi ini, maka diperlukan Chlorine Scavenger

    R-Organic + NaCl R-Cl + Na+

    3. Cartridge Filter

    Pada umumnya membran R O beroperasi secara optimum pada pH tertentu. Asam Sulfate ditambahkan untuk mengatur pH pada kitaran 7.75. Dengan rendahnya pH, akan menambah kelarutan dari Dissolved solid yang akan mengurangi kecenderungan scaling (penumpukan kerak pada membran R O).
    Namun demikian penambahan Anti Scalant yang berfungsi sebagai Dispersant mutlak diperlukan untuk mengurangi adanya kerak CaSO4, BaSO4, CaF dan SiO2 pada membran R O nantinya.
    Kadang ada Anti Scalant yang bekerja pada pH rendah, sehingga kita tak perlu lagi menambahkan Asam Sulfat tersebut.
    Partikel yang lolos dari Organic Scavenger dan dari reaksi-reaksi awal, untuk terakhir kalinya difilter dengan Cartridge Filter yang mempunyai diameter 5 . Sehingga air make up R O sudah mempunyai kekeruhan yang sangat rendah untuk mengurangi timbunan scale atau foulant.

    III. Reverse Osmoses

    Menurut jenisnya membran R O dapat dibagi menjadi :

    – Cellulose Acetate
    – Thin Film Composite (yang dipakai di PT NNT)

    Berlainan dengan filter pada bagian awal (pretreatment), partikel yang disaring bersifat Ionic dengan size < 0.001 . Di sini dihilangkan Dissolved Solid, micro organic, logam dan garam.

    Untuk meringankan beban R O, sangat diperlukan High Pretreatment, agar permukaan membran terhindar dari kerak dan agar umur membrane tetap lama (karena mahalnya harga tiap stage membrane).
    Di PT NNT kita mempunyai 2 bank RO yang masing-masing terdiri dari 4 stage. Dua stage pertama menghasilkan Permeate Water, sedang Reject Water-nya masuk ke stage berikutnya, tapi Reject Water dari stage terakhir ini sudah tidak bisa dimanfaatkan lagi karena mempunyai akumulasi kadar mineral yang tinggi.

    Typical ion yang dapat lolos dan di-reject adalah :

    % garam lolos % garam reject
    1. Ammonium 8 92
    2. Sodium 5 95
    3. Potassium 5 95
    4. Magnesium 3 97
    5. Stronsium 3 97
    6. Calcium 2 98
    7. Nitrate 15 85
    8. Bisilicate 10 90
    9. Chloride 5 95
    10 Sulfate 3 97
    11 Phosphate 0 99

    Perbandingan membrane

    Cellulose Acetate Thin Film Composite
    Range Ph 5.0 – 6.5 2.0 – 11.0
    Rata2 % reject 95 % 98 %
    Kerentanan thd Tidak Ya (tahan bacteri)
    Microbio
    Batas suhu 40 °C 45 ° C
    Toleransi thd
    Chlorine Bagus Kurang (<0.1 PPM max)
    Tekanan kerja 400 Psig 200 Psig

    Kelebihan-kelebihan bila kita memakai treatment R O :

    – Menghilangkan impurity Non-ionic dan Dissolved Solids seperti Coloidal SiO2, Dissolved SiO2, organic, bacteri.
    – Mengurangi bahaya karena penggunaan bahan kimia bila dihubungkan dengan Ion Exchanger.
    – Mengurangi beban sytem Ion Exchange :

    1. Umur Ion Exchanger bertambah
    2. Umur Resin bertambah
    3. Mengurangi biaya produksi

    Kekurangan-kekurangannya antara lain:

    – 25 % aliran Feed Water terbuang ke sewer.
    – 5 % Total Dissolved Solid dalam Permeate tidak memenuhi syarat untuk air umpan boiler (maka harus ditambah Mixed Bed).
    – Merupakan salah satu Filter mahal yang mudah tercemar, sehingga berakibat :

     Biaya operasi tinggi (untuk Chemical Cleaning)

     Umur membrane makin berkurang tiap harinya.

    Dari segi kualitas produk, perbandingan hasil dari beberapa treatment dengan Raw Water yang mempunyai TDS (Total Disolved Solid) sekitar 600 ppm dapat kita lihat pada table berikut :

    Parameter R O Demin Softener +R O R O + Demin
    TDS ppm 30 6 30 112°F), biodegradasi yang ekstreme dan oksidan (Cl2 > 0.1 ppm, KmnO4, O3).
    Cahaya matahari langsung juga dapat merusak membrane ini.

    Semua ini dapat menyebabkan menurunnya kualitas air, pendeknya umur membrane, penggantian membrane sebelum waktunya, dan tentu saja tingginya biaya operasi.
    Untuk itu perlu adanya system monitor yang dilakukan pada :

    1. Pretreatment system

    – Silt Density Index
    – Temperature, Pressure, TDS
    – Foulant (bacteri, logam, Hardness, Silica)

    2. Performance R O

    – Percent Rejection
    – Flow pada Permeate
    – Differential Pressure
    – Flow dari feed water

    Bila suatu saat performance R O menurun seperti flowrate Permeate berkurang hingga 10-15 %, Reject berkurang hingga 10 – 15 %, atau naiknya DP hingga 10 –15 %, maka perlu dilakukan Chemical Cleaning.
    Langkah pertama Chemical Cleaning pada R O membrane adalah dengan Acid Cleaning (Citric Acid) hingga dicapai pH 4,0 ini untuk menghilangkan garam-garam Inorganic, Scale dan oksida logam, baru kemudian dengan Alkaline Cleaning (dengan EDTA) hingga pH 10,0 untuk menghilangkan koloid Organic maupun Inorganic.

    IV.MIXED BED EXCHANGER

    Untuk mengurangi beban Mixed Bed Exchanger, Permeate Water yang masih mengandung HCO3- ditampung dalam sebuah Decarbonator Tank. Air yang jatuh dari atas dihembus udara dari bawah hingga HCO3- terurai sebagian menjadi CO2 dan H2O.

    H2CO3 CO2 + H2O

    Air yang sudah bebas Carbonate ini disebut Clearwell.

    Dalam vessel Mixed Bed Exchanger terdapat dua jenis resin yang tercampur rata, yaitu :

    1. Resin Cation
    2. Resin Anion

    1.1 Cation Exchange

    Reaksi yang terjadi :

    CaSO4
    MgSO4 Ca H2SO4
    CaCl2 + R-SO3=H R-SO3= Mg + HCl
    MgCl2 Na H2SiO3
    NaHSiO3

    Dimana R-SO3=H adalah gugus Hydrocarbon dari resin Cation.
    Reaksi tadi menghasilkan Free Mineral Acid (FMA) yang menurunkan derajat keasaman pH.

    Dalam keadaan jenuh resin ini harus diregenerasi dengan larutan encer H2SO4 2-5 % agar fresh lagi.

    Ca CaSO4
    R-SO3= Mg + H2SO4 R-SO3+H + MgSO4
    Na NaSO4
    Pasif Aktif

    1.2 Anion Exchange

    Pada resin Anion terjadi reaksi :

    H2SO4 SO4
    HCl + R=OH R= Cl + H2O
    H2SiO3 HSiO3

    Regenerasi pada resin Anion yang jenuh menggunakan larutan encer NaOH 2-5 %.

    SO4 NaSO4
    R= Cl + NaOH R=OH + NaCl
    HSiO3 NaHSiO3
    Pasif Aktif

    1.3 Mixed Bed Exchanger

    Karena dalam Mixed Bed terdapat dua resin Cation dan Anion, maka reaksi seluruhnya dapat disimpulkan :

    R-SO3=H + Cation + R=OH + Anion R=SO3=Kation + R=Anion + H2O

    Dengan demikian air yang dihasilkannya (Demineralized Water) mempunyai tingkat kemurnian yang tinggi yang sudah memenuhi persyaratan untuk air umpan boiler dan ditampung dalam Condensate Storage Tank.

    Treatment terhadap air untuk Steam Generator merupakan salah satu bagian yang rumit dari Kimia Air, maka pemahaman terhadap dasar-dasar Kimia Air adalah mutlak bagi Power Engineer dalam rangka meningkatkan efisiensi pada peralatan Boiler dan pada penggunaan Steam.

    V. BOILER WATER PROBLEM

    Banyak problem pada sisi air yang dihadapi pada High Pressure Boiler ( Boiler yang beroperasi di atas 700 PSIG ). Dapat kita lihat dalam table di bawah ini :

    Masalah Utama Deaerator FW system HP Boiler Super Heater Turbine Steam using equipment Condensate system
    Korosi X X X X X X X
    Oxygen X X X X X X
    Alkalinity / CO2 X X X
    Ammonia X X
    Deposit X
    Oksida Logam X X
    Carry Over X
    Dissolved Solid X X X

    1. Korosi

    Kerusakan logam yang disebabkan oleh reaksi kimia atau elektro-kimia antara logam tersebut dengan zat-zat yang ada disekeliling metal.

    Penyebab korosi :

    1.1 Kadar Oksigen tinggi

    1.2 Konsentrasi Alkali (Caustic tinggi)

    1.3 Kadar Carbon Dioxide tinggi

    1.4 Kadar Ammonia tinggi

    1.1 Korosi karena Oxygen

    Penyebab :

    – Masuknya udara ke system
    – Operasi Deaerator yang tidak effisien
    – Pencemaran dari Raw water

    Ada 3 macam variable yang mempengaruhi tipe korosi :

     pH
     Temperature
     Konsentrasi oksigen

    Fe + O2 Fe2O3

    Penanggulangannya dengan :

    a. Deaerator (mekanis)
    b. Oxygen Scavenger
    c. Pasivasi metal

    Fe + 2 H2O Fe (OH) 2 + H2

    Fe (OH) 2 Fe3O4 + H2 + 2 H2O

    Oxygen Scavenger yang biasa dipakai adalah :

    Hydrazine (N2H4)
    Carbo Hydrazide
    Hydroquinone

    Pengaruh Oxygen menghasilkan “Pitting Corrosion” suatu type korosi yang dengan cepat melokalisir metal loss (penipisan logam di satu titik).
    Kombinasi korosi antara CO2 dan O2 dalam air, lebih cepat 10-40 % daripada bila terpisah sendiri-sendiri.

    1.2 Korosi karena Caustic.

    Dapat terjadi pada High Pressure Boiler.

    Keadaan yang sama-sama dapat menimbulkan terjadinya Caustic Corrosion :

    >> Mekanisme dimana air Boiler terkonsentrasi hingga menghasilkan akumulasi NaOH konsentrasi tinggi yang cukup untuk menimbulkan Korosi Caustic.

    >> Pada suatu titik konsentrasi, metal Boiler berada pada tekanan tinggi, seperti dimana tube boiler melingkar menuju ke arah drum.

    Pencegahannya dengan cara :

    1.2.1 Pretreatment yang baik ( dengan R O kemudian Mixed Bed ).
    1.2.2 Menghindari free Caustic dengan mengendalikan treatment air High Pressure Boiler Water secara tepat.

    Reaksi yang terjadi :

    Fe2O3 + 2 NaOH 2 NaFeO2 + H2O
    FeO + 2 NaOH Na2FeO2 + H2O
    Fe + 2 NaOH + 2 H2O 2 NaFeO2 + 3 H2O

    Keadaan yang mempercepat lajunya Korosi Caustic :

    a. Deposit Oksida Logam
    b. Pengoperasian Steam Flow di atas kapasitas rate
    c. Kenaikan rate beban Boiler yang berlebihan
    d. Kelebihan Heat Input yang terlokalisir sehubungan dengan alignment burner atau kondisi fireside lainnya
    e. Terlokalisirnya berbedaan tekanan dalam sebuah generating tube

    1.3 Korosi karena Carbon Dioxide

    Disebabkan oleh :

    1.3.1 Terurainya alkalinitas dari Feed Water

    panas
    HCO3
    CO3

    1.3.2 Kebocoran udara ke dalam system
    1.3.3 Gangguan Organic

    Sifat-sifat dari korosi CO2 :

    Dia larut dalam air Condensate membentuk Asam Carbonic

    CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

    Akibat dari hasil serangan Asam Carbonaic ini adalah penipisan dan alur-alur pada permukaan logam.

    1.4 Korosi karena Alkalinity / CO2

    Penyebabnya :

    Gangguan thermal terhadap alkalinity Carbonate dan Bicarbonate dalam Boiler Water.

    2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O
    Na2CO3 + H2O 2 NaOH + CO2

    CO2 hasil reaksi ini akan terbawa dengan Steam dan larut dalam Condensate Water membentuk Asam Carbonic yang mengakibatkan turunnya pH.

    CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

    Korosi tipe ini menyerang secara bersamaan menimbulkan permukaan halus dimana banyak besi yang terlarut dan ini sangat agresif menyerang logam-logam di dalam system.

    Cara penanggulangannya :

    1.4.1 Mekanis

    – Mengurangi kemungkinan adanya kebocoran udara atau proses.
    – Demineralisasi, dimana alkalinity masih dibutuhkan untuk mengatur pH yang sesuai.

    1.4.2 Kimia

    Penetralan dengan Amine atau Ammonia ( akan menetralkan semua asam yang ada dalam Condensate System dan menaikkan pH pada level dimana Condensate menjadi tidak begitu agresif terhadap logam.

    1.5 Korosi Ammonia

    Dapat menyebabkan Stress-Corrotion Cracking, suatu retakan yang terjadi bilamana terdapat suatu suasana korosif dan peregangan yang cukup tergabung menjadi satu.
    Juga dapat menyebabkan alur atau penipisan logam.
    Ammonia dengan adanya Oxygen, sangat agresif terhadap Copper ( tembaga ) dan Alloy-nya

    Hal ini dapat ditanggulangi dengan :

    1.5.1 Pertahankan kadar Ammonia pada level rendah, atau menggantinya dengan Amine ( Morpholine, Cyclo Hexyl Amine, Diethylamino Ethanol ).
    1.5.2 Eliminir adanya Dissolved Oxygen (DO2) dengan Hydrazine, Carbo Hydrazide.
    1.5.3 Atur pH antara 8.5 – 9.2 pada Feed Water dan Condensate system.

    2 Deposit

    Endapan yang disebabkan Scale (kerak), Foulant atau kombinasi keduanya, dapat terbentuk di semua permukaan peralatan yang dialiri air, khususnya Boiler Tube, begitu kondisi setimbang dalam air saling berhubungan dipengaruhi oleh kekuatan external seperti panas.
    Deposit di sisi air Boiler Tube akan mengisolasi logam dari efek pendinginan dari aliran air. Maka logam di sisi api akan overheating (kelebihan panas) dan bisa berakibat pecahnya tubing.

    Penyebabnya :

    – Condensate Water dikarenakan korosi pada condensate.
    – Boiler Water system
    – Korosi pada logam boiler khususnya sewaktu diam atau istirahat.

    Solusinya :

    – Secara mekanis > Clarifier
    – Secara kimia > Threshold Inhibitor ~ poly dan organo Phosphate, polymer
    > Dispersant ~ organo Phosphate, polymer
    > Surfacttant (surface active egent)
    > Crystal modifier
    3 Carryover

    Proses terikutnya air bersama garam-garamnya ke dalam Steam System.
    Carryover pada Boiler Water akan mengakibatkan deposit pada sisi steam seperti pada Turbine, yang mana akan sangat berpengaruh pada efisiensi, kapasitas dan ketahanan unit.

    Penyebabnya :

    – Mekanis  saat air boiler memercik pada baffle yang patah.
     karena foaming (busa).

    – Kimia  karena volatility garam-garam dalam air boiler seperti senyawa Silica dan
    Sodium.

    VI. BOILER WATER TREATMENT

    Ada tiga treatment dasar agar permasalahan dalam boiler dapat dikontrol.

    1. External Treatment.

    Mulai dari Make Up dan Condensate dengan Demineralisasi sebelum diumpankan ke dalam Boiler System. Gunanya untuk mengurangi atau menghilangkan impurities-impuritis seperti Hardness, Silica, Gas-gas, Suspended dan Dissolved Solid.

    1.1 Suspended solid.

    Dihilangkan dengan jalan Coagulasi (netralisasi terhadap muatan negatif dalam colloidal matter, kadang bisa disebut flokulasi), kemudian filtrasi atau pengendapan.

    1.2 Total Hardness (Kesadahan Total).

    Calcium dan Magnesium dalam air akan menyebabkan Kesadahan Sementara (Ca Hardness) dan Kesadahan Tetap (Mg Hardness). Jumlah kedua kesadahan ini disebut Total Hardness.
    Dpat dihilangkan dengan Cation dan Anion Exchanger.

    1.3 Alkalinity

    Sifat kebasaan yang disebabkan adanya kandungan ion-ion Carbonate (CO32-), Bicarbonate ( HCO3-) dan Hydroxide (OH-).
    Keberadaannya dalam Boiler Feed Water dengan jumlah terbatas, kadang masih diperlukan untuk mencapai pH optimum dalam rangka pencegahan korosi.

    1.4 Silica

    Konsentrasi Silica yang diijinkan dalam Boiler Water bervariasi tergantung Operating Pressure-nya. Dalam Boiler bertekanan rendah yang memakai treatmen Phosphate dan tidak menggunakan Condensate Turbine, kadar Silica yang rendah bahkan akan menimbulkan endapan Lumpur (sludge) yang lengket.

    Drum Pressure (psig) Konsentrasi Silica (ppm)
    Condensate Water Saturated Steam

    0 – 300 150 150
    301 – 450 90 90
    451 – 600 40 55
    601 – 750 30 35
    751 – 900 20 20
    901 – 1000 8 15

    1.5 Total Dissolved Solid

    Pada beberapa proses treatment dapat mengakibatkan meningkatnya Dissolved Solid dari hasil reaksi samping.
    Biasanya penurunan Dissolved Solid dapat dilakukan dengan penurunan beberapa pengganggu secara tersendiri ( misal dengan demineralisasi).

    1.6 Organic Matter

    Pengertian secara umum hanyalah salah satu syarat mutu air, termasuk beberapa macam senyawa yang jarang dianalisa sebagai material yang specific. Pada High Pressure Boiler, organic matter termasuk impurities yang harus dihilangkan dari Feed Water, karena akan membentuk asam-asam Organic.

    1.7 Gas-gas terlarut

    Umumnya menggunakan Degasifier atau Decarbonator untuk menghilangkan gas-gas terlarut dalam air secara mekanis seperti CO2 dan O2.

    2. Internal Treatment.

    Formasi Scale dalam boiler dikontrol dengan salah satu dari program kimia.

    2.1 Program Coagulasi

    Pada program ini Sodium Carbonate, Sodium Hydroxide, atau keduanya ditambahkan dalam Boiler Water sebagai penambah suplai alkalinity dari Feed Water, pada Boiler yang tidak melalui proses pelunakan.

    2.2 Program Phosphate

    Pada plant dengan Boiler Pressure di atas 250 psig, sangatlah tidak diharapkan adanya sludge dengan konsentrasi tinggi .
    Sodium Phosphate adalah senyawa yang ditambahkan baik ke dalam Feed Water maupun Boiler Water akan membentuk lapisan tak larut Hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2.
    Program residual Phosphate ini menghasilkan Suspended Solid yang memerlukan Sludge Conditioner atau Dispersant (bahan kimia yang menyebabkan partikel-partikel dalam air tetap terlarut).
    Karena program ini mengganggu Heat Transfer, karena deposisi garam-garam Calcium dan Magnesium, program pengendapan tipe ini sering diganti dengan treatment pelarutan semacam Chelant (senyawa organic yang mempunyai kemampuan untuk menarik ion-ion dari larutannya menjadi complex yang larut air) dan Polymer atau Dispersant.
    2.3 Program Chelant

    Chelate adalah molekul yang mirip dengan ion exchanger, mempunyai berat molekul rendah dan larut air.
    Garam Sodium dari Ethylene Diamine Tetra acetic Acid (EDTA) dan Nitrilo Tri Acetic (NTA) adalah bahan chelating yang umum digunakan untuk internal treatment.
    Zat ini akan membentuk ion Complex dengan Calcium dan Magnesium. Karena larut air treatment semacam ini sangat menguntungkan dalam rangka meminimalkan blowdown.

    2.4 Program Coordinate Phosphate

    Pada boiler-boiler bertekanan tinggi, perpindahan panas tinggi, internal program harus menghasilkan sedikit solid atau tidak sama sekali.
    Potensi serangan Caustic pada logam boiler meningkat seiring dengan kenaikan tekanan, sehingga alkalinitas free Caustic harus ditekan.
    Pilihan terbaik untuk hal ini adalah Coordinate Phosphate.
    Berbeda dengan program standar (Phosphate), dimana Phosphate ditambahkan sebagai kontrol pH dalam Boiler Water selain bereaksi dengan Calcium bila ada hardness terikut ke boiler.
    Trisodium Phosphate terurai membentuk ion Hydroxide :

    Na3PO4 + H2O 3 Na+ + OH- + HPO42-

    Hal ini tak akan terjadi dengan ionisasi Disodium dan Monosodium Phosphate :

    Na2HPO4 2 Na+ + HPO42-

    NaH2PO4 Na+ + H= + HPO42-

    Program ini dikendalikan dengan mengatur kombinasi Phosphate dengan Trisodium atau Monosodium Phosphate untuk menghasilkan pH optimum tanpa menimbulkan ion OH-.
    Agar bisa mengendalikan program ini, harus didukung oleh kualitas Feed Water yang extra pure dan konsisten.

    2.5 Complexation / Dispersion

    Teknologi Internal treatment terbaru adalah penggunaan Organic Polymer Sisntetis untuk Complexation / Dispersion.

    3. Blowdown.

    Mengatur kadar bahan kimia dalam Boiler Water dengan membuang sebagian air dalam boiler. Karena meski telah melalui beberapa type treatment awal, Boiler Feed Water masih mengandung banyak impuritis yang tak terukur. Disamping itu Internal Treatment juga akan menambah kandungan solid di dalam Boiler Water.
    Bilamana steam terbentuk, uap H2O murni akan menguap meninggalkan sisa solid pada Boiler Feed Water yang tetap berada dalam circuit Boiler.
    Untuk menghindari konsentrasi yang berlebihan dari tiap komponen Dissolved Solid dalam Boiler Water, maka secara kontinyu air Boiler harus dibuang (drain down) ke waste.

    Steam
    No Solid

    Feed Water Boiler Water
    Accumulate Solid
    Solid

    Blow Down
    Removed Solid

    4. Boiler Lay up

    Boiler dapat rusak selama dalam keadaan diam (Idle Period), karena moisture kontak dengan permukaan metal.
    Untuk menanggulangi korosi karena hal ini, logam-logam dalam boiler harus diproteksi dengan cara lay up (membuat permukaan logam menjadi pasif).
    Ada dua macam lay up :

    a. Lay up kering
    Dengan menjaga permukaan logam tetap kering dan bebas dari O2, gas yang dipakai N2 panas.
    b. Lay up basah
    Mengeluarkan semua udara dan mengisinya dengan Treated Water yang sesuai.

    Pilihan kedua macam lay up ini tergantung lama tidaknya boiler akan Idle. Dry lay up biasanya dipakai untuk kurun waktu terlama.
    Untuk 1-4 hari hanya diperlukan kenaikan pH sampai 9-10. Untuk 1 – 2 minggu dengan penambahan Hydrazine atau Carbo Hydrazide dengan kadar yang pekat ini dimaksudkan untuk pasivasi logam boiler.

    5. Evaluasi dari hasil Boiler Treatment

    5.1 Monitor pH (derajat keasaman).

    Untuk memastikan bahwa :
    5.1.1 Cukup Amine / Ammonia yang ditambahkan untuk menetralisir CO2 dan menjaga pH Feed Water 8.5 – 9.9 (dimana terdapat laju korosi terendah).
    5.1.2 Jenis Amine yang benar yang digunakan untuk proteksi system secara total.
    5.1.3 Tak terjadi kontaminasi dari proses atau kebocoran udara.

    5.2 Conductivity

    Sebagai indicator kontaminasi dari proses dan korosi.

    5.3 CO2

    Untuk menghindari masalah korosi karena CO2.

    5.4 Hardness ( Kesadahan )

    Sama dengan item 5.2 hanya disini untuk kontaminasi dari Cooling Water.

    5.5 Cation Conductivity (Acid Conductivity)

    Hampir sama dengan item 5.2 tapi air condensate dilewatkan Cation exchange resin dulu, sehingga bila terjadi kebocoran (air laut) akan terdeteksi lebih dini.

    5.6 Corrosion Cupon Test

    Ditempatkan dalam system untuk mengetahui berapa rate korosi dari air condensate.

    5.7 Corrosion Product Test

    Bila kadar Fe / Cu = 0 – 50  g/L under control.
    Dapat juga dengan estimasi visual memakai mebrane filter 0.45

    Kualitas Feed Water untuk Boiler bertekanan 1000 – 1500 PSIG :

    PARAMETER LIMIT
    PH ( All Fe ) 9.3 – 9.6
    PH ( Cu Heater 8.8 – 9.2
    Total Hardness Ppb as CaCO3 < 20
    Dissolved O2 Ppb as O2 20 max
    Silica Ppb as SiO2 2000 max
    Iron Ppb as Fe 10 max
    Cupper Ppb as Cu 5 max
    Organic Ppb as TOC 2000 max
    Cation Condy ( PO4 ) s/cm 0.5 max (PO4)
    Cation Condy ( AVT ) s/cm 0.2 max (AVT)
    PO4 = Phosphate Treatment
    AVT = All Volatile Treatment

  27. setelah saya membaca makalah diatas ada pertanyaan yang timbul, apakah kandungan yang terdapat dalam kotoran sapi

  28. NIce blog, variatif banget pertanyaannya, bikin keteteran adminnya.. untuk masalah water and waste ato sewage hingga pure water , monggo dikirim ke sentrakemindo@yahoo.com..saya kebetulan sedikit faham mengenai masalah tersebut.. kami bergerak di bisnis water sejak 1994.. walopun saya bukan alumni smk kimia..akan saya bantu solving problemnya.rgs. gunawan.

  29. pak, sebelumnya salam kenal, ada beberapa pertanyaan yang mau saya tanyakan.Di rumah, saya menggunakan mesin RO, karena filter membran ro tidak bisa di reffil, akhirnya saya modifikasi dengan menggunakan filter membran RO yang bisa direfill, kemudian saya pasang filter tersebut, tetapi sebelum masuk ke alat RO( yang didalamnya terdapat 4 filter lainnya selain membran RO) saya tambahkan 2 filter lagi yaitu, carbon block, dan filter kation baru masuk ke alat RO, anehnya setelah saya coba, koq airnya mula2 rasanya agak asam dan terasa kesat? apakah tidak dianjurkan untuk menggunakan air dari hasil pertukaran ion (filter resin)?

  30. berapa nilai kisaran kesadahan secara optimum?
    apakah dampak yang akan terjadi bila kisaran kesadahan tidak optimum?

    tlg di jwb ya, mkasih sebelumnya ^_^

  31. lihat standar permenkes atau LH. Kesadahan yang tidak optimum berarti tidak sesuai standar (harus di adjustment). Sadah menyebabkan kerak dan sabun tidak berbuih.

    Regards.

  32. apakah suatu koagulan yang mengandung protein, atau gugus amina dapat menaikan kesadahan???
    faktor-faktor apa saja yang dapat menaikan kesadahan

  33. dirumah saya,saya mengunakan air sumur.warna secara visual sangat bening. sudah saya endapkan sampai tiga kali duapuluh empat jam,masih tetap bening/warna tidak berubah.dengan TDS 700ppm.
    Pertanyaan saya adalah.
    1.apa penyebap TDS nya bisa mencapai 700ppm.
    2.bebahaya kah bagitubuh jika saya kosumsi
    3.kandungan apa saja yang terlarut didalam nya
    3.Bagaimana cara menurun kan TDS
    Terimakasih atas jawaban nya

  34. Maaf mas, saya ingin menanyakan bagaimana konsentrasi pada air sadah , apakah tinggi atau rendah? Karena saya ingin menghubungkan dengan teori difusi untuk bahan tambahan pada skripsi saya, mohon bantuannya. terimakasih banyak.

  35. Maaf mas, saya ingin menanyakan bagaimana konsentrasi pada air sadah , apakah tinggi atau rendah? Karena saya ingin menghubungkan dengan teori difusi untuk bahan tambahan pada skripsi saya, mohon bantuannya. terimakasih banyak..

  36. permisi pa/bu saya ingin bertanya

    kesadahan kan dapat menimbulkan scale (kerak) pada pipa maupun pada Boiler. nah untuk mencegahnya mengguakan anti scalant atau trisodium phospat (Na3PO4)

    lalu yang ingin saya tanyakan adalah

    H2O + CaCO3 + Na3PO4 –> lantas reaksi kimianya seperti apa ya?

    terima kasih mohon bantuannya.

  37. deret volta/ nerst
    Na2CO3 + Ca3(PO4)2

    Na2CO3 ne unstable —–> Na+ + CO2 + H2O (.rodho lali sithik)

    Lengkap nya
    2Na3PO4+3CaCO3=3Na2CO3+Ca3(PO4)2↓
    6Na+ + 2PO4 3- + 3Ca 2+ + 3CO3 2- = 6Na+ + 3CO3 2- + Ca3(PO4)2
    3Ca 2+ + 2PO4 3- =Ca3(PO4)2

    semoga bisa membantu
    by Arifin Pararaja

  38. Sy jg sama2 msh belajar..
    Nurunin TDS nya yg paling mudah dg filter karbon aktif sblm msuk filter klo bisa diendapkan dulu ..biasanya udh brkurang TDS nya..
    Klo dirasa kurang lanjutkan dg proses RO distep sini yakin udh bisa dikonsumsi tp perlu tretment lagi.

    Pengin kcl lgi yo destilasi dan deionisasi,

    TDS tinggi krn selain zat padat terlarut jg mengandung smua yg terlarut diluar molekul aIr murni biasanya dr limbah industri,kotoran.,lumpur…

    Ref by Budi Budianto 95

  39. artikelnya bagus n saya masih penasaran dengan paragraf berikut.

    “Dalam kaitannya dengan proses biologi, GH lebih penting peranananya dibandingkan dengan KH ataupun kesadahan total. Apabila ikan atau tanaman dikatakan memerlukan air dengan kesadahan tinggi (keras) atau rendah (lunak), hal ini pada dasarnya mengacu kepada GH. Ketidaksesuaian GH akan mempengaruhi transfer hara/gizi dan hasil sekresi melalui membran dan dapat mempengaruhi kesuburan, fungsi organ dalam (seperti ginjal), dan pertumbuhan. Setiap jenis ikan memerlukan kisaran kesadahan (GH) tertentu untuk hidupnya. Pada umumnya, hampir semua jenis ikan dan tanaman dapat beradaptasi dengan kondisi GH lokal, meskipun demikian, tidak demikian halnya dengan proses pemijahan. Pemijahan bisa gagal apabila dilakukan pada nilai GH yang tidak tepat.”

    mohon penjelasan lebih jauh hubungan GH dengan proses biologi khususnya ikan dan berapa takaran yang ideal/tepat untuk proses pemijahan ikan atau adakah rujukan artikelnya?

    trima kasih

  40. Bagus….

    Sy bc ini krn sy pny mslh dgn air PAM d rmh…, 9
    Nilai yg amat sgt tdk baik tuk ikan sy…, bs berutahu sy bagaimana cr alami tuk menetralkannya mnjd 7

    Mnrt teman2 mrk nyebut nya PH…

    Mohon bantuannya…

    Thanks

  41. Halo salam kenal pak Arifin.
    Saya tertarik dengan uraian Mix Bed Deionization (DI?).
    Baru2x saya mendapatkan sebuah DI Canister (berbentuk seperti tabung gas elpiji 5 kg, cuma sedikit lebih besar) dari seorang perngurus rumah tangga yg bekerja di rumah atase dagang Kedubes Amerika.
    Karena majikannya habis masa tugasnya, beberapa barang ditinggalkan, termasuk DI Canister tsb.
    Cuma kata pengurus RT tsb, biaya untuk penggantian DI Resinnya agak mahal, sehingga akhirnya dia memberikannya kepada saya.
    Memang setelah saya tanya, harga resin kation dan anion cukup mahal dalam kemasan 1 zaknya.
    Tapi ada yg bilang katanya 2 resin itu bisa diregenerate.
    1 pake larutan Asam dan lainnya pake larutan Basa.
    Cuma saya bingung bagaimana cara memisahkan resin kation dan anion yg sudah tercampur tsb agar masing2x bisa diregenerate dan dipakai kembali?

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s