BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Air
Air dalam defenisi ilmiah adalah senyawa hidrogen dan oksigen dengan rumus kimia H2O. Berdasarkan sifat fisiknya terdapat tiga macambentuk air yaitu:
air sebagaibenda cair, air sebagai benda padat, dan air sebagai benda gas atau uap. Air berubah bentuk yang satu ke bentuk lainnya tergantung pada waktu dan tempat serta temperaturnya. (Dumairy. 1992)
Pada Zaman sekarang ini, IPTEK yang semakin maju dan canggih, kehidupan dan hidup manusia diwarnai oleh berbagai aktifitas yang semakin meningkat sebagai akibat daripada populasi dan kegiatan manusia yang semakin bertambah. Di dalam industri, air juga memegang peranan penting, misalnya sebagai pendingin, pengangkut limbah, sebagai bahan baku untuk produksi uap di dalam boiler dan lain- lain.
Pemakaian air secara garis besar dapat diklasifikasikan kedalam empat golongan berdasarkan tujuan penggunaannya yaitu:
- Air untuk keperluan iriasi adalah air yang digunakan dalam sistem pertanian, dikonsumsi oleh tanaman dan lahan tempatnya bertumbuh. - Air untuk keperluan pembangkit tenaga energi adalah air yang digunakan
untuk menggerakkan turbin pembangkit tenaga listrik bertenaga air dan untuk menggerakkan mesin industri.
- Air untuk keperluan publik adalah air yang digunakan untuk kepentingan manusia. Air untuk konsumsi domestik maksudnya adalah air yang dikonsumsi oleh rumah tangga. (Gultom, J. 1993)
2.2. Sifat Umum Air
2.2.1. Sifat fisik
a. Titik beku 00 C.
b. Masa jenis es (00 C) 0,92 g/cm3.
c. Masa jenis air (00 C) 1,00 g/cm3. d. Panas lebur 80 kal/g.
e. Titik didih 1000 C.
f. Panas penguapan 540 kal/g. g. Temperatur kritis 3470 C.
h. Tekanan kritis 217 Atm.
i. Konduktivitas listrik spesifik (250 C) 1 × 10-17 / ohm-cm.
j. Konstanta dielektrik (250 C).
2.2.2. Sifat Kimia
dalam air itu bukan melalui suatu reaksi kimia melainkan terlarut dari suatu substansi misalnya dari batu andesit (dari batu vulkanis). (Gabriel, J. F. 2001)
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) and temperatur 273,15 K (0 °C).Air sering disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat kimia. Air berada dalam kesetimbangan dinamis antara fase cair dan padat di bawah tekanan dan temperatur standar. Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen (H+) yang berasosiasi (berikatan) dengan sebuah ion hidroksida (OH-). (https://id.wikipedia.org/wiki/Air)
2.3. Sumber Air
Air tawar berasal dari dua sumber yaitu air permukaan dan air tanah.
2.3.1. Air Permukaan
Air permukaan adalah air yang berada di sungai, danau, waduk, rawa, dan badan air lainnya yang tidak mengalami infiltrasi ke bawah tanah.
Perairan permukaan diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama, yaitu badan air tergenang dan badan air mengalir.
2. Perairan mengalir dipengaruhi oleh kecepatan arus, jenis sedimen dasar, erosi dan sedimentasi. Salah satu contoh perairan mengalir adalah sungai. Pada perairan sungai biasanya terjadi pencampuran massa secara menyeluruh. (Effendi, H. 2003)
2.3.2. Air Tanah
Air tanah (ground water) merupakan air yang berada dibawah permukaan tanah. Perairan tanah terbagi atas: air tanah dangkal, air tanah dalam dan mata air.
1. Air Tanah Dangkal
Air tanah dangkal terjadi karena daya proses penyerapan air dari permukaan tanah. Lumpur akan tertahan, demikian pula dengan sebagian bakteri, sehingga air tanah akan jernih tetapi lebih banyak mengandung zat kimia (garam- garam yang terlarut) karena melalui lapisan tanah yang mempunyai unsur- unsur kimia tertentu untuk masing- masing air tanah. Air tanah dangkal dapat pada kedalaman 15,00 m. Air tanah ini dimanfaatkan sebagai sumber air minum. Air tanah dangkal memiliki kualitas agak baik.
2. Air Tanah Dalam
sadah, karena mengandung Ca(HCO3)2 dan Mg(HCO3)2.Air sadah tidak baik
dalam penggunaannyakarena:
a. Terlalu boros dala pemakaian sabun
Hal ini dapat terjadi karena air sudah mengandung Ca++ yang jika bereaksi dengan C17H35COONa (sabun) akan terjadi endapan C17H35(COO2)Ca yang
menyebabkan tidak terbentuknya busa sabun. Setelah Ca habis, barulah busa akan terbentuk.
b. Mengganggu pada ketel- ketel air, dimana terjadi reaksi: Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2
Dengan terjadinya endapan CaCO3 sebagai batu ketel, maka hal ini sangat
mengganggu dalam pemindahan panas (ada beda suhu) sehingga terjadi ledakan pada ketel – ketel air atau sumbatan pada pipa- pipa.
3. Mata Air
Mata air adalah air tanah yang keluar dengan sendirinya ke permukaan tanah. Mata air yang berasal dari tanah dalam, hampir tidak terpengaruh oleh musim. (Sutrisno, C.T. 1992)
2.4. Mutu Air
Nilai- nilai parameter mutu yang dipergunakan untuk meninjau kecocokan suatu air tertentu bagi pemakaian tertentu sering disebut kriteria. Kriteria mutu air adalah nilai- nilai yang didasarkan pada pengalaman dan kenyataan ilmiah yang dapat dipergunakan oleh pemakainya. Untuk mendapatkan manfaat- manfaat relative dari air tertentu, sedangkan baku mutu air biasanya ditetapkan oleh badan- badan pengaturan.
Kualitas air ditentukan berdasarkan keadaan air dalam keadaan normal, dan bila terjadi penyimpangan dari keadaan normal disebut sebagai air yang mengalami pencemaran, atau disebut air terpolusi. Air yang berkualitas baik harus bebas dari senyawa pencemar toksik, bebas bakteri (mikroorganisme) dan tidak berwarna. Untuk memberikan gambaran tentang kualitas air maka secara umum kualitas air ditentukan berdasarkan kelarutan zat padat didalam air, konduktivitas ionic, kelarutan oksigen, pH dan total organik karbon. (Situmorang, M. 2006)
2.5. Pemantauan Kualitas Air
Peraturan pemerintah No. 20 tahun 1990 mengelompokkan kualitas air menjadi beberapa golongan menurut peruntukannya. Adapun pengolongan air ini menurut peruntukkannya yaitu:
- Golongan I : Air yangdapat digunakan sebagai air minum secara langsung tanpa pengolahan terlebih dahulu.
- Golongan II : Air yang dapat digunakan sebagai air baku untuk air minum. - Golongan III: Air yang dapat digunakan untuk keperluan perikanan dan
- Golongan IV: Air yang dapat digunakan untuk keperluan pertanian, usaha di perkotaan, industri, dan pembangkit listrik tenag air. (Effendi, H. 2003)
2.6. Parameter Kualitas Air
2.6.1. Parameter Fisik Air
Parameter fisik air ada 6 yaitu: padatan, kekeruhan, warna, rasa dan bau, suhu, dan daya hantar listrik.
1. Padatan
Bahan padatan yang terdapat pada air digolongkan pada terlarut dan tersuspensi. Konsentrasi padatan dalam air dapat dipakai sebagai pertimbangan untuk pemanfaatan dan metode pengolahan air tersebut. Bahan padat (solid) adalah bahan yang tertinggal sebagai residu pada penguapan dan pengeringan pada suhu 1030- 1050 C. Dalam analisa air dikenal beberapa istilah tentang bahan padatan. Istilah itu adalah:
- Dissolved solids dan undisolved solids - Volatile solids dan fixed solids
- Settleable solids dan unsettlebele solids 2. Kekeruhan
meliputi: tanah liat, lumpur, bahan- bahan organik yang tersebar baik dan partikel- partikel kecil yang tersuspensi lainnya.
3. Warna
Warna air tergantung dari zat yang terkandung didalamnya. Intensitas warna diukur dengan perbandingan visual dari contoh air yang bersangkutan. Intensitas warna dalam air diukur dengan satuan unit standart, yang dihasilkan oleh 1 mg/ liter platina.
4. Rasa dan Bau
Rasa dan bau terutama disebabkan oleh kandungan bahan organik yang membusuk dari bahan kimia yang menguap.
5. Suhu
Suhu air merupakan hal yang penting dikaitkan dengan tujuan pemakaian. Suhu air tergantung pada sumbernya. Disamping itu, temperature pada air mempengaruhi secara langsung toksisitas banyak bahan kimia pencemaran, pertumbuhan mikroorganisme dan virus.
6. Daya Hantar Listrik
Daya hantar listrik disebabkan oleh adanya ion positif (+) dan ion negatif (-) dan partikel-partikel kimia. (Linsley, K. R. 1995)
pH dapat dikatakan sebagai petunjuk kadar asam atau basa dalam suatu larutan melalui konsentrasi ion hidrogen H+. Ion hidrogen merupakan faktor
utama untuk mengerti reaksi kiamiawi dalam ilmu teknik penyehatan karena: - H+ selalu ada dalam keseimbangan dinamis dengan air (H2O) yang
membentuk suasana untuk semua reaksi kimia yang berkaitan dengan masalah pencemaran air dimana sumber ion hidrogen tidak pernah habis. - H+ tidak hanya merupakan unsur molekul H
2O saja tetapi juga merupakan
unsur banyak senyawa lain, hingga jumlah reaksi tanpa H+ dapat dikatakan hanya sedikit saja.
Didalam penyediaan air, pH merupakan faktor yang harus dipertimbangkan mengingat bahwa derajat keasaman dari air akan sangat mempengaruhi aktivitas pengolahan yang akan dilakukan, misalnya dalam melakukan koagulasi kimia, desinfeksi, pelunakan air (water softening) dan dalam pencegahan korosi. (Alaert dan Sri, S. 1984)
2. Alkalinitas
Alkalinitas air adalah pengukuran kapasitasnya untuk menetralisir asam-asam. Pada air alamiah, alkalinitas dikaitkan dengan konsentrasi bikarbonat, karbonat, dan hidroksidanya. Alkalinitas keseluruhan biasanya dinyatakan dengan padanan kalsium karbonat dalam milligram per liter. Keasaman dinyatakan dalam jumlah kalsium karbonat yang dibutuhkan untuk menetralisir air itu. (Linsley, K. R. 1995)
Alkalinitas dalam air disebabkan oleh ion- ion karbonat (CO32-),
bikarbonat (HCO3), hidroksida (OH-) dan juga borat (BO33-), fosfat (PO43-), silikat
sulfat (H2SO4) dan asam klorida (HCl) menetralkan zat- zat alkalinitas yang
merupakan zat basa sampai titik akhir titrasi kira- kira pada pH 8,3 dan pH 4,5. (Alaert danSri, S. 1984)
Pada penentuan nilai alkalinitas secara titrimetrik, diasumsikan bahwa titran yang berupa asam hanya akan bereaksi dengan garam-garam karbonat. Tahap awal dari penentuan alkalinitas adalah dengan penambahan indicator phenolphthalein. Jika terbentuk warna merah muda (pink), berarti di dalam larutan tersebut terdapat karbonat atau bikarbonat atau hidroksida. Selanjutnya dilakukan titrasi hingga warna pink terpat menghilang pada pH sekitar8,3. Pada kondisi ini terjadi reaksi:
H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2H2O (6.41)
H2SO4 + 2CaCO3 CaSO4 + Ca(HCO3)2 (6.42)
Pada persamaan reaksi (6.41) semua ion OH- telah mengalami konversi secara sempurna. Pada persamaan reaksi (6.42) setiap ion karbonat beraksi dengan satu ion hidrogen untuk menghasilkan ion bikarbonat.
Bikarbonat masih merupakan ion penyusun alkalinitas. Jadi sebenarnya konversi karbonat pada pH 8,3 ini hanya berlangsung setengahnya sehingga perlu ditambahkan asam (titran) untuk mengkonversi bikarbonat menjadi asam karbonat. Dengan kata lain titrasi dilanjutkan dengan bantuan indikator methyl orange. Perbahan warna akan terjadi pada pH 4,4. Reaksi yang terjadi ditunjukkan dalam persamaan reaksi:
H2SO4 + Ca(HCO3)2 CaSO4 + H2CO3 (6.43)
terpakai pada penentuan nilai alkalinitas phenolphthalein dengan jumlah tiran pada pembentukan asam karbonat pada reaksi (6.43) merupakan nilai alkalinitas total. (Effendi, H. 2003)
Dimana titik akhir tirasi dapat ditentukan oleh:
- Jenis indikator yang dipilih dimana warnanya berubah- ubah pada pH titik akhir titrasi.
- Perubahan nilai pH, pada pH meter waktu titrasi asam basa memperlihatkan titik akhir titrasi/ekivalen. (Alaert dan Sri, S. 1984)
Jika P adalah volume titran (H2SO4 0,02 N) yang dibutuhkan untuk
mencapai pH 8,3 (alkalinitas karbonat) dan M adalah jumlah total titran yang diperlukan untuk mencapai pH 4,4 (alkalinitas total) maka hubungan antara kedua nilai tersebut sebagai berikut:
Jika P = M maka penyusunan alkalinitas sepenuhnya hidroksida (OH-)
Jika P = ⁄ M maka penyusunan alkalinitas sepenuhnya karbonat (CO32-)
Jika P = 0 maka penyusunan alkalinitas sepenuhnya bikarbonat (HCO3-)
Jika P < ⁄ M maka penyusunan alkalinitas adalah karbonat dan bikarbonat
Jika P > ⁄ M maka penyusunan alkalinitas adalah hidroksida dan karbonat.
(Effendi, H. 2003)
Adapun gangguan yang dapat terjadi pada saat analisa alkalinitas serta pencegahannya yaitu:
2. Amoniak tinggi jangan dihilangkan melainkan dianalisa karena merupakan alkalinitas juga.
3. Karbondioksida akan mempengaruhi alkalinitas suatu sampel yang terbuka terhadap udara, hal ini dapat diatasi dengan melakukan pengocokan, pengadukan dan penyaringan.
4. Pengenceran sampel dilarang karena air pengenceran mempunyai alkalinitas yang berbeda.
5. Pemanasan sampel tidak boleh dilakukan karena mengurangi karbondioksida terlarut, sehingga alkalinitas berkurang pula. (Alaert dan Sri, S. 1984)
Satuan alkalinitas dinyatakan dalam mg/ liter kalsium karbonat (CaCO3)
atau mili- ekuivalen/ liter. Selain bergantung pada pH, alkalinitas juga dipengaruhi oleh komposisi mineral, suhu, dan kekuatan ion. Pada air mendidih, alkalinitas hanya terdiri atas karbonat dan hidroksida (Sutrisno, C. T. 1992)
Kelebihan ion Ca atau ion CO3 (salah satu ion alkalitas) mengakibatkan
terbentuknya kerak pada dinding pipa yang disebabkan oleh endapan kalsium karbonat (CaCO3). Kerak ini akan mengurangi penampang basah pipa dan
menyulitkan pemanasan air dalam ketel. (Alaert dan Sri, S. 1984)
2.7.Pengenalan Boiler
Boiler adalah suatu bejana yang berisi air diman secara kontiniu air itu diupkan dan membentuk steam dari pemanasan yang berasal dari dapur api.
uap jenuh (saturated steam) dan uap kering (superheated steam). Boiler yang dijumpai di PKS umumnya jenis pipa pengasil uap basah dan uap kering. Uap yang dihasilkan oleh boiler akan bersingungan dengan miyak sawit dalam proses pengolahan, oleh sebab itu kondisi uap yang dihasilkan oleh boiler hendaknya tidak mengurangi mutu minyak sawit dan inti sawit yang dihasilkan. (Muin, S. A.1998)
2.7.1. PengolahanAir Untuk Boiler
Air harus disediakan dan dialirkan kedalamboiler dalm jumlah yang sama dengan laju produksi uap air panas yan akan diproduksi oleh boiler. Secara normal air mengadung bahan- bahan lain dalam bentuk padatan tersuspensi, padatan terlarut dan beberapa gas. Oksigen yang terdapat dalam air yang akan masuk kedalam boiler serta karbon dioksida yang diproduksi dalam boiler akan bersama- sama dengan uap meninggalkan boiler. Gas- gas tersebut dapat menyebabkan karatan dan masalah- masalah lain. Boilernya sendiri dapat berkarat dan rapuh, sehingga mengalami pengurangan kekuatan dalam menahan tekanan tinggi.
Tujuan penambahan bahan kimia dalam proses pengolahan air umpan boiler adalah sebagai berikut:
- Bereaksi dengan kesadahan dan kandungan silika air umpan dan mencegah pengendaannya pada permukaan logam ketel sebagai kerak. Ion- ion kalsium diendapkan dalam bentuk kalsium hidroksi apatit {3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2} dan kalsium karbonat (CaCO3). Da ion- ion
magnesium dan silica diendapkan dalam bentuk MgSiO2 dan Mg(OH).
- Menjadikan zat- zat tersuspensi sebagai lumpur, kesadahan dan besi oksida menjadi suatu massa yang tidak melekat pada logam ketel Pengaturan agar sifat lumpur tidak melekat pada logam ketel dilakukan dengan penggunaan bermacam- macam bahan organik yang masuk golongan tanin dan lignin.
- Menyediakan perlindungan anti busa untuk memungkinkan pemekatan padatan terlarut dan tersuspensi dalam air ketel pada taraf tertentu tanpa terjadi kejenuhan.
- Menghilangkan oksigen dari air yan menyediakan alkalinitas yang cukup untuk mencegah korosi ketel. Sejumlah oksigen dapat terbawa dalam air umpan meskipun sudah terlewati tahap aerasi. (Austin, T. G. 1996)
2.7.2. Masalah Pada Boiler
Air yang digunakan pada boiler yang kurang memenuhi standart yang ditentukan akan menimbulkan masalah-masalah sebagai berikut:
dari hasil produksi. Dimana pencegahan deposit ini dapat dilakukan dengan meminimalkanmasuknya zat- zat tersuspensi yang terdapat pada air umpan boiler.
- Pembentukan kerak yakni dapat pula disebabkan oleh ion- ion kesadahanyang terdapat pada air umpan boiler, dimana pembentukan kerak ini dapat ditangulangi dengan mengurangi ion- ion kesadahan pada air boiler dan menggunakan blowdown secara teratur jumlahnya.
- Pembentukan korosi yakni dapat disebabkan karena terjadi peristiwa pembentukan kembali logam- logam kebentuk aslinya. Ini dapat diatasi dengan mengurangi logam- logam yang menyebabkan korosi dan mengatur pH dan alkalinitas pada air boiler. (Pusdiklat PT. Perkebunan Nusantar III. 2005)
2.7.3. Perawatan Boiler
Didalam pesawat boiler dapat dilakukan dengan memperhatikan kualitas air. Air yang dipergunakan harus memenuhi standart yang sudah ditentukan, selain itu volume air boiler tidak melebihi batas yang sudah ditentukan. (naibaho, P. M. 1998)
Ada empat cara untuk mengolah atau memperbaiki mutu air yang akan digunakan pada boiler yaitu:
- Penambahan bahan kimia pada air mentah sebelum dimasukkan kedalam boiler.
- Penambahan beberapa jenis senyawa kimia kedalam air didalam boiler seperti natrium fosfat yang mampu menyebabkan garam kalsiumyang larut, mengendap dan ditampung kemudian dibuang.
- Dilakukan dekonsentrasi atau blowdown dari boiler pada waktu sering terjadi pemanasan, dimana tekanan boiler digunakan untuk memaksa air yang mengandung suspensi kotoran keluar dari boiler.(Walid, M. 1989)
2.8. Demineralisasi
Sistem Demineralisasi sangat banyak digunakan, bukan saja untuk pengolahan air umpan ketel uap tekanan tinggi, tetapi juga untuk berbagai air proses dan air cuci.Pemilihan sistem penukar ion untuk ini bergantung pada komposisi air mentah. Penyingkiran garam, atau demineralisasi biasanya diterapkan dalam proses unuk demineralisai parsial atau total air yang berkadar garam tinggi seperti air laut. (Austin, T. G. 1996)
Demineralisasi merupakan tempat penukar ion. Demineralisasi terdiri dari dua jenis yaitu:
a. Penukar Kation
Unit penukar kation mengandung asam kuat dan asam lemah yang berikatan dengan resin sebagai bahan dasar, seperti R-SO3-, R-PO3-, dan
RC6H5O-.
Penukar ion terbentuk padatan dengan spesifikasi sebagai berikut: - Menandung ion sebagai tempat pertukaran ion.
- Tidak larut dalam air
- Pertukaran kation memiliki muatan negatif dan penukar anion memiliki muatan positif dalam kerangka resin.
Apabila resin telah jernih maka perlu dilakukan regenerasi dengan penambahan Na2+, sehingga resin aktif kembali sebagai penukar ion. Didalam penukar kation mengurangi kesadahan air yang disebabakan oleh garam- garam kalsium dan magnesium.
2R-H + Ca2+ R2Ca + 2H+
2R-H + Mg2+ R2Mg + 2H+
b. Penukar Anion
Unit ini hampir sama dengan penukar kation, dimana alat ini menukar anion yang terdapat di dalam air. Bahan dasarnya adalah resin sebagai tempat pertukaran ion, seperti R-NH3+, R-NH2-R+ dan R-H+. Pada alat ini dapat
menyerap anion dari asam karbonat, sulfat dan silikat yang dihasilkan dari kation, disamping itu juga mengurangi garam- garam alkali.
2R-OH + SO42- R2SO4 + 2OH
