1 | Utilitas
AIR
Sumber Air 1. Air laut 2. Air tawar a. Air hujan b. Air permukaanImpurities (Pengotor) air permukaan akan sangat tergantung kepada lingkungannya, seperti
- Peptisida - Herbisida
- Limbah industry - Mineral alam lainnya
Kerugian : Komposisi impurities air permukaan cenderung tidak konstan Keuntungan : tersedia dalam jumlah yang besar
c. Air tanah
- Sumur dangkal (5 – 20 m) - Sumur dalam (> 200 m)
Keuntungan : Impurities air tanah lebih sedikit dan lebih konstan. Kerugian : ketersediaan jumlah air yang terbatas
Penggunaan air dalam industry
Penggunaan air dalam industry, pada dasarnya untuk mendukung beberapa system, antara lain :
1. System pembangkit uap (boiler) 2. System pendingin
3. System proses
4. Sisten pamadam kebakaran 5. System sanitasi/MCK
2 | Utilitas
Kimia Air
A. Komposisi kimia air
Secara kimia air terbentuk dari dua atom hydrogen dan satu atom oksigen : H2 + ½ O2 H2O
Air merupakan pelarut yang baik, baik terhadap zat organic maupun anorganik, sehingga menjadikan air tidak murni lagi dan berpengaruh terhadap sifat dankarakteristiknya.
Zat-zat yang terlarut dalam air ;
- Kation : Na+, K+, Ca++. Mg++, Fe++, Mn++, Ba++, Al+++ - Anion : Cl-, SO4-2, CO3-2, HCO3-, OH-,
- Gas : O2, H2S, CO2
Satuan Konsentrasi Air
1. Milligram per liter (mg/l) 2. Part per million (ppm)
3. Miliequivalen per liter (meq/l) 4. Sebagai CaCO3
1. Milligram per liter (mg/l)
Adalah milligram zat yang terdapat dalam 1 liter larutan 2. Part per million (ppm)
Adalah satu bagian zat dalam satu juta bagian larutan 3. Berat ekivalen
adalah berat atom atau molekul dibagi valensi
( ) ( ) ( )
3 | Utilitas Contoh ;
( )
( ) ( )
1. Jika analisisa air menunjukan adanya 1000 mg/l Ca+2 dan 1000 mg/l SO4-2. Berapa CaSO4 yang dapat terbentuk ?
Jawab :
Dalam bentuk eqivalen,
Ca+2 + SO4-2 CaSO4
(Berat ekivalen Ca+2) + (berat eqivalen SO4-2) = (berat ekivalen CaSO4) + = ( )
4 | Utilitas
4. Ekivalen sebagai CaCO3
Dipakai pada perhitungan proses pelunakan air (water softening) dan sebagai satuan standar untuk alkalinitas dan kesadahan (hardness)
Konsentrasi zat A dapat dinyatakan sebagai konsentrasi ekivalen zat B : ( ) ( ) ( ) ( ) Contoh ;
Berapa ekivalen sebagai CaCO3 dari : a. 117 mg/l NaCl b. 0,02 mol NaCl Jawab ; a.
b.
5 | Utilitas
Reaksi Hidrolisa
Adalah reaksi kimia, dimana suatu senyawa bereaksi dengan air untuk membentuk asam atau basa.
Reaksi hidrolisa menyebabkan :
1. Perubahan keasaman dan alkalinitas larutan, dan
2. Perubahan kecenderungan pengendapan kerak, korosi pada logam, dan masalah-masalah kimia lain.
Zat yang larut dalam air, seperti ion hidroksil (OH-) atau karbonat (CO3-2) akan menghasilkan larutan basa (alkali), diantaranya :
1. Amoniak (NH3), Amonium hidroksida (NH4OH) 2. Natrium Hidroksida (NaOH)
3. Natrium Karbonat/soda abu (Na2CO3) 4. Natrium bikarbonat/baking soda (NaHCO3)
Asam adalah zat yang menyebabkan ion hydrogen (H+) bertambah,dan menyebabkan larutan bersifat asam, al:
1. Asam khlorida (HCl)(asam muriat) 2. Asam sulfat (H2SO4)
3. Asam asetat (CH3COOH)(asam cuka) 4. Asam karbonat (H2CO3)
Reaksi asam dan basa akan menghasilkan garam, sehingga larutan akan bersifat netral, alkali atau asam.
6 | Utilitas
NaOH + H2CO3 NaHCO3
Bs. Kuat as. Lemah
Bersifat asam
2 Fe(OH)3 + 6 HCl 2 FeCL3 + 6 H2O
Bs lemah as kuat
Beberapa sifat kation logam dan garamnya
1. Semua garam yang berasal dari Na dan K bersifat sangat larut dalam air. Garam-garam yang dibentuk khlorida dan sulfat bersifat netral, sedangkan garam bikarbonat, karbonat dan hidroksida bersifat alkali.
2. Garam sulfat dari Ca, Mg, Ba, dan Sr larut dalam air, tetapi kelarutan garam sulfatnya mengikuti aturan : BaSO4 < SrSO4 < CaSO4 < MgSO4
Garam karbonat dan hidroksida dari Ca, Mg, Ba, dan Sr mempunyai kelarutan yang rendah dalam air dan yang paling rendah Mg(OH)2
Ba(OH)2 > Sr(OH)2 > Ca(OH)2 > Mg(OH)2
3. Garam klorida dan sulfat dari besi, mangan dan aluminium larut dalam air dan besifat asam.
TUGAS :
1. Berapa gram karbonat yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 120 gram Ca untuk membentuk kalsium karbonat.
2. Dari analisa air diketahui terdapat 400 mg/l Ca+2, 100 mg/l Ba+2, 200 mg/l Mg+2, 1000 mg/l SO-4. Hitung ;
a. CaSO4,BaSO4, MgSO4 terbentuk b. Dalam eqivalen sebagai CaCO3
7 | Utilitas
TUGAS : TK – 2B
3. Berapa gram karbonat yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 150 gram Ca untuk membentuk kalsium karbonat.
4. Dari analisa air diketahui terdapat 300 mg/l Ca+2, 200 mg/l Ba+2, 100 mg/l Mg+2, 1000 mg/l SO-4. Hitung ;
c. CaSO4,BaSO4, MgSO4 terbentuk d. Dalam eqivalen sebagai CaCO3
Tugas :
1. Berapa gram Ca yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 90 gram karbonat untuk membentuk kalsium karbonat.
Jawab :
Berat ekivalen karbonat = [12 + 3 x 16]/2 = 30 gr/eq Berat ekivalen kalsium = 40/2 = 20gr/eq
Senyawa hanya dapat dibentuk dengan jumlah ekivalen yang sama 90 gr CO-2 = 90 gr/30gr/eq = 3 eq
Jadi Ca yang dibutuhkan = 3 eq
8 | Utilitas
Kesetimbangan
Umumnya zat padat berbentuk Kristal terionisasi dalam air
1. CaO + H2O Ca+2 + 2 OH- (irreversible)
2. NaCL + H2O Na+ + Cl- + H2O (reversible)
Merupakan tanda reaksi reversible dan pada keadaan setimbang, reaksi : Ax By x A + y B
Padatan ionic Persamaan kesetimbangan :
K adalah konstanta kesetimbangan
[A], [B] adalah konsentrasi zat A dan B saat setimbang
Saat setimbang fasa padat tidak berubah karena laju pelarutan dan pengendapan sama, sehingga ;
[Ax By] = Ks = konstan Dan
[A]x [B]y = K . Ks = Ksp
Ksp adalah hasil kali kelarutan untuk pasangan ion
Jika konsentrasi salah satu ion atau kedunya bertambah besar, maka akan menyebabkan harga Ksp bertambah besar, dan pengendapan akan terjadi untuk mempertahankan keadaan kesetimbangan.
Soal :
Ksp untuk disosiasi Mg(OH)2 adalah 9 . 10-12. Tentukan konsentrasi Mg+2 dan OH -pada saat kesetimbangan, dinyatakan sebagai mg/l CaCO3
Jawab :
9 | Utilitas √ Sebagai CaCO3
10 | Utilitas
Analisa Air
Adanya zat-zat terlarut dalam air akan menyebabkan kualitas dan karakteristik air akan berubah, yang antara lain :
1. Keasaman
Disebabkan oleh : gas CO2, asam-asam organic, asam-asam mineral, dan hasil hidrolisa.
2. Alkalinitas
Disebabkan oleh ; bikarbonat, karbonat, hidroksida
3. pH
diukur dari aktifitas ion hydrogen
4. Salinitas
digunakan untuk menggolongkan kandungan mineral yang terlarut dalam air. Seperti ; salinitas klorida menyatakan konsentrasi total keberadaan klorida dalam air.
5. Densitas
6. Padatan Terlarut Total (TDS)
Menunjukan jumlah ion terlarut yang disajikan oleh analisa air.
7. Spesifik Grafity (sp gr).
Adalah nisbah antara densitas air yang dianalisis terhadap air murni pada suhu tertentu. Alat ukur spesifik graffiti adalah hydrometer, dan dikalibrasi pada suhu 4 oC. Jika analisa air dilakukan diatas suhu 4 oC, maka akan dilaporkan sebagai
8. Padatan Tersuspensi Total (TSS)
Menyatakan berat dari zat-zat yang tidak larut atau zat-zat yang tersuspensi dalam air.
9. Kekeruhan (Tunbidity)
Merupakan sifat optic air yang berhubungan dengan penyerapan dan penyebaran cahaya oleh air.
10. Biochemical Oxygen Demand (BOD)
Menyatakan jumlah kebutuhan oksigen terlarut selama proses penguraian zat-zat organic secara biokimia aerobic.
11. Chimical Oksigen Demand (COD)
Menyatakan jumlah oksigen yang dikonsumsi selama terjadinya oksidasi zat-zat organic secara kimia pada kondisi tertentu.
11 | Utilitas
(01-10-12)
Impurities Air
A. Penyebab impurities air : 1. Padatan tersuspensi 2. Padatan terlarut 3. Gas terlarut
1. Padatan tersuspensi
Dalam air padatan tersuspensi biasanya terdiri dari ; - lumpur,
- humus, - limbah dan - buangan industry.
Padatan tersuspensi akan menyebabkan terbentuknya ; o deposit
o kerak, dan o busa
2. Padatan terlarut
Umumnya kandungan padatan terlarut dalam teridiri dari bahan mineral, al ; MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2, dll.
Akibat dari padatan terlarut diantaranya : Kesadahan (hardnes) dan
12 | Utilitas
A. Kesadahan
Kesadahan air dapat dilihat dari kesukaran pembentukan busa oleh sabun dalam air, yang disebabkan oleh adanya ion-ion kalsium dan magnesium. Ukuran kesadahan dapat diukur dari kesadahan total (total hardness).
Kesadahan total dari sudut kation merupakan jumlah kesadahan kalsium dan kesadahan magnesium.
TH = CaH + MgH
Kesadahan total dari sudut anion :
- Kesadahan karbonat (kesadahan sementara) - Kesdahan non karbonat (kesadahan tetap)
TH = KH + NH
TH = kesadahan total
CaH = kesadahan kalsium = kadar Ca+2
MgH = kesadahan magnesium = kadar Mg+2
KH =kesadahan karbonat = Ca(HCO3) dan Mg(HCO3)2 NH = kesadahan non-karbonat
= CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, dll.
Satuan kesadahan adalah ;
- Milival (mval) = mili equivalen/liter - Mg/l atau ppm sebagai CaCO3
- od = derajat kesadahan jerman = 5,6 mg CaO/liter 1 mval = 50 mg/l sebagai CaCO3 = 2,8 oC
13 | Utilitas
Akibat dari kesadahan dalam air industry adalah pembentukan kerak dalam ketel dan system pendingin.
B. Alkalinitas
Disebabkan oleh adanya senyawa alkali dalam air. Diantaranya ; - Alkalinitas hidroksida (OH-alkalinity)
- Alkalinitas karbonat (CO3-alkalinity) - Alkalinitas bikarbonat (HCO3-alkalinity)
Kemungkinan terdapatnya senyawa penyebab alkalinitas ; 1. Senyawa hidroksida
2. Senyawa karbonat 3. Senyawa bikarbonat
4. Senyawa karbonat dan bikarbonat 5. Senyawa hidroksi dan karbonat 3. Gas terlarut
Gas terlarut dalam air, antara lain, CO2, O2, N2, NH3, NO2, dan H2S. Diantara gas yang menimbulkan korosi ; CO2, O2, NH3
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3
-Gas CO2 bersifat asam, dan jika bergabung dengan air akan menyerang logam, dan yang menjadi penyebab utama terjadinya korosi adalah gas oksigen (ketel dan pendingin).
14 | Utilitas
II.
Pengolahan Air.
Pengolahan Eksternal
Tujuan untuk memperbaiki kualitas air dan penerapan proses-prosesnya
disesuaikan dengan tujuan penggunaan air yang dikehendaki.
Tahapan proses pengolahan eksternal :
1. Pendahuluan
Tujuan untuk memperoleh kualifikasi air yang dikehendaki atau sebagai proses awal untuk penyediaan air dengan kualitas yang lebih tinggi
2. Proses filtrasi
Tujuan untuk menghilangkan zat padat tersuspensi. 3. Proses penghilangan padatan terlarut
Tujuan untuk menghilangkan padatan terlarut tanpa menggunakan metoda pengendapan secara kimia.
1. Pendahuluan
a. Sedimentasi
Tujuan untuk memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non koloidal dalam air, dengan memanfaatkan gaya grafitasi.
Laju pengendapan untuk beberapa partikel
Diameter (mm) nama partikel waktu pengendapan (ft)
10 kerikil 0,3 dt
1 pasir kasar 3 dt
0,1 pasir halus 38 dt
0,01 lumpur 33 mnt
0,001 bakteri 35 jam
0,0001 partikel tanah liat 230 hari
15 | Utilitas
b. Klarifikasi
Tujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi halus atau yang bersifat koloid.
Proses ini terdiri dari : o koagulasi, o flokulasi, dan o sedimentasi
Koagulasi
Adalah proses penetralan partikel-partikel yang ada dalam air sehingga sesamanya tidak saling tolak menolak dan dapat diendapkan secara bersama-sama.
Tahapan proses :
Penambahan bahan kimia Seperti :
Alum (aluminium sulfat), natrium aluminat,
feri sulfat, feri klorida, dll.
Pengadukan dengan kecepatan tinggi.
Terjadinya proses pembentukan flok-flok (yaitu partikel bukan koloid yang halus).
Flokulasi
Merupakan kelanjutan proses koagulasi
Dimana partikel halus hasil koagulasi akan membentuk gumpalan yang lebih besar sehingga lebih mudah untuk diendapkan.
Tahapan proses ;
- Pengadukan lambat
16 | Utilitas
Rekasi yang terjadi pada proses klarifikasi :
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 6FeSO4.7H2O + 3Cl2 2Fe2(SO)3 + FeCl3 + H2O Al2(SO4)3 + 3NaCO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2 Al2(SO4)3 + 6NaOH 2Al(OH)3 + 3Na2SO4
Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4
Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4
FeSO4 + Ca(OH)2 Fe(OH)2 + CaSO4 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)2
2FeCL2 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)2 + 3CaCl2 + 6H2O
2FeCL2 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)2 + 3CaCl2
MgCO3 + CaCl2 CaCO3 + MgCl2
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O
Setelah menjalani proses koagulasi dan flokulasi dilanjutkan ke tahap sedimentasi
1. Aerasi
Merupakan proses mekanis pencampuran air dengan udara, dengan tujuan ; a. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tidak diinginkan seperti
besi, mangan.
Besi dalam air berupa :
FeCO3 + O2 FeO
17 | Utilitas
Larut tidak larut
b. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air, terutama yang bersifat korosif.
Gas CO2 yang bersifat asam dapat menurunka pH air, sehingga membantu proses korosi pada logam.
c. Menghilangkan bau, rasa dan warna yang disebabkan oleh
mikroorganisme.
2. Filtrasi
Tujuan untuk menahan zat-zat tersuspensi dalam suatu fluida dengan cara melewatkan fluida tersebut melalui suatu lapisan yang berpori-pori.
Seperti : pasir, karbon, anthracite, dll. Jenis filter, grafity filter dan pressure filter
18 | Utilitas
3. Pertukaran Ion
Pertukaran ion adalah pertukaran ion antara resin (senyawa tidak larut) dengan
air, dimana resin akan menerima ion positif atau negative tertentu dari larutan (air) dan melepaskan ion lain kedalam larutan tersebut dalam jumlah ekivalen yang sama.
Reaksi pertukaran kation ; untuk menukarkan kation
2NaR (s) + CaCl2(l) CaR2 (s) + 2NaCl (l)
Reaksi pertukaran anion : menukarkan anion
2RCl (s) + Na2SO4 (l) R2SO4 (S) + 2NaCl (l)
Jika semua ion yang ada dalam larutan sudah dipertukarkan, maka reaksi pertukaran ion akan terhenti dan pada saat itu resin telah mencapai titik habis, sehingga harus dilakukan regenerasi.
Jenis-jenis resin penukar kation : 1. Resin penukar kation asam kuat 2. Resin penukar kation asam lemah 3. Resin penukar anion basa kuat 4. Resin penukar anion basa lemah
Resin penukar kation mengandung gugus fungsi : - sulfonat (R-SO3H),
- phosponat (R-PO3H2), - phenolat (R-OH), - kaboksilat (R-COOH). Resin penukar anion adalah ;
- senyawa amida (primer/ R-NH2, sekunder/R-N2H, tersier/R-R’2N) - ammonium kuartener (R-NR’3/tipe I, R-R’3NOH/tipe II)
R’ adalah radikal organic seperti CH3.
19 | Utilitas
Beroperasi dengan siklus H Tahap layanan ;
Ca+2 SO4-2 Ca H2SO4
Mg+2 Cl- Mg 2HCl
+ HR 2R +
2Na+ 2HCO3 2Na 2H2CO3
Fe+2 2NO3 Fe 2HNO3
Tahap regenerasi dengan menggunakan asam HCl, H2SO4
Ca CaCl2
Mg MgCl2
2R + 2HCl + 2HR
2Na 2NaCl
Fe FeCl2
b. Resin penukar kation asam lemah
Gugus fungsi : karboksilat (R-COOH)
Resin ini hanya dapat menghilangkan kation yang berasal garam bikarbonat untuk membentuk asam karbonat.
Tahapa layanan Ca Ca Mg Mg 2HCO3 + 2HR 2R + 2H2CO3 2Na 2Na Fe Fe
20 | Utilitas
Regenerasi sama dengan asam kuat
c. Resin penukar anion basa kuat
Layanan ; H2SO4 SO4 2HCL + 2ROH 2R 2Cl + 2H2O 2HNO3 2NO3 H2CO3 HCO3 + ROH R + H2O H2SiO3 HSiO3 Regenerasi SO4 Na2SO4
2R 2Cl + 2NaOH 2ROH + 2NaCL
2NO3 NaNO3
HCO3 NaHCO3
R + NaOH ROH +
HSiO3 NaHSiO3
d. Resin penukar anion basa lemah
Resin penukar anion basa lemah hanya dapat memisahkan asam-asam kuat, seperti HCl dan H2SO4, dan tidak dapat menghilangkan asam-asam lemah, seperti silikat dan karbonat, sehingga disebut juga Acis Absorber.
Tahap layanan
H2SO4 SO4
2HCl + RNH2 2RNH2 2Cl
2NO3 2NO3
21 | Utilitas
SO4 H2SO4
3RNH2 2Cl + NaOH 2RNH2 2HCl
2NO2 2HNO3
Operasi system pertukaran ion : 1. Tahap layanan
2. Tahap pencucian balik 3. Tahap regenerasi 4. Tahap pembilasan
1. Tahap layanan
Merupakan tahap dimana terjadi reaksi pertukaran ion.
Watak dari tahap layanan ini ditentukan oleh konsentrasi ion yang dihilangkan terhadap waktu atau volume air produk yang dihasilkan.
Beberapa hal penting pada tahap layanan :
a. Kapasitas pertukaran teoritik adalah jumlah ion secara teoritik yang dapat dipertukarkan oleh resin per satuan masa atau volume resin.
Kapasitas pertukaran ion teoritik ditentukan oleh jumlah gugus fungsi yang dapat diikiat oleh matrik resin.
b. Kapasitas operasi adalah kapasitas resin actual yang digunakan untuk reaksi pertukaran pada kondisi tertentu.
c. Beban pertukaran ion adalah berat ion yang dihilangkan selama tahap layanan dan diperoleh dari hasil kali antara volume air yang diolah selama tahap layanan dengan konsentrasi ion yang dihilangkan.
22 | Utilitas
Dilakukan setelah kemampuan resin telah mencapai titik jenuh. Sebagai pencuci digunakan air produk, dengan sasaran :
1. Pemecahan resin yang tergumpal
2. Menghilangkan partikel halus yang terperangkap dalam ruang antar resin. 3. Menghilangkan kantong-kantong gas dalam unggun
4. Pembentukan ulang lapisan resin
3. Tahap regenerasi
Adalah operasi penggantian ion yang terjerat dengan ion awal yang semula berada dalam matrik resin dan pengembalian kapasitas resin ketingkat awal atau ketingkat yang diinginkan.
Fungsi larutan regenerasi harus dapat menghasilkan titik puncak (mengembalikan kemampuan resin ketingkat awal) dari ion yang digantikan, karena dapat mengurangi waktu regenerasi dan jumlah larutan yang digunakan. Operasi regenerasi ;
a. Tingkat regenerasi dinyatakan sebagai jumlah larutan regenerasi yang digunakan per volume resin
b. Efisien regenerasi adalah perbandingan kapasitas operasi yang dihasilkan pada tingkat regenerasi dengan kapasitas pertukaran secara teoritik yang dapat dihasilkan pada tingkat regenerasi
Efisiensi regenerasi resin penukar katiaon asam lemah dan anion basa lemah (100 %) lebih baik dari resin penukat kation asam kuat dan anion basa kuat (20 – 50 %), hal ini disebabkan oleh :
- Kekariban resin golongan lemah dengan ion H dan ion OH lebih besar dibandingkan dengan resin golongan kuat.
- Nilai koefisien selektifitas untuk regenerasi adalah kebalikan dari koefisien selektifitas untuk pertukaran ion awal.
c. Nisbah regenerasi atau tingkat efisiensi penggunaan larutan regenerasi adalah berat larutan regenerasi (dalam ekivalen atau gr CaCO3) dengan beban pertukaran ion dalam satuan yang sama.
23 | Utilitas
Tujuan untuk menghilangkan sisa larutan regenerasi yang terperangkap oleh
resin.
Dilakukan dengan ;
a. Tingkat laju alir rendah, untuk menghilangkan larutan regenerasi b. Tingkat laju alir tinggi, untuk menghilangkan sisa ion.
5. Penghilangan gas (deaerator)
Penghilangan gas dilakukan :
Keluar kolom kation sebelum diolah di kolom resin penukar anion, dengan tujuan untuk mengurangi beban pertukaran pada kolom penukar anion (juga untuk mengurangi penggunaan larutan regenerasi)
Pada tahap pertukaran kation (siklus H), alkalinitas bikarbonat dalam air umpan akan dikonversi menjadi asam kabonat dan karbondioksida,
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-
Karena air keluar resin penukar kation bersifat asam, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kiri.
24 | Utilitas
Jumlah karbondioksida dalam degasifier ekivalent dengan alkalinitas bikarbonat ditambah dengan jumlah karbondioksida yang terlarut dalam air.
Cara kerja degasifier adalah dengan proses stripping (pelucutan) yaitu kandungan CO2 dalam air dilucuti dengan menggunakan udara yang dihembuskan oleh blower atau secara vakum.
2.1. Pengolahan Internal
Tujuan untuk menyesuaikan air kepada criteria kondisi system dimana air akan digunakan
Pengolahan internal dilakukan dengan penambahan/penginjeksian suatu atau beberapa bahan kimia kedalam air agar bereaksi dengan impurities sehingga tidak tidak menimbulkan gangguan dalam penggunaan air.
Keuntungan pengolahan internal :
- Tidak memerlukan peralatan (seperti pengolahan eksternal) - Hemat tenaga kerja
25 | Utilitas
Masalah-masalah yang ditangani oleh pengolahan internal :
1. Korosi
Bahan kimia yang digunakan ;
a. Anorganik : kromat, seng, orthophospat, dan poliphosphat
b. Organic : polimer sintetik, organic nitrogen compound, dan organic phosphorous compound.
2. Pembentukan kerak
Bahan kimia yang digunakan untuk menghambat deposit ;
Threshold inhibitor : poliphosphat dan organophosphorous Polimer seperti poliacrilate
Fungsi Untuk mengurangi pengendapan oleh kalsium, besi dan mangan.
Dispersant : polielektrolit
Fungsi mencegah pengendapan dari padatan yang tersuspensi
Surfactans : surface active agents
Fungsi agar padatan-padatan tersuspensi tetap bergerak dalam air sehingga mencegah deposit.
Biocides : untuk mecegah deposit yang disebabkan oleh
Mikroorganisme (chlorine dan bromine)
Pengubah susunan Kristal : tannin, lignin, dan polimer sintetik
Fungsi agar deposit yang terbentuk, tapi dengan struktur yang lemah, sehingga mudah untuk dihancurkan.
2.2. Desalinasi
Adalah proses penguranagn kandungan meniral dalam air, dengan proses evaporasi.
Factor dalam pemilihan proses :
o Kualitas dan kuantitas air produk o Sifat air umpan
26 | Utilitas
2.2.1. Multistage flash (MSF) evaporator
Prinsip kerja alat ini adalah pada pencapaian titik didih, dan dapat dilakukan dengan
- Penambahan panas (boiling)
- Penurunan tekanan (flashing yaitu pembentukan uap secara tiba-tiba) Prinsip kerja MSF vakum.
Air laut umpan
panas air produk
garam Evaporator satu tahap
Prinsip kerja :
- Air umpan dipanaskan dengan menggunakan uap bertekanan rendah, sehingga air siap menguap pada tekanan yang sesuai dengan temperature pada pemanasan awal
- Tekanan kolom flash divacumkan menggunakan ejector uap, sehingga temperature dalam kolom flash dibawah titik didih atau pada temperature umpan jenuh yang sesuai dengan tekanan kolom
- Air umpan yang bertekanan lebih tinggi dari tekanan kolom, maka saat air masuk kolom akan menjadi lewat jenuh dan melepaskan uap (flash) untuk menuju jenuh kembali.
- Uap yang dihasilkan didinginkan (Panas yang dilepas oleh uap saat kondensasi digunakan untuk memanaskan air umpan)
2.2.2. Reverve osmosis (RO)
air murni air garam
a aliran osmosis b. kesetimbangan c. reverve osmosis osmosis
27 | Utilitas
prinsip kerja :
- Dari dua larutan yang berbeda (air murni dan air garam), maka air akan terserap kedalam air garam melalui membrane, tekanan air akan berkurang dan tekanan air garam akam bertambah, sampai tercapai kesetimbangan (kesetimbangan osmosis)
- Perbedaan tekanan hidrostatik yang dicapai setara dengan tekanan osmotic netto. Tekanan osmotic tergantung pada konsentrasi larutan garam dan temperature.
- Jika diberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotic dari sisi larutan garam, maka arah aliran air akan berbalik arah ke sisi air murni.
Peristiwa ini disebut dengan reverve osmosis
- Laju alir air melalui membrane berbanding lurus dengan beda tekan antara tekanan yang digunakan dengan tekanan osmotic.
Kemurnian air produk tergantung pada konsentrasi garam di air umpan dan konstanta penyerapan garam dari membrane yang digunakan.
III.
Pengolahan Air Umpan Ketel Dan Air Pendingin
Untuk memenuhi kebutuhan energy dan sysem pemanasan dalam industry umumnya di penuhi dengan cara memanfaatkan steam (uap) yang dibangkitkan oleh ketel (boiler).
A. Pengolahan air umpan ketel
Masalah penggunaan air untuk umpan ketel : 1. Pembentukan kerak
28 | Utilitas
3. Pembentukan busa
1. Pembentukan kerak
Penyebab kerak pada ketel :
- pengendapan langsung dari zat pengotor pada permukaan perpindahan panas.
- Pengendapan zat tersuspensi dalam air yang melekat pada logam Akibat pembentukan kerak :
- Terjadinya pemanasan lanjut setempat (local overheating) - Logam ketel gagal berfungsi (failure)
Senyawa-senyawa penyebab kerak
Senyawa nama mineralogy rumus senyawa
Kalsium karbonat Calcite/aragonite CaCO3
Kalsium sulfat Anhydrite CaSO4
Magnesium hidroksida Brucite Mg(OH)2
Basic calcium phosphate Hydroxypatite 3Ca3(PO4)2.Mg(OH)2
Magnesium hydroxyphosphat Mg3(PO4)2.Mg(OH)2
Besi oksida Hematit, geothit Fe2O3.FeOOH
Kalsium dan magnesium serpentin 3MgO.2SiO2.2H2O
Silikat analcite Na2O.Al2O3.4SiO2.2H2O
Acmite Na2O.Fe2O3.4SiO2
Xonotlite 5CaO.5SiO2.H2O
Pectolite Na2O.4CaO.6SiO2.H2O.
2. Korosi pada ketel
Korosi adalah perubahan kembali logam (Fe) menjadi bentuk bijinya. Penyebab korosi :
- pH air yang rendah
- gas-gas yang terlarut dalam air, seperti ; O2, CO2, dll - garam-garam terlarut dan padatan tersuspensi Proses korosi
29 | Utilitas
- kontak antara permukaan logam dengan air Fe + 2H2O Fe(OH)2 + H2
- Pada saat setimbang reaksi tidak akan terjadi, tetapi dengan adanya oksigen terlarut dan pH air yang rendah akan mengganggu kesetimbangan dan reaksi akan bergeser kekanan.
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O Fe(OH)3 2H2 + O2 2H2O
Fe(OH)2 + 2H+ Fe+2 + 2H2O (biji besi)
- Pergeseran arah reaksi ke kanan menyebabkan berlanjutnya peristiwa korosi pada logam ketel.
- Disamping gas oksigen, alkalinitas yang rendah, adanya garam-garam, dan padatan terlarut dalam air membantu terjadinya reaksi.
3. Pembentukan busa
Merupakan peristiwa pembentukan gelembung-gelembung gas diatas permukaan air dalam tangki boiler.
Penyebab terjadinya busa :
- Adanya kontaminasi oleh zat-zat organic - Zat-zat kimia dalam ketel tidak terkontrol. Akibat busa :
- Mempersempit ruang pelepasan uap panas - Terbawanya air serta kotoran bersama uap air. - Terjadinya korosi pada logam system ketel
Pembentukan busa erat hubungannya dengan tekanan kerja ketel.
Tekanan ketel TDS Alkalinitas TSS Silika
(psig) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) 0 - 300 3500 700 300 125 301 - 450 3000 600 250 90 451 - 600 2500 500 150 50 601 - 750 2000 400 100 35 751 - 900 1500 300 60 20 901 - 1000 1250 250 40 8
30 | Utilitas
1001 - 1500 1000 200 20 2.5
1501 - 2000 750 150 10 1.0
Diatas 2000 500 100 5 0.5
Pengolahan air umpan ketel dengan penambahan bahan kimia.
Pemakaian :
1. Ketel beroperasi pada tekanan rendah atau sedang
2. Sejumlah kondensat digunakan kembali sebagai air umpan
3. Air baku yang digunakan untuk air umpan ketel telah memenuhi kualitas. Kesulitan ;
1. Bila kesadahan air umpan sangat tinggi, sehingga banyak lumpur yang terbentuk yang menyebabkan naiknya jumlah blow down.
2. Memperbesar kemungkinan pembentukan kerak pada system sebelum ketel dan pada saluran air umpan
Tujuan penambahan bahan kimia :
1. Berekasi dengan kesadahan dan kandungan silica air umpan dan mencegah pengendapan pada permukaan logam ketel sebagai kerak.
Ion kalsium : diendapkan dalam bentuk kalsium hidroksi apatit dan kalsium karbonat
Ion magnesium dan silica : diendapkan dalam bentuk sarpentin, magnesium silikat dan magnesium hidroksida
reaksi :
3Ca+2 + 2PO4-3 Ca3(PO4)2
Ca+2 + HCO3- + OH- CaCO3 + H2O
Mg+2 + 2OH- Mg(OH)2
3Mg+2 + 2OH- + 2SiO2-2 + H2O 2MgSiO2.Mg(OH)2.H2O 4Mg+2 + 2OH- + 2PO4-3 2Mg3(PO4)2.Mg(OH)2
Bahan kimia pengendali pembentukan kerak disebut chelating agent, seperti : - NTA (nitrilotriacetic acid)
- EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid)
Pemakaian : boiler tekanan rendah dan air umpan kesadahan rendah.
2. Menjadikan zat-zat tersuspensi seperti lumpur, kesadahan dan besi oksida menjadi suatu masa yang tidak melekat pada logam ketel.
31 | Utilitas
3. Menyediakan perlindungan anti busa untuk memungkinkan pemekatan padatan terlarut dan tersuspensi dalam air ketel sampai taraf tertentu tanpa terjadi carry over.
Penyebab terjadinya carry over ; - Disain ketel tidak baik
- Alat pemisah steam dan air yang tidak efektif - Akibat level air yang tinggi
Penyebab pembentukan busa ;
- Adanya padatan terlarut dan tersuspensi dalam air - Alkalinitas
- Masuknya material perangsang pembentuk busa, seperti kondensat yang terkontaminasi minyak. Senyawa pencegah pembentukan busa (anti foam agent), seperti ;
- polyglikol dan polyamide. Perlakuan pencegahan pembentukan busa ;
- pengolahan air yang baik
- peningkatan blow down dari ketel
- menghilangkan senyawa pembentuk busa dalam kondensat.
4. Menghilangkan oksigen dari air dan menyediakan alkalinitas yang cukup untuk mencegah korosi.
Senyawa untuk menghilangkan oksigen dalam air ; natrium sulfit dan hydrazine Reaksi ;
2Na2SO3 + O2 2Na2SO4
N2H2 + O2 2H2O + N2 Keuntungan pemakaian natrium sulfit ;
- Mempunyai kecepatan rekasi yang cepat pada suhu rendah, - Mudah diumpankan,
- Bahan sisa yang tidak bereaksi, dan - Mudah dianalisa
Alasan pemilihan hydrazine ;
- Hasil reaksi yang tidak menghasilkan TDS dan TSS - Pemakaian pada suhu tinggi dengan tekanan , 400 psig
B. Pengolahan Air Pendingin
Air pendingin adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panas.
32 | Utilitas
System air pendingin ada 2 jenis ; - Jenis resirkulasi - Jenis sekali lewat Jenis resirkulasi :
- Resirkulasi terbuka
Sebagian air yang telah digunakan, diuapkan untuk mendinginkan bagian air sisanya
- Resirkulasi tertutup
Pendinginan air kembali dilakukan tidak dengan cara memanfaatkan panas laten penguapan, melainkan dengan menggunakan suatu jenis alat penukar panas.
A. Syarat air pendingin ;
Syarat untuk air pendingin harus tidak menimbulkan masalah, al ; 1. Terjadinya korosi
2. Pembentukan kerak dan deposit
3. Terjadinya fouling akibat aktifitas mikroba
1. Korosi pada system pendingin
Akibat korosi :
- Penyumbatan dan kerusakan pada system perpipaan
- Kontaminasi produk yang diinginkan, karena adanya kebocoran - Menurunnya efisiensi perpindahan panas
2. Pembentukan kerak dan deposit
Akibat ;
- Penurunan efisiensi perpindahan panas
- Naiknya kehilangan tekanan, karena naiknya tahanan dalam pipa - Penyumbatan pipa-pipa berukuran kecil
33 | Utilitas
3. Fouling
Fouling yang berasal dari mikroorganisme pada system air pendingin terutama yang terdapay pada cooling tower, dapat mengakibatkan ;
- Korosi local - Penyumbatan
- Penurunan efisiensi perpindahan panas.
Pengendalain pembentukan kerak
Penyebab pembentukan kerak pada air pendingin ; kadar Ca dan alkalinitas yang tinggi
Pengendalian dapat dilakukan ;
1. Menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi
2. Menambah asam sulfat (seperti H2SO4), agar pH air dibawah 7
Kecendrungan pembentukan kerak dan korosi dapat diperkirakan dengan menggunakan
1. Langelier Saturation Index (LSI) 2. Ryznar Stability Index (RSI)
Kegunaan pemakaian kedua index ini adalah untuk mengatur kondisi air pendingin agar tidak membentuk kerak dan tidak bersifat korosif.
LSI berharga positif (+) : air cendrung untuk membentuk kerak CaCO3
Negative (-) : air tidak jenuh dengan CaCO3, dan cendrung untuk malarutkan CaCO3, dan bersifat korosif.
RSI < 6,0 : kecendrungan pembentukan kerak
RSI > 6,0 : kecendrungan untuk melarutkan CaCO3, dan
bersifat korosif
B. Pengendalian korosi
Pengendalian korosi dilakukan dengan cara penambahan bahan kimia yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat).
Bahan kimia yang digunakan ; - polifosfat,
34 | Utilitas
- kromat, - dikromat, - silikat,
- nitrat ferrosianida, dan - molibdat.
C. Pengendalian fouling
Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah dan dikendalikan dengan ;
- klorin, - klorofenol,
- garam organometal, - ammonium kuartener, dan - berbagai mikrobiosida.
