Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE 091305

(1)

Week 6 Hardness

Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE

091305

(2)

 _{Hardness is the term often used to characterize a}

water that:

 _{Dose form a foam or lather well and cause soap}

scum

Ca2+ + (Soap) _ Ca(Soap)2 (s)

This increase the amount of soap needed for washing

 _{cause scaling on pipes and hot boilers.}

 _{cause valves to stick due to the formation of}

calcium carbonate crystals

 _{leave stains on plumbing fxtures}

(3)

Penyebab dan Sumber

 _{Kation bermuatan dua: Ca}2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Sr2+

 _{Anion: HCO}3-, SO_42-, Cl-, NO_3-, Si0

32- _{Air yang kontak dengan batuan kapur}

 _{Total Hardness = Ca}2+ hardness + Mg2+ hardness

 _{where the concentration of each ion is in consistent units such}

as mg/L as Ca CO3, or meq/L

Derajat Kesadahan

 _Soft _{: 0 – 75 mg/L}

 _{Moderately Hard : 75 – 150 mg/L}  _Hard _{: 150 – 300 mg/L}

 _{Very Hard} _{: > 300 mg/L}

(4)

Kerugian

Terbentuk kerak pada dinding pipa: energi

pemanasan tinggi, mengurangi penampang basah

(5)

 _{Pemakaian sabun tinggi}

2NaCO₂C₁₇H₃₃ + kation 2+ _ kation 2+ (CO

2C17H33)2 + 2Na+

(6)

Jenis Kesadahan

 _{Kesadahan karbonat :}

hilang dengan pemanasan  kesadahan sementara  tambah kapur

 _{Kesadahan non karbonat :}

tidak hilang karena pemanasan  kesadahan tetap  tambah soda ash atau kaustik soda

(7)

Proses Pelunakan Air

1. Pengendapan senyawa Ca2+ dan Mg2+ dengan

penambahan Ca(OH)₂ dan Na₂CO₃

2. Pertukaran ion Ca2+ dan Mg2+ dengan ion Na+,

K+ atau H+

3. Kontak dengan pasir atau kapur

(8)

(9)

Various Forms of alkalinity and CO2 relative to pH in water at 25 oC

(10)

Water Softening

(11)

Pelunakan dengan pemanasan

 _{Temporary hardness, or carbonate hardness, is}

the hardness that is associated with the bicarbonates of calcium and magnesium.

 _{Its name is derived from the fact that when water}

containing this type of hardness is heated, the soluble bicarbonates break down to form

insoluble carbonate salts. In efect, the hardness is precipitated, thus resulting in soft water

(12)

(13)

Pendekatan pada pengendapan

Semua ion HCO₃- dianggap bereaksi dahulu dengan

Ca2+ membentuk Ca(HCO

3)2; sisa HCO3- bereaksi

dengan Mg2+ membentuk Mg(HCO

3)2; dengan Na+

membentuk NaHCO₃

Jika HCO₃- kurang untuk bereaksi dengan semua

Ca2+, sisa Ca2+ bergabung dengan anion (Y-)

seperti Cl-, SO

42-. Begitu juga dengan Mg2+

(14)

Contoh Perhitungan Konsentrasi Molekul

Garam

Air Analisa Ion

(mg/L) CaCO₃ Garam yang terbentuk(mg/L) CaCO₃ Ca2+ _Mg2+ _HCO

3- Ca(HCO3)2 Mg(HCO3)2 NaHCO3 CaY2 MgY2

A 200 100 150 150 - - 50 100

B 200 100 250 200 50 - - 50

C 200 100 350 200 100 50 -

-11/05/2018 14

(15)

Ion Kation Ion Anion

mg/L mg/meq meq/L mg/L mg/meq meq/L

Ca2+ 55 40/2 2.75 HCO

3- 250 61/1 4.10

Mg2+ 18 24.3/2 1.48 SO

42- 60 96/2 1.25

Na+ 98 23/1 4.26 Cl- 89 35.5/1 2.51

Total

ion 8.49 7.86

0

Meq/L 2.75 4.23 8.49

0

Meq/L 4.10 5.35 7.86

Ca2+

SO₄2- _Cl

-Mg2+ _Na+

HCO₃

-11/05/2018 15

(16)

Reaksi dengan Kapur

Semua kesadahan karbonat dan magnesium karbonat dapat dihilangkan dengan kapur

11/05/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS 16

O

H

CaCO

OH

Ca

CO

₂



(

)

₂



₃



₂



HCO



Ca

OH

CaCO

H

O

Ca

₃ ₂



(

)

₂



2

₃



2

₂



HCO



Ca OH Mg



OH



CaCO H O

Mg ₃ ₂ _ ( )₂ _ ₂ _ _2 ₃ _ 2 ₂



  



     2 3 2 2 3

2 _CO _Ca _OH _CaCO _Mg _OH Mg



                                 2 3 2 2 4 2 2 3 2 4 2 2 2

2 Mg OH

NO Cl SO Ca OH Ca NO Cl SO Mg O H OH Na CaCO OH Ca

(17)

Reaksi dengan Soda Ash

(18)

Penghilangan CO2 dan Pelunakan Kesadahan Tetap

(19)

Pelunakan Kesadahan Tetap

(20)

Kapur & Soda Ash yang diperlukan

Kapur = 4.10 meq/L x {(40+16)/2} mg/meq

Soda Ash = 0.13 meq/L x {(2(23) + 12 + 3(16))/2} mg/meq

(21)

Perhitungan

Kesadahan (mg/L) sebagai CaCO₃

= M2+ (mg/L) x (50 / Berat ekivalen M2+)

Berat Ekivalen = Berat Molekul / Valensi

(22)

Contoh Perhitungan Kesadahan

Hitung kesadahan air sebagai CaCO₃yang terdiri dari kation (dalam mg/L) : Na+=20, Ca2+=15,

Mg2+=10, Sr2+=2 dan Anion (dalam mg/L) Cl-=40,

SO₄2-=16,NO3- =1, alkalinitas=50

BM Ca = 40, BM Mg = 24.4, BM Sr = 87.6

(23)

Dosis Pelunak

Dosis Ca(OH)₂ mg/L = Dosis Ca(OH)₂ sebagai mg/L Ca CO₃ x 37/50

Dosis Na₂CO₃ mg/L = Dosis Na₂CO₃ sebagai mg/L CaCO₃ x 53/50

(24)

Prinsip Analisa

1. Garam dinatrium etilen diamin tetra asetat (Na₂EDTA) bereaksi dengan kation logam membentuk senyawa kompleks kelat yang larut. Pada pH 10,0±0,1, ion-ion Ca2+_{dan Mg}2+_{akan bereaksi}

dengan indikator Eriochrome Black T (EBT), dan membentuk larutan berwarna merah keunguan. Jika Na₂EDTA ditambahkan sebagai titran, maka ion-ion Ca2+ dan Mg2+ membentuk senyawa

kompleks, molekul indikator terlepas kembali, dan pada titik akhir titrasi larutan akan berubah warna dari merah keunguan menjadi biru. Dari cara ini akan didapat kesadahan total (Ca + Mg).

2. Kalsium dapat ditentukan secara langsung dengan EDTA bila pH contoh uji dibuat cukup tinggi (12-13), sehingga magnesium akan mengendap sebagai magnesium hidroksida dan pada titik akhir titrasi indikator Eriochrome Black T (EBT) hanya akan bereaksi dengan kalsium saja membentuk larutan berwarna biru. Dari cara ini akan didapat kadar kalsium dalam air.

3. Dari kedua cara tersebut dapat dihitung kadar magnesium dengan cara mengurangkan hasil kesadahan total dengan kadar kalsium yang diperoleh, yang dihitung sebagai CaCO3.

(25)

Analisa Kesadahan Total

(Ca2+ dan Mg2+)

a) Ambil 25 mL contoh uji (duplo), ke dalam labu

erlenmeyer 250 mL  encerkan dengan air suling sampai 50 mL.

b) Tambahkan 1mL - 2 mL larutan penyangga pH 10±0,1.

c) Tambahkan seujung spatula 30 mg - 50 mg indikator EBT.

d) Titrasi dengan Na₂EDTA 0,01 M sehingga warna merah keunguan menjadi biru.

e) Catat volume Na₂EDTA yang digunakan.

f) Bila Na₂EDTA yang dibutuhkan untuk titrasi > 15 mL  encerkan contoh uji, ulangi langkah a) s/d e)

(26)

Analisa Kesadahan Kalsium (Ca2+)

a) 25 mL sampel (duplo), masukkan ke erlenmeyer 250 mL  encerkan sampai volume 50 mL.

b) Tambahkan 2 mL larutan NaOH 1N atau sampai dicapai pH 12 - pH 13.

c) Bila sampel keruh, tambah 1 - 2mL KCN 10%. d) Tambahkan seujung spatula (30 - 50 mg)

indikator mureksid.

e) Titrasi dengan Na₂EDTA 0,01 M sampai warna berubah dari merah muda menjadi ungu.

f) Catat volume larutan Na₂EDTA yang digunakan. g) Bila Na₂EDTA yang dibutuhkan untuk titrasi >

15 mL  encerkan sampel dan ulangi langkah a) s/d f)

(27)

Hitung Kesadahan total dan magnesium dalam sampel

1. Kesadahan total (mg CaCO₃/L)

1000 x V Na₂EDTA (a) x M Na₂EDTA x 100 V sampel

2. Kadar kalsium (mg Ca/L)

1000 x V Na₂EDTA (b) x M Na₂EDTA x 40 V sampel

3. Kadar magnesium (mg Mg/L)

1000 x { V Na₂EDTA (a) - V Na₂EDTA (b) } x M Na₂EDTA x 40 V sampel

dengan pengertian :

 _{V sampel adalah volume sampel (mL);}  _{V Na}

2EDTA (a) adalah volume rata-rata Na2EDTA untuk titrasi kesadahan total

(mL);  _{M Na}

2EDTA adalah molaritas Na2EDTA untuk titrasi (mmol/mL);

 _{V Na}

2EDTA (b) adalah volume rata-rata Na2EDTA untuk titrasi kalsium (mL).

(28)

Contoh soal:

 _{Suatu debit air baku IPA 200}

L/det, digunakan kapur Ca(OH)₂ dengan kadar 70% dan soda

Na₂CO₃ dengan kadar 50%.

 _{Hitunglah kesadahan sementara,}

tetap, dan total dari air baku tersebut.

 _{Hitunglah kebutuhan kapur dan}

soda untuk proses pelunakan air baku di atas perhari.

 _{Hitunglah lumpur yang}

dihasilkan dari proses pelunakan setiap hari.

Ion mg/L as ion

CO₂ 5

Ca2+ ₈₀

Mg2+ ₂₀

Na+ ₁₆

HCO₃- 255

SO₄2- ₆₀

(29)

Contoh soal:

 _{Suatu debit air baku IPA 200 L/det,}

digunakan kapur Ca(OH)₂ dengan kadar 70% dan soda Na2CO3 dengan

kadar 50%.

 _{Hitunglah kesadahan sementara,}

tetap, dan total dari air baku tersebut.

 _{Hitunglah kebutuhan kapur dan soda}

untuk proses pelunakan air baku di atas perhari.

 _{Debit pembubuhan kapur dan soda}

jika konsentrasi kapur yang dibubuhkan 5% dan soda 2%

 _{Hitunglah lumpur yang dihasilkan}

dari proses pelunakan setiap hari.

Ion mg/L as ion

CO₂ 10

Ca2+ ₁₀₀

Mg2+ ₂₅

Na+ ₁₆

HCO₃- 240

SO₄2- ₁₀₀

(30)

Let’s Have a Great Sem!

30

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS