PENGOLAHAN dan PENYEDIAAN AIR
Oleh :
Prof. Dr. Tjandra Setiadi
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Daftar Isi i
Daftar Gambar iii
Daftar Tabel iv
BAB 1 PENDAHULUAN 1-1
1.1 Sumber-Sumber Air 1-2
1.2 Penggunaan Air di Industri 1-3
1.3 Klasifikasi Pengolahan Air 1-4
1.3.1 Pengolahan Eksternal 1-4
1.3.2 Pengolahan Internal 1-4
BAB 2 KIMIA AIR 2-1
2.1 Pengantar 2-1
2.2 Satuan-satuan Konsentrasi 2-3
2.3 Reaksi Hidrolisa 2-6
2.4 Beberapa Sifat Kation Logam dan Garamnya 2-7
2.5 Kesetimbangan 2-8
2.6 Analisa Air 2-10
2.7 Contoh Perhitungan Analisis Air dan Interpretasinya 2-12
BAB 3 ZAT PENGOTOR (IMPURITIES) DALAM AIR 3-1
3.1 Padatan Tersuspensi dalam Air 3-1
3.2 Padatan Terlarut 3-1
3.2.1 Kesadahan 3-5
3.2.2 Alkalinitas (Alkalinity) 3-5
3.3 Gas Terlarut 3-7
BAB 4 PENGOLAHAN AIR 4-1
4.1 Pengolahan Eksternal 4-1
4.1.1 Proses Pendahuluan 4-3
4.1.1.1 Sedimentasi 4-3
4.1.1.2 Klarifikasi 4-4
4.1.1.3 Aerasi 4-6
4.1.3.1 Prinsip-prinsip Pertukaran Ion 4-11 4.1.3.2 Jenis-jenis Resin Penukar Ion 4-12 4.1.3.2.1 Resin Penukar Kation Asam Kuat 4-13 4.1.3.2.2 Resin Penukar Kation Asam Lemah 4-13 4.1.3.2.3 Resin Penukar Anion Basa Kuat 4-14 4.1.3.2.4 Resin Penukar Anion Basa Lemah 4-14 4.1.3.3 Operasi Sistem Pertukaran Ion 4-15
4.1.3.3.1 Tahap Layanan 4-16
4.1.3.3.2 Tahap Pencucian Balik 4-16
4.1.3.3.3 Tahap Regenerasi 4-16
4.1.3.3.4 Tahap Pembilasan 4-17
4.1.3.3.5 Penghilangan Gas (Deaerator) 4-18
4.2 Pengolahan Internal 4-19
BAB 5 PENGOLAHAN AIR UMPAN KETEL 5-1
5.1 Persyaratan Air Umpan Ketel 5-1
5.2 Pengolahan Air Umpan Ketel Secara Umum 5-3 5.3 Pengolahan Air Umpan Ketel dengan Penambahan 4
Bahan-bahan Kimia 5-4
5.4 Perlakuan Terhadap Kondensat (Condensate Treatment) 5-6
BAB 6 PENGOLAHAN AIR PENDINGIN 6-1
6.1 Persyaratan Air Pendingin 6-1
6.2 Sistem Air Pendingin dengan Resirkulasi Terbuka 6-2
6.2.1 Pengendalian Pembentukan Kerak 6-3
6.2.2 Pengendalian Korosi 6-3
6.2.3 Pengendalian Pembentukan Fouling dan
Penghilangan Padatan Tersuspensi 6-5
6.3 Sistem Air Pendingin dengan Resirkulasi Tertutup
dan Sistem Air Pendingin Sekali-Lewat 6-6
Gambar 1.1 Daur Hidrologi 1-1 Gambar 4.1 Proses-proses air secara eksternal 4-2
Gambar 4.2 Bak pengendapan jenis segi empat (rectangular) 4-4 Gambar 4.3 Bak pengendapan jenis lingkaran (circular) 4-4 Gambar 4.4 Klarifikasi air dengan flash mixing, flokulasi, dan pengendapan 4-6
Gambar 4.5 Alat klarifikasi dengan pengadukan dan koagulasi dalam
alat yang sama 4-6
Gambar 4.6 Forced draft aerator 4-7
Gambar 4.7 Coke-tray aerator 4-7
Gambar 4.8 Pressure aerator 4-8
Gambar 4.9 Conventional Gravity Filter 4-9
Gambar 4.10 Pressure filter 4-10
Gambar 4.11 Up flow filter 4-10
Gambar 4.12 Proses penukaran ion Ca dengan Na (Pelunakan) 4-12
Gambar 4.13 Proses Demineralisasi 4-12
Gambar 4.14 Tahapan-tahapan operasi dalam sistem pertukaran ion 4-15 Gambar 4.15 Penghilangan gas dengan menggunakan blower
(Forced Draft Aerator) 4-18
Gambar 4.16 Deaerator secara vakum 4-19
Gambar 6.1 Diagram Langelier Saturation Index 6-4
Tabel 1.1 Komposisi berbagai jenis air 1-3
Tabel 2.1 Zat-zat terlarut dalam air 2-2
Tabel 2.2 Satuan-satuan konsentrasi analisis air 2-3
Tabel 2.3 Harga Ksp 2-10
Tabel 2.4 Contoh analisis air 2-13
Tabel 3.1 Zat-zat pengotor dan karakteristiknya 3-2 Tabel 3.2 Alkalinitas dan hubungannya dengan kesadahan 3-6 Tabel 4.1 Waktu pengendapan untuk berbagai
ukuran partikel diameter partikel 4-3
Tabel 5.1 Macam-macam kerak pada ketel 5-2
Tabel 5.2 Persyaratan air ketel pada berbagai tekanan kerja 5-3 Tabel 6.1 Contoh persyaratan untuk air pendingin resirkulasi terbuka 6-2 Tabel 6.2 Kecenderungan pembentukan kerak menurut LSI dan RSI 6-5
Air adalah zat yang sangat dibutuhkan oleh manusia maupun hewan dan tumbuh-tumbuhan. Planet bumi ini hampir 70% luas permukaannya diisi oleh air, dengan sumber utamanya adalah air laut. Laut dan sumber-sumber air lain di alam ini merupakan suatu mata rantai yang membentuk siklus yang dikenal sebagai daur hidrologi (hydrology cycle). Pergerakan air secara alamiah dalam siklus hidrologi ini dapat dilihat pada Gambar 1.1.
EVAPORASI
LAUT
Gambar 1.1 Daur Hidrologi
Jumlah air yang menguap setiap saat untuk mempertahankan daur hidrologi ini adalah sekitar 13.000 kilometer kubik dan disebarkan secara merata ke seluruh atmosfer bumi. Bagian terbesar dari air yang menguap ke udara tersebut berasal dari air laut dan sisanya berasal dari air di danau, sungai, tanah lembab dan dari permukaan daun berbagai tumbuhan. Pada kondisi lingkungan yang tepat, uap-uap air ini dapat terkondensasi sehingga membentuk hujan, salju, embun dan kabut. Sebagian uap air yang terkondensasi tersebut sewaktu jatuh mengalami penguapan dan kembali ke atmosfer, sedangkan sisanya jatuh ke tanah, sungai, danau dan laut. Air yang jatuh ke tanah sebagian mengalir ke sungai dan dikembalikan ke laut, sedangkan sisanya meresap ke dalam tanah. Air yang menguap dan meninggalkan permukaan bumi dalam
siklus hidrologi, akan dikembalikan ke bumi dalam jumlah yang sama. Air yang bergerak dalam suatu siklus hidrologi akan bersentuhan dengan bahan atau senyawa lain, sehingga bahan-bahan tersebut terlarut ke dalam air. Jadi pada hakekatnya tidak ada air yang betul-betul murni.
1.1 Sumber-Sumber Air
Sumber-sumber air yang dapat dimanfaatkan untuk mendukung kehidupan adalah sebagai berikut :
(1) Air laut :
Air laut memiliki kandungan garam-garam yang cukup banyak jenisnya dan salah satu diantaranya adalah garam NaCl (2,7%)
(2) Air tawar :
Air tawar dapat digolongkan menjadi tiga, yaitu : - Air hujan
Air hujan merupakan sumber air yang sangat penting terutama bagi daerah yang tidak memiliki atau memiliki sedikit sumber air tanah maupun air permukaan.
- Air Permukaan
Air permukaan merupakan air baku utama bagi produksi air minum di kota-kota besar. Sumber air permukaan dapat berupa sungai, danau, mata air, waduk, empang, dan air dari saluran irigasi. Kandungan pengotor (impurities) yang terdapat dalam air permukaan sangat bervariasi, bergantung pada lingkungannya.
Bahan-bahan seperti pestisida, herbisida, dan limbah industri, banyak terkandung pada air permukaan.
- Air Tanah
Air tanah merupakan sumber air yang berbentuk mata air atau sumur. Sumur dapat berupa sumur dangkal (kedalaman 5-20 meter) atau sumur dalam (deep well) dengan kedalaman rata-rata 250 meter. Berbeda dengan air permukaan, kandungan bahan pengotor (impurities) yang terdapat dalam air tanah lebih sedikit dan komposisi air tanah cenderung konstan.
Komposisi bahan-bahan yang terkandung dalam jenis-jenis air yang telah disebutkan di
Tabel 1.1 Komposisi berbagai jenis air Concentration in ppm Mississippi
river at St.Louis, Mo.
Lake Eric
Well Water at moundsville
W.Va.
Sea Water Silica as SiO2
Iron as Fe
Manganese as Mn Calsium as Ca Magnesium as Mg
Sodium (Na)+ Potassium (K) Carbonate as CO3
Bicarbonate as HCO3
Sulfate as SO4
Chloride as Cl Fluoride as F Nitrate as NO3
Dissolved solids
Total hardness as CaCO3
Non carbonate hardness as CaCO3
Color Turbidity pH (in pH units)
13 0.1 - 50 14 35 1.2 158
97 16 - 4.6 326 183 53 19 58 7.9
2.1 0.01 0.00 38.0 8.3 11.1
0.0 117
26 18 0.1 1.8 167 130 34 Clear
85 7.9
12 3.5 2.5 113.8
19.3 - 0.0 170 29.0 76
- - 700 450 280 Tan 0 to 20
6.3
10 Trace
0.01 400 1252 10561 +
380 0 140 2650 19980
1.4 1.5 34450
6250 6.125 Clear
0 7.5 to 8.4
Perkiraan yang pernah dibuat menunjukkan bahwa untuk centimeter persegi (cm2) permukaan bumi terdapat 273 liter air, dengan perincian sebagai berikut :
- Air laut : 268,45 liter (98,33%) - Air tawar : 0,1 liter (0,036%) - Es kontinental : 4,5 liter (1,64%) - Uap air : 0,003 liter (0,0011%)
1.2 Penggunaan Air di Industri
Air bagi suatu industri adalah bahan penunjang baik untuk kegiatan langsung atau tak langsung. Penggunaan air di industri biasanya untuk mendukung beberapa
sistem, antara lain :
- Sistem pembangkit uap (boiler) - Sistem pendingin
- Sistem pemroses (air proses) - Sistem pemadam kebakaran - Sistem air minum
Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan dalam industri berbeda-beda tergantung kepada tujuan penggunaan air tersebut. Air yang berasal dari alam pada umumnya belum memenuhi persyaratan yang diperlukan sehingga harus menjalani proses pengolahan lebih dahulu.
1.3 Klasifikasi Pengolahan Air
Pengolahan air dapat diklasifikasikan dalam dua golongan, antara lain : - Pengolahan eksternal
- Pengolahan internal
Secara umum masing-masing pengolahan dapat diterangkan sebagai berikut :
1.3.1 Pengolahan Eksternal
Pengolahan eksternal dilakukan di luar titik penggunaan air yang bertujuan untuk mengurangi atau menghilangkan impurities. Jenis-jenis proses pengolahan eksternal ini antara lain :
- Sedimentasi - Filtrasi
- Pelunakan (softening)
- Deionisasi (Demineralization) - Deaerasi
1.3.2 Pengolahan Internal
Pengolahan internal adalah pengolahan yang dilakukan pada titik penggunaan air dan bertujuan untuk menyesuaikan (conditioning) air kepada kriteria kondisi sistem dimana air tersebut akan digunakan. Usaha untuk mencapai tujuan pengolahan internal
gangguan dalam penggunaan air tersebut. Oksigen, sebagai contoh, dapat diikat dengan menggunakan sodium sulfit atau hydrazine. Sifat lumpur yang dapat melekat pada logam peralatan proses dihilangkan dengan penambahan bahan-bahan organik yang termasuk dalam golongan tanin, lignin atau alginat.
2.1 Pengantar
Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur. Sebuah molekul terbentuk dari gabungan satu atau berbagai jenis atom. Sebagai contoh dua atom hidrogen digabung untuk membentuk molekul gas hidrogen.
H + H Æ H2 (2.1)
Penambahan satu atom oksigen pada satu molekul gas hidrogen tersebut menghasilkan molekul air.
H2 + OÆ H2O (2.2)
Massa relatif suatu unsur didasarkan pada masa karbon -12. Jumlah massa atom dalam suatu molekul disebut massa molekul (molecular mass). Massa atom hidrogen adalah 1 dan massa atom oksigen adalah 16, sehingga massa molekul H2O adalah 18.
Jumlah mol menyatakan perbandingan antara massa suatu zat terhadap massa atom/ massa molekul zat tersebut. Satu mol zat terlarut dalam air, yang cukup untuk membuat satu liter larutan disebut larutan satu molar.
Air adalah pelarut yang baik, oleh sebab itu di dalamnya air paling tidak terlarut sejumlah kecil zat-zat anorganik dan organik. Dengan kata lain, tidak ada air yang benar-benar murni dan ini menyebabkan dalam setiap analisis air ditemukan zat-zat lain seperti disajikan pada Tabel 2.1.
Sifat/karakteristik air sangat dipengaruhi oleh zat-zat terlarut tersebut. Dari Tabel 2.1 terlihat bahwa analisis air selalu dinyatakan dalam bentuk ion-ion. Ion bermuatan positif disebut kation dan ion bermuatan negatif disebut anion. Sebagai contoh, jika kristal garam dapur/natrium klorida, NaCl, dilarutkan dalam air, struktur kristal tersebut akan terurai menjadi ion-ion seperti dinyatakan oleh reaksi berikut :
NaCl Na+ + Cl- (2.3)
Molekul NaCl adalah molekul yang stabil dan secara elektrolit molekul tersebut bersifat netral. Jika molekul NaCl terlarut dalam air atom Na akan ‘menyerahkan’
sebuah elektronya ke atom klorida, sekaligus keduanya menjadi ion karena bermuatan.
Muatan tersebut yang membedakan ion-ion dari atomnya.
Tabel 2.1 Zat-zat terlarut dalam air
Simbol kimia
Berat atom
Berat Ekivalen 1. Kation :
Natrium Kalium Kalsium Magnesium Besi Mangan Barium Stronsium Aluminium
Na+ K+ Ca2+
Mg2+
Fe2+
Mn2+
Ba2+
Sr2+
Al3+
23,0 39,1 40,1 24,3 55,8 54,9 137,4
87,6 27,0
23,0 39,1 20,0 12,2 27,9 27,5 68,7 43,8 9,0 2. Anion :
Klorida Sulfida Karbonat Bikarbonat Hidroksida
Cl- SO42-
CO32-
HCO3-
OH-
35,5 96,0 60,0 61,0 17,0
35,5 48,0 30,0 61,0 17,0 3. Gas-gas :
Oksigen
Hidrogen Sulfida Karbondioksida
O2
H2S CO2
Adanya muatan tersebut menyebabkan air bersifat menghantarkan arus listrik (electrically conductive). NaCl dalam larutan memperbesar harga viskositas, densitas, dan tegangan permukaan. Oleh karena itu, dapat dilihat bagaimana sifat-sifat air berubah dengan adanya zat-zat terlarut tersebut.
Jika NaCl dilarutkan dalam air, atom oksigen dari molekul air yang bermuatan negatif ditarik ke arah ion Na, sedangkan sisi positif (hidrogen) "menempel" pada ion Cl. Penarikan ini disebut hidrasi dan ini cukup untuk mengatasi gaya antar kristal garam tidak terbentuk lagi. Pada suatu saat air akan jenuh dengan NaCl, ini berarti, batas kelarutan (solubility limit) telah tercapai. Sekitar 330 gram NaCl dapat larut pada 1 liter air pada suhu 20°C (64°F). Jika larutan jenuh tersebut didinginkan atau dipekatkan dengan cara evaporasi, ion Na dan Cl akan bergabung kembali dan terlihat terbentuk
endapan. Kejadian ini ditunjukkan oleh tanda pada reaksi (2.3) di atas, tanda tersebut menyatakan bahwa reaksi dapat berlangsung dalam dua arah dan terjadi kesetimbangan.
2.2 Satuan-satuan Konsentrasi
Satuan-satuan konsentrasi yang biasa digunakan dalam analisis air disajikan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Satuan-satuan konsentrasi analisis air
Unit Satuan Keterangan
1. Milligram per liter mg/l Jumlah miligram substansi dalam satu liter air 2. Parts per million Ppm Kira-kira sama dengan mg/l
spgr
ppm= mg/l air
2. Milliequivalents per million
meq/L
4. Equivalents per million
e.p.m.
equivalen berat
ppm
5. Grains per gallon gpg mg/l x 17,1 6. Calcium Carbonat
Equivalent (dari beberapa ion)
mg/l as CaCO3
⎥⎥
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎣
⎡
⎥⎦
⎢ ⎤
⎣
⎡
1 . 2 Tabel dari
ion equivalent berat
x 50 air analisa
dari ion l / mg
7. Persen Berat % wt g/100 milliliters (ml) or 10000
l / mg
(1) dan (2) adalah satuan yang menunjukkan berat masing-masing zat per satuan volume adalah miligram per liter (mg/1). Part per million (ppm) tetap dipakai terutama untuk menyatakan konsentrasi gas oksigen dan H2S terlarut. Dari Tabel 2.2 terlihat bahwa mg/1 mempunyai harga yang sama dengan ppm apabila densitas larutan mempunyai harga 1,0.
(3) milieqivalent per liter (meq/1)
Dari kolom 3 Tabel 2.1 terlihat bahwa masing-masing kation atau anion mempunyai equivalen
berat l / mg
contoh, natrium/sodium mempunyai valensi satu. Jika valensi ion adalah dua atau lebih, maka berat ekivalen adalah 1/2, 1/3 dan seterusnya dari berat atom/radikal tersebut.
Dari Tabel 2.2 terlihat bahwa meq/1 pada masing-masing ion didapat dari mg/l dibagi dengan berat ekivalen (dari Tabel 2.1).
Contoh soal 2.1:
1000 mg/1 Ca2+ sama dengan 1000/20 atau 50 meq/1 Ca2+. 1000 mg/1 SO42-
sama dengan 1000/48 atau 20,8 meq/1 S042-
.
Jumlah meq/1 untuk masing-masing ion sebagaimana tercantum pada analisis air, disamping mg/l, meq/1 dipakai sebagai satuan konsentrasi karena berguna untuk menentukan perhitungan kimia tertentu seperti perkiraan pembentukan kerak
Contoh soal 2.2 :
Jika analisis air menunjukkan adanya 1000 mg/l Ca2+ dan 1000 mg/l SO42-
dan ingin diketahui berapa CaSO4 di air tersebut.
Dari contoh 2.1 diketahui bahwa meq/l masing-masing adalah 50 untuk Ca2+ dan 20,8 untuk SO42-
, walaupun konsentrasi keduanya sama jika dinyatakan dengan mg/l tapi konsentrasi (meq/1) Ca2+ lebih besar dari konsentrasi SO42-
, sehingga CaSO4 yang akan dibentuk terbatas dan tidak bisa lebih besar dari meq/l SO42-
, berarti CaSO4 yang terbentuk mempunyai konsentrasi 20,8 meq/l.
Untuk mengubah 20,8 meq/1 CaSO4 ke satuan mg/l atau ppm, berat ekivalen CaSO4 harus diketahui. Secara mudah dapat ditentukan dengan melihat pada Tabel 2. 1 untuk berat ekivalen Ca2+ dan SO42-
, maka berat ekivalen CaSO4 sama dengan (berat ekivalen Ca2+) + (berat ekivalen SO42-
) = 20 + 48 = 68
Dari Tabel 2.2, meq/1 = (mg/1) / berat ekivalen, atau meq/1 x berat ekivalen = mg/1 dan 20,8 meq/1 x 40 (berat ekivalen CaSO4) = 1414 mg/1 CaSO4
Sebuah senyawa dapat dibentuk dengan kombinasi ekivalen atau satu banding satu dari unsur-unsur atau radikal-radikal pembentuknya.
Contoh soal 2.3:
Berapa gram kalsium (Ca) yang dibutuhkan agar dapat berkombinasi dengan 90 gram karbonat (CO32-) untuk membentuk kalsium karbonat ?
Penyelesaian :
a. Karbonat adalah radikal yang dibentuk dari karbon (C) dan oksigen (O).
Karbon mempunyai berat atom 12 dan valensi +4, sedangkan oksigen bermassa atom l6 dan bervalensi -2, sehingga total valensi dari radikal karbonat adalah +2.
Satu ekivalen karbonat adalah : [ 12 + 3(16)]/2 = 30 gr/eq
b. Kalsium mempunyai massa atom 40 dan valensi +2. Satu ekivalen kalsium adalah :
40/2 = 20 gr/eq
c. Karena senyawa hanya dapat dibentuk dengan jumlah ekivalen yang sama, maka ekivalen kalsium harus sama dengan ekivalen karbonat.
90 gr CO32-
= 3 eq Jadi Ca = 3 eq
= 3 eq x 20 gr/eq
= 60 gr
(4) dan (5) ekivalen per million dan grain per gallon jarang dipakai pada laporan analisis air modern tapi dituliskan sebagai referensi jika ditemui.
(6) Ekivalen CaCO3 masih tetap dipakai pada perhitungan proses pelunakan air (water softening) dan sebagai satuan standard untuk alkalinitas dan kesadahan (hardness).
Konsentrasi zat A dapat dinyatakan sebagai konsentrasi ekivalen dari zat B menggunakan persamaan berikut :
A ) l / gr ( B ) eq / gr ( Ax ) eq / gr (
A ) l / gr
( = dinyatakan sebagai B (2.4)
Persamaan (2.4) sangat berguna dalam kimia air, karena jumlah padatan terlarut biasanya dinyatakan sebagai ekivalen CaCO3.
Contoh soal 2.4 :
Berapa ekivalen (sebagai CaCO3) dari : (a) 117 mg/1 NaCl
(b) 2.10-3 mol NaCl
Penyelesaian :
(a) 1. Satu ekivalen kalsium karbonat :
[ 40 + 12 + 3(16) ] / 2 = 50 gr/eq = 50 mg/meq 2. Satu ekivalen NaCl :
(23 + 35,5)/1 = 58,5 gr/eq = 58,5 mg/meq 3. Dengan pers (2.4)
l mg
l mg
/ 5 , 58
/
117 x 50 mg/meq = 100 mg/1 NaCl sebagai CaCO3
(b) l. satu mol zat dibagi dengan valensinya sama dengan satu ekivalen (2.10-3 mol/1) / 1 mol /eq = 2.10-3 eq/1
2. sehingga :
2.10-3 eq/1 x 50 gr/eq = 0,1 gr/l
= 100 mg/l NaCl sebagai CaCO3.
(7) Persen berat dipakai untuk menunjukkan konsentrasi yang tinggi seperti macam- macam garam yang ditambahkan ke air untuk menaikkan densitas.
2.3 Reaksi Hidrolisa
Salah satu reaksi kimia air yang penting adalah reaksi hidrolisa dari garam- garam tertentu. Hidrolisa adalah reaksi kimia dimana suatu zat bereaksi dengan air membentuk asam dan ataupun basa. Reaksi-reaksi tersebut menyebabkan perubahan keasaman dan alkalinitas larutan dan sekaligus menyebabkan perubahan kecenderungan pengendapan kerak, korosi pada logam, dan masalah-masalah kimia yang lain.
Zat yang dapat larut dalam air dan dapat menghasilkan ion hidroksi (OH-) atau karbonat (CO32-) disebut basa dan larutannya disebut larutan basa atau alkali. Basa dapat menetralkan asam.
Contoh-contoh basa adalah :
1. Ammonia, NH3 (ammonium hidroksida, NH4OH) 2. Natrium hidroksida, NaOH
3. Natrium karbonat , Na2CO3 (soda abu)
4. Natrium bikarbonat, Na2HCO3 (soda bubuk/baking soda)
Asam adalah zat yang dapat menyebabkan ion hidrogen (H+) bertambah jika dilarutkan dalam air dan mempunyai kemampuan untuk menetralkan basa. Beberapa asam yang dikenal adalah :
1. Asam Klorida, HCl 2. Asam Sulfat, H2SO4
3. Asam Asetat, CH3COOH 4. Asam karbonat, H2CO3
Basa dan asam bereaksi untuk membentuk garam sedemikian rupa sehingga larutan bersifat netral, alkali atau asam. Garam netral dibentuk oleh reaksi asam kuat dan basa kuat. Garam bersifat alkali didapat dari reaksi basa kuat dengan asam lemah, yang jika dilarutkan dalam air akan membentuk larutan dalam alkali. Contoh seperti NaHCO3 yang dibentuk dari NaOH (basa kuat) dengan H2CO3 (asam lemah).
Garam bersifat asam terhidrolisa dalam air untuk membentuk kembali asam kuat dan basa lemah pembentuknya, seperti disajikan oleh reaksi berikut :
2 FeCl3 + 6 H2O Æ 2 Fe(OH)3 + 6 HCl (2.5) Besi Klorida (FeCl3) adalah garam bersifat asam dan Fe(OH)3 adalah basa lemah.
2.4 Beberapa Sifat Kation Logam dan Garamnya
Masing-masing kation yang disajikan pada Tabel 2.1, pada kondisi tertentu, bereaksi dengan anion untuk membentuk garam. Jika penggabungan terjadi, jumlah total muatan valensi positif (+) dari kation harus sama dengan jumlah total muatan valensi negatif (-) dari anion. Sebagai contoh, satu monovalen Na+ dapat digabungkan dengan satu monovalen Cl- untuk membentuk garam NaCl. Dua ion Na dibutuhkan oleh satu ion SO4-
untuk membentuk garam Na2SO4. Hanya satu ion Ca2+ yang dibutuhkan oleh satu ion SO42-
untuk membentuk garam Ca2SO4. Dua ion Al+3 dibutuhkan oleh tiga ion SO42- untuk membentuk Al2(SO4)3 dan seterusnya.
Lebih dari 45 jenis garam dapat dibentuk dari unsur/senyawa yang tercantum pada Tabel 2.1. Masing-masing garam tersebut mempunyai sifat fisik dan kimia yang berbeda-beda. Walaupun demikian, telaahan umum berikut ini akan sangat berguna : l. Semua garam yang berasal dari Na dan K sangat larut dalam air. Garam-garam
klorida dan sulfat yang dibentuk olehnya bersifat netral, sedangkan garam bikarbonat, karbonat, dan hidroksida bersifat alkali.
2. Garam klorida dari Ca, Mg, Ba dan Sr larut dalam air tapi ke larutan garam sulfatnya mengikuti aturan sebagai berikut :
BaSO4 < SrSO4 < CaSO4 < MgSO4
Garam karbonat dan hidroksida dari Ca, Mg, Ba dan Sr semuanya mempunyai kelarutan dalam air yang rendah dengan Mg(OH)2 mempunyai kelarutan yang paling kecil pada air netral.
3. Garam klorida dan sulfat dari besi, mangan dan aluminium larut dalam air dan larutannya bersifat asam. Garam-garam anorganik yang lain yang dibentuk dari unsur-unsur tersebut (karbon dioksida, hidroksida, sulfida dan lain-lain) mempunyai kelarutan yang rendah di air tapi larut dalam asam.
2.5 Kesetimbangan
Beberapa zat padat, terutama yang berbentuk kristal terionisasi dengan cepat dalam air, seperti ditunjukkan pada reaksi di bawah ini :
CaO + H2O Æ Ca2+ + 2 OH- (2.6)
NaCl + H2O Na+ + Cl- + H2O (2.7) Dari dua persamaan di atas, air dapat berfungsi sebagai reaktan / zat pereaksi atau bukan. Jika air tidak berfungsi sebagai reaktan, air dapat diabaikan dalam persamaan.
Pada reaksi :
AxBy xA + yB (2.8)
padatan ionik
Persamaan kesetimbangan untuk reaksi tersebut dinyatakan sebagai berikut :
K = [A]x [B]y / [AxBy] (2.9)
dengan :
K = konstanta kesetimbangan zat-zat tersebut dalam air murni pada suhu tertentu [A], [B] = konsentrasi A dan B pada saat kesetimbangan
Pada saat kesetimbangan fasa padat tidak berubah, karena laju pelarutan (dissolution) dan pengendapan (precipitation) sama, sehingga :
[AxBy] = Ks = Konstan dan, [A]x[B]y = K.Ks = Ksp
Ksp adalah hasil kali kelarutan untuk pasangan ion. Jika konsentrasi salah satu atau kedua ion bertambah besar, akan menyebabkan harga Ksp bertambah besar, dan pengendapan akan terjadi untuk mempertahankan keadaan kesetimbangan. Harga Ksp untuk beberapa pasangan ion disajikan pada Tabel 2.3. Penggunaan Ksp untuk menentukan konsentrasi ion digambarkan pada contoh soal 2.5.
Contoh soal 2.5 :
Ksp untuk disosiasi Mg(OH)2 seperti tercantum pada Tabel 2.3 adalah 9.10-12. Tentukan konsentrasi Mg2+ dan OH- pada saat kesetimbangan, dinyatakan sebagai mg/1 CaCO3. Penyelesaian :
1. Persamaan reaksi disosiasi Mg(OH)2 :
Mg(OH)2 Mg2+ + 2 OH- (2.11)
2. Berdasarkan persamaan (2.11) : Ksp = [Mg2+] + [OH- ]2 = 9.10-12
Jika x adalah jumlah mol Mg2+ pada reaksi (2.11), maka OH- adalah 2x, maka:
[x][2x]2 = 4x3 = 9.10-12
x = 1,3.10-4 mol/1 = Mg ; 2x = 2,6.10-4 mol/1 = OH
3. Mg = (1,3.10-4 mol/1) / (0,5 mol/eq) x 50.000 mg/eq = 13 mg/1 sebagai CaCO3. 4. OH = (2,6.10-4 mol/l) / (1,0 mol/eq) x 50.000 mg/eq = 13 mg/1 sebagai CaCO3.
Tabel 2.3. Harga Ksp
Persamaan reaksi Ksp pada 25oC Significance in Environmental Engineering
MgCO3 Mg(OH)2 CaCO3 Ca(OH)2 CaSO4 Cu(OH)2 Zn(OH)2 Ni(OH)2 Cr(OH)2 Al(OH)3 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)3 Mn(OH)2 Ca3(PO4)2
CaHPO4 CaF2
AgCl BaSO4
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
<==>
Mg2+ + CO3 2-
Mg2+ + 2 OH- Ca2+ + CO3
2-
Ca2+ + OH- Ca2+ + SO4
2-
Cu2+ + 2 OH- Zn2+ + 2 OH- Ni2+ + 2 OH- Cr2+ + 2 OH- Al3+ + 3 OH- Fe2+ + 2 OH- Fe3+ + 3 OH- Mn3+ + 3 OH- Mn2+ + 2 OH- 3 Ca2+ + 2 PO43-
Ca2+ + HPO4 -
Ca2+ + 2 F- Ag+ + Cl- Ba2+ + SO42-
4 x 10-3 9 x 10-12
5 x 10-9 8 x 10-4 2 x 10-5 2 x 10-19 3 x 10-17 2 x 10-16 6 x 10-31 1 x 10-32 6 x 10-36 5 x 10-15 1 x 10-36 8 x 10-14 1 x 10-27 3 x 10-7 3 x 10-11 3 x 10-10 1 x 10-10
Hardness removal, scaling Hardness removal, scaling Hardness removal, scaling Hardness removal Flue gas desulfurization Heavy metal removal Heavy metal removal Heavy metal removal Heavy metal removal Coagulation
Coagulation, iron removal, corrosion Coagulation, iron removal, corrosion Manganese removal
Manganese removal Phosphate removal Phosphate removal Fluoridation Chloride analysis Sulfate analysis Source : Adapted from Sawyer and McCarty [2-12]
2.6 Analisa Air
Adanya zat-zat terlarut dan tersuspensi dalam air menyebabkan air mempunyai kualitas atau karakteristik tertentu, yang dapat diukur dari sifat-sifat sebagai berikut : 1. Keasaman (acidity)
Keasaman menyatakan kapasitas air untuk menetralkan basa atau alkali. Keasaman biasanya disebabkan oleh CO2, asam-asam organik, asam-asam mineral atau hasil reaksi hidrolisa.
2. Alkalinitas / basa (alkalinity/basidity)
Alkalinitas menyatakan kapasitas air untuk menetralkan asam. Penyebab alkalinitas adalah bikarbonat (HCO3-
), karbonat (CO32-
) dan hidroksida (OH-) 3. pH
pH menyatakan pengukuran aktivitas ion hidrogen (H+) 4. Salinitas (salinity)
Besaran ini digunakan untuk menggolongkan kandungan mineral yang terlarut dalam air. Salinitas klorida menyatakan konsentrasi total dari keberadaan klorida, Cl-,
dalam air. Harga salinitas tinggi pada air garam atau batuan garam (brine). Salinitas NaCl adalah hal yang serupa, kecuali kandungan klorida ditentukan dengan analisis yang dinyatakan sebagai NaCl.
5. Padatan Terlarut Total (Total Dissolved Solids / TDS)
TDS menunjukkan jumlah ion terlarut yang disajikan pada analisis air. TDS ditentukan dengan cara pemanasan secara perlahan-lahan penguapan sejumlah kecil air sampel (50-100 ml), kemudian sisa garam kering ditimbang. Hasilnya dinyatakan sebagai mg/1 atau ppm. Jumlah TDS hasil evaporasi ini biasanya lebih kecil daripada penjumlahan ion-ion yang ditentukan pada analisis, hal ini terjadi karena adanya zat yang hilang pada saat terjadi evaporasi.
6. Densitas (density)
Densitas adalah berat per satuan volume yang dinyatakan sebagai g/l, pound/gallon, kg/m, dan lain-lain.
7. Specific Gravity (Sp.Gr.)
Specific Gravity adalah nisbah antara densitas air yang dianalisis terhadap air murni (tidak ada garam-garam terlarut) pada temperatur tertentu. Karena merupakan perbandingan maka specific gravity tidak bersatuan. Specific gravity biasanya diukur dengan hidrometer. Hidrometer dikalibrasi pada suhu 4°C dimana densitas air murni tepat 1,000 g/l. Jika temperatur air yang dianalisis lebih besar dari 4°C, temperatur yang terukur dicatat dan specific gravity dilaporkan sebagai :
Sp. Gr. pada
C C C
C
o o o
o
4 25 4
20 = , dll
Garam-garam terlarut menyebabkan kenaikan densitas, demikian juga specific gravity. Walaupun besarnya kenaikan tersebut merupakan fungsi dari garam terlarut, harga densitas dan specific gravity tidak dapat dipakai langsung untuk mengukur TDS, walaupun demikian persamaan di bawah ini, dengan kesalahan rata-rata sekitar 6%, dapat dipakai untuk memperkirakan TDS pada air mempunyai salinitas antara 10-150 g/l.
TDS (g/1) = (Sp.Gr. -1)x 1380 Atau :
Sp.Gr. = 1 + [TDS (g/1) / 1380]
8. Padatan Tersuspensi Total (Total Suspended Solids / TSS)
TSS merupakan berat dari zat-zat yang tidak larut, zat-zat tersuspensi yang disaring dari volume sampel tertentu, dan lebih sering dinyatakan dengan mg/l.
9. Kekeruhan (turbidity)
Turbidity merupakan sifat optik air yang berhubungan dengan penyerapan dan penyebaran cahaya. Pengukuran turbidity secara empirik menunjukkan seberapa jauh pengukuran tersebut dipengaruhi oleh jumlah dan jenis zat-zat tersuspensi.
Konsentrasi aktual dari zat yang tersuspensi tidak dapat ditunjukkan dan tidak ada hubungan antara pembacaan turbidity dengan berat padatan tersuspensi. Walaupun demikian pengukuran turbidity dapat dengan mudah dilakukan dengan menggunakan turbiditymeter dan perubahan jenis atau jumlah padatan tersuspensi.
10. Biochemical Oxygen Demand (BOD)
BOD menyatakan harga kebutuhan oksigen terlarut selama proses penguraian zat-zat organik secara biokimia aerobik.
11. Chemical Oxygen Demand (COD)
COD menunjukkan jumlah oksigen yang dikonsumsi selama terjadinya oksidasi zat- zat organik secara kimia pada suatu kondisi tertentu. Nilai COD biasanya dipakai untuk memantau unit pengolahan dan aliran air buangan tapi tidak dapat secara langsung menunjukkan jumlah zat-zat organik yang dapat dioksidasi secara biologik.
2.7 Contoh Perhitungan Analisis Air dan Interpretasinya
Tabel 2.4 memperlihatkan data-data yang diperoleh dari analisis air terhadap suatu sampel air.
Tabel 2.4 Contoh analisis air Sampel 1 Fresh Water Ion
mg/L meq/L Na
K Ca Mg Fe Ba Sr Cl SO4
HCO3
CO3
OH TDS Sp.gr.
pH pHs@50oC
O2
H2S
1364 8 101
28 3 0 0 2265
24 165
0 0 3955 1.003 7.9 6.9 2.1 0
59.3 0.2 5.1 2.3 0.1
63.8 0.5 2.7
Sampel 1 (satu), air diperoleh dari sumur yang dangkal (kurang dari 35 m) dan berlumpur. Air tersebut akan dipakai pada sistem pendingin dan sebagai air umpan boiler pada kilang gas. Kandungan oksigen dan pH air diukur pada saat pengumpulan sampel. Sampel 1 ditandai dengan air segar, tapi dari inspeksi terhadap hasil analisis air, air sumur tersebut lebih tepat disebut air payau. Air tidak mengandung ion hidroksida dan karbonat, alkalinitas hanya disebabkan oleh adanya 165 mg/1 bikarbonat dan jika dinyatakan sebagai CaCO3.
Alkalinitas total sebagai CaCO3 = 165 x (50/61) = 135 mg/l. Untuk perhitungan ini, konsentrasi bikarbonat diambil dari analisis air dan berat ekivalen bikarbonat didapat dari Tabel 2.1.
Kesadahan dihitung untuk menentukan kapasitas pelunakan air yang dibutuhkan jika air dipakai sebagai air umpan boiler. Kesadahan total sebagai CaCO3 :
= Ca2+ + Mg2+
= (101 x 50/20) + (28 x 50/12,2)
Pada sampel baik pH maupun pHs dicantumkan. pH diukur pada saat pengumpulan,sedangkan pHs dihitung setelah analisis air selesai. pHs adalah pH teoritik jika air jenuh dengan CaCO3. Untuk sampel 1, pH sebenarnya lebih besar dari pHs pada 50°C (122°F) dan ini menunjukkan bahwa pengendapan kerak CaCO3 sangat mungkin terjadi jika air ini dipakai di plant sebagaimana direncanakan.
Berdasarkan hasil analisis air dan perhitungan di atas, sumur/sumber air tersebut harus ditutup karena berbagai alasan seperti :
l. Kesadahan tinggi
Biaya untuk pelunakan air cukup tinggi karena kesadahan yang dihilangkan cukup besar yaitu dari 368 mg/l CaCO3 sampai mendekati 0 untuk pemakaian air umpan boiler.
2. Pengendapan kerak.
Endapan kerak CaCO3 pada pipa dan penukar panas sebenarnya tidak akan terjadi jika air digunakan sekali saja (once trough). Pemantauan kerak menjadi cukup sulit jika air dipekatkan (pada sistem air pendingin) 3 kali dari yang direncanakan.
3. Masalah korosi dan bakteri
Adanya oksigen terlarut dan besi dalam air menunjukkan adanya korosi pada pipa dan pompa sumur yang cukup serius dan pencemaran akibat bakteri sangat mungkin.
Air menyerap zat-zat dalam perjalanan daur hidrologinya, sehingga menyebabkan air tersebut menjadi tidak murni lagi. Zat-zat itu disebut sebagai zat pengotor atau impurities. Berbagai jenis impurities dan karakteristiknya disajikan pada Tabel 3.1. Zat pengotor dalam air pada dasarnya dapat dikelompokkan dalam tiga golongan, yaitu :
i. Padatan tersuspensi ii. Padatan terlarut iii. Gas terlarut
3.1 Padatan Tersuspensi dalam Air
Padatan tersuspensi merupakan istilah yang diterapkan pada zat heterogen yang terkandung dalam kebanyakan jenis air. Padatan tersuspensi terutama terdiri atas lumpur, humus, limbah dan bahan buangan industri. Padatan tersuspensi menyebabkan air menjadi keruh dan bila digunakan sebagai air umpan ketel akan menyebabkan terbentuknya deposit, kerak dan atau busa. Padatan tersuspensi dalam air pendingin akan menimbulkan endapan dan timbulnya korosi di bawah endapan tersebut.
Kekeruhan yang berlebihan dalam air minum sangat tidak diinginkan karena dapat menimbulkan rasa yang kurang baik.
3.2 Padatan Terlarut
Air adalah pelarut yang baik, sehingga dapat melarutkan zat-zat dari batu-batuan dan tanah yang terkontak dengannya. Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan tersebut, antara lain : CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2 dan sebagainya. Air yang akan dipakai untuk pembangkit uap atau sistem pendingin mempunyai dua parameter penting yang merupakan akibat dari padatan terlarut, yaitu kesadahan (hardness) dan alkalinitas (alkalinity). Padatan terlarut lainnya, seperti garam terlarut, asam dan zat organik tidak dibahas disini.
CARA PENGOLAHAN - Koagulasi, pengendapan dan filtrasi - Koagulasi, filtrasi, klorinasi, adsorpsi dengan karbon aktif - Pelunakan - Distilasi - Pengolahan internal - Pelunakan dengan kapur dan kapur soda - Demineralisasi - Penambahan asam - Dealkilasi dengan penukar ion -Distilasi - Netralisasi dengan alkali - Aerasi - Deaerasi - Netralisasi dengan alkali - Filmingdan Neutralizing Amines
EFEK - Air menjadi keruh - Membentuk deposit pada pipa-pipa , alat- lat, ketel dan lain-lain - Timbul buih dalam ketel - Menghambatproses pengendapan pada penghilangan besi dan hot phosphate softening - Membentuk scale/kerak pada sistem penukar pans, ketel, pipa - Menghambat daya cuci dengan sabun - Timbul buihdan carry over, (lolosnya) padatan ke dalam uap panas mengakibatkan karatan pada pipa ketel - Bikarbonat dan karbonat menghasilkan CO2 dalam uap panas, sehingga bersifat korosif - Korosif - Korosif terhadap jaringan pipa
RUMUS KIMIA Tidak ada Tidak ada Kalsium dan magnesium yang dinyatakan dalam CaCO3 - Bikarbonat (H2CO3) - Karbonat (CO3) - Hidroksida (OH) - dinyatakan sebagai CaCO3 H2SO4, HCl, dan sebagainya, dinyatakan CO2
Tabel 3.1 Zat-zat pengotor dan karakteristiknya KOMPONEN/ SENYAWA 1. Turbidity 2. Warna 3. Hardness (kesadahan) 4. Alkalinity (alkalinity) 5. Asam mineral bebas 6. Karbon dioksida
CARA PENGOLAHAN - pHdapat dinaikkan dengan penambahan alkali dan sebaliknya dengan asam - Demineralisasi - Distilasi - Demineralisasi - Distilasi - Demineralisasi - Distilasi - Penghilangan secara proses panas dengan garam Mg - Demineralisasi - Distilasi - Aerasi - Koagulasi dan filtrasi - Pelunakan kapur - Penukar kation - Aerasi - Pelunakan kapur
EFEK - Perubahan pH dipengaruhi oleh keasaman atau kebasaandalam air. Air alam biasanya pH 6-8 - Menaikkan kandungan padatan dalam air - Bereaksi dengan Ca membentuk CaSO4 - Menaikkan kandungan padatan dalam air dan bersifat korosif - Menaikkan kandungan padatan - Konsentrasi yang tinggi mengakibatkan penyakit methemogoblin pada bayi - Berguna untuk mencegah keretakan logam pada ketel - Terbentuk kerak pada ketel dan sudu-sudu turbin - Terbentuk depositpada pipa-pipa dan boiler - Terbentuk deposit -
RUMUS KIMIA Konsentrasi ion hidrogen pH = - log (H+ ) SO42- Cl- NO3- SiO2 Fe2+ Fe3+ Mn
Tabel 3.1 Lanjutan KOMPONEN/ SENYAWA lfate itral si angan
CARA PENGOLAHAN - Baffle separator - Stainers - Koagulasi dan filtrasi dengan diatomaceous earth - Deaerasi - Sodium sulfite - Hydrazine - Zat pencegah korosi - Aerasi - Klorinasi - Penukar kation berbasa tinggi - Penukar kation dengan zeolite hidrogen - Klorinasi - Deaerasi - Demineralisasi - Pelunakan kapur, dsb - Pelunakan kapur - Penukar kation dengan zeolite hidrogen - Demineralisasi - Distilasi - Pengendapan - Filtrasi dan koagulasi - Sama dengan 19 dan 20
EFEK - Terbentuk kerak, lumpur dan buih dalam ketel - Korosi - Bau telur busuk - Korosi - Korosi pada tembaga dan seng - Konduktifitastinggi maka sifat korosi makin tinggi - Padatan terlarut menunjukkan jumlah zat- zat terlarut - Menyebabkan buih - Menyebabkan deposit - Padatan total adalah padatan tersuspensi ditambah padatan terlarut
RUMUS KIMIA Dinyatakan sebagai oil atau chloroform extracticible matter O2 H2S NH3 Dinyatakan dalam micromhos, konduktansi spesifik Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Tabel 3.1 Lanjutan KOMPONEN/SENYAWA 14. Minyak 15. Oksigen 16. Hidrogen sulfida 17. Amoniak 18. Konduktifitas 19. Padatan larutan 20. Padatan tersuspensi 21. Padatan total
3.2.1 Kesadahan
Kesukaran pembentukan busa oleh sabun dalam air merupakan indikasi kesadahan air. Kesadahan air terutama diakibatkan oleh adanya ion-ion kalsium dan magnesium. Sabun dalam air bereaksi lebih dulu dengan ion-ion ini sebelum dapat berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan air. Senyawa kalsium, magnesium dan senyawa lain yang bereaksi dengan sabun, mempunyai ukuran yang disebut kesadahan total (total hardness).
Kesadahan total dari sudut kationnya merupakan jumlah kesadahan kalsium dan kesadahan magnesium, atau :
TH CaH + MgH (3.1)
kesadahan total dari sudut anionnya dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu kesadahan karbonat atau kesadahan sementara dan kesadahan non-karbonat atau kesadahan tetap, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut :
TH KH + NH (3.2)
dengan :
TH : Kesadahan Total
CaH : Kesadahan Kalsium = Kadar Ca2+
MgH : Kesadahan Magnesium = Kadar Mg2+
KH : Kesadahan Karbonat = Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2
NH : Kesadahan non-Karbonat = CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, dsb.
Satuan yang dipakai untuk menyatakan kesadahan, adalah sebagai berikut : - milival (mval) = miligram equivalent perliter
- mg/l = ppm sebagai CaCO3
- od = Derajat kesadahan Jerman
= 5,6 mg CaO/liter
Hubungan antara satuan-satuan tersebut adalah sebagai berikut : 1 mval = 50 mg/l sebagai CaCO3 = 2,8 °d
Kerugian yang dapat timbul akibat adanya kesadahan dalam air industri diantaranya adalah pembentukan kerak dalam ketel dan sistem pendingin, selain itu pemakaian sabun akan meningkat bila kesadahan terdapat dalam air pencuci.
didefinisikan sebagai ukuran dari kapasitas air untuk menetralkan asam. Alkalinitas dalam air ada tiga jenis yaitu: alkalinitas hidroksida (OH-alkalinity), alkalinitas karbonat (CO3-alkalinity) dan alkalinitas bikarbonat (HCO3-alkalinity). Penentuan alkalinitas dilakukan dengan titrasi menggunakan larutan HCI. Penetralan yang dilakukan dengan indikator phenolphthalein, menghasilkan alkalinitas-P, sedangkan bila digunakan indikator metil jingga akan dihasilkan alkalinitas-M. Reaksi yang terjadi pada alkalinitas P dan M adalah sebagai berikut :
Alkalinitas-P, pH = 8,3
OH- + H+ <==> H2O (3.3)
CO3 + H+ <==> HCO3 (3.4)
Alkalinitas-M, pH = 4, 5
HCO3-
+ H+ <==> H2CO3 (3.5)
Ketiga jenis senyawa yang menyebabkan alkalinitas tersebut tidak dapat hadir bersama-sama dalam air. sehingga hanya ada lima kemungkinan terdapatnya senyawa penyebab alkalinitas, yaitu :
1. Hanya senyawa hidroksida (OH) 2. Hanya senyawa karbonat (CO32-
) 3. Hanya senyawa bikarbonat (HCO3-
) 4. CO32-
dan HCO3-
5. OH- dan CO32-
Kemungkinan-kemungkinan di atas dapat dilihat pada Tabel 3.2. Tabel tersebut juga memperlihatkan adanya hubungan yang erat antara alkalinitas dengan kesadahan.
Menaikkan alkalinitas berarti menaikkan kesadahan karbonat dan mengurangi kesadahan non-karbonat. Air baku pada umumnya hanya mengandung alkalinitas-M saja (hanya mengandung HCO3 saja) dengan pH sekitar 7. Alkalinitas yang cukup tinggi diperlukan pada air umpan ketel untuk mencegah korosi, akan tetapi kadar OH yang terlalu tinggi dapat menimbulkan "kerapuhan kaustik" (Caustic Embrittlement).
Tabel 3.2 Alkalinitas dan hubungannya dengan kesadahan M-alk & P-alk OH-alk CO3- alk HCO3-alk Total-alk
P = nil nil nil M M
2P < M nil 2P M-2P M
2P = M nil 2P nil M
2P > M 2P-M 2 (M-P) nil M
P = M M nil nil M
Hubungan alkalinitas dengan kesadahan : Jika Kesadahan non karbonat
Kesadahan karbonat
Kesadahan semu
TH > M TH -M M nil
TH = M nil TH Nil
TH < M nil TH M – TH
M-alk = alkalinitas metil orange P-alk = alkalinitas phenolphthalein OH-alk = alkalinitas hidroksida CO3-alk = alkalinitas karbonat HCO3-alk = alkalinitas bikarbonat Total-alk = alkalinitas total = M Kesadahan non-karbonat = S = M - TH Kesadahan semu (pseudo hardness) = TH - M
3.3 Gas Terlarut
Berbagai gas dapat larut dalam air, antara lain : CO2, O2, N2, NH3, NO2 dan H2S.
Gas-gas yang terlarut tersebut pada umumnya tidak menimbulkan korosi kecuali CO2, O2 dan NH3. Karbon dioksida sesungguhnya adalah suatu asam jika bergabung dengan air, dan dengan demikian dapat menyerang logam. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
CO2+ H2O <==> H2CO3 <== > H+ + HCO3 (3.6) Oksigen terlarut dalam air merupakan penyebab utama terjadinya korosi pada
ketel dan sistem pendingin. Penghilangan oksigen dari air umpan ketel dapat dilakukan dengan cara deaerasi secara fisik dan kimia.
4.1 Pengolahan Eksternal
Proses pengolahan secara eksternal untuk memperbaiki kualitas air terdiri atas berbagai jenis, dan penerapan proses-proses tersebut disesuaikan dengan tujuan penggunaan air yang dikehendaki.
Gambar 4.1 menunjukkan sebagian besar jenis proses pengolahan air secara eksternal. Proses-proses tersebut digunakan untuk mengolah impurities tertentu dan pengolahan air secara eksternal ini dapat dibagi menjadi tiga kategori, yaitu :
A. Proses pendahuluan (pretreatment)
Proses ini umumnya digunakan untuk memperoleh kualifikasi air pendingin atau sebagai proses awal untuk penyediaan air dengan kualitas yang lebih tinggi.
B. Proses filtrasi
Proses ini khusus untuk menghilangkan zat padat tersuspensi C. Proses penurunan/penghilangan padatan terlarut
Proses ini bertujuan menghilangkan padatan terlarut (dissolved solid) tanpa menggunakan metoda pengendapan secara kimiawi (chemical precipitation), misalnya: proses pertukaran ion (ion exchange).
