TUGAS UTILITAS
TUGAS UTILITAS
Pengolahan Air dengan Ion Exchange dan Pengolahan Internal
Pengolahan Air dengan Ion Exchange dan Pengolahan Internal
Disusun Oleh:
Disusun Oleh:
Adella
Adella Linra Linra Priscilia Priscilia 2103011312002921030113120029 Aditya
Aditya Tri Tri Atmaja Atmaja 2103011312008221030113120082 Anisa
Anisa Tri Tri Hutami Hutami 2103011314210301131401710171 Diveganasia
Diveganasia Lauwis Lauwis 2103011312008521030113120085 Eko
Eko Nur Nur Widodo Widodo 2103011312008121030113120081 Gilang
Gilang Ruhinda Ruhinda Putra Putra 2103011314017221030113140172 Irfan
Irfan Suryanto Suryanto 2103011313014821030113130148 Mari
Mari Agustin Agustin Taolin Taolin 2103011314019121030113140191 Melati
Melati Mahardika Mahardika Putri Putri 2103011312006621030113120066 Moh.
Moh. Taufiq Taufiq Anwar Anwar 2103011313018021030113130180 Said
Said Abdillah Abdillah 2103011312210301131200800080 Yudy
Yudy Wiratmadja Wiratmadja 2103011312002521030113120025
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Diponegoro
Universitas Diponegoro
Semarang
Semarang
2015
2015
KATA PENGANTAR KATA PENGANTAR
Assalamu‟alaikum warohmatullahi wabarokatuh. Puji syukur kehadirat Assalamu‟alaikum warohmatullahi wabarokatuh. Puji syukur kehadirat ALLAH SWT yang telah senantiasa memberikan kesehatan , kesempatan , ALLAH SWT yang telah senantiasa memberikan kesehatan , kesempatan , kemampuan serta nikmat iman. Sholawat dan salam tak lupa selalu dilimpahkan kemampuan serta nikmat iman. Sholawat dan salam tak lupa selalu dilimpahkan kepada utusan ALLAH SWT , Nabi besar Muhammad SAW yang merupakan suri kepada utusan ALLAH SWT , Nabi besar Muhammad SAW yang merupakan suri tauladan umat dunia.
tauladan umat dunia.
Penulis juga mengucapkan puji dan syukur atas limpahan karunia dan Penulis juga mengucapkan puji dan syukur atas limpahan karunia dan rahmat-Nya sehingga dapat terselesaikan makalah UTILITAS tentang ion rahmat-Nya sehingga dapat terselesaikan makalah UTILITAS tentang ion exchange dan pengolahan internal ini secara tepat waktu. Tak lupa juga diucapkan exchange dan pengolahan internal ini secara tepat waktu. Tak lupa juga diucapkan terimakasih kepada pihak
terimakasih kepada pihak – – pihak yang secara langsung maupun tidak langsung pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah memberikan bantuan sehingga makalah ini dapat selesai dengan baik.
telah memberikan bantuan sehingga makalah ini dapat selesai dengan baik.
Penulisan makalah ini diharapkan dapat menjadi bahan kajian umum Penulisan makalah ini diharapkan dapat menjadi bahan kajian umum mengenai kondisi politik khususnya di Indonesia. Disamping itu , Penulis mengenai kondisi politik khususnya di Indonesia. Disamping itu , Penulis berharap
berharap makalah makalah yang yang berjudulberjudul „Pengolahan Air dengan Ion Exc„Pengolahan Air dengan Ion Exchange danhange dan Pengolahan Internal‟
Pengolahan Internal‟ ini dapat memenuhi sebagai tugas makalah mata kuliah ini dapat memenuhi sebagai tugas makalah mata kuliah UTILITAS.
UTILITAS.
Penulis menyadari bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan Penulis menyadari bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan kesalahan, baik dari segi sistematikanya maupun karena isi materi yang tidak kesalahan, baik dari segi sistematikanya maupun karena isi materi yang tidak maksimal. Maka dari itu penulis mengucapkan maaf dan mengharapkan kritik dan maksimal. Maka dari itu penulis mengucapkan maaf dan mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kebaikan penulisan kedepannya.
saran yang membangun demi kebaikan penulisan kedepannya.
Penulis Penulis
DAFTAR ISI
JUDUL ... i KATA PENGANTAR ... ii DAFTAR ISI ... iii PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang ... 1 I.2. Tujuan ... 1 PEMBAHASAN
II.1 Jenis-Jenis Pengotor dalam Air. ... 2 II.2Klasifikasi Pengolahan Air. ... 5 II.3Pengolahan Air secara eksternal melalui Pertukaran Ion dan
Pengolahan Air secara Internal. ... 7 KESIMPULAN ... 20 DAFTAR PUSTAKA
PENDAHULUAN
I. 1. Latar Belakang
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.Air yang berasal dari sumber yang berbeda tentunya memiliki karakteristik yang berbeda pula. Misalnya air hujan
akan berbeda karakteristik serta kandungannya dengan air danau, air pegunungan atau dari sumber yang lain.. Air merupakan senyawa yang sangat diperlukan dalam bidang industry karena mudah didapat dan harganya murah atau bahkan dapat diambil tanpa perlu membayar.
Air merupakan zat yang sangat dibutuhkan disetiap sektor industri termasuk pemanfaatan untuk kebutuhan energi dan pemanasan. Kebutuhan energi dan pemanasan di industri umumnya dipenuhi dengan cara memanfaatkan steam yang dibangkitkan pada suatu ketel (boiler). Air yang digunakan sebagai umpan boiler dapat diperoleh dari berbagai sumber, yaitu danau, sungai, laut, maupun
sumur. Persyaratan yang harus dipenuhi sebagai air umpan boiler sangat ketat, antara lain tidak korosif, tidak menyebabkan pembentukan kerak, dan tidak menyebabkan pembentukan buih.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.
I. 2. Tujuan
1. Mengetahui jenis-jenis pengotor dalam air secara umum. 2. Mengetahui klasifikasi pengolahan air secara umum.
3. Mengetahui jenis pengolahan air melalui pertukaran ion dan pengolahan secara internal.
PEMBAHASAN
II. 1. Jenis-Jenis Pengotor dalam Air
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. Zat pengotor dalam air pada dasarnya dapat dikelompokkan dalam tiga golongan, yaitu Padatan tersuspensi, Padatan terlarut dan Gas terlarut.
A. Padatan tersuspensi
Padatan tersuspensi merupakan TSS adalah padatan yang menyebabkan kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak dapat mengendap langsung. Padatan tersuspensi terdiri dari partikel-partikel yang ukuran maupun beratnya lebih kecil dari sedimen, misalnya tanah liat, bahan-bahan organik tertentu, sel-sel mikroorganisme, dan sebagainya. Sebagai contoh, air permukaan mengandung tanah liat dalam bentuk suspensi yang dapat tahan sampai berbulan-bulan, kecuali jika keseimbangannya terganggu oleh zat-zat lain, sehingga mengakibatkan terjadinya penggumpalan yang kemudian diikuti dengan pengendapan (Fardiaz, 1992).
Zat-zat padat yang berada pada dalam suspensi, dapat dibedakan menurut ukuranya sebagai partikel tersuspensi koloid (partikel koloid) dam partikel tersuspensi biasa (partikel tersuspensi) (Alaerts dan Santika, 1987)
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.
B. 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 lainnya. 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). Kesadahan
Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Penyebab air menjadi sadah adalah karena adanya ion-ion Ca2+, Mg2+, atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Srdan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil.Pengertian kesadahan air adalah kemampuan air mengendapkan sabun, dimana sabun ini diendapkan oleh ion-ion yang telah sebutkan diatas. Karena penyebab dominan/utama kesadahan adalah Ca2+ dan Mg2+, khususnya Ca2+, maka arti dari kesadahan dibatasi sebagai sifat/karakteristik air yang menggambarkan konsentrasi jumlah dari ion Ca2+ dan Mg2+, yang dinyatakan sebagai CaCO3.
Air sadah atau air keras adalah air yang memiliki kadar mineral yang tinggi dan lawannya biasanya disebut air lunak atau air yang memiliki kadar mineral sangat rendah misalnya air hujan. Kesadahan air adalah kandungan mineral-mineral tertentu di dalam air, umumnya ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam bentuk garam karbonat. Air sadah atau air keras adalah air yang memiliki kadar mineral yang tinggi, sedangkan air lunak adalah air dengan kadar mineral yang rendah. Selain ion kalsium dan magnesium, penyebab kesadahan juga bisa merupakan ionlogam lain maupun garam-garam bikarbonat dan sulfat. Metode paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun. Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busa yang banyak. Pada air sadah, sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa.
Air sadah sementara adalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat (HCO3-), atau boleh jadi air tersebut mengandung senyawa kalsium bikarbonat (Ca(HCO3)2) dan atau magnesium bikarbonat (Mg(HCO3)2). Air yang
mengandung ion atau senyawa-senyawa tersebut disebut air sadah sementara karena kesadahannya dapat dihilangkan dengan pemanasan air, sehingga air tersebut terbebas dari ion Ca2+ dan atau Mg2+.
Air sadah tetap adalah air sadah yang mengadung anion selain ion bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl-, NO3- dan SO42-. Berarti senyawa yang
terlarut boleh jadi berupa kalsium klorida (CaCl2), kalsium nitrat (Ca(NO3)2),
kalsium sulfat (CaSO4), magnesium klorida (MgCl2), magnesium nitrat
(Mg(NO3)2), dan magnesium sulfat (MgSO4). Air yang mengandung
senyawa-senyawa tersebut disebut air sadah tetap, karena kesadahannya tidak bisa dihilangkan hanya dengan cara pemanasan.
Air sadah tidak begitu berbahaya untuk diminum, namun dapat menyebabkan beberapa masalah. Air sadah dapat menyebabkan pengendapan mineral, yang menyumbat saluran pipa dan keran. Air sadah juga menyebabkan pemborosan sabun di rumah tangga, dan air sadah yang bercampur sabun tidak dapat membentuk busa, tetapi malah membentuk gumpalan soap scum (sampah sabun) yang sukar dihilangkan. Efek ini timbul karena ion 2+ menghancurkan sifat surfaktan dari sabun dengan membentuk endapan padat (sampah sabun tersebut).
Dalam industri, kesadahan air yang digunakan diawasi dengan ketat untuk mencegah kerugian. Pada industri yang menggunakan ketel uap, air yang digunakan harus terbebas dari kesadahan. Hal ini dikarenakan kalsium dan magnesium karbonat cenderung mengendap pada permukaan pipa dan permukaan penukar panas. Presipitasi (pembentukan padatan tak larut) ini terutama disebabkan oleh dekomposisi termal ion bikarbonat, tetapi bisa juga terjadi sampai batas tertentu walaupun tanpa adanya ion tersebut. Penumpukan endapan ini dapat mengakibatkan terhambatnya aliran air di dalam pipa. Dalam ketel uap, endapan mengganggu aliran panas ke dalam air, mengurangi efisiensi pemanasan dan memungkinkan komponen logam ketel uap terlalu panas. Dalam sistem
bertekanan, panas berlebih ini dapat menyebabkan kegagalan ketel uap. Kerusakan yang disebabkan oleh endapan kalsium karbonat bervariasi tergantung pada bentuk kristal, misalnya, kalsit atau aragonit.
Alkalinitas
Alkalinitas air disebabkan oleh adanya senyawa alkalis dalam air. Alkalinitasdidefinisikan 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 (HCO -alkalinity). Penentuan alkalinitas dilakukan dengan titrasi menggunakan larutan HCI.
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).
C. 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. 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.
II. 2. Klasifikasi Pengolahan Air
Klasifikasi pengolahan air secara umum dibedakan menjadi 2, yaitu pengolahan eksternal dan pengolahan internal.
Proses pengolahan secara eksternal untuk memperbaiki kualitas air terdiri atas berbagai jenis, dan penerapan proses-proses tersebut disesuaikan dengan tujuan penggunaan air yang dikehendaki. Pengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi, padatan terlarut ( terutama kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak ) dan gas-gas terlarut ( oksigen dan karbondioksida ). 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.Yang merupakan Proses-proses pendahuluan antara lain : sedimentasi, aerasi, dan klarifikasi
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).
Pengolahan Internal
Pengolahan air secara internal (internal water treatment) adalah proses penambahan/penginjeksian suatu atau beberapa bahan kimia (chemicals) ke dala m air yang akan digunakan untuk proses maupun pendukung proses. Pengolahan air secara internal merupakan proses yang esensial, terlepas dari kenyataan apakah air itu diolah atau sebelumnya. Oleh karena itu, pengolahan eksternal dalam beberapa hal tidak diperlukan, sehingga air dapat langsung diolah dengan cara pengolahan internal saja.
II. 3. Pengolahan Air secara eksternal melalui Pertukaran Ion dan Pengolahan Air secara Internal
A. Pertukaran Ion
Pertukaran ion adalah sebuah proses fisika-kimia. Pada proses tersebut senyawa yang tidak larut, dalam hal ini resin, menerima ion positif atau negatif tertentu dari larutan dan melepaskan ion lain ke dalam larutan tersebut dalam jumlah ekivalen yang sama. Jika ion yang dipertukarkan berupa kation, maka
resin tersebut dinamakan resin penukar kation, dan jika ion yang dipertukarkan berupa anion, maka resin tersebut dinamakan resin penukar anion.
Gambar 2. 1 Teori Pertukaran Ion
Contoh reaksi pertukaran kation dan reaksi pertukaran anion disajikan pada reaksi (3.1) dan (3.2) di bawah ini :
Reaksi pertukaran kation :
2NaR (s) + CaCl2 (aq) => CaR(s) + 2 NaCl(aq) (3.1)
2RCl (s) + Na2SO4 => R 2SO4(s) + 2 NaCl
(3.2)
Reaksi (3.1) menyatakan bahwa larutan yang mengandung CaCl2 diolah
dengan resin penukar kation NaR, dengan R menyatakan resin. Resin mempertukarkan ion Na+ larutan dan melepaskan ion Na+ yang dimilikinya ke dalam larutan.
Jika resin tersebut telah mempertukarkan semua ion Na+ yang dimilikinya, maka reaksi pertukaran ion akan terhenti. Pada saat itu resin dikatakan telah mencapai titik habis (exhausted), sehingga harus diregenerasi dengan larutan yang mengandung ion Na+ seperti NaCl. Tahap regenerasi merupakan kebalikan dari tahap layanan. Reaksi yang terjadi pada tahap regenerasi merupakan kebalikan reaksi (3.1). Resin penukar kation yang mempertukarkan ion Na+ tahap tersebut di atas dinamakan resin penukar kation dengan siklus Na. Resin penukar kation dengan siklus H akan mempertukarkan ion H+ pada tahap layanan dan regenerasi.
A. 1. Jenis-Jenis Resin Penukar Ion
Berdasarkan jenis gugus fungsi yang digunakan, resin penukar ion dapat dibedakan menjadi empat jenis, yaitu :
Resin penukar kation asam kuat
Resin penukar kation asam lemah Resin penukar anion basa kuat
Resin penukar anion basa lemah
Resin penukar kation mengandung gugus fungsi seperti sulfonat ( R-SO3H ), phosphonat ( R-PO3H2 ), phenolat (R-OH) atau karboksilat (R-COOH),
dengan R menyatakan resin. Gugus fungsi pada resin penukar ion asam kuat adalah asam kuat seperti sulfonat, phosphonat, atau phenolat, dan gugus fungsi pada resin penukar asam lemah adalah karboksilat seperti sulfonat, phosphonat, atau phenolat, dan gugus fungsi pada resin penukar asam lemah adalah karboksilat ( primer/R-NH2, sekunder/R-N2H, tersier/R-R‟2N )dan gugus ammonium kuartener (R- N‟R/Tipe I , R -R‟3N+OH/Tipe II) dengan R‟ menyatakan radikal
organic seperti CH3 . Resin anion yang mempunyai gugus fungsi ammonium kuartener disebut resin penukar anion basa kuat dan resin penukar anion basa lemah mempunyai gugus fungsi selain ammonium kuartener.
Gambar 2. 2 Jenis-Jenis Resin A.1 .1. Resin Penukar Kation Asam Kuat
Dinamakan demikian karena sifat kimia nya mirip dengan asam kuat. Resin sangat terionisasi di kedua asam (R-SO3H) dan garam (R-SO3 Na). Resin
penukar kation asam kuat mengandung gugus – SO3H Proton dari gugus
tersebut dapat ditukar dengan kation lain:
nRzSO3-H+ + Mn+ à (RzSO3)nM + nH+
Resin kation dalam bentuk H+, tetapi bentuk ini dapat di ubah menjadi bentuk Na dengan menambahkan garam- Na à ion Na+ akan mengalami pertukaran dengan kation :
NaOH + H+ à Na+ + H20
Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara pembuatannya yaitu dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin). Pada resin kation asam kuat dapat bekerja di seluruh kisaran ph.
Resin asam lemah untuk pemisahan basa kuat atau zat ionik multifungsi seperti protein, sedangkan resin asam kuat untuk pemisahan yang lebih kompleks salah satu aplikasi resin penukar kation asam kuat yaitu “principal sulfonated styrene-divinylbenzene copolymer produc”seperti amberlite IRP-69 (Rhom dan Haas) dan DOWEX MSC-1 (Dow Chimical).Resin ini dapat digunakan untuk menutup rasa dan aroma zat aktif kationik (mengandung amin) sebelum diformulasi dalam tablet kunyah. Resin ini merupakan produk sferik yang dibuat dengan mensulfonasi butir-butir kopolimer divinilbenzen srien dengan zat pensulfonasi pilihan berupa asam sulfat, asam klorosulfonoat, atau sulfur trioksida. Penggunaan zat pengembang yag non reaktif umumnya diperlukan untuk pengembangan yang cepat dan seragam dengan kerusakan minimum.
A.1 .2. Resin Penukar Kation Asam Lemah
Gugus fungsi pada resin penukar kation asam lemah adalah karboksilat (RCOOH). Jenis resin ini tidak dapat memisahkan garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat, tetapi dapat menghilangkan kation yang berasal dari garam bikarbonat untuk membentuk asam karbonat, atau dengan kata lain resin ini hanya dapat menghasilkan asam yang lebih lemah dari gugus fungsinya.
nRzCOO-H+ + Mn+ => (RzCOO)nM + nH+ *dimana Rz adalah gugus organik dari resin.
Resin penukar kation asam lemah bekerja pada pH sekitar pH 5 – 14. Bila pH dibawah 5, maka resin akan „menahan‟ proton terlalu kuat untuk pertukaran kation, hal ini berlaku juga untuk pengambilan kation dari basa yang sangat lemah kurang sempurna. (analog dengan reaksi asam lemah / basa lemah yang tidak sempurna.) Resin asam lemah untuk pemisahan basa kuat atau zat ionik multifungsi seperti protein, sedangkan resin asam kuat untuk pemisahan yang lebih kompleks.
A.1 .3. Resin Penukar Anion Basa Kuat
Gugus fungsi pada resin penukar anion adalah senyawa amina (primer/R- NH2, sekunder/R-N2H, tersier/R-R'2N) dan gugus ammonium kuartener
(R- NR'3/tipe I, R-R'3N+OH/tipe II), dengan R' menyatakan radikal organik seperti CH3. Resin penukar anion yang bersifat basa kuat memiliki gugus aktif yang berupa gugus ammonium, yang struktur kimianya sangat mudah
terdekomposisi karena adanya pengaruh panas. Proses dekomposisi ini dinamakan heat-induced autolysis yang terjadi pada gugus ammonium kuarterner.
Resin dalam bentuk OH (regenerated form), memiliki kecenderungan yang lebih besar untuk mengalami peristiwa ini. Sebab ion OH bersifat sangat nukleofilik dan dapat dengan mudah menyerang ikatan C dengan N sehingga dapat merusak gugus aktif. Dekomposisi gugus aktif dapat menyebabkan adanya penurunan kapasitas pertukaran dan kekuatan sifat basa menjadi bersifat basa lemah. Selain dekomposisi thermal gugus ammonium atau amino
kuarterner memiliki struktur kimia yang sangat mudah teroksidasi oleh oksigen yang terlarut di dalam aliran fluida yang ditangani, hingga terkonversi menjadi gugus yang bersifat basa lemah atau bahkan dapat terlepas dari matriks resin. Selain itu, bukan hanya gugus fungsionalnya, struktur dari matriks resin penukar anion itu sendiri juga sangat mudah teroksidasi. Oksidasi pada matr iks
resin penukar anion dapat menyebabkan pemutusan ikatan crosslink, sehingga struktur resinnya akan semakin rentan terhadap tekanan ataupun oksidasi. Resin penukar anion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine dengan formaldehid untuk memisahkan atau mengambil
garam – garam.
Penukar anion bersifat basa kuat menggunakan gugus tetraalkilamonium untuk interaksi ionik. Resin penukar anion basa kuat ini befungsi di hampir seluruh kisaran pH yaitu dari 0 hingga 12. Resin penukar anion basa kuat akan menghilangkan asam,yang dihasilkan dari reaksi resin penukar kation asam kuat siklus hidrogen yang mengubah garam-garam terlarut menjadi asam, termasuk asam silikat dan asam karbonat. Resin penukar anion basa kuat mampu bereaksi dengan anion asam kuat seperti Cl-,SO4 -2, NO3 - dan anion asam lemah misalnya CO3 -2.Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap layanan dan regenerasi adalah sebagai berikut :
Operasi layanan :
Regenerasi :
A.1 .4. Resin Penukar Anion Basa Lemah
Resin ini digunakan untuk menukar asam kuat dengan adsorpsi air yang tidak dapat menguraikan garam. Reaksinya:
R-NH2-+ HCl =>R-NH2-HCl3
Resin ini digunakan untuk pemisahan garam. Counter ion H+ maupun Na+ merupakan jenis penukar ion. Counter ion H+ memindahkan seluruh kation yang terdapat dalam air merupakan langkah awal demineralisasi.Resin penukar anion basa lemah hanya dapat memisahkan asam kuat seperti HCl dan H2SO4 , tetapi tidak dapat menghilangkan asam lemah seperti asam silikat dan asam karbonat,
oleh sebab itu resin penukar anion basa lemah acap kali disebut sebagai acid adsorbers.
Resin penukar anion bersifat basa lemah (mengandung OH sebagai gugusan labil). Resin penukar ion basa lemah dibentuk dengan mereaksikan amin primer dan amin sekunder atau amonia dengan kopolimer stiren dan divinil benzene yang diklorometilasi, biasanya digunakan dimetilamin. Resin penukar anion basa lemah ini berfungsi dengan baik dibawah pH.
A.2. Operasi Sistem Pertukaran Ion
Operasi sistem pertukaran ion dilaksanakan dalam empat tahap, yaitu : 1. tahap layanan (service)
2. tahap pencucian balik (backwash) 3. tahap regenerasi, dan
4. tahap pembilasan
A.2 .1. Tahap Layanan
Tahap layanan adalah tahap dimana terjadi reaksi pertukaran ion. Tahap layanan ditentukan oleh konsentrasi ion yang dihilangkan terhadap waktu, atau volume air produk yang dihasilkan. Hal yang penting pada tahap layanan adalah kapasitas (teoritik dan operasi) dan beban pertukaran ion (ion exchange load). Kapasitas pertukaran teoritik didefinisikan sebagai jumlah ion secara teoritik yang dapat dipertukarkan oleh resin per satuan massa atau volume resin. Kapasitas pertukaran ion teoritik ditentukan oleh jumlah gugus fungsi yang dapat diikat oleh matriks resin. Kapasitas operasi adalah kapasitas resin aktual yang digunakan untuk reaksi pertukaran pada kondisi tertentu. 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. Tahap layanan ini dilakukan dengan cara mengalirkan air umpan dari atas (down flow).
Selama proses pertukaran ion, kotoran di dalam air misalnya padatan tersuspensi dan juga senyawa organik dapat tertahan dan menempel di permukaan resin yang dapat menurunkan kinerja resin penukar ion. Oleh karena itu, di dalam prakteknya diperlukan pencucian balik untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang menempel pada permukaan resin. Pencucian balik dilakukan dengan mengalirkan air dengan arah aliran dari bawah ke atas. Selama proses pencucian balik volume resin yang berada di dalam reaktor akan mengembang atau terfluidisasi. Oleh karena itu untuk merancang reaktor penukar ion biasanya ruang bebas yang disediakan berkisar antara 65-85%, sehingga jika resin penukar ion terjadi pengembangan 50% pada waktu pencucian balik, secara teknis masih aman.
Tahap pencucian balik dilakukan jika kemampuan resin telah mencapai titik habis. Sebagai pencuci digunakan air produk. Pencucian balik mempunyai sasaran sebagai berikut :
1. pemecahan resin yang tergumpal
2. penghilangan partikel halus yang terperangkap dalam ruang antar resin 3. penghilangan kantong-kantong gas dalam unggun, dan
4. pembentukan ulang lapisan resin Pencucian balik dilakukan dengan pengaliranair dari bawah ke atas (up flow). Pada tahap ini terjadi pengembangan unggun antara 50 hingga 70%.
A.2 .3. Tahap Regenerasi
Tahap regenerasi adalah operasi penggantian ion yang terserap dengan ion awal yang semula berada dalam matriks resin dan pengembalian kapasitas ke tingkat awal atau ke tingkat yang diinginkan. Larutan regenerasi harus dapat menghasilkan titik puncak (mengembalikan waktu regenerasi dan jumlah larutan yang digunakan). Jika sistem dapat dikembalikan ke kemampuan pertukaran awal, maka ekivalen ion yang digantikan harus sama dengan ion yang dihilangkan selama tahap layanan. Jadi secara teoritik, jumlah larutan regenerasi (dalam ekivalen) harus sama dengan jumlah ion (dalam ekivalen) yang dihilangkan (kebutuhan larutan regenerasi teoritik). Operasi regenerasi agar resin mempunyai kapasitas seperti semula sangat mahal, oleh sebab itu
maka regenerasi hanya dilakukan untuk menghasilkan sebagian dari kemampuan pertukaran awal. Upaya tersebut berarti bahwa regenerasi ditentukan oleh tingkat regenerasi yang diinginkan. Tingkat regenerasi dinyatakan sebagai jumlah larutan regenerasi yang digunakan per volume resin. Perbandingan kapasitas operasi yang dihasilkan pada tingkat regenerasi tertentu dengan kapasitas pertukaran yang secara teoritik yang dapat dihasilkan pada tingkat regenerasi itu disebut efisiensi regenerasi. Efisiensi regenerasi
resin penukar kation asam kuat yang diregenerasi dengan H2 anion basa kuat yang diregenerasi dengan NaOH antara 20-50%, oleh sebab itu pemakaian larutan regenerasi 2-5 kali lebih besar dari kebutuhan teoritik. Besaran untuk menyatakan tingkat efisiensi penggunaan larutan regenerasi adalah nisbah regenerasi (regeneration ratio) yang didefinisikan sebagai berat larutan regenerasi dinyatakan dalam ekivalen atau gram CaCO3 dibagi dengan beban pertukaran ion yang dinyatakan dalam satuan yang sama. Semakin rendah nisbah regenerasi, semakin efisien penggunaan larutan regenerasi. Harga nisbah regenerasi merupakan kebalikan harga efisiensi regenerasi. Operasi regenerasi dilakukan dengan mengalirkan larutan regenerasi dari atas.
Proses regenerasi unit dilakukan dengan menginjeksi regeneran pada masing-masing unit. Regeneran untuk cation adalah HCl dan untuk anion NaOH.
Proses regenerasi :
Backwash, yaitu mengalirkan air bersih ke arah ber lawanan melalui
tangki kation atau anion sampai air keluarannya bersih
Melakukan slow rinse, yaitu mengalirkan air pelan-pelan untuk
menghilangkan regeneran dalam resin
Fast rinse, yaitu membilas unit dengan laju yang lebih cepat untuk
menghilangkan sisa regeneran sebelum operasi. A.2 .4. Tahap Pembilasan
Tahap pembilasan dilakukan untuk menghilangkan sisa larutan regenerasi yang terperangkap oleh resin. Pembilasan dilakukan menggunakan air produk dengan aliran down flow dan dilaksanakan dalam dua tingkat, yaitu :
1. tingkat laju alir rendah untuk menghilangkan larutan regenerasi, dan 2. tingkat laju alir tinggi untuk menghilangkan sisa ion
Limbah pembilasan tingkat laju alir rendah digabungkan dengan larutan garam dan dibuang, sedangkan limbah pembilasan tingkat laju alir tinggi disimpan dan digunakan sebagai pelarut senyawa untuk regenerasi.
A.2 .5. Tahap Penghilangan Gas
Deaerasi adalah perlakuan terhadap air untuk menghilangkan gas-gas yang larut dalam air. Adapun gas-gas yang larut dalam air adalah :
• Oksigen ( O2 )
• Karbondioksida ( CO2 ) • Hidrogen ( H2S )
Sedangkan deaerator adalah alat yang bekerja untuk membuang gas-gas yang terkandung dalam air ketel, sesudah melalui proses pemurnian air ( water treatment ). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas awal air pengisian ketel sebelum dimasukkan kedalam boiler. Deaerator bekerja berdasarkan sifat dari oksigen yang kelarutannya pada air akan berkurang dengan adanya kenaikan suhu. Penghilangan gas dilakukan sebelum air keluaran kolom kation diolah di kolom resin penukar anion. Setelah tahap pertukaran kation di resin penukar kation siklus hidrogen, alkalinitas bikarbonat yang dikandung dalam air umpan akan dikonversi menjadi asam karbonat dan karbon dioksida.
CO2 +H2O ↔H2CO3 ↔H+
+HCO3-Cara kerja kolom degasifier mengikuti teori-teori yang berlaku untuk proses stripping (pelucutan). Kandungan CO2 dalam air dilucuti menggunakan udara yang dihembuskan oleh blower (Gambar 4.15) atau secara vakum (Gambar 4.16).
Pemakaian kolom degasified dapat mengurangi kandungan karbon dioksida menjadi 5 mg/l.
Gambar 2. 3 Penghilangan Gas dengan Blower
Gambar 2. 4 Deaerator secara vakum
Aplikasi Ion Exchange
Aplikasi ion exchanger sebagai water softener merupakan fungsi umum dan digunakan sangat luas di industri yang memerlukan soft water untuk proses dan bahan baku boiler . Air baku yang tingkat ke-sadahan-nya (hardness) tinggi karena kandungan kalsium dan magnesium harus diturunkan dengan cara menggantikannya dengan muatan ion sodium yang terdapat pada resin.
Proses pertukaran ion terus berjalan sampai tercapai equilibrium dan jenuh dan sesudah kondisi resin jenuh maka segera dilakukan re-generasi dengan dicuci dengan air yang mengandung garam NaCl tinggi. Soft water digunakan untuk boiler feed water guna mencegah terjadinya endapan (scaling) pada pipa saluran
air baik pada sistim boiler maupun pada sistim pendingin. b) Sebagai media purifikasi
Dalam hal penggunaan media ion exchange sebagai purifier misalnya untuk mengangkat bahan- bahan beracun yang dibawa oleh fluida tertentu, maka ion exchanger dapat mengambil ion-ion logam berat seperti Cadmium, Lead dan Copper dan menggantikannya dengan ion-ion garam sodium dan potassium. Ada jenis resin ion exchange lain yang dapat menyaring kontaminan organik air baku
dengan menambahkan karbon aktif pada kolom ion exchange t ersebut.
Pemilihan jenis resin akan menentukan fungsi ion exchange pada pabrik yang menggunakannya sebagai water softening, sebagai media filtrasi logam berat fluida tertentu maupun sebagai penyaring mineral pada air baku.
B. Pengolahan Internal
Pengolahan Internal (Internal Treatment) adalah pengkondisian Air boiler dengan bahan kimia dan pengaturan lainnya agar korosi dan kerak dapat dihindari dan kemurnian uap terjaga baik. Pengolahan ini dengan cara pemberian bahan kimia langsung kedalam boiler bersama-sama dengan air pengisi boiler. Reaksi yang terjadi menyebabkan naiknya kandungan padatan yang dapat menyebabkan pembusaan dan carry over. Jumlah zat padat dapat ditekan dengan pengaturan blowdown.
Tujuan pengolahan ini untuk mengontrol zat-zat padat, alkalinitas, kelebihan fosfat,gas-gas korosif, menghindarkan timbulnya kerak yang dapat
melekat dan mengeras pada dinding atau pipa-pipa boiler dan membuat lapisan boiler lebih tahan terhadap korosi.
Beberapa mekanisme yang terjadi dalam Internal Treatment, antara lain: 1. Mereaksikan kesadahan dengan bahan kimia, agar kerak calcium carbonate yang keras berubah menjadi endapan yang lunak berlumpur sehingga bisa dibuang melalui blow-down.
2. Mengkondisikan pH/Alkalinity air boiler untuk menghindarkan pengerakan silica.
3. Penggunaan anti-bus a (anti foam) untuk mencegah potensi pembusaan yang akan mengakibatkan terjadinya carry-over dan menurunkan kemurnian uap.
Beberapa jenis bahan kimia yang umum dipergunakan dalam Internal treatment adalah:
• Fosfat (jenis ortho ataupun polyfosfat): bereaksi kesadahan calcium untuk menetralisir kesadahan air dengan membentuk hydrat tricalcium fosfat yang berbentuk lumpur dan dapat dibuang melalui blow down secara terus-menerus atau secara berkala melalui bawah ketel.
• Natural and synthetic dispersants (Dispersant): meningkatkan sifat dispersif Air Boiler. Beberapa contoh Polymeric Dispersant adalah:
- polimer Alam : lignosulphonates, tannin
- polimer sintetik : polyacrylates, maleat acrylate copolymer, maleat styrene copolymer,dsb.
• Sequestering agents (anti scale) seperti phoshate organic (phosphonates), Polymaleic acid (PMA), Sulfonated co-polymer, dsb.
• Oxygen scavengers (Pemakan Oksigen): seperti natrium sulfit, tannis, hidrazin, hidroquinonJprogallol berbasis derivatif, hydroxylamine derivatif, asam askorbat derivatif, dll. Oxygen Scavengers ini, dikatalisasi ataupun
jenis dari oxygen scavenger ini juga berfungsi sebagai passivator untuk mempassivasi permukaan logam seperti Hydrazine, Hydroxylamine derivate.dll. Pilihan produk dan dosis yang diper lukan akan tergantung pada jenis alat mekanis yang digunakan (Deaeator atau Heating Tank)
• Anti foaming or anti priming agents : cam puran bahan aktif permukaan yang mengubah tegangan permukaan cairan, menghilangkan busa dan mencegah terbawa air halus partikel.
KESIMPULAN
1. Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan dalam industri berbeda-beda tergantung kepada tujuan penggunaan air tersebut
2. Klasifikasi pengolahan air secara umum dibedakan menjadi 2, yaitu pengolahan eksternal dan pengolahan internal
3. Pertukaran ion adalah sebuah proses fisika-kimia. Pada proses tersebut senyawa yang tidak larut, dalam hal ini resin, menerima ion positif atau negatif tertentu dari larutan dan melepaskan ion lain ke dalam larutan tersebut dalam jumlah ekivalen yang sama
4. Pengolahan air secara internal (internal water treatment) adalah proses penambahan/penginjeksian suatu atau beberapa bahan kimia (chemicals) ke dalam air yang akan digunakan untuk proses maupun pendukung proses
DAFTAR PUSTAKA
Utomo, D. Priyo. 2014. UTILITAS : AIR UMPAN BOILER . FT UB. Malang Fauzan. 2012. Kesadahan. FT Univet JATIM
Maulana, A. Malik dan Widodo, Ariyanto .S. 2010 . Pengolahan Air Produk Reverse Osmosis Sebagai Umpan Boiler Dengan Menggunakan Ion
exchange. FT UNDIP. Semarang
Setiadi, Tjandra. 2007. PENGOLAHAN dan PENYEDIAAN AIR . FTI ITB. Bandung
Sugito. 2009. PENGOLAHAN AIR BERBASIS ION EXCHANGE TERPADUKAN
DENGAN MEMBRAN PERMIABEL PADA MEDAN
ELECTRODEIONIZATION (EDI). FT Univ. PGRI Adi Buana. Surabaya Sutrisna, P. Doddy. 2002. BIPOLAR MEMBRANE ELECTRODIALYSIS :
TEKNOLOGI ATRAKTIF UNTUK PROODUKSI ASAM DAN BASA . FT Universitas Surabaya. Surabaya
