6, Kesadahan air dan pengolahannya.pdf

Kesadahan Air dan Ketidakmurnian Air

Kesadahan Air dan Ketidakmurnian Air

-((

Water Hardness and Water Impurities

Water Hardness and Water Impurities

))

Pengolahan Air Industri

Pengolahan Air Industri

((

Industrial W

Industrial

Water

ater T

Treatment 

reatment 

))

Air dalam Industri

Air dalam Industri

•

• Unit penyediaan air dalam industri termasukUnit penyediaan air dalam industri termasuk

dalam unit pendukung proses (

dalam unit pendukung proses (utilitasutilitas))

•

• Diperlukan untuk menyediakanDiperlukan untuk menyediakan steamsteam, air, air

domestik, air pendingin, air proses domestik, air pendingin, air proses

steam

steam  ketel ketel air pendingin

air pendingin  cooling water cooling water chilled water

chilled water  sistem refrigerasi sistem refrigerasi air proses

air proses _ reaktor proses reaktor proses air domestik

Jenis Air Berdasarkan Lokasi

Air Tawar

yang Diolah

Air Tawar

Air Laut

Air

Air Industri Air Kota Air Permukaan

Air Bawah Tanah

Air Sumur Mata Air Air Sungai Air Danau

dll

dll

Impuritas Air

Impuritas Air

Ionik & Terlarut Non Ionik &

Tidak Terlarut Ion Positif

(Kation)

Ion Negatif

(Anion) Suspensi Koloid Gas

Ca2+ Mg2+ Fe2+ Mn2+ Na+ K+ dll SO₄ 2-Cl -NO₃ -HCO₃ -CO₃ -OH -dll CO₂ O₂ N₂ H₂S dll tanah liat, debu, dll virus, bakteri, alga

LARUTAN KOLOID SUSPENSI

Koloid: campuran dua atau lebih zat yang bersifat homogen dengan ukuran partikel 1– 100 nm, tidak terpengaruh oleh gaya gravitasi sehingga tidak terjadi pengendapan

Pengaruh Ukuran Partikel terhadap

Waktu Pengendapan

Jenis Air Berdasarkan Kualitas

Air

Nilai pH

Kesadahan

Air Keras Air Lunak Air Asam Air Alkali

Kesadahan Air

• Air sadah adalah air yang mengandung beberapa

 jenis mineral yaitu Ca, Mg, Sr, Fe dan Mn dengan konsentrasi tinggi, menyebabkan air menjadi keruh, menimbulkan endapan dan kerak pada dasar ketel serta mengurangi daya kerja sabun serta.

• Kesadahan air dikenal dengan nama kekerasan air

(hard water ), menunjukkan adanya kandungan

garam kalsium dan magnesium yang terlarut, dinyatakan sebagai ekuivalen (setara) kalsium karbonat (CaCO₃).

Kesadahan Air

Tingkat kesadahan kesadahan air ditentukan oleh:

• banyaknya kandungan garam karbonat dalam air • kadar keasaman air

 – Air asam umumnya menunjukkan reaksi lunak

 – Air basa umumnya merupakan air keras (air sadah)

Air lunak menyebabkan busa sabun melimpah dan tangan akan terasa licin;

sedangkan, air sadah sulit menghasilkan busa sabun dan tangan terasa kasat

Kesadahan Air

Kesadahan air dapat diindikasikan dengan:

• German hardness (dGH, dH)

menunjukkan adanya 10 mg CaO (lime) dalam 1 L air

(1 dGH  17,85 ppm)

• French hardness (f)

menunjukkan adanya 10 mg CaCO₃ (limestone) dalam 1

L air (1 f  0,56 dGH  10 ppm)

• British hardness (e, Clark)

menunjukkan adanya 10 mg CaCO₃ (limestone) dalam

Perbandingan Satuan pada Kesadahan

dGH :degrees of general hardness

gpg (grain per galon) : 1 grain (64,8 gr) CaCO₃ per US galon (3,79 L)

e : 1 grain (64,8 gr) CaCO₃ per Imperial galon (4,55 L)

USA, IDN GER, JPN ENG FRA

mmol/L ppm, mg/L dGH, dh gpg e, Clark f mmol/L 1 0,009991 0,1783 0,171 0,1424 0,09991 ppm, mg/L 100,1 1 17,85 17,12 14,25 10 dGH, dh 5,608 0,05603 1 0,9591 0,7986 0,5603 gpg 5,847 5,847 0,05842 1 0,8327 0,5842 e, Clark 7,022 0,07016 1,252 1,201 1 0,7016 f 10,01 0,1 1,785 1,712 1,425 1 Contoh: 1 mmol/L = 100,1 ppm dan 1 ppm = 0,056 dGH

Klasifikasi Kesadahan Air

Kesadahan air dapat dikelompokkan menjadi:

Tingkat (dGH) Klasifikasi kesadahan

1 – 5 Sangat lunak

5 – 10 Lunak

10 – 20 Agak keras

20 – 30 Keras

Jenis Kesadahan dan Proses Perlakuannya

• Kesadahan sementara (temporary hardness)

Adalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat (HCO₃-_{), baik Ca(HCO}

3)2  maupun

MgHCO₃

Kesadahan dapat dihilangkan dengan mendidihkan air shg senyawa tsb menjadi senyawa yang dapat mengendap pada dasar ketel

Rx:

Ca(HCO₃)_{2 (aq)}  CaCO_{3 (s)}  + H₂O _(l) + CO_{2 (g)} 

Jenis Kesadahan dan Proses Perlakuannya

• Kesadahan tetap ( permanent hardness)

Adalah air sadah yang mengadung anion selain ion bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl-_{, NO}

3-  dan

SO₄

2-Kesadahan ini tidak dapat dihilangkan dengan pemanasan, tetapi dengan mereaksikan air tersebut dengan zat-zat kimia tertentu (ion exchanger).

Pereaksi untuk menghilangkan kesadahan: larutan karbonat (Na₂CO_{3 (aq)} atau K₂CO_{3 (aq)})

Rx:

CaCl_{2 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)}  CaCO_{3 (s)}  + 2 NaCl _(aq) Mg(NO₃)_{2 (aq)} + K₂CO_{3 (aq)}  MgCO_{3 (s)}  + 2 KNO_{3 (aq)}

Oksigen Terlarut (

Dissolved Oxygen

, DO)

• Kelarutan suatu gas pada cairan merupakan

karakteristik dari gas tersebut sendiri dan dipengaruhi oleh tekanan, ketinggian suatu tempat, suhu dan salinitas.

• Kelarutan oksigen di medium cair menurun

seiring dengan naiknya suhu

• Setiap kenaikan 100 m dpl, tekanan atmosfer

menurun 8-9 mmHg, dan kelarutan gas menurun 1,4 %.

Kualitas Air untuk Pendingin

Air dengan kualitas baik

• Kandungan impuritas rendah

• Air lunak dengan kesadahan rendah • Air tawar, tidak mengandung garam

Merupakan air yang memiliki kualitas untuk penggunaan di kota.

Dapat berupa distilled water atau air yang telah melalui proses pelunakan

Kualitas Air untuk Pendingin

Air dengan kualitas buruk

• Kandungan impuritas tinggi, seperti NaCl,

substansi inorganik (logam) substansi organik, dll

• Air dengan kesadahan tinggi • Air dengan salinitas tinggi

• Air sungai, air sumur, air danau, air laut

Masalah yang Timbul akibat

Penggunaan Air Kualitas Rendah

• Korosi pada bahan logam

Udara, garam dan gas buangan terlarut dalam air mengandung oksigen, ion klorin dan ion sulfat yang dapat menyebabkan besi berkarat dan menyebabkan pitting (lubang) pada liner

Masalah yang Timbul akibat

Penggunaan Air Kualitas Rendah

• Menimbulkan kerak pada permukaan

Adanya magnesium dan kalsium bikarbonat terlarut dalam air dapat terurai akibat panas dan membentuk magnesium dan kalsium karbonat yang dapat membentuk kerak

Penggunaan bahan antibeku kualitas dapat menyebabkan silikat mengendap dan membentuk kerak

Masalah yang Timbul akibat

Penggunaan Air Kualitas Rendah

• Menimbulkan kerak

Adanya kerak menyebabkan penurunan kemampuan pendinginan, overheating, kerusakan pada liner, piston

Semakin asam dalam air, semakin mudah untuk menghilangkan kerak

Mekanisme Pitting

• Ketika piston

bergerak ke atas, silinder liner akan terdorong oleh piston dan bergeser sedikit ke kanan

• Gelembung dapat

timbul di permukaan pada sisi berlawanan

Mekanisme Pitting

• Ketika piston bergerak

ke bawah, silinder liner bergeser sedikit ke kiri

• Gelembung yang

timbul dapat menabrak permukaan liner dan pecah dan terjadi gelembung di sisi yang lain

Kerusakan pada Silinder Liner

Berkerak

Berkarat Pitting

Pengolahan Air

• Pengolahan air diperlukan ketika air baku yang

tersedia mengandung kesadahan tinggi dengan menambahkan water softener, aditif untuk mencegah kerak dan korosi.

• Ketika air mengandung silika, diamkan dalam

beberapa hari dalam wadah yang tidak berkarat dan gunakan air di bagian atas.

PENGOLAHAN AIR

TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR

BAHAN BAKU AIR (KUALITAS AIR)

Air laut, Air sumur, Air sungai, Air danau, dll

TUJUAN PENGGUNAAN (SPESIFIKASI)

Air minum, MCK, proses,  pendingin, steam (ketel), dll

I. SATUAN PROSES

KOAGULASI, FLOKULASI, PRESIPITASI, AERASI, DESINFEKSI, ION EXCHANGE, FILTRASI, ADSORPSI, dll

II. SATUAN OPERASI

MIXER/AGITATOR, SEDIMENTASI, FILTER, ADSORPBER, AERATOR, dll

Karakteristik Air Umpan Boiler

• Tidak mengandung endapan --- kerak / scale akibat

adanya kesadahan

• Tidak mengandung gas, keasaman --- korosi

• Tidak mengandung basa, senyawa organik tersuspensi

Pengolahan Air Boiler

• Pengolahan Air Eksternal

membuang padatan tersuspensi, padatan telarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (dengan deaerasi)

• Pengolahan Air Internal

penambahan bahan kimia ke boiler untuk mencegah pembentukan kerak

Proses Pengolahan Air

koloid filtrasi / sedimentasi

Koagulasi:proses di mana campuran koloid terdestabilkan dengan adanya penambahan zat kimia (koagulan) sehingga partikel koloid mengalami aglomerasi dan membentuk agregat

Flokulasi: proses di mana partikel koloid terdestabilkan bergabung membentuk flok

Sedimentasi:proses pemisahan padatan di mana partikel flok mengendap karena pengaruh gravitasi

Filtrasi:proses pemisahan partikel padat dan cair dengan menggunakan sebuah bahan semi-permeable

Proses Pengolahan Air

KOAGULASI

• Koagulasi: rapid mixing, dengan penambahan

bahan kimia (koagulan), berfungsi untuk mendestabilkan partikel koloid

Koagulan (muatan berlawanan dengan partikel koloid) _  menetralkan partikel koloid _  partikel koloid bergabung _ mikroflok (tidak terlihat dengan mata telanjang) _  air mengelilingi mikroflok (terlihat)

Beberapa Jenis Koagulan

Koagulasi Sekunder

• Kesulitan pada saat proses koagulasi kadang

terjadi karena lamanya waktu pengendapan dan flok yang terbentuk lunak sehingga akan mempersulit proses pemisahan.

• Dilakukan dengan penambahan koagulan aid

(koagulan sekunder) untuk mempercepat pengerasan, pembentukan dan pengendapan flok

• Jenis koagulan aid: PAC (poly aluminium chloride),

karbon aktif, activated silica, bentonic clay

Flokulasi

• Flokulasi: slow mixing, kadang dengan penambahan

flokulan, proses aglomerasi (penggumpalan) dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh sedimentasi dan filtrasi

• Mikroflok akan bersentuhan satu sama lain  pinflok

  tumbukan dan interaksi yang terus menerus dengan polimer organik atau anorganik  makroflok

  ukuran maksimum   makroflok mengendap (sedimentasi)

• Proses flokulasi biasanya dilakukan selama 15 atau 20 menit sampai 1 jam atau lebih.

Jenis Flokulan

a. Kopolimer dari akrilamida dan N,N−dimel  amino

propilen akrilat

Sifat muatan elektrostatik : Ionik. b. Poli (Natriumakrilat)

Sifat muatan elektrostatik : Anionik c. Poli akrilamida

Sifat muatan elektrostatik : Nonionogen

SEDIMENTASI

(a) (b)

ION EXCHANGER:

menghilangkan kation/anion terlarut

Kation/anion (mis. K+_{, H}+₎

Padatan penukar ion (resin)

Kation/anion dalam air (mis. Ca2+_{, Mg}2+₎

Kolom penukar ion Air

Kation/anion dalam air yang ditambahkan mengikat resin, kation/anion dalam larutan mengikat air yang ditambahkan

Bak Pencampur Klarifier Saringan Pasir Bak Lumpur Dekanter Air Lumpur padat

Bak airterfiltrasi Air Pendingin Air service, sanitasi Filter karbon Penukar kation Dekarbonator Penukar Anion Penghilangan Cl2,

warna, bau, zat-zat organik Penghilangan Ca2+_{, Mg}2+_, Na+_{, K}+_{, Fe}2+_{, Mn}2+_{, Al}3+ Peghilangan CO2 Penghilangan Cl-, NO3-, SiO3 -Unit demineralisasi Deaerator

Unit Injeksi Kimia

Air umpan boiler Air Proses

Zat anti kerak

(Senyawa Phosphat, dsb) Zat pengikat O2 (Hidrazin, dll) Alum, flokulan, NaOH, kaporit

Air baku (air sungai)

Contoh diagram penyediaan/ pengolahan air sungai untuk berbagai keperluan di industri