BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Presipitasi Kimia
Metode presipitasi (pengendapan) merupakan salah satu metode pengolahan limbah yang banyak digunakan untuk memisahkan logam berat dari limbah cair.
Dalam metode presipitasi kimia dilakukan penambahan sejumlah zat kimia tertentu untuk mengubah senyawa yang mudah larut ke bentuk padatan yang tak larut.
Presipitasi kimiawi dapat dipakai untuk mengolah limbah encer yang mengandung bahan beracun, yang dapat diubah menjadi bentuk tak larut, misalnya limbah yang mengandung arsen, cadmium, chrom, cuprum, plumbum, hidrargyrum, nikel, argentum, dan zink.
Proses presipitasi tidak hanya melibatkan proses kimia saja , tetapi juga melibatkan proses fisik . proses fisik yang ada antara lain adalah perubahan bentuk padatan terlarut yang relatif berukuran kecil menjadi padatan tersuspensi yang relatif berukuran besar sehingga mudah diendapkan. Faktor fisik lainya adalah pengadukan untuk mempercepat proses presipitasi kimia .
2.2 Prinsip Dasar Presipitasi Kimia
Prinsip presipitasi kimia adalah mengubah senyawa Calcium H atau Magnesium H dalam kondisi terlarut (nilai kelarutan besar) menjadi senyawa Calcium Carbonat dan Magnesium Hidroksida yang terendapkan atau memiliki nilai kelarutan kecil. Oleh karena itu, pemahaman terhadap nilai kelarutan senyawa dalam air menjadi faktor penting. Nilai kelarutan berbagai senyawa dalam air disajikan dalam tabel di bawah ini:
Tabel 2.1 Kelarutan Mineral (mg/L) Sebagai CaCO3 Pada 0oC.
Mineral Rumus Hardness Kelarutan (mg/L)
Calcium bicarbonate Ca(HCO)3 CaCH 1620
Calcium carbonate CaCO3 - 12
Calcium chloride CaCl2 CaNCH 336000
Calcium sulfate CaSO4 CaNCH 1290
Calcium hydroxide Ca(OH)2 - 2390
Magnesium bicarbonate Mg(HCO3)2 MgCH 37100
Magnesium carbonate MgCO3 - 101
Magnesium chloride MgCl2 MgNCH 362000
Magnesium sulfate MgSO4 MgNCH 170000
Magnesium hydroxide Mg(OH)2 - 17
Sodium bicarbonate NaHCO3 - 38700
Sodium carbonate Na2CO3 - 61400
Sodium chloride NaCl - 225000
Sodium hydroxide NaOH - 370000
Sodium sulfate Na2SO4 - 33600
Prinsip reaksi pada presipitasi kimia adalah reaksi oksidasi-reduksi yang membutuhkan kondisi lingkungan (pH, waktu, temperatur, konsentrasi) tertentu.
Reaksi yang terjadi antara konstituen dalam air dengan bahan kimia yang ditambahkan menghasilkan presipitat yang mudah diendapkan. Diagram alur dari proses presipitasi kimia dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.1 Alur proses presipitasi
2.3Presipitasi Kimia dalam Pengolahan air minum
Presipitasi kimiawi dalam pengolahan air minum adalah pengendapan bahan- bahan terlarut dan tersuspensi dalam air dengan penambahan bahan kimia untuk membentuk presipitat. Dalam pengolahan air minum, presipitasi kimia yang paling umum adalah dalam proses koagulasi-flokulasi dengan penambahan koagulan agar terbentuk flok yang mudah diendapkan. Aplikasi lain adalah penyisihan nitrogen atau fosfor, penurunan kesadahan, penyisihan besi dan mangan. Proses kimiawi yang terjadi dalam presipitasi adalah reaksi reduksi-oksidasi (redoks).
Reaksi reduksi dan oksidasi didasarkan pada konsep transfer elektron antar atom, molekul, atau ion. Atom, molekul, atau ion dikatakan mengalami oksidasi jika melepaskan elektron dan mengalami reduksi apabila menerima elektron. Proses reaksi reduksi dan oksidasi bisa ditulis secara terpisah sebagai persamaan reaksi paruh, misal:
HOCl + H+ + 2I- ↔ I2 + Cl- + H2O Reaksi ini dapat ditulis dengan dua persamaan:
2I- ↔ I2 + 2e
HOCl + H+ + 2e ↔ Cl- + H2O
Reaksi pertama adalah oksidasi karena ion I- melepaskan 2 elektron sehingga menjadi I2. Reaksi yang kedua adalah reduksi karena ion H+ menerima 2 elektron.
2.4Presipitasi Kimia dalam Pengolahan Kesadahan Air
Kesadahan adalah keadaan dimana suatu perairan mengandung ion-ion Ca2+
dan Mg 2+ . Air yang sadah perlu diolah sebelum dikonsumsi , pengolahannya adalah dengan cara softening (penyabunan) yang terdiri atas dua macam yaitu pertukaran ion dan presipitasi . Air bawah tanah (groundwater) pada umumnya lebih sadah daripada air permukaan. Kesadahan yang tinggi dapat ditemukan di daerah yang keadaan
kapur tersebut dan batu kapur tersebut akan menguraikan ion kalsium (Ca2+).
Kesadahan dinyatakan dalam satuan Meq/L (mili Equivalen per Liter) atau mg/L sebagai CaCO3 . derajat kesadahan ditunjukan seperti dibawah ini :
Pengolahan kesadahan dengan metode presipitasi kimia : 1. Proses kapur – soda abu
CaCO3 + H2O → CO2 + Ca(OH)2
2. Reaksi Kalsium karbonat
2 CaCO3 + 2 H2O → Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2
3. Reaksi Magnesium Karbonat
CaCO3 + MgCO3 + 2 H2O → Mg (HCO3)2 + Ca(OH)2
Mg(OH)2 + CaCO3 →MgCO3 + Ca(OH)2
4. Reaksi Magnesium Non Karbonat Mg(OH)2 + CaSO4 → MgSO4 + Ca(OH) 5. Reaksi Kalsium Non Karbonat CaCO3 + Na2SO4 → CaSO4 + Na2CO3
Variasi proses presipitasi kapur – soda abu
1. Pengolahan dengan kapur berlebih (excess – lime treatment)
1 – 75 Soft
75 – 150 Sedang
150 – 300 Sadah
>300 Sangat sadah
Agar pengolahan berjalan optimal , terutama untuk presipitasi Magnesium, ditambahkan kapur berlebih kurang sebanyak 35 mg.L CaO atau sekitar 1.25 meq/L 2. Split Treatment
Sebagian air baku diolah dengan proses excess lime dan menetralisir kelebihan kapur dengan bagian dari air baku tersisa
2.5Presipitasi Kimia dalam Pengolahan Air limbah
Selain dapat digunakan dalam kesadahan air , metode presipitasi kimia pun digunakan pada pengolahan air limbah yang mengandung ion logam seperti Cu2+ perlu dilakukan suatu reaksi pengendapan (presipitasi) dengan suatu raegen kimia dengan didasarkan atas apakah suatu kation Cu2+ yang bereaksi dengan beberapa reagensia yang ada akan membentuk endapan atau tidak. Menurut Vogel (1985), pengendapan (presipitasi) adalah suatu proses pemisahan diri suatu fase padat keluar dari larutan.
Endapannya mungkin berupa kristal atau koloid dan dapat dikeluarkan dari larutan dengan penyaringan atau pemusingan (centri-fuge).
Adapun beberapa reaksi-reaksi ion Cu2+ yaitu sebagai berikut (Vogel, 1985):
1. Natrium hidroksida dalam larutan dingin akan terbentuk endapan biru tembaga (II) hidroksida:
Cu2+ + 2OH− → Cu(OH)2 ↓
Endapan tak larut dalam reagensia berlebihan. Bila dipanaskan, endapan diubah menjadi tembaga (II) oksida hitam oleh dehidrasi.
Cu(OH)2↓ → CuO↓ + H2O
dikenal orang sebagai larutan Fehling, ia mengandung ion kompleks [Cu(COO.CHO)]2−
2. Larutan amonia bila ditambahkan dalam jumlah yang sangat sedikit timbul endapan biru suatu garam basa (tembaga sulfat biasa) :
2Cu2+ + SO42− + 2NH3 + 2H2O → Cu(OH)2.Cu(SO4)↓ + 2NH4+
yang larut dalam reagensia berlebihan sehingga terjadi warna biru tua yang disebabkan oleh terbentuknya ion kompleks tetrae-monikuprat (II).
Cu(OH)2.Cu(SO4) ↓ + 8NH3 → 2[Cu(NH3)4]2+ + SO42− + 2OH−
3. Kalium iodida: mengendapkan tembaga (II) iodida yang putih, tetapi larutannya berwarna coklat tua karena terbentuk ion-ion tri-iodida (Iod):
2Cu2+ + 5I− → 2CuI ↓ + I3−
dengan menambahkan natrion tiosufat berlebihan kepada larutan, ion triiodida direduksi menjadi ion iodida yang tak berwarna, dan warna putih dari endapan menjadi terlihat. Reduksi dengan tiosulfat menghasilkan ion tetrationat:
I3− + 2S2O32− → 3I− + S4O62−
Reaksi ini dipakai dalam anlisis kualitatif untuk penentuan tembaga secara iodometri.
4. Kalium sianida (racun): bila ditambahkan dengan sedikit sekali, mula-mula terbentuk endapan kuning tembaga (II) sianida:
Cu2+ + 2CN− → Cu(CN)2↓
Endapan dengan cepat teruarai menjadi tembaga (I) sianida putih dan sianogen (gas yang sangat beracun):
2Cu(CN)2↓ → 2CuCN↓ + (CN)2↑
2.6Presipitasi dalam Penyisihan Besi dan Mangan
Besi dan mangan adalah mineral yang umum ditemukan dalam tanah dalam bentuk oksida, yaitu ferri oksida dan mangan oksida. Dalam air, besi dan mangan sering dijumpai berikatan dengan bikarbonat terlarut (ferro bikarbonat dan mangan biakrbonat), ferro terlarut atau mangan sulfat. Konsentrasi besi dalam dalam air tanah
biasanya cukup besar, bisa mencapai 25 mg/l. Pada air permukaan, konsentrasi besi biasanya kecil dan berada dalam suspensi partikulat halus Fe2O3., koloid, atau berbentuk organik kompleks. Konsentrasi mangan di air tanah maupun air permukaan relatif kecil, pada umumnya kurang dari 1 mg/l. Dalam air permukaan, mangan sering berbentuk tetravalent (Mn4+) atau dalam organik kompleks.
Permasalahan keberadaan besi dan mangan dalam air adalah :
1. Besi dan mangan menyebabkan warna coklat/kuning/hitam pada pakaian, peralatan, perpipaan dan sebagainya.
2. Pada perpipaan dan instalasi, besi dan mangan menyebabkan kerak, sehingga terjadi peningkatan headloss.
3. Air menjadi berasa dan berbau besi.
4. Merangsang pertumbuhan bakteri besi dan mangan.
Mengingat beberapa problem di atas, maka diperlukan proses pengolahan untuk menurunkan kadar besi dan mangan tersebut. Salah satu teknik penurunan kadar besi dan mangan adalah oksidasi. Oksidasi yang digunakan untuk menurunkan kadar besi dan mangan antara lain menggunakan oksigen (disebut aerasi), klor, klor dioksida, kalium permanganat, atau ozone.
1. Oksidasi dengan Oksigen
Oksidasi besi dan mangan dengan oksigen berlangsung mengikuti reaksi oksidasi sebagai berikut:
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2
2MnSO4 + O2 + 2Ca(OH)2 → 2MnO2 + 2CaSO4 + 2H2O
Berdasarkan persamaan reaksi di atas, dapat dihitung kebutuhan oksigen secara teoritis untuk mengoksidasi 1 mg/l besi dan 1 mg/l mangan. Secara teoritis, 1 mg/l oksigen akan mengoksidasi 7 mg/l besi atau 3,4 mg/l mangan. Oksidasi besi berlangsung dengan baik pada pH 7,5 hingga 8 dalam waktu 15 menit. Oksidasi mangan sangat lambat (1 jam) dan tidak efektif pada pH dibawah 9,5.
2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6CO2
Mn(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 → MnO2 + CaCl2 + 4CO2 + 2H2O
Berdasarkan reaksi di atas, diperoleh kebutuhan klor secara teoritis, yaitu 1 mg/l klor dapat mengoksidasi 1,58 mg/l besi atau 0,78 mg/l mangan. Kecepatan reaksi oksidasi tergantung pada pH. Oksidasi besi dan mangan berlangsung baik pada pH 8 - 8,3. Oksidasi besi membutuhkan waktu 15 – 30 menit dan oksidasi mangan membutuhkan waktu 2 - 3 jam. Oksidasi dengan klor mempunyai kecepatan lebih besar daripada aerasi dan mampu mengoksidasi besi yang berikatan organik.
3. Oksidasi dengan Klor Dioksida
Klor dioksida adalah oksidator kuat yang efektif mengoksidasi besi dan mangan kompleks. pH merupakan faktor penting untuk berlangsungnya reaksi ini. pH yang diperlukan adalah minimum 7,0.
Fe(HCO3)2 + ClO2 + NaHCO3 → Fe(OH)3 + NaClO2 + 3CO2 Mn(HCO3)2 + 2ClO2 + 2NaHCO3 → MnO2 + 2NaClO2 + 4CO2 + 2H2O
Secara teoritis, 1 mg/l klor dioksida mampu mengoksidasi 0,83 mg/l besi atau 0,41 mg/l mangan.
4. Oksidasi dengan Kalium Permanganat
Kalium permanganat adalah oksidator kuat. Waktu reaksi cepat dalam rentang pH yang luas. Waktu oksidasi 5 - 10 menit pada pH di atas 7,0.
3Fe(HCO3)2 + 7H2O + KMnO4 → 3Fe(OH)3 + MnO2 + KHCO3 + 5H2CO3 3Mn(HCO3)2 + 2H2O + 2KMnO4 → 5MnO2 + 2KHCO3 + 4H2CO3
Dari reaksi ini, diperoleh hasil secara teoritis, bahwa 1 mg/l KMnO4 dapat mengoksidasi 1,06 mg/l besi atau 0,52 mg/l mangan.
5. Oksidasi dengan Ozone
Reaksi oksidasi besi dan mangan menggunakan ozone berlangsung sebagai berikut:
2Fe(HCO3)2 + O3 + 2H2O → 2Fe(OH)3 + O2 + 4CO2 + H2O Mn(HCO3)2 + O3 + 2H2O → MnO2 + O2 + 2CO2 + 3H2O
Hasil perhitungan secara teoritis, untuk mengoksidasi 2,3 mg/l besi atau 1,5 mg/l mangan diperlukan 1 mg/l ozone.
2.7Metode Presipitasi dalam Pengolahan Air Umpan Boiler
Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu pembangkit panas yang penting. Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini adalah memanaskan kembali. Dalam suatu proses industri boiler harus dijaga agar effisiensinya cukup tinggi. Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari boiler tersebut.
Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga menjadi steam.Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspdai adanya kandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+.Air yang banyak mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hard water).Ion-ion ini sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai umpan boiler.Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat, bilkarbonat dan klorida.Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4,MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2,MgCL2, dll ; akan memiliki kalarutan yang makin kecil/redah apabila suhu makin tinggi.Sehingga ketika memasuki boiler, air ini merupakan masalah yang harus segera diatasi.Air yang sadah ini akan menimbulkan kerak(scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut.
Kandungan -kandungan yang terdapat pada air yang akan dijadikan umpan boiler tersebut dapat dihilangkan dengan metode presipitasi kimia .
