AIR

Sumber Air

1. Air laut2. Air tawar

a. Air hujanb. Air permukaan

Impurities (Pengotor) air permukaan akan sangat tergantung kepada lingkungannya, seperti

- Peptisida

- Herbisida

- Limbah industry

- Mineral alam lainnya

Kerugian : Komposisi impurities air permukaan cenderung tidak konstan

Keuntungan : tersedia dalam jumlah yang besar

c. Air tanah- Sumur dangkal (5 – 20 m)

- Sumur dalam (> 200 m)

Keuntungan : Impurities air tanah lebih sedikit dan lebih konstan.

Kerugian : ketersediaan jumlah air yang terbatas

Penggunaan air dalam industry

Penggunaan air dalam industry, pada dasarnya untuk mendukung beberapa system, antara lain :1. System pembangkit uap (boiler)2. System pendingin3. System proses4. Sisten pamadam kebakaran5. System sanitasi/MCK

1 | Utilitas

Kimia Air

A. Komposisi kimia air

Secara kimia air terbentuk dari dua atom hydrogen dan satu atom oksigen :

H2 + ½ O2 H2O

Air merupakan pelarut yang baik, baik terhadap zat organic maupun anorganik, sehingga menjadikan air tidak murni lagi dan berpengaruh terhadap sifat dankarakteristiknya.

Zat-zat yang terlarut dalam air ;

- Kation : Na+, K+, Ca++. Mg++, Fe++, Mn++, Ba++, Al+++

- Anion : Cl-, SO4-2, CO3

-2, HCO3-, OH-,

- Gas : O2, H2S, CO2

Satuan Konsentrasi Air

1. Milligram per liter (mg/l)2. Part per million (ppm)3. Miliequivalen per liter (meq/l)4. Sebagai CaCO3

1. Milligram per liter (mg/l)

Adalah milligram zat yang terdapat dalam 1 liter larutan

2. Part per million (ppm)

Adalah satu bagian zat dalam satu juta bagian larutan

3. Berat ekivalen

adalah berat atom atau molekul dibagi valensi

(BA atauBM )

valensi= mgmeq

=(mgl )(meql )

2 | Utilitas

sehingga;meql

=

mgl

BAa BMvalensi

Contoh ;

1.1000mglCa+2=

1000mgl

402 ( mgmeq )

=50meql

Ca+2

2.1000mgl

SO4−2=

1000(mgl )962 ( mg

meq )=20,8 meq

lSO4

−2

1. Jika analisisa air menunjukan adanya 1000 mg/l Ca+2 dan 1000 mg/l SO4-2.

Berapa CaSO4 yang dapat terbentuk ?Jawab :Dalam bentuk eqivalen,

Ca+2 + SO4-2 CaSO4

50meql

20,8meql

makaCaSO4 terbentuk hanya=20,8meql

(Berat ekivalen Ca+2) + (berat eqivalen SO4-2) = (berat ekivalen CaSO4)

20mgmeq

+ 48mgmeq

= 68mgmeq

megl

=

mgl

berat ekivalen

mgl

=(megl ) x berat ekivalen

3 | Utilitas

mgl

CaSO4 terbentuk=20,8meql

x68mgmeq

=1414 mgl

CaSO4

4. Ekivalen sebagai CaCO3

Dipakai pada perhitungan proses pelunakan air (water softening) dan sebagai satuan standar untuk alkalinitas dan kesadahan (hardness)

Konsentrasi zat A dapat dinyatakan sebagai konsentrasi ekivalen zat B :

( grl )( greq )

zat A x ( greq ) zat B=( grl )zat A dinyatakansebagai Zat B

Contoh ;Berapa ekivalen sebagai CaCO3 dari :a. 117 mg/l NaClb. 0,02 mol NaCl

Jawab ;

a. 1ekivalenCaCO3=40+12+3x 16

2=1002

greq

=50 mgmeq

1ekivalen NaCl=23+35,51

=58,51

greq

=58,50 mgmeq

117mgl

58,5mgmeq

x50mgmeq

=100mgl

NaCl sebagaiCaCO3

b. 1ekivalen=1mol

valensi

4 | Utilitas

0,02moll

1moleq

=0,02eql

0,02eqlx 50

greq

=1 grl

=1000 mgl

NaCl sebagaiCaCO3

Reaksi Hidrolisa

Adalah reaksi kimia, dimana suatu senyawa bereaksi dengan air untuk membentuk asam atau basa.

Reaksi hidrolisa menyebabkan :

1. Perubahan keasaman dan alkalinitas larutan, dan 2. Perubahan kecenderungan pengendapan kerak, korosi pada logam, dan masalah-

masalah kimia lain.

Zat yang larut dalam air, seperti ion hidroksil (OH-) atau karbonat (CO3-2) akan

menghasilkan larutan basa (alkali), diantaranya :

1. Amoniak (NH3), Amonium hidroksida (NH4OH)2. Natrium Hidroksida (NaOH)3. Natrium Karbonat/soda abu (Na2CO3)4. Natrium bikarbonat/baking soda (NaHCO3)

Asam adalah zat yang menyebabkan ion hydrogen (H+) bertambah,dan menyebabkan larutan bersifat asam, al:

1. Asam khlorida (HCl)(asam muriat)

5 | Utilitas

2. Asam sulfat (H2SO4)3. Asam asetat (CH3COOH)(asam cuka)4. Asam karbonat (H2CO3)

Reaksi asam dan basa akan menghasilkan garam, sehingga

larutan akan bersifat netral, alkali atau asam.

Bersifat alakali karena berasal dari basa kuat dan asam lemah.

NaOH + H2CO3 NaHCO3

Bs. Kuat as. Lemah

Bersifat asam

2 Fe(OH)3 + 6 HCl 2 FeCL3 + 6 H2O

Bs lemah as kuat

Beberapa sifat kation logam dan garamnya

1. Semua garam yang berasal dari Na dan K bersifat sangat larut dalam air. Garam-garam yang dibentuk khlorida dan sulfat bersifat netral, sedangkan garam bikarbonat, karbonat dan hidroksida bersifat alkali.

2. Garam sulfat dari Ca, Mg, Ba, dan Sr larut dalam air, tetapi kelarutan garam sulfatnya mengikuti aturan : BaSO4 < SrSO4 < CaSO4 < MgSO4

Garam karbonat dan hidroksida dari Ca, Mg, Ba, dan Sr mempunyai kelarutan yang rendah dalam air dan yang paling rendah Mg(OH)2

Ba(OH)2 > Sr(OH)2 > Ca(OH)2 > Mg(OH)2

3. Garam klorida dan sulfat dari besi, mangan dan aluminium larut dalam air dan besifat asam.

TUGAS :

1. Berapa gram karbonat yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 120 gram Ca untuk membentuk kalsium karbonat.

2. Dari analisa air diketahui terdapat 400 mg/l Ca+2, 100 mg/l Ba+2, 200 mg/l Mg+2, 1000 mg/l SO-4. Hitung ;a. CaSO4, BaSO4, MgSO4 terbentuk b. Dalam eqivalen sebagai CaCO3

6 | Utilitas

TUGAS : TK – 2B

3. Berapa gram karbonat yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 150 gram Ca untuk membentuk kalsium karbonat.

4. Dari analisa air diketahui terdapat 300 mg/l Ca+2, 200 mg/l Ba+2, 100 mg/l Mg+2, 1000 mg/l SO-4. Hitung ;c. CaSO4, BaSO4, MgSO4 terbentuk d. Dalam eqivalen sebagai CaCO3

Tugas :

1. Berapa gram Ca yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 90 gram karbonat untuk membentuk kalsium karbonat.

Jawab :Berat ekivalen karbonat = [12 + 3 x 16]/2 = 30 gr/eqBerat ekivalen kalsium = 40/2 = 20gr/eq

Senyawa hanya dapat dibentuk dengan jumlah ekivalen yang sama

90 gr CO-2 = 90 gr/30gr/eq = 3 eq

Jadi Ca yang dibutuhkan = 3 eq

7 | Utilitas

= 3 eq x 20 gr/eq = 60 gr

Kesetimbangan

Umumnya zat padat berbentuk Kristal terionisasi dalam air

1. CaO + H2O Ca+2 + 2 OH- (irreversible)2. NaCL + H2O Na+ + Cl- + H2O (reversible)

Merupakan tanda reaksi reversible dan pada keadaan setimbang, reaksi :

Ax By x A + y B

Padatan ionic

Persamaan kesetimbangan :

K=[A ]x [B ]y

[A ]x [B ]y

K adalah konstanta kesetimbangan

[A], [B] adalah konsentrasi zat A dan B saat setimbang

Saat setimbang fasa padat tidak berubah karena laju pelarutan dan pengendapan sama, sehingga ;

[Ax By] = Ks = konstan

Dan

[A]x [B]y = K . Ks = Ksp

Ksp adalah hasil kali kelarutan untuk pasangan ion

Jika konsentrasi salah satu ion atau kedunya bertambah besar, maka akan menyebabkan harga Ksp bertambah besar, dan pengendapan akan terjadi untuk mempertahankan keadaan kesetimbangan.

8 | Utilitas

Soal :

Ksp untuk disosiasi Mg(OH)2 adalah 9 . 10-12. Tentukan konsentrasi Mg+2 dan OH-

pada saat kesetimbangan, dinyatakan sebagai mg/l CaCO3

Jawab :

Mg(OH)2 Mg+2 + 2 OH-

K sp=[Mg¿¿+2] [OH ¿¿−2]=9 x10−12¿¿

Jikamol Mg+2=X ,danOH−¿=2 X ¿

[ X ] [2 X ]2=4 X 3=9 x10−12

X=√ 9 x 10−124=1,310−4 mol

l

Mg=X=1,310−4 moll

OH=2 X=2x 1,310−4 moll

Mg=2,6 x 10−4 moll

OH

Sebagai CaCO3

Mg=1mol2eq

=0,5 moleq

OH=1mol1eq

=1moleq

Mg=1,3x 10−4

moll

0,5moleq

X50mgeq

=13mglsebagaiCaCO3

OH=2,6 x10−4mol

l

1moleq

X 50mgeq

=13mglsebagaiCaCO3

9 | Utilitas

Analisa Air

Adanya zat-zat terlarut dalam air akan menyebabkan kualitas dan karakteristik air akan berubah, yang antara lain :

1. KeasamanDisebabkan oleh : gas CO2, asam-asam organic, asam-asam mineral, dan hasil hidrolisa.

2. AlkalinitasDisebabkan oleh ; bikarbonat, karbonat, hidroksida

3. pH diukur dari aktifitas ion hydrogen

4. Salinitasdigunakan untuk menggolongkan kandungan mineral yang terlarut dalam air. Seperti ; salinitas klorida menyatakan konsentrasi total keberadaan klorida dalam air.

5. Densitas6. Padatan Terlarut Total (TDS)

Menunjukan jumlah ion terlarut yang disajikan oleh analisa air.7. Spesifik Grafity (sp gr).

Adalah nisbah antara densitas air yang dianalisis terhadap air murni pada suhu tertentu. Alat ukur spesifik graffiti adalah hydrometer, dan dikalibrasi pada suhu 4 oC. Jika analisa air dilakukan diatas suhu 4 oC, maka akan dilaporkan sebagai

10 | Utilitas

spgr pada ,20C4C

,25C4C

,dll

8. Padatan Tersuspensi Total (TSS)Menyatakan berat dari zat-zat yang tidak larut atau zat-zat yang tersuspensi dalam air.

9. Kekeruhan (Tunbidity)Merupakan sifat optic air yang berhubungan dengan penyerapan dan penyebaran cahaya oleh air.

10.Biochemical Oxygen Demand (BOD)Menyatakan jumlah kebutuhan oksigen terlarut selama proses penguraian zat-zat organic secara biokimia aerobic.

11.Chimical Oksigen Demand (COD)Menyatakan jumlah oksigen yang dikonsumsi selama terjadinya oksidasi zat-zat organic secara kimia pada kondisi tertentu.

(01-10-12)

Impurities Air

A. Penyebab impurities air :

1. Padatan tersuspensi2. Padatan terlarut3. Gas terlarut

1. Padatan tersuspensi

Dalam air padatan tersuspensi biasanya terdiri dari ;- lumpur,

- humus,

- limbah dan

- buangan industry.

Padatan tersuspensi akan menyebabkan terbentuknya ;

o deposit

11 | Utilitas

o kerak, dan

o busa

2. Padatan terlarut

Umumnya kandungan padatan terlarut dalam teridiri dari bahan mineral, al ; MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2, dll.

Akibat dari padatan terlarut diantaranya : Kesadahan (hardnes) dan Alkalinitas (alkalinity).

A. Kesadahan

Kesadahan air dapat dilihat dari kesukaran pembentukan busa oleh sabun dalam air, yang disebabkan oleh adanya ion-ion kalsium dan magnesium.

Ukuran kesadahan dapat diukur dari kesadahan total (total hardness).

Kesadahan total dari sudut kation merupakan jumlah kesadahan kalsium dan kesadahan magnesium.

TH = CaH + MgH

Kesadahan total dari sudut anion :- Kesadahan karbonat (kesadahan sementara)

- Kesdahan non karbonat (kesadahan tetap)

TH = KH + NH

TH = kesadahan total

CaH = kesadahan kalsium = kadar Ca+2

12 | Utilitas

MgH = kesadahan magnesium = kadar Mg+2

KH =kesadahan karbonat = Ca(HCO3) dan Mg(HCO3)2

NH = kesadahan non-karbonat

= CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, dll.

Satuan kesadahan adalah ;

- Milival (mval) = mili equivalen/liter

- Mg/l atau ppm sebagai CaCO3

- od = derajat kesadahan jerman = 5,6 mg CaO/liter

1 mval = 50 mg/l sebagai CaCO3 = 2,8 oC

Akibat dari kesadahan dalam air industry adalah pembentukan kerak dalam ketel dan system pendingin.

B. Alkalinitas

Disebabkan oleh adanya senyawa alkali dalam air. Diantaranya ;- Alkalinitas hidroksida (OH-alkalinity)

- Alkalinitas karbonat (CO3-alkalinity)

- Alkalinitas bikarbonat (HCO3-alkalinity)

Kemungkinan terdapatnya senyawa penyebab alkalinitas ;

1. Senyawa hidroksida2. Senyawa karbonat3. Senyawa bikarbonat4. Senyawa karbonat dan bikarbonat5. Senyawa hidroksi dan karbonat

3. Gas terlarut

Gas terlarut dalam air, antara lain, CO2, O2, N2, NH3, NO2, dan H2S.Diantara gas yang menimbulkan korosi ; CO2, O2, NH3

13 | Utilitas

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

Gas CO2 bersifat asam, dan jika bergabung dengan air akan menyerang logam, dan yang menjadi penyebab utama terjadinya korosi adalah gas oksigen (ketel dan pendingin).

II. Pengolahan Air.

Pengolahan Eksternal

Tujuan untuk memperbaiki kualitas air dan penerapan proses-prosesnya disesuaikan dengan tujuan penggunaan air yang dikehendaki.

Tahapan proses pengolahan eksternal :

1. Pendahuluan Tujuan untuk memperoleh kualifikasi air yang dikehendaki atau sebagai proses awal untuk penyediaan air dengan kualitas yang lebih tinggi

2. Proses filtrasiTujuan untuk menghilangkan zat padat tersuspensi.

3. Proses penghilangan padatan terlarutTujuan untuk menghilangkan padatan terlarut tanpa menggunakan metoda pengendapan secara kimia.

1. Pendahuluan

a. Sedimentasi

14 | Utilitas

Tujuan untuk memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non koloidal dalam air, dengan memanfaatkan gaya grafitasi.

Laju pengendapan untuk beberapa partikel

Diameter (mm) nama partikel waktu pengendapan (ft)

10 kerikil 0,3 dt1 pasir kasar 3 dt0,1 pasir halus 38 dt0,01 lumpur 33 mnt0,001 bakteri 35 jam0,0001 partikel tanah liat 230 hari0,00001 partikel koloid 63 thn

b. Klarifikasi

Tujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi halus atau yang bersifat koloid.

Proses ini terdiri dari : o koagulasi,

o flokulasi, dan

o sedimentasi

Koagulasi

Adalah proses penetralan partikel-partikel yang ada dalam air sehingga sesamanya tidak saling tolak menolak dan dapat diendapkan secara bersama-sama.

Tahapan proses : Penambahan bahan kimia

Seperti : Alum (aluminium sulfat), natrium aluminat, feri sulfat, feri klorida, dll.

15 | Utilitas

Pengadukan dengan kecepatan tinggi. Terjadinya proses pembentukan flok-flok (yaitu partikel bukan koloid

yang halus).

Flokulasi

Merupakan kelanjutan proses koagulasiDimana partikel halus hasil koagulasi akan membentuk gumpalan yang lebih besar sehingga lebih mudah untuk diendapkan.

Tahapan proses ;- Pengadukan lambat

- Pembentukan flok-flok (gumpalan) yang lebih besar

Rekasi yang terjadi pada proses klarifikasi :

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

6FeSO4.7H2O + 3Cl2 2Fe2(SO)3 + FeCl3 + H2O

Al2(SO4)3 + 3NaCO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2

Al2(SO4)3 + 6NaOH 2Al(OH)3 + 3Na2SO4

Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4

Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4

FeSO4 + Ca(OH)2 Fe(OH)2 + CaSO4

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)2

2FeCL2 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)2 + 3CaCl2 + 6H2O

2FeCL2 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)2 + 3CaCl2

MgCO3 + CaCl2 CaCO3 + MgCl2

16 | Utilitas

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O

Setelah menjalani proses koagulasi dan flokulasi dilanjutkan ke tahap sedimentasi

1. Aerasi

Merupakan proses mekanis pencampuran air dengan udara, dengan tujuan ;a. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tidak diinginkan seperti

besi, mangan.

Besi dalam air berupa :

FeCO3 + O2 FeO

FeSO4 + O2 FeO

Larut tidak larut

b. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air, terutama yang bersifat korosif.Gas CO2 yang bersifat asam dapat menurunka pH air, sehingga membantu proses korosi pada logam.

c. Menghilangkan bau, rasa dan warna yang disebabkan oleh mikroorganisme.

2. Filtrasi

Tujuan untuk menahan zat-zat tersuspensi dalam suatu fluida dengan cara melewatkan fluida tersebut melalui suatu lapisan yang berpori-pori.Seperti : pasir, karbon, anthracite, dll. Jenis filter, grafity filter dan pressure filter

17 | Utilitas

3. Pertukaran Ion

Pertukaran ion adalah pertukaran ion antara resin (senyawa tidak larut) dengan air, dimana resin akan menerima ion positif atau negative tertentu dari larutan (air) dan melepaskan ion lain kedalam larutan tersebut dalam jumlah ekivalen yang sama.

Reaksi pertukaran kation ; untuk menukarkan kation2NaR (s) + CaCl2 (l) CaR2 (s) + 2NaCl (l)

Reaksi pertukaran anion : menukarkan anion2RCl (s) + Na2SO4 (l) R2SO4 (S) + 2NaCl (l)

Jika semua ion yang ada dalam larutan sudah dipertukarkan, maka reaksi pertukaran ion akan terhenti dan pada saat itu resin telah mencapai titik habis, sehingga harus dilakukan regenerasi.

Jenis-jenis resin penukar kation :1. Resin penukar kation asam kuat2. Resin penukar kation asam lemah3. Resin penukar anion basa kuat4. Resin penukar anion basa lemah

18 | Utilitas

Resin penukar kation mengandung gugus fungsi :

- sulfonat (R-SO3H),

- phosponat (R-PO3H2),

- phenolat (R-OH),

- kaboksilat (R-COOH).

Resin penukar anion adalah ;

- senyawa amida (primer/ R-NH2, sekunder/R-N2H, tersier/R-R’2N)

- ammonium kuartener (R-NR’3/tipe I, R-R’3NOH/tipe II)R’ adalah radikal organic seperti CH3.

a. Resin penukar kation asam kuat

Beroperasi dengan siklus HTahap layanan ;

Ca+2 SO4-2 Ca H2SO4

Mg+2 Cl- Mg 2HCl + HR 2R +

2Na+ 2HCO3 2Na 2H2CO3

Fe+2 2NO3 Fe 2HNO3

Tahap regenerasi dengan menggunakan asam HCl, H2SO4

Ca CaCl2Mg MgCl2

2R + 2HCl + 2HR 2Na 2NaClFe FeCl2

19 | Utilitas

b. Resin penukar kation asam lemah

Gugus fungsi : karboksilat (R-COOH)Resin ini hanya dapat menghilangkan kation yang berasal garam bikarbonat untuk membentuk asam karbonat.

Tahapa layanan

Ca CaMg Mg

2HCO3 + 2HR 2R + 2H2CO3 2Na 2NaFe Fe

Regenerasi sama dengan asam kuat

c. Resin penukar anion basa kuat

Layanan ;

H2SO4 SO4

2HCL + 2ROH 2R 2Cl + 2H2O2HNO3 2NO3

H2CO3 HCO3

+ ROH R + H2OH2SiO3 HSiO3

Regenerasi

SO4 Na2SO4

2R 2Cl + 2NaOH 2ROH + 2NaCL2NO3 NaNO3

HCO3 NaHCO3 R + NaOH ROH +

HSiO3 NaHSiO3

20 | Utilitas

d. Resin penukar anion basa lemah

Resin penukar anion basa lemah hanya dapat memisahkan asam-asam kuat, seperti HCl dan H2SO4, dan tidak dapat menghilangkan asam-asam lemah, seperti silikat dan karbonat, sehingga disebut juga Acis Absorber.

Tahap layanan

H2SO4 SO4

2HCl + RNH2 2RNH2 2Cl2NO3 2NO3

Regenerasi

SO4 H2SO4

3RNH2 2Cl + NaOH 2RNH2 2HCl

2NO2 2HNO3

Operasi system pertukaran ion :

1. Tahap layanan2. Tahap pencucian balik3. Tahap regenerasi4. Tahap pembilasan

1. Tahap layanan

Merupakan tahap dimana terjadi reaksi pertukaran ion.Watak dari tahap layanan ini ditentukan oleh konsentrasi ion yang dihilangkan terhadap waktu atau volume air produk yang dihasilkan.

Beberapa hal penting pada tahap layanan :

21 | Utilitas

a. Kapasitas pertukaran teoritik adalah jumlah ion secara teoritik yang dapat dipertukarkan oleh resin per satuan masa atau volume resin.Kapasitas pertukaran ion teoritik ditentukan oleh jumlah gugus fungsi yang dapat diikiat oleh matrik resin.

b. Kapasitas operasi adalah kapasitas resin actual yang digunakan untuk reaksi pertukaran pada kondisi tertentu.

c. 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.

2. Tahap pencucian balik

Dilakukan setelah kemampuan resin telah mencapai titik jenuh. Sebagai pencuci digunakan air produk, dengan sasaran :1. Pemecahan resin yang tergumpal2. Menghilangkan partikel halus yang terperangkap dalam ruang antar resin.3. Menghilangkan kantong-kantong gas dalam unggun4. Pembentukan ulang lapisan resin

3. Tahap regenerasi

Adalah operasi penggantian ion yang terjerat dengan ion awal yang semula berada dalam matrik resin dan pengembalian kapasitas resin ketingkat awal atau ketingkat yang diinginkan.

Fungsi larutan regenerasi harus dapat menghasilkan titik puncak (mengembalikan kemampuan resin ketingkat awal) dari ion yang digantikan, karena dapat mengurangi waktu regenerasi dan jumlah larutan yang digunakan.

Operasi regenerasi ;a. Tingkat regenerasi dinyatakan sebagai jumlah larutan regenerasi yang

digunakan per volume resin

b. Efisien regenerasi adalah perbandingan kapasitas operasi yang dihasilkan pada tingkat regenerasi dengan kapasitas pertukaran secara teoritik yang dapat dihasilkan pada tingkat regenerasi

22 | Utilitas

Efisiensi regenerasi resin penukar katiaon asam lemah dan anion basa lemah (100 %) lebih baik dari resin penukat kation asam kuat dan anion basa kuat (20 – 50 %), hal ini disebabkan oleh :

- Kekariban resin golongan lemah dengan ion H dan ion OH lebih besar dibandingkan dengan resin golongan kuat.

- Nilai koefisien selektifitas untuk regenerasi adalah kebalikan dari koefisien selektifitas untuk pertukaran ion awal.

c. Nisbah regenerasi atau tingkat efisiensi penggunaan larutan regenerasi adalah berat larutan regenerasi (dalam ekivalen atau gr CaCO3) dengan beban pertukaran ion dalam satuan yang sama.

4. Tahap pembilasan

Tujuan untuk menghilangkan sisa larutan regenerasi yang terperangkap oleh resin. Dilakukan dengan ;a. Tingkat laju alir rendah, untuk menghilangkan larutan regenerasib. Tingkat laju alir tinggi, untuk menghilangkan sisa ion.

23 | Utilitas

5. Penghilangan gas (deaerator)

Penghilangan gas dilakukan :

Keluar kolom kation sebelum diolah di kolom resin penukar anion, dengan tujuan untuk mengurangi beban pertukaran pada kolom penukar anion (juga untuk mengurangi penggunaan larutan regenerasi)

Pada tahap pertukaran kation (siklus H), alkalinitas bikarbonat dalam air umpan akan dikonversi menjadi asam kabonat dan karbondioksida,

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

Karena air keluar resin penukar kation bersifat asam, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kiri.

Jumlah karbondioksida dalam degasifier ekivalent dengan alkalinitas bikarbonat ditambah dengan jumlah karbondioksida yang terlarut dalam air.

Cara kerja degasifier adalah dengan proses stripping (pelucutan) yaitu kandungan CO2 dalam air dilucuti dengan menggunakan udara yang dihembuskan oleh blower atau secara vakum.

24 | Utilitas

2.1. Pengolahan Internal

Tujuan untuk menyesuaikan air kepada criteria kondisi system dimana air akan digunakan

Pengolahan internal dilakukan dengan penambahan/penginjeksian suatu atau beberapa bahan kimia kedalam air agar bereaksi dengan impurities sehingga tidak tidak menimbulkan gangguan dalam penggunaan air.

Keuntungan pengolahan internal :- Tidak memerlukan peralatan (seperti pengolahan eksternal)

- Hemat tenaga kerja

Masalah-masalah yang ditangani oleh pengolahan internal :

1. Korosi Bahan kimia yang digunakan ;a. Anorganik : kromat, seng, orthophospat, dan poliphosphatb. Organic : polimer sintetik, organic nitrogen compound, dan organic

phosphorous compound.

2. Pembentukan kerakBahan kimia yang digunakan untuk menghambat deposit ;

Threshold inhibitor : poliphosphat dan organophosphorous Polimer seperti poliacrilate

Fungsi Untuk mengurangi pengendapan oleh kalsium, besi dan mangan.

Dispersant : polielektrolitFungsi mencegah pengendapan dari padatan yang tersuspensi

Surfactans : surface active agentsFungsi agar padatan-padatan tersuspensi tetap bergerak dalam air sehingga mencegah deposit.

Biocides : untuk mecegah deposit yang disebabkan oleh Mikroorganisme (chlorine dan bromine)

Pengubah susunan Kristal : tannin, lignin, dan polimer sintetik25 | Utilitas

Fungsi agar deposit yang terbentuk, tapi dengan struktur yang lemah, sehingga mudah untuk dihancurkan.

2.2. Desalinasi

Adalah proses penguranagn kandungan meniral dalam air, dengan proses evaporasi.

Factor dalam pemilihan proses :

o Kualitas dan kuantitas air produk

o Sifat air umpan

o Keekonomisan proses

2.2.1. Multistage flash (MSF) evaporator

Prinsip kerja alat ini adalah pada pencapaian titik didih, dan dapat dilakukan dengan

- Penambahan panas (boiling)

- Penurunan tekanan (flashing yaitu pembentukan uap secara tiba-tiba)

Prinsip kerja MSF vakum.

Air laut umpan

panas air produk

garam

Evaporator satu tahap

Prinsip kerja :

- Air umpan dipanaskan dengan menggunakan uap bertekanan rendah, sehingga air siap menguap pada tekanan yang sesuai dengan temperature pada pemanasan awal

- Tekanan kolom flash divacumkan menggunakan ejector uap, sehingga temperature dalam kolom flash dibawah titik didih atau pada temperature umpan jenuh yang sesuai dengan tekanan kolom

26 | Utilitas

- Air umpan yang bertekanan lebih tinggi dari tekanan kolom, maka saat air masuk kolom akan menjadi lewat jenuh dan melepaskan uap (flash) untuk menuju jenuh kembali.

- Uap yang dihasilkan didinginkan (Panas yang dilepas oleh uap saat kondensasi digunakan untuk memanaskan air umpan)

2.2.2. Reverve osmosis (RO)

air murni air garam

a aliran osmosis b. kesetimbangan c. reverve osmosis osmosis

prinsip kerja :- Dari dua larutan yang berbeda (air murni dan air garam), maka air

akan terserap kedalam air garam melalui membrane, tekanan air akan berkurang dan tekanan air garam akam bertambah, sampai tercapai kesetimbangan (kesetimbangan osmosis)

- Perbedaan tekanan hidrostatik yang dicapai setara dengan tekanan osmotic netto. Tekanan osmotic tergantung pada konsentrasi larutan garam dan temperature.

- Jika diberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotic dari sisi larutan garam, maka arah aliran air akan berbalik arah ke sisi air murni.

Peristiwa ini disebut dengan reverve osmosis- Laju alir air melalui membrane berbanding lurus dengan beda tekan

antara tekanan yang digunakan dengan tekanan osmotic.Kemurnian air produk tergantung pada konsentrasi garam di air umpan dan konstanta penyerapan garam dari membrane yang digunakan.

27 | Utilitas

III. Pengolahan Air Umpan Ketel Dan Air Pendingin

Untuk memenuhi kebutuhan energy dan sysem pemanasan dalam industry umumnya di penuhi dengan cara memanfaatkan steam (uap) yang dibangkitkan oleh ketel (boiler).

A. Pengolahan air umpan ketel

Masalah penggunaan air untuk umpan ketel :

1. Pembentukan kerak2. Terjadinya korosi3. Pembentukan busa

1. Pembentukan kerak

Penyebab kerak pada ketel : - pengendapan langsung dari zat pengotor pada permukaan

perpindahan panas.- Pengendapan zat tersuspensi dalam air yang melekat pada logam

Akibat pembentukan kerak :

- Terjadinya pemanasan lanjut setempat (local overheating)

- Logam ketel gagal berfungsi (failure)

Senyawa-senyawa penyebab kerak

Senyawa nama mineralogy rumus senyawa

Kalsium karbonat Calcite/aragonite CaCO3 Kalsium sulfat Anhydrite CaSO4 Magnesium hidroksida Brucite Mg(OH)2 Basic calcium phosphate Hydroxypatite 3Ca3(PO4)2.Mg(OH)2

Magnesium hydroxyphosphat Mg3(PO4)2.Mg(OH)2

28 | Utilitas

Besi oksida Hematit, geothit Fe2O3.FeOOHKalsium dan magnesium serpentin 3MgO.2SiO2.2H2OSilikat analcite Na2O.Al2O3.4SiO2.2H2O

Acmite Na2O.Fe2O3.4SiO2 Xonotlite 5CaO.5SiO2.H2OPectolite Na2O.4CaO.6SiO2.H2O.

2. Korosi pada ketel

Korosi adalah perubahan kembali logam (Fe) menjadi bentuk bijinya.

Penyebab korosi :- pH air yang rendah

- gas-gas yang terlarut dalam air, seperti ; O2, CO2, dll

- garam-garam terlarut dan padatan tersuspensi

Proses korosi

- kontak antara permukaan logam dengan airFe + 2H2O Fe(OH)2 + H2

- Pada saat setimbang reaksi tidak akan terjadi, tetapi dengan adanya oksigen terlarut dan pH air yang rendah akan mengganggu kesetimbangan dan reaksi akan bergeser kekanan.

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O Fe(OH)3

2H2 + O2 2H2OFe(OH)2 + 2H+ Fe+2 + 2H2O

(biji besi)

- Pergeseran arah reaksi ke kanan menyebabkan berlanjutnya peristiwa korosi pada logam ketel.

- Disamping gas oksigen, alkalinitas yang rendah, adanya garam-garam, dan padatan terlarut dalam air membantu terjadinya reaksi.

3. Pembentukan busa

Merupakan peristiwa pembentukan gelembung-gelembung gas diatas permukaan air dalam tangki boiler.

29 | Utilitas

Penyebab terjadinya busa :- Adanya kontaminasi oleh zat-zat organic

- Zat-zat kimia dalam ketel tidak terkontrol.

Akibat busa :

- Mempersempit ruang pelepasan uap panas

- Terbawanya air serta kotoran bersama uap air.

- Terjadinya korosi pada logam system ketel

Pembentukan busa erat hubungannya dengan tekanan kerja ketel.

Tekanan ketel TDS Alkalinitas TSS Silika (psig) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm)

0 - 300 3500 700 300 125301 - 450 3000 600 250 90451 - 600 2500 500 150 50601 - 750 2000 400 100 35751 - 900 1500 300 60 20901 - 1000 1250 250 40 81001 - 1500 1000 200 20 2.51501 - 2000 750 150 10 1.0Diatas 2000 500 100 5 0.5

Pengolahan air umpan ketel dengan penambahan bahan kimia.

Pemakaian :1. Ketel beroperasi pada tekanan rendah atau sedang2. Sejumlah kondensat digunakan kembali sebagai air umpan3. Air baku yang digunakan untuk air umpan ketel telah memenuhi kualitas.

Kesulitan ;1. Bila kesadahan air umpan sangat tinggi, sehingga banyak lumpur yang

terbentuk yang menyebabkan naiknya jumlah blow down.2. Memperbesar kemungkinan pembentukan kerak pada system sebelum ketel

dan pada saluran air umpan

Tujuan penambahan bahan kimia :

1. Berekasi dengan kesadahan dan kandungan silica air umpan dan mencegah pengendapan pada permukaan logam ketel sebagai kerak.Ion kalsium : diendapkan dalam bentuk kalsium hidroksi apatit dan

kalsium karbonat

30 | Utilitas

Ion magnesium dan silica : diendapkan dalam bentuk sarpentin, magnesium silikat dan magnesium hidroksida

reaksi :

3Ca+2 + 2PO4-3 Ca3(PO4)2

Ca+2 + HCO3- + OH- CaCO3 + H2O

Mg+2 + 2OH- Mg(OH)2 3Mg+2 + 2OH- + 2SiO2

-2 + H2O 2MgSiO2.Mg(OH)2.H2O4Mg+2 + 2OH- + 2PO4

-3 2Mg3(PO4)2.Mg(OH)2

Bahan kimia pengendali pembentukan kerak disebut chelating agent, seperti :- NTA (nitrilotriacetic acid)- EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid)

Pemakaian : boiler tekanan rendah dan air umpan kesadahan rendah.

2. Menjadikan zat-zat tersuspensi seperti lumpur, kesadahan dan besi oksida menjadi suatu masa yang tidak melekat pada logam ketel.

Bahan kimia yang digunakan ; tannin, lignin, dan alginate.

3. Menyediakan perlindungan anti busa untuk memungkinkan pemekatan padatan terlarut dan tersuspensi dalam air ketel sampai taraf tertentu tanpa terjadi carry over.

Penyebab terjadinya carry over ;- Disain ketel tidak baik- Alat pemisah steam dan air yang tidak efektif- Akibat level air yang tinggi

Penyebab pembentukan busa ;- Adanya padatan terlarut dan tersuspensi dalam air- Alkalinitas- Masuknya material perangsang pembentuk busa,

seperti kondensat yang terkontaminasi minyak.

Senyawa pencegah pembentukan busa (anti foam agent), seperti ; - polyglikol dan polyamide.

Perlakuan pencegahan pembentukan busa ;- pengolahan air yang baik- peningkatan blow down dari ketel- menghilangkan senyawa pembentuk busa dalam kondensat.

4. Menghilangkan oksigen dari air dan menyediakan alkalinitas yang cukup untuk mencegah korosi.

31 | Utilitas

Senyawa untuk menghilangkan oksigen dalam air ; natrium sulfit dan hydrazineReaksi ;

2Na2SO3 + O2 2Na2SO4

N2H2 + O2 2H2O + N2

Keuntungan pemakaian natrium sulfit ;- Mempunyai kecepatan rekasi yang cepat pada suhu rendah, - Mudah diumpankan, - Bahan sisa yang tidak bereaksi, dan- Mudah dianalisa

Alasan pemilihan hydrazine ;- Hasil reaksi yang tidak menghasilkan TDS dan TSS- Pemakaian pada suhu tinggi dengan tekanan , 400 psig

B. Pengolahan Air Pendingin

Air pendingin adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panas.

System air pendingin ada 2 jenis ;- Jenis resirkulasi- Jenis sekali lewat

Jenis resirkulasi :

- Resirkulasi terbukaSebagian air yang telah digunakan, diuapkan untuk mendinginkan bagian air sisanya

- Resirkulasi tertutupPendinginan air kembali dilakukan tidak dengan cara memanfaatkan panas laten penguapan, melainkan dengan menggunakan suatu jenis alat penukar panas.

A. Syarat air pendingin ;

Syarat untuk air pendingin harus tidak menimbulkan masalah, al ;

1. Terjadinya korosi2. Pembentukan kerak dan deposit3. Terjadinya fouling akibat aktifitas mikroba

32 | Utilitas

1. Korosi pada system pendingin

Akibat korosi :

- Penyumbatan dan kerusakan pada system perpipaan

- Kontaminasi produk yang diinginkan, karena adanya kebocoran

- Menurunnya efisiensi perpindahan panas

2. Pembentukan kerak dan deposit

Akibat ;- Penurunan efisiensi perpindahan panas

- Naiknya kehilangan tekanan, karena naiknya tahanan dalam pipa

- Penyumbatan pipa-pipa berukuran kecil

3. FoulingFouling yang berasal dari mikroorganisme pada system air pendingin terutama yang terdapay pada cooling tower, dapat mengakibatkan ;

- Korosi local

- Penyumbatan

- Penurunan efisiensi perpindahan panas.

Pengendalain pembentukan kerak

Penyebab pembentukan kerak pada air pendingin ; kadar Ca dan alkalinitas yang tinggi

Pengendalian dapat dilakukan ;

1. Menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi2. Menambah asam sulfat (seperti H2SO4), agar pH air dibawah 7

Kecendrungan pembentukan kerak dan korosi dapat diperkirakan dengan menggunakan

1. Langelier Saturation Index (LSI)2. Ryznar Stability Index (RSI)

33 | Utilitas

Kegunaan pemakaian kedua index ini adalah untuk mengatur kondisi air pendingin agar tidak membentuk kerak dan tidak bersifat korosif.

LSI berharga positif (+) : air cendrung untuk membentuk kerak CaCO3

Negative (-) : air tidak jenuh dengan CaCO3, dan cendrung untuk malarutkan CaCO3, dan bersifat korosif.

RSI < 6,0 : kecendrungan pembentukan kerak

RSI > 6,0 : kecendrungan untuk melarutkan CaCO3, dan

bersifat korosif

B. Pengendalian korosi

Pengendalian korosi dilakukan dengan cara penambahan bahan kimia yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat).

Bahan kimia yang digunakan ;

- polifosfat,

- kromat,

- dikromat,

- silikat,

- nitrat ferrosianida, dan

- molibdat.

C. Pengendalian fouling

Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah dan dikendalikan dengan ;

- klorin,

- klorofenol,

- garam organometal,

- ammonium kuartener, dan

- berbagai mikrobiosida.

34 | Utilitas