- Kesadahan Air dan Ketidakmurnian Air - (Water Hardness and Water Impurities)

Pengolahan Air Industri (Industrial Water Treatment)

Air dalam Industri

Unit penyediaan air dalam industri termasuk dalam unit pendukung proses (utilitas)

Diperlukan untuk menyediakan steam, air domestik, air pendingin, air proses

steam ketel air pendingin cooling water chilled water sistem refrigerasi air proses reaktor proses air domestik kebutuhan kantor

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

SO42- 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 0,7 L air (1 e 0,8 dGH 14,25 ppm)

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

> 30 Sangat keras

Jenis Kesadahan dan Proses Perlakuannya

Kesadahan sementara (temporary hardness) Adalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat (HCO3-), baik Ca(HCO3)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) CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

Jenis Kesadahan dan Proses Perlakuannya Kesadahan tetap (permanent hardness)

Adalah air sadah yang mengadung anion selain ion bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl-, NO3- dan SO42- 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 (Na2CO3 (aq) atau K2CO3 (aq)) Rx: CaCl2 (aq) + Na2CO3 (aq) CaCO3 (s) + 2 NaCl (aq) Mg(NO3)2 (aq) + K2CO3 (aq) MgCO3 (s) + 2 KNO3 (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 ---

foaming

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) Waktu pengadukan saat koagulasi: 1 3 menit

Beberapa Jenis Koagulan

Reaksi yang Terjadi

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,Ndimel amino

propilen akrilat Sifat muatan elektrostatik : Ionik. b. Poli (Natriumakrilat) Sifat muatan elektrostatik : Anionik c. Poli akrilamida Sifat muatan elektrostatik : Nonionogen

SEDIMENTASI

(a) (b)

Pola pengendapan partikel diskrit (a) dan partikel flokulen (b)

ION EXCHANGER: menghilangkan kation/anion terlarut

Kation/anion (mis. K+, H+) Padatan penukar ion (resin)

Kation/anion dalam air (mis. Ca2+, Mg2+)

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 air terfiltrasi Air Pendingin

Air service, sanitasi

Filter karbon

Penukar kation

Dekarbonator

Penukar Anion

Penghilangan Cl2, warna, bau, zat-zat organik Penghilangan Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+

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