Kesadahan Dan Cara Menghilangkannya
-
Upload
lisa-fitrianty-joharli -
Category
Documents
-
view
41 -
download
17
Transcript of Kesadahan Dan Cara Menghilangkannya
Nama : Lisa Fitrianty / H1E111024
Mata Kuliah : laboratorium Teknik Lingkungan
Dosen : Nova Annisa, SSi., MS
Kesadahan dan Cara Menghilangkannya
Kesadahan air atau air sadah adalah air yang mengadung Ca2+ dan Mg2+.
Senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan mencegah
terjadinya busa dalam air. Senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut
dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk
endapan yang kemudian akan menjadi kerak.
Walaupun tidak berbahaya, air sadah dapat menimbulkan kerugian, diantaranya :
Kesadahan Air dapat menurunkan efisiensi dari deterjen dan sabun.
Kesadahan Air dapat menyebabkan noda pada bahan pecah belah dan bahan flat.
Kesadahan Air dapat menyebabkan bahan linen berubah pucat.
Mineral Kesadahan Air dapat menyumbat semburan pembilas dan saluran air.
Residu Kesadahan Air dapat melapisi elemen pemanas dan menurunkan efisiensi
panas.
Kesadahan Air dapat menciptakan buih logam pada kamar mandi shower dan
bathtubs.
Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+ juga oleh Mn2+,
Fe2+ dan semua kation yang bermuatan dua. Air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat
pada air tanah di daerah yang bersifat kapur. Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu
berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti : CO32- , HCO3
- dan OH-.
Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO3- membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi kejenuhan.
Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas
kejenuhan di mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila titik jenuh dilampaui, terjadi
endapan garam kalsium karbonat CaCO3 dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa
atau dasar ketel.
Kesadahan ada dua jenis, yaitu :
1. Kesadahan Sementara
Kesadahan sementara adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam
bikarbonat, seperti Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2. Kesadahan sementara ini dapat / mudah
dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk endapan CaCO3 atau
MgCO3.
Reaksinya:
Ca(HCO3)2 -dipanaskan–> CO2 (gas) + H2O (cair) + CaCO3 (endapan)
Mg(HCO3)2 -dipanaskan–> CO2 (gas) + H2O (cair) + MgCO3 (endapan)
2. Kesadahan tetap
Kesadahan tetap adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam
klorida, sulfat dan karbonat, misalnya seperti CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2.
Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda – kapur (terdiri dari
larutan natrium karbonat dan magnesium hidroksida ) sehingga terbentuk endapan kalium
karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padattan/endapan) dalam air.
Reaksinya:
CaCl2 + Na2CO3 –> CaCO3 (padatan/endapan) + 2 NaCl (larut)
CaSO4 + Na2CO3 –> CaCO3 (padatan/endapan) + Na2SO4 (larut)
MgCl2 + Ca(OH)2 –> Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaCl2 (larut)
MgSO4 + Ca(OH)2 –> Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaSO4 (larut)
Adapun cara untuk menghilangkan kesadahan adalah sebagai berikut :
1. Pemanasan
Garam MgCO3 bersifat larut dalam air dingin, namun semakin tinggi temperatur air,
kelarutan MgCO3 semakin kecil, bahkan menjadi tidak larut dan dapat mengendap. Garam
CaCO3 kelarutannya lebih kecil dari pada MgCO3, sehingga pada air dinginpun sebagian
CaCO3 mengendap, pada air panas pengendapannya akan lebih banyak lagi. Berdasarkan
sifat ini, kesadahan yang disebabkan oleh kation Mg2+ dan Ca2+ dapat dihilangkan dengan
cara pemanasan. Dikarenakan sifat ini maka air sadah tidak dikehendaki pada air industri
karena dapat menimbulkan endapan/kerak pada peralatan pemanas seperti boiler dan lain
sebagainya.
2. Pengendapan (dengan kapur soda)
Pada proses ini tujuannya adalah untuk membentuk garam-garam kalsium dan
magnesium menjadi bentuk garam-garam yang tidak larut, sehingga dapat diendapkan
dan dapat dipisahkan dari air. Bentuk garam kalsium dan magnesium yang tidak larut
dalam air adalah :
a. Kalsium Karbonat (CaCO3)
b. Magnesium Hidroksida (Mg(OH)2)
Untuk menghilangkan kesadahan sementara kalsium, ditambahkan kapur sedangkan
untuk menghilangkan kesadahan tetap kalsium, ditambahkan soda abu. Untuk
menghilangkan kesadahan magnesium sementara, ditambahkan kapur + kapur dan untuk
menghilangkan kesadahan magnesium tetap ditambahkan kapur + soda abu.
3. Resin Penukar Ion
Pada proses pertukaran ion, kalsium dan magnesium ditukar dengan sodium.
Pertukaran ini berlangsung dengan cara melewatkan air sadah kedalam unggun butiran yang
terbuat dari bahan yang mempunyai kemampuan menukarkan ion. Bahan penukar ion pada
awalnya menggunakan bahan yang berasal dari alam, yaitu greensand yang biasa disebut
zeolit. Agar lebih efektif, bahan greensand diproses terlebih dahulu.
Pada saat ini bahan-bahan tersebut sudah diganti dengan bahan sintesis lainnya yang
lebih efektif yang disebut “resin penukar ion”. Ada dua jenis resin penukar ion, yaitu resin
penukar ion positif (cation exchange resin) dan resin penukar ion negative (anion exchange
resin). Untuk menghilangkan kesadahan atau untuk pelunakan air (water softening)
digunakan resin penukat ion positif.
Resin penukar ion positif umumnya dibuat dengan cara polimersisasi stirena dan
divinilbenzen yang dilanjutkan dengan proses sulfonasi membentuk suatu molekul
polystirena yang saling menyilang (cross-linkage) yang secara umum disebut resin penukar
ion.
Resin penukar ion dibuat secara komersial, umumnya dalam bentuk butiran dengan
ukuran diameter 0.4 - 0.6 mm atau 20 – 40 mesh, dengan ukuran yang barmacam-macam dan
bermacam kegunaan. Sebagai contoh, beberapa tipe resin mempunyai cross linkage yang
lebih besar untuk meningkatkan ketahan terhadap oksidasi dan tekanan osmosis (osmotic
shock). Ada tipe resin yang dibuat dengan porsitas yang lebih besar untuk menghindari
fouling akibat air yang banyak mengandung material organik.
Bagaimana mekanisme pertukaran ion didalam proses penghilangan kesadahan ?
Resin penukar ion positif (kation) yang digunakan secara komersial umumnya dalam
bentuk asam kuat atau asam lemah. Resin penukar ion positif (kation) asam kuat dapat
menghilangkan seluruh kation atau ion positif yang ada didalam air, sedangkan resin penukar
ion positif asam lemah umumnya dibatasi hanya untuk menghilangkan kesadahan yang
berhubungan dengan alkalinitas karbonat. Selain dalam bentuk asam kuat atau asam lemah,
ada pula yang dalam bentuk netral (intermediate).
Resin penukar ion mempunyai afinitas yang berbeda terhadap setiap jenis ion yang
ada didalam air. Akibatnya resin penukar ion menunjukkan urutan selektivitas untuk tiap
jenis ion yang terlarut didalam air. Untuk resin penukar ion positif dalam bentuk asam kuat
(strong acid cation exchange resin) urutan jenis ion positif yang mempunyai afinitas terhadap
resin penukar ion mulai dari yang terbesar sampai yang terkecil adalah sebagai berikut:
kalsium (Ca2+), magnesium (Mg2+), Amonium (NH4+), kalium (K+), sodium atau natrium
(Na+), dan hydrogen (H+). Dengan demikian apabila air dilewatkan ke dalam suatu bed
(unggun) resin penukar ion positif maka pada lapisan unggun resin yang paling atas sebagian
besar diduduki oleh kalsium (Ca2+), disebabkan karena kalsium memiliki afinitas yang palin
besar. Oleh karena magnesium mempunyai afinitas lebih tinggi setelah kalsium maka lapisan
dibawah kalsium sebagian besar akan ditempati oleh ion magnesium (Mg2+), demikian
seterusnya. Lapisan paling bawah akan ditempati oleh ion natrium (Na+) karena mempunyai
afinitas terhadap resin penukar ion yang paling rendah.
Pada saat sebelum proses seluruh lapisan unggun resin ditempati oleh ion hydrogen
(H+). Tahap berikunya, yaitu awal operasi ion kalsium, magnesium, natrium yang masuk
kedalam unggun resin akan menempati unggun resin menggantikan kedudukan ion hydrogen.
Lapisan paling atas akan ditempati oleh ion kalsium, selanjutnya oleh ion magnesium.
Kemudian natrium dan lapisan yang paling bawah masih ditempati oleh ion hydrogen.
Sebagian ion hidrogen yang telah ditukar oleh ion kalsium, magnesium dan natrium akan
keluar terikut dengai air yang keluar unggun resin.
Apabila operasi berlanjut terus maka ion kalsium yang masuk akan menggantikan
kedudukan ion magnesium, ion magnesium yang masuk akan menggantikan kedudukan ion
natrium, dan ion natrium yang masuk akan menggantikan kedudukan ion hydrogen.
Sedangkan ion hydrogen yang telah tertukar akan keluar unggun resin melalui aliran air yang
keluar. Jika operasi berlangsung terus maka seluruh resin akan ditempati oleh ion kalsium
dan magnesium. Pada proses pelunakan air atau proses penghilangan kesadahan, saat seluruh
unggun resin telah diduduki oleh ion kalsium dan magnesium maka proses pelunakan harus
dihentikan karena jika proses dilanjutkan maka ion magnesium akan tergantikan oleh ion
kalsium dan ion magnesium yang akan keluar melalui aliran air yang keluar unggun resin.
Pada kondisi seperti ini resin dinyatakan jenuh dan harus diregenerasi kembali. Ion-ion yang
tidak diharapkan keluar misalnya ion magnesium atau kalsium yang terikut keluar unggun
resin penukar disebut Leakage.
Ada dua tipe siklus pertukaran ion, yaitu pertikaran dengan siklus Na yang
regenerasinya memakai larutan garam dapur (NaCl). Dan pertukaran ion dengan siklus H
yang regenerasinya dengan menggunakan larutas asam kuat misalnya asam klorida (HCl)
atau asam sulfat (H2SO4).
Jika menggunakan asam sulfat atau asam klorida maka pada akhir regenerasiion
kalsium atau magnesium yang menempati unggun resin akan digantikan seluruhnya oleh ion
hydrogen. Apabila regenerasi menggunakan larutan natrium klorida, seluruh ion kalsium dan
magnesium yang telah menempati unggun resin akan digantikan oleh ion natrium. Reaksi
pertukaran ion didalam proses penghilangan kesadahan adalah:
A. Dengan siklus Na
Penghilangan Ca dan Mg dengan zeolit, regenerasi NaCl, yaitu;
Ca-Z + 2NaCl Na2Z + FeCl2
Mg-Z + 2NaCl Na2Z + MnCl2
Penghilangan Ca dan Mg dengan rsin sintesis, regenerasi NaCl, yaitu :
R-Ca + 2NaCl 2R-Na2 + CaCl2
R-Mg + 2NaCl 2R-Na2 + MgCl2
B. Dengan siklus H
Penghilangan Ca dan Mg dengan zeolit, regenerasi dengan HCl, yaitu :
Ca-Z + 2HCl 2H2Z + CaCl2
Mg-Z + 2HCl 2H2Z + MgCl2
Penghilangan Ca dan Mg dengan resin penukar ion, regenerasi dengan HCl, yaitu:
R-Ca + 2HCl R-H2 + MnCl2
R-Mg + 2HCl R-H2 + FeCl2
Dilihat dari persamaan reaksi, proses penghilangan Ca dan Mg dengan pertukaran ion
sangat mudah operasinya, tetapi jika air bakunya mempunyai kekeruhan dan kandungan zat
organic serta kadar Fe3+ dan Mn2+ cukup tinggi maka resin penukar ionnya akan tertutup oleh
kotoran tersebut, sehingga daya tukar ionnya menjadi cepat jenuh. Hal ini mengakibatkan
regenerasi harus sering dilakukan.