Air merupakan salah satu keperluan hidup yang sangat penting. Tanpa air mungkin tidak akan ada kehidupan. Air yang terdapat didalam tidak ada yang murni, didalamnya selalu terdapat zat-zat atau komponen-komponen lain, baik yang larut maupun yang tidak larut, macam dan jumlah komponen itu tergantung sekali pada keadaan disekitar sumber air tersebut.
Air yang mengandung garam-garam kalsium atau magnesium disebut air sadah atau air kaku. Sedangkan air yang tidak mengandung garam tersebut disebut air lunak. Air alam biasanya digolongkan menjadi air atmosfer air permukaan dan air tanah.
Air atmosfer yaitu air hujan atau air yang berasal dari salju, air bersifat lunak, biasanya terlarut gas-gas CO2, O2 dan N2. Yang tergolong air permukaan misalnya air sungai, air danau, air laut, air sumber, dan mineral. Komponen yang terkandung didalamnya tergantung sekali pada keadaan tanah sekitarnya. Air laut mengandung garam-garam terutama NaCl dan MgSO4. Air sungai, air danau, an air sumber biasanya bersifat sadah. Sedangkan air mineral mengandung mineral tertentu dalam konsentrasi yang cukup besar. Sebagai contoh air barit mengandung BaSO4. Air belerang mengandung Na2S atau H2S, air baja mengandung garam-garam besi dan air alkali mengandung Na2CO3 atau garam-garam alkali yang lain.
Menurut penggunaannya air dapat digunakan untuk industri kimia maupun untuk keperluan sehari-hari. Golongan yang terakhir ini lazimnya disebut air minum.
Karena luasnya kegunaan air tersebut maka tiap-tiap sektor harus memenuhi persyaratan tertentu. Demikian juga cara pengolahannya harus sesuai dengan penggunaan dan macamnya air yang ada.
2. Kesadahan Air
Yang disebut air sadah adalah air yang mengandung garam-garam kalsium dan magnesium. Ada dua macam kesadahan yaitu kesadahan sementara (temporer) dan kesadahan tetap atau permanen. Kesadahan sementara disebabkan oleh garam bikarbonat dari kalsium dan magnesium yaitu Ca(HCO3)2 atau Mg(HCO3)2. Kesadahan tetap disebabkan oleh garam-garam karbonat, sulfat, atau khlorida dari kalsium atau magnesium yaitu CaCl2, CaSO4, MgSO4, MgCl2, MgCO3. air sadah tidak baik untuk mencuci dengan air sabun, karena ion kalsium dan magnesium akan bereaksi dengan sabun membentuk garam-garam yang tidak larut. Karena terbentuknya endapan tadi, sabun tidak mempunyai daya pembersih ditandai dengan tidak adanya busa. Untuk keperluan industri air sadah juga akan menimbulkan beberapa kesulitan. Misalnya untuk pengisi ketel uap atau penukar panas, akan menimbulkan kerak yang menempel kuat pada dindingnya. Kerak ini tidak lain adalah garam-garam kalsium dan magnesium yang mengendap dan merupakan tahanan panas yang merugikan.
Kesadahan sementara dapat dihilangkan dengan cara memanaskan air tersebut, sehingga garam bikarbonat mengendap kenjadi karbonat:
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O
Mg(HHCO3)2 → Mg(OH)2 + H2 + 2 CO2
Kesadahan tetap hanya dapat dihilangkan dengan cara kimia.
Sebagai ukuran kesadahan dapat digunakan empat macam derajat kesadahan yaitu:
- Derajat kesadahan jerman (0J), yang menyatakan banyaknya gram CaO atau setaranya di dalam 100 liter air.
- Derajat kesadahan perancis (0P), yaitu banyaknya garam CaCO3 atau yang setaranya didalam 100 liter air.
- Derajat kesadahan inggris (0I), yaitu banyaknya grain CaCO3 dalam satu galon inggris. Satu grain = 0,065 gran, 1 galon inggris = 4,546 liter
- Derajat kesadahan amerika (0A), yaitu banyaknya grain CaCO3 dalam 1 galon amerika. 1 galon amerika = 3,785 liter.
Hubungan antara keempat derajat kesadahan tersebut sebagai berikut:
Selain 4 macam derajat kesadahan tersebut diatas ada cara lain untuk menyatakan jumlah zat padat yang terlarut, yaitu btj (bagian tiap juta). Angka ini menyatakan banyaknya berat zat terlarut dalam tiap 1 juta bagian berat air. Istilah ini berasal dari ppm (part per million). Contoh:
25 btj berarti dalam 1 juta milligram air (1 kg) terdapat 25 mg zat padat. Dalam praktek BJ air dianggap = 1, sehingga sering digunakan satuan isi 1 liter sebagai ganti 1 kg. jadi 25 btj berarti 25 mg tiap liter air.
Air dianggap lunak bila mengandung garam kalsium dan magnesium kurang dari 3 mg/l (3 btj), setengah sadah bila mengandung 3=6 btj dan sadah bila lebih dari 6 btj
3. Proses Pengolahan Air
Pengolahan air merupakan hal yang penting baik untuk industri maupun untuk keperluan air minum. Karena dalam industri sendiri persyaratan air yang diperlukan sangat berlainan untuk tiap-tiap jenis industri, maka cara pengolahannya juga berlainan. Selain itu jenis air yang ada pun menentukan cara-cara pengolahan. Misalnya air yang mengadung zat organik dan jasad renik berlainan pengolahannya dengan air yang sadah dan mengandung partikel-partikel zat padat.
Air dapat dibersihkan dengan berbagai cara, misalnya dihilangkan kotoran zat padatnya, dilunakkan, dihilangkan gas-gas yang terlarut, dinetralkan, dihilangkan garam-garamnya, dibebaskan dari kotoran-kotoran zat organik, bakteri dan sebagainya.
► Partikel zat padat dihilangkan dengan pengendapan (setling) dan penyaringan melalui lapisan pasir atau kerikil
► Kotoran-kotoran yang berupa koloid dapat diendapkan dengan penambahan koagulan misalnya Al2(SO4)3 atau FeSO4, kemudian disaring. Sebagian bakteri ikut tersaring disini.
► Pelunakkan dapat dilakukan dengan proses kapur soda atau proses natrium posfat.
► Untuk membebaskan sama sekali garam-garam yang ada dalam air harus dengan penukar ion
► Kotoran-kotoran organik biasanya lebih efektif dengan cara oksidasi biokimia. Misalnya fenol dapat dioksidasikan oleh suatu jenis bakteri.
► Netralisasi dilakukan bila air mengandung asam atau basa. Cara ini terutama untuk air buangan industri. Yang biasanya mengandung asam atau basa. Air semacam ini tidak boleh dibuang sebelum dinetralkan.
► Menghilangkan gas yang terlarut, misalnya H2S, CO2, SO2 dan sebagainya disebut ‘’ degasing’’. Gas tersebut perlu dikeluarkan karena bersifat korosif terhadap peralatan. Degasing dilakukan dengan mengalirkan udara kedalamnya yang disebut ‘’aerasi’’.
Air buangan industri kadang-kadang harus mengalami pengolahan juga sebelum dibuang. Hal ini terutama berlaku untuk air buangan yang mengandung kotoran-kotoran yang berbahaya terhadap lingkungan. Cara pengolahan air untuk industri dan air minum biasanya dibedakan antara penjernihan/pemurnian dan pelunakkan. Proses pelunakkan untuk mengurangi atau menghilangkan kesadahan, sedangkan penjernihan selain mengurangi kesadaha juga mengurangi garam-garam tertentu, kotoran dari zat organik, koloid dan jasad renik yang membahayakan kesehatan.
Melunakkan air dapat dilakukan dengan salah satu cara sebagai berikut:
A. Proses Kapur Soda
B. Proses Natrium Posfat
C. Proses Penukaran Ion.
A. Proses kapur soda
Cara ini telah lama digunakan untuk mengurangi kesadahan. Pelaksanaannya dapat diakukan dalam keadaan dingin (proses dingin) atau dalam keadaan panas (proses panas).Proses dingin hanya dibubuhkan kapur. Dengan penambahan itu terjadi reaksi pengendapan sebagai berikut:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3 + 2 H2O
Mg(HCO3)2+ Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCO3 + 2 H2OCara ini hanya mengurangi kesadahan sementara. Garam-garam tersebut akan mengendap sebagai Mg(OH)2 dan CaCO3. Bila pengendapannya dilakukan dengan baik maka proses ini dapat mengurangi kesadahan sampai 35 btj.Proses panas dilakukan pada suhu dimana air akan mendidih. Pada proses ini ditambahkan kapur dan soda abu, sehingga garam kalsium dan magnesium mengendap sebagai Mg(OH)2 dan CaCO3. Keuntungan lain dari proses panas ialah gas-gas yang terlarut dalam air dapat keluar. Dengan cara ini dapat dikurangi sampai 20 btj. Untuk menyempurnakan pengendapan magnesium biasanya ditambahkan ion OH- berlebihan. Dan untuk mempercepat mengendapnya ditambahkan koagulan (zat yang dapat mempercepat proses koagulasi), misalnya Al2(SO4)3 atau FeSO4. Pada pengendapan Mg(OH)2 sering terjadi keadaan lewat jenuh, terutama pada proses dingin. Untuk mencegah kejadian ini dicampuran endapan yang terjadi sebelumnya sebagai benih pengendapan.
Reaksi-reaksi :CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2 NaCl
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4
MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2
MgSO4 + Na2CO3 + Ca(OH)2→ Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2SO4
MgCO3 + Ca(OH)2→ Mg(OH)2 + CaCO3
B. Proses Natrium Posfat
Proses posfat biasanya dilakukan untuk menghasilkan air yang kesadahannya sangat rendah. Pengerjaannya setelah proses kapur soda. Yang bekerja sebagai zat aktif ialah natrium monoposfat, natrium diposfat atau natrium posfat, bereaksi dengan ion kalsium dan magnesium membentuk endapan yang mudah disaring.
Cara lain untuk menghindari bahayanya air sadah untuk industri adalah menambahkan heksa-metaposfat, NaPO3. Disini pelunakkan bukan karena ion-ion kalsium dan magnesium yang mengendap, tetapi karena membentuk garam komplek Ca, Mg, Fe atau Al yang larut. Garam-garam ini tidak menyebabkan terjadinya kerak atau mengendap pada suhu tinggi. Karena itu NaPO3 biasanya ditambahkan setelah pelunakkan, agar sisa ion kalsium dan magnesium menjadi tidak berbahaya, sedangkan penambahannya hanya sedikit sekali (⅟4-5 btj). Disamping itu NaPO3 juga dapat mengurangi sifat korosif, terutama untuk air yang tidak mengalami penghilangan udara.
C. Penukar Ion
Proses penukaran ion adalah suatu proses dimana ion yang tidak diinginkan ditukar dengan ion lain. Jenis penukar ion (ion exchanger) ada beberapa macam yaitu zat organik, anorganik buatan maupun alam. Menurut tugasnya ada penukar kation dan penukar anion. Zeolit adalah penukar kation yang pertama digunakan orang, merupakan zat anorganik alam yaitu hidrat dari alkali alumina silikat. Dalam hal ini ion yang dapat bertukar ialah Na+ dan K+ .
Reaksi penukar ion :
§ Penukar kation :
MX + HR (p) → MR (p) + HX
M+ + HR (p) → MR (p) + H+
atau
MR + NaR (p) → MR (p) + NaX
M+ + NaR (p) → MR (p) + Na+
R = radikal penukar ion
M = kation
X = anion
(p) = tanda zat padat
§ Penukar anion :
MX + ROH (p) → MOH + RX (p)
X- + ROH (p) → OH- + RX (p)
Atau
HX + ROH (p) → H2O + RX (p)
X- + ROH (p) → OH- + RX (p)
Contoh reaksi zeolit dengan Ca2+:
Ca2+ + Na2Z → CaZ (p) + 2 Na+
Z = gugusan zeolit
Kemampuan penukaran dari tiap-tiap jenis penukar ion berbeda-beda. Karena itu pemilihannya bergantung pada harga kondisi dan kemampuannya.
Sebagai gambaran dapat dikemukakan daya penukaran ion dari 3 penukar kation berikut:
Penukar kation Kemampuan
i. Zeolit 169 kg/m3
ii. Resin sulfonat 196 kg/m3
iii. Batubara sulfonat 39,2 kg/m3
Contoh reaksi:
Kation : CaCl2 + 2RSO3H (p) → Ca(RSO3)2 + 2 HCl
Anion : HCl + RCOOH → RCOCl + H2O
PELAKSANAAN PENUKARAN ION
Gambar di bawah ini menunjukkan bagan dari alat penukar ion (kation) untuk mengurangi kesadahan air buat umpan sebuah ketel uap.
Alat penukar ion
Bila semua ion H, OH, atau Na dari penukar ion telah bereaksi maka proses penukaran berhenti, artinya tidak mampu lagi melakukan penukaran atau disebut jenuh. Karena itu penukar ion harus diregenerasi atau ditukar kembali. Regenerasi ini dilakukan dengan penambahan asam (untuk penukar kation), penambahan basa untuk penukar anion atau dapat juga digunakan garam.
Reaksi-reaksi regenerasi:
MR (p) + H+ → HR (p) + M+ kation
RX (p) + OH- → ROH (p) + X- anion
CaZ (p) + 2 NaCl → Na2Z (p) + CaCl2
Tiga golongan zat penukar ion yang sering digunakan ialah :
- Zat anorganik alam, misalnya zeolit yaitu hidrat alumino silikat dari Na atau K. biasa disingkat Na2Z atau K2Z.
- Zat organik alam yang diproses, misalnya batu bara sulfonat, kokas atau lignit sulfonat. Terdiri dari radikal-SO3H.
- Resin buatan, misalnya stirena sulfonat, fenol sulfonat da resin asam karboksilat
Gugusannya ialah :
RSO3 (resin sulfonat)RCOOH (resin asam karboksilat)R= gugusan resin
4. Air Minum
Yang dimaksud dengan air minum disini ialah air untuk keperluan sehari-hari yang biasa disebut air ledeng. Persyaratan yang harus dipenuhi untuk air minum ialah:
a) Bebas dari partikel-partikel zat padat yang membentuk koloid
b) Bebas dari mikroba patogen, yaitu yang menyebabkan penyakit
c) Bebas dari zat warna atau berbau kurang sedap
d) Sebaiknya kesadahannya rendah, walaupun hal ini tidak begitu penting
Cara pengolahannya bermacam-macam tergantung pada komposisi air yang ada. Umumnya dilakukan seperti berikut :
i. Dengan proses kapur untuk menurunkan kesadahan
ii. Disaring untuk memisahkan partikel-partikel zat padat dan endapan yang terjadi. Penyaringan ini berfungsi juga mengurangi sebagian zat-zat warna dan mikroba.
iii. Dilewatkan karbon aktif untuk menyerap zat warna dan zat yang berbau
iv. Ditambah khlor atau hipokhlorit untuk membasmi jasad renik yang berbahaya.
Gambar dibawah ini adalah satu diagram alir pengolahan air untuk air minum yang terdiri dari penurunan kesadahan dan pembersihan.
Proses pembersihan air
Keperluan bahan:
Untuk air 1000 m3 (kesadahan 0,176 g/l)
Kesadahan air yang dihasilkan 0,036 gl
Kapur padam (mati) Ca(OH)2 287,4 kg
Alumunium sulfat 14,7 kg
Karbon aktif 0,7 kg
Khlor 0,7 kg
Urutan proses
► Air dari sumber disaring terhadap benda padat yang besar► Kemudian dialirkan kedalam bak penyimpanan. Disini terjadi pengendapan zat padat yang lebih halus► Air yang agak jernih dari bak penyimpanan dipompa melalui aerator (C) ke dalam pencampur D, pada aerator dihembuskan udara untuk mengoksidasi fero menjadi feri. Didalam pencampur ditambahkan sejumlah tertentu kapur dan alumunium sulfat sesuai dengan keperluannya. Kadang-kadang pencampuran ini hanya merupakan saluran panjang berliku-liku yang fungsinya melakukan pengadukan.► Endapan yang terjadi dipisahkan dengan cara settling pada E► Air dari settler E dialirkan ke bak rekarbonasi F dimana ditambahkan karbon aktif dan dialiri gas CO2.► Selanjutnya disaring melalui saringan pasir G yang berupa bak diisi dengan pasir tertentu. Bila pasirnya telah jenuh dengan zat padat, maka harus dicuci dengan air bersih yang arah nya berlawanan dengan arah penyaringan. Karena itu biasanya terdiri dari beberapa unit sehingga dapat bekerja berganti-ganti.
Air yang keluar dari saringan ditambahkan khlor secukupnya kemudian disimpan dalam bak penyimpanan untuk kemudian didistribusikan kepada konsumen.
5. Air Industri
Air untuk keperluan industri apat dibedakan antara air untuk proses dan air untuk operasi. Air untuk proses misalnya pelarut, sebagai zat yang ikut bereaksi atau keperluan lain yang sifatnya langsung bercampur dengan pereaksi (reagen). Air untuk operasi misalnya pengisi ketel uap, pendingin, penukar panas humidifier dan sebagainya.
Untuk keperluan proses, tingkat kebersihan air nya berbeda-beda tergantung pada jenis prosesnya. Ada yang cukup dengan air sumber tanpa mengalami pengolahan terlebih dahulu. Ada juga proses yang memerlukan air lunak, misalnya industri tekstil, bahkan ada yang memerlukan air yang bebas mineral yaitu industri farmasi. Air lunak merupakan persyaratan yang penting untuk keperluan operasi. Air sadah mungkin akan menimbulkan beberapa efek negatif antara lain:
► Menyebabkan kerak yang sukar dibersihkan terutama pada alat pemanas dan ketel uap.
► Kerak yang terjadi merupakan penyekat (isolator) panas yang sangat merugikan
► Kerak juga dapat menyebabkan cepat bocor pada peralatan yang menggunakan panas karena pemuaian yang tidak sama dengan logamnya.
Selain garam-garam yang menyebabkan kesadahan, kotoran perlu dihilangkan dalam air operasi ialah:
► Gas-gas yang larut misalnya O2, CO2 dan sebagainya yang mungkin bersifat korosif
► Senyawa SiO2
Gas-gas terlarut dapat dihilangkan dengan cara mengalirkan uap kedalam air tersebut. Untuk pengisi ketel uap tekanan tinggi airnya harus bebas dari SiO2. Senyawa ini tidak dapat dihilangkan dengan cara pelunakkan tetapi harus dengan penukar kation hidrogen dan penukar anion yang bersifat basa kuat.
Dalam suatu industri kimia kadang-kadang digunakan dua macam air atau lebih seperti yang telah disebutkan diatas.
1. Bahan kimia yang ditambahkan untuk membunuh mikroorganisme pada proses pengolahan air minum adalah … .
A. Tawas
B. Kapur
C. Tembaga sulfat
D. Gas klor
E. Karbon aktif
2. Di bawah ini adalah bahan-bahan untuk proses pengolahan air dengan menggunakan saringan pasir, kecuali … .
A. Ijuk
B. Pasir
C. Kerikil
D. Arang
E. Zeolit
3. Tujuan dari proses sedimentasi pada proses pengolahan air adalah … .
A. Untuk membuuh kuman
B. Untuk mengendapkan partikel padatan
C. Untuk menghilangkan kesadahan sementara
D. Untuk menghilangkan kesadahan tetap
E. Untuk menetralkan air
4. Air untuk umpan ketel uap (boiler) harus memenuhi persyaratan, salah satunya tidak mengandung garam yang berifat sadah, misalnya … .
A. KCl
B. MgCl2
C. NaCl
D. Na2CO3
E. Na2SO4
5. Uji mutu air dari hasil pengolahan dengan penukar ion dapat didasarkan pada … .
A. Bau dan warna
B. Kekeruhan dan warna
C. Konduktivitas dan pH
D. Rasa
E. Warna
6. Air untuk industry harus dikurangi kesadahannya agar tidak menghasilkan kerak pada system perpipaan atau boiler. Bahan yang dapat digunakan untuk mengurangi atau menghilangkan kesadahan adalah … .
A. Kalsium hidroksida
B. Kalium klorida
C. Magnesium sulfat
D. Natrium karbonat
E. Zeolite
7.
Nama alat No. 2 pada diagram alir proses pengolahan air minum adalah … .
A. Aerator
B. Rekarbonat
C. Pencampur
D. Pengendap
E. Saringan
8.
Perhatikan diagram alir penolahan air. Pada gambar B terjadi proses … .
A. Koagulasi-flokulasi
B. Pengendapan fisik
C. Penyaringan pasir
D. Rekarbonasi air
E. Klorinasi
A. Koagulasi-flokulasi
B. Pengendapan fisik
C. Penyaringan pasir
D. Rekarbonasi air
E. Klorinasi
9. Salah satu proses pelunakan air adalah proses kapur soda dengan metode panas, yang mempunyai kelebihan mampu mengendapkan semua garam Ca dan Mg, dan dapat menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air, sehingga kesadahannya dapat berkurang sampai 20 ppm. Untuk mempercepat pengendapan dapat ditambahkan koagulan seperti … .
A. Ca(OH)2
B. CaSO4.2H2O
C. NaAlF6
D. Al2(SO4)3.18H2O
E. Fe2(SO4)3.7H2O
10. Suatu industry kimia menggunakan air sungai sebagai bahan baku untuk produksi uap air menggunakan boiler. Skema sederhana pengolahan air sungai tersebut digambarkan sebagai berikut:
Urutan proses tersebut yang benar adalah … .
A. 1 = demineralisasi, 2 = filtrasi, 3 = klarifikasi, 4 = sedimentasi
B. 1 = demineralisasi, 2 = klarifikasi, 3 = filtrasi, 4 = sedimentasi
C. 1 = filtrasi, 2 = klarifikasi, 3 = sedimentasi, 4 = demineralisasi
D. 1 = sedimentasi, 2 = demineralisasi, 3 = klarifikasi, 4 = filtrasi
E. 1 = sedimentasi, 2 = klarifikasi 3 = filtrasi, 4 = demineralisasi
11. Pada proses pengolahan air berlangsung beberapa reaksi diantaranya :
I. Al2(SO4)3.18 H2O + 3 Ca(HCO3)2 ==> 2 Al(OH)3 +3 Ca(SO4) + 6 CO2 + 18 H2O
II. 4 Fe2+ + O2 + 10 H2O ====> 4 Fe(OH)3+ 8 H+
tak larut
III. Mn2+ + O2 + H2O ====> MnO2 + 2 H+
tak larut
IV. Al2(SO4)3.18 H2O + 3 Ca(OH)2 ==> 2 Al(OH)3 + 3 Ca(SO4) + 3 CO2 + 18 H2O
Reaksi II dan III berlangsung pada alat yang ditunjukkan oleh huruf ...... dalam diagram alir pengolahan air
A. A
B. B
C. C
D. D
E. E
12. Kesadahan tetap adalah air sadah yang mengadung anion selain ion bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl-, NO3- dan SO42-. Berarti senyawa yang terlarut boleh jadi berupa kalsium klorida (CaCl2), kalsium nitrat (Ca(NO3)2), kalsium sulfat (CaSO4), magnesium klorida (MgCl2), magnesium nitrat (Mg(NO3)2), dan magnesium sulfat (MgSO4), yang dapat dihilangkan menggunakan larutan karbonat. Reaksi yang terjadi adalah
A. Ca2+ + 2 HCO3- ® CaCO3 + CO2 + H2O
B. Ca(HCO3)2+ Ca(OH)2 ®2CaCO3 + 2H2O
C. MgCO3+ Ca(OH)2® Mg(OH)2 + CaCO3
D. Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 ®2MgCO3 + 2H2O
E. CaSO4+ Na2CO3 ®CaCO3+ Na2SO4
No comments:
Post a Comment