BAB 2. Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori

Transkripsi

1 4 BAB 2 Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori 2.1 Tinjauan Pustaka Pengolahan air sadah perlu dilakukan karena akan menimbulkan kerugian. Pengurangan kesadahan dalam air dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain dengan sistem pemanasan, pengendapan (proses kapur soda) dan penukar ion menggunakan resin atau zeolit. Menurut penelitian yang dilakukan oleh (Marsidi, Ruliasih 2001) yang berjudul Zeolit Untuk Mengurangi Kesadahan Air menyatakan semakin tebal lapisan zeolit maka persentase penurunannnya semakin besar. Efisiensi penurunan kesadahan tertinggi 99,56 % dicapai pada ketebalan 80 cm dan waktu operasi maksimum 24 jam. Kelebihan proses ini antara lain penggunaannya praktis, tidak menghasilkan buangan bahan padat, media filter yang digunakan bisa digunakan kembali dengan cara diregenerasi. Dengan ini dapat diketahui waktu/lamanya zeolit mencapai titik jenuh sehingga dapat diperkirakan untuk melakukan pencucian dan regenerasi. Penelitian yang dilakukan (Nugrahayu, Qorry dan Alfan purnomo, 2013) menyatakan bahwa sistem kerja zeolit alam adalah dengan adsorpsi ion, ion Na + yang dimiliki oleh zeolit akan dilepas dan zeolit akan menyerap ion Ca 2+ dan Fe pada air. Dengan zeolit diameter 1,6 mm - 3,3 mm setebal 30 cm dan pasir aktif

2 5 diameter 1 mm - 3,3 mm setebal 60 cm merupakan yang paling efektif hingga mampu menurunkan rata-rata 93,7%. Penelitian yang dilakukan oleh (Poerwadio, Andreas Djatmiko dan Ali Masduqi, (2004). Ukuran zeolit paling efektif yang digunakan dalam penilitian ini adalah 0,4 mm. Dan dapat diketahui bahwa waktu operasi optimum untuk menurunkan Fe oleh media zeolit dalam 31 jam adalah 80 %. Sedangkan pada waktu yang lembih lama dari 31 jam kadar Fe mengalami kenaikan lebih dari 0,3 mg/l. ini berarti zeolit mengalami kejenuhan dan harus dilakukan regenerasi agar bisa digunakan kembali. Penelitian yang dilakukan oleh (Ristiana Nana, Dwi Astuti, Tri Puji Kurniawan, 2011) yang menggunakan dua media yaitu zeolit dan arang aktif menyatakan bahwa dengan kombinasi media filter dengan ketebalan 60 cm penurunannya rata-rata 71,5 %, ketebalan 70 cm penurunannya rata-rata 94,36 %, ketebalan 80 cm penurunannya rata-rata 92,36 %. Kombinasi ketebalan paling efektif adalah 70 cm dengan penurunan kadar kesadahan sebesar 94,36 %. Menurut penilitian (Merceliana Silvia, 2013) menyatakan bahwa kapur soda seberat 1 ons dimasukan ke dalam setiap 700 galon air untuk setiap derajat kesadahan. Dari hasil penelitian tersebut penurunan kesadahan mencapai 90 %. Air olahan yang telah terbebas dari kesadahan harus didiamkam terlebih dahulu sebelum digunakan agar gumpalan mengendap sempurna.

3 6 Hasil penyaringan air sadah yang dilakukan para peneliti tersebut dapat dilihat pada tabel 2.1 Tabel 2.1 Hasil penyaringan air sadah No Peneliti Media Metode Efisiensi 1 Marsidi, Ruliasih Zeolit Pertukaran ion 99,56 % (2011) 2 Nugrahayu, Qorry dan Alfan Purnomo (2013) Zeolit, pasir aktif Pertukaran ion 93,7 % 3 Poerwadio, Andreas Zeolit Penyulingan 80 % Djatmiko dan Ali Masduqi (2004) 4 Ristiana Nana, Dwi Astuti, Tri Puji Kurniawati (2011) Zeolit, arang aktif Pertukaran ion 94,36 % 5 Merceliana, Silvia Kapur soda Pertukaran ion 90 % (2013) 2.2 Landasan Teori Kesadahan Air Kesadahan air adalah kandungan mineral-mineral tertentu di dalam air, umumnya ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam bentuk garam karbonat. Air sadah atau air keras adalah air yang memiliki kadar mineral yang tinggi, sedangkan air lunak adalah air dengan kadar mineral yang rendah.

4 7 Selain ion kalsium dan magnesium, penyebab kesadahan juga bias merupakan ion logam lain maupun garam-garam bikarbonat dan sulfat. Air yang mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ dalam jumlah yang banyak disebut air sadah. Kesadahan bisa juga disebabkan oleh adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil. adalah jumlah senyawa kalsium, magnesium dan senyawa lain yang bereaksi dengan sabun. Cara paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun. Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busa yang banyak. Pada air sadah, sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa. Kesadahan air total dinyatakan dalam satuan ppm berat per volume (w/v) dari CaCO Sifat Kesadahan Kesadahan berdasarkan sifatnya dibagi menjadi 2: 1. Kesadahan sementara Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya ion bikarbonat, seperti Ca(HCO 3 ) 2, Mg(HCO 3 ) 2. Kesadahan sementara ini dapat / mudah dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk endapan CaCO 3 atau MgCO 3.

5 8 Reaksinya: Ca(HCO 3 ) 2-2 (gas) + H 2 O (cair) + CaCO 3 Mg(HCO 3 ) 2-2 (gas) + H 2 O (cair) + MgCO 3 2. Kesadahan tetap Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam - garam klorida, sulfat dan karbonat, misal CaSO 4, MgSO 4, CaCl 2, MgCl 2. Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda kapur, atau proses penukar ion (terdiri dari larutan natrium karbonat dan magnesium hidroksida ) sehingga terbentuk endapan kalium karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padatan/endapan) dalam air. Reaksinya: CaCl 2 + Na 2 CO 3 > CaCO 3 CaSO 4 + Na 2 CO 3 > CaCO 3 (padatan/endapan) + Na 2 SO 4 MgCl 2 + Ca(OH) 2 > Mg(OH) 2 (padatan/endapan) + CaCl 2 MgSO 4 + Ca(OH) 2 > Mg(OH) 2 (padatan/endapan) + CaSO Efek Air Sadah Air sadah dapat menimbulkan kerugian, diantaranya : 1. Jika berlebih dapat menyebabkan ganggian kesehatan (ginjal, kencing batu) 2. Kesadahan air dapat menurunkan efisiensi dari deterjen dan sabun. 3. Kesadahan air dapat menyebabkan noda pada bahan pecah belah 4. Mineral kesadahan air dapat menyumbat keran dan saluran air.

6 9 5. Kesadahan air dapat melapisi elemen pemanas dan menurunkan efisiensi panas Menghilangkan Kesadahan Proses - proses menghilangkan kesadahan, antara lain : 1. Pemanasan. Proses Pemanasan hanya dapat menghilangkan kesadahan sementara yakni Ca(HCO 3 ) 2 dan Mg(HCO 3 ) 2. Jika air mengandung garam-garam tersebut dipanaskan maka terjadi senyawa CaCO 3 dan MgCO 3 yang mempunyai sifat kelarutan yang kecil di dalam air sehingga dapat diendapkan. Ca(HCO 3 ) 2 Mg(HCO 3 ) 2 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) MgCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) 2. Proses Pengendapan Kimia Pada proses ini tujuannya adalah untuk membentuk garam-garam kalsium dan magnesium menjadi bentuk garam-garam yang tidak larut, sehingga dapat diendapkan dan dipisahkan dari air. Bentuk garam kalsium dan magnesium yang tidak larut dalam air adalah CaCO 3 (Kalsium Karbonat) dan Mg(OH) 2 (Magnesium Hidroksida). Proses kapur soda diterapkan dengan cara menambahkan Kapur dan Soda ke dalam air dengan jumlah tertentu, yang berfungsi sebagai koagulan. Untuk menghilangkan kesadahan sementara kalsium dan magnesium ditambahkan kapur saja, untuk menghilangkan kesadahan tetap kalsium dan magnesium ditambahkan kapur dan soda.

7 10 3. Pertukaran Ion Pada proses pertukaran ion, kalsium dan magnesium ditukar dengan sodium. Pertukaran ini berlangsung dengan cara melewatkan air sadah ke dalam unggun butiran yang terbuat dari bahan yang mempunyai kemampuan menukar ion. Bahan penukar ion awalnya berasal dari alam yaitu zeolit, tetapi pada saat ini ada bahan sintesis yang disebut resin penukar ion. Proses penghilangan kesadahan air yang sering dilakukan pada industri-industri adalah melalui penyaringan dengan menggunakan zat-zat sebagai berikut : a. Resin penukar ion Resin adalah zat polimer alami ataupun sintetik yang salah satu fungsinya adalah dapat mengikat kation dan anion tertentu. Secara teknis, air sadah dilewatkan melalui suatu wadah yang berisi resin pengikat kation dan anion, sehingga diharapkan kation Ca 2+ dan Mg 2+ dapat diikat resin. Dengan demikian, air tersebut akan terbebas dari kesadahan. b. Zeolit Zeolit adalah suatu jenis mineral yang tersususn dari silika (SiSO 4 ) dan alumina (AlO 4 ) dengan rongga rongga di dalamnya yang berisi ion ion logam. Ion Ca 2+ dan Mg 2+ akan ditukar dengan ion Na + dan K + dari zeolit, sehingga air tersebut terbebas dari kesadahan. Hal tersebut berlangsung terus menerus sampai pada saat kolom zeolit menjadi jenuh, tidak mampu lagi melakukan pertukaran ion-ion. Agar zeloit dapat aktif lagi, zeoli perlu

8 11 diregenerasi atau dengan direndam dalam larutan garam dapur, sehingga terjadi pertukaran ion-ion natrium dalam air yang masuk kedalam zeolit untuk mengganti kedudukan ion Mg dan Ca. Garam dapur yang digunakan adalah yang tidak beryodium. Reaksi regenerasinya sebagai berikut : Ca-Ze + 2 NaCl Na 2 -Ze + CaCl (2.9) Mg-Ze + 2 NaCl Na 2 -Ze + MgCl 2... (2.10) Untuk menghilangkan kesadahan sementara ataupun kesadahan tetap pada air yang digunakan di rumah dapat dilakukan dengan menggunakan zeolit. Cukup menyediakan tong yang dapat menampung zeolit, pada dasar tong sudah dibuat keran. Air yang akan anda gunakan dilewatkan pada zeolit terlebih dahulu. Air yang telah dilewatkan pada zeolit dapat anda gunakan untuk keperluan rumah tangga, seperti mencuci, mandi dan keperluan masak. Zeolit memiliki kapasitas untuk menukar ion, artinya tidak dapat menggunakan zeolit yang sama selamanya. Sehingga pada rentang waktu tertentu harus menggantinya. Gambar ikatan ion pada zeolit dapat dilihat pada gambar 2.1 Gambar 2.1 Ikatan ion pada zeolit

9 Penentuan Kesadahan Kesadahan air dinyatakan dengan mg/liter CaCo 3. Metode yang dapat digunakan dalam menentukan kesadahan air adalah perhitungan dan metode titrasi EDTA. Metode ini banyak digunakan di laboratorium. Klasifikasi tingkat kesadahan dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Klasifikasi Tingkat Kesadahan Mg/liter CaCo 3 Tingkat Kesadahan 0 75 Lunak (Soft) Sedang (Moderately Hard) Tinggi (Hard) Tinggi Sekali (Very Hard) Sumber: sawyer,2003 Di indonesia penggunaan air sebagai air minum dan air bersih sudah diatur dalam regulasi yang telah ditetapkan pemerintah. Tabel 2.3 Baku mutu kualitas air minum No Parameter Kimiawi Satuan Kadar 1 Flourida mg/l Kadmium mg/l Kesadahan (CaCO 3 ) mg/l Klorida mg/l Kromium, valensi 6 mg/l Mangan mg/l 0.1 Sumber: Permenkes RI no.416/menkes/per/iv/1990 tentang standart baku kualitas air minum

10 13 Tabel 2.4 Baku mutu kualitas air bersih No Parameter Kimiawi Satuan Kadar 1 Alumunium mg/l Besi mg/l Kesadahan (CaCO 3 ) mg/l Klorida mg/l ph Mangan mg/l 0.4 Sumber: Permenkes RI no.492/menkes/per/iv/2010 tentang standart baku kualitas air bersih Hitungan Kadar Kesadahan Total, Kadar Kalsium, Kadar Magnesium dan Efisiensi Kadar kesadahan total, kadar kalsium dan kadar magnesium diperoleh dari rumus sebagai berikut : 2.11) Keterangan : t : volume EDTA 0,01M yang digunakan (ml) 50 : volume air contoh (ml) 40 : berat molekul Ca : molaritas EDTA 0,1 : faktor yang mengubah satuan mg/l CaO 1 o D : 17,8 mg/l (2.12)

11 14 Keterangan : 40 : berat molekul Ca 100 : berat molekul CaCO 3 Kadar Magnesium = ((Kesadahan total x 17,8) kadar kalsium) mg CaCO 3 /l... (2.13) Nilai efisien diperoleh dari hitungan sebagai berikut :