Air adalah salah satu bahan pokok (komoditas) yang paling melimpah di alam tetapi juga salah satu yang paling sering disalahgunakan Penjernihan air adalah proses menghilangkan/mengurangi kandungan/campuran kalsium (Ca), magnesium (Mg), dan garam lain sehingga terbentuk campuran logam yang tidak terlarut. sumber gambar www.riteboiler.com Hardness Temporer, Dapat dihilangkan dengan pemanasan. Larutan campuran kalsium bikarbonat yang dipanaskan akan menghasilkan endapan kalsium karbonat, endapan ini bisa dipisahkan dari air dengan cara penyaringan (filtrasi) Gas-gas terlarut seperti CO 2 dan O 2 dapat hilang secara simultan Ca ( ) Ca HCO CO H O CO 3 2 3 2 Mg Mg 2
Dalam dunia industri dikenal 3 bentuk penjernihan air (water softening) 1. Proses kapur-soda secara panas dan dingin 2. Proses permutit atau zeolite 3. Perubahan ion atau disebut juga dengan proses demineralisasi Proses kapur-soda, Pada proses ini air yang memiliki kandungan larutan/campuran garam kalsium dan magnesium dijadikan tidak terlarut dengan pemberian kapur Ca(OH) 2 dan soda Na 2 CO 3 sesuai kadar tertentu. Penjernihan dengan metode ini bisa dipakai untuk menghilangkan hardness temporer dan hardness permanen Endapan CaCO 3 dan Mg(OH) 2 yang terbentuk akibat pemberian kapur (lime) tersebut kemudian dipisahkan dari air dengan penyaringan (filtrasi) Pada hardness temporer Proses kapur-soda, Pada hardness permanen : Pada hardness permanen hanya yang disebabkan oleh garam Ca 2+, penggunaan kapur Ca(OH) 2 tidak diperlukan karena dapat menyebabkan hardness ekstra (tambahan). Ca 2+ diperlukan jika terdapat hardness permanen yang disebabkan oleh Mg Proses kapur-soda dingin, Pada proses ini, air dengan (koagulan + kapur-soda) dicampur dengan bantuan pengaduk Endapan CaCO 3 dan Mg(OH) 2 akan berada di bawah yang kemudian disaring untuk dikeluarkan melalui pipa pembuangan (sludge outlet). Proses kapur-soda dingin biasa dipakai sebagai penjernihan parsial. Hardness magnesium yang tersisa hampir hilang sedangkan untuk kalsium masih menyisakan sekitar 40ppm
Jenis-jenis penjernih kapur-soda cara dingin adalah: a. Jenis intermiten b. Jenis konvensional c. Jenis katalis atau spiraktor d. Jenis lapisan endapan Proses kapur-soda panas, Proses hampir mirip dengan kapur-soda dingin Beberapa keuntungan : Reaksi pengendapan hampir sempurna Reaksi berlangsung lebih cepat Endapan terpisah lebih cepat Tidak memerlukan koagulan Kapur-soda yang dibutuhkan lebih sedikit Meningkatkan resistansi korosi air Kandungan mineral air menurun Kenaikan ph, berpotensi menurunkan kandungan bakteri patogen Kerugian Jumlah endapan (sludge) lebih banyak, lebih susah dalam pemisahannya Proses kapur-soda panas, Proses hampir mirip dengan kapur-soda dingin Beberapa keuntungan : Reaksi pengendapan hampir sempurna Reaksi berlangsung lebih cepat Endapan terpisah lebih cepat Tidak memerlukan koagulan Kapur-soda yang dibutuhkan lebih sedikit Meningkatkan resistansi korosi air Kandungan mineral air menurun Kenaikan ph, berpotensi menurunkan kandungan bakteri patogen Kerugian Jumlah endapan (sludge) lebih banyak, lebih susah dalam pemisahannya Perhitungan kebutuhan kapur dalam water treatment X Volume air
Perhitungan kebutuhan soda dalam water treatment X Volume air Jika kapur dan soda yang digunakan adalah tidak murni (impure), dan jika diberikan % kemurniannya (purity), maka kebutuhan aktual bahan kimia tersebut harus disesuaikan. Untuk kebutuhan kapur, jika diberikan kemurnian 90%, maka nilai yang didapatkan dalam persamaan (*) harus dikalikan dengan 100/90 untuk mendapatkan kebutuhan kapur yang sebenarnya. Untuk kebutuhan soda, jika diberikan kemurnian 95%, maka nilai yang didapatkan dalam persamaan (**) harus dikalikan dengan 100/95 untuk mendapatkan kebutuhan soda yang sebenarnya.
CONTOH 1 Hitunglah jumlah kapur (kemurnian 84%) dan soda (kemurnian 92%) yang dibutuhkan untuk mengolah 20.000 liter air, yang mempunyai kandungan senyawa-senyawa sebagai berikut: Ca (HCO 3 ) 2 = 40.5 ppm Mg (HCO 3 ) 2 = 36.5 ppm MgSO 4 = 30.0 ppm CaSO 4 = 34.0 ppm CaCl 2 = 27.75 ppm NaCl = 10.0 ppm Hitung juga kekerasan/kandungan (hardness) temporer dan permanen dan sampel air tsb. CONTOH 2 Suatu sampel air mempunyai hasil laporan analisis sebagai berikut: MgCO 3 = 84 mg/l CaCO 3 = 40 mg/l CaCl 2 = 55.5 mg/l Mg(NO 3 ) 2 = 37 mg/l KCl = 20 mg/l Hitunglah jumlah kapur (kemurnian 86%) dan soda (kemurnian 83%) yang dibutuhkan untuk mengolah 80.000 liter air Proses Permutit atau Zeolite Zeolite merupakan sodium alumino silicate terhidrasi yang mampu merubah ikatan ion Na + terhadap ikatan campuran dari Ca 2+ dan Mg 2+ Rumus umum dari zeolite adalah Na 2 O.Al 2 O 3.xSiO 2.yH 2 O. Zeolite yang umum adalah Natrolite yang mempunyai formula Na 2 O.Al 2 O 3.3SiO 2.2H 2 O Bentuk lain yang digunakan juga untuk penjernihan air adalah gluconites, green sand dll Bentuk buatan (artificial) dari zeolite untuk penjernihan air disebut permutit. Proses Zeolite
Air yang mengandung hardness (terutama ion Ca 2+ dan Mg 2+ ) dilewatkan ke dalam filter zeolite Ion Natrium akan berikatan dengan bicarbonat, sedangkan ion zeolite akan berikatan dengan ion Ca 2+ dan Mg 2+ untuk hardness temporer Pada hardness permanen ion natrium akan berikatan dengan SO 4, Cl dll Na 2 Ze + Ca(HCO 3 ) 2 2NaHCO 3 + CaZe Na 2 Ze + Mg(HCO 3 ) 2 2NaHCO 3 + MgZe Na 2 Ze + CaSO 4 Na 2 SO 4 + CaZe Na 2 Ze + CaCl 2 2NaCl + CaZe Untuk regenerasi Zeolite, garam NaCl (brine) ditambahkan pada filter zeolite sehingga terbentuk kembali Na 2 Ze Hasil reaksi CaCl 2 dan MgCl 2 dicuci dan dibuang. Ca Ca Ze NaCl Cl Mg Mg 2 Na Ze 2 Keuntungan : Hardness dapat diproses secara hampir sempurna sampai dengan sekitar 10ppm Peralatan lebih kecil, sederhana dan mudah ditangani Proses penjernihan lebih cepat Tidak menimbulkan adanya endapan sehingga prosesnya bersih Mudah diregenerasi Segala bentuk dan ukuran hardness dapat diproses tanpa perlu penyesuaian. Kerugian Air berwarna dan air yang campur dengan suspended (lempung, silika, dll) tidak bisa diproses dengan cara ini Air yang mengandung asam juga tidak bisa diproses karena akan berikatan dengan Na pada zeolite dan akan merusak Hasil dari air yang dijernihkan akan ada banyak konsentrasi NaHCO 3 maka pada saat dipanaskan akan banyak CO 2 yang dilepas, air ini kurang baik bagi pemanas karena menyebabkan korosi pada pemanas
Perhitungan kebutuhan garam NaCl untuk regenerasi zeolite kebutuhan garam (NaCl) (mg) =. x volume air Contoh1 Hitung kebutuhan NaCl untuk regenerasi zeolite yang telah digunakan untuk penjernihan 20000 liter air dengan analisis sample sebagai berikut : Ca(HCO 3 ) 2 81 ppm Mg(HCO 3 ) 2 73 ppm CaSO 4 68 ppm Jika NaCl yang digunakan adalah larutan dengan nilai NaCl 120g/liter, tentukan juga kebutuhan larutan NaCl Proses Perubahan Ion atau Demineralisasi Demineraisasi mempunyai proses yang mirip dengan Zeolite. Pada proses ini, ion H + dan ion OH - yang berperan terhadap ikatan campuran dari Ca 2+ dan Mg 2+ Meliputi dua proses, perubahan resin kation (cation exchange resins) dan perubahan resin anion (anion exchange resins). Proses kation mengikat ion Ca 2+ dan Mg 2+, sedangkan proses anion mengikat ion SO 4 2+, Cl - dan yang lainnya Proses Perubahan Ion atau Demineralisasi
Metode Perubahan Ion atau Demineralisasi Perubahan resin kation, kation yang merupakan bagian dari hardness dihilangkan dengan proses penggantian ion tersebut dengan ion H + dari resin. Selanjutnya, anion dari hardness dihilangkan dengan penggantian ion tersebut dengan ion OH - UNTUK AIR MINUM Kebutuhan air untuk air minum Jernih dan tidak berbau Tidak berasa Endapan/zat terlarut < 10 ppm Tidak mengandung logam berat dan arsenik ph sekitar 8 Garam terlarut < 500 ppm Bebas dari mikroorganisme patogen UNTUK AIR MINUM Aerasi, peningkatan konsentrasi oksigen ke dalam air Proses aerasi bertujuan untuk menghilangkan bau dan kandungan besi Fe(OH) 3 Berbagai cara bisa dipakai untuk aerasi, pada prinsipnya adalah memasukkan oksigen ke dalam air. UNTUK AIR MINUM Menempatkan air dalam tangki yang cukup untuk memisahkan campuran yang berupa endapan (suspended) Sedimentasi, dilakukan melalui penambahan koagulan tertentu untuk menghilangkan campuran koloid. Koagulan yang umum dipakai adalah Alum (Tawas) dan Green Vitriol. Dalam proses pencampuran koagulan dengan air dilakukan dengan mengaduk (stirring) Endapan gel yang terbentuk biasanya terdiri dari Al(OH) 3, Fe(OH) 3
UNTUK AIR MINUM Dengan proses penggumpalan ini, beberapa kandungan mikroorganisme seperti bakteri akan ikut terendapkan. Dalam proses ini, biasanya juga dilakukan filtrasi/penyaringan dengan pasir, krikil Pasir dan krikil dibuat berlapis UNTUK AIR MINUM Sterilisasi, meliputi beberapa metode a. Menggunakan bubuk pemutih, HOCl yang dihasilkan akan membunuh kuman. Dalam akhir proses membutuhkan proses deklorinasi (menghilangkan kandungan klor) b. Break-point Chlorination c. Chloramin d. Ozonisasi e. Sterilisasi dengan metode fisik (pemanasan, dipaparkan pada sinar matahari, dipaparkan dalam sinar U-V bubuk pemutih chloramine UNTUK AIR MINUM Pengurangan kadar garam (Desalinasi) a. Elektrodialisis, menggunakan arus searah (anoda dan katoda) dan sepasang membran plastik. b. Reverse Osmosis, air dengan kandungan garam ditekan ke dalam membran semipermeabel. ozonisasi sinar U-V