AIR Sumber Air 1. Air laut 2. Air tawar a. Air hujan b. Air permukaan Impurities (Pengotor) air permukaan akan sangat tergantung kepada lingkungannya, seperti - Peptisida - Herbisida - Limbah industry - Mineral alam lainnya Kerugian : Komposisi impurities air permukaan cenderung tidak konstan Keuntungan : tersedia dalam jumlah yang besar c. Air tanah - Sumur dangkal (5 20 m) - Sumur dalam (> 200 m) Keuntungan : Impurities air tanah lebih sedikit dan lebih konstan. Kerugian : ketersediaan jumlah air yang terbatas Penggunaan air dalam industry Penggunaan air dalam industry, pada dasarnya untuk mendukung beberapa system, antara lain : 1. System pembangkit uap (boiler) 2. System pendingin 3. System proses 4. Sisten pamadam kebakaran 5. System sanitasi/mck 1 Utilitas
Kimia Air A. Komposisi kimia air Secara kimia air terbentuk dari dua atom hydrogen dan satu atom oksigen : H 2 + ½ O 2 H 2 O Air merupakan pelarut yang baik, baik terhadap zat organic maupun anorganik, sehingga menjadikan air tidak murni lagi dan berpengaruh terhadap sifat dankarakteristiknya. Zat-zat yang terlarut dalam air ; - Kation : Na +, K +, Ca ++. Mg ++, Fe ++, Mn ++, Ba ++, Al +++ - Anion : Cl -, SO -2 4, CO -2 3, HCO - 3, OH -, - Gas : O 2, H 2 S, CO 2 Satuan Konsentrasi Air 1. Milligram per liter (mg/l) 2. Part per million (ppm) 3. Miliequivalen per liter (meq/l) 4. Sebagai CaCO 3 1. Milligram per liter (mg/l) Adalah milligram zat yang terdapat dalam 1 liter larutan 2. Part per million (ppm) Adalah satu bagian zat dalam satu juta bagian larutan 3. Berat ekivalen adalah berat atom atau molekul dibagi valensi ( ) ( ) ( ) 2 Utilitas
Contoh ; ( ) ( ) ( ) 1. Jika analisisa air menunjukan adanya 1000 mg/l Ca +2 dan 1000 mg/l SO 4-2. Berapa CaSO 4 yang dapat terbentuk? Jawab : Dalam bentuk eqivalen, Ca +2 + SO 4-2 CaSO 4 (Berat ekivalen Ca +2 ) + (berat eqivalen SO 4-2 ) = (berat ekivalen CaSO 4 ) + = ( ) 3 Utilitas
4. Ekivalen sebagai CaCO 3 Dipakai pada perhitungan proses pelunakan air (water softening) dan sebagai satuan standar untuk alkalinitas dan kesadahan (hardness) Konsentrasi zat A dapat dinyatakan sebagai konsentrasi ekivalen zat B : ( ) ( ) ( ) ( ) Contoh ; Berapa ekivalen sebagai CaCO 3 dari : a. 117 mg/l NaCl b. 0,02 mol NaCl Jawab ; a. b. 4 Utilitas
Reaksi Hidrolisa Adalah reaksi kimia, dimana suatu senyawa bereaksi dengan air untuk membentuk asam atau basa. Reaksi hidrolisa menyebabkan : 1. Perubahan keasaman dan alkalinitas larutan, dan 2. Perubahan kecenderungan pengendapan kerak, korosi pada logam, dan masalahmasalah kimia lain. Zat yang larut dalam air, seperti ion hidroksil (OH - ) atau karbonat (CO 3-2 ) akan menghasilkan larutan basa (alkali), diantaranya : 1. Amoniak (NH 3 ), Amonium hidroksida (NH 4 OH) 2. Natrium Hidroksida (NaOH) 3. Natrium Karbonat/soda abu (Na 2 CO 3 ) 4. Natrium bikarbonat/baking soda (NaHCO 3 ) Asam adalah zat yang menyebabkan ion hydrogen (H + ) bertambah,dan menyebabkan larutan bersifat asam, al: 1. Asam khlorida (HCl)(asam muriat) 2. Asam sulfat (H 2 SO 4 ) 3. Asam asetat (CH 3 COOH)(asam cuka) 4. Asam karbonat (H 2 CO 3 ) Reaksi asam dan basa akan menghasilkan garam, sehingga larutan akan bersifat netral, alkali atau asam. Bersifat alakali karena berasal dari basa kuat dan asam lemah. 5 Utilitas
NaOH + H 2 CO 3 NaHCO 3 Bs. Kuat as. Lemah Bersifat asam 2 Fe(OH) 3 + 6 HCl 2 FeCL 3 + 6 H 2 O Bs lemah as kuat TUGAS : Beberapa sifat kation logam dan garamnya 1. Semua garam yang berasal dari Na dan K bersifat sangat larut dalam air. Garam-garam yang dibentuk khlorida dan sulfat bersifat netral, sedangkan garam bikarbonat, karbonat dan hidroksida bersifat alkali. 2. Garam sulfat dari Ca, Mg, Ba, dan Sr larut dalam air, tetapi kelarutan garam sulfatnya mengikuti aturan : BaSO 4 < SrSO 4 < CaSO 4 < MgSO 4 Garam karbonat dan hidroksida dari Ca, Mg, Ba, dan Sr mempunyai kelarutan yang rendah dalam air dan yang paling rendah Mg(OH) 2 Ba(OH)2 > Sr(OH) 2 > Ca(OH) 2 > Mg(OH) 2 3. Garam klorida dan sulfat dari besi, mangan dan aluminium larut dalam air dan besifat asam. 1. Berapa gram karbonat yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 120 gram Ca untuk membentuk kalsium karbonat. 2. Dari analisa air diketahui terdapat 400 mg/l Ca +2, 100 mg/l Ba +2, 200 mg/l Mg +2, 1000 mg/l SO -4. Hitung ; a. CaSO 4, BaSO 4, MgSO 4 terbentuk b. Dalam eqivalen sebagai CaCO 3 6 Utilitas
TUGAS : TK 2B 3. Berapa gram karbonat yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 150 gram Ca untuk membentuk kalsium karbonat. 4. Dari analisa air diketahui terdapat 300 mg/l Ca +2, 200 mg/l Ba +2, 100 mg/l Mg +2, 1000 mg/l SO -4. Hitung ; c. CaSO 4, BaSO 4, MgSO 4 terbentuk d. Dalam eqivalen sebagai CaCO 3 Tugas : 1. Berapa gram Ca yang dibutuhkan agar kombinasi dengan 90 gram karbonat untuk membentuk kalsium karbonat. Jawab : Berat ekivalen karbonat = [12 + 3 x 16]/2 = 30 gr/eq Berat ekivalen kalsium = 40/2 = 20gr/eq Senyawa hanya dapat dibentuk dengan jumlah ekivalen yang sama 90 gr CO -2 = 90 gr/30gr/eq = 3 eq Jadi Ca yang dibutuhkan = 3 eq = 3 eq x 20 gr/eq = 60 gr 7 Utilitas
Kesetimbangan Umumnya zat padat berbentuk Kristal terionisasi dalam air 1. CaO + H 2 O Ca +2 + 2 OH - (irreversible) 2. NaCL + H 2 O Na + + Cl - + H 2 O (reversible) Merupakan tanda reaksi reversible dan pada keadaan setimbang, reaksi : A x B y x A + y B Padatan ionic Persamaan kesetimbangan : K adalah konstanta kesetimbangan [A], [B] adalah konsentrasi zat A dan B saat setimbang Saat setimbang fasa padat tidak berubah karena laju pelarutan dan pengendapan sama, sehingga ; Dan [A x B y ] = K s = konstan [A] x [B] y = K. K s = K sp K sp adalah hasil kali kelarutan untuk pasangan ion Jika konsentrasi salah satu ion atau kedunya bertambah besar, maka akan menyebabkan harga K sp bertambah besar, dan pengendapan akan terjadi untuk mempertahankan keadaan kesetimbangan. Soal : K sp untuk disosiasi Mg(OH) 2 adalah 9. 10-12. Tentukan konsentrasi Mg +2 dan OH - pada saat kesetimbangan, dinyatakan sebagai mg/l CaCO 3 Jawab : Mg(OH) 2 Mg +2 + 2 OH - 8 Utilitas
Sebagai CaCO 3 9 Utilitas
Analisa Air Adanya zat-zat terlarut dalam air akan menyebabkan kualitas dan karakteristik air akan berubah, yang antara lain : 1. Keasaman Disebabkan oleh : gas CO 2, asam-asam organic, asam-asam mineral, dan hasil hidrolisa. 2. Alkalinitas Disebabkan oleh ; bikarbonat, karbonat, hidroksida 3. ph diukur dari aktifitas ion hydrogen 4. Salinitas digunakan untuk menggolongkan kandungan mineral yang terlarut dalam air. Seperti ; salinitas klorida menyatakan konsentrasi total keberadaan klorida dalam air. 5. Densitas 6. Padatan Terlarut Total (TDS) Menunjukan jumlah ion terlarut yang disajikan oleh analisa air. 7. Spesifik Grafity (sp gr). Adalah nisbah antara densitas air yang dianalisis terhadap air murni pada suhu tertentu. Alat ukur spesifik graffiti adalah hydrometer, dan dikalibrasi pada suhu 4 o C. Jika analisa air dilakukan diatas suhu 4 o C, maka akan dilaporkan sebagai 8. Padatan Tersuspensi Total (TSS) Menyatakan berat dari zat-zat yang tidak larut atau zat-zat yang tersuspensi dalam air. 9. Kekeruhan (Tunbidity) Merupakan sifat optic air yang berhubungan dengan penyerapan dan penyebaran cahaya oleh air. 10. Biochemical Oxygen Demand (BOD) Menyatakan jumlah kebutuhan oksigen terlarut selama proses penguraian zatzat organic secara biokimia aerobic. 11. Chimical Oksigen Demand (COD) Menyatakan jumlah oksigen yang dikonsumsi selama terjadinya oksidasi zat-zat organic secara kimia pada kondisi tertentu. 10 Utilitas
(01-10-12) Impurities Air A. Penyebab impurities air : 1. Padatan tersuspensi 2. Padatan terlarut 3. Gas terlarut 1. Padatan tersuspensi Dalam air padatan tersuspensi biasanya terdiri dari ; - lumpur, - humus, - limbah dan - buangan industry. Padatan tersuspensi akan menyebabkan terbentuknya ; o deposit o kerak, dan o busa 2. Padatan terlarut Umumnya kandungan padatan terlarut dalam teridiri dari bahan mineral, al ; MgCO 3, CaSO 4, MgSO 4, NaCl, Na 2 SO 4, SiO 2, dll. Akibat dari padatan terlarut diantaranya : Kesadahan (hardnes) dan Alkalinitas (alkalinity). 11 Utilitas
A. Kesadahan Kesadahan air dapat dilihat dari kesukaran pembentukan busa oleh sabun dalam air, yang disebabkan oleh adanya ion-ion kalsium dan magnesium. Ukuran kesadahan dapat diukur dari kesadahan total (total hardness). Kesadahan total dari sudut kation merupakan jumlah kesadahan kalsium dan kesadahan magnesium. TH = CaH + MgH Kesadahan total dari sudut anion : - Kesadahan karbonat (kesadahan sementara) - Kesdahan non karbonat (kesadahan tetap) TH = KH + NH TH = kesadahan total CaH = kesadahan kalsium = kadar Ca +2 MgH = kesadahan magnesium = kadar Mg +2 KH =kesadahan karbonat = Ca(HCO 3 ) dan Mg(HCO 3 ) 2 NH = kesadahan non-karbonat = CaSO 4, MgSO 4, CaCl 2, MgCl 2, dll. Satuan kesadahan adalah ; - Milival (mval) = mili equivalen/liter - Mg/l atau ppm sebagai CaCO 3 - o d = derajat kesadahan jerman = 5,6 mg CaO/liter 1 mval = 50 mg/l sebagai CaCO 3 = 2,8 o C 12 Utilitas
Akibat dari kesadahan dalam air industry adalah pembentukan kerak dalam ketel dan system pendingin. B. Alkalinitas Disebabkan oleh adanya senyawa alkali dalam air. Diantaranya ; - Alkalinitas hidroksida (OH-alkalinity) - Alkalinitas karbonat (CO 3 -alkalinity) - Alkalinitas bikarbonat (HCO 3 -alkalinity) Kemungkinan terdapatnya senyawa penyebab alkalinitas ; 1. Senyawa hidroksida 2. Senyawa karbonat 3. Senyawa bikarbonat 4. Senyawa karbonat dan bikarbonat 5. Senyawa hidroksi dan karbonat 3. Gas terlarut Gas terlarut dalam air, antara lain, CO 2, O 2, N 2, NH 3, NO 2, dan H 2 S. Diantara gas yang menimbulkan korosi ; CO 2, O 2, NH 3 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Gas CO 2 bersifat asam, dan jika bergabung dengan air akan menyerang logam, dan yang menjadi penyebab utama terjadinya korosi adalah gas oksigen (ketel dan pendingin). 13 Utilitas
II. Pengolahan Air. Pengolahan Eksternal Tujuan untuk memperbaiki kualitas air dan penerapan proses-prosesnya disesuaikan dengan tujuan penggunaan air yang dikehendaki. Tahapan proses pengolahan eksternal : 1. Pendahuluan Tujuan untuk memperoleh kualifikasi air yang dikehendaki atau sebagai proses awal untuk penyediaan air dengan kualitas yang lebih tinggi 2. Proses filtrasi Tujuan untuk menghilangkan zat padat tersuspensi. 3. Proses penghilangan padatan terlarut Tujuan untuk menghilangkan padatan terlarut tanpa menggunakan metoda pengendapan secara kimia. 1. Pendahuluan a. Sedimentasi Tujuan untuk memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non koloidal dalam air, dengan memanfaatkan gaya grafitasi. Laju pengendapan untuk beberapa partikel Diameter (mm) nama partikel waktu pengendapan (ft) 10 kerikil 0,3 dt 1 pasir kasar 3 dt 0,1 pasir halus 38 dt 0,01 lumpur 33 mnt 0,001 bakteri 35 jam 0,0001 partikel tanah liat 230 hari 0,00001 partikel koloid 63 thn 14 Utilitas
b. Klarifikasi Tujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi halus atau yang bersifat koloid. Proses ini terdiri dari : o koagulasi, o flokulasi, dan o sedimentasi Koagulasi Adalah proses penetralan partikel-partikel yang ada dalam air sehingga sesamanya tidak saling tolak menolak dan dapat diendapkan secara bersama-sama. Tahapan proses : Penambahan bahan kimia Seperti : Alum (aluminium sulfat), natrium aluminat, feri sulfat, feri klorida, dll. Pengadukan dengan kecepatan tinggi. Terjadinya proses pembentukan flok-flok (yaitu partikel bukan koloid yang halus). Flokulasi Merupakan kelanjutan proses koagulasi Dimana partikel halus hasil koagulasi akan membentuk gumpalan yang lebih besar sehingga lebih mudah untuk diendapkan. Tahapan proses ; - Pengadukan lambat - Pembentukan flok-flok (gumpalan) yang lebih besar 15 Utilitas
Rekasi yang terjadi pada proses klarifikasi : Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(HCO 3 ) 2 2Al(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO 2 6FeSO 4.7H 2 O + 3Cl 2 2Fe 2 (SO) 3 + FeCl 3 + H 2 O Al 2 (SO 4 ) 3 + 3NaCO 3 + 3H 2 O 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 + 3CO 2 Al 2 (SO 4 ) 3 + 6NaOH 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(OH) 2 2Al(OH) 3 + 3CaSO 4 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(HCO 3 ) 2 2Fe(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(OH) 2 2Fe(OH) 3 + 3CaSO 4 FeSO 4 + Ca(OH) 2 Fe(OH) 2 + CaSO 4 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O 4Fe(OH) 2 2FeCL 2 + 3Ca(HCO 3 ) 2 2Fe(OH) 2 + 3CaCl 2 + 6H 2 O 2FeCL 2 + 3Ca(OH) 2 2Fe(OH) 2 + 3CaCl 2 MgCO 3 + CaCl 2 CaCO 3 + MgCl 2 Mg(HCO 3 ) 2 + 2Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + 2CaCO 3 + 2H 2 O Setelah menjalani proses koagulasi dan flokulasi dilanjutkan ke tahap sedimentasi 1. Aerasi Merupakan proses mekanis pencampuran air dengan udara, dengan tujuan ; a. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tidak diinginkan seperti besi, mangan. Besi dalam air berupa : FeCO 3 + O 2 FeSO 4 + O 2 FeO FeO 16 Utilitas
Larut tidak larut b. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air, terutama yang bersifat korosif. Gas CO 2 yang bersifat asam dapat menurunka ph air, sehingga membantu proses korosi pada logam. c. Menghilangkan bau, rasa dan warna yang disebabkan oleh mikroorganisme. 2. Filtrasi Tujuan untuk menahan zat-zat tersuspensi dalam suatu fluida dengan cara melewatkan fluida tersebut melalui suatu lapisan yang berpori-pori. Seperti : pasir, karbon, anthracite, dll. Jenis filter, grafity filter dan pressure filter 17 Utilitas
3. Pertukaran Ion Pertukaran ion adalah pertukaran ion antara resin (senyawa tidak larut) dengan air, dimana resin akan menerima ion positif atau negative tertentu dari larutan (air) dan melepaskan ion lain kedalam larutan tersebut dalam jumlah ekivalen yang sama. Reaksi pertukaran kation ; untuk menukarkan kation 2NaR (s) + CaCl 2 (l) CaR 2 (s) + 2NaCl (l) Reaksi pertukaran anion : menukarkan anion 2RCl (s) + Na 2 SO 4 (l) R 2 SO 4 (S) + 2NaCl (l) Jika semua ion yang ada dalam larutan sudah dipertukarkan, maka reaksi pertukaran ion akan terhenti dan pada saat itu resin telah mencapai titik habis, sehingga harus dilakukan regenerasi. Jenis-jenis resin penukar kation : 1. Resin penukar kation asam kuat 2. Resin penukar kation asam lemah 3. Resin penukar anion basa kuat 4. Resin penukar anion basa lemah Resin penukar kation mengandung gugus fungsi : - sulfonat (R-SO 3 H), - phosponat (R-PO 3 H 2 ), - phenolat (R-OH), - kaboksilat (R-COOH). Resin penukar anion adalah ; - senyawa amida (primer/ R-NH 2, sekunder/r-n 2 H, tersier/r-r 2 N) - ammonium kuartener (R-NR 3 /tipe I, R-R 3 NOH/tipe II) R adalah radikal organic seperti CH 3. a. Resin penukar kation asam kuat 18 Utilitas
Beroperasi dengan siklus H Tahap layanan ; Ca +2-2 SO 4 Ca H 2 SO 4 Mg +2 Cl - Mg 2HCl + HR 2R + 2Na + 2HCO 3 2Na 2H 2 CO 3 Fe +2 2NO 3 Fe 2HNO 3 Tahap regenerasi dengan menggunakan asam HCl, H 2 SO 4 Ca CaCl 2 Mg MgCl 2 2R + 2HCl + 2HR 2Na 2NaCl Fe FeCl 2 b. Resin penukar kation asam lemah Gugus fungsi : karboksilat (R-COOH) Resin ini hanya dapat menghilangkan kation yang berasal garam bikarbonat untuk membentuk asam karbonat. Tahapa layanan Ca Mg 2Na Fe Ca Mg 2HCO 3 + 2HR 2R + 2H 2 CO 3 2Na Fe 19 Utilitas
Regenerasi sama dengan asam kuat c. Resin penukar anion basa kuat Layanan ; H 2 SO 4 SO 4 2HCL + 2ROH 2R 2Cl + 2H 2 O 2HNO 3 2NO 3 H 2 CO 3 HCO 3 + ROH R + H 2 O H 2 SiO 3 HSiO 3 Regenerasi SO 4 Na 2 SO 4 2R 2Cl + 2NaOH 2ROH + 2NaCL 2NO 3 NaNO 3 HCO 3 NaHCO 3 R + NaOH ROH + HSiO 3 NaHSiO 3 d. Resin penukar anion basa lemah Resin penukar anion basa lemah hanya dapat memisahkan asam-asam kuat, seperti HCl dan H 2 SO 4, dan tidak dapat menghilangkan asam-asam lemah, seperti silikat dan karbonat, sehingga disebut juga Acis Absorber. Tahap layanan 20 Utilitas Regenerasi H 2 SO 4 SO 4 2HCl + RNH 2 2RNH 2 2Cl 2NO 3 2NO 3
SO 4 H 2 SO 4 3RNH 2 2Cl + NaOH 2RNH 2 2HCl 2NO 2 2HNO 3 Operasi system pertukaran ion : 1. Tahap layanan 2. Tahap pencucian balik 3. Tahap regenerasi 4. Tahap pembilasan 1. Tahap layanan Merupakan tahap dimana terjadi reaksi pertukaran ion. Watak dari tahap layanan ini ditentukan oleh konsentrasi ion yang dihilangkan terhadap waktu atau volume air produk yang dihasilkan. Beberapa hal penting pada tahap layanan : a. Kapasitas pertukaran teoritik adalah jumlah ion secara teoritik yang dapat dipertukarkan oleh resin per satuan masa atau volume resin. Kapasitas pertukaran ion teoritik ditentukan oleh jumlah gugus fungsi yang dapat diikiat oleh matrik resin. b. Kapasitas operasi adalah kapasitas resin actual yang digunakan untuk reaksi pertukaran pada kondisi tertentu. c. Beban pertukaran ion adalah berat ion yang dihilangkan selama tahap layanan dan diperoleh dari hasil kali antara volume air yang diolah selama tahap layanan dengan konsentrasi ion yang dihilangkan. 2. Tahap pencucian balik 21 Utilitas
Dilakukan setelah kemampuan resin telah mencapai titik jenuh. Sebagai pencuci digunakan air produk, dengan sasaran : 1. Pemecahan resin yang tergumpal 2. Menghilangkan partikel halus yang terperangkap dalam ruang antar resin. 3. Menghilangkan kantong-kantong gas dalam unggun 4. Pembentukan ulang lapisan resin 3. Tahap regenerasi Adalah operasi penggantian ion yang terjerat dengan ion awal yang semula berada dalam matrik resin dan pengembalian kapasitas resin ketingkat awal atau ketingkat yang diinginkan. Fungsi larutan regenerasi harus dapat menghasilkan titik puncak (mengembalikan kemampuan resin ketingkat awal) dari ion yang digantikan, karena dapat mengurangi waktu regenerasi dan jumlah larutan yang digunakan. Operasi regenerasi ; a. Tingkat regenerasi dinyatakan sebagai jumlah larutan regenerasi yang digunakan per volume resin b. Efisien regenerasi adalah perbandingan kapasitas operasi yang dihasilkan pada tingkat regenerasi dengan kapasitas pertukaran secara teoritik yang dapat dihasilkan pada tingkat regenerasi Efisiensi regenerasi resin penukar katiaon asam lemah dan anion basa lemah (100 %) lebih baik dari resin penukat kation asam kuat dan anion basa kuat (20 50 %), hal ini disebabkan oleh : - Kekariban resin golongan lemah dengan ion H dan ion OH lebih besar dibandingkan dengan resin golongan kuat. - Nilai koefisien selektifitas untuk regenerasi adalah kebalikan dari koefisien selektifitas untuk pertukaran ion awal. c. Nisbah regenerasi atau tingkat efisiensi penggunaan larutan regenerasi adalah berat larutan regenerasi (dalam ekivalen atau gr CaCO 3 ) dengan beban pertukaran ion dalam satuan yang sama. 22 Utilitas 4. Tahap pembilasan
Tujuan untuk menghilangkan sisa larutan regenerasi yang terperangkap oleh resin. Dilakukan dengan ; a. Tingkat laju alir rendah, untuk menghilangkan larutan regenerasi b. Tingkat laju alir tinggi, untuk menghilangkan sisa ion. 5. Penghilangan gas (deaerator) Penghilangan gas dilakukan : Keluar kolom kation sebelum diolah di kolom resin penukar anion, dengan tujuan untuk mengurangi beban pertukaran pada kolom penukar anion (juga untuk mengurangi penggunaan larutan regenerasi) Pada tahap pertukaran kation (siklus H), alkalinitas bikarbonat dalam air umpan akan dikonversi menjadi asam kabonat dan karbondioksida, CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Karena air keluar resin penukar kation bersifat asam, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke kiri. 23 Utilitas
Jumlah karbondioksida dalam degasifier ekivalent dengan alkalinitas bikarbonat ditambah dengan jumlah karbondioksida yang terlarut dalam air. Cara kerja degasifier adalah dengan proses stripping (pelucutan) yaitu kandungan CO 2 dalam air dilucuti dengan menggunakan udara yang dihembuskan oleh blower atau secara vakum. 2.1. Pengolahan Internal 24 Utilitas Tujuan untuk menyesuaikan air kepada criteria kondisi system dimana air akan digunakan Pengolahan internal dilakukan dengan penambahan/penginjeksian suatu atau beberapa bahan kimia kedalam air agar bereaksi dengan impurities sehingga tidak tidak menimbulkan gangguan dalam penggunaan air. Keuntungan pengolahan internal : - Tidak memerlukan peralatan (seperti pengolahan eksternal) - Hemat tenaga kerja
Masalah-masalah yang ditangani oleh pengolahan internal : 1. Korosi Bahan kimia yang digunakan ; a. Anorganik : kromat, seng, orthophospat, dan poliphosphat b. Organic : polimer sintetik, organic nitrogen compound, dan organic phosphorous compound. 2. Pembentukan kerak Bahan kimia yang digunakan untuk menghambat deposit ; Threshold inhibitor : poliphosphat dan organophosphorous Polimer seperti poliacrilate Fungsi Untuk mengurangi pengendapan oleh kalsium, besi dan mangan. Dispersant : polielektrolit Fungsi mencegah pengendapan dari padatan yang tersuspensi Surfactans : surface active agents Fungsi agar padatan-padatan tersuspensi tetap bergerak dalam air sehingga mencegah deposit. Biocides : untuk mecegah deposit yang disebabkan oleh Mikroorganisme (chlorine dan bromine) Pengubah susunan Kristal : tannin, lignin, dan polimer sintetik Fungsi agar deposit yang terbentuk, tapi dengan struktur yang lemah, sehingga mudah untuk dihancurkan. 2.2. Desalinasi Adalah proses penguranagn kandungan meniral dalam air, dengan proses evaporasi. Factor dalam pemilihan proses : o Kualitas dan kuantitas air produk o Sifat air umpan o Keekonomisan proses 25 Utilitas
2.2.1. Multistage flash (MSF) evaporator Prinsip kerja alat ini adalah pada pencapaian titik didih, dan dapat dilakukan dengan - Penambahan panas (boiling) - Penurunan tekanan (flashing yaitu pembentukan uap secara tiba-tiba) Prinsip kerja MSF vakum. Air laut umpan panas air produk garam Prinsip kerja : Evaporator satu tahap - Air umpan dipanaskan dengan menggunakan uap bertekanan rendah, sehingga air siap menguap pada tekanan yang sesuai dengan temperature pada pemanasan awal - Tekanan kolom flash divacumkan menggunakan ejector uap, sehingga temperature dalam kolom flash dibawah titik didih atau pada temperature umpan jenuh yang sesuai dengan tekanan kolom - Air umpan yang bertekanan lebih tinggi dari tekanan kolom, maka saat air masuk kolom akan menjadi lewat jenuh dan melepaskan uap (flash) untuk menuju jenuh kembali. - Uap yang dihasilkan didinginkan (Panas yang dilepas oleh uap saat kondensasi digunakan untuk memanaskan air umpan) 2.2.2. Reverve osmosis (RO) air murni air garam a aliran osmosis b. kesetimbangan c. reverve osmosis osmosis 26 Utilitas
prinsip kerja : - Dari dua larutan yang berbeda (air murni dan air garam), maka air akan terserap kedalam air garam melalui membrane, tekanan air akan berkurang dan tekanan air garam akam bertambah, sampai tercapai kesetimbangan (kesetimbangan osmosis) - Perbedaan tekanan hidrostatik yang dicapai setara dengan tekanan osmotic netto. Tekanan osmotic tergantung pada konsentrasi larutan garam dan temperature. - Jika diberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotic dari sisi larutan garam, maka arah aliran air akan berbalik arah ke sisi air murni. Peristiwa ini disebut dengan reverve osmosis - Laju alir air melalui membrane berbanding lurus dengan beda tekan antara tekanan yang digunakan dengan tekanan osmotic. Kemurnian air produk tergantung pada konsentrasi garam di air umpan dan konstanta penyerapan garam dari membrane yang digunakan. III. Pengolahan Air Umpan Ketel Dan Air Pendingin Untuk memenuhi kebutuhan energy dan sysem pemanasan dalam industry umumnya di penuhi dengan cara memanfaatkan steam (uap) yang dibangkitkan oleh ketel (boiler). A. Pengolahan air umpan ketel Masalah penggunaan air untuk umpan ketel : 1. Pembentukan kerak 2. Terjadinya korosi 27 Utilitas
3. Pembentukan busa 1. Pembentukan kerak Penyebab kerak pada ketel : - pengendapan langsung dari zat pengotor pada permukaan perpindahan panas. - Pengendapan zat tersuspensi dalam air yang melekat pada logam Akibat pembentukan kerak : - Terjadinya pemanasan lanjut setempat (local overheating) - Logam ketel gagal berfungsi (failure) Senyawa-senyawa penyebab kerak Senyawa nama mineralogy rumus senyawa Kalsium karbonat Calcite/aragonite CaCO 3 Kalsium sulfat Anhydrite CaSO 4 Magnesium hidroksida Brucite Mg(OH) 2 Basic calcium phosphate Hydroxypatite 3Ca 3 (PO 4 ) 2.Mg(OH) 2 Magnesium hydroxyphosphat Mg 3 (PO 4 ) 2.Mg(OH) 2 Besi oksida Hematit, geothit Fe 2 O 3.FeOOH Kalsium dan magnesium serpentin 3MgO.2SiO 2.2H 2 O Silikat analcite Na 2 O.Al 2 O 3.4SiO 2.2H 2 O Acmite Na 2 O.Fe 2 O 3.4SiO 2 Xonotlite 5CaO.5SiO 2.H 2 O Pectolite Na 2 O.4CaO.6SiO 2.H 2 O. 2. Korosi pada ketel 28 Utilitas Korosi adalah perubahan kembali logam (Fe) menjadi bentuk bijinya. Penyebab korosi : - ph air yang rendah - gas-gas yang terlarut dalam air, seperti ; O 2, CO 2, dll - garam-garam terlarut dan padatan tersuspensi Proses korosi
- kontak antara permukaan logam dengan air Fe + 2H 2 O Fe(OH) 2 + H 2 - Pada saat setimbang reaksi tidak akan terjadi, tetapi dengan adanya oksigen terlarut dan ph air yang rendah akan mengganggu kesetimbangan dan reaksi akan bergeser kekanan. 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O Fe(OH) 3 2H 2 + O 2 2H 2 O Fe(OH) 2 + 2H + Fe +2 + 2H 2 O (biji besi) - Pergeseran arah reaksi ke kanan menyebabkan berlanjutnya peristiwa korosi pada logam ketel. - Disamping gas oksigen, alkalinitas yang rendah, adanya garamgaram, dan padatan terlarut dalam air membantu terjadinya reaksi. 3. Pembentukan busa 29 Utilitas Merupakan peristiwa pembentukan gelembung-gelembung gas diatas permukaan air dalam tangki boiler. Penyebab terjadinya busa : - Adanya kontaminasi oleh zat-zat organic - Zat-zat kimia dalam ketel tidak terkontrol. Akibat busa : - Mempersempit ruang pelepasan uap panas - Terbawanya air serta kotoran bersama uap air. - Terjadinya korosi pada logam system ketel Pembentukan busa erat hubungannya dengan tekanan kerja ketel. Tekanan ketel TDS Alkalinitas TSS Silika (psig) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) 0-300 3500 700 300 125 301-450 3000 600 250 90 451-600 2500 500 150 50 601-750 2000 400 100 35 751-900 1500 300 60 20 901-1000 1250 250 40 8
1001-1500 1000 200 20 2.5 1501-2000 750 150 10 1.0 Diatas 2000 500 100 5 0.5 Pengolahan air umpan ketel dengan penambahan bahan kimia. Pemakaian : 1. Ketel beroperasi pada tekanan rendah atau sedang 2. Sejumlah kondensat digunakan kembali sebagai air umpan 3. Air baku yang digunakan untuk air umpan ketel telah memenuhi kualitas. Kesulitan ; 1. Bila kesadahan air umpan sangat tinggi, sehingga banyak lumpur yang terbentuk yang menyebabkan naiknya jumlah blow down. 2. Memperbesar kemungkinan pembentukan kerak pada system sebelum ketel dan pada saluran air umpan Tujuan penambahan bahan kimia : 1. Berekasi dengan kesadahan dan kandungan silica air umpan dan mencegah pengendapan pada permukaan logam ketel sebagai kerak. Ion kalsium : diendapkan dalam bentuk kalsium hidroksi apatit dan kalsium karbonat Ion magnesium dan silica : diendapkan dalam bentuk sarpentin, magnesium silikat dan magnesium hidroksida reaksi : 3Ca +2-3 + 2PO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 Ca +2 - + HCO 3 + OH - CaCO 3 + H 2 O Mg +2 + 2OH - Mg(OH) 2 3Mg +2 + 2OH - + 2SiO -2 2 + H 2 O 2MgSiO 2.Mg(OH) 2.H 2 O 4Mg +2 + 2OH - -3 + 2PO 4 2Mg 3 (PO 4 ) 2.Mg(OH) 2 Bahan kimia pengendali pembentukan kerak disebut chelating agent, seperti : - NTA (nitrilotriacetic acid) - EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) Pemakaian : boiler tekanan rendah dan air umpan kesadahan rendah. 2. Menjadikan zat-zat tersuspensi seperti lumpur, kesadahan dan besi oksida menjadi suatu masa yang tidak melekat pada logam ketel. Bahan kimia yang digunakan ; tannin, lignin, dan alginate. 30 Utilitas
3. Menyediakan perlindungan anti busa untuk memungkinkan pemekatan padatan terlarut dan tersuspensi dalam air ketel sampai taraf tertentu tanpa terjadi carry over. Penyebab terjadinya carry over ; - Disain ketel tidak baik - Alat pemisah steam dan air yang tidak efektif - Akibat level air yang tinggi Penyebab pembentukan busa ; - Adanya padatan terlarut dan tersuspensi dalam air - Alkalinitas - Masuknya material perangsang pembentuk busa, seperti kondensat yang terkontaminasi minyak. Senyawa pencegah pembentukan busa (anti foam agent), seperti ; - polyglikol dan polyamide. Perlakuan pencegahan pembentukan busa ; - pengolahan air yang baik - peningkatan blow down dari ketel - menghilangkan senyawa pembentuk busa dalam kondensat. 4. Menghilangkan oksigen dari air dan menyediakan alkalinitas yang cukup untuk mencegah korosi. Senyawa untuk menghilangkan oksigen dalam air ; natrium sulfit dan hydrazine Reaksi ; 2Na 2 SO 3 + O 2 2Na 2 SO 4 N 2 H 2 + O 2 2H 2 O + N 2 Keuntungan pemakaian natrium sulfit ; - Mempunyai kecepatan rekasi yang cepat pada suhu rendah, - Mudah diumpankan, - Bahan sisa yang tidak bereaksi, dan - Mudah dianalisa Alasan pemilihan hydrazine ; - Hasil reaksi yang tidak menghasilkan TDS dan TSS - Pemakaian pada suhu tinggi dengan tekanan, 400 psig B. Pengolahan Air Pendingin 31 Utilitas Air pendingin adalah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panas.
System air pendingin ada 2 jenis ; - Jenis resirkulasi - Jenis sekali lewat Jenis resirkulasi : - Resirkulasi terbuka Sebagian air yang telah digunakan, diuapkan untuk mendinginkan bagian air sisanya - Resirkulasi tertutup Pendinginan air kembali dilakukan tidak dengan cara memanfaatkan panas laten penguapan, melainkan dengan menggunakan suatu jenis alat penukar panas. A. Syarat air pendingin ; Syarat untuk air pendingin harus tidak menimbulkan masalah, al ; 1. Terjadinya korosi 2. Pembentukan kerak dan deposit 3. Terjadinya fouling akibat aktifitas mikroba 1. Korosi pada system pendingin Akibat korosi : - Penyumbatan dan kerusakan pada system perpipaan - Kontaminasi produk yang diinginkan, karena adanya kebocoran - Menurunnya efisiensi perpindahan panas 2. Pembentukan kerak dan deposit Akibat ; - Penurunan efisiensi perpindahan panas - Naiknya kehilangan tekanan, karena naiknya tahanan dalam pipa - Penyumbatan pipa-pipa berukuran kecil 32 Utilitas
3. Fouling Fouling yang berasal dari mikroorganisme pada system air pendingin terutama yang terdapay pada cooling tower, dapat mengakibatkan ; - Korosi local - Penyumbatan - Penurunan efisiensi perpindahan panas. Pengendalain pembentukan kerak Penyebab pembentukan kerak pada air pendingin ; kadar Ca dan alkalinitas yang tinggi Pengendalian dapat dilakukan ; 1. Menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi 2. Menambah asam sulfat (seperti H 2 SO 4 ), agar ph air dibawah 7 Kecendrungan pembentukan kerak dan menggunakan korosi dapat diperkirakan dengan 1. Langelier Saturation Index (LSI) 2. Ryznar Stability Index (RSI) Kegunaan pemakaian kedua index ini adalah untuk mengatur kondisi air pendingin agar tidak membentuk kerak dan tidak bersifat korosif. LSI berharga positif (+) : air cendrung untuk membentuk kerak CaCO 3 Negative (-) : air tidak jenuh dengan CaCO 3, dan cendrung untuk malarutkan CaCO 3, dan bersifat korosif. RSI < 6,0 : kecendrungan pembentukan kerak RSI > 6,0 : kecendrungan untuk melarutkan CaCO 3, dan bersifat korosif 33 Utilitas B. Pengendalian korosi Pengendalian korosi dilakukan dengan cara penambahan bahan kimia yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Bahan kimia yang digunakan ; - polifosfat,
- kromat, - dikromat, - silikat, - nitrat ferrosianida, dan - molibdat. C. Pengendalian fouling Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah dan dikendalikan dengan ; - klorin, - klorofenol, - garam organometal, - ammonium kuartener, dan - berbagai mikrobiosida. 34 Utilitas