PROSES PELUNAKAN AIR SADAH MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM LAMPUNG WIDI ASTUTI UPT Balai Pengolahan Mineral Lampung LIPI Jl. Ir. Sutami Km. 15 Tanjungbintang, Lampung Selatan ABSTRAK Air sadah adalah air yang memiliki kandungan senyawa kalsium dan magnesium yang cukup tinggi. Ambang batas maksimum kesadahan air yang dianjurkan adalah 35 ppm. Penurunan kesadahan air dapat dilakukan dengan beberapa cara pelunakan air sadah, salah satunya adalah dengan cara pertukaran ion menggunakan zeolit alam Lampung dengan beberapa metode aktivasi. Metode aktivasi yang dapat digunakan adalah secara fisika dengan cara pemanasan dalam oven atau furnace dan secara kimia menggunakan larutan NaOH, HCl, H 2 SO 4 atau NH 3. Dalam penelitian ini digunakan metode aktivasi secara kimia Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa Zeolit alam Lampung dapat digunakan untuk melunakkan air sadah. Metode aktivasi yang paling baik adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na 2 Z. Konversi pelunakan air sadah yang diperoleh adalah sebesar 76,5 % dari kesadahan awal 2118 ppm menjadi 498 ppm. Kata Kunci : pelunakan air, air sadah, kesadahan, zeolit alam Lampung, aktivasi PENDAHULUAN Air bersih merupakan kebutuhan hidup manusia yang paling penting dan utama. Penyediaan air bersih yang memenuhi syarat hendaknya menjamin kualitas, kuantitas serta kontinuitas. Dalam beberapa kasus, daerah yang mempunyai lapisan batu gamping umumnya memilki kualitas air tanah yang cukup baik, kecuali kandungan unsur dan senyawa mineral tertentu seperti Kalsium (Ca 2+ ) dan Magnesium (Mg 2+ ) yang cukup tinggi sehingga disebut air sadah atau air keras (Siahaan, ). Kesadahan air merupakan sifat alami dari air itu sendiri. Kadar kesadahan air ini berbeda-beda di masing-masing tempat tergantung pada kondisi tanah daerah tersebut. Kesadahan dalam air menunjukkan bahwa terjadi kontak antara formasi geologi dengan badan air tersebut. Sampai ambang batas maksimum yang dianjurkan yaitu 35 ppm, kesadahan air tidak menjadi masalah. Tetapi jika kadar kesadahan air melewati batas maksimum, maka harus diturunkan yang biasa disebut dengan pelunakan air (water softening). Masalah yang timbul karena tingginya kadar kesadahan dalam air antara lain timbulnya kerak pada ketel atau alat masak yang lain jika digunakan untuk memasak dan sabun kurang berbusa jika air digunakan untuk mencuci. Secara ekonomi dan teknis, hal ini sangat merugikan karena adanya kerak pada ketel atau alat masak akan menyebabkan transfer panas terhambat sehingga panas yang dibutuhkan harus lebih tinggi sehingga dibutuhkan bahan bakar yang lebih banyak dan waktu yang lebih lama. Begitu juga jika digunakan untuk mencuci harus digunakan sabun yang lebih banyak. Dalam skala rumah tangga, hal ini mungkin tidak terlalu dirasakan tetapi dalam skala industri, kerugian yang ditimbulkan sangat besar. 1
Salah satu cara yang digunakan untuk melunakkan air sadah adalah dengan cara pertukaran ion (Powell, 1954). Dalam penelitian ini digunakan zeolit alam Lampung sebagai media pertukaran ion. Alasan pemakaian zeolit alam Lampung dalam penelitian ini adalah karena zeolit alam Lampung memiliki kapasitas pertukaran kation yang tinggi (cation exchange capacity/cec) sebesar 85 mek/gram (Hendri, 1992), merupakan sumber daya mineral yang sangat potensial di Propinsi Lampung karena cadangan depositnya terbesar di Indonesia yaitu sebesar 137 juta ton, murah dan mudah diolah. Zeolit yang akan digunakan harus diaktivasi terlebih dahulu dengan beberapa metode aktivasi yaitu cara fisika dengan pemanasan dalam oven atau furnace dan cara kimia menggunakan larutan NaOH, HCl, H 2 SO 4 atau NH 3 (Arifin dkk, 1999). Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui kemampuan zeolit alam Lampung dalam menurunkan kadar kesadahan air. BAHAN DAN METODE Bahan Baku Zeolit Zeolit alam Lampung adalah jenis Klinoptilolit yang diperoleh dari CV. Zeo Kap Kan Lampung dengan kadar Si/Al adalah 77,39/5,55. Metode Penelitian Zeolit alam Lampung yang akan digunakan diaktivasi terlebih dahulu secara kimia dengan larutan NaOH sehingga diperoleh Na 2 Z. Natrium zeolit (Na 2 Z) yang diperoleh akan digunakan sebagai pelunak untuk menurunkan kadar kesadahan air. Sistem yang digunakan adalah pertukaran ion pada tumpukan (bed) natrium zeolit. Variasi yang digunakan dalam percobaan ini adalah perbandingan debit air sadah yang diolah terhadap berat zeolit yang digunakan sehingga diperoleh konversi pelunakan air sadah. Hasil yang diperoleh ini akan dibandingkan dengan jenis zeolit lain, sehingga selain aktivasi dengan larutan NaOH dilakukan juga aktivasi dengan cara lain. Air sadah yang digunakan adalah larutan CaCl 2 (konsentrasi,1 N atau 2118 ppm) dan larutan MgSO 4 (konsentrasi,5 N atau 12 ppm). Analisa hasil yang dilakukan adalah perubahan konsentrasi setelah air sadah dilewatkan pada zeolit. Proses yang terjadi dapat dilihat sebagai berikut : 1. Proses aktivasi dan regenerasi zeolit (Powell, 1954) CaZ + 2 NaOH Na 2 Z + Ca(OH) 2...(1) MgZ + 2 NaOH Na 2 Z + Mg(OH) 2...(2) 2. Proses softening Na 2 Z + CaCl 2 CaZ + 2NaCl...(3) Na 2 Z + Mg(SO) 4 MgZ + Na 2 (SO) 4...(4) Gambar 1 memperlihatkan skesta alat penelitian yang berupa kolom penukar ion berdiameter cm dan tinggi 1,5 m. 2
Air sadah(cacl 2, MgCl 2, MgSO 4 ) Tumpukan zeolit Air bersih Gambar 1. Sketsa Alat Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian 1. Proses Pembentukan Na 2 Z Dari Zeolit Alam Lampung (Proses Aktivasi) Gambar 2 memperlihatkan hubungan antara waktu perendaman dengan konversi NaOH untuk kadar NaOH awal 1 N dan diperoleh hasil bahwa waktu perendaman (aktivasi) yang optimum adalah 24 jam dengan konversi yang diperoleh sebesar 85,9 %. Lebih dari 24 jam konversi naik, tetapi kenaikannya sangat kecil sehingga tidak efektif jika digunakan sehingga diambil waktu perendaman optimum adalah 24 jam. 1 8 Konversi NaOH, % t vs Konversi 5 1 15 waktu perendaman,jam Gambar 2. Hubungan Antara Waktu Perendaman dan Konversi NaOH untuk Kadar NaOH awal 1 N 3
Gambar 3 memperlihatkan hubungan antara konsentrasi NaOH awal dengan konversi NaOH untuk waktu perendaman 24 jam dan diperoleh hasil bahwa konsentrasi NaOH awal yang optimum adalah 1 N dengan konversi sebesar 85,9%. 1 8 Konversi, % Waktu = 24 jam 1 2 3 4 5 Konsentrasi awal NaOH, N Gambar 3. Hubungan Antara Konsentrasi NaOH awal dengan Konversi NaOH untuk Waktu Perendaman 24 jam 2. Pemakaian Na 2 Z untuk air sadah (Proses Softening) Gambar 4 memperlihatkan hubungan antara debit air sadah dan konversi pelunakan air sadah dengan larutan CaCl 2 2118 ppm sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak kg. Dari gambar 4 diperoleh hasil bahwa Na 2 Z dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air untuk senyawa kalsium dengan debit air yang paling optimum adalah sebesar 1 L/menit dan konversi pelunakan air sebesar 76,5 %. Konversi Pelunakan, % 9 8 7 5 3 1 1 2 3 4 5 Debit Air Sadah, L/menit NaZ = kg Gambar 4. Hubungan Antara Debit Air Sadah Dengan Konversi Pelunakan Air Sadah (larutan CaCl 2 awal 2118 ppm dan berat Na 2 Z kg) Gambar 5 memperlihatkan hubungan antara debit air sadah dan konversi pelunakan air sadah dengan larutan MgSO 4 12 ppm sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak 4
kg. Dari gambar 5 diperoleh hasil bahwa Na 2 Z juga dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air untuk senyawa magnesium dengan debit air yang paling optimum adalah sebesar 1 L/menit dan konversi pelunakan air sebesar 5,5 %. Konversi Pelunakan, % 5 3 1 NaZ = kg 1 2 3 4 5 Debit MgSO4, L/menit Gambar 5. Hubungan Antara Debit Air Sadah Terhadap Konversi Pelunakan (larutan MgSO 4 awal 12 ppm dan berat Na 2 Z kg) 3. Perbandingan Pemakaian Na 2 Z dengan Zeolit Lain untuk Pelunakan Air Sadah Tabel 1 memperlihatkan perbandingan pemakaian Na 2 Z dan zeolit dengan metode aktivasi lain untuk larutan MgSO 4 sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak kg. Dari tabel 1 diperoleh hasil bahwa aktivasi yang paling baik digunakan adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na 2 Z dengan konversi 5,5 %. Tabel 1. Perbandingan pemakaian Na 2 Z dengan zeolit lain untuk air sadah (digunakan larutan MgSO 4 1 L/menit, berat zeolit kg) No. Jenis Zeolit [Mg ++ ] sebelum [Mg ++ ] setelah Konversi,% 1. Na Z 12 614 5,5 2. H Z 12 1173 5,4 3. Z NH 3 1289 851 34, 4. Surfaktan 1483 194 26,3 5. ABS 1483 997 32,8 Tabel 2 memperlihatkan perbandingan pemakaian Na 2 Z dan zeolit dengan metode aktivasi lain untuk larutan CaCl 2 sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak kg. Dari tabel 2 diperoleh hasil bahwa aktivasi yang paling baik digunakan adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na 2 Z dengan konversi 76,5 %. 5
Tabel 2. Perbandingan pemakaian Na 2 Z dengan zeolit lain untuk air sadah (digunakan larutan CaCl 2 1 L/menit, berat zeolit kg) No. Jenis Zeolit [Ca ++ ] sebelum [Ca ++ ] setelah Konversi,% 1. Na Z 2118 498 76,5 2. Z NH 3 17 78 55,7 3. Surfatan 17 7 59,1 4. ABS 17 13 22,7 Pembahasan Pada penelitian digunakan larutan CaCl 2 dan MgSO 4 sebagai model air sadah, sehingga tumpukan zeolit hanya dilewati oleh satu senyawa homogen. Padahal air sadah di alam tidak hanya mengandung senyawa kalsium dan magnesium, tetapi ada senyawa-senyawa lain seperti kation-kation bervalensi 2 (Sr 2+, Ba 2+, Fe 2+ dan Mn 2+ ) serta senyawa natrium (Na + ) yang juga dapat menjadi penyebab kesadahan air walaupun bukan penyebab utama serta pengotorpengotor lain yang mungkin ada. Jika hasil penelitian diterapkan pada air sadah yang sesungguhnya maka nilai konversi mungkin akan turun karena kation yang dipertukarkan lebih kompleks. Konversi 76,5% diperoleh dari kesadahan awal 2118 ppm menjadi 498 ppm. Nilai akhir yang diperoleh masih berada di atas ambang batas maksimum yang dianjurkan. Jika zeolit ini akan diterapkan pada air sadah dengan kesadahan awal di bawah 2118 ppm, maka dengan satu kolom saja mungkin masih diperoleh hasil di bawah ambang batas maksimum. Tetapi jika kesadahan awal 2118 ppm atau lebih tinggi dari itu, maka perlu ditambah satu atau beberapa kolom penukar ion lagi. Jadi kolom dibuat sebagai kolom alir bersinambung. Hal ini juga berlaku jika kita menggunakan air sadah yang sesungguhnya, karena kemampuan zeolit juga akan turun jika digunakan pada air sadah yang sesungguhnya. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui kemampuan zeolit alam Lampung dalam menurunkan kadar kesadahan air pada air sadah yang sesungguhnya. Selain itu juga perlu dilakukan perhitungan yang lebih rinci untuk mengetahui kemampuan pertukaran ion tiap kolom, sehingga kita dapat merancang dimensi kolom, jumlah kolom yang digunakan, berat zeolit dalam kolom dan debit air sadah yang dialirkan untuk mendapatkan hasil akhir yang diinginkan. KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Zeolit alam Lampung dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air setelah dilakukan aktivasi sebelumnya. 2. Metode aktivasi yang paling baik adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na 2 Z. 3. Konversi yang diperoleh untuk menurunkan kadar kesadahan air menggunakan Na 2 Z adalah sebesar 76,5 % UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Ir. Adil Jamali, M.Sc. atas pinjaman zeolit dan kolom penukar ionnya, serta Bapak Dr. M. Ahkam Subroto, M.App.Sc. atas bimbingannya dalam membuat makalah ilmiah ini. 6
DAFTAR PUSTAKA Arifin, M. & Komarudin. 1999. Zeolit. Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral. Bandung Powell, S.T. 1954. Water Conditioning For Industry. pp. 146 192. Mc.Graw Hill Book Company.Inc. New York. Siahaan, R.. Pengolahan Air Sadah Dengan Proses Pengendapan dan Kristalisasi. Jurnal Penelitian Permukiman. Vol. 16 (3). Hal. 63-71. 7