6, kesadahan air dan pengolahannya.pdf
TRANSCRIPT
-
- Kesadahan Air dan Ketidakmurnian Air - (Water Hardness and Water Impurities)
Pengolahan Air Industri (Industrial Water Treatment)
Air dalam Industri
Unit penyediaan air dalam industri termasuk dalam unit pendukung proses (utilitas)
Diperlukan untuk menyediakan steam, air domestik, air pendingin, air proses
steam ketel air pendingin cooling water chilled water sistem refrigerasi air proses reaktor proses air domestik kebutuhan kantor
-
Jenis Air Berdasarkan Lokasi
Air Tawar yang Diolah
Air Tawar
Air Laut
Air
Air Industri
Air Kota
Air Permukaan
Air Bawah Tanah
Air Sumur Mata Air
Air Sungai Air Danau dll
dll
Impuritas Air Impuritas Air
Ionik & Terlarut Non Ionik & Tidak Terlarut
Ion Positif (Kation)
Ion Negatif (Anion) Suspensi Koloid Gas
Ca2+ Mg2+ Fe2+ Mn2+ Na+ K+ dll
SO42- Cl- NO3- HCO3- CO3- OH- dll
CO2 O2 N2 H2S dll
tanah liat, debu, dll
virus, bakteri, alga
-
LARUTAN KOLOID SUSPENSI
Koloid: campuran dua atau lebih zat yang bersifat homogen dengan ukuran partikel 1 100 nm, tidak terpengaruh oleh gaya gravitasi sehingga tidak terjadi pengendapan
Pengaruh Ukuran Partikel terhadap Waktu Pengendapan
-
Jenis Air Berdasarkan Kualitas Air
Nilai pH Kesadahan
Air Keras Air Lunak Air Asam Air Alkali
Kesadahan Air
Air sadah adalah air yang mengandung beberapa jenis mineral yaitu Ca, Mg, Sr, Fe dan Mn dengan konsentrasi tinggi, menyebabkan air menjadi keruh, menimbulkan endapan dan kerak pada dasar ketel serta mengurangi daya kerja sabun serta.
Kesadahan air dikenal dengan nama kekerasan air (hard water), menunjukkan adanya kandungan garam kalsium dan magnesium yang terlarut, dinyatakan sebagai ekuivalen (setara) kalsium karbonat (CaCO3).
-
Kesadahan Air
Tingkat kesadahan kesadahan air ditentukan oleh: banyaknya kandungan garam karbonat dalam air kadar keasaman air
Air asam umumnya menunjukkan reaksi lunak Air basa umumnya merupakan air keras (air sadah)
Air lunak menyebabkan busa sabun melimpah dan tangan akan terasa licin; sedangkan, air sadah sulit menghasilkan busa sabun dan tangan terasa kasat
Kesadahan Air Kesadahan air dapat diindikasikan dengan: German hardness (dGH, dH) menunjukkan adanya 10 mg CaO (lime) dalam 1 L air (1 dGH 17,85 ppm) French hardness (f) menunjukkan adanya 10 mg CaCO3 (limestone) dalam 1
L air (1 f 0,56 dGH 10 ppm) British hardness (e, Clark)
menunjukkan adanya 10 mg CaCO3 (limestone) dalam 0,7 L air (1 e 0,8 dGH 14,25 ppm)
-
Perbandingan Satuan pada Kesadahan
dGH : degrees of general hardness gpg (grain per galon) : 1 grain (64,8 gr) CaCO3 per US galon (3,79 L) e : 1 grain (64,8 gr) CaCO3 per Imperial galon (4,55 L)
USA, IDN GER, JPN ENG FRA
mmol/L ppm, mg/L dGH, dh gpg e, Clark f
mmol/L 1 0,009991 0,1783 0,171 0,1424 0,09991 ppm, mg/L
100,1 1 17,85 17,12 14,25 10
dGH, dh 5,608 0,05603 1 0,9591 0,7986 0,5603 gpg 5,847 5,847 0,05842 1 0,8327 0,5842 e, Clark 7,022 0,07016 1,252 1,201 1 0,7016 f 10,01 0,1 1,785 1,712 1,425 1 Contoh: 1 mmol/L = 100,1 ppm dan 1 ppm = 0,056 dGH
Klasifikasi Kesadahan Air
Kesadahan air dapat dikelompokkan menjadi:
Tingkat (dGH) Klasifikasi kesadahan
1 5 Sangat lunak 5 10 Lunak
10 20 Agak keras 20 30 Keras
> 30 Sangat keras
-
Jenis Kesadahan dan Proses Perlakuannya
Kesadahan sementara (temporary hardness) Adalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat (HCO3-), baik Ca(HCO3)2 maupun MgHCO3 Kesadahan dapat dihilangkan dengan mendidihkan air shg senyawa tsb menjadi senyawa yang dapat mengendap pada dasar ketel Rx:
Ca(HCO3)2 (aq) CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)
Jenis Kesadahan dan Proses Perlakuannya Kesadahan tetap (permanent hardness)
Adalah air sadah yang mengadung anion selain ion bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl-, NO3- dan SO42- Kesadahan ini tidak dapat dihilangkan dengan pemanasan, tetapi dengan mereaksikan air tersebut dengan zat-zat kimia tertentu (ion exchanger). Pereaksi untuk menghilangkan kesadahan: larutan karbonat (Na2CO3 (aq) atau K2CO3 (aq)) Rx: CaCl2 (aq) + Na2CO3 (aq) CaCO3 (s) + 2 NaCl (aq) Mg(NO3)2 (aq) + K2CO3 (aq) MgCO3 (s) + 2 KNO3 (aq)
-
Oksigen Terlarut (Dissolved Oxygen, DO)
Kelarutan suatu gas pada cairan merupakan karakteristik dari gas tersebut sendiri dan dipengaruhi oleh tekanan, ketinggian suatu tempat, suhu dan salinitas.
Kelarutan oksigen di medium cair menurun seiring dengan naiknya suhu
Setiap kenaikan 100 m dpl, tekanan atmosfer menurun 8-9 mmHg, dan kelarutan gas menurun 1,4 %.
Kualitas Air untuk Pendingin
Air dengan kualitas baik Kandungan impuritas rendah Air lunak dengan kesadahan rendah Air tawar, tidak mengandung garam Merupakan air yang memiliki kualitas untuk penggunaan di kota. Dapat berupa distilled water atau air yang telah melalui proses pelunakan
-
Kualitas Air untuk Pendingin
Air dengan kualitas buruk Kandungan impuritas tinggi, seperti NaCl,
substansi inorganik (logam) substansi organik, dll
Air dengan kesadahan tinggi Air dengan salinitas tinggi Air sungai, air sumur, air danau, air laut
Masalah yang Timbul akibat Penggunaan Air Kualitas Rendah
Korosi pada bahan logam Udara, garam dan gas buangan terlarut dalam air mengandung oksigen, ion klorin dan ion sulfat yang dapat menyebabkan besi berkarat dan menyebabkan pitting (lubang) pada liner
-
Masalah yang Timbul akibat Penggunaan Air Kualitas Rendah
Menimbulkan kerak pada permukaan Adanya magnesium dan kalsium bikarbonat terlarut dalam air dapat terurai akibat panas dan membentuk magnesium dan kalsium karbonat yang dapat membentuk kerak Penggunaan bahan antibeku kualitas dapat menyebabkan silikat mengendap dan membentuk kerak
Masalah yang Timbul akibat Penggunaan Air Kualitas Rendah
Menimbulkan kerak Adanya kerak menyebabkan penurunan kemampuan pendinginan, overheating, kerusakan pada liner, piston Semakin asam dalam air, semakin mudah untuk menghilangkan kerak
-
Mekanisme Pitting
Ketika piston bergerak ke atas, silinder liner akan terdorong oleh piston dan bergeser sedikit ke kanan
Gelembung dapat timbul di permukaan pada sisi berlawanan
Mekanisme Pitting
Ketika piston bergerak ke bawah, silinder liner bergeser sedikit ke kiri
Gelembung yang timbul dapat menabrak permukaan liner dan pecah dan terjadi gelembung di sisi yang lain
-
Kerusakan pada Silinder Liner
Berkerak Berkarat Pitting
Pengolahan Air
Pengolahan air diperlukan ketika air baku yang tersedia mengandung kesadahan tinggi dengan menambahkan water softener, aditif untuk mencegah kerak dan korosi.
Ketika air mengandung silika, diamkan dalam beberapa hari dalam wadah yang tidak berkarat dan gunakan air di bagian atas.
-
PENGOLAHAN AIR
TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR
BAHAN BAKU AIR (KUALITAS AIR)
Air laut, Air sumur, Air sungai, Air danau, dll
TUJUAN PENGGUNAAN (SPESIFIKASI)
Air minum, MCK, proses, pendingin, steam (ketel), dll
I. SATUAN PROSES KOAGULASI, FLOKULASI, PRESIPITASI, AERASI, DESINFEKSI, ION EXCHANGE, FILTRASI, ADSORPSI, dll
II. SATUAN OPERASI MIXER/AGITATOR, SEDIMENTASI, FILTER, ADSORPBER, AERATOR, dll
Karakteristik Air Umpan Boiler
Tidak mengandung endapan --- kerak / scale akibat adanya kesadahan
Tidak mengandung gas, keasaman --- korosi Tidak mengandung basa, senyawa organik tersuspensi ---
foaming
-
Pengolahan Air Boiler
Pengolahan Air Eksternal membuang padatan tersuspensi, padatan telarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (dengan deaerasi)
Pengolahan Air Internal penambahan bahan kimia ke boiler untuk mencegah pembentukan kerak
Proses Pengolahan Air koloid filtrasi / sedimentasi
Koagulasi: proses di mana campuran koloid terdestabilkan dengan adanya penambahan zat kimia (koagulan) sehingga partikel koloid mengalami aglomerasi dan membentuk agregat
Flokulasi: proses di mana partikel koloid terdestabilkan bergabung membentuk flok
Sedimentasi: proses pemisahan padatan di mana partikel flok mengendap karena pengaruh gravitasi
Filtrasi: proses pemisahan partikel padat dan cair dengan menggunakan sebuah bahan semi-permeable
-
Proses Pengolahan Air
KOAGULASI
Koagulasi: rapid mixing, dengan penambahan bahan kimia (koagulan), berfungsi untuk mendestabilkan partikel koloid
Koagulan (muatan berlawanan dengan partikel koloid) menetralkan partikel koloid partikel koloid bergabung mikroflok (tidak terlihat dengan mata telanjang) air mengelilingi mikroflok (terlihat) Waktu pengadukan saat koagulasi: 1 3 menit
-
Beberapa Jenis Koagulan
Reaksi yang Terjadi
-
Koagulasi Sekunder
Kesulitan pada saat proses koagulasi kadang terjadi karena lamanya waktu pengendapan dan flok yang terbentuk lunak sehingga akan mempersulit proses pemisahan.
Dilakukan dengan penambahan koagulan aid (koagulan sekunder) untuk mempercepat pengerasan, pembentukan dan pengendapan flok
Jenis koagulan aid: PAC (poly aluminium chloride), karbon aktif, activated silica, bentonic clay
Flokulasi
Flokulasi: slow mixing, kadang dengan penambahan flokulan, proses aglomerasi (penggumpalan) dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh sedimentasi dan filtrasi
Mikroflok akan bersentuhan satu sama lain pinflok tumbukan dan interaksi yang terus menerus dengan polimer organik atau anorganik makroflok ukuran maksimum makroflok mengendap (sedimentasi)
Proses flokulasi biasanya dilakukan selama 15 atau 20 menit sampai 1 jam atau lebih.
-
Jenis Flokulan a. Kopolimer dari akrilamida dan N,Ndimel amino
propilen akrilat Sifat muatan elektrostatik : Ionik. b. Poli (Natriumakrilat) Sifat muatan elektrostatik : Anionik c. Poli akrilamida Sifat muatan elektrostatik : Nonionogen
SEDIMENTASI
(a) (b)
Pola pengendapan partikel diskrit (a) dan partikel flokulen (b)
-
ION EXCHANGER: menghilangkan kation/anion terlarut
Kation/anion (mis. K+, H+) Padatan penukar ion (resin)
Kation/anion dalam air (mis. Ca2+, Mg2+)
Kolom penukar ion
Air
Kation/anion dalam air yang ditambahkan mengikat resin, kation/anion dalam larutan mengikat air yang ditambahkan
Bak Pencampur
Klarifier
Saringan Pasir
Bak Lumpur
Dekanter
Air
Lumpur padat
Bak air terfiltrasi Air Pendingin
Air service, sanitasi
Filter karbon
Penukar kation
Dekarbonator
Penukar Anion
Penghilangan Cl2, warna, bau, zat-zat organik Penghilangan Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+
Peghilangan CO2
Penghilangan Cl-, NO3-, SiO3-
Unit demineralisasi
Deaerator
Unit Injeksi Kimia
Air umpan boiler Air Proses
Zat anti kerak (Senyawa Phosphat, dsb)
Zat pengikat O2 (Hidrazin, dll)
Alum, flokulan, NaOH, kaporit
Air baku (air sungai)
Contoh diagram penyediaan/ pengolahan air sungai untuk berbagai keperluan di industri