(Pelunakan Air)Shinta Elystia, ST, M.Si

IronManganeseHydrogenSulfideCorrosiveHardness

% of water supplies with problem

The hardness of a water is a measure of the concentration of the multivalent cations (Ca, Mg, Fe, Mn, etc)

Jumlah ion kalsium dan magnesium dalam air yang dinyatakan dalam meq/l atau pada umumnya mg/l CaCO3.

oD, oE, oF, ppm CaCO3 (mg/l CaCO3)USA= mg/L CaCO31oD= 10 mg/L CaO unit Jerman (Deutchland) = 17,9 CaCO3/l air1oF= 10 mg CaCO3 /L unit Perancis (France)1oE = 14,3 mg CaCO3 /l air unit Inggris (England)

Dalam air minumkonsentrasi : 5 10oD- di bawah 5oD mengganggu pertumbuhan tulang- di atas 10oD penyakit jantungDi industri < 1oDBila >>> terbentuk endapan CaCO3 (kerak) pada dinding ketel menghalangi ketel uap sebagai pengantar panas yg perlu tekanan besar ada bgn yg tipis meledak

Hardness is typically reported as mg /L as CaCO3 (calcium carbonate)Grains per gallon (1 gpg (US) = 17.12 mg CaCO3/L ). Hardness Classification:

Segi ekonomis, diantaranya :Terlalu borosnya pemakaian sabun atau deterjen karena tidak terbentuknya busa. Mengganggu kinerja pada pemanas air dan boiler.Ketika air yang mengandung ion Ca2+ dan HCO3- dipanaskan, maka akan terjadi reaksi :2 HCO3- + Ca+2 CaCO3 + CO2 + H2OEndapan CaCO3 akan menghambat transfer panas sehingga dibutuhkan energi atau bahan bakar yang lebih besar untuk pemanasan air. Jika ada bag yg tipis ledakan

Mempersempit diameter pipa/ketel-ketel uap karena terbentuknya endapan CaCO3 sehingga akan memperkecil debit aliran yang mengalir dalam pipa dan memperpendek umur pipa.

Segi kesehatan, diantaranya :Akumulasi ion-ion kalsium dan magnesium di dalam tubuh manusia apabila bereaksi dengan asam oksalat yang berada pada jaringan tubuh dapat menimbulkan penyakit batu ginjal.Kadar kalsium yang tinggi dapat menyebabkan gangguan jantung karena melemahnya konstraksi otot jantung kadar kalsium terlalu rendah dapat menyebabkan rapuhnya tulang (osteoporosis).

kesadahan sementarakesadahan tetapKation Anion

Ca2+HCO3-Ca(HCO3)2Mg(HCO3)2SO42-CaSO4MgSO4Mg2+Cl-CaCl2MgCl2NO3-Ca(NO3)2Mg(NO3)2

1. Kesadahan sementara atau kesadahan karbonat Kesadahan yang disebabkan oleh ion Ca2+ dan Mg2+ yang berikatan dengan bikarbonat (HCO3-) dan membentuk Ca(HCO3)2 dan Mg((HCO3)2. Kesadahan sementara ini tidak stabil dan mudah terurai apabila dipanaskan dimana HCO3- menjadi CO3-2 dan akhirnya menjadi OH-.Air yang memiliki kesadahan sementara umumnya terdapat di daerah berbukit/berbatuan gamping/batu kapur

2.Kesadahan tetap atau kesadahan non karbonatKesadahan yang disebabkan oleh ion Ca2+ dan Mg2+ yang berikatan dengan ion klorida (Cl-), sulfat (SO42-) dan nitrat (NO3-) membentuk CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, Ca(NO3)2 dan Mg(NO3)2.Kesadahan tetap ini sangat stabil dan tidak mudah terurai pada temperatur titik didih air. Air yang memiliki kesadahan tetap umumnya terdapat di daerah pantai atau daerah yang mempunyai kandungan garam tinggi

Umumnya kesadahan sering dinyatakan dalam Meq/LDimana : 1 Meq/L = 2,8oD = 5oF = 3,5oE = 50 mg/L CaCO3Meq/l = mg/lBeqBeq = Berat ekivalensi

BEq = BM/z

Bila [HCO3-] > [Ca2+] + [Mg2+] kesadahan sementara /kesadahan karbonatKesadahan Sementara (KS) = [HCO3-]Kesadahan Tetap (KT) =0Kesadahan Jumlah = KJ = KS + KT = KS + 0 = KS

Bila [HCO3-] < [Ca2+] + [Mg2+] kesadahan sementara dan kesadahan tetapKesadahan Jumlah = KJ = KS + KT

Pemanasan untuk kesadahan sementara Proses pelunakan (water softening) dengan bahan kimiaKapur : CaO, Ca(OH)2Soda : Na2CO3Pertukaran ion (ion exchange)

Didalam proses penghiilangan kesadahan dengan pengebdapan kimia untuk membentuk garam2 kalsium CaCO3 dan garam magnesium Mg(OH)2 menjadi bentuk garam-garam tidak larutReaksi : 1. CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 +H2O2. Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2H2O3. a. Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 MgCO3 + CaCO3 + 2H2O b. MgCO3 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCO3 Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O4. CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaCl + 2H2O5. a. MgCl2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaCl2 b. CaCl2 + NaCO3 CaCO3 + 2 NaCl MgCl2 + Ca(OH)2 + NaCO3 Mg(OH)2 + CaCO3 + 2 NaCl

a = Meg/L CO2c = Meq/L Ca2+b = Meq/L HCO3-d = Meq/L Mg2+

b > c+d [HCO3-] > [Ca2+] + [Mg2+] kebutuhan kapur (Meq/L) = a + c + 2d = [CO2] + [Ca2+] + 2[Mg2+]

b < c+d [HCO3-] < [Ca2+] + [Mg2+] kebutuhan kapur (Meq/L) = a + b + d = [CO2] + [HCO3-] + [Mg2+] kebutuhan soda (Meq/L) = (c b) + d = [Ca2+] - [HCO3-]+ [Mg2+]

Lime to remove Ca2+ in the form of natural alkalinityCa(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2OLime to remove Mg2+ in the form of natural alkalinity Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 MgCO3 (soluble) + CaCO3 + 2H2Oadditional lime must be added to remove MgCO3MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + Mg(OH)2Mg2+ hardness in the form of a sulfate requires both lime and soda ashMgSO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + Mg(OH)2CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4CO2 in the water will also consume limeCO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

Contoh Soal :Hasil analisis suatu contoh air sbb:Tentukan jenis kesadahan yang terjadiBerapa kebutuhan kapur dan soda untuk menghilangkan kesadahan ?(BA : Ca =40; Mg=24; Ba=137; Na=23; H=1; C=12; O=16; Cl=35,5; Fe=56)

KationAnionCa2+ = 250 mg/L CaCO3HCO3- = 122 mg/LMg2+ = 48 mg/LCl- = 18 mg/LBa2+ = 1 mg/LCO2 = 66 mg/LFe2+ = 0,4 mg/LNO3- = 4 mg/L

Jawab :a. BE = BM/z; Meq/L = (mg/L)/BE maka :

IonBMzBEmg/Lmeg/LHCO3-611611222Ca2+(sbg CaCO3)1002502505Mg2+24212484

[HCO3-] < [Ca2+] + [Mg2+] KS dan KTKesadahan Jumlah [Ca2+] + [Mg2+] = 9 meq/LKesadahan Sementara [HCO3-] = 2 meq/LKesadahan Tetap (KT) = KJ KS = (92) meq/L = 7 meq/L

b.Kebutuhan kapur (Meq/L) = [CO2] + [HCO3-] + [Mg2+]Kebutuhan kapur (Meq/L) = [CO2] + [HCO3-] + [Mg2+] (3 + 2 + 4) Meq/L = 9 Meq/LKebutuhan soda (Meq/L) = [Ca2+] - [HCO3-]+ [Mg2+] = (5 2 + 4 ) Meq/L = 7 Meq/L

IonBMzBEmg/Lmeg/LCO244222663

Jika dinyatakan dalam satuan mg/l =meq/l x BE :Kebutuhan kapur = = 9 meq/L x BE Ca(OH)2 = 9 x (74/2) =..mg/l = 9 meq/L x BE CaO = 9 x (56/2) = .mg/l

Kebutuhan soda = = 7 meq/L x BE Na2CO3 = 7 x (106/2) = ..mg/l

Kesadahan jumlah = 9 meq/L x 2,8oD = 25,2oDSdgkan yang normal untuk air adalah 5oD (tapi tidak boleh juga nol), maka biasanya disisakan, misalnya :

Ca2+ = 5 x 2,8oD = 14oD, sisakan 4oD, hilangkan 10oDMg2+=4 x 2,8oD = 11,2oD,sisakan 1oD, hilangkan 10,2oD

10oD = (10/2,8) = 3,57 meq/L10,2oD = (10,2/2,8) = 3,64 meq/L

Kebutuhan kapur (Meq/L) = [CO2] + [HCO3-] + [Mg2+]= (3 + 2 + 3,64)meq/L = 8,64 meq/L

Kebutuhan soda (Meq/L) = [Ca2+] - [HCO3-]+ [Mg2+]= (3,57 2 +3,64) meq/L = 5,11 meq/L

Jika dinyatakan dalam satuan mg/l =meq/l x BE :Kebutuhan kapur = =8,64meq/L x BE Ca(OH)2 = 8,64 x (74/2) =..mg/l = 8,64 meq/L x BE CaO = 8,64 x (56/2) = .mg/l

Kebutuhan soda = = 5,11 meq/L x BE Na2CO3 = 5,11 x (106/2) = ..mg/l

Recarbonation is usually required after lime-soda processWhy?To prevent super-saturated CaCO3 (s) and Mg(OH)2 (s) from forming harmful deposits or undesirable cloudiness in water at a later timeCaCO3 (s) + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-MgCO3 (s) + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-To neutralize excessively high pH caused by Na2CO3OH- + CO2 HCO3-

Proses Rekarbonasi untuk menghilangkan pemberian kapur yang berlebih

Satu tahap

Dua tahap

Split TreatmentPengolahan terpisahMengurangi beban pengolahan

Hard WaterLime and/or Soda AshMixingFlocculationSedimentationRecarbonationSoft WaterCO2Sludge

Removal of other metals, arsenic, & uraniumReduction of solids, turbidity, & TOCInactivation of bacteria & viral removal Prevention of corrosionRemoval of excess fluoride

Photo of pH testTitrasi dg EDTA

Usually collected at the surface in lakes (0 to 1m depth)

Keep the sample cool (4oC refrigerated) and out of direct sunlight

****References:USGS. 2001. TWRI Book 9 Chapter 6.6 Alkalinity and Acid Neutralizing Capacity:http://water.usgs.gov/owq/FieldManual/Chapter6/section6.6/APHA.1998. Standard methods for the examination of water and wastewater. American Public Health Association, Washington, D.C. Lind, O. 1985. Handbook of common methods in limnology 2nd Ed. Kendall/Hunt Publishing, Co. Dubuque, IA.*Eliminating the head space, or air within the container, prevents the exchange of gases between the sample and any air inside the container.EPA recommended holding time is 24 hrs at 4 oC with NO headspaceWhy just surface sampling ?Only because in most cases the differences between lakes is far greater than the differences between depths in the same lake.Were usually most interested in classifying lakes into softwater versus hardwater groupings.