6, Kesadahan air dan pengolahannya.pdf

Pengolahan Air Industri (Industrial Water Treatment ) - Kesadahan Air dan Ketidakmurnian Air (Water Hardness and Water Impurities)

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 Permukaan

Air Laut

Air Sungai

Air Tawar

Air

dll

Air Danau

Air Bawah Tanah Air Sumur

dll

Mata Air

Air Industri

Air Tawar yang Diolah

Air Kota

Impuritas Air Impuritas Air

Non Ionik & Tidak Terlarut

Ionik & Terlarut Ion Positif (Kation) Ca2+ Mg2+ Fe2+ Mn2+ Na+ K+ dll

Ion Negatif (Anion) SO42ClNO3HCO3CO3OHdll

Suspensi

Koloid

tanah liat, debu, dll

virus, bakteri, alga

Gas

CO2 O2 N2 H2S dll

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 Kesadahan

Air Keras

Air Lunak

Nilai pH

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 CaCO 3 ( limestone) dalam 1 L air (1 f  0,56 dGH  10 ppm) British hardness (e, Clark) menunjukkan adanya 10 mg CaCO 3 (limestone) dalam 0,7 L air (1 e  0,8 dGH  14,25 ppm) •

•

•

Perbandingan Satuan pada Kesadahan USA, IDN GER, JPN ppm, mg/L

dGH, dh

0,009991

0,1783

mmol/L mmol/L ppm, mg/L

1 100,1

1

17,85

ENG gpg

e, Clark

0,171 17,12

FRA

0,1424 14,25

f 0,09991 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

7,022

0,07016

1,252

1,201

1

0,7016

0,1

1,785

1,712

1,425

1

e, Clark f

10,01

Contoh: 1 mmol/L = 100,1 ppm dan 1 ppm = 0,056 dGH

dGH : degrees of general hardness gpg (grain per galon) : 1 grain (64,8 gr) CaCO 3 per US galon (3,79 L) : 1 grain (64,8 gr) CaCO 3 per Imperial galon (4,55 L) e

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 SO42Kesadahan 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

Berkarat

Berkerak

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 BAHAN BAKU AIR (KUALITAS AIR) Air laut, Air sumur, Air sungai, Air danau, dll

TEKNOLOGI PENGOLAHAN AIR

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,N−dimel  amino propilen akrilat Sifat muatan elektrostatik : Ionik. b. Poli (Natriumakrilat) Sifat muatan elektrostatik : Anionik c. Poli akrilamida Sifat muatan elektrostatik : Nonionogen

SEDIMENTASI Pola pengendapan partikel diskrit (a) dan partikel flokulen (b)

(a)

(b)

ION EXCHANGER: menghilangkan kation/anion terlarut Air Kation/anion dalam air (mis. Ca 2+, Mg2+) Padatan penukar ion (resin) Kation/anion (mis. K+, H+)

Kolom penukar ion Kation/anion dalam air yang ditambahkan mengikat resin, kation/anion dalam larutan mengikat air yang ditambahkan

Air baku (air sungai) Alum, flokulan, NaOH, kaporit

Bak Pencampur Bak Lumpur

Klarifier

Contoh diagram penyediaan/ pengolahan air sungai untuk berbagai keperluan di industri

Dekanter

Saringan Pasir

Air service, sanitasi

Lumpur padat

Bak air terfiltrasi

Air Pendingin

Unit demineralisasi

Filter karbon

Penghilangan Cl2, warna, bau, zat-zat organik

Penukar kation

Penghilangan Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+

Dekarbonator

Peghilangan CO2

Penukar Anion

Zat pengikat O2 (Hidrazin, dll) Zat anti kerak (Senyawa Phosphat, dsb)

Penghilangan Cl-, NO3-, SiO3-

Deaerator

Unit Injeksi Kimia

Air umpan boiler

Air Proses

Air