1

BAB VIII

KESADAHAN AIR

8.1. Pendahuluan

Setelah mempelajari mata Kuliah Kimia Terapan maka mahasiswa dapat menjelaskan beberapa konsep dasar dan menerapkannya dalam bidang Teknik Mesin

8.2. Tujuan Instruksional KhususSetelah mempelajari kesadahan air, anda diharapkan dapat :

Menjelaskan pengertian air secara umum;

Menjelaskan perbedaan air lunak dan air sadah;

Menjelaskan proses pengolahan air;

Menyebutkan persyaratan air minum;

Menjelaskan cara pengolahan air untuk minum;

Menjelaskan persyaratan air untuk industri dan cara memproses air industri.

8.3. Uraian materi

8.3.1. Pengertian air secara umum

Air merupakan kebutuhan yang sangat vital bagi makhluk hidup. Selain untuk kebutuhan sehari-hari, air juga saangat dibutuhkan untuk keperluan industri. Air yang berasal dari alam bukan merupakan air murni, karena air tersebut sudah mengandung mineral-mineral, baik yang larut maupun yang tidak larut.

Dari kadar mineralnya air dibagi dua yaitu :

1. Air sadah yaitu air yang mengandung garam-garam mineral, misalnya garam magnesium (Mg) dan garam kalsium (Ca).

2. Air lunak yaitu air yang tidak berkadar garam mineral Mg dan Ca atau sedikit sekali kadar mineralnya.

Dari pemakaiannya air digolongkan menjadi dua yaitu :

1. Air minum yaitu air yang dibutuhkan manusia sehari-hari.

2. Air industri yaitu air yang dibutuhkan untuk industri, missal untuk pembuatan uap air dan untuk industri kimia.

Air minum mempunyai persyaratan tertentu, sehingga untuk memperoleh air minum diperlukan proses pengolahan tertentu. Persyaratan air industri berbeda dengan air minum. Untuk itu diperlukan proses pengolahan yang berbeda untuk memenuhi persyaratan tersebut.

8.3.2. Kesadahan airKesadahan air adalah adanya kadar garam magnesium dan garam kalsiun di dalam air tersebut. Berdasarkan kandungan garam magnesium dan kalsium, kasadahan air dibagi dua

Kesadahan sementara, kesadahan ini disebabkan karena terdapat kadar garam kalsium dalam senyawa Ca (HCO3)2 dan garam magnesium dalam senyawa Mg (HCO3)2.

Kesadahan tetap, yaitu air yang didalamnya terdapat kadar garam-garam karbonat, sulfat, klorida dari magnesium dan laksium. Garam-garam tersebut diantaranya CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgCO3, dan MgSO4.

Air sadah tidak sesuai untuk kebutuhan sehari-hari, karena air tersebut mengandung ion-ion yang dapat berekasi dengan sabun. Reaksi ion-ion tersebut dengan sabun akan membentuk garam yang tidak larut dalam air, akibatnya busa sabun berkurang dan daya cuci menurun.

Air sadah juga tidak bisa dipakai untuk mengisi air ketel uap (boiler) karena garam-garam yang terkandung dalam air sadah akan mengendap, dan menimbulkan kerak pada bagian dalam tabung dan akan menghambat perpindahan panas dari dinding ke air.

Untuk mengukur kesadahan air dapat digunakan bermacam-macam ukuran derajat kesadahan air.

Derajat kesadahan Jerman (0J), menyatakan jumlah CaO atau seteranya di dalam 100 L air.

Derajat kesadahan Prancis (0P), menyatakan jumlah CaCO3 atau setaranya dalam 100 L air.

Derajat kesadahan Inggris (0I), menyatakan jumlah grain CaCO3 dalam 1 gallon Inggris. Dengan 1 grain = 0,065 g dan 1 gallon Inggris = 4,546 L.

Derajat kesadahan Amerika (0A), menyatakan jumlah grain CaCO3 dalam 1 gallon Amerika. 1 gallon A = 3,785 L.

Hubungan antara masing-masing harga derajat kesadahan tersebut adalah :

Kesadahan dapat juga dinyatakan dengan ppm atau part per million atau bagian tiap juta btj, mneyatakan jumlah zat padat yang terlarut.

Bila kadar garam kalsium dan magnesium :

3 mg/L atau 3 ppm atau 3 btj

: air dianggap lunak.

3 s.d 6 ppm atau 3 s.d 6 btj

: air dianggap setengah sadah

lebih besar dari 6 ppm atau 6 btj: dikatakan air sadah

8.3.3. Proses pemurnian air

1. Kesadahan sementara

Kesadahan sementara dapat dihilangkan melalui proses fisika yaitu dengan pemanasan. Air sadah dipanaskan akan menjadi kapur, air, dan gas CO2.

Ca(HCO3)2 CaCO3(s/p) + H2O + CO2Mg(HCO3)2 MgCO3(s/p) + CO2 + H2O

2. Kesadahan tetap

Kesadahan tetap dapat dihilangkan dengan proses kimia. Proses ini dibagi tiga.

1. Proses kapur soda

Dengan penambahan kapur ke dalam air sadah

Pada proses dingin akan terjadi rekasi berikut :

Air sadah +kapur(endapan kapur +air

Ca(HCO3) + Ca(OH)2(2 CaCO3+2 H2O

Proses dingin hanya mampu mengurangi kesadahan semntara dan dapat mengurangi kesadahan sampai 35 ppm.

Pada proses panas adalah hampir sama dengan proses dingin, perbandingannya dilakukan dalam keadaan air mendidih. Bahan tambahan adalah kapur, Ca (OH)2 atau soda abu Na2CO3, atau keduanya.

Reaksi yang terjadi :

CaCl2 + Na2CO3 ( CaCO3 + 2 NaCl

CaSO4 + Na2CO3 ( CaCO3 + Na2SO4

MgCl2 + Ca(OH)2 + Na2CO3( Mg (OH)2 + CaCO3 + NaClMgCO3 + Ca (OH)2 ( Mg (OH)2 + CaCO3Proses panas dapat mengurangi kesadahan sampai 20 ppm.

2. Proses fosfot

Dengan proses fosfot akan dihasilkan air dengan kesadahan sangat rendah. Proses ini dilakukan setelah proses kapur soda. Bahan yang ditambahkan adalah natrium monofosfat, yang akan bereaksi dengan ion kalsium dan ion magnesium membentuk endapan yang mudah dipasang.

3. Proses natrium metafosfat

Cara ini dilaksanakan untuk menghindari bahaya air sadah dalam industri dengan menambahkan Na3PO3, membentuk garam kompleks yang dapat larut, dengan Ca, Mg, Fe, dan Al. penambahan natrium metafosfat dapat mengurangi sifat korosif air.

8.3.4. Air minum

Air minum adalah air yang diperlukan untuk kebutuhan sehari-hari. Persyaratan yang harus dipenuhi untuk air minum adalah :

1. bebas zat padat;

2. bebas mikroba pathogen, yang menimbulkan penyakit;

3. tidak berwarna dan tidak berbau;

4. kesadahan sebaiknya rendah; pH 6.8 7.05. masih terdapat mineral-mineral yang diperlukan tubuh.

Bahan-bahan kimia yang ditambahkan untuk pengolahan air meliputi :

1. soda kaustik atau natrium hidroksida: 10 50 ppm

2. tawas atau alumunium sulfat

: 10 50 ppm

3. siparan atau bahan koagulan

: 0.05 2 ppm

4. klor atau kalsium hipoklorit

: 0.5 3 ppm

Bahan-bahan kimia ini umumnya, masing-masing dilarutkan dengan air di dalam suatu tangki persediaan larutan kimia. Masing-masing larutan kimia dimasukkan ke pipa aliran air baku sebelum masuk ke tangki penampung. Masing-masing pompa larutan kimia diatur untuk memberikan jumlah zat kimia yang sesuai.

Langkah-langkah proses penjernihan air dari sumber adalah sebagai berikut :

1. Penyaringan untuk memisahkan air dari partikel padat dan endapan.

2. Penurunan kesadahan air dengan penambahan kapur dan soda kaustik, kemudian dibiarkan untuk diendapkan.

3. Air dilewatkan melalui karbon aktif untuk mengurangi zat warna dan bau.

4. Air yang sudah bersih dan tidak berbau ditambahkan klor atau kalsium hipoklorit, untuk membasmi mikroba yang berbahaya, karena dapat menimbulkan penyakit.

arah penyaringan air

.. arah pencucian saringan pasir

Keterangan proses pembersihan air :

1. Air dari sumber disaring untuk memisahkan benda padat yang relative besar.

2. Air tersebut dialirkan ke tangki penampung untuk mengendpkan partikel-partikel halus.

3. Air dari tangki penampung dipompakan ke dalam tangki pencampur D melalui aerator. Pada aerator dihembuskan udara untuk mengoksidasi ferro menjadi ferri. Dalam tangki ini dimasukkan tawas dan kapur dengan jumlah tertentu.

4. Air dari tangki D dialirkan ke tangki E untuk pengendapan.

5. Air dari tangki E dialirkan tangki F melalui karbon aktif dan dihembuskan gas CO2 untuk rekarbonisasi.

6. Air dari tangki F dialirkan ke saringan pasir. Bila pasir penyaring telah kotor dapat dicuci dengan cara mengalirkan air secara berlawanan.

7. Air keluar dari saringa pasir ditambahkan klor, kemudian disimpan dalam tangki penampung, untuk dialirkan ke konsumen.

8.3.5. Air industri

Air untuk keperluan industri dibedakan menajdi dua, yaitu :

Air untuk proses, misalnya sebagai bahan pelarut. Air untuk proses kimia mempunyai persyaratan tidak mengandung mineral, yaitu air dengan kemurnian tinggi;

Air untuk operasi, misalnya untuk pengisi ketel uap, untuk air pendingin, dan lain-lain. Air untuk pengisi ketel uap mempunyai persyaratan tertentu, dan biasanya ditambahkan bahan kimia untuk mencegah korosi dan kerak pada ketel uap.

Air untuk proses maupun air untuk operasi, setiap industri mempunyai persyaratan tertentu, sesuai untuk kebutuhan proses. Missal, air untuk kebutuhan industri tekstil adalah air lunak, sedangkan untuk kebutuhan farmasi harus bebas mineral, dan sebagainya.

Air untuk pengisi ketel uap atau boiler, harus mempunyau kesadahan yang kecil, karena kesadahan dapat mengakibatkan :

terjadinya kerak, hal ini sukar dibersihkan karena benda dalam ketel dan didalam pipa;

kerak mengakibatkan penyekat panas, sehingga panas dari luar ketel ke air akan terhambat ;

terjadi pemanasan memusat, sehingga plat ketel mudah rusak dan bocor.

Selain kesadahan, gas yang bersifat korosif harus dihilangkan, misalnya gas oksigen, gas karbon dioksida. Hal ini dapat diatasi dengan mengalirkan uap ke dalam air tersebut.

Kondisi air untuk ketel uap :

Oksigen yang terlarut adalah

: nol atau kecil dari 0,007 ppm

Nilai hydrogen (pH) adalah

: tidak boleh kurang dari 7

Jumlah zat padat adalah

: maksimum 200 ppm

Benda padat terlarut adalah

: tidak ada

Minyak atau bahan organic adalah: nol

Untuk mendapatkan kondisi air untuk ketel uap diatas diperlukan penambahan bahan kimia antara lain :

Asam sulfat ditambahkan pada tangki penyimpan embunan (kondensat) dan pada air mike-up untuk mengendalikan pH.

Natrium sulfite dipompakan ke dalam pemanas dearating untuk memisahkan sisa oksigen di dalam embunan (kondensat) yang tidak dapat dihilangkan dengan deaerator. Deaerator berfungsi untuk memisahkan gas-gas yang larut, seperti gas oksigen dan gas karbon dioksida dari air yang masuk bersama-sama uap sebagai pemanas awal, sebagai air pengisi ketel uap.

Amina dipompakan ke dalam sistem untuk melindungi pipa embunan (kondensat) terhadap korosi oksigen dan karbon dioksida. Amina akan membentuk selaput amina pada permukaan logam.

Natrium fosfat (natrium meta fosfat) dipompakan ke dalam air mike-up untuk mencegah pengendapan atau gumpalan garam kalsium di dalam tabung ketel uap. Natrium meta fosfat diubah menjadi tri kalsium fosfat yang dipisahkan sebagai lumpur.

Soda kaustik dipompakan kedalam air mike-up jika pH air boiler turun dibawah batas minimumnya.

8.3.6. Proses air untuk ketel uap

Air bersih dari atngki penampung sebelum ditambahkan klor, dipompakan melalui sistem zeolit pelunak yaitu suatu proses pertukaran ion (zeolite ion exchanger sofners).Garam kalsium dan magnesium melalui zeolit diubah menjadi garam natrium.

Na2 Z + Ca2+ ( Ca Z + 2 NA+

Na2 Z + Mg2+ ( Mg Z + 2 Na+

Hasil pelunakan air ini mengandung garam silica, dialirkan melalui penyerap silica dengan suatu resin. Anion garam natrium ditukar menjadi ion hidroksil (OH) dari resin. Anion silica juga diserap oleh resin, dipisahkan dari larutan dan diganti ion OH. Begitu juga ion klorida dari natrium klorida ditukar dengan ion OH.

Na++OH

NaOH

larutan resin

larut dalam air

Air yang keluar dari sistem pelunakan, bebas dari silica dan klor tetapi mengandung natrium hidroksida. Air yang sudah bebas dari anion, sangat bersifat basa karena semua anion sudah diganti dengan ion OH. Untuk mengurangi kelebihan sifat basa ini diperlukan penambahan asam sulfat untuk menurunkan pH air untuk ketel uap. pH air untuk ketel uap tidak boleh kurang dari 7.

8.4. Rangkuman

Dari kadar mineralnya, air digolongkan seperti berikut ini :

Air sadah yaitu air yang mengandung garam-garam mineral, misalnya garam magnesium dan garam kalsium.

Air lunak yaitu air yang tidak berkadar garam-garam mineral Mg dan Ca, atau hanya sedikit sekali kadar mineralnya.

Pada pemakaiannya, air digolongkan menjadi :

Air minum, yaitu air yang diperlukan untuk sehari-hari.

Air industri, yaitu air yang diperlukan untuk kebutuhan industri.

Air sadah tidak sesuai dengan kebutuhan sehari-hari karena terdiri atas ion-ion yang dapat berekasi dengan sabun. Kesadahan sementara disebabkan karena terdapat garam Ca (HCO3)2 dan garam Mg (HCO3)2. Kesadahan tetap disebabkan oleh garam-garam karbonat, sulfat, dan khlorida dari magnesium dan kalsium.

8.5. Evaluasi

Kerjakan soal berikut dengan singkat dan jelas !

1. Apa yang dimaksud dengan air sadah ?

2. Jelaskan perbedaan air sadah sementara dengan air sadah tetap !

3. Apa perbedaan pokok antara air minum dnegan air industri, dan mengapa keduanya harus dibedakan ?

4. Jelaskan cara menghilangkan kesadahan sementara dan kesadahan tetap dalam air

5. Apa persyaratan utama dari air untuk minum ?

6. Jelaskan tahapan utama proses penjernihan air dari sumbernya !

7. Mengapa air untuk pengisi ketel harus mempunyai kesadahan yang kecil ?

8. Jelaskan persyaratan kondisi air untuk pengisi ketel uap !

9. Bahan-bahan kimia apa saja yang diperlukan untuk memenuhi kondisi air pengisi ketel seperti di atas ?

10. Jelaskan proses pelunakan air untuk pengisi ketel uap dengan pemakian zeolit!

11. Bagaimana cara mengurangi kelebihan sifat basa pada air pengisi ketel dan apa persyaratannya .8.6. Daftar Pustaka

Oxtoby, Gillis, Nachtrieb, Alih bahasa, Suminar Setiadi Achmadi, 2001, Prinsip-prinsip Kimia Modern, Jakarta : Penerbit Erlangga.

Petrucci, R.H. 1987, Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern, Surabaya : Erlangga.

Sriyati Kiban, 1995, Kimia Untuk Mahasiswa Politeknk Jurusan Mesin, Bandung : Pusat Pengembangan Pendidikan Politeknik.