DEMINERALISASI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Dasar Teori Dalam suatu industri, air merupakan bahan utilitas, dimana air dapat berfungsi sebagai air proses, air sanitasi, air pendingin dan air boiler. Air untuk umpan boiler biasanya berasal dari air sungai, air laut, air sumur, air hujan, atau air yang telah diproses seperti air minum dan air industri. Karena sifat pelarutannya yang baik, maka air pada umumnya mengandung zat padat terlarut, gas, dan zat padat tersuspensi. Untuk keperluan industri, adanya kontaminasi-kontaminasi dalam air merupakan faktor yang harus diperhatikan. Karena hal tersebut dapat menimbulkan masalah yang serius, seperti terjadinya kerak, korosi, dan carry over. Untuk mencegah masalah-masalah tersebut, suatu pengolahan air yang terkendali harus dilaksanakan. Pengolahan air boiler secara umum dapat dibagi menjadi dua bagian : 1. Pengolahan secara mekanis, yang dilakukan diluar boiler atau dikenal dengan External Treatment. 2. Pengolahan secara kimiawi, yang dilakukan didalam boiler atau dikenal dengan Internal Treatment. (Agung Subyakto, 1997) Umpan Ketel Air umpan ketel yang tidak memenuhi syarat dapat menimbulkan masalah seperti yang tidak memenuhi syarat dapat menimbulkan masalah seperti terjadinya kerak (scale), korosi, dan busa. Kerak dapat terjadi akibat presipitasi padatan dalam air lalu melekat di permukaan dinding ketel. Ini berakibat pada pemanasan lanjut lokal (local over heating) sehingga fungsi logam ketel sebagai konduktor berkurang atau bahkan gagal. Beberapa kerak yang sering terbentuk antara lain: kalsium karbonat (kalsit), kalsium sulfat, magnesium hidroksida, besi oksida, kalsium silikat, magnesium silikat. (Gede H Cahyana,2008)

Terjadi korosi disebabkan oleh pH airnya terlampau rendah, ada gas oksigen didalam air, karbondioksida, klor, hidrogen sulfida, dan lain-lain. Juga adanya garam-garam dan zat padat tersuspensi. Oksigen didalam air,

II-1

Laboratorium Teknologi Pengolahan Air apalagi didukung oleh pH yang rendah justru dapat menambah proses korosi sehingga logam berubah menjadi bentuk bijih logam dalam proses elektrokimia yang kompleks. Secara umum, reaksi korosi bisa ditulis sebagai berikut : Fe + 2H2O ↔ Fe(OH)2 + H2 ...................................................

(2.1)

jika diperhatikan dengan seksama, tampak tanda panahnya bermata dua sehingga reaksi ini dinamai reaksi kesetimbangan. Pada suatu saat reaksi tersebut akan ”berhenti” karena mencapai titik setimbang sehingga proses korosi pun berhenti. (Gede H Cahyana,2008)

Pengolahan Air Baku dan Air Umpan Pengolahan air baku untuk air umpan terdiri atas koagulasi flokulasi, penyaringan, pertukaran ion, dan deaerasi. Berikut ini yang akan dibahas adalah masalah pengolahan dengan penukaran ion.  Pertukaran Ion Demineralisasi atau deionisasi adalah suatu sistem pengolahan air dengan pertukaran ion (ion exchange) melalui media ion exchange resin. Sistem ini mampu menghasilkan air dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi (Ultra Pure Water) dengan jumlah kandungan zat-ionik dan an-ionik mendekati nol sehingga mencapai batas yang hampir tidak dapat dideteksi lagi. Teknologi Water Treatment biasa tidak dapat menghasilkan tingkat kemurnian tersebut di atas. Sedangkan pada beberapa jenis industri tertentu, kontaminasi sekecil apapun dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan ataupun malfungsi. Untuk memilih paket demineralisasi yang tepat dan sesuai kebutuhan, maka arus mempertimbangkan adalah kualitas air baku, kualitas air produk, kapasitas,dan desain teknis. (Anonym, 2009)

Proses Demineralisasi Dalam paparan ringkas di bawah ini disampaikan empat tahap proses demineralisasi. 1. Tahap operasi

II-2

Program Studi D3 Teknik Kimia

Laboratorium Teknologi Pengolahan Air

Umumnya air baku mengalir dari atas ke bawah (downflow) atau sebuah unit tipikal demineralisasi dengan dua dengan dua media (two-bed demineralizer). 2. Tahap cuci (backwash) Kalau kemampuan resin berkurang banyak atau habis maka tahap pencucian perlu dilaksanakan. Air bersih dialirkan dari bawah ke atas (upflow) agar memecah sumbatan pada resin, melepaskan padatan halus yang terperangkap di dalamnya lalu melepaskan jebakan gas di dalam resin dan pelapisan ulang resin. 3. Tahap regenerasi Tujuan tahap ini adalah mengganti ion yang terjerat resin dengan ion yang semula ada di dalam media resin dan mengembalikan kapasitas tukar resin ke tingkat awal atau ke tingkat yang diinginkan. Operasi regenerasi dilaksanakan dengan mengalirkan larutan regeneran dari atas resin. Ada empat tahap dalam regenerasi, yaitu backwashing untuk membersihkan media resin (tahap dua di atas), memasukkan regeneran, slow rinse untuk mendorong regeneran ke media resin, fast rinse untuk menghilangkan sisa regeneran dari resin dan ion yang tak diinginkan ke saluran pembuangan (disposal point). 4. Tahap bilas (fast rinse) Air berkecepatan tinggi membilas partikulat di dalam media resin, juga ion kalsium dan magnesium ke pembuangan dan untuk menghilangkan sisa-sisa

larutan

regenerasi

yang

terperangkap

di

dalam

resin.

Pembilasan dilakukan dengan air bersih aliran ke bawah. Setelah tahap ini, proses kembali ke awal (tahap servis). Sesungguhnya konfigurasi instalasi dan proses demineralisasi sangat kompleks, tidak sesederhana seperti yang ditulis di atas dan jauh lebih rumit dari pada IPAM yang dimiliki PDAM. (Gede H Cahyana,2008)

Pengolahan dengan Penukaran Ion


II-3

Laboratorium Teknologi Pengolahan Air Pengolahan ini menggunakan resin penukar ion dengan maksud agar ion-ion garam yang terlarut dalam air dapat diganti hingga diperoleh air yang sesuai untuk boiler. a. Resin Penukar Ion Resin yang digunakan untuk penukar ion harus mempunyai struktur dimana radikal penukar ionnya terikat pada struktur polimer.

Gambar II.1 Model Struktur dari Resin Penukar Ion Resin dibagi menjadi dua yaitu: a.

Resin penukar kation Suatu resin penukar kation adalah resin yang berkombinasi dengan gugus sulfo. Disebut pula penukar kation asam kuat, atau kombinasi dengan gugus karboksil. Disebut pula resin penukar kation asam lemah.

b.

Resin penukar anion Suatu resin penukar anion adalah resin yang berkombinasi dengan gugus quartenary ammonium, disebut pula resin penukar anion basa kuat, atau yang berkombinasi dengan gugus amina tersier, sekunder dan primer. Disebut pula resin penukar anion basa lemah.

(Agung Subyakto, 1997) b. Pengolahan Pelunakan Komponen-komponen kesadahan

dalam air akan menyebabkan

terjadinya kerak pada boiler bertekanan rendah. Komponen-komponen ini dapat dihilangkan dari air dengan pengolahan pelunakan. Resin penukar ion yang dipergunakan dalam cara ini adalah senyawa Na dari penukar kation asam kuat. Jadi bila air dilewatkan pada bed resin ini, air akan digantikan oleh ion-ion Na dari resin sehingga diperoleh air lunak.

II-4



Gambar II.2 Pengolahan Pelunakan Air Reaksi-reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut: R-(SO3Na)2 + Ca(HCO3)2 → R-(SO3)2Ca + 2NaHCO3 ..........

(2.2)

R-(SO3Na)2 + MgSO4 → R(-SO3)2Mg + 2Na2SO4 …….…….

(2.3)

Resin penukar ion yang telah kehilangan daya tukarnya dapat dipergunakan kembali setelah diregenerasi dengan menggunakan NaCl. Reaksi yang terjadi pada saat regenerasi adalah: R(-SO3)2Ca + 2NaCl → R(-SO3Na)2 + CaCl2 ......................... (2.4) R(-SO3)2Mg + 2NaCl → R(-SO3Na)2 + MgCl2 …….……..…

(2.5)

Masalah pengerakan karena komponen-komponen kesadahan di atas dapat dicegah dengan memakai air umpan boiler berupa air lunak. Walaupun sudah menggunakan proses pelunakan air namun kadang-kadang masih saja terbentuk kerak dalam boiler, hal ini disebabkan masih adanya kebocoran komponen kesadahan oleh karena kurangnya pengawasan operasional. (Agung Subyakto, 1997) Softener Softener adalah suatu alat yang digunakan untuk menghilangkan hardness (Ca dan Mg) yang terdapat dalam air sumber sehingga didapatkan air yang mempunyai pH 7,5-10 dan kesadahan 0 ppm CaCO 3. Softener berupa tabung berisi resin dan air. Fungsi dari resin adalah menangkap hardness sehingga hardness tidak terbawa ke dalam ketal uap. Karena resin terus digunakan maka akan mengalami kejenuhan dan perlu dilakukan regenerasi atau pencucian.


II-5

Laboratorium Teknologi Pengolahan Air Proses regenerasi pada softener: Softener yang digunakan untuk melunakan air sebelum masuk ke feed water tank berisi media resin. Setelah beberapa lama penggunaan resin, resin tersebut akan mengalami kejenuhan, sehingga harus dilakukan regenerasi. Regenerasi adalah proses mereaksikan NaCl (garam dapur) dengan resin yang bertujuan untuk mengaktifkan resin yang telah dipakai sehingga dapat menangkap hardness kembali dan menghasilkan air yang sesuai dengan ketentuan air pengisi ketel. Reaksi dari proses regenerasi ini adalah sebagai berikut : Mg-Resin + Ca-Resin + NaCl → Na2-Resin + MgCl2 + CaCl2 (2.6) Dari reaksi diatas terlihat bahwa natrium dari garam bereaksi dengan resin dan hardness bereaksi dengan chloride dari garam sehingga resin kembali seperti semula.

Tabel II.1 Penyebab dan cara penanganan pengurangan kesadahan dari tangki softener Masalah Peningkatan

Penyebab Pengambilan

Penanganan Regenerasi

kesadahan

air lunak

resin

melebihi kapasitas Fluktuasi

softener Fluktuasi

Analisa

dalam air

kesadahan

kesadahan

lunak untuk

pada air baku

berkala pada

satu siklus

air baku dan air

produksi Air produk

Penurunan

produk Supplement

berkurang

kapasitas tukar

resin,

resin

penghilangan kontaminan dari resin dan

II-6



Kebocoran

Kran

air baku Memperbaiki

resin

rusak,plate

tangki softener

pengumpul Pembengkaka

air,dsb Oksidasi resin

Supplement

n resin

oleh klor

resin, penghilangan oksigen terlarut

Penyerapan

Kran rusak

dari air baku Perbaikan

kesadaahan

Kurangnya

softener

yang tidak

regenerasi dan

Regenerasi dan

maksimal

backwash pada

backwash resin

resin c. Pelunakan dan Pengurangan Alkali (Dealkalisasi) Pengolahan dengan cara ini merupakan suatu metode dimana komponen-komponen kesadahan dan bikarbonat sebagai komponen Malkalinitas dihilangkan. Pengolahan ini dibagi atas beberapa cara antara lain : 1. Pelunakan dengan resin bentuk H dicampur dengan air baku. 2. Pemisahan pelunakan dengan resin bentuk Na dan H. (Agung Subyakto, 1997) d. Pembebasan Mineral dengan Bed Campuran Resin Metode ini dikerjakan dengan melewatkan air baku kedalam tabung yang berisikan resin penukar kation asam kuat bentuk H dan resin penukar anion basa kuat bentuk OH yang dicampur secara homogen. Dengan adanya campuran ini maka air bebas mineral yang diperoleh mempunyai mutu kemurnian yang tinggi. Reaksi pembebasan mineral yang terjadi : R (-SO3H)2 + Ca(HCO3)2 → R(-SO3)2Ca + 2H2CO3 ............

(2.7)

R (-SO3H)2 + MgSO4 → R(-SO3)2Mg + H2SO4 ....................

(2.8)

R-SO3H + NaCl → R-SO3Na + HCl .....................................

(2.9)

R≡NOH + H2CO3 → R≡NHCO3 + H2O ...............................

(2.10)


II-7

Laboratorium Teknologi Pengolahan Air R(≡NOH)2 + H2SO4 → R(≡N)2SO4 + 2H2O .........................

(2.11)

R≡NOH + HCl → R≡NCl + H2O .......................................... (2.12) R≡NOH + H2SiO3 → R≡NHSiO3 + H2O ..............................

(2.13)

Regenerasi resin penukar kation : Bed H : R(-SO3)2Ca + 2HCl → R(-SO3H)2 + CaCl ..............

(2.14)

R(-SO3)2Mg + 2HCl → R(-SO3H)2 + MgCl ............

(2.15)

R-SO3Na + HCl → R(-SO3H)2 + NaCl ....................

(2.16)

Regenerasi resin penukar anion : R≡NHCO3 + NaOH → R≡NOH + NaHCO3 .........................

(2.17)

R(≡N)2SO4 + 2NaOH → R(≡NOH)2 + Na2SO4 ....................

(2.18)

R≡HCl + NaOH → R≡NOH + NaCl ....................................

(2.19)

R≡NHSiO3 + 2NaOH → R≡NOH + NaSiO3 + H2O .............

(2.20)

(Agung Subyakto, 1997) e. Pembebasan Mineral dengan 2 Bed 1 Degasifikasi Sistem ini terdiri dari tabung kation yang terisi bed H asam kuat dan tabung anion yang terisi bed OH basa kuat. Setelah kation-kation dalam air baku diganti dengan ion-ion hidrogen dalam bed-H dan CO 2 dihilangkan dalam unit penghilang karbon serta anion-anion diganti dengan ion-ion hidroksil dalam bed-OH akan diperoleh air bebas ion. (Agung Subyakto, 1997) f. Pembebasan Mineral dengan 4 Bed 1 Degasifikasi Mutu air yang dihasilkan hampir sama dengan sistem 2 bed degasifikasi yang ditambah dengan alat pemoles. Alat ini dapat mengurangi jumlah regeneran yang dipergunakan, waktu regenerasi, dan jumlah air regeneran dari kolom kedua ke kolom pertama. (Agung Subyakto, 1997) g. Pembebasan Mineral dengan Regenerasi Aliran Berlawanan

II-8



Keuntungan dari cara ini adalah jumlah regeneran yang digunakan lebih sedikit dari cara searah, karena : -

Air dengan mutu tinggi dapat diperoleh walaupun dengan tingkat

-

regenerasi yang rendah. Perbedaan dari susunan ion-ion yang diserap terhadap ion penukar dari

-

resin meningkatkan efisiensi regeneran. Resin dapat dipakai seluruhnya (bila dengan aliran searah ada 30% yang

-

tak terpakai). Jumlah air pencuci dan waktu regenerasi dapat dikurangi.

(Agung Subyakto, 1997) h. Pembebasan Mineral dengan Dua Lapisan Metode ini dilakukan dengan mengisi tabung penukar kation dengan 2 lapisan resin penukar kation asam kuat dan lapisan resin penukar kation asam lemah. Serta tabung penukar anion dengan lapisan resin penukar anion basa kuat dan lapisan resin penukar anion basa lemah. Keuntungan dengan metode ini : -

Regeneran yang terpakai mempunyai tingkat efisiensi pemakaian sekitar 60-100%, karena resin asam lemah dan resin basa lemah diregenerasi dengan regeneran yang sama dengan regeneran untuk resin asam dan

-

basa kuat. Pengolahan limbah cair regenerasi cukup mudah karena kandungan

-

asam dan basa didalamnya cukup rendah. Jumlah air pencuci dan waktu regenerasi dapat dikurangi (Agung Subyakto, 1997).

Pelunakan Air Sadah Pelunakan adalah penghapusan ion-ion tertentu yang ada dalam air dan

dapat

bereaksi

dengan

zat-zat

lain

hingga

distribusi

air

dan

penggunaannya terganggu. Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+ juga oleh Mn2+ dan Fe2+ atau semua kation yang bermuatan dua. a.

Analisa kesadahan total Kesadahan total yaitu jumlah ion-ion Ca 2+ dan Mg2+ yang dapat ditentukan melalui titrasi EDTA sebagai titran dan menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut. Prinsip analisa :


II-9

Laboratorium Teknologi Pengolahan Air EDTA dapat membuat pasangan kimiawi dengan ion-ion kesadahan dan beberapa jenis ion lain. Pasangan tersebut lebih kuat daripada hubungan indikator antara indikator dengan ion-ion kesadahan. Oleh karena itu, pada pH 10 larutan akan berubah menjadi biru yaitu disaat jumlah molekul EDTA yang ditambahkan sama dengan ion kesadahan dalam sampel dan molekul indikator terlepas dari ion kesadahan. b.

Analisa kesadahan Ca2+ EDTA akan bergabung dahulu dengan ion Ca 2+ kemudian baru dengan ion

Mg2+

dan

dengan

beberapa

jenis

ion

lain

namun

tidak

sepenuhnya.Konsentrasi ion Ca2+ dapat ditentukan secara terpisah bila ion Mg dihapuskan dari larutan pada keadaan pH yang tinggi dimana hampir semua ion Mg mengendap sebagai Mg(OH) 2. (G. Alaerts dan Sri Sumestri, 1984)

Alkaliniti Alkaliniti adalah kapasitas air untuk menetralkan tambahan asam tanpa penurunan nilai pH larutan. Sama halnya dengan larutan buffer, alkaliniti merupakan pertahanan air terhadap pengasaman. Alkaliniti adalah hasil reaksi-reaksi terpisah dalam larutan hingga merupakan sebuah analisa makro yang menggabungkan beberapa reaksi. Dalam air, alkaliniti sebagian besar disebabkan oleh adanya bikarbonat, dan sisanya oleh karbonat dan hidroksida. Alkaliniti ditetapkan melalui titrasi asam basa. Asam kuat seperti asam

sulfat

dan

asam

klorida

menetralkan

zat-zat

alkalinity

yang

merupakan zat basa sampai titik akhir titrasi, kira-kira pH 8,3 dan pH 4,5. Titik akhir dapat ditentukan oleh : a. Jenis indikator yang dipilih dimana warnanya berubah-ubah pada pH titik akhir titrasi. b. Perubahan nilai pH pada pH meter waktu titrasi asam basa. Reaksi yang terjadi adalah : Pada pH 8,3 OH- + H+ ↔ H2O CO32- + H+ ↔ HCO3-

II-10



Pada pH 4,5 HCO3- + H+ ↔ H2O + CO2 (G. Alaerts dan Sri Sumestri, 1984)

Tabel II.2 Nilai pH titik akhir titrasi alkaliniti untuk beberapa contoh air Contoh air Air dengan kandungan

pH titik akhir titrasi

alkaliniti CO32-, HCO3-, OH-sebanyak : 30 mg CaCO3/l

8,3

5,1

150 mg CaCO3/l

8,3

4,8

500 mg CaCO3/l

8,3

4,5

8,3

4,5

Air dengan kandungan alkaliniti, silikat, fosfat. Limbah industri

8,3

3,7

(perkiraan) (G. Alaerts dan Sri Sumestri, 1984)

II.2 Aplikasi Industri POTENSI DAUR ULANG AIR LIMBAH INDUSTRI POLIMER POLIPROPILEN Muhammad Romli, Suprihatin, Arion Said, Andina Bunga Lestari


II-11

Laboratorium Teknologi Pengolahan Air Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan metode daur ulang limbah cair dihasilkan dari proses produksi polimer polipropilen dan menganalisa potensi manfaat yang dihasilkannya. Industri 3mengkonsumsi 27 m /jam air tanah, setengahnya diproses lebih lanjut menjadi air demineral.

Lebih dari setengah air demineral ini

digunakan untuk proses pendinginan dalam unit pembuatan pellet plastik.

Proses ini menghasilkan efluen yang mengandung bahan-

bahan terlarut dan partikulat, terutama debu polimer. Efluen selama ini dibuang ke laut setelah sekedarnya melalui pemisahan padatan. Daur

ulang

diharapkan

efluen

kembali

menghasilkan

keseluruhan.

ke

unit

proses

penurunan

pembuatan

konsumsi

air

pelet secara

Standar mutu air terutama pH, konduktivitas, silikon

dioksida dan TSS harus dipenuhi untuk tujuan ini.

Hasil analisa

laboratorium terhadap efluen menunjukkan bahwa kecuali pH yang nilainya sedikit menurun, ketiga parameter lainnya meningkat secara nyata. Memperhatikan karakteristik efluen tersebut, suatu percobaan dilakukan

untuk

mengevaluasi

kelayakan

teknik

filtrasi

untuk

menangani efluen dengan kualitas yang dapat diterima. Peteka Karya Tirta (PKT). Air yang dibutuhkan pada unit proses PCW

adalah

demineralisasi.

air

demineral

yang

diperoleh

melalui

proses

Proses demineralisasi adalah proses penghilangan

atau pengurangan mineral-mineral yang terkandung di dalam air baku. Proses demineralisasi membutuh-kan biaya yang besar karena proses ini membutuhkan energi (listrik) serta penggunaan bahan kimia (HC1 dan NaOH). Unit proses PCW menghasilkan sisa buangan berupa air limbah dan

pemotongan pelet polipropilena (dust) dan

dapat limbah padat. Setelah melalui proses pemisahan mencemari lingkungan apabila tidak dilakukan padatan dan cairan, air limbah dibuang ke badan air

pengolahan dengan baik. (laut).

yang dibuang masih bercampur

Air limbah

dengan limbah padat berupa

serpihan bekas pemotongan pelet polipropilena (dust) dan dapat II-12



mencemari lingkungan apabila tidak dilakukan pengolahan dengan baik. Hasil pengukuran selama survei limbah industri menunjukkan bahwa suhu limbah cair stabil 3pada 71 °C dan debit 65 m /jam. Nilai rata-rata pH selama 24 jam pengamatan 7,08 ± 0,02, konduktivitas 10,70 ± 0,14 S/cm, kadar SiO 2 ± 1 2 mg/L dan nilai rata-rata TSS adalah 1800 ± 300 mg/L.

Hasil analisis yang dilakukan terhadap

kontrol (air demineral) yang dihasilkan dan proses demineralisasi pada saat dilakukan penelitian diketahui bahwa nilai rata-rata pH 7,39, konduktivitas

3,35

µS/cm, kadar SiO dan TSS tidak 2

teridentifikasi. Nilai pH sampel air buangan dari PCW tidak berubah jauh, yaitu sekitar pH netral. Nilai pH air cenderung berubah menjadi asam setelah digunakan.

Kecenderungan ini disebabkan adanya

penambahan zat aditif yang tidak tercampur ke dalam pelet dan ikut terlarut ke dalam air buangan PCW. Nilai pH limbah cair masih berada dalam kisaran nilai pH air demineral yang dipersyaratkan oleh PT. TPI (Nilai pH: 7-10).


II-13

DEMINERALISASI

Recommend Documents