Karakteristik Air Boiler dan Air Pendingin
Untuk menganalisa air boiler dan air pendingin, ada beberapa parameter yang harus di tetapkan, diantaranya: pH, konduktivitas, P- alkalinitas, M-alkalinitas, OH-, kesadahan total, Kalsium, Magnesium, Besi, Klorida, Silika, Posfat, TSS, turbiditas, dll.
3.4.Kata pH adalah singkatan dari "pondus Hydrogenium". Hal ini secara harfiah berarti berat hydrogen. pH adalah indikasi untuk jumlah ion hydrogen di air yang terdiri dari ion hidrogen (H+) dan ion hidroksida (OH-). pH tidak memiliki unit, melainkan hanya dinyatakan sebagai sebuah nomor. Ketika sebuah larutan yang netral, jumlah ion hidrogen sama dengan jumlah ion hidroksida. Ketika jumlah ion hidrogen yang lebih tinggi, larutannya adalah asam. Ketika jumlah ion hidroksida lebih tinggi, Larutannya adalah basa.
Harga pH pada air umpan boiler dan air pendingin penting untuk diperhatikan untuk mencegah terjadinya korosi. Terdapat hubungan antara pH dan laju terjadinya korosi pada bahan konstruksi dari loga mild steel yang menunjukan adanya kecenderubgan menurunnya korosi dengan naiknya harga pH. Namun pada bahan konstruksi dari logam Cu terjadi sebaliknya, yaitu kecenderungan laju korosi menaik dengan menaiknya harga pH di atas pH 9.
Berkaitan dengan pH adalah asiditas (keasaman), merupakan ukuran yang menentukan jumlah basa kuat yang diperlukan untuk mengganti kation di dalam air. Asiditas disebabkan oleh kehadiran ion H+ yang terdesosiasi dari anion kuatnya. Dalam air bersih, asiditas disebabkan oleh kehadiran CO2 bebas terlarut dan sebagian asam-asam organic. Nilai pH air dalam kondisi ini biasanya lebih besar dari 4,5. Dalam air tercemar, kehadiran asam kuat akan menyebabkan pH air bisa lebih kecil dari 4,5. Dalam kondisi ini, dikatakan air mengandung asam mineral bebas.
PH merupakan indikasi untuk keasaman suatu zat. Hal ini ditentukan oleh jumlah ion hidrogen bebas (H+) dalam suatu zat. Keasaman adalah salah satu hal yang paling penting dari sifat-sifat air. Air adalah pelarut untuk hampir semua ion. pH berfungsi sebagai indikator yang membandingkan beberapa ion yang paling larut dalam air. Hasil pengukuran pH ditentukan oleh pertimbangan antara jumlah ion H+ dan jumlah ion hidroksida (OH-).Larutan akan memiliki pH sekitar 7, ketika jumlah ion H+ sama dengan jumlah OH- ion, sehingga air netral.
PH adalah faktor logaritmik, ketika sebuah larutan menjadi sepuluhkali lebih asam, pH akan jatuh oleh satu unit.. Ketika sebuah larutan menjadi seratus kali lebih asam, pH akan jatuh oleh dua unit. Semakin jauh pH terletak di atas atau di bawah 7, bisa disebut dengan pH alkalinitas.
2 Daya Hantar Listrik/Konduktivitas
Daya hantar listrik adalah kemampuan dari larutan untuk menghantarkan arus listrik yang dinyatakan dalam µmhos/cm atau µsiemens/cm (1µmhos/cm = µsiemens/cm). kemampuan ini desibabkan oleh kehadiran senyawa terlarut yang terdisosiasi menjadi kation dan anion. Pengukuran DHL dilakukan dengan alat konduktometer. Air murni bukan merupakan konduktir atau penghantar listrik yang baik. Air hasil destilasi yang berkesetimbangan dengan gas CO2 di atmosfir mempunyai nilai konduktivitas atau daya hantar listrik sekitar 70.10-6 -1.m-1 (µnho/m). untuk keperluan yang sangat khusus seperti air pembilasan (rising) industri semikonduktor diperlukan air dengan nilai daya hantar listrik yang rendah, sekitar 5,5.10-6 -1m-1 (µmho/m). Dalam larutan encer (TDS < 1000mg/l dan konduktivitas < 2000 µmho/cm) nilai TDS = 0,5 konduktivitas, sedangkan semakin tinggi konsentrasi TDS nilai perbandingan ini akan semakin besra. Jika nilai TDS atau konduktivtitas meningkat maka nilai korosifitas air akan lebih besar. Harga daya hantar listrik dari umpan air boiler deperhatikan untuk mencegah terjadinya endapan kerak pada bagian permukaan perpindahan panas dan juga untuk menjaga kemurnian steam yang terbentuk. 3 Alkalinitas Alkalinitas didefinisikan sebagai jumlah anion dalam air yang akan bereaksi untuk menetralkan ion H, merupakan suatu ukuran kemampuan air menetralisasi asam. Parameter yang tergolong alkalinitas: - CO32-, HCO3-, H2BO3-, HS-, CO2 - OH-, HSiO3-, H2PO4-, NH30 Parameter yang sering diperhatikan sebagai alkalinitas adalah bikarbonat (HCO3-), karbonat (CO32-), dan hidroksida (OH-) dan kadang-kadang juga ion silikat dan phospat, dan lainnya sehingga alkalinitas bikarbonat dan alkalinitas hidroksida. Penamaan lain dari alkalinitas berdasarkan metoda uji terhadap harga alkalinitas adalah alkalinitas-P phenolphthalein dan alkalinitas-M Methyl orange. Harga alkalinitas tinggi tidak dikehendakiuntuk air umpan boiler karena dapat menimbulkan pembusaan yang dapat mengakibatkan terjadinya carry-over, dapat menimbulkan perapuhan konstruksi boiler dan korosi. Penurunan harga alkalinitas pada air umpan boiler disamping dapat untuk meminimkan pembentukan CO2 juga dapat mengurangi biaya pengolahan secara kimia. Gas CO2 yang terlarut dalam air juga berasal dari transfer CO2 dari udara dan respirasi mikroorganisme. Gas CO2 ini akan melarutkan mineral magnesium dan kalsium dalam bentuk CaCO3 atau MgCO3, dan mengasilkan komponen hardness dan alkalinitas menurut reaksi: H2O + CO2 + MgCO3 Mg(HCO3)2 Mg2+ + 2(HCO3-) H2O + CO2 + CaCO3 Mg(HCO3)2 Mg2+ + 2(HCO3-) Air baku yang tercemar mempunyai nilai alkalinitas yang berasal dari bikarnonat. Dalam kondisi ini, nilai pH air tidak melebihi 8,3. jika dalam air baku terkandung ion karbonat nilai pH air bisa melebihi nilai 8,3. Pengukuran alkalinitas dilakukan dengan titrasi dengan asam. Jika digunakan H2SO4 0,02 N sebagai titran, maka a ml asam dapat menetralisir 1 mg alkalinitas sebagai CaCO3. Ion H+ dari asam akan bereaksi dengan komponen alkalinitas menurut persamaan reaksi H+ + OH- ---> H2O
H+ + CO32- ---> HCO3
H+ + HCO3- ---> H2CO3
Konversi karbonat menjadi bikarbonat pada prinsipnya sempurna pada pH 8,3. Tetapi karena bikarbonat juga merupakan spesi alkalinitas sehingga masih dibutuhkan sejumlah asam yang sama untuk menyempurnakan netralisasi. Dengan demikian netralisasi CO3- pada pH 8,3 hanya setengahnya. Konversi OH- menjadi air berlangsung sempurna pada pH 8,3 sehingga semua OH-¬ dan setengah CO3- ikut terukur pada pH 8,3. Pada pH 4,5 semua bikarbonat telah terkonversi menjadi asam karbonat, termasuk bikarbonat hasil netralisasi karbonat. Sehingga jumlah asam yang diperlukan u untuk menitrasi contoh air sampai pH 4,5 eqivalen dengan alkalinitas total dalam air.
P-Alkalinitas adalah nilai alkalinitas yang ditunjukan oleh jumlah asam yang diperlukan untuk mencapai pH air contoh menjadi 8,3 sedangkan M-alkalinitas adalah nilai alkalinitas yang ditunjukan o;eh jumlah asam yang diperlukan untuk mencapai pH air contoh dari 8,3 menjadi 4,5.
4 Kesadahan
Kesadahan air dinyatakan dalam derajat kesadahan yang menyatakan jumlah zat standar yang terkandung dalam sejumlah air. Standar yang digunakan adalah: Kalsium karbonat, digunakan untuk derajat perancis/frenc (°F), derajat English (°Br), dan derajat amerika (°USA). Kalsium oksida, digunakan untuk derajat Jerman (°D)
Terdapat pemilahan kesadahan didasarkan pada jebis anion pada mana unsur sadah (Ca dan Mg) berpartner, yaitu kesadahan karbonat dan nonkarbonat.
a. Kesadahan karbonat
Bersifat sementara karena akan hilang atau terendapkan jika mengalami pemanasan, misalnya kalsium bikarbonat dan magnesium bikarbonat.
b. Kesadahan nonkarbonat
Kesadahan tetap, tidak hilang/mengendap jika dipanaskan, misalnya Ca atau MgSO4, klorida atau nitrat
Pengukuran kesadahan dilakukan dengan cara titrasi oleh EDTA dengan indikator EBT (Eriochrome Black T) membentuk senyawa kompleks warna merah. Jika digunakan 0,01 M EDTA, 1ml titran menunjukan 1 mg kesadahan sebagai CaCO3.
Kesadahan dikelompkkan ke dalam beberapa klasifikasi berdasarkan kandungan unsur sadah (Ca dan Mg), dan bila dinyatakan dalam besaran mg/l sebagai CaCO3 maka kelompok tersebut adalah, sbb:
Air lunak < 60 mg/l (sebagai CaCO3) Air sadah sedang 61-120 mg/l Air sadah 121-180 mg/l Air sangat sadah >180 mg/l
Air yang sadah jika digunakan memerlukan lebih banyak sabun agar tetap berbusa. Kation-kation penyebab kesadahan bereaksi dengan anion sabun membentuk garam yang terendapkan menurut reaksi:
Me2+ + 2RCOO- Me(RCOO)2
kation sadah anion sabun garam tak larut
Reaksi ini akan mengurangi kemampun sabun sebagai zat aktif permukaan (surface active agent/surfactant). Menurut standar WHO, kesadahan maksimum untuk air minum adalah 500 mg/l sebagai CaCO3. Demikian juga menurut peraturan menteri kesehatan No. 416/90 untuk syarat kualitas air minum. Harga kesadahan total pada air umpan boiler penting untuk diperhatikan dengan tujuan untuk mencegah menurunnya efisiensi panas yang disebabkan terbentuknya Lumpur atau kerak dalam boiler. Kesadahan total merupakan jumlah kesadaha yang disebabkan oleh kation Ca dan Mg. untuk boiler dengan kondisi tekanan >20 kgf/cm2 sebaiknya digunakan air umpan boiler dengan kesadahan total = 0 mg/liter sebab kondisi tekanan tinggi ini sangat besar pengaruh kesadahan terhadap terbentuknya kerak. Sedang untuk boiler dengan kondisi tekanan < 20 kgf/cm2 sebaiknya digunakan air umpan boiler dengan kesadahan total < 1 mg/liter. 5 Silika Kandungan silica dalam air umpan boiler dan air pendingin perlu diperhatikan untuk mencegah menurunnya kemurnian steam yang dihasilkan karena terbawanya silica bersama steam yang terbentuk, silica dapat menyebabkan karak di boiler dan air pendingin, dapat menguap dan mengendap di blade turbin. Kandungan silica dalam air umpan boiler dibatasi pada < 0,02 mg/liter untuk boiler dengan kondisi operasi >75 kgf/cm2. Cara penanggulangannya bisa dengan adsorpsi dan deminera-lisasi.
6 Besi
Kandungan besi dalam air umpan boiler perlu diperhatikan dengan tujuan untuk mencegah terjadinya korosi sekunder dalm boiler yang disebabkan oleh fouling dan pengerakan pada bagian permukaan perpindahan panas. Untuk boiler dengan kondisi tekanan medium, kondisi tekanan tinggi, atau bahkan kondisi tekanan > 30 kgf/cm2 maka Fe2O3 merupakan produk korosi yang akan menghambat perpindahan padas pada permukaan logam. Pembatasan kandungan Fe dalam air umpan boiler akan semakin ketat pada kondisi tekanan yang semakin tinggi. Sebagai contoh untuk jenis boiler silinder maka kandungan Fe dibatasi pada 0,3 mg/liter, untuk boiler dengan kondisi tekanan 10 kgf/cm2, dan kandungan Fe dibatasi pada 0,2 mg/liter untuk kondisi tekanan antara 10-20 kgf/cm2, selanjutnya Fe dibatasi pada 0,1 mg/liter untuk boiler dengan kondisi tekanan antara 20-30 kgf/cm2.
7 Phosfat
Phospat dibagi menjadi dua, yaitu Anorganic PO4 dan organic PO4.
a. In Organic Phospat, Anorganic phospat dibagi menjadi 2 yaitu:
1. Reactive Phospat (ortho PO4)
- Tri Sodium Phosphate (TSP) (Na3PO4.12H2O) = 24.8% PO4
- Di Sodium Phosphate (DSP) (Na2HPO4) = 65.1% PO4
- Mono Sodium Phosphate (MSP) = 75.5% PO4
- Phosphoric Acid (H3PO4) = 85% PO4
2. Poly Phosfat
Semua jenis poly PO4 dalam air akan mengalami hydrolisa dan akan kembali ke bentuk asalnya yaitu ortho PO4. Kecepatan hydrolisa bergantung pada 3 faktor yaitu pH / Temperatur / lamanya waktu.
pH : pH tambah rendah hidrolisa tambah cepat
Temperatur : Tambah tinggi hidrolisa tambah cepat
Waktu : Tambah lama akan tambah banyak % yang terhidrolisa
Jenis-jenis poly phosfat diantaranya:
- Sodium Hexa Meta Phosphate ( SHMP ) (NaPO3) = 6 91% PO4
- Sodium Tri Poly Phosphate ( STPP ) (Na5P3O10) = 56% PO4
- Tetra Potasium Pyro Phosphate ( TKPP ) (K4P2O7) = 57.5% PO4
- Tetra Sodium Pyro Phosphate ( TSPP ) (Na4P2O7) = 71% PO4
b. Organic Phospat
Organik phosfat mengandung phosphonates, dimana yg termasuk phosphonates adalah HEDP, AMP, dan PBTC. Organic PO4 ( HEDP / AMP / PBTC ) dalam air stabil dan tidak otomatis terhidrolisa. Hal yang memungkinkan organic PO4 terhidrolisa jadi ortho PO4 adalah :
- Adanya oksidator kuat seperti Chlorine / Peroxide / dll.
- pH rendah
- Temperatur Tinggi
pH rendah dan temparatur tinggi, tanpa adanya oksidator tidak banyak pengaruhnya. Hal ini sebaiknya di coba sendiri di lab kita untuk mengetahui pengaruh yang lebih kuantitatif.
Untuk analisa phosphat, yang bisa dianalisa hanya phosfat dalam bentuk ortho phospat, sehingga, poly phospat dan organik phospat harus diubah menjadi bentuk poly phospat. Untuk merubah poly phospat ke ortho phospat, maka pada saat analisa harus ditambahkan asam dan dipanaskan, sedangkan untuk merubah organic phospat ke ortho phospat, maka pada saat analisa harus ditambahkan asam, ditambahkan oksidator (klorin, kalium, atau oksidator lain).
Terminologi Analisa Phospat
Analisa Ortho PO4 : yang teranalisa hanya ortho PO4
Analisa Total InOrganic PO4 : yang teranalisa ortho PO4 + poly PO4
TIP - ortho PO4 = Poly PO4
Analisa Total PO4 : yang teranalisa ortho PO4 + poly PO4 + organic PO4
TP - TIP = Organic PO4
8 Turbiditas
Kekeruhan dapat didefinisikan sebagai sifat optic dari suatu larutan yang menyebabkan cahaya yang melaluinya terabsorbsi atau terbiaskan. Nilai kekeruhan bisa menunjukan tingkat atau kadar padatan tersuspensi didalam air.
9 TSS (Total Suspended Solid)
Padatan tersuspensi dalam jumlah besar didalam air umpan boiler tidak dikehendaki karena dapat menyebabkan terjadinya endapan di dalam boiler dan membentuk kerak. Padatan tersuspensi pada umumnya mengandung Lumpur, humus, buangan industri dan lainnya. Sumber dari padatan tersuspensi berasal dari:
1. Padatan anorganik : lempung, kerikil, da padatan buangan industri
2. Padatan organic : serat tumbuhan, mikroba, sisa buangan domestik dan industri
3. cairan tak larut seperti lemak dan minyak
Pengukuran padatan tersuspensi dilakukan secara gravimetrik dengan satuan ppm. Ukuran diameter dari padatan tersuspensi antara 1-100 µm. parameter padatan tersuspensi biasanya digunakan dalam pembahasan kualitas air limbah. Padatan tersuspensi memberikan sifat keruh terhadap air
