KESADAHAN I.
Pendahuluan Air merupakan kebutuhan yang sangat utama bagi kehidupan manusia, oleh karena itu jika kebutuhan akan air belum terpenuhi baik secara kualitas maupun kuantitas, maka akan menimbulkan dampak yang besar terhadap kehidupan sosial dan ekonomi masyarakat. Dari segi pemanfaatan, pengunaan air dikategorikan dalam 2 kategori, yaitu air rumah tangga dan air industri yang masing-masing mempunyai persyaratan tertentu. Persyaratan tersebut meliputi persyaratan fisik, kimia dan bakteriologis yang merupakan suatu kesatuan, sehinga apabila ada satu parameter yang tidak memenuhi syarat, maka air tersebut tidak layak untuk digunakan. Kesadahan
berasal
dari
kata
sadah
yang
berarti
mengandung
kapur,
jadi
kalau kesadahan air adalah adanya kandungan kapur yang berlebih yang terdapat dalam air yang disebabkan oleh lapisan tanah kapur yang dilaluinya. Jenis sumber air yang banyak mengandung sadah adalah air tanah khususnya air tanah dalam.
II.
Pengertian Kesadahan Kesadahan
air
adalah
kandungan
mineral-mineral
tertentu
di
dalam
air,
umumnya ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam bentuk garam karbonat. Air sadah
atau air keras
adalah air yang memiliki kadar mineral yang tinggi,
sedangkan air lunak adalah air dengan kadar mineral yang rendah. Selain ion kalsium dan magnesium, penyebab kesadahan juga bisa merupakan io nlogam lain maupun garam-garam bikarbonat dan sulfat. Reaksi kimia terjadinya kesadahan yaitu :
Metode paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun. Dalam sadah
air
lunak,
sabun
menyebabkan
akan
sabun
menghasilkan busa yang sukar
berbuih
karena
banyak. ion-ion
Pada
air
Ca2+ dan
Mg2+ mengendapkan sabun. Contoh reaksinya yaitu:
Ca2+ + 2CH3 (CH2)16COO-(ag) --> Ca (CH3(CH2)16COO2) (s)
Pada umumnya kesadahan disebabkan oleh adanya logamlogam atau kation-kation yang bervalensi 2, seperti Fe, Sr, Mn, Ca dan Mg tetapi penyebab utama dari kesadahan adalah (Ca) dan Magnesium (Mg). Kalsium dalam air mempunyai kemungkinan bersenyawa dengan bikarbonat, sulfat, khlorida dan nitrat sementara itu magnesium terdapat dalam air kemungkinan bersenyawa dengan bikarbonat, sulfat dan klorida.
Tingkat kesadahan diberbagai perairan berbeda-beda pada umumnya air tanah mempunyai tingkat kesadahan yang tinggi, hal ini terjadi karena air tanah mengalami kontak dengan batuan kapur yang adap ada lapisan tanah yang dilalui air. Air permukaan tingkat kesadahannya rendah (air lunak), kasadahan non karbonat dalam air permukaan bersumber dari kalsium sulfat yang terdapat dalam tanah liat dan endapan lainnya. Tingkat kesadahan air biasanya digolongkan seperti ditunjukkan pada tabel berikut ini. Tabel 1. Klasifikasi tingkat kesadahan
Mg/l CaCO3 75
0– 150 75 –
300150 – >300
Tingkat Kesadahan Lunak (Soft) Sedang (moderately hard) Tinggi (hard) Tinggi sekali (very hard)
Kesadahan air total dinyatakan dalam satuan ppm berat per volume (w/v) dari CaCO3 atau ppm CaCO3 atau dalam satuan Grain atau derajat. Hubungan antara satuansatuan tersebut adalah sebagai berikut :
1 grain per US galon 100 ppm CaCO3
= 1o (derajat) = 17,1 ppm CaCO 3 = 40 ppm kalsium
1 derajat (Inggris)
= 10 mg CaCO3 /0,7 l air = 14,3 mg CaCO3 /l air
1 derajat (Jerman)
= 10 mg CaCO3 = 17,8 mg CaCO3/ l air
1 derajat (Perancis)
= 10 mg CaCO3/l air
III. Dampak Air Sadah Adanya kesadahan air dapat m enimbulkan dampak positif, namun apabila tingkat kesadahannya tinggi maka dapat menyebabkan berbagai dampak negatif (Purba, 2002) yaitu. 1. Dampak Positif Dampak positif dari adanya kesadahan dalam air adalah : Menyediakan kalsium yang diperlukan tubuh, misalnya untuk pertumbuhan tulang dan gigi. Mempunyai rasa yang lebih baik dari air lunak. Senyawa timbal (dari pipa air) lebih sukar larut dalam air sadah (timbal merupakan racun bagi tubuh) sehingga kemungkinan terjadinya pencemaran air oleh logam berat ini dapat diminimalkan. Dampak Negatif Selain keuntungan-keuntungan diatas, kesadahan air yang terlalu tinggi dapat menyebabkan beberapa dampak negatif.
2.
Gambar 1. Dampak dari air sadah
Air sadah tidak begitu berbahaya untuk diminum, namun dapat menyebabkan beberapa masalah. Air sadah dapat menyebabkan pengendapan mineral, yang menyumbat saluran pipa dan keran. Air sadah juga menyebabkan pemborosan sabun di rumah tangga, dan air sadah yang bercampur sabun tidak dapat membentuk busa, tetapi malah membentuk gumpalan soap scum (sampah sabun) yang sukar dihilangkan. Efek ini timbul karena ion 2+ menghancurkan sifat surfaktan dari sabun dengan membentuk endapan sabun tersebut). Komponen utama dari sampah tersebut adalah padat kalsium(sampah stearat, yang muncul dari stearat natrium, komponen utama dari sabun: 2 C17H35COO- + Ca2+
→
(C 17H35COO)2Ca
Dalam industri, kesadahan air yang digunakan diawasi dengan ketat untuk mencegah kerugian. Pada industri yang menggunakan ketel uap, air yang digunakan harus terbebas dari kesadahan. Hal ini dikarenakan kalsium dan magnesium karbonat cenderung mengendap pada permukaan pipa dan permukaanpenukar panas. Presipitasi (pembentukan padatan tak larut) ini terutama disebabkan oleh dekomposisi termal ion bikarbonat, tetapi bisa juga terjadi sampai batas tertentu walaupun tanpa adanya ion tersebut. Penumpukan endapan dapat mengakibatkan dalam pipa. Dalam ketel ini uap, endapan mengganggu terhambatnya aliran panas kealiran dalamair air, di mengurangi efisiensi pemanasan dan memungkinkan komponen logam ketel uap terlalu panas. Dalam sistem bertekanan, panas berlebih ini dapat menyebabkan kegagalan ketel uap. Kerusakan yang disebabkan oleh endapan kalsium karbonat bervariasi tergantung pada bentuk kristal, misalnya, kalsit atau aragonit.
Gambar 2. Kerak yang terbentuk makin tebal bila air sadah dipanaskan seperti pada boiler pada industri.
IV.
Jenis-jenis Kesadahan Air Pembagian Jenis Kesadahan Air sadah digolongkan menjadi dua jenis, berdasarkan jenis anion yang diikat oleh kation (Ca2+ atau Mg2+), yaitu air sadah sementara dan air sadah tetap. Berdasarkan sifatnya, kesadahan dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:
1.
Air sadah sementara Air sadah sementaraadalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat
(HCO3-), atau boleh jadi air tersebut mengandung senyawa kalsium bikarbonat (Ca(HCO3)2) dan atau magnesium bikarbonat (Mg(HCO3)2). Air yang mengandung ion
atau
senyawa-senyawa
tersebut
disebut air
sadah
sementara karena kesadahannya dapat dihilangkan dengan pemanasan air,
sehingga air tersebut terbebas dari ion Ca2+ dan atau Mg2+ 2.
Air sadah tetap Air sadah tetap
adalah air sadah
yang mengadung anion selain ion -
bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl , NO3- dan SO42-. Berarti senyawa yang terlarut boleh jadi berupa kalsium klorida (CaCl2), kalsium nitrat (Ca(NO3)2), kalsium sulfat (CaSO4), magnesium klorida (MgCl2), magnesium nitrat (Mg(NO3)2), dan magnesium sulfat (MgSO4). Air yang mengandung senyawa-senyawa tersebut disebut air sadah tetap, karena kesadahannya tidak bisa dihilangkan hanya dengan cara pemanasan.
V.
Tipe-tipe Kesadahan Air Secara lebih rinci kesadahan dibagi dalam dua tipe, yaitu: (1) kesadahan umum (“general hardness” atau GH) dan (2) kesadahan karbonat (“carbonate
hardness”atau KH). Disamping dua tipe kesadahantersebut, dikenal pula tipe kesadahanyang lain yaitu yang disebut sebagai kesadahan totalatau total
hardness. Kesadahan total merupakan penjumlahan dari GH dan KH, yaitu jumlah ionion Ca2+dan Mg 2+ yang dapat ditentukan melalui titrasi EDTA dan menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut. Kesadahan total dapat juga
ditentukan dengan menggunakan jumlah ion Ca2+dan ion Mg2+yang dianalisa secara terpisah misalnya metode AAS. 1.
Kesadahan umum atau
“
General Hardness” merupakan ukuran yang
menunjukkan jumlah ion kalsium (Ca2+) dan ion magnesium (Mg2+) dalam air. Ion-ion lain sebenarnya ikut pula mempengaruhi nilai GH, akan tetapi pengaruhnya diketahui sangat kecil dan relatif sulit diukur sehingga diabaikan. Kesadahan Umum (GH) pada umumnya dinyatakan dalam satuan ppm (part per million/satu persejuta bagian) kalsium karbonat (CaCO3), tingkat kekerasan (dH), atau dengan menggunakan konsentrasi molar CaCO 3. Satu satuan kesadahan Jerman atau dH sama dengan 10 mg CaO (kalsium oksida) perliter air. Kesadahan pada umumnya menggunakan satuan ppm CaCO 3, dengan demikian satu satuan Jerman (dH) dapat diekspresikan sebagai 17.8 ppm CaCO3. Sedangkan satuan konsentrasi molar dari 1 mili ekuivalen = 2.8 dH = 50 ppm. Berikut adalah kriteria selang kesadahan yang biasa dipakai:
0 – 4 dH, 0 – 70 ppm : sangat rendah (sangat lunak) 4 – 8 dH, 70 – 140 ppm : rendah (lunak) 8 – 12 dH, 140 – 210 ppm : sedang 12 – 18 dH, 210 – 320 ppm : agak tinggi (agak keras) – 30 dH, 320 – 530 ppm : tinggi (keras)
2.
Kesadahan
Karbonat
(KH)
merupakan
besaran
yang
menunjukkan
kandungan ion bikarbonat (HCO3-) dan karbonat (CO32-) di dalam air. Dalam aquarium air tawar, pada kisaran pH netral, ion bikarbonat lebih dominan, sedangkan pada aquarium air laut ion karbonat lebih berperan. KH sering disebut sebagai alkalinitas yaitu suatu ekspresi dari kemampuan air untuk + mengikat kemasaman (ion-ion yang mampu mengikat H ). Oleh karena itu,
dalam sistem air tawar, istilah kesadahan karbonat, pengikat kemasaman, kapasitas pem-bufferan asam, dan alkalinitas sering digunakan untuk menunjukkan hal yang sama. Dalam hubungannya dengan kemampuan air mengikat kemasaman, KH berperan sebagai agen pem-bufferan yang berfungsi untuk menjaga kestabilan pH. KH pada umumnya sering dinyatakan sebagai
derajat kekerasan dan diekspresikan dalam CaCO 3seperti halnya GH. Jika CaCO3 sebagai
alkalinitas
dan
kesadahan,
maka
kesadahan
karbonat ditentukan sebagai berikut :
a. Alkalinitas ³ kesadahan total Kesadahan karbonat (mg/l) = kesadahan total (mg/l) b. Alkalinitas < kesadahan total Kesadahan karbonat (mg/l) = alkalinitas (mg/l)
Adapun kesadahan non karbonat ialah jumlah kesadahan akibat kelebihan kesadahan karbonat. Kesadahan non karbonat = kesadahan total – kesadahan karbonat kation. Kation kesadahan
non karbonat berikatan
dengan anion-anion sulfat nitrat.
VI.
Analisis Kesadahan Air Manfaat penentuan kesadahan sementara dan kesadahan permanen yaitu untuk mengetahui tingkat kesadahan air karena air sadah dapat menimbulkan kerak sehingga dapat menyumbat pipa saluran air panas seperti radiator yang digunakan dalam mesin-mesin pertanian. Cara paling mudah untuk mengetahui air yang selalu anda gunakan adalah air sadar atau bukan dengan menggunakan sabun. Ketika air yang anda gunakan adalah air sadah, maka sabun akan sukar berbiuh, kalaupun berbuih, berbuihnya sedikit. Kemudian untuk mengetahui jenis kesadahan air adalah dengan pemanasan. Jika ternyata setelah dilakukan pemanasan, sabun tetap sukar berbuih, berarti air yang anda gunakan adalah air sadah tetap. Cara yang lebih kompleks adalah melalui titrasi.
Titrasi merupakan metode analisis kimia secara kuantitatif yang biasa digunakan dalam laboratorium untuk menentukan konsentrasi dari reaktan. Karena pengukuran volume memainkan peranan penting dalam titrasi, maka teknik ini juga dikenali dengan analisis volumetrik. Analisis titrimetri merupakan satu dari bagian utama dari kimia analitik dan perhitungannya berdasarkan hubungan stoikhiometri dari reaksi-reaksi kimia. (http://id.wikipedia.org/wiki/Titrasi)
Prinsip Cara uji metode titrimetric yaitu Garam dinatriumetilen diamin tetra
asetat (EDTA) akan bereaksi dengan kation logam tertentu membentuk senyawa kompleks kelat yang larut. Pada pH 10,0 + 0,1, ion-ion kalsium dan magnesium dalam contoh uji akan bereaksi dengan indikator Eriochrome Black T (EBT), dan membentuk larutan berwarna merah keunguan. Jika Na2EDTA ditambahkan sebagai titran, maka ion-ion kalsium dan magnesium akan membentuk senyawa kompleks, molekul indikator terlepas kembali, dan pada titik akhir titrasi larutan akan berubah warna dari merah keunguan menjadi biru. Dari cara ini akan didapat kesadahan total (Ca + Mg). Kalsium dapat ditentukan secara langsung dengan EDTA bila pH contoh uji dibuat cukup tinggi (12-13), sehingga magnesium akan mengendap sebagai magnesium hidroksida dan pada titik akhir titrasi indikator Eriochrome Black T (EBT) hanya akan bereaksi dengan kalsium saja membentuk larutan berwarna biru. Dari cara ini akan didapat kadar kalsium dalam air (Ca). Dari kedua cara tersebut dapat dihitung kadar magnesium dengan cara mengurangkan hasil kesadahan total dengan kadar kalsium yang diperoleh, yang dihitung sebagai CaCO3. (SNI Nomor SNI 06-6989.12-2004 tentang Air dan air limbah – Bagian 12: Cara uji kesadahan total kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dengan metode titrimetric)
Gambar. 2 Perubahan warna pada titrasi dengan EDTA Kesadahan total yaitu ion Ca2+ dan Mg2+ dapat ditentukan melalui titrasi dengan EDTA sebagai titran total dan menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut. Kejadian tersebut dapat dianalisis secara terpisah misalnya dengan metode AAS ( Automic Absorption Spectrophotometry) (Abert dan Santika, 1984). Asam Ethylenediaminetetraacetic dan garam sodium ini (singkatan EDTA) bentuk satu kompleks kelat yang dapat larut ketika ditambahkan ke suatu larutan yang mengandung kation logam tertentu. Jika sejumlah kecil Eriochrome Hitam T atau Calmagite ditambahkan ke suatu larutan mengandung kalsium dan ion-ion magnesium pada satu pH dari 10,0 ± 0,1, larutan menjadi berwarna merah muda. Jika
EDTA ditambahkan sebagai satu titran, kalsium dan magnesium akan menjadi suatu kompleks, dan ketika semua magnesium dan kalsium telah ma njadi kompleks, larutan akan berubah dari berwarna merah muda menjadi berwarna biru yang menandakan titik akhir dari titrasi. Ion magnesium harus muncul untuk menghasilkan suatu titik akhir dari titrasi. Untuk mememastikankan ini, kompleks garam magnesium netral dari EDTA ditambahkan ke larutan buffer. Penentuan Ca dan Mg dalam air sudah dilakukan dengan titrasi EDTA. pH untuk titrasi adalah 10 dengan indikator Eriochrom Black T (EBT). Pada pH lebih tinggi, 12, Mg(OH)2 akan mengendap, sehingga EDTA dapat dikonsumsi hanya oleh Ca2+ dengan indikator murexide. Adanya gangguan Cu bebas dari pipa-pipa saluran air dapat di masking dengan H2S. EBT yang dihaluskan bersama NaCl padat kadangkala juga digunakan sebagai indikator untuk penentuan Ca ataupun hidroksinaftol. Seharusnya Ca tidak ikut terkopresitasi dengan Mg, oleh karena itu EDTA direkomendasikan. Kejelasan dari titik- akhir banyak dengan pH peningkatan. Bagaimanapun, pH tidak dapat ditingkat dengan tak terbatas karena akibat bahaya dengan kalsium karbonat mengendap, CaCO3, atau hidroksida magnesium, Mg(OH)2 , dan karena perubahan celup warnai di ketinggian pH hargai. Ditetapkan pH dari 10,0 ± 0,1 adalah satu berkompromi kepuasan. Satu pembatas dari 5 min disetel untuk jangka waktu titrasi untuk memperkecil kecenderungan ke arah CaCO3 pengendapan.
VII. Cara Menanggulangi Kesadahan 1. Pemanasan Kesadahan Sementara dapat dihilangkan dengan jalan pemanasan. Dengan
jalan pemanasan senyawa-senyawa yang mengandung ion bikarbonat (HCO3) akan mengendap pada dasar ketel. Reaksi yang terjadi adalah : Ca(HCO3)2 (aq) –> CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g) Mg(HCO3)2 (aq) –> MgCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)
2.
Dengan Cara Kimia Untuk membebaskan air dari kesadahan tetap, tidak dapat dengan jalan pemanasan melainkan harus dilakukan dengan cara kimia, yaitu dengan mereaksikan air tersebut dengan zat-zat kimia tertentu. Pereaksi yang digunakan adalah larutan karbonat, yaitu Na2CO3(aq) atau K 2CO3 (aq). Penambahan larutan karbonat dimaksudkan untuk mengendapkan ion Ca2+ dan a tau Mg2+.
CaCl2 (aq) + Na2CO3 (aq) –> CaCO3 (s) + 2NaCl (aq) Mg(NO3)2 (aq) + K2CO3 (aq) –> MgCO3 (s) + 2KNO3 (aq) Dengan terbentuknya endapan CaCO3atau MgCO 3berarti air tersebut telah terbebas dari ion Ca2+ atau Mg2+ atau dengan kata lain air tersebut telah terbebas dari kesadahan.
3.
Pengenceran Pengenceran dengan menggunakan air destilasi (air suling/aquadest) dapat pula dilakukan
untuk
menurunkan
kesadahan.
Air
yang
memilikitingkat
kesadahan yang tinggi, dapat diencerkan dengan air yang bebas sadah.
4.
Reverse osmosis (RO) atau deioniser (DI) Cara
yang
paling
menurunkan
baik
kesadahan
untuk adalah
dengan menggunakan reverse osmosis (RO) atau deioniser (DI). Celakanya metode ini termasuk dalam metode yang mahal. Hasil
reverse
osmosis
akan
memilikikesadahan= 0, oleh karena itu air ini perlu dicampur dengan air keran
sedemikian
rupa
sehingga
mencapai nilai kesadahan yang diperlukan.
5.
Penggunaan asam-asam organic Penurunan secara alamiah dapat pula dilakukan dengan menggunakan jasa asam-asam organik (humik/fulvik) , asam ini berfungsi persis seperti halnya yang terjadi pada proses deionisasi yaitu dengan menangkap ion-ion dari air pada gugus-gusus karbonil yang terdapat pada asam organik (tanian). Beberapa media yang banyak mengandung asam-asam organik ini diantaranya adalah gambut yang berasal dari Spagnum (peat moss), daun ketapang, kulit pohon Oak, dll.
Proses dengan gambut dan bahan organik lain biasanya akan menghasilkan warna air kecoklatan seperti air teh. Sebelum gambut digunakan dianjurkan untuk direbus terlebih dahulu, agar organisme-organisme yang tidak dikehendaki hilang.
6.
Penggunaan resin pelunak air (penukar ion)
Resin adalah zat polimer alami ataupun sintetik yang salah satu fungsinya adalah dapat mengikat kation dan anion tertentu. Secara teknis, air sadah dilewatkan melalui suatu wadah yang berisi resin pengikat kation dan anion, sehingga diharapkan kation Ca2+ dan Mg2+ dapat diikat resin. Dengan demikian, air tersebut akan terbebas dari kesadahan.
7.
Penggunaan Zeolit Zeolit adalah aluminosilikat berhidrat, alami atau buata, dengan struktur Kristal berdimenci tiga terbuka, yang di dalam kisinya teerdapat molekul air.Zeolit memiliki rumus kimia Na2(Al2SiO3O10).2H2O atau K2(Al2SiO3O10).2H2O. zeolit mempunyai struktur tiga dimensi yang memiliki pori-pori yang dapat dilewati air. Ion Ca2+ dan Mg2+ akan ditukar dengan ion Na+ dan K+ dari zeolit, sehingga air tersebut terbebas dari kesadahan. Untuk menghilangkan kesadahan sementara ataupun kesadahan tetap pada air yang anda gunakan di rumah dapat dilakukan dengan menggunakan zeolit.
Anda cukup menyediakan tong yang dapat m enampung zeolit. Pada dasar tong sudah dibuat keran. Air yang akan anda gunakan dilewatkan pada zeolit terlebih dahulu. Air yang telah dilewatkan pada zeolit dapat anda gunakan untuk keperluan rumah tangga, spserti mencuci, mandi dan keperluan masak. Zeolit memiliki kapasitas untuk menukar ion, artinya anda tidak dapat menggunakan zeolit yang sama selamanya. Sehingga pada rentang waktu tertentu anda harus menggantinya.
8.
Pembekuan
Pembekuan
(Freezing)juga
digunakan
untuk
kesadahan.
Sumber : 1. 2. 3. 4.
http://id.wikipedia.org/wiki/Kesadahan_air http://asep.lecture.ub.ac.id/files/2011/12/Kesadahan.pdf http://www.kelair.bppt.go.id/Publikasi/BukuAirMinum/BAB9SADAH.pdf http://ptrizkyfebrilia.wordpress.com/2011/09/25/air-sadah/
5.
http://tatyalfiah.files.wordpress.com/2009/09/kesadahan-pptx.pdf
6. http://id.wikipedia.org/wiki/Titrasi
dapat
menurunkan
