Laboratorium Pengolahan Air Industri Kimia SOFTENER

LAPORAN PRAKTIKUM Laboratorium Pengolahan Air Industri Kimia SOFTENER Nama Kelompok 5A: 1. Vonindya Khoirun N.M. 2. Zandhika Alfi Pratama 3. Dinda Aulia Rizki P. 4. Rizka Amalia Kusuma P.

(2312 (2312 (2312 (2312

030 030 030 030

016) 059) 093) 094)

Tanggal Percobaan : 10 April 2015 Asisten Labolatorium Fery Ida Nur Aini (2312 030 034) Dosen Pembimbing Ir. Agung Subyakto, MS NIP. 19580312 198601 1 001

PROGAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2015

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Air merupakan kebutuhan penting dalam proses produksi dan kegiatan lain dalam suatu industri. Untuk itu diperluan penyediaan air bersih yang secara kualitas memenuhi standar yang berlaku dan secara kuantitas dan kontinuitas harus memenuhi kebutuhan industri sehingga proses produksi tersebut dapat berjalan dengan baik. Air pengisi ketel adalah air yang diisikan kedalam ketel untuk diubah menjadi uap. Air pengisi ketel ini dapat digunakan dari air sumur atau air kondensat. Pada dasamya air yang akan digunakan, terutama yang digunakan sebagai air pengisi ketel, harus memenuhi syarat. Air yang berasal dari alam (sungai dan tanah) tidak ada yang dalam keadaan murni, biasanya terdapat pengotor-pengotor, antara lain zat tersuspensi (lumpur dan tanah liat) dan zat terlarut (garamgaram mineral). Umumnya softener digunakan sebagai pretreatment untuk air umpan boiler dan cooling tower atau proses produksi. Tujuan softener adalah mengurangi mineral dalam air upaya mencegah terjadinya kerak (scaling) pada pipa-pipa boiler atau pipa-pipa heat exchanger yang menimbulkan pemborosan bahan bakar serta mengganggu produksi. I.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dari percobaan softener ini adalah bagaimana menganalisa air softener dari air PDAM Gebang Lor 14, Surabaya dengan parameter pH, Total Dissolved Solid (TDS), Ca-Hardness, dan Total Hardness?

I-1

BAB I Pendahuluan I.3 Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan softener ini adalah untuk menganalisa air softener dari air PDAM Gebang Lor 14, Surabaya dengan parameter pH, Total Dissolved Solid (TDS), Ca-Hardness, dan Total Hardness.

I-2

Program Studi D3 Teknik Kimia Laboratorium Pengolahan Air Industri Kimia

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Dasar Teori II.1.1 Kesadahan Kesadahan atau yang disebut juga sebagai hardness merupakan sifat air yang disebabkan oleh ion – ion (kation) logam bervalensi dua. Ion – ion tersebut mampu berinteraksi dengan sabun membentuk kerak air. Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam bentuk garam karbonat, juga ion Mn2+ , Fe2+ serta ion kation lain yang bervalensi 2.Dari tingkat kesadahannya, air dikelompokkan menjadi dua, yakni air sadah atau air keras dan air lunak. Air sadah atau air keras (hard water) adalah air yang mengandung kadar

mineral, khususnya

ion

kalsium

dan

magnesium yang tinggi. Pada air sadah, sabun menghasilkan busa yang sedikit atau bahkan tidak sama sekali. Air dengan kesadahan tinggi ini biasanya terdapat pada air tanah di daerah berkapur tinggi. Sedangkan air lunak, adalah air yang mengandung kadar mineral yang rendah. II.1.1.1 Tipe – Tipe Kesadahan Berdasarkan jenis anion yang diikat, kesadahan dibagi menjadi dua, yakni kesadahan sementara dan kesadahan tetap. 1. Kesadahan Sementara Air sadah sementara adalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat (HCO3-), atau boleh jadi air tersebut mengandung senyawa kalsium

bikarbonat

(Ca(HCO3)2)

atau

magnesium

bikarbonat

(Mg(HCO3)2). Oleh kareana itu, kesadahan sementara ini sering disebut sebagai kesadahan bikarbonat. Air yang mengandung ion atau senyawa-senyawa

tersebut

disebut

air

sadah

sementara

karena

kesadahannya dapat dihilangkan dengan pemanasan air, sehingga air

II-1

BAB II Tinjauan Pustaka tersebut terbebas dari ion Ca2+ dan/atau Mg2+. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Ca(HCO3)2 (aq)

CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

Mg(HCO3)2 (aq)

MgCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

2. Kesadahan Tetap Kesadahan tetap adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam klorida, sulfat, dan karbonat, misal CaSO 4, MgSO4, CaCl2, MgCl2. 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. Untuk membebaskan air tersebut dari kesadahan,

harus

dilakukan

dengan

cara

kimia,

yaitu

dengan

mereaksikan air tersebut dengan zat-zat kimia tertentu. Pereaksi yang digunakan adalah larutan karbonat, yaitu Na 2CO3

(aq)

atau K2CO3

(aq).

Penambahan larutan karbonat dimaksudkan untuk mengendapkan ion Ca2+ dan atau Mg2+. Reaksi yang terjadi : CaCl2

(aq)

Mg(NO3)2

+ Na2CO3 (aq)

CaCO3

(aq)

+ K2CO3

MgCO3

(aq)

(s) (s)

+ 2NaCl

(aq)

+ 2KNO3

(aq)

Dengan terbentuknya endapan CaCO3 atau MgCO3 berarti air tersebut telah terbebas dari ion Ca2+ atau Mg2+ atau dengan kata lain air tersebut telah terbebas dari kesadahan. II.1.1.2 Dampak – Dampak Air Sadah Air dengan kesadahan tinggi, dimana Ca2+ dan Mg2+ berasal dari kalsium

bikarbonat

(Mg(HCO3)2),

kelebihan

(Ca(HCO3)2) ion

Ca2+

atau serta

magnesium ion

CO3-

bikarbonat

mengakibatkan

terbentuknya kerak pada dinding pipa, ceret, panci yang disebabkan oleh endapan kalsium karbonat (CaCO3). Kerak ini akan mengurangi penampang basah pada pipa, ceret, panci dan menyulitkan pemanasan II-2


BAB II Tinjauan Pustaka air, memerlukan bahan bakar yang lebih banyak dalam ketel (boiler) dan bahkan ketel tersebut akan meledak. Air sadah juga tidak menguntungkan atau mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun digunakan pada air sadah, mula – mula sabun harus berinteraksi lebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sadah tersebut, sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Air sadah mengendapkan anion sabun sehingga mengurangi efektivitas mencuci. Hal ini menyebabkan boros konsumsi sabun. Ketika air sadah bertemu dengan sabun yang terjadi adalah ion yang dikandung air sadah merusak efek surfaktan dari sabun. Ketika air sadah bertemu dengan sabun akan membentuk endapan padat (soap scum) dengan reaksi berikut : RCOONa(aq) + Ca2+(aq) → (RCOO)2Ca

(s)

+ 2 NaCl

Hal ini bukan saja memboroskan penggunaan sabun, tetapi gumpalan–gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat – alat yang dicuci sehingga mengganggu proses pembersihan dan pembilasan oleh air. Menurut WHO, air yang bersifat sadah akan menimbulkan dampak : 1. Terhadap kesehatan dapat menyebabkan cardiovascular disease (penyumbatan pembuluh darah jantung) dan urithialis (batu ginjal). 2. Menyebabkan pergerakan pada peralatan logam untuk memasak sehingga penggunaan energy menjadi boros. 3. Penyumbatan pada pipa logam karena endapan CaCO3 4. Pemakaian sabun menjadi boros karena buih yang dihasilkan sedikit. 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 dapat membentuk gumpalan scum yang

II-3


BAB II Tinjauan Pustaka sukar dihilangkan. Dalam industri, kesadahan air yang digunakan diawasi dengan ketat untuk mencegah kerugian. II.1.2 Air dan Pengolahannya 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. Untuk keperluan industri, kontaminasi dalam air merupakan faktor yang harus diperhatikan. Karena hal tersebut dapat memicu masalah yang serius, seperti terjadinya kerak, korosi, dan carry over. Untuk mencegah masalahtersebut, suatu pengolahan air yang terkendali harus dilaksanakan. Pengolahan air boiler secara umum dapat dibagi jadi dua bagian yaitu, Pengolahan secara mekanis, yang dilakukan diluar boiler atau dikenal dengan External Treatment dan Pengolahan secara kimiawi, yang dilakukan didalam boiler atau dikenal dengan Internal Treatment. A. 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 zationik 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 II-4

yang

tepat

dan

sesuai

kebutuhan,

maka

arus


BAB II Tinjauan Pustaka mempertimbangkan adalah kualitas air baku, kualitas air produk, kapasitas,dan desain teknis. B. Proses Demineralisasi Dalam paparan ringkas di bawah ini disampaikan empat tahap proses demineralisasi. 1. Tahap operasi 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, yaitubackwashing 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). II-5


BAB II Tinjauan Pustaka 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. C. Pengolahan dengan Penukaran Ion 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 ini dibagi menjadi dua yaitu: b. 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. c. 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. d. 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. II-6


BAB II Tinjauan Pustaka 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.

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. II.1.2 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 II-7


BAB II Tinjauan Pustaka ppm CaCO3. 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. 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 Penanganan Pengurangan Kesadahan dari Tangki Softener Masalah Peningkatan kesadahan Fluktuasi dalam air

lunak melebihi

Regenerasi resin

kapasitas softener Fluktuasi kesadahan pada air

siklus produksi

baku

berkurang

Penanganan

Pengambilan air

lunak untuk satu

Air produk

II-8

Penyebab

Penurunan kapasitas tukar resin

Analisa kesadahan berkala pada air baku dan air produk Supplement resin, penghilangan kontaminan dari resin dan air baku


BAB II Tinjauan Pustaka Kran Kebocoran resin

Memperbaiki

rusak,plate

tangki softener

pengumpul air,dsb

Supplement Pembengkakan

Oksidasi resin

resin

oleh klor

resin, penghilangan oksigen terlarut dari air baku

Kran rusak Penyerapan

Perbaikan

Kurangnya

kesadaahan yang tidak

regenerasi dan

maksimal

backwash pada resin

softener Regenerasi dan backwash resin

a. Pelunakan dan Pengurangan Alkali (Dealkalisasi) Pengolahan dengan cara ini merupakan suatu metode dimana komponen-komponen kesadahan dan bikarbonat sebagai komponen M-alkalinitas 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. b. 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) R(≡NOH)2 + H2SO4 → R(≡N)2SO4 + 2H2O ......................... (2.11) R≡NOH + HCl → R≡NCl + H2O ........................................ (2.12) II-9


BAB II Tinjauan Pustaka 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) c. 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 CO2 dihilangkan dalam unit penghilang karbon serta anion-anion diganti dengan ion-ion hidroksil dalam bed-OH akan diperoleh air bebas ion. d. 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. e. Pembebasan Mineral dengan Regenerasi Aliran Berlawanan 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.

f. Pembebasan Mineral dengan Dua Lapisan II-10


BAB II Tinjauan Pustaka 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.

Pelunakan Air Sadah Pelunakan adalah penghapusan atau penghilangan tertentu yang terdapat dalam air

yang tidak diperlukan

ion-ion

dan dapat

bereaksi dengan zat-zat lain yang terkandung dalam air sehingga distribusi dari 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 Ca2+ dan Mg2+ yang dapat ditentukan melalui titrasi EDTA sebagai titran dan menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut. Prinsip analisa : 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+ II-11


BAB II Tinjauan Pustaka 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. II.1.3 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. Alkalinitas relatif sama jumlahnya dengan kesadahan dalam suatu perairan. Alkalinitas juga berpengaruh terhadap pH dalam suatu perairan. Dalam kondisi basa ion bikarbonat akan membentuk ion karbonat dan melepaskan ion hidrogen yang bersifat asam sehingga keadaan pH menjadi netral.sebaliknya bila keadaan terlalu asam, ion karbonat akan mengalami hidrolis menjadi ion bikarbonat dan melepaskan hidrogen oksida yang bersifat basa, sehingga keadaan kembali netral. Perairan dengan nilai alkalinitas yang terlalu tinggi tidak terlalu disukai oleh organisme akuatik karena biasanya diikuti dengan nilai kesadahan yang tinggi atau kadar garam natrium yang tinggi. (Achmad, 2004).

II-12


BAB II Tinjauan Pustaka Ada-dua-jenis_pengukuran_alkalinitas,.yaitu: a) Methyl orange alkalinity atau yang disebut M-alkalinitas, yang digunakan

untuk

mengevaluasi

potensial

scale

pada

Ph

rendah/asam (yang dianalisa bikarbonatnya). b)

phenolphtalin

atau

P-alkalinitas,

yang

digunakan

untuk

mengukur alkalinitas pada PH yang sangat tinggi/basa (yang dianalisa Hidroksidanya). Jika M-alkalinitas lebih besar dari pada Total hardness, maka semua hardnessnya menunjukkan adanya karbonat dan bikarbonat. Jika M-alkalinitasnya lebih kecil dari total hardness, maka hardness karbonat = M alkalinitasnya dan hardness non karbonatnya = total hardness - M-alkalinitas Reaksi yang terjadi adalah : Pada pH 8,3 OH- + H+ ↔ H2O CO32- + H+ ↔ HCO3Pada pH 4,5 HCO3- + H+ ↔ H2O + CO2 (G. Alaerts dan Sri Sumestri, 1984)

II-13


BAB II Tinjauan Pustaka Tabel II.2 Nilai Ph Titik Akhir Titrasi Alkaliniti untuk Beberapa Contoh Air Contoh air

pH titik akhir titrasi

Air dengan kandungan 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

alkaliniti, silikat, fosfat.

8,3

4,5

Limbah industri

8,3

3,7 (perkiraan)

Air dengan kandungan

(G. Alaerts dan Sri Sumestri, 1984)

II-14


BAB II Tinjauan Pustaka II.2

Jurnal Aplikasi Industri KARAKTERISTIK KINERJA RESIN PENUKAR ION PADA SISTEM AIR BEBAS MINERAL(GCA 01) RSG-GAS Proses pembuatan air bebas mineral pada sistem air bebas

mineral (GCA 01) RSG-GAS menggunakan resin penukar ion yang terdiri dari resin penukar kation dan resin penukar anion serta mixed bed resin. Air baku sebagai air umpan pada pembuatan air bebas mineral diambil dari air pengolahan PAM PUSPIPTEK yang ditampung dalam kolam air baku (raw water). Air baku dipompakan kedalam sistem air bebas mineral menggunakan pompa benam bertingkat banyak (multistage submersible pump) dengan kecepatan alir 5m3/jam. Tahapan proses pembuatan air bebas mineral pada sistem air bebas mineral (GCA 01) adalah air baku dari kolam air baku (raw water)

dipompakan

melewati

saringan

pasir,

saringan

mekanik

kemudian dilewatkan dalam kolom resin penukar kation, kolom resin penukar anion, kolom resin mix-bed, dan dilewatkan dalam saringan resin.

Air

bebas

mineral

selanjutnya

ditampung

dalam

tangki

penampung air bebas mineral (GCA 01 BB 04) dan siap untuk didistribusikan ke kolam reaktor dan fasilitas yang memerlukan air bebas mineral. Pada proses pembuatan air bebas mineral menggunakan unit resin penukar ion, resin penukar ion ditempatkan dalam kolom (proseskolom). Kolom/tangki resin penukar kation berisi 24 liter resin tipe Lewatit IN 42 dan 250 liter resin tipe lewatit Mono Plus S 100, kolom/tangki penukar anion berisi 50 liter resin lewatit IN 42 dan 550 liter resin lewatit MP 600 WS, Sedangkan kolom mixed bed berisi 75 liter lewatit MonoPlus MP 500 dan 75 liter MonoPlus SP-112 H. Arah aliran air pada kolom resin penukar kation dan kolom resin penukar anion adalah dari bawah ke atas sedang dalam kolom resin mix-bed arah aliran air dari atas ke bawah.

II-15


BAB II Tinjauan Pustaka Bertambahnya waktu pengoperasian sistem air bebas mineral (GCA 01) menunjukan harga konduktivitas air keluaran resin penukar anion mengalami kenaikan. Hal ini berkaitan dengan kapasitas tukar ion dari resin penukar ion. Kapasitas resin penukar ion adalah bilangan

yang

menyatakan

jumlah

banyaknya

ion

yang

dapat

ditpertukarkan untuk setiap 1 (satu) gram resin atau tiap mililiter Dengan berjalannya waktu penggunaan resin penukar ion, kemapuan tukar resin penukar ion semakin berkurang dan lama kelamaan tidak mampu lagi mempertukarkan ion-ion pengotor didalam air dengan H+ maupun OH- dari resin penukar ion. Pada proses pembuatan air bebas mineral reaksi pertukaran ion terjadi pada ion yang mempunyai tanda muatan sama antara air sebagai bahan baku dengan resin yang dilaluinya dan berlangsung secara reversible (bolak balik) sehingga dengan bertambahnya waktu penggunaan resin,oleh karena itu pada saat tertentu semua kation atau anion dalam susunan butir-butir resin yang dipakai itu telah habis dipertukarkan dengan kation atau anion dalan air, Dalam hal ini resin penukar ion dianggap jenuh, sehingga resin perlu diaktifkan kembali dengan jalan meregenerasi resin tersebut. pH air keluaran kolom penukar kation mengalami penurunan (air bersifat asam). Hal ini disebabkan oleh setelah air melalui kolom resin penukar

kation,

semua

pengotor

kation

air

akan

diambil/dipertukarkan dengan H+ dari resin penukar kation, sehingga terjadi pelepasan H+ dari resin penukar kation dan air keluaran kolom resin penukar kation bersifat asam. Sedangkan pH air keluaran kolom resin penukar anion mengalami kenaikan. Hal ini disebabkan oleh karena pada saat air melalui kolom resin penukar anion, anion pengotor air akan diambil/dipertukarkan dengan OH- dari resin penukar anion, sehingga terjadi pelepasan OH- dari resin penukar anion oleh karena itu air setelah melewati kolom resin penukar anion mempunyai pH mendekati pH netral atau sedikit basa.

II-16


BAB III METODOLOGI PERCOBAAN III.1 Variabel Percobaan 1. Air PDAM Gebang Lor 14 Surabaya

III.2 Bahan yang Digunakan 1. HCl pekat 2. Indikator Eriochrome Black T 3. Indikator Murexid 4. Larutan standart NaOH 1 N 5. Larutan standart EDTA 0,01 N III.3 Alat yang Digunakan 1. Beaker glass 2. Buret dan statif 3. Demin Plant 4. TDS meter 5. pH meter 6. Erlenmeyer 7. Gelas ukur 8. Pipet tetes 9. Pemanas elektrik

III-1

BAB III Metodologi Percobaan III.4 Prosedur Percobaan III.4.1 Tahap Proses Demineralisasi V-5

V-2

V-6

V - 10

ANION

KATION

E-4 V-1

V-3

V-8 P-41

BAK PENAMPUNG AIR V-4

V-7

V-9

V - 11

E-2

E-1

Gambar III.1 Demin Plant *Resin penukar ion yang digunakan hanya resin kation karena percobaan yang dilakukan merupakan pelunakan (softener)

III.4.1 Tahap Proses Pelunakan (Softener) 1. Melakukan pengecekan terhadap valve maupun pompa. 2. Mengatur pembukaan valve sehingga tidak ada aliran menuju resin anion (air keluar dari bagian bawah setelah resin penukar kation tanpa melewati resin penukar anion). 3. Mengisi bak penampung E1 dengan air PDAM yang sebelumnya telah dianalisa (pH, TDS, Ca-Hardness, Total Hardness) sebagai sampel yang digunakan. 4. Menyalakan pompa. 5. Menampung air yang telah melewati resin kation dalam bak. III.4.2 Tahap Analisa Parameter III.4.2.1 Analisa pH & TDS 1. Mengambil masing-masing sampel sebanyak 10 ml. 2. Memasukkan masing-masing sampel dalam erlenmeyer. 3. Mengukur pH untuk tiap sampel menggunakan pH. III-2


BAB III Metodologi Percobaan II.4.2.2 Analisa Total Dissolved Solid (TDS) 1. Mengambil masing-masing sampel sebanyak 10 ml. 2. Memasukkan masing-masing sampel dalam erlenmeyer. 3. Mengukur TDS untuk tiap sampel menggunakan TDS meter yang telah dikalibrasi. II.4.2.3. Analisa Ca-Hardness 1. Mengambil masing-masing sampel sebanyak 10 ml. 2. Membuat pH setiap sampel menjadi 3 dengan menambahkan 2-3 tetes HCl pekat kemudian mendidihkan sampel. 3. Mendinginkan sampel. 4. Menambahkan larutan NaOH 1 N hingga pH menjadi 10±0,01. 5. Menambahkan indikator murexid secukupnya. 6. Menitrasi dengan larutan EDTA 0,01 M sampai terjadi perubahan warna dari merah muda menjadi ungu. II.4.2.4 Analisa Total Hardness 1. Mengambil masing-masing sampel sebanyak 10 ml. 2. Membuat pH setiap sampel menjadi 3 dengan menambahkan 2-3 tetes HCl pekat. 3. Membasakan sampel dengan menambahkan larutan NaOH 1 N hingga pH menjadi 10±0,01. 4. Menambahkan indikator EBT secukupnya 5. Menitrasi dengan larutan EDTA 0,01 M sampai terjadi perubahan warna dari merah muda menjadi biru.

III-3


BAB III Metodologi Percobaan III.5. Diagram Alir Percobaan III.5.1. Diagram Alir Tahap Proses Pelunakan (Softener) Mulai Melakukan pengecekan terhadap valve maupun pompa. Mengatur pembukaan valve sehingga tidak ada aliran menuju resin anion (air keluar dari bagian bawah setelah resin penukar kation tanpa melewati resin penukar anion). Mengisi bak penampung E1 dengan air PDAM yang sebelumnya telah dianalisa (pH, TDS, Ca-Hardness, Total Hardness) sebagai sampel yang digunakan Menyalakan pompa. Menampung air yang telah melewati resin kation dalam bak Selesai III.5.1. Tahap Analisis III.5.2.1 Analisis pH Mulai Mengambil masing-masing sampel sebanyak 10 ml Memasukkan masing-masing sampel dalam erlenmeyer Mengukur pH untuk tiap sampel menggunakan pH meter

Selesai III-4


BAB III Metodologi Percobaan III.5.2.2 Analisis TDS (Total Dissolved Solid) Mulai Mengambil masing-masing sampel sebanyak 10 ml Memasukkan masing-masing sampel dalam erlenmeyer Mengukur pH untuk tiap sampel menggunakan TDS meter yang telah dikalibrasi. Selesai III.5.2.3 Penentuan Ca-Hardness Mulai Mengambil masing-masing sampel sebanyak 10 ml. Membuat pH setiap sampel menjadi 3 dengan menambahkan 2-4 tetes HCl pekat kemudian mendidihkan sampel. Mendinginkan sampel. Menambahkan larutan NaOH 1 N hingga pH menjadi 10±0,01. Menambahkan indikator murexid secukupnya. Menitrasi dengan larutan EDTA 0,01 M sampai terjadi perubahan warna dari merah muda menjadi ungu Selesai

III-5


BAB III Metodologi Percobaan III.5.2.4 Penentuan Total Hardness Mulai Mengambil masing-masing sampel sebanyak 10 ml. Membuat pH setiap sampel menjadi 3 dengan menambahkan 2-4 tetes HCl pekat.

Menambahkan larutan NaOH 1 N hingga pH menjadi 10±0,01. Menambahkan indikator EBT secukupnya. Menitrasi dengan larutan EDTA 0,01 M sampai terjadi perubahan warna dari merah muda menjadi ungu Selesai

III-6


BAB III Metodologi Percobaan III.6 Gambar Alat Percobaan

Beaker glass

Gelas Ukur

Buret dan statif

III-7

Pemanas Elektrik

Pipet Tetes

pH Meter

Erlenmeyer

TDS meter


BAB III Metodologi Percobaan

Demin plant

III-8


BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN IV.1 Hasil Percobaan Tabel IV.1 Hasil Pengamatan Air PDAM Gebang Lor 14 Surabaya Parameter

In

Out

pH

7,34

7,87

TDS

357 ppm

362 ppm

Ca-Hadrness

250,225 ppm

55,0495 ppm

Total Hardness

390,351 ppm

345,31 ppm

IV.2 Pembahasan IV.2.1 Analisa TDS (Total Dissolve Solid) Kadar TDS yang kecil akan makin baik untuk menghasilkan panas dan menghantarkan panas boiler. Bila parameter TDS berada diatas standar maka air boiler akan di blow down. Pada blow down dimana air dikontrol dengan alat kontrol listrik atau mengukur air yang masuk pada ketel. Artinya apabila zat padat terlarut dalam air (TDS) tinggi diganti dengan zat padat terlarut (TDS) yang rendah dengan blow down yang kontinyu. IV.2.2 Analisa Kesadahan Ca dan Kesadahan Total Terjadi penurunan nilai TDS antara air sebelum dan sesudah treatment, hal ini sesuai dengan literatur bahwa proses pelunakan air yaitu softener untuk menghilangkan unsur-unsur kesadahan (seperti Mg, Ca dan lain-lain). Bagi air industri, unsur Ca dapat menyebabkan kerak pada dinding peralatan sistem pemanasan sehingga dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan industri, disamping itu dapat menghambat proses pemanasan. Masalah ini dapat mengakibatkan penurunan kinerja industri yang pada akhirnya dapat menimbulkan kerugian. Oleh karena

itu

persyaratan

kesadahan

pada

air

industri

sangat

diperhatikan. Pada umumnya jumlah kesadahan pada air industri harus 0, berarti unsur Ca dan Mg dihilangkan sama sekali.

IV-1

BAB V KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Nilai pH yang diperoleh dari air softener adalah 7,87. Hal ini tidak sesuai dengan Standard Kualitas Air Boiler menurut ABMA yang menyebutkan bahwa nilai pH untuk pengisi air ketel sebesar lebih dari 8,5. 2. Nilai kesadahan total dari air softener adalah 345,31 ppm. Hal ini tidak sesuai dengan Standard Kualitas Air Boiler menurut ABMA yang menyebutkan bahwa nilai kesadahan total air untuk umpan boiler adalah maksimal sebesar 60 ppm. 3. Nilai Ca Hardness dari air softener adalah 55,0495 ppm. Hal ini sesuai dengan Standard Kualitas Air Boiler menurut ABMA yang menyebutkan bahwa nilai Ca-hardness maksimal sebesar 60 ppm CaCO3. 4. Nilai TDS dari air softener yang didapat sebesar 362 mg/liter. Hal ini sesuai dengan Standard Kualitas Air Boiler menurut ABMA yang menyebutkan bahwa nilai TDS air untuk umpan boiler adalah maksimal 4000 ppm. 5. Dari hasil analisa yang dilakukan pada Air Gebang Lor 14, air tersebut belum dapat digunakan sebagai air umpan boiler.

V-1

Laboratorium Pengolahan Air Industri Kimia SOFTENER

Recommend Documents