PAGE

4. AIR DAN PENGOLAHANNYA 1. Pendahuluan

1. Umum

Merupakan fakta yang tidak dapat dibantah bahwa air ada di planet bumi ini lama sebelum evolusi kehidupan yang pertama kali. Air adalah zat atau materi atau unsur yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di bumi, tetapi tidak di planet lain. Air menutupi hampir 71% permukaan bumi, terdapat 1,4 trilyun kilometer kubik tersedia di bumi. Tergantung pada ukuran badan, tubuh manusia terdiri atas 55% sampai 78% air. Air sebagian besar terdapat di laut (air asin) dan pada lapisan-lapisan es (di kutub dan puncak-puncak gunung), akan tetapi juga dapat hadir sebagai awan, hujan, sungai, permukaan air tawar, danau, uap air, dan lautan es. Air dalam obyek-obyek tersebut bergerak mengikuti suatu siklus air menuju laut, yaitu: melalui penguapan, hujan, dan aliran air di atas permukaan tanah (runoff), yang meliputi mata air, sungai, muara. Air bersih penting bagi kehidupan manusia, di banyak tempat di dunia terjadi kekurangan persediaan air. Selain di bumi, sejumlah besar air juga diperkirakan terdapat pada kutub utara dan selatan planet Mars, serta pada bulan-bulan Europa dan Enceladus. Air dapat berwujud padatan (es), cairan (air) dan gas (uap air). Gambar di bawah ini merupakan contoh air dalam tiga wujudnya, cairan di laut, es yang mengambang, dan awan di udara yang merupakan uap air.

Air merupakan satu-satunya zat yang secara alami terdapat di permukaan bumi dalam ketiga wujudnya tersebut. Pengelolaan sumber daya air yang kurang baik dapat menyebabkan kekurangan air, monopolisasi serta privatisasi air bahkan menyulut konflik. Indonesia telah memiliki undang-undang yang mengatur sumber daya air sejak tahun 2004, yakni Undang Undang nomor 7 tahun 2004 tentang Sumber Daya Air. Air adalah substansi kimia dengan rumus kimia H2O, satu molekul air tersusun atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Air bersifat tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) dan temperatur 273,15 K (0C). Zat kimia ini merupakan suatu pelarut yang penting, air sering disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat kimia, seperti garam-garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik.

2. Sifat fisik dan kimia

Beberapa sifat fisik dan kimia dari air diantaranya adalah sebagai berikut :Nama sistematisair

Nama alternatifaqua, dihidrogen monoksida, hidrogen hidroksida

Rumus molekulH2O

Massa molar18.0153 g/mol

Densitas 0.998 g/cm (cairan pada 20C) ; 0.92 g/cm (padatan)

Titik lebur0 C atau 273.15 K atau 32 F

Titik didih100C atau 373.15 K atau 212F

Kalor jenis4184 J kg-1 K-1 (cairan pada 20C)

3. Sumber air

Air dapat diperoleh dari berbagai sumber, diantaranya :a. Air hujan (rain water)

Air hujan adalah air yang berasal dari hujan, relatif lebih murni dibandingkan dengan sumber air alam lainnya, meskipun demikian air hujan dapat terkontaminasi dengan kotoran. Pengotoran sangat tergantung dari daerah tempat hujan turun (misal : lingkungan industri, dll.).b. Air permukaan (surface water)Air permukaan adalah air yang terkumpul di permukaan tanah seperti di aliran/arus, sungai, danau, tanah yang basah, atau laut. Air permukaan mengandung CO2 terlarut dari udara atau hasil oksidasi senyawa organik. Air yang mengandung CO2 akan bereaksi dengan batu-batuan mineral umpamanya batu kapur dan akan menghasilkan larutan bikarbonat.

CaCO3 + H2O + CO2 ( Ca(HCO3)2 batu kapur

Ca-bikarbonatGaram sulfat dan khlorida dalam batu kapur juga larut. Air permukaan juga mengandung zat-zat tersuspensi seperti silika dan tanah liat hasil reaksi, dan CO2 terlarut dengan batu mineral, misal: alumino silikat.

K2O.Al2O3.6SiO2 + 2H2O + CO2 ( Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3 + 4 SiO2

tanah liat

silikac. Air tanah (ground water)Air tanah adalah air yang berada di bawah permukaan tanah, yaitu di pori-pori tanah atau sela batu. Air tanah bebas dari zat tersuspensi karena sudah melalui lapisan-lapisan berpori kulit bumi, selain itu air tanah mengandung banyak garam mineral.

d. Air lautAir laut adalah air yang berasal dari laut, banyak mengandung garam-garam seperti NaCl dan MgCl2. Kandungan garam dalam air laut disebut salinity, pada umumnya salinity air laut adalah sekitar 3,5% (35 gram/liter), artinya setiap kilogram air laut mengandung sekitar 35 gram garam terlarut (ion Na+ dan Cl-). Karena mengandung garam terlarut, air laut memiliki densitas (1,025 g/ml) yang lebih besar dari pada air murni (1,0 g/ml). Titik beku air laut menurun bersamaan dengan meningkatnya kandungan garam, dengan kadar garam yang normal titik beku air laut adalah 2 oC. Mengingat bahwa sebagian besar air yang menutupi bumi adalah air laut, maka sebetulnya air laut merupakan sumber air yang berlimpah. Akan tetapi karena sifat fisik dan kimianya, air laut jarang digunakan untuk keperluan hidup sehari-hari, karena memerlukan biaya yang cukup besar untuk proses pemurniannya. Air laut biasanya digunakan untuk proses pendinginan, misal mesin. 4. Spesifikasi AirAir permukaan dan air tanah paling banyak dipakai dalam industri, keperluan domestik, dan pertanian. Spesifikasi air untuk beberapa keperluan industri dapat dilihat pada tabel di bawah ini :NoKeperluanSpesifikasiCatatan

1MinumanTidak boleh basaBasa akan menetralkan asam dari buah-buahan sehingga rasa akan berubah atau hilang

2Susu dan industri yang sejenisa. Tidak berwarnab. Tidak berbauc. Tidak berasad. Bebas dari organisme patogen

3Tekstil/pakaiana. Tidak boleh air keras/ sadahb. Tidak keruh dan bebas dari Fe dan Mnc. Bebas dari zat-zat organikd. Bebas dari warnaa. Air keras/sadah akan meningkatkan penggunaan sabun/detejen, selain itu air sadah mengendapkan zat warna basa dan mengurangi kelarutan zat warna asamb. Garam Fe dan Mn menyebabkan warna abu-abu dan kuning pada kain, selain itu pewarkaan akan tidak rata dan meninggalkan bercak-bercak pada kainc. Menghasilkan bau yang tidak enak

4Kertasa. Tidak boleh basab. Tidak boleh keruh, berwarna, mengandung Fe dan Mnc. Tidak boleh ada SiO2d. Tidak boleh air sadaha. Pemakaian alum (koagulan) akan menaikkan biaya produksib. Mempengaruhi warna kertasc. Menyebabkan kertas pecah-pecahd. Garam Ca dan Mg menaikkan kandungan abu dalam kertas

5Stasiun pembangkit a. Sistem pendingin

b. Boiler/ketel Tidak menyebabkan korosi

Tidak menghasilkan kerak

Tidak menyebabkan pertumbuhan jamur

Kesadahan = 0Jamur menyebabkan air berbau

Air sadah menyebabkan kerak yang akan mengurangi efisiensi perpindahan panas

2. Analisis Air

Sebelum air diolah, terlebih dahulu harus diketahui zat-zat pengganggu apa saja yang ada dan berapa banyak jumlahnya. Hasil analisis air biasanya dinyatakan dalam ppm (part per million), yaitu jumlah bagian zat dalam sejuta bagian air (mg/liter). Beberapa analisis yang umum dilakukan terhadap air adalah sebagai berikut : a. KesadahanMenetapkan kadar Ca2+ dan Mg2+b. Alkalinitas

Menetapkan kadar HCO3- (bikarbonat), CO32- (karbonat), dan OH- (hidroksida)c. Keasaman

Menetapkan kadar H+

d. Lain-lain

Menetapkan kadar Na+, Fe2+, Mn2+, SiO2, NO3-, Cl-, SO42-, F-Konsentrasi zat-zat pengganggu yang menyebabkan kesadahan, alkalinitas, dan keasaman biasanya dinyatakan dalam jumlah ekivalen CaCO3. Dipilih CaCO3 karena CaCO3 paling tidak larut dalam air dan berat molekulnya = 100. Dengan demikian perhitungan menjadi mudah, karena valensinya = 2, maka berat ekivalennya = 50 (berat ekivalen = berat atom/valensi). Untuk suatu konstituen dengan konsentrasi x mg/l, maka jumlah ekivalen CaCO3 = 50 x/berat ekivalen konstituen. Sebagai contoh : suatu air mengandung 40 mg/l Ca2+, 24 mg/l Mg2+, 9,2 mg/l Na2+, 183 mg/l HCO3-, 57,5 mg/l SO42- dan 7 mg/l Cl-. Maka konsentrasi masing-masing konstituen dalam berat ekivalen CaCO3 adalah sebagai berikut :IonKonsentrasi

(ppm = mg/l)Berat Ekivalen

(Berat atom/valensi)Konsentrasi

dalam ekivalen CaCO3 (mg/l)

Ca2+4040/2 = 2050 x 40/20 = 100

Mg2+2424/2 = 1250 x 24/12 = 100

Na+9,223/1 = 2350 x 9,2/23 = 20

HCO3-18361/1 = 6150 x 183/61 = 150

SO42-57,596/2 = 4850 x 57,5/48 = 58

Cl-735,5/1 = 35,550 x 7/35,5 = 95

3. Kesadahan Air

Air sadah, atau biasa disebut juga air keras (hard water), adalah air dengan kandungan mineral yang tinggi, mineral terlarut yang paling mengganggu adalah kation multivalen yaitu kation dengan muatan lebih besar dari 1, seperti kalsium (Ca2+) dan magnesium (Mg2+). Ion-ion ini masuk dalam air karena dalam perjalanannya, air melewati mineral yang mengandung kalsium dan magnesium seperti batu kapur (CaCO3) dan gypsum. Di beberapa tempat tertentu, selain Ca2+ dan Mg2+, ion-ion Fe2+, Al3+, dan Mn2+ juga berkontribusi terhadap kesadahan air. CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-Sebetulnya semua air, kecuali air yang didestilasi dengan cermat, mengandung sejumlah mineral terlarut, karena air merupakan pelarut yang sangat baik. Akan tetapi, mineral terlarut dengan kadar yang tinggi dapat menimbulkan masalah, karena pengendapan oksida mineral yang dapat menyumbat pipa saluran air. Endapan ini disebut kerak dan biasanya berbentuk kalsium karbonat (CaCO3), magnesium hidroksida (Mg(OH)2), dan kalsium sulfat (CaSO4). Air sadah tidak berbahaya bagi manusia, World Health Organization (WHO) menegaskan bahwa tidak ada bukti yang meyakinkan bahwa air sadah menyebabkan gangguan kesehatan pada manusia. Meskipun demikian, direkomendasikan supaya batas minimum dan maksimum kandungan Ca2+ dalam air minum adalah 40 80 ppm, sedangkan kandungan Mg2+ adalah 20 30 ppm. Sebagai perbandingan, air disebut air sadah apabila kandungan CaCO3 adalah 121 180 mg/l. Selain kandungan CaCO3, kesadahan air dapat diukur melalui pH nya, yang disebut Langelier Saturation Index (LSI) dan Ryznar Stability Index (RSI).Dalam kehidupan sehari-hari, masalah dengan air sadah lebih dikenal bukan karena skala pembentukannya akan tetapi karena air sadah sulit bereaksi dengan sabun. Air sadah menyebabkan sabun sukar larut sehingga tidak berbusa, kondisi ini menyebabkan orang cenderung menggunakan sabun lebih banyak. Dengan sabun, kehadiran garam-garam bikarbonat, khlorida, dan sulfat dari ion-ion Ca2+ dan Mg2+ dalam air sadah akan membentuk padatan (soap scum) yang cukup tebal. Kandungan utama dari endapan ini adalah kalsium stearat, yang merupakan komponen utama dari sabun. Sabun tidak akan berbusa sebelum semua ion M2+ diendapkan. Dengan demikian maka kesadahan air dapat didefinisikan sebagai kapasitas air dalam mengkonsumsi sabun. 2 C17H35COONa + M2+ ( (C17H35COO)2M + 2 Na+ sabun (Ca/Mg) padatanAda 2 jenis kesadahan, yaitu :

a. Kesadahan sementara (temporary hardness)

Disebabkan oleh bikarbonat dari Ca2+ dan Mg2+, disebut carbonate hardness (CH), dapat dihilangkan dengan dididihkanCa (HCO3)2 ( CaCO3 + H2O + CO2Mg (HCO3)2 ( Mg(OH)2 + 2 CO2b. Kesadahan tetap (permanent hardness)Disebabkan oleh sulfat dan khlorida dari Ca2+ dan Mg2+, disebut non-carbonate hardness (NCH), tidak dapat dihilangkan dengan pendidihanKesadahan air biasanya diukur terhadap total dari kesadahan sementara dan kesadahan tetap, disebut kesadahan total (total hardness/TH), TH = CH + NCH, dengan satuan ppm (mg CaCO3 dalam l liter air). 4. Alkalinitas Air

Alkalinitas air adalah kemampuan dari larutan untuk menetralkan asam sampai pada titik ekivalen dari karbonat (CO32-) atau bikarbonat (HCO3-). Atau dengan kata lain, alkalinitas adalah kemampuan menyangga (buffering) larutan asam. Alkalinitas sebanding dengan jumlah stoikiometri basa dalam larutan. Total alkalinitas didominasi oleh karbonat alkalinitas yang disebabkan oleh batu kapur dan adanya CO2 di atmosfer. Komponen alamiah lainnya yang berkontribusi pada alkalinitas adalah borat, hidroksida, fosfat, silikat nitrat, amonia, dan konjugat basa dari beberapa asam organik dan sulfida. Alkalinitas tidak sama dengan kebasaan, sebagai contoh, pH suatu larutan dapat diturunkan dengan penambahan CO2, dengan demikian maka kebasaan larutan tersebut akan turun, akan tetapi alkalinitasnya tetap. Air dengan alkalinitas yang tinggi akan terasa seperti soda dan dapat menyebabkan kekeringan/iritasi pada kulit karena alkalinitas cenderung menghilangkan lapisan minyak pada kulit, air dengan alkalinitas tinggi disebut air sadah. Alkalinitas dinyatakan dengan kandungan CaCO3 dalam air dalam ppm, air minum mempunyai kandungan CaCO3 sebesar 20 200 ppm (mg per liter air). Alkalinitas dapat diukur melalui titrasi dengan asam kuat (H+) sampai seluruh kapasitas buffer dari basa habis terpakai. Volume dari asam yang diperlukan untuk mencapai nilai pH tertentu mencerminkan alkalinitas. Tercapainya pH pada titik akhir ditandai dengan perubahan warna larutan, untuk mengamati perubahan warna ini digunakan indikator. Pemilihan indikator tergantung pada daerah transisi pH titik akhir :

a. Untuk titrasi karbonat (CO32-) dapat digunakan indikator phenolphthalein yang bekerja pada pH=8,3. Warna berubah dari merah jambu menjadi tidak berwarna. CO32- + H+ ( HCO3-b. Untuk titrasi bikarbonat (HCO3-) dapat digunakan indikator metil oranye yang bekerja pada pH = 4,5. Warna berubah dari kuning menjadi merah jambu. HCO3- + H+ ( H2O + CO2Pada pH titik akhir, semua basa telah diambil H+ (disebut protonasi). Mengingat bahwa di dalam air terdapat beberapa ion penyebab alkalinitas, maka ukuran alkalinitas merupakan total dari alkalinitas masing-masing ion. Untuk ion dengan valensi lebih dari satu, maka dalam menghitung alkalinitas total, alkalinitas ion tersebut dikalikan dengan faktor valensi. Sebagai contoh, untuk air yang mengandung ion bikarbonat (HCO3-), ion karbonat (CO32-), hidroksida (OH-), fosfat (PO43-), dan bifosfat (HPO42-), maka berdasarkan reaksi :

HCO3 + H+ CO2 + H2O

CO32 + 2H+ CO2 + H2O

OH + H+ H2O

PO43 + 2H+ H2PO4HPO42 + H+ H2PO4Alkalinitas totalnya (AT) adalah :

AT = [HCO3]T + 2 [CO32]T + [OH]T + 2 [PO43]T + [HPO42]

5. Keasaman Air

Dalam ilmu kimia, pH digunakan sebagai ukuran keasaman atau kebasaan suatu larutan. Air murni disebut netral dengan pH = 7 pada 25oC. Larutan dengan pH kurang dari 7 disebut asam, dan larutan dengan pH lebih besar dari 7 disebut basa. Beberapa contoh harga pH dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Darah manusia mempunyai pH antara 7,34 7,45, perubahan pH tubuh berakibat pada sakit. Asidosis adalah kelainan kesetimbangan asam basa dalam tubuh, dimana terdapat asam yang berlebih dalam tubuh sehingga pH darah turun. Beberapa gejala asidosis sebagai akibat dari turunnya pH darah dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Keasaman pada air dapat menyebabkan korosi, dengan demikian diperlukan soda dan kapur lebih banyak untuk pengolahan air. Ada 2 jenis keasaman, yaitu :a. Keasaman CO2, disebabkan oleh CO2 terlarut dalam air.b. Keasaman mineral, disebabkan oleh asam mineral yang dapat berasal dari limbah industri terutama dari hidrolisa garam Fe dan Al.

6. Pengolahan Air

Pengolahan air adalah proses untuk membuat air menjadi lebih bermanfaat untuk keperluan-keperluan tertentu, misal untuk minum, keperluan industri, keperluan medis, dll. Tujuan dari proses pengolahan air adalah menghilangkan atau mengurangi kontaminan yang ada dalam air, supaya air dapat digunakan untuk keperluan tertentu. Dalam hal ini pengolahan air termasuk juga pembersihan air buangan supaya aman untuk dibuang ke lingkungan. Untuk air minum, pemurnian air biasanya untuk menghilangkan padatan, bakteri, jamur, virus, ganggang, dan mineral (besi, mangan, sulfur). WHO telah menerbitkan panduan tentang persyaratan yang harus dipenuhi untuk air minum, diantaranya :a. Jernih, tidak berwarna, dan tidak berbaub. Bebas dari organisme patogenc. Tidak mengandung senyawa kimia yang membahayakan manusia atau merusak mesind. Tidak terlalu keras atau lunak (kesadahan = 80 mg/l)Tahap pengolahan air minum secara umum dimulai dengan pemisahan padatan dengan menggunakan proses fisik (penyaringan), dilanjutkan dengan proses kimia seperti desinfektan dan koagulasi. Untuk keperluan tertentu dilakukan juga proses biologi. Tahapan proses pemurnian air untuk air minum yang sudah umum dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Pra-khlorinasiMengontrol ganggang dan menghentikan pertumbuhan biologi

AerasiMenghilangkan besi (Fe) dan mangan (Mn) terlarut

KoagulasiFlokulasi (pembentukan floc)

Koagulasi asamMemperbaiki flokulasi sehingga floc yang dihasilkan lebih tebal

SedimentasiPemisahan padatan, yaitu menghilangkan endapan tersuspensi yang terperangkap dalam floc

Filtrasi Menghilangkan partikel pengganggu

DesalinasiMenghilangkan garam

DesinfeksinasiMembunuh bakteri (giardia lamblia, coliform, dll), untuk mencegah penyebaran penyakit. Standar untuk bakteri coliform dalam air minum adalah lebih kecil dari 1 koloni coliform per 100 ml air (< 1/100 ml)

Desinfeksi sering dilakukan dengan khlorinasi, pada sistem yang ideal konsentrasi khlorin (Cl2) bebas dalam air adalah 0,3 0,5 mg/l.

Tidak ada proses pengolahan air yang unik untuk semua air, selain itu juga sulit untuk membuat standar pengolahan air karena sumber air yang berbeda-beda. Air dari setiap sumber air harus diolah secara tersendiri untuk keperluan tertentu. Tergantung pada sumber air dan untuk keperluan apa, pemurnian air dapat dilakukan dengan memilih tahapan-tahapan tersebut di atas. Bagan di bawah ini adalah salah satu contoh proses pemurnian air :1) Air (sungai, danau) Dialirkan/dipompa

Reservoir + n-C16H33OH (mencegah penguapan)

terbentuk monolayer dengan gugus OH yang mempunyai sifat hidrofil + CuSO4 (mencegah jamur tumbuh)

2) Penghilangan zat tersuspensi Koagulasi (pemilihan koagulan tergantung pada pH air, penambahan tawas

pada air merubah sifat air menjadi basa, carbonate hardness (CH) menjadi

non carbonate hardness (NCH) Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 ( 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

CH

NCH

* pH 7 9 dapat digunakan tawas, Al2(SO4)3, 5 50 mg/l

* pH 6 10 digunakan Fe2(SO4)3, jumlah tergantung tes awal Disaring (pasir, kerikil)3) Pemberian disinfektan Cl2, Br2, ClO2, O3, sinar UV, radiasi, dll.

Pemberian desinfektan dapat dilakukan sebelum atau sesudah penyaringan Konsentrasi antara 0,1 0,2 ppm Cl2 dengan air membentuk HCl dan HOCl, HOCl ikut aktif membunuh

kuman.

Kalau air mengandung NH3 terbentuk:

NH3 + HOCl ( H2O + NH2ClpH = 8

NH2Cl + HOCl ( H2O + NHCl2pH = 5

NHCl2 + HOCl ( H2O + NCl3 pH = 4

berfungsi membunuh bakteri

Kalau air mengandung fenol, terbentuk khlorofenol (bau air tidak enak) ClO2 mempunyai efektivitas sama dengan Cl2, sesuai untuk pH tinggi,

dengan fenol tidak membentuk khlorofenol, tetapi relatif mahal dan agak

tidak stabil Ozon (O3), lebih mahal dari Cl2, hanya larut sebagian dalam air, tidak

memberi rasa pada air

4) Disimpan/distribusi7. Pelunakan Air

Pelunakan air (water softening) adalah proses pengurangan atau penghilangan ion-ion Ca2+ dan Mg2+ dalam air sadah. Beberapa metoda pelunakan air yang sering digunakan adalah : resin penukar ion, chelating, dan lime softening.1. Resin penukar ion

Resin penukar ion adalah polimer organik yang mampu melakukan pertukaran ion antara ion dalam polimer dengan ion dalam larutan yang dilewatkan resin. Pada pemurnian air, tujuan penggunaan resin penukar ion adalah untuk melunakkan air dengan menghilangkan ion Ca2+ dan Mg2+ yang terdapat dalam air sadah. Air dilunakkan dengan menggunakan resin yang mengandung kation Na+ yang akan mengikat ion Ca2+ dan Mg2+ dengan lebih kuat dibandingkan dengan mengikat ion Na+. Ketika air dilewatkan resin, resin akan mengikat Ca2+ dan Mg2+ dan melepaskan Na+ yang menyebabkan air menjadi lunak, karena ion Na+ tidak menyebabkan kesadahan. Resin yang digunakan untuk menukar anion disebut resin penukar anion, sedangkan resin yang digunakan untuk menukar kation disebut resin penukar kation.

Reaksi penukaran:

(HCO3)2

(HCO3)

MSO4 + Na2Z ( MZ + Na2 SO4

Cl2

Cl2

M = Ca/MgTentu saja lama kelamaan kapasitas resin akan semakin berkurang dan habis, oleh karena itu resin harus di-regenasi dengan mengalirkan larutan NaCl atau KCl kedalam resin.

MZ + 2 NaCl ( MCl2 + Na2Z

dicuci untuk menghilangkan M

Dengan penukaran ion kesadahan air dapat ditekan sampai 1-2 ppm. Air minum tidak boleh terlalu lunak sebab akan menyebabkan Pb pada pipa air terlarut.

2Pb + 2H2O + O ( 2 Pb(OH)22. ChelationChelate adalah senyawa kimia yang tersusun atas ion logam dan chelating agent. Chelating agent adalah senyawa dimana molekulnya dapat membentuk beberapa ikatan ke ion logam tunggal. Dengan kata lain, chelating agent adalah ligan multidentat. Chelation berasal dari kata Yunani yang berarti cakar (claw). Chelation adalah pembentukan 2 atau lebih ikatan terpisah antara ligan multidentat (ikatan ganda) dengan atom pusat tunggal. Biasanya ligan adalah senyawa organik yang disebut chelant/chelator/chelating agent. Ligan terletak disekitar atom pusat seperti cakar pada lobster. Hasil dari proses chelating adalah chelant yaitu molekul kompleks dengan ion logam tertentu yang apabila bereaksi akan membentuk endapan. Contoh chelating agent yang sederhana adalah ethylenediamine.

Molekul ethylenediamine tunggal dapat membentuk 2 ikatan dengan ion logam transisi seperti Ni2+. Ikatan terbentuk antara ion logam dengan atom-atom nitrogen dari ethylenediamine.

EDTA adalah chelating agent yang sering digunakan dalam sabun dan deterjen, karena membentuk senyawa kompleks dengan ion kalsium dan magnesium. EDTA mengikat ion-ion Ca2+ dan Mg2+, sehingga tidak menyebabkan kesadahan pada air. Pada kompleks kalsium, [Ca(EDTA)]2, EDTA adalah ligan tetradenta dan chelation melibatkan 2 atom nitrogen dan 2 atom oksigen pada gugus karboksil (-COO) yang terpisah.

ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)

3. Lime softening

Lime softening atau Clark Process merupakan salah satu metoda pelunakan air dengan cara mengendapkan ion-ion Ca2+ dan Mg2+ pada air sadah menjadi garam-garam yang tidak larut dalam air. Lime softening melibatkan serangkaian reaksi kimia yang kompleks. Tujuan dari reaksi kimia ini adalah merubah Ca2+ dan Mg2+ menjadi endapan kalsium karbonat (CaCO3) dan magnesium hidroksida (Mg(OH)2). Pengendapan akan terjadi kalau pH air dinaikkan, senyawa kalsium akan mengendap pada pH 9 9,5, sedangkan senyawa magnesium memerlukan pH 10 10,5. Pengendapan dilakukan dengan menambahkan zat pelunak seperti kapur (lime) dalam bentuk Ca(OH)2 atau CaO, pada air sadah. Pada saat zat pelunak ditambahkan pada air, pH air akan naik dan kesetimbangan spesies karbonat dalam air akan bergeser. CO2 terlarut akan berubah menjadi bikarbonat (HCO3-1) dan kemudian menjadi karbonat (CO3-2). Reaksi ini menyebabkan kalsium karbonat (CaCO3) mengendap karena melebihi hasil kali kelarutan. Sedangkan ion Mg2+ akan mengendap sebagai magnesium hidroksida (Mg(OH)2). CO2 + CaO ( Ca(HCO3)2 ( CaCO3 CO2 + Ca(OH)2 ( CaCO3 + H2OSenyawa magnesium mengalami reaksi yang agak berbeda, mula-mula magnesium bikarbonat (Mg(HCO3)2 akan bereaksi dengan lime dan menghasilkan kalsium karbonat (CaCO3). Kemudian magnesium karbonat bereaksi lebih lanjut dengan lime dan membentuk kalsium karbonat dan magnesium hidroksida (Mg(OH)2). Kedua senyawa ini mengendap dalam air. Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 ( CaCO3 + MgCO3 + 2 H2O MgCO3 + Ca(OH)2 ( CaCO3 + Mg(OH)2Kadang-kadang selain kesadahan karbonat, kesadahan non karbonat juga perlu dihilangkan, dalam hal ini dapat digunakan soda ash (Na2CO3), atau caustic soda (NaOH). Na2SO4 tidak menyebabkan kesadahan air, maka tidak perlu dihilangkan. MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4 CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4Lime softening menghasilkan endapan dalam bentuk sludge (lumpur) dalam jumlah banyak, untuk setiap pound lime akan dihasilkan 2 pound sludge.8. Air Untuk Keperluan Pendinginan

1. Air Boiler (Ketel)

Boiler (ketel) adalah bejana tertutup dimana air dibawah tekanan dirubah menjadi uap dengan memanaskannya. Karena fungsi dari ketel adalah menghasilkan panas melalui uap air, maka ketel harus dirancang untuk menyerap panas secara maksimum. Di pabrik, ketel memegang peranan penting, oleh karena itu pemeliharaan ketel menjadi hal yang perlu diperhatikan. Air yang digunakan untuk ketel tidak boleh menyebabkan kerak/endapan, karena akan menyumbat pipa dan menghambat perpindahan panas, sehingga diperlukan lebih banyak bahan bakar. Supaya titik didih air dapat dicapai lebih rendah dari pada titik didih normal, maka pemanasan air dalam ketel dilakukan dibawah tekanan tinggi. Apabila panas dari bahan bakar yang diterima ketel tidak segera disalurkan kedalam air maka akan terjadi overheating pada ketel yang dapat menyebabkan korosi pada logam ketel.

Zat-zat yang tidak diinginkan untuk air ketel adalah :

a. CaCO3, CaSO4, Mg(OH)2, SiO2 (Silika)Senyawa-senyawa tersebut akan membentuk kerak. Menghilangkan kerak dapat dilakukan dengan asam (untuk kerak karbonat dan fosfat), Na-heksa metafosfat, atau campuran EDTA dan garam tetra Na-EDT. Untuk ketel yang beroperasi pada tekanan rendah (1,76 x 104 kg m-2), sedikit silika tidak menimbulkan masalah, akan tetapi pada tekanan sedang (56,24 x 104 kgm-2) dan tinggi (> 56,24 x 104 kg m-2), silika akan membentuk kerak (K-silikat, Na/Al silikat dll).

b. Minyak

Minyak membentuk lapisan penghambat panas pada bahan ketel, selain itu, minyak dapat terhidrolisa menjadi asam lunak yang dapat menyebabkan korosi.

c. Gas-gas terlarut

Gas O2, H2S, dan SO2 menyebabkan korosi dan menyerang bahan ketel

Supaya ketel dapat beroperasi dengan baik, maka harus dilakukan pemeliharaan dengan seksama. Pemeliharaan ketel terdiri atas 2 tahap, yaitu external treatment dan internal treatment. External treatment dilakukan dengan menghilangkan kontaminan dalam air yang akan digunakan (pelunakan air), melalui klarifikasi, filtrasi, pelunakan, dealkalisasi, demineralisasi, deaerasi, dan pemanasan. Sedangkan internal treatment dilakukan dengan penambahan zat kimia kedalam air. Deaerasi pada air ketel ditujukan untuk menghilangkan oksigen, karbon dioksida, dan gas-gas yang tidak terkondensasi lainnya sebagai penyebab korosi, mengurangi kelarutan dari gas-gas yang tidak diinginkan, dan memanaskan air pada temperatur tertinggi sesuai persyaratan yang ditetapkan. Menghilangkan Silika (SiO2) dapat dilakukan dengan MgO2 atau ditambah Fe2(SO4)3 dan NaOH. SiO2 diubah menjadi SiF63- dengan HF dan dihilangkan dengan penukaran ion.2. Air Pendingin

Bagian terbesar dari air dalam industri digunakan sebagai air pendingin. Syarat-syarat air pendingin adalah :

a. Tidak menyebabkan terbentuknya kerakb. Tidak menyenbabkan terbentuknya karatc. Harus stabil (tidak melarutkan CaCO3 supaya pipa tidak diserang korosi dan tidak mengendapkan CaCO3 supaya pipa tidak tersumbat)9. Desalinasi

Desalinasi adalah proses untuk menghilangkan garam dan mineral berlebih dari air untuk meperoleh air yang dapat dikonsumsi oleh makhluk hidup. Biasanya desalinasi dilakukan terhadap air laut, proses desalinasi pada umumnya memerlukan biaya yang besar. Beberapa metoda desalinasi adalah : a. Penguapan (destilasi)Destilasi dilakukan dengan memanaskan air, uap air yang terbentuk dialirkan melalui kondensator untuk mengembunkan kembali uap air. Pemanasan dalam jumlah besar biasanya dilakukan dengan matahari, dalam hal air laut akan diperoleh hasil samping yaitu garam untuk memasak. Untuk menghemat energi, pemanasan air dilakukan dibawah tekanan tinggi (disebut vacuum destilation) sehingga air akan menguap pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur normal. b. Pembekuan

Metoda ini menggunakan prinsip sifat koligatif larutan, yaitu bahwa zat terlarut akan menurunkan titik beku larutan. Dengan demikian, maka pada 0oC, air akan membeku sedangkan zat terlarut tidak.

c. Ekstraksi

Ekstraksi adalah proses pemisahan senyawa dari suatu matriks. Pada ekstraksi digunakan 2 fasa yang tidak saling larut, untuk memindahkan zat terlarut pada suatu fasa ke fasa lainnya. Distribusi zat terlarut diantara 2 fasa adalah keadaan setimbang. Sebagai contoh, daun teh yang didihkan dalam air akan mengekstrak (memindahkan) tanin, teobromin, dan kafein dari daun teh ke air.

d. Reversed osmosis (osmosis terbalik)

Pada kehidupan modern seperti saat ini, proses desalinasi difokuskan pada pengembangan cara yang efektif untuk menyediakan air bersih untuk digunakan di wilayah yang memiliki keterbatasan air. Desalinasi pada skala besar biasanya menggunakan sejumlah besar energi dan infrastruktur spesialis, sehingga sangat mahal dibandingkan dengan penggunaan air tawar dari sungai atau air tanah. Metoda osmosis terbalik ini menggunakan prinsip sifat koligatif larutan yaitu tekanan osmosis, hanya saja prosesnya dibalik. Tekanan osmosis adalah tekanan yang diperlukan untuk menghentikan aliran osmosis. Aliran osmosis adalah perpindahan pelarut dari larutan dengan konsentrasi zat terlarut rendah ke ke larutan dengan konsentrasi zat terlarut tinggi, melalui membran semipermeable. Membran semipermeabel adalah membran yang hanya dapat dilewati oleh pelarut, zat terlarut tidak dapat menembus membran. Apabila diatas larutan diberi tekanan maka aliran osmosis akan terhambat, dan apabila tekanan diperbesar maka pada suatu saat tekanan ini akan menghentikan aliran osmosis, inilah yang disebut sebagai tekanan osmosis. Kalau tekanan osmosis ini kemudian diperbesar lagi, maka aliran osmosis akan terbalik, alirannya menjadi dari larutan dengan konsentrasi zat terlarut tinggi ke ke larutan dengan konsentrasi zat terlarut rendah. Karena membran semipermeabel hanya dapat dilewati oleh pelarut, maka zat terlarut akan tinggal di kolomnya dan akan diperoleh pelarut murni yaitu air. Proses ini disebut reversed osmosis (osmosis terbalik), dan sangat potensial untuk digunakan sebagai proses pemurnian air laut untuk mendapatkan air murni. Dibandingkan dengan metoda yang lain, osmosis terbalik relatif memerlukan biaya yang lebih murah.

Kilang desalinasi air terbesar dengan menggunakan metoda osmosis terbalik ada di Jebel Ali di Uni Emirat Arab. Kilang ini mampu menghasilkan 300 juta m3 air per tahun, sebagai perbandingan, kilang desalinasi air di Tampa Bay, Florida, USA, menghasilkan 34,7 juta m3 air per tahun. Di bawah ini adalah gambar kilang desalinasi osmosis terbalik di Barcelona, Spanyol.

e. Elektrodialisis

Elektrodialisis adalah proses dimana ion garam dipindahkan dari satu larutan melalui membran penukar ion ke larutan lain di bawah pengaruh perbedaan potensial listrik. Proses ini dilakukan dalam suatu konfigurasi yang disebut sel elektrodialisis. Sel terdiri atas feed compartment dan concentrate (brine) compartment yang dibentuk dari membran penukar anion dan membran penukar kation yang diletakkan diantara 2 elektroda. Sel elektrodialisis bertingkat disusun dalam konfigurasi yang disebut rak elektrodialisis, dengan penempatan membran penukar anion dan kation secara selang seling.

Pada rak elektrodialisis, D stream, C stream, dan E stream diijinkan mengalir melalui kompartmen sel yang dibentuk oleh membran penukar ion. Dengan pengaruh dari perbedaan potensial listrik, ion bermuatan negatif (misal : Cl-) di D stream bermigrasi ke anoda yang bermuatan positif. Ion-ion ini melewati membran penukar anion yang bermuatan positif, akan tetapi dicegah untuk bermigrasi lebih lanjut ke anoda oleh membran penukar kation yang bermuatan negatif, dan tetap tinggal di C stream. Spesies dengan muatan positif (misal : Na+) di D stream bermigrasi ke katoda yang bermuatan negatif . Ion-ion ini melewati membran penukar kation yang bermuatan negatif dan juga tetap tinggal di C stream dan dicegah untuk bermigrasi lebih lanjut ke katoda oleh membran penukar anion yang bermuatan positif. Sebagai hasil dari migrasi anion dan kation, arus listrik mengalir diantara katoda dan anoda. Hanya ekivelen muatan anion dan kation yang sama yang dipindahkan dari D stream ke C stream, dengan demikian kesetimbangan muatan terjaga di masing-masing stream. Hasil secara keseluruhan dari proses elektrodialisis adalah peningkatan konsentrasi ion di C stream dan penipisan ion di D stream. Reaksi yang terjadi pada masing-masing elektroda adalah sebagai berikut :

Katoda : 2e- + 2 H2O H2 (g) + 2 OH-Anoda : H2O 2 H+ + O2 (g) + 2e- atau 2 Cl- Cl2 (g) + 2e-

1

PAGE 20

_1263995514.vsdLarutan mengandung Ca2+ dan Mg2+

Penukar ion/resin

Na Zeolite

_1263997412.vsdMembran permeable

Air murni

Pompa tekanan tinggi

Air garam

Larutan pekat garam