SU I : K.5 Kesadahan Definisi/pengertian kesadahan, 2 2. Kerugian akibat kesadahan, 3 3. Jenis-jenis kesadahan dan sifat serta karakteristik jenis-jenis kesadahan, 7 4. Proses penghilangan kesadahan, 95. Pengukuran kesadahan, 19 6. Perhitungan kesadahan air dan jumlah khemikal untuk menghilangkan kesadahan, 23.*

KesadahanDefinisi/pengertian kesadahan

Kesadahan = kadar garam-garam kalsium dan/atau magnesium terlarut

*

Kerugian akibat kesadahan :

- Terhadap air proses : pada produk laundry, tekstil, bahan pewarna, kertas, plastik Terhadap air pendingin (pada HE) Terhadap air umpan ketel (pada boiler) - Terhadap air domestik (pada pencucian pakaian).

*

Pada industri laundry, tekstil, bahan pewarna, kertas, plastik. Kesadahan dapat menimbulkan endapan pada produk akibat pemanasan. Endapan akan mengakibatkan timbulnya bercak pada produk. Industri laundry, tekstil, bahan pewarna, kertas dan plastik menghendaki produk yang mulus, tidak berbercak. *

Pada HE (air pendingin)

Kesadahan akan menimbulkan endapan pada suhu tinggi dalam peralatan HE. Endapan yang timbul pada permukaan tube HE berpotensi menghambat aliran fluida serta transfer panas. Adanya blokade aliran fluida dan transfer panas akan mengurangi efektifitas transfer panas dan beresiko terjadinya bocor/jebol, spotting/local heating yang dapat merusak alat (meleleh), sehingga terjadi kebocoran. Endapan juga berpotensi menimbulkan korosi jenis under deposit corrosion yang dapat merusak alat, bocor, dsb. *

Pada boiler (air umpan ketel) Pada boiler, kesadahan menimbulkan masalah yang sama dengan masalah yang ada pada HE, tetapi lebih berbahaya karena boiler bekerja pada suhu dan tekanan yang tinggi. Jika terjadi spotting/local heating dan logam meleleh sehingga kekuatan logam melemah, maka boiler dapat meledak. Resiko korosi juga lebih besar dari pada HE karena tingginya suhu dan tekanan operasi pada boiler.

*

Pada air domestik

Pencucian pakaian membutuhkan lebih banyak sabun/deterjen. *

Jenis-jenis kesadahan : 1. Kesadahan temporer : disebabkan oleh garam-garam bikarbonat. 2. Kesadahan permanen : oleh garam-garam klorida dan/atau sulfat.

Rumus kimia senyawa penyebab kesadahan:

1. Temporer : Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 2. Permanen : CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4

*

Sifat/karakteristik jenis-jenis kesadahan 1. temporer : dapat hilang oleh pemanasan 2. permanen : tidak dapat hilang hanya dengan pemanasan, harus dengan bahan kimia.

*

Proses penghilangan kesadahan 1. Dengan pemanasan (vs kesadahan temporer) 2. Proses lime-soda 3. Dengan ion exchanger.

*

Pemanasan (vs kesadahan temporer)

Pemanasan akan menimbulkan endapan berupa CaCO3 dan/atau Mg(OH)2. Reaksi : Ca(HCO3)2(aq) CaCO3 + H2O(l) + CO2 / +q

Mg(HCO3)2(aq) Mg(OH)2 + 2 CO2 / +q

*

Proses Lime-Soda, ada 2 macam : Proses Lime-Soda Dingin : tanpa pemanasan Proses Lime-Soda Panas : dengan pemanasan

*

Reagensia proses lime-soda : Lime = Ca(OH)2 Soda = soda abu = Na2CO3.

*

Reaksi pada Proses Lime-Soda Kesadahan temporer :

Garam Ca : Ca(HCO3)2 (aq) + Ca(OH)2 (aq) 2 CaCO3 + 2 H2O (l)

Garam Mg :Mg(HCO3)2 (aq) + Ca(OH)2 (aq) MgCO3 (aq) + CaCO3 + 2 H2O (l) MgCO3 + Ca(OH)2 (aq) Mg(OH)2 + CaCO3 Over-all : Mg(HCO3)2 (aq) + 2 Ca(OH)2 (aq) Mg(OH)2 + + 2 CaCO3 + 2 H2O (l)

*

Kesadahan permanen Garam Ca : Klorida : CaCl2 (aq) + Ca(OH)2 (aq) X CaCl2 (aq) + Na2CO3 (aq) CaCO3 + 2 NaCl (aq)

Sulfat : CaSO4 (aq) + Ca(OH)2 (aq) X CaSO4 (aq) + Na2CO3 (aq) CaCO3 + Na2SO4 (aq)

*

Garam Mg : Klorida : MgCl2 (aq) + Ca(OH)2 (aq) Mg(OH)2 + CaCl2 (aq) CaCl2 (aq) + Na2CO3 (aq) CaCO3 + 2 NaCl (aq) Over-all : MgCl2 (aq) + Ca(OH)2 (aq) + Na2CO3 (aq) Mg(OH)2 + CaCO3 + 2 NaCl (aq)

Sulfat : MgSO4 (aq) + Ca(OH)2 (aq) Mg(OH)2 + CaSO4 (aq) CaSO4 (aq) + Na2CO3 (aq) CaCO3 + Na2SO4 (aq) Over-all : MgSO4(aq) + Ca(OH)2(aq) + Na2CO3(aq) Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2SO4(aq)

*

Proses lime-soda dingin Proses lime-soda dingin dilakukan melalui step-step berikut :

Air dianalisa pH, jenis kesadahan dan kesadahan totalnya Dihitung kebutuhan khemikal untuk mengolah air tsb Air diolah dalam clarifier menggunakan khemikal yang sudah dihitung kebutuhannya.

*

Proses lime-soda panas

Proses lime-soda panas dilakukan melalui step-step yang sama dengan proses lime-soda dingin, tetapi air baku dipanaskan sampai 80oC. Proses ini biasanya dilakukan untuk mendapatkan air yang akan digunakan sebagai air baku untuk proses penyediaan air umpan boiler ataupun air murni/demineralised water.

*

Kesadahan sisa/akhir proses lime-soda Proses lime-soda dingin : 35 ppm ekivalen CaCO3 Proses lime-soda panas : 25 ppm ekivalen CaCO3

Kesadahan akhir oleh garam Mg masih bisa diturunkan dengan mengatur suasana menjadi basa, karena hasil kali kelarutan Mg(OH)2 merupakan fungsi dari/dipengaruhi oleh pH.

Penghilangan kesadahan sampai nol ppm ekivalen CaCO3 dapat dilakukan dengan menggunakan ion exchanger.

*

Pengukuran kesadahan

Analisa/pengukuran kesadahan total dilakukan melalui titrasi menggunakan larutan sabun standar.

*

Satuan kesadahan

Satuan kesadahan : ppm ekivalen CaCO3

ppm = part per million = bagian per juta = bpj 1 ppm = 1 g / 1.000.000 g = 1.000 mg / 1.000 kg ~ 1 mg / l.

Ekivalen CaCO3 : koefisien stoichiometri pada reaksi-reaksi pembentukan CaCO3Satuan kesadahan lain : grain/cuft. Konversi : 1 grain/cuft = 16 ppm.

*

Reaksi-reaksi pembentukan CaCO3

Ca(HCO3)2(aq) + Ca(OH)2(aq) 2 CaCO3 + 2 H2O(l)

Mg(HCO3)2(aq) + 2 Ca(OH)2(aq) Mg(OH)2 + 2 CaCO3 + 2 H2O(l) CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) CaCO3 + 2 NaCl(aq) CaSO4(aq) + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4(aq)

MgCl2(aq) + Ca(OH)2(aq) + Na2CO3(aq) Mg(OH)2 + CaCO3 + 2 NaCl(aq) MgSO4(aq) + Ca(OH)2(aq) + Na2CO3(aq) Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2SO4(aq)

*

Ekivalen CaCO3 : koefisien stoichiometri pada reaksi-reaksi pembentukan CaCO3

1 mol Ca(HCO3)2(aq) ~ 2 mol CaCO3

1 mol Mg(HCO3)2(aq) ~ 2 mol CaCO3 1 mol CaCl2(aq) ~ 1 mol CaCO3 1 mol CaSO4(aq) ~ 1 mol CaCO3

1 mol MgCl2(aq) ~ 1 mol CaCO3

1 mol MgSO4(aq) ~ 1 mol CaCO3

*

Perhitungan kesadahan air Contoh : Hitungkan kesadahan total dari air yang mengandung : 50 ppm Ca(HCO3)2, 55 ppm Mg(HCO3)2, 60 ppm CaCl2, 65 ppm CaSO4, 70 ppm MgCl2, 75 ppm MgSO4.

*

Penyelesaian : 50 ppm Ca(HCO3)2 ekivalen dengan berapa ppm CaCO3 ?

BM Ca(HCO3)2 = 40+ (1+12+3x16) (2) = 162 mg/mmol50 ppm Ca(HCO3)2 = 50 mg/l Ca(HCO3)2 = 50/162 mmol/l Ca(HCO3)2 = 0.309 mmol/l Ca(HCO3)2.

Dari reaksi-reaksi pembentukan CaCO3 : Ca(HCO3)2 (aq) + Ca(OH)2 (aq) 2 CaCO3 + 2 H2O (l)

Ekivalen CaCO3 : 1 mol Ca(HCO3)2 ~ 2 mol CaCO3 0.309 mmol/l Ca(HCO3)2 ~ 2 x 0.309 mmol/l CaCO3 = 0.618 mmol/l CaCO3 BM CaCO3 = 40+12+3x16 = 100 mg/mmol0.618 mmol/l CaCO3 = 0.618 x 100 mg/l CaCO3 = 618 ppm ekivalen CaCO3

*

Untuk 55 ppm Mg(HCO3)2, 60 ppm CaCl2, 65 ppm CaSO4, 70 ppm MgCl2, dan 75 ppm MgSO4, lakukan perhitungan serupa.

*

Perhitungan jumlah khemikal yang dibutuhkan untuk menghilangkan kesadahan melalui proses lime-soda Contoh : Hitungkan jenis dan jumlah khemikal yang diperlukan untuk menghilangkan kesadahan dari air pada soal di atas, dengan menggunakan proses lime-soda, jika air baku yang diolah adalah 480 ton/day. *

Penyelesaian : Untuk 50 ppm Ca(HCO3)2 butuh khemikal apa dan berapa banyak?

Dari reaksi penghilangan kesadahan dengan proses lime-soda : Ca(HCO3)2(aq) + Ca(OH)2(aq) 2 CaCO3 + 2 H2O(l)

Khemikal yang dibutuhkan = Ca(OH)2 Banyaknya = ekivalen Ca(HCO3)2, 1 mol Ca(HCO3)2 ~ 1 mol Ca(OH)2

50 ppm Ca(HCO3)2 = 0.309 mmol/l Ca(HCO3)2

Ekivalen, 0.309 mmol/l Ca(HCO3)2 ~ 0.309 mmol/l Ca(OH)2 BM Ca(OH)2 = 40+2x(16+1) = 74 g/mol 0.309 mmol/l Ca(OH)2 = 0.309 x 74 mg/l Ca(OH)2 = 22.866 mg/l Ca(OH)2 Jika air yang diolah 480 ton/day = 480,000 l/day, maka Ca(OH)2 yang dibutuhkan = 22.866 mg/l x 480,000 l/day = 10,975,680 mg/day = 10.976 kg/day.

*

Untuk 55 ppm Mg(HCO3)2, 60 ppm CaCl2, 65 ppm CaSO4, 70 ppm MgCl2, dan 75 ppm MgSO4, lakukan perhitungan serupa.

*

***************************