Nama : Lisa Fitrianty / H1E111024

Mata Kuliah : laboratorium Teknik Lingkungan

Dosen : Nova Annisa, SSi., MS

Kesadahan dan Cara Menghilangkannya

Kesadahan air atau air sadah adalah air yang mengadung Ca2+ dan Mg2+.

Senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan mencegah

terjadinya busa dalam air. Senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut

dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk

endapan yang kemudian akan menjadi kerak.

Walaupun tidak berbahaya, air sadah dapat menimbulkan kerugian, diantaranya :

Kesadahan Air dapat menurunkan efisiensi dari deterjen dan sabun.

Kesadahan Air dapat menyebabkan noda pada bahan pecah belah dan bahan flat.

Kesadahan Air dapat menyebabkan bahan linen berubah pucat.

Mineral Kesadahan Air dapat menyumbat semburan pembilas dan saluran air.

Residu Kesadahan Air dapat melapisi elemen pemanas dan menurunkan efisiensi

panas.

Kesadahan Air dapat menciptakan buih logam pada kamar mandi shower dan

bathtubs.

Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+ juga oleh Mn2+,

Fe2+ dan semua kation yang bermuatan dua. Air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat

pada air tanah di daerah yang bersifat kapur. Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu

berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti : CO32- , HCO3

- dan OH-.

Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO3- membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi kejenuhan.

Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas

kejenuhan di mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila titik jenuh dilampaui, terjadi

endapan garam kalsium karbonat CaCO3 dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa

atau dasar ketel.

Kesadahan ada dua jenis, yaitu :

1. Kesadahan Sementara

Kesadahan sementara adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam

bikarbonat, seperti Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2. Kesadahan sementara ini dapat / mudah

dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk endapan CaCO3 atau

MgCO3.

Reaksinya:

Ca(HCO3)2 -dipanaskan–> CO2 (gas) + H2O (cair) + CaCO3 (endapan)

Mg(HCO3)2 -dipanaskan–> CO2 (gas) + H2O (cair) + MgCO3 (endapan)

2. Kesadahan tetap

Kesadahan tetap adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam

klorida, sulfat dan karbonat, misalnya seperti CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2.

Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda – kapur (terdiri dari

larutan natrium karbonat dan magnesium hidroksida ) sehingga terbentuk endapan kalium

karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padattan/endapan) dalam air.

Reaksinya:

CaCl2  + Na2CO3   –> CaCO3 (padatan/endapan) + 2 NaCl (larut)

CaSO4 + Na2CO3  –> CaCO3 (padatan/endapan) + Na2SO4 (larut)

MgCl2  + Ca(OH)2  –> Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaCl2 (larut)

MgSO4  + Ca(OH)2  –> Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaSO4 (larut)

Adapun cara untuk menghilangkan kesadahan adalah sebagai berikut :

1. Pemanasan

Garam MgCO3 bersifat larut dalam air dingin, namun semakin tinggi temperatur air,

kelarutan MgCO3 semakin kecil, bahkan menjadi tidak larut dan dapat mengendap. Garam

CaCO3 kelarutannya lebih kecil dari pada MgCO3, sehingga pada air dinginpun sebagian

CaCO3 mengendap, pada air panas pengendapannya akan lebih banyak lagi. Berdasarkan

sifat ini, kesadahan yang disebabkan oleh kation Mg2+ dan Ca2+ dapat dihilangkan dengan

cara pemanasan. Dikarenakan sifat ini maka air sadah tidak dikehendaki pada air industri

karena dapat menimbulkan endapan/kerak pada peralatan pemanas seperti boiler dan lain

sebagainya.

2. Pengendapan (dengan kapur soda)

Pada proses ini tujuannya adalah untuk membentuk garam-garam kalsium dan

magnesium menjadi bentuk garam-garam yang tidak larut, sehingga dapat diendapkan

dan dapat dipisahkan dari air. Bentuk garam kalsium dan magnesium yang tidak larut

dalam air adalah :

a.         Kalsium Karbonat (CaCO3)

b.        Magnesium Hidroksida (Mg(OH)2)

Untuk menghilangkan kesadahan sementara kalsium, ditambahkan kapur sedangkan

untuk menghilangkan kesadahan tetap kalsium, ditambahkan soda abu.  Untuk

menghilangkan kesadahan magnesium sementara, ditambahkan kapur + kapur dan untuk

menghilangkan kesadahan magnesium tetap ditambahkan kapur + soda abu.

3. Resin Penukar Ion

Pada proses pertukaran ion, kalsium dan magnesium ditukar dengan sodium.

Pertukaran ini berlangsung dengan cara melewatkan air sadah kedalam unggun butiran yang

terbuat dari bahan yang mempunyai kemampuan menukarkan ion. Bahan penukar ion pada

awalnya menggunakan bahan yang berasal dari alam, yaitu greensand yang biasa disebut

zeolit. Agar lebih efektif, bahan greensand diproses terlebih dahulu.

Pada saat ini bahan-bahan tersebut sudah diganti dengan bahan sintesis lainnya yang

lebih efektif yang disebut “resin penukar ion”. Ada dua jenis resin penukar ion, yaitu resin

penukar ion positif (cation exchange resin) dan resin penukar ion negative (anion exchange

resin). Untuk menghilangkan kesadahan atau untuk pelunakan air (water softening)

digunakan resin penukat ion positif.

Resin penukar ion positif umumnya dibuat dengan cara polimersisasi stirena dan

divinilbenzen yang dilanjutkan dengan proses sulfonasi membentuk suatu molekul

polystirena yang saling menyilang (cross-linkage) yang secara umum disebut resin penukar

ion.

Resin penukar ion dibuat secara komersial, umumnya dalam bentuk butiran dengan

ukuran diameter 0.4 - 0.6 mm atau 20 – 40 mesh, dengan ukuran yang barmacam-macam dan

bermacam kegunaan. Sebagai contoh, beberapa tipe resin mempunyai cross linkage yang

lebih besar untuk meningkatkan ketahan terhadap oksidasi dan tekanan osmosis (osmotic

shock). Ada tipe resin yang dibuat dengan porsitas yang lebih besar untuk menghindari

fouling akibat air yang banyak mengandung material organik.

Bagaimana mekanisme pertukaran ion didalam proses penghilangan kesadahan ?

Resin penukar ion positif (kation) yang digunakan secara komersial umumnya dalam

bentuk asam kuat atau asam lemah. Resin penukar ion positif (kation) asam kuat dapat

menghilangkan seluruh kation atau ion positif yang ada didalam air, sedangkan resin penukar

ion positif asam lemah umumnya dibatasi hanya untuk menghilangkan kesadahan yang

berhubungan dengan alkalinitas karbonat. Selain dalam bentuk asam kuat atau asam lemah,

ada pula yang dalam bentuk netral (intermediate).

Resin penukar ion mempunyai afinitas yang berbeda terhadap setiap jenis ion yang

ada didalam air. Akibatnya resin penukar ion menunjukkan urutan selektivitas untuk tiap

jenis ion yang terlarut didalam air. Untuk resin penukar ion positif dalam bentuk asam kuat

(strong acid cation exchange resin) urutan jenis ion positif yang mempunyai afinitas terhadap

resin penukar ion mulai dari yang terbesar sampai yang terkecil adalah sebagai berikut:

kalsium (Ca2+), magnesium (Mg2+), Amonium (NH4+), kalium (K+), sodium atau natrium

(Na+), dan hydrogen (H+). Dengan demikian apabila air dilewatkan ke dalam suatu bed

(unggun) resin penukar ion positif maka pada lapisan unggun resin yang paling atas sebagian

besar diduduki oleh kalsium (Ca2+), disebabkan karena kalsium memiliki afinitas yang palin

besar. Oleh karena magnesium mempunyai afinitas lebih tinggi setelah kalsium maka lapisan

dibawah kalsium sebagian besar akan ditempati oleh ion magnesium (Mg2+), demikian

seterusnya. Lapisan paling bawah akan ditempati oleh ion natrium (Na+) karena mempunyai

afinitas terhadap resin penukar ion yang paling rendah.

Pada saat sebelum proses seluruh lapisan unggun resin ditempati oleh ion hydrogen

(H+). Tahap berikunya, yaitu awal operasi ion kalsium, magnesium, natrium yang masuk

kedalam unggun resin akan menempati unggun resin menggantikan kedudukan ion hydrogen.

Lapisan paling atas akan ditempati oleh ion kalsium, selanjutnya oleh ion magnesium.

Kemudian natrium dan lapisan yang paling bawah masih ditempati oleh ion hydrogen.

Sebagian ion hidrogen yang telah ditukar oleh ion kalsium, magnesium dan natrium akan

keluar terikut dengai air yang keluar unggun resin.

Apabila operasi berlanjut terus maka ion kalsium yang masuk akan menggantikan

kedudukan ion magnesium, ion magnesium yang masuk akan menggantikan kedudukan ion

natrium, dan ion natrium yang masuk akan menggantikan kedudukan ion hydrogen.

Sedangkan ion hydrogen yang telah tertukar akan keluar unggun resin melalui aliran air yang

keluar. Jika operasi berlangsung terus maka seluruh resin akan ditempati oleh ion kalsium

dan magnesium. Pada proses pelunakan air atau proses penghilangan kesadahan, saat seluruh

unggun resin telah diduduki oleh ion kalsium dan magnesium maka proses pelunakan harus

dihentikan karena jika proses dilanjutkan maka ion magnesium akan tergantikan oleh ion

kalsium dan ion magnesium yang akan keluar melalui aliran air yang keluar unggun resin.

Pada kondisi seperti ini resin dinyatakan jenuh dan harus diregenerasi kembali. Ion-ion yang

tidak diharapkan keluar misalnya ion magnesium atau kalsium yang terikut keluar unggun

resin penukar disebut Leakage.

Ada dua tipe siklus pertukaran ion, yaitu pertikaran dengan siklus Na yang

regenerasinya memakai larutan garam dapur (NaCl). Dan pertukaran ion dengan siklus H

yang regenerasinya dengan menggunakan larutas asam kuat misalnya asam klorida (HCl)

atau asam sulfat (H2SO4).

Jika menggunakan asam sulfat atau asam klorida maka pada akhir regenerasiion

kalsium atau magnesium yang menempati unggun resin akan digantikan seluruhnya oleh ion

hydrogen. Apabila regenerasi menggunakan larutan natrium klorida, seluruh ion kalsium dan

magnesium yang telah menempati unggun resin akan digantikan oleh ion natrium. Reaksi

pertukaran ion didalam proses penghilangan kesadahan adalah:

A. Dengan siklus Na

Penghilangan Ca dan Mg dengan zeolit, regenerasi NaCl, yaitu;

Ca-Z + 2NaCl Na2Z + FeCl2

Mg-Z + 2NaCl Na2Z + MnCl2

Penghilangan Ca dan Mg dengan rsin sintesis, regenerasi NaCl, yaitu :

R-Ca + 2NaCl 2R-Na2 + CaCl2

R-Mg + 2NaCl 2R-Na2 + MgCl2

B. Dengan siklus H

Penghilangan Ca dan Mg dengan zeolit, regenerasi dengan HCl, yaitu :

Ca-Z + 2HCl 2H2Z + CaCl2

Mg-Z + 2HCl 2H2Z + MgCl2

Penghilangan Ca dan Mg dengan resin penukar ion, regenerasi dengan HCl, yaitu:

R-Ca + 2HCl R-H2 + MnCl2

R-Mg + 2HCl R-H2 + FeCl2

Dilihat dari persamaan reaksi, proses penghilangan Ca dan Mg dengan pertukaran ion

sangat mudah operasinya, tetapi jika air bakunya mempunyai kekeruhan dan kandungan zat

organic serta kadar Fe3+ dan Mn2+ cukup tinggi maka resin penukar ionnya akan tertutup oleh

kotoran tersebut, sehingga daya tukar ionnya menjadi cepat jenuh. Hal ini mengakibatkan

regenerasi harus sering dilakukan.