TUGAS UTILITAS

Pengolahan Air dengan Ion Exchange dan Pengolahan Internal

Disusun Oleh:

Adella Linra Priscilia 21030113120029

Aditya Tri Atmaja 21030113120082

Anisa Tri Hutami 21030113140171

Diveganasia Lauwis 21030113120085

Eko Nur Widodo 21030113120081

Gilang Ruhinda Putra 21030113140172

Irfan Suryanto 21030113130148

Mari Agustin Taolin 21030113140191

Melati Mahardika Putri 21030113120066

Moh. Taufiq Anwar 21030113130180

Said Abdillah 21030113120080

Yudy Wiratmadja 21030113120025

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Universitas Diponegoro

Semarang

2015

ii

KATA PENGANTAR

Assalamu‟alaikum warohmatullahi wabarokatuh. Puji syukur kehadirat

ALLAH SWT yang telah senantiasa memberikan kesehatan , kesempatan ,

kemampuan serta nikmat iman. Sholawat dan salam tak lupa selalu dilimpahkan

kepada utusan ALLAH SWT , Nabi besar Muhammad SAW yang merupakan suri

tauladan umat dunia.

Penulis juga mengucapkan puji dan syukur atas limpahan karunia dan

rahmat-Nya sehingga dapat terselesaikan makalah UTILITAS tentang ion

exchange dan pengolahan internal ini secara tepat waktu. Tak lupa juga diucapkan

terimakasih kepada pihak – pihak yang secara langsung maupun tidak langsung

telah memberikan bantuan sehingga makalah ini dapat selesai dengan baik.

Penulisan makalah ini diharapkan dapat menjadi bahan kajian umum

mengenai kondisi politik khususnya di Indonesia. Disamping itu , Penulis

berharap makalah yang berjudul „Pengolahan Air dengan Ion Exchange dan

Pengolahan Internal‟ ini dapat memenuhi sebagai tugas makalah mata kuliah

UTILITAS.

Penulis menyadari bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan

kesalahan, baik dari segi sistematikanya maupun karena isi materi yang tidak

maksimal. Maka dari itu penulis mengucapkan maaf dan mengharapkan kritik dan

saran yang membangun demi kebaikan penulisan kedepannya.

Penulis

iii

DAFTAR ISI

JUDUL ............................................................................................................................ i

KATA PENGANTAR .................................................................................................... ii

DAFTAR ISI ................................................................................................................. iii

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang .............................................................................................. 1

I.2. Tujuan ........................................................................................................... 1

PEMBAHASAN

II.1 Jenis-Jenis Pengotor dalam Air. .................................................................... 2

II.2Klasifikasi Pengolahan Air. ............................................................................ 5

II.3Pengolahan Air secara eksternal melalui Pertukaran Ion dan

Pengolahan Air secara Internal. ........................................................................... 7

KESIMPULAN ............................................................................................................ 20

DAFTAR PUSTAKA

1

PENDAHULUAN

I. 1. Latar Belakang

Air adalah zat yang sangat dibutuhkan oleh manusia maupun hewan dan

tumbuh-tumbuhan. Planet bumi ini hampir 70% luas permukaannya diisi oleh air,

dengan sumber utamanya adalah air laut.Air yang berasal dari sumber yang

berbeda tentunya memiliki karakteristik yang berbeda pula. Misalnya air hujan

akan berbeda karakteristik serta kandungannya dengan air danau, air pegunungan

atau dari sumber yang lain.. Air merupakan senyawa yang sangat diperlukan

dalam bidang industry karena mudah didapat dan harganya murah atau bahkan

dapat diambil tanpa perlu membayar.

Air merupakan zat yang sangat dibutuhkan disetiap sektor industri

termasuk pemanfaatan untuk kebutuhan energi dan pemanasan. Kebutuhan energi

dan pemanasan di industri umumnya dipenuhi dengan cara memanfaatkan steam

yang dibangkitkan pada suatu ketel (boiler). Air yang digunakan sebagai umpan

boiler dapat diperoleh dari berbagai sumber, yaitu danau, sungai, laut, maupun

sumur. Persyaratan yang harus dipenuhi sebagai air umpan boiler sangat ketat,

antara lain tidak korosif, tidak menyebabkan pembentukan kerak, dan tidak

menyebabkan pembentukan buih.Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan

dalam industri berbeda-beda tergantung kepada tujuan penggunaan air tersebut.

Air yang berasal dari alam pada umumnya belum memenuhi persyaratan yang

diperlukan sehingga harus menjalani proses pengolahan lebih dahulu.

I. 2. Tujuan

1. Mengetahui jenis-jenis pengotor dalam air secara umum.

2. Mengetahui klasifikasi pengolahan air secara umum.

3. Mengetahui jenis pengolahan air melalui pertukaran ion dan pengolahan

secara internal.

2

PEMBAHASAN

II. 1. Jenis-Jenis Pengotor dalam Air

Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan dalam industri berbeda-

beda tergantung kepada tujuan penggunaan air tersebut. Air yang berasal dari

alam pada umumnya belum memenuhi persyaratan yang diperlukan sehingga

harus menjalani proses pengolahan lebih dahulu. Zat pengotor dalam air pada

dasarnya dapat dikelompokkan dalam tiga golongan, yaitu Padatan tersuspensi,

Padatan terlarut dan Gas terlarut.

A. Padatan tersuspensi

Padatan tersuspensi merupakan TSS adalah padatan yang menyebabkan

kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak dapat mengendap langsung. Padatan

tersuspensi terdiri dari partikel-partikel yang ukuran maupun beratnya lebih kecil

dari sedimen, misalnya tanah liat, bahan-bahan organik tertentu, sel-sel

mikroorganisme, dan sebagainya. Sebagai contoh, air permukaan mengandung

tanah liat dalam bentuk suspensi yang dapat tahan sampai berbulan-bulan, kecuali

jika keseimbangannya terganggu oleh zat-zat lain, sehingga mengakibatkan

terjadinya penggumpalan yang kemudian diikuti dengan pengendapan (Fardiaz,

1992).

Zat-zat padat yang berada pada dalam suspensi, dapat dibedakan menurut

ukuranya sebagai partikel tersuspensi koloid (partikel koloid) dam partikel

tersuspensi biasa (partikel tersuspensi) (Alaerts dan Santika, 1987)

Padatan tersuspensi merupakan istilah yang diterapkan pada zat

heterogen yang terkandung dalam kebanyakan jenis air. Padatan tersuspensi

terutama terdiri atas lumpur, humus, limbah dan bahan buangan industri. Padatan

tersuspensi menyebabkan air menjadi keruh dan bila digunakan sebagai air umpan

ketel akan menyebabkan terbentuknya deposit, kerak dan atau busa. Padatan

tersuspensi dalam air pendingin akan menimbulkan endapan dan timbulnya korosi

di bawah endapan tersebut. Kekeruhan yang berlebihan dalam air minum sangat

tidak diinginkan karena dapat menimbulkan rasa yang kurang baik.

3

B. Padatan terlarut

Air adalah pelarut yang baik, sehingga dapat melarutkan zat-zat dari

batu-batuan dan tanah yang terkontak dengannya. Bahan-bahan mineral yang

dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan tersebut, antara

lain : CaCO3 , MgCO3 , CaSO4 , MgSO4 , NaCl , Na2SO4 , SiO2 dan lainnya. Air

yang akan dipakai untuk pembangkit uap atau sistem pendingin mempunyai dua

parameter penting yang merupakan akibat dari padatan terlarut, yaitu kesadahan

(hardness) dan alkalinitas (alkalinity).

Kesadahan

Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh

air. Penyebab air menjadi sadah adalah karena adanya ion-ion Ca2+

, Mg2+

, atau

dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam

bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Srdan Zn dalam bentuk garam sulfat,

klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil.Pengertian kesadahan air adalah

kemampuan air mengendapkan sabun, dimana sabun ini diendapkan oleh ion-ion

yang telah sebutkan diatas. Karena penyebab dominan/utama kesadahan adalah

Ca2+

dan Mg2+

, khususnya Ca2+

, maka arti dari kesadahan dibatasi sebagai

sifat/karakteristik air yang menggambarkan konsentrasi jumlah dari ion Ca2+

dan

Mg2+

, yang dinyatakan sebagai CaCO3.

Air sadah atau air keras adalah air yang memiliki kadar mineral yang

tinggi dan lawannya biasanya disebut air lunak atau air yang memiliki kadar

mineral sangat rendah misalnya air hujan. 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 ionlogam lain maupun garam-garam bikarbonat dan sulfat.

Metode paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun.

Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busa yang banyak. Pada air sadah,

sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa.

4

Air sadah sementara adalah 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+

.

Air sadah tetap adalah air sadah yang mengadung anion selain ion

bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl-, NO

3- dan SO4

2-. 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.

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 padat (sampah sabun

tersebut).

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 permukaan

penukar 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

ini dapat mengakibatkan terhambatnya aliran air di dalam pipa. Dalam ketel uap,

endapan mengganggu aliran panas ke dalam air, mengurangi efisiensi pemanasan

dan memungkinkan komponen logam ketel uap terlalu panas. Dalam sistem

5

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.

Alkalinitas

Alkalinitas air disebabkan oleh adanya senyawa alkalis dalam air.

Alkalinitasdidefinisikan sebagai ukuran dari kapasitas air untuk menetralkan

asam. Alkalinitas dalam air ada tiga jenis yaitu: alkalinitas hidroksida (OH-

alkalinity), alkalinitas karbonat (CO3-

alkalinity) dan alkalinitas bikarbonat (HCO-

alkalinity). Penentuan alkalinitas dilakukan dengan titrasi menggunakan larutan

HCI.

Menaikkan alkalinitas berarti menaikkan kesadahan karbonat dan

mengurangi kesadahan non-karbonat. Air baku pada umumnya hanya

mengandung alkalinitas-M saja (hanya mengandung HCO3 saja) dengan pH

sekitar 7. Alkalinitas yang cukup tinggi diperlukan pada air umpan ketel untuk

mencegah korosi, akan tetapi kadar OH yang terlalu tinggi dapat menimbulkan

"kerapuhan kaustik" (Caustic Embrittlement).

C. Gas terlarut

Berbagai gas dapat larut dalam air, antara lain : CO2, O2, N2, NH3, NO2

dan H2S. Gas-gas yang terlarut tersebut pada umumnya tidak menimbulkan korosi

kecuali CO2, O2 dan NH3 . Karbon dioksida sesungguhnya adalah suatu asam jika

bergabung dengan air, dan dengan demikian dapat menyerang logam. Oksigen

terlarut dalam air merupakan penyebab utama terjadinya korosi pada ketel dan

sistem pendingin. Penghilangan oksigen dari air umpan ketel dapat dilakukan

dengan cara deaerasi secara fisik dan kimia.

II. 2. Klasifikasi Pengolahan Air

Klasifikasi pengolahan air secara umum dibedakan menjadi 2, yaitu

pengolahan eksternal dan pengolahan internal.

Pengolahan eksternal

6

Proses pengolahan secara eksternal untuk memperbaiki kualitas air terdiri

atas berbagai jenis, dan penerapan proses-proses tersebut disesuaikan dengan

tujuan penggunaan air yang dikehendaki. Pengolahan eksternal digunakan untuk

membuang padatan tersuspensi, padatan terlarut ( terutama kalsium dan

magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan kerak ) dan gas-gas

terlarut ( oksigen dan karbondioksida ). Proses-proses tersebut digunakan untuk

mengolah impurities tertentu dan pengolahan air secara eksternal ini dapat dibagi

menjadi tiga kategori, yaitu :

a) Proses pendahuluan (pretreatment)

Proses ini umumnya digunakan untuk memperoleh kualifikasi air

pendingin atau sebagai proses awal untuk penyediaan air dengan kualitas yang

lebih tinggi.Yang merupakan Proses-proses pendahuluan antara lain : sedimentasi,

aerasi, dan klarifikasi

b) Proses filtrasi

Proses ini khusus untuk menghilangkan zat padat tersuspensi

c) Proses penurunan/penghilangan padatan terlarut

Proses ini bertujuan menghilangkan padatan terlarut (dissolved solid)

tanpa menggunakan metoda pengendapan secara kimiawi (chemical

precipitation), misalnya: proses pertukaran ion (ion exchange).

Pengolahan Internal

Pengolahan air secara internal (internal water treatment) adalah proses

penambahan/penginjeksian suatu atau beberapa bahan kimia (chemicals) ke dalam

air yang akan digunakan untuk proses maupun pendukung proses. Pengolahan air

secara internal merupakan proses yang esensial, terlepas dari kenyataan apakah air

itu diolah atau sebelumnya. Oleh karena itu, pengolahan eksternal dalam beberapa

hal tidak diperlukan, sehingga air dapat langsung diolah dengan cara pengolahan

internal saja.

7

II. 3. Pengolahan Air secara eksternal melalui Pertukaran Ion dan

Pengolahan Air secara Internal

A. Pertukaran Ion

Pertukaran ion adalah sebuah proses fisika-kimia. Pada proses tersebut

senyawa yang tidak larut, dalam hal ini resin, menerima ion positif atau negatif

tertentu dari larutan dan melepaskan ion lain ke dalam larutan tersebut dalam

jumlah ekivalen yang sama. Jika ion yang dipertukarkan berupa kation, maka

resin tersebut dinamakan resin penukar kation, dan jika ion yang dipertukarkan

berupa anion, maka resin tersebut dinamakan resin penukar anion.

Gambar 2. 1 Teori Pertukaran Ion

Contoh reaksi pertukaran kation dan reaksi pertukaran anion

disajikan pada reaksi (3.1) dan (3.2) di bawah ini :

Reaksi pertukaran kation :

2NaR (s) + CaCl2 (aq) => CaR(s) + 2 NaCl(aq) (3.1)

Reaksi pertukaran anion :

8

2RCl (s) + Na2SO4 => R2SO4(s) + 2 NaCl

(3.2)

Reaksi (3.1) menyatakan bahwa larutan yang mengandung CaCl2 diolah

dengan resin penukar kation NaR, dengan R menyatakan resin. Resin

mempertukarkan ion Na+ larutan dan melepaskan ion Na

+ yang dimilikinya ke

dalam larutan.

Jika resin tersebut telah mempertukarkan semua ion Na+ yang

dimilikinya, maka reaksi pertukaran ion akan terhenti. Pada saat itu resin

dikatakan telah mencapai titik habis (exhausted), sehingga harus diregenerasi

dengan larutan yang mengandung ion Na+ seperti NaCl. Tahap regenerasi

merupakan kebalikan dari tahap layanan. Reaksi yang terjadi pada tahap

regenerasi merupakan kebalikan reaksi (3.1). Resin penukar kation yang

mempertukarkan ion Na+ tahap tersebut di atas dinamakan resin penukar kation

dengan siklus Na. Resin penukar kation dengan siklus H akan mempertukarkan

ion H+ pada tahap layanan dan regenerasi.

A. 1. Jenis-Jenis Resin Penukar Ion

Berdasarkan jenis gugus fungsi yang digunakan, resin penukar ion dapat

dibedakan menjadi empat jenis, yaitu :

Resin penukar kation asam kuat

Resin penukar kation asam lemah

Resin penukar anion basa kuat

Resin penukar anion basa lemah

Resin penukar kation mengandung gugus fungsi seperti sulfonat ( R-

SO3H ), phosphonat ( R-PO3H2 ), phenolat (R-OH) atau karboksilat (R-COOH),

dengan R menyatakan resin. Gugus fungsi pada resin penukar ion asam kuat

adalah asam kuat seperti sulfonat, phosphonat, atau phenolat, dan gugus fungsi

pada resin penukar asam lemah adalah karboksilat seperti sulfonat, phosphonat,

atau phenolat, dan gugus fungsi pada resin penukar asam lemah adalah karboksilat

( primer/R-NH2, sekunder/R-N2H, tersier/R-R‟2N )dan gugus ammonium

kuartener (R-N‟R/Tipe I , R-R‟3N+OH/Tipe II) dengan R‟ menyatakan radikal

9

organic seperti CH3 . Resin anion yang mempunyai gugus fungsi ammonium

kuartener disebut resin penukar anion basa kuat dan resin penukar anion basa

lemah mempunyai gugus fungsi selain ammonium kuartener.

Gambar 2. 2 Jenis-Jenis Resin

A.1 .1. Resin Penukar Kation Asam Kuat

Dinamakan demikian karena sifat kimia nya mirip dengan asam kuat.

Resin sangat terionisasi di kedua asam (R-SO3H) dan garam (R-SO3Na). Resin

penukar kation asam kuat mengandung gugus –SO3H Proton dari gugus

tersebut dapat ditukar dengan kation lain:

nRzSO3-H+ + Mn+ à (RzSO3)nM + nH+

Resin kation dalam bentuk H+, tetapi bentuk ini dapat di ubah menjadi

bentuk Na dengan menambahkan garam- Na à ion Na+ akan mengalami

pertukaran dengan kation :

NaOH + H+ à Na+ + H20

Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah

gugus sulfonat dan cara pembuatannya yaitu dengan sulfonasi polimer

polistyren divinilbenzena (matrik resin). Pada resin kation asam kuat dapat

bekerja di seluruh kisaran ph.

10

Resin asam lemah untuk pemisahan basa kuat atau zat ionik multifungsi

seperti protein, sedangkan resin asam kuat untuk pemisahan yang lebih

kompleks salah satu aplikasi resin penukar kation asam kuat yaitu “principal

sulfonated styrene-divinylbenzene copolymer produc”seperti amberlite IRP-69

(Rhom dan Haas) dan DOWEX MSC-1 (Dow Chimical).Resin ini dapat

digunakan untuk menutup rasa dan aroma zat aktif kationik (mengandung

amin) sebelum diformulasi dalam tablet kunyah. Resin ini merupakan produk

sferik yang dibuat dengan mensulfonasi butir-butir kopolimer divinilbenzen

srien dengan zat pensulfonasi pilihan berupa asam sulfat, asam klorosulfonoat,

atau sulfur trioksida. Penggunaan zat pengembang yag non reaktif umumnya

diperlukan untuk pengembangan yang cepat dan seragam dengan kerusakan

minimum.

A.1 .2. Resin Penukar Kation Asam Lemah

Gugus fungsi pada resin penukar kation asam lemah adalah karboksilat

(RCOOH). Jenis resin ini tidak dapat memisahkan garam yang berasal dari

asam kuat dan basa kuat, tetapi dapat menghilangkan kation yang berasal dari

garam bikarbonat untuk membentuk asam karbonat, atau dengan kata lain resin

ini hanya dapat menghasilkan asam yang lebih lemah dari gugus fungsinya.

nRzCOO-H+ + Mn+ => (RzCOO)nM + nH+

*dimana Rz adalah gugus organik dari resin.

Resin penukar kation asam lemah bekerja pada pH sekitar pH 5 – 14.

Bila pH dibawah 5, maka resin akan „menahan‟ proton terlalu kuat untuk

pertukaran kation, hal ini berlaku juga untuk pengambilan kation dari basa

yang sangat lemah kurang sempurna. (analog dengan reaksi asam lemah / basa

lemah yang tidak sempurna.) Resin asam lemah untuk pemisahan basa kuat

atau zat ionik multifungsi seperti protein, sedangkan resin asam kuat untuk

pemisahan yang lebih kompleks.

A.1 .3. Resin Penukar Anion Basa Kuat

Gugus fungsi pada resin penukar anion adalah senyawa amina (primer/R-

NH2, sekunder/R-N2H, tersier/R-R'2N) dan gugus ammonium kuartener (R-

11

NR'3/tipe I, R-R'3N+OH/tipe II), dengan R' menyatakan radikal organik seperti

CH3. Resin penukar anion yang bersifat basa kuat memiliki gugus aktif yang

berupa gugus ammonium, yang struktur kimianya sangat mudah

terdekomposisi karena adanya pengaruh panas. Proses dekomposisi ini

dinamakan heat-induced autolysis yang terjadi pada gugus ammonium

kuarterner.

Resin dalam bentuk OH (regenerated form), memiliki kecenderungan

yang lebih besar untuk mengalami peristiwa ini. Sebab ion OH bersifat sangat

nukleofilik dan dapat dengan mudah menyerang ikatan C dengan N sehingga

dapat merusak gugus aktif. Dekomposisi gugus aktif dapat menyebabkan

adanya penurunan kapasitas pertukaran dan kekuatan sifat basa menjadi

bersifat basa lemah. Selain dekomposisi thermal gugus ammonium atau amino

kuarterner memiliki struktur kimia yang sangat mudah teroksidasi oleh oksigen

yang terlarut di dalam aliran fluida yang ditangani, hingga terkonversi menjadi

gugus yang bersifat basa lemah atau bahkan dapat terlepas dari matriks resin.

Selain itu, bukan hanya gugus fungsionalnya, struktur dari matriks resin

penukar anion itu sendiri juga sangat mudah teroksidasi. Oksidasi pada matriks

resin penukar anion dapat menyebabkan pemutusan ikatan crosslink, sehingga

struktur resinnya akan semakin rentan terhadap tekanan ataupun oksidasi.

Resin penukar anion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan

phenilendiamine dengan formaldehid untuk memisahkan atau mengambil

garam – garam.

Penukar anion bersifat basa kuat menggunakan gugus tetraalkilamonium

untuk interaksi ionik. Resin penukar anion basa kuat ini befungsi di hampir

seluruh kisaran pH yaitu dari 0 hingga 12. Resin penukar anion basa kuat akan

menghilangkan asam,yang dihasilkan dari reaksi resin penukar kation asam

kuat siklus hidrogen yang mengubah garam-garam terlarut menjadi asam,

termasuk asam silikat dan asam karbonat. Resin penukar anion basa kuat

mampu bereaksi dengan anion asam kuat seperti Cl-,SO4 -2, NO3 - dan anion

asam lemah misalnya CO3 -2.Reaksi-reaksi yang terjadi pada tahap layanan

dan regenerasi adalah sebagai berikut :

12

Operasi layanan :

Regenerasi :

A.1 .4. Resin Penukar Anion Basa Lemah

Resin ini digunakan untuk menukar asam kuat dengan adsorpsi air yang

tidak dapat menguraikan garam. Reaksinya:

R-NH2-+ HCl =>R-NH2-HCl3

Resin ini digunakan untuk pemisahan garam. Counter ion H+ maupun Na+

merupakan jenis penukar ion. Counter ion H+ memindahkan seluruh kation yang

terdapat dalam air merupakan langkah awal demineralisasi.Resin penukar anion

basa lemah hanya dapat memisahkan asam kuat seperti HCl dan H2SO4 , tetapi

tidak dapat menghilangkan asam lemah seperti asam silikat dan asam karbonat,

13

oleh sebab itu resin penukar anion basa lemah acap kali disebut sebagai acid

adsorbers.

Resin penukar anion bersifat basa lemah (mengandung OH sebagai gugusan

labil). Resin penukar ion basa lemah dibentuk dengan mereaksikan amin primer

dan amin sekunder atau amonia dengan kopolimer stiren dan divinil benzene

yang diklorometilasi, biasanya digunakan dimetilamin. Resin penukar anion basa

lemah ini berfungsi dengan baik dibawah pH.

A.2. Operasi Sistem Pertukaran Ion

Operasi sistem pertukaran ion dilaksanakan dalam empat tahap, yaitu :

1. tahap layanan (service)

2. tahap pencucian balik (backwash)

3. tahap regenerasi, dan

4. tahap pembilasan

A.2 .1. Tahap Layanan

Tahap layanan adalah tahap dimana terjadi reaksi pertukaran ion. Tahap

layanan ditentukan oleh konsentrasi ion yang dihilangkan terhadap waktu, atau

volume air produk yang dihasilkan. Hal yang penting pada tahap layanan

adalah kapasitas (teoritik dan operasi) dan beban pertukaran ion (ion exchange

load). Kapasitas pertukaran teoritik didefinisikan sebagai jumlah ion secara

teoritik yang dapat dipertukarkan oleh resin per satuan massa atau volume

resin. Kapasitas pertukaran ion teoritik ditentukan oleh jumlah gugus fungsi

yang dapat diikat oleh matriks resin. Kapasitas operasi adalah kapasitas resin

aktual yang digunakan untuk reaksi pertukaran pada kondisi tertentu. Beban

pertukaran ion adalah berat ion yang dihilangkan selama tahap layanan dan

diperoleh dari hasil kali antara volume air yang diolah selama tahap layanan

dengan konsentrasi ion yang dihilangkan. Tahap layanan ini dilakukan dengan

cara mengalirkan air umpan dari atas (down flow).

A.2 .2. Tahap Pencucian Balik

14

Selama proses pertukaran ion, kotoran di dalam air misalnya padatan

tersuspensi dan juga senyawa organik dapat tertahan dan menempel di

permukaan resin yang dapat menurunkan kinerja resin penukar ion. Oleh

karena itu, di dalam prakteknya diperlukan pencucian balik untuk

menghilangkan kotoran-kotoran yang menempel pada permukaan resin.

Pencucian balik dilakukan dengan mengalirkan air dengan arah aliran dari

bawah ke atas. Selama proses pencucian balik volume resin yang berada di

dalam reaktor akan mengembang atau terfluidisasi. Oleh karena itu untuk

merancang reaktor penukar ion biasanya ruang bebas yang disediakan berkisar

antara 65-85%, sehingga jika resin penukar ion terjadi pengembangan 50%

pada waktu pencucian balik, secara teknis masih aman.

Tahap pencucian balik dilakukan jika kemampuan resin telah mencapai

titik habis. Sebagai pencuci digunakan air produk. Pencucian balik mempunyai

sasaran sebagai berikut :

1. pemecahan resin yang tergumpal

2. penghilangan partikel halus yang terperangkap dalam ruang antar resin

3. penghilangan kantong-kantong gas dalam unggun, dan

4. pembentukan ulang lapisan resin Pencucian balik dilakukan dengan

pengaliranair dari bawah ke atas (up flow). Pada tahap ini terjadi

pengembangan unggun antara 50 hingga 70%.

A.2 .3. Tahap Regenerasi

Tahap regenerasi adalah operasi penggantian ion yang terserap dengan

ion awal yang semula berada dalam matriks resin dan pengembalian kapasitas

ke tingkat awal atau ke tingkat yang diinginkan. Larutan regenerasi harus dapat

menghasilkan titik puncak (mengembalikan waktu regenerasi dan jumlah

larutan yang digunakan). Jika sistem dapat dikembalikan ke kemampuan

pertukaran awal, maka ekivalen ion yang digantikan harus sama dengan ion

yang dihilangkan selama tahap layanan. Jadi secara teoritik, jumlah larutan

regenerasi (dalam ekivalen) harus sama dengan jumlah ion (dalam ekivalen)

yang dihilangkan (kebutuhan larutan regenerasi teoritik). Operasi regenerasi

agar resin mempunyai kapasitas seperti semula sangat mahal, oleh sebab itu

15

maka regenerasi hanya dilakukan untuk menghasilkan sebagian dari

kemampuan pertukaran awal. Upaya tersebut berarti bahwa regenerasi

ditentukan oleh tingkat regenerasi yang diinginkan. Tingkat regenerasi

dinyatakan sebagai jumlah larutan regenerasi yang digunakan per volume resin.

Perbandingan kapasitas operasi yang dihasilkan pada tingkat regenerasi

tertentu dengan kapasitas pertukaran yang secara teoritik yang dapat dihasilkan

pada tingkat regenerasi itu disebut efisiensi regenerasi. Efisiensi regenerasi

resin penukar kation asam kuat yang diregenerasi dengan H2 anion basa kuat

yang diregenerasi dengan NaOH antara 20-50%, oleh sebab itu pemakaian

larutan regenerasi 2-5 kali lebih besar dari kebutuhan teoritik. Besaran untuk

menyatakan tingkat efisiensi penggunaan larutan regenerasi adalah nisbah

regenerasi (regeneration ratio) yang didefinisikan sebagai berat larutan

regenerasi dinyatakan dalam ekivalen atau gram CaCO3 dibagi dengan beban

pertukaran ion yang dinyatakan dalam satuan yang sama. Semakin rendah

nisbah regenerasi, semakin efisien penggunaan larutan regenerasi. Harga

nisbah regenerasi merupakan kebalikan harga efisiensi regenerasi. Operasi

regenerasi dilakukan dengan mengalirkan larutan regenerasi dari atas.

Proses regenerasi unit dilakukan dengan menginjeksi regeneran pada

masing-masing unit. Regeneran untuk cation adalah HCl dan untuk anion

NaOH.

Proses regenerasi :

Backwash, yaitu mengalirkan air bersih ke arah berlawanan melalui

tangki kation atau anion sampai air keluarannya bersih

Melakukan slow rinse, yaitu mengalirkan air pelan-pelan untuk

menghilangkan regeneran dalam resin

Fast rinse, yaitu membilas unit dengan laju yang lebih cepat untuk

menghilangkan sisa regeneran sebelum operasi.

A.2 .4. Tahap Pembilasan

16

Tahap pembilasan dilakukan untuk menghilangkan sisa larutan regenerasi

yang terperangkap oleh resin. Pembilasan dilakukan menggunakan air produk

dengan aliran down flow dan dilaksanakan dalam dua tingkat, yaitu :

1. tingkat laju alir rendah untuk menghilangkan larutan regenerasi, dan

2. tingkat laju alir tinggi untuk menghilangkan sisa ion

Limbah pembilasan tingkat laju alir rendah digabungkan dengan larutan

garam dan dibuang, sedangkan limbah pembilasan tingkat laju alir tinggi

disimpan dan digunakan sebagai pelarut senyawa untuk regenerasi.

A.2 .5. Tahap Penghilangan Gas

Deaerasi adalah perlakuan terhadap air untuk menghilangkan gas-gas yang larut

dalam air. Adapun gas-gas yang larut dalam air adalah :

• Oksigen ( O2 )

• Karbondioksida ( CO2 )

• Hidrogen ( H2S )

Sedangkan deaerator adalah alat yang bekerja untuk membuang gas-gas

yang terkandung dalam air ketel, sesudah melalui proses pemurnian air ( water

treatment ). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas awal air

pengisian ketel sebelum dimasukkan kedalam boiler. Deaerator bekerja

berdasarkan sifat dari oksigen yang kelarutannya pada air akan berkurang dengan

adanya kenaikan suhu. Penghilangan gas dilakukan sebelum air keluaran kolom

kation diolah di kolom resin penukar anion. Setelah tahap pertukaran kation di

resin penukar kation siklus hidrogen, alkalinitas bikarbonat yang dikandung dalam

air umpan akan dikonversi menjadi asam karbonat dan karbon dioksida.

CO2 +H2O ↔H2CO3 ↔H+ +HCO3-

Cara kerja kolom degasifier mengikuti teori-teori yang berlaku untuk proses

stripping (pelucutan). Kandungan CO2 dalam air dilucuti menggunakan udara

yang dihembuskan oleh blower (Gambar 4.15) atau secara vakum (Gambar 4.16).

17

Pemakaian kolom degasified dapat mengurangi kandungan karbon dioksida

menjadi 5 mg/l.

Gambar 2. 3 Penghilangan Gas dengan Blower

Gambar 2. 4 Deaerator secara vakum

Aplikasi Ion Exchange

a) Ion Exchange sebagai water softening

18

Aplikasi ion exchanger sebagai water softener merupakan fungsi umum

dan digunakan sangat luas di industri yang memerlukan soft water untuk proses

dan bahan baku boiler . Air baku yang tingkat ke-sadahan-nya (hardness) tinggi

karena kandungan kalsium dan magnesium harus diturunkan dengan cara

menggantikannya dengan muatan ion sodium yang terdapat pada resin.

Proses pertukaran ion terus berjalan sampai tercapai equilibrium dan jenuh

dan sesudah kondisi resin jenuh maka segera dilakukan re-generasi dengan dicuci

dengan air yang mengandung garam NaCl tinggi. Soft water digunakan untuk

boiler feed water guna mencegah terjadinya endapan (scaling) pada pipa saluran

air baik pada sistim boiler maupun pada sistim pendingin.

b) Sebagai media purifikasi

Dalam hal penggunaan media ion exchange sebagai purifier misalnya

untuk mengangkat bahan- bahan beracun yang dibawa oleh fluida tertentu, maka

ion exchanger dapat mengambil ion-ion logam berat seperti Cadmium, Lead dan

Copper dan menggantikannya dengan ion-ion garam sodium dan potassium. Ada

jenis resin ion exchange lain yang dapat menyaring kontaminan organik air baku

dengan menambahkan karbon aktif pada kolom ion exchange tersebut.

Pemilihan jenis resin akan menentukan fungsi ion exchange pada pabrik

yang menggunakannya sebagai water softening, sebagai media filtrasi logam berat

fluida tertentu maupun sebagai penyaring mineral pada air baku.

B. Pengolahan Internal

Pengolahan Internal (Internal Treatment) adalah pengkondisian Air

boiler dengan bahan kimia dan pengaturan lainnya agar korosi dan kerak

dapat dihindari dan kemurnian uap terjaga baik. Pengolahan ini dengan

cara pemberian bahan kimia langsung kedalam boiler bersama-sama

dengan air pengisi boiler. Reaksi yang terjadi menyebabkan naiknya

kandungan padatan yang dapat menyebabkan pembusaan dan carry over.

Jumlah zat padat dapat ditekan dengan pengaturan blowdown.

Tujuan pengolahan ini untuk mengontrol zat-zat padat, alkalinitas,

kelebihan fosfat,gas-gas korosif, menghindarkan timbulnya kerak yang dapat

19

melekat dan mengeras pada dinding atau pipa-pipa boiler dan membuat

lapisan boiler lebih tahan terhadap korosi.

Beberapa mekanisme yang terjadi dalam Internal Treatment, antara lain:

1. Mereaksikan kesadahan dengan bahan kimia, agar kerak calcium carbonate

yang keras berubah menjadi endapan yang lunak berlumpur sehingga bisa

dibuang melalui blow-down.

2. Mengkondisikan pH/Alkalinity air boiler untuk menghindarkan pengerakan

silica.

3. Penggunaan anti-bus a (anti foam) untuk mencegah potensi pembusaan

yang akan mengakibatkan terjadinya carry-over dan menurunkan kemurnian

uap.

Beberapa jenis bahan kimia yang umum dipergunakan dalam Internal

treatment adalah:

• Fosfat (jenis ortho ataupun polyfosfat): bereaksi kesadahan calcium

untuk menetralisir kesadahan air dengan membentuk hydrat tricalcium

fosfat yang berbentuk lumpur dan dapat dibuang melalui blow down secara

terus-menerus atau secara berkala melalui bawah ketel.

• Natural and synthetic dispersants (Dispersant): meningkatkan sifat dispersif

Air Boiler. Beberapa contoh Polymeric Dispersant adalah:

- polimer Alam : lignosulphonates, tannin

- polimer sintetik : polyacrylates, maleat acrylate copolymer, maleat styrene

copolymer,dsb.

• Sequestering agents (anti scale) seperti phoshate organic (phosphonates),

Polymaleic acid (PMA), Sulfonated co-polymer, dsb.

• Oxygen scavengers (Pemakan Oksigen): seperti natrium sulfit, tannis,

hidrazin, hidroquinonJprogallol berbasis derivatif, hydroxylamine derivatif,

asam askorbat derivatif, dll. Oxygen Scavengers ini, dikatalisasi ataupun

tidak, akan mengurangi kadar oksigen terlarut dalam feed-water. Beberapa

20

jenis dari oxygen scavenger ini juga berfungsi sebagai passivator untuk

mempassivasi permukaan logam seperti Hydrazine, Hydroxylamine

derivate.dll. Pilihan produk dan dosis yang diperlukan akan tergantung pada

jenis alat mekanis yang digunakan (Deaeator atau Heating Tank)

• Anti foaming or anti priming agents : campuran bahan aktif

permukaan yang mengubah tegangan permukaan cairan, menghilangkan

busa dan mencegah terbawa air halus partikel.

21

KESIMPULAN

1. Persyaratan kualitas air yang dapat digunakan dalam industri berbeda-beda

tergantung kepada tujuan penggunaan air tersebut

2. Klasifikasi pengolahan air secara umum dibedakan menjadi 2, yaitu

pengolahan eksternal dan pengolahan internal

3. Pertukaran ion adalah sebuah proses fisika-kimia. Pada proses tersebut

senyawa yang tidak larut, dalam hal ini resin, menerima ion positif atau

negatif tertentu dari larutan dan melepaskan ion lain ke dalam larutan

tersebut dalam jumlah ekivalen yang sama

4. Pengolahan air secara internal (internal water treatment) adalah proses

penambahan/penginjeksian suatu atau beberapa bahan kimia (chemicals)

ke dalam air yang akan digunakan untuk proses maupun pendukung proses

22

DAFTAR PUSTAKA

Utomo, D. Priyo. 2014. UTILITAS : AIR UMPAN BOILER. FT UB. Malang

Fauzan. 2012. Kesadahan. FT Univet JATIM

Maulana, A. Malik dan Widodo, Ariyanto .S. 2010. Pengolahan Air Produk

Reverse Osmosis Sebagai Umpan Boiler Dengan Menggunakan Ion

exchange. FT UNDIP. Semarang

Setiadi, Tjandra. 2007. PENGOLAHAN dan PENYEDIAAN AIR. FTI ITB.

Bandung

Sugito. 2009. PENGOLAHAN AIR BERBASIS ION EXCHANGE TERPADUKAN

DENGAN MEMBRAN PERMIABEL PADA MEDAN

ELECTRODEIONIZATION (EDI). FT Univ. PGRI Adi Buana. Surabaya

Sutrisna, P. Doddy. 2002. BIPOLAR MEMBRANE ELECTRODIALYSIS :

TEKNOLOGI ATRAKTIF UNTUK PROODUKSI ASAM DAN BASA. FT

Universitas Surabaya. Surabaya

Torimtubun, Alfonsina A.A. 2012. Demineralisasi. FT UB. Malang