BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air bersih merupakan kebutuhan hidup manusia yang paling penting dan utama. Penyediaan air bersih yang memenuhi syarat hendaknya menjamin kualitas, kuantitas serta kontinuitas.
Dalam beberapa kasus, daerah yang mempunyai lapisan batu gamping umumnya memilki kualitas air tanah yang cukup baik, kecuali kandungan unsur dan s enyawa mineral tertentu seperti Kalsium (Ca2+) dan Magnesium (Mg2+) yang cukup tinggi sehingga disebut air sadah atau air keras (Siahaan, 2000). Kesadahan air merupakan sifat alami dari air itu sendiri. Kadar kesadahan air ini berbeda-beda di masing-masing tempat tergantung pada kondisi tanah daerah tersebut. Kesadahan dalam air menunjukkan bahwa terjadi kontak antara formasi geologi dengan badan air tersebut. Sampai ambang batas maksimum yang dianjurkan yaitu 350 ppm, kesadahan air tidak menjadi masalah. Tetapi jika kadar kesadahan air melewati batas maksimum, maka harus diturunkan yang biasa disebut dengan pelunakan air (water softening).
Masalah yang timbul karena tingginya kadar kesadahan dalam air antara lain timbulnya kerak pada ketel atau alat masak yang lain jika digunakan untuk memasak dan sabun kurang berbusa jika air digunakan untuk mencuci. Secara ekonomi dan teknis, hal ini sangat merugikan karena adanya kerak pada ketel atau alat masak akan menyebabkan transfer panas terhambat sehingga panas yang dibutuhkan harus lebih tinggi sehingga dibutuhkan bahan bakar yang lebih banyak dan waktu yang lebih lama. Begitu juga jika digunakan untuk mencuci harus digunakan sabun yang lebih banyak. Dalam skala rumah tangga, hal ini mungkin tidak terlalu dirasakan tetapi dalam skala industri, kerugian yang ditimbulkan sangat besar.
Salah satu cara yang digunakan untuk melunakkan air sadah adalah dengan cara pertukaran ion (Powell, 1954). Dalam penelitian ini digunakan zeolit alam Lampung sebagai media pertukaran ion. Alasan pemakaian zeolit alam Lampung dalam penelitian ini adalah karena zeolit alam Lampung memiliki kapasitas pertukaran kation yang tinggi (cation exchange capacity/CEC) sebesar 85 mek/gram (Hendri, 1992), merupakan sumber daya mineral yang sangat potensial di Propinsi Lampung karena cadangan depositnya terbesar di Indonesia yaitu sebesar 137 juta ton, murah dan mudah diolah. Zeolit yang akan digunakan harus diaktivasi terlebih dahulu dengan beberapa metode aktivasi yaitu cara fisika dengan pemanasan dalam oven atau furnace dan cara kimia menggunakan larutan NaOH, HCl, H2SO4 atau NH3 (Arifin dkk, 1999).
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui kemampuan zeolit alam Lampung dalam menurunkan kadar kesadahan air.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Umum Zeolit
Zeolit berasal dari mineral Alumino silikat yang terdehidrasi dengan kation-kation alkali dan alkali tanah, memiliki struktur dalam tiga dimensi yang tidak terbatas dengan rongga-rongga. Adanya perbandingan silika dan aluminium yang bervariasi, menghasilkan banyak jenis mineral zeolit yang terdapat di alam. Zeolit merupakan kristal yang agak lunak dengan berat jenis yang bervariasi antara 2 – 24 gr/cm3. Air kristalnya mudah dilepaskan dengan cara pemanasan, apabila terpapar dengan udara akan cepat kembali ke keadaan semula karena mudah menyerap air dari udara. Mudah melakukan pertukaran ion-ion alkalinya dengan ion-ion elemen lain.
Zeolit dalam penggunaannya telah berkembang disebabkan oleh sifat-sifat yang dimilikinya yaitu sebagai penyerap dan penyaring molekul, katalis dan penukar ion. Menurut Breck terdapat beberaa jenis zeolit yang telah ditemukan di alam yaitu :
Berdasarkan pada sumbernya, zeolit terbagi menjadi dua, pertama yaitu zeolit yang berasal dari alam selanjutnya disebut zeolit alam, kedua adalah zeolit buatan yaitu zeolit yang dibuat oleh manusia.
Zeolit alam ditemukan dalam bentuk sedimentasi yang terjadi akibat proses alterasi debu-debu vulkanik oleh air. Pada kenyata-annya sedimentasi zeolit berlangsung secara berkesinambungan pada dasar lautan. Dari studi kelautan diketahui bahwa zeolit tipe Philipsit adalah mineral yang terbanyak di alam.
Zeolit buatan dibuat dengan cara meniru proses hidrotermal yang terjadi pada mineral zeolit alam. Zeolit buatan dibuat dari gel alumino silikat yaitu suatu jenis gel yang terbuat dari larutan natrium aluminal, natrium silikat dan natrium hidroksida. Struktur gel terbentuk karena polimerisasi anion-anion aluminat dan silikat.
Perbedaan pada komposisi kimia dan distribusi berat molekul dari larutan, akan menyebabkan perbedaan struktur zeolit yang terjadi. Saat ini lebih kurang terdapat 30 jenis zeolit buatan, sebagai hasil dari variasi parameter seperti temperatur, kristalisasi dan komposisi awal gel.
2. 2 Kesadahan
Air sadah adalah istilah yang digunakan pada air yang mengandung kation penyebab kesadahan. Pada umumnya kesadahan disebabkan oleh adanya logam-logam atau kation-kation yang bervalensi 2, seperti Fe, Sr, Mn, Ca dan Mg, tetapi penyebab utama dari kesadahan adalah kalsium (Ca) dan magnesium (Mg). Kalsium dalam air mempunyai kemungkinan bersenya-wa dengan bikarbonat, sulfat, khlorida dan nitrat, sementara itu magnesium dalam air kemungkinan bersenyawa dengan bikarbonat, sulfat dan khlorida.
Kesadahan dibagi atas dua jenis kesadahan, yaitu kesadahan sementara dan kesadahan tetap. Air yang mengandung kesadahan kalsium karbonat dan magnesium karbonat disebut kesadahan karbonat atau kesadahan sementara, karena kesadahan tersebut dapat dihilangkan dengan cara pemanasan atau dengan cara pembubuhan kapur. Sementara itu Air yang mengandung kesadahan kalsium sulfat, kalsium khlorida, magnesium sulfat dan magnesium khlorida, disebut kesadahan tetap karena tidak dapat dihilangkan dengan cara pemanasan, tetapi dapat dengan cara lain dan salah satunya adalah proses penukar ion.
Tingkat kesadahan di berbagai tempat perairan berbeda-beda, pada umumnya air tanah mempunyai tingkat kesadahan yang tinggi, hal ini terjadi, karena air tanah mengalami kontak dengan batuan kapur yang ada pada lapisan tanah yang dilalui air. Air permukaan tingkat kesadahan-nya rendah (air lunak), kesadahan non karbonat dalam air permukaan bersumber dari calsium sulfat yang terdapat dalam tanah liat dan endapan lainnya.
2.3 Pelunakan Kesadahan
Pelunakan kesadahan air adalah suatu proses untuk menghilangkan atau mengu-rangi kandungan kation Ca2+ dan Mg2+ dari dalam air. Kation penyebab kesadahan dapat dikurangi atau dihilangkan dengan proses-proses sebagai berikut :
1. Pemanasan,
2. Proses pengendapan atau proses kapur soda,
3. Pertukaran ion (Ion Exchange).
Keunggulan menggunakan zeolit sebagai bahan untuk pelunakan air sadah, antara lain :
- Mempunyai sistem yang kompak sehingga mudah dioperasikan
- Dapat dibuat kontinu
- Presentasi pengurangan kesadahan relatif besar
- Harganya relatif murah dan mudah didapat
Namun demikian ada juga beberapa kekurangan dalam menggunakan zeolit pada pelunakan air yaitu :
- Tidak dapat digunakan pada air yang mengandung kekeruhan air lebih dari 10mg/l
- Efisiensi zeolit akan berkurang apabila air mengandung unsur-unsur sebagai berikut : minyak, H2S, mengandung ion Fe2+ atau Mn2+ lebih dari 2 mg/l dan mengandung sodium yang tinggi.
- Tidak dapat dioperasikan pada air yang mempunyai kesadahan lebih dari 800 mg/l.
Sesuai dengan karakteristik tersebut diatas, maka proses pelunakkan tidak bisa langsung diterapkan pada air keruh atau air yang mengandung kadar besi tinggi. Oleh karena itu kualitas air baku perlu diperhatikan. Untuk air baku yang tidak memenuhi syarat harus dilakukan pre-treatment dahulu yaitu suatu proses pengolahan yang dilakukan sebelum proses penukar ion. Sebagai contoh untuk air baku yang keruh terlebih dahulu dilakukan penyaringan dengan saringan pasir, sementara untuk air baku yang banyak mengandung besi dilakukan penyaringan dengan saringan mangan zeolit.
Prose pengurangan kation penyebab kesadahan :
2.3.1. Pemanasan
Garam MgCO3 bersifat larut dalam air dingin, namun semakin tinggi temperatur air, kelarutan MgCO3 semakin kecil, bahkan hingga menjadi tidak larut dan dapat mengendap. Garam CaCO3 kelarutannya lebih kecil dari pada MgCO3, sehingga pada air dingin pun 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.
2.3.2 Proses 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 :
Kalsium Karbonat (CaCO3)
Magnesium Hidroksida (Mg(OH)2
Untuk menghilangkan kesadahan sementara kalsium, ditambahkan kapur. Reaksi yang terjadi :
Untuk menghilangkan kesadahan tetap kalsium, ditambahkan soda abu. Reaksi yang terjadi :
Untuk menghilangkan kesadahan magnesium sementara, ditambahkan kapur + kapur :
Untuk menghilangkan kesadahan magnesium tetap ditambahkan kapur + soda abu
Air sadah yang dialirkan melalui kolom zeolit akan mengalami pertukaran ion-ion, ion Ca dan ion Mg dalam air sadah ditukar dengan ion Na dalam zeolit. Hal tersebut berlangsung terus sampai suatu saat ion Na dalam zeolit sudah habis ditukar dengan ion Ca dan Mg dari dalam air, pada keadaan ini zeolit tersebut dinamakan telah jenuh yang berarti zeolit tidak mampu lagi melakukan pertukaran ion.
2.3.1. Pertukaran Ion
Proses pertukaran ion, ion kalsium dan magnesium ditukar dengan ion sodium. Pertukaran ini berlangsung dengan cara melewatkan air sadah ke dalam unggun butiran yang terbuat dari bahan yang mempunyai kemampuan menukarkan ion. Terdapat beberapa bahan penukar ion yaitu : Bahan penukar ion alam yang disebut greensand atau zeolit, kemudian bahan penukar ion zeoilt buatan dan yang saat ini sering digunakan adalah bahan penukar ion yang disebut resin penukar ion.
Resin penukar ion umumnya terbuat dari partikel cross-linked polystyrene. Terdapat beberapa resin penukar ion yang diproduksi oleh berbagai pabrik dan dipasaran masing-masing mempunyai nama dagang tersendiri. Untuk proses penghilangan kesadahan atau pelunakan, resin yang digunakan adalah resin penukar kation yang mengandung sodium.
BAB III
METODOLOGI
3.1 Bahan
Bahan Baku Zeolit Zeolit alam Lampung adalah jenis Klinoptilolit yang diperoleh dari CV. Zeo Kap Kan Lampung dengan kadar Si/Al adalah 77,39/5,55.
3.2 Metode Penelitian
Zeolit alam Lampung yang akan digunakan diaktivasi terlebih dahulu secara kimia dengan larutan NaOH sehingga diperoleh Na_2Z. Natrium zeolit (Na_2Z.) yang diperoleh akan digunakan sebagai pelunak untuk menurunkan kadar kesadahan air. Sistem yang digunakan adalah pertukaran ion pada tumpukan (bed) natrium zeolit. Variasi yang digunakan dalam percobaan ini adalah perbandingan debit air sadah yang diolah terhadap berat zeolit yang digunakan sehingga diperoleh konversi pelunakan air sadah. Hasil yang diperoleh ini akan dibandingkan dengan jenis zeolit lain, sehingga selain aktivasi dengan larutan NaOH dilakukan juga aktivasi dengan cara lain.
Air sadah yang digunakan adalah larutan CaCl_2 (konsentrasi 0,1 N atau 2118 ppm) dan larutan MgSO4 (konsentrasi 0,05 N atau 1240 ppm). Analisa hasil yang dilakukan adalah perubahan konsentrasi setelah air sadah dilewatkan pada zeolit.
Proses yang terjadi dapat dilihat sebagai berikut :
1. Proses aktivasi dan regenerasi zeolit (Powell, 1954)
CaZ + 2 NaOH ≡ Na_2Z + Ca(OH)2 ..............................................................(1)
MgZ + 2 NaOH ≡ Na_2Z + Mg(OH)2 ............................................................(2)
2. Proses softening
Na_2Z+ CaCl2 ≡ CaZ + 2NaCl ......................................................................(3)
Na_2Z+ Mg(SO)4≡ MgZ + Na2(SO)4 ............................................................(4)
Gambar 1 memperlihatkan skesta alat penelitian yang berupa kolom penukar ion berdiameter 40 cm dan tinggi 1,5 m.
BAB VI
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
4.1.1 Proses Pembentukan Na2Z Dari Zeolit Alam Lampung (Proses Aktivasi)
Gambar 2 memperlihatkan hubungan antara waktu perendaman dengan konversi NaOH untuk kadar NaOH awal 1 N dan diperoleh hasil bahwa waktu perendaman (aktivasi) yang optimum adalah 24 jam dengan konversi yang diperoleh sebesar 85,9 %. Lebih dari 24 jam konversi naik, tetapi kenaikannya sangat kecil sehingga tidak efektif jika digunakan sehingga diambil waktu perendaman optimum adalah 24 jam.
Gambar 2. Hubungan Antara Waktu Perendaman dan Konversi NaOH untuk Kadar NaOH awal 1 N
Gambar 3. memperlihatkan hubungan antara konsentrasi NaOH awal dengan konversi NaOH untuk waktu perendaman 24 jam dan diperoleh hasil bahwa konsentrasi NaOH awal yang optimum adalah 1 N dengan konversi sebesar 85,9%.
Gambar 3. Hubungan Antara Konsentrasi NaOH awal dengan Konversi NaOH untuk Waktu Perendaman 24 jam
4.1.2 Pemakaian Na2Z untuk air sadah (Proses Softening)
Gambar 4 memperlihatkan hubungan antara debit air sadah dan konversi pelunakan air sadah dengan larutan CaCl2 2118 ppm sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak 20 kg. Dari gambar 4 diperoleh hasil bahwa Na2Z dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air untuk senyawa kalsium dengan debit air yang paling optimum adalah sebesar 1 L/menit dan konversi pelunakan air sebesar 76,5 %.
Gambar 4. Hubungan Antara Debit Air Sadah Dengan Konversi Pelunakan Air Sadah (larutan CaCl2 awal 2118 ppm dan berat Na2Z 20 kg)
Gambar 5 memperlihatkan hubungan antara debit air sadah dan konversi pelunakan air sadah dengan larutan MgSO4 1240 ppm sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak20 kg. Dari gambar 5 diperoleh hasil bahwa Na2Z juga dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air untuk senyawa magnesium dengan debit air yang paling optimum adalah sebesar 1 L/menit dan konversi pelunakan air sebesar 50,5 %.
Gambar 5. Hubungan Antara Debit Air Sadah Terhadap Konversi Pelunakan (larutan MgSO4 awal 1240 ppm dan berat Na2Z 20 kg)
4.3.1` Perbandingan Pemakaian Na2Z dengan Zeolit Lain untuk Pelunakan Air Sadah
Tabel 1 memperlihatkan perbandingan pemakaian Na2Z dan zeolit dengan metode aktivasi lain untuk larutan MgSO4 sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak 20 kg. Dari tabel 1 diperoleh hasil bahwa aktivasi yang paling baik digunakan adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na2Z dengan konversi 50,5 %.
Tabel 1. Perbandingan pemakaian Na2Z dengan zeolit lain untuk air sadah (digunakan larutan MgSO4 1 L/menit, berat zeolit 20 kg)
Tabel 2. memperlihatkan perbandingan pemakaian Na2Z dan zeolit dengan metode aktivasi lain untuk larutan CaCl2 sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak 20 kg. Dari tabel 2 diperoleh hasil bahwa aktivasi yang paling baik digunakan adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na2Z dengan konversi 76,5 %.
Tabel 2. Perbandingan pemakaian Na2Z dengan zeolit lain untuk air sadah (digunakan larutan CaCl2 1 L/menit, berat zeolit 20 kg)
4.2 Pembahasan
Penelitian digunakan larutan CaCl2 dan MgSO4 sebagai model air sadah, sehingga tumpukan zeolit hanya dilewati oleh satu senyawa homogen. Padahal air sadah di alam tidak hanya mengandung senyawa kalsium dan magnesium, tetapi ada senyawa-senyawa lain seperti kation-kation bervalensi 2 (Sr2+, Ba2+, Fe2+ dan Mn2+) serta senyawa natrium (Na+) yang juga dapat menjadi penyebab kesadahan air walaupun bukan penyebab utama serta pengotorpengotor lain yang mungkin ada. Jika hasil penelitian diterapkan pada air sadah yang sesungguhnya maka nilai konversi mungkin akan turun karena kation yang dipertukarkan lebih kompleks.
Konversi 76,5% diperoleh dari kesadahan awal 2118 ppm menjadi 498 ppm. Nilai akhir yang diperoleh masih berada di atas ambang batas maksimum yang dianjurkan. Jika zeolit ini akan diterapkan pada air sadah dengan kesadahan awal di bawah 2118 ppm, maka dengan satu kolom saja mungkin masih diperoleh hasil di bawah ambang batas maksimum. Tetapi jika kesadahan awal 2118 ppm atau lebih tinggi dari itu, maka perlu ditambah satu atau beberapa kolom penukar ion lagi. Jadi kolom dibuat sebagai kolom alir bersinambung. Hal ini juga berlaku jika kita menggunakan air sadah yang sesungguhnya, karena kemampuan zeolit juga akan turun jika digunakan pada air sadah yang sesungguhnya.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui kemampuan zeolit alam Lampung dalam menurunkan kadar kesadahan air pada air sadah yang sesungguhnya. Selain itu juga perlu dilakukan perhitungan yang lebih rinci untuk mengetahui kemampuan pertukaran ion tiap kolom, sehingga kita dapat merancang dimensi kolom, jumlah kolom yang digunakan, berat zeolit dalam kolom dan debit.
BAB V
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Hasil penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Zeolit alam Lampung dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air setelah dilakukan aktivasi sebelumnya.
2. Metode aktivasi yang paling baik adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na2Z.
3. Konversi yang diperoleh untuk menurunkan kadar kesadahan air menggunakan Na2Z adalah sebesar 76,5 % .
DAFTAR PUSTAKA
Arifin, M. & Komarudin. 1999. Zeolit. Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral. Bandung
Powell, S.T. 1954. Water Conditioning For Industry. pp. 146 – 192. Mc.Graw Hill Book Company.Inc. New York. Siahaan, R. 2000. Pengolahan Air Sadah Dengan Proses Pengendapan dan Kristalisasi. Jurnal Penelitian Permukiman. Vol. 16 (3). Hal. 63-71.
Marsid, Ruliasih. Zeolit Untuk Mengurangi Kesadahan Air.
Astuti, Widi. Proses Pelunakan Air Sadah Menggunakan Zeolit Alam Lampung. Diterbitkan pada Widya Riset Volume 8 No. 1 Tahun 2005.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air bersih merupakan kebutuhan hidup manusia yang paling penting dan utama. Penyediaan air bersih yang memenuhi syarat hendaknya menjamin kualitas, kuantitas serta kontinuitas.
Dalam beberapa kasus, daerah yang mempunyai lapisan batu gamping umumnya memilki kualitas air tanah yang cukup baik, kecuali kandungan unsur dan s enyawa mineral tertentu seperti Kalsium (Ca2+) dan Magnesium (Mg2+) yang cukup tinggi sehingga disebut air sadah atau air keras (Siahaan, 2000). Kesadahan air merupakan sifat alami dari air itu sendiri. Kadar kesadahan air ini berbeda-beda di masing-masing tempat tergantung pada kondisi tanah daerah tersebut. Kesadahan dalam air menunjukkan bahwa terjadi kontak antara formasi geologi dengan badan air tersebut. Sampai ambang batas maksimum yang dianjurkan yaitu 350 ppm, kesadahan air tidak menjadi masalah. Tetapi jika kadar kesadahan air melewati batas maksimum, maka harus diturunkan yang biasa disebut dengan pelunakan air (water softening).
Masalah yang timbul karena tingginya kadar kesadahan dalam air antara lain timbulnya kerak pada ketel atau alat masak yang lain jika digunakan untuk memasak dan sabun kurang berbusa jika air digunakan untuk mencuci. Secara ekonomi dan teknis, hal ini sangat merugikan karena adanya kerak pada ketel atau alat masak akan menyebabkan transfer panas terhambat sehingga panas yang dibutuhkan harus lebih tinggi sehingga dibutuhkan bahan bakar yang lebih banyak dan waktu yang lebih lama. Begitu juga jika digunakan untuk mencuci harus digunakan sabun yang lebih banyak. Dalam skala rumah tangga, hal ini mungkin tidak terlalu dirasakan tetapi dalam skala industri, kerugian yang ditimbulkan sangat besar.
Salah satu cara yang digunakan untuk melunakkan air sadah adalah dengan cara pertukaran ion (Powell, 1954). Dalam penelitian ini digunakan zeolit alam Lampung sebagai media pertukaran ion. Alasan pemakaian zeolit alam Lampung dalam penelitian ini adalah karena zeolit alam Lampung memiliki kapasitas pertukaran kation yang tinggi (cation exchange capacity/CEC) sebesar 85 mek/gram (Hendri, 1992), merupakan sumber daya mineral yang sangat potensial di Propinsi Lampung karena cadangan depositnya terbesar di Indonesia yaitu sebesar 137 juta ton, murah dan mudah diolah. Zeolit yang akan digunakan harus diaktivasi terlebih dahulu dengan beberapa metode aktivasi yaitu cara fisika dengan pemanasan dalam oven atau furnace dan cara kimia menggunakan larutan NaOH, HCl, H2SO4 atau NH3 (Arifin dkk, 1999).
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah untuk mengetahui kemampuan zeolit alam Lampung dalam menurunkan kadar kesadahan air.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Umum Zeolit
Zeolit berasal dari mineral Alumino silikat yang terdehidrasi dengan kation-kation alkali dan alkali tanah, memiliki struktur dalam tiga dimensi yang tidak terbatas dengan rongga-rongga. Adanya perbandingan silika dan aluminium yang bervariasi, menghasilkan banyak jenis mineral zeolit yang terdapat di alam. Zeolit merupakan kristal yang agak lunak dengan berat jenis yang bervariasi antara 2 – 24 gr/cm3. Air kristalnya mudah dilepaskan dengan cara pemanasan, apabila terpapar dengan udara akan cepat kembali ke keadaan semula karena mudah menyerap air dari udara. Mudah melakukan pertukaran ion-ion alkalinya dengan ion-ion elemen lain.
Zeolit dalam penggunaannya telah berkembang disebabkan oleh sifat-sifat yang dimilikinya yaitu sebagai penyerap dan penyaring molekul, katalis dan penukar ion. Menurut Breck terdapat beberaa jenis zeolit yang telah ditemukan di alam yaitu :
Zeolit alam ditemukan dalam bentuk sedimentasi yang terjadi akibat proses alterasi debu-debu vulkanik oleh air. Pada kenyata-annya sedimentasi zeolit berlangsung secara berkesinambungan pada dasar lautan. Dari studi kelautan diketahui bahwa zeolit tipe Philipsit adalah mineral yang terbanyak di alam.
Zeolit buatan dibuat dengan cara meniru proses hidrotermal yang terjadi pada mineral zeolit alam. Zeolit buatan dibuat dari gel alumino silikat yaitu suatu jenis gel yang terbuat dari larutan natrium aluminal, natrium silikat dan natrium hidroksida. Struktur gel terbentuk karena polimerisasi anion-anion aluminat dan silikat.
Perbedaan pada komposisi kimia dan distribusi berat molekul dari larutan, akan menyebabkan perbedaan struktur zeolit yang terjadi. Saat ini lebih kurang terdapat 30 jenis zeolit buatan, sebagai hasil dari variasi parameter seperti temperatur, kristalisasi dan komposisi awal gel.
2. 2 Kesadahan
Air sadah adalah istilah yang digunakan pada air yang mengandung kation penyebab kesadahan. Pada umumnya kesadahan disebabkan oleh adanya logam-logam atau kation-kation yang bervalensi 2, seperti Fe, Sr, Mn, Ca dan Mg, tetapi penyebab utama dari kesadahan adalah kalsium (Ca) dan magnesium (Mg). Kalsium dalam air mempunyai kemungkinan bersenya-wa dengan bikarbonat, sulfat, khlorida dan nitrat, sementara itu magnesium dalam air kemungkinan bersenyawa dengan bikarbonat, sulfat dan khlorida.
Kesadahan dibagi atas dua jenis kesadahan, yaitu kesadahan sementara dan kesadahan tetap. Air yang mengandung kesadahan kalsium karbonat dan magnesium karbonat disebut kesadahan karbonat atau kesadahan sementara, karena kesadahan tersebut dapat dihilangkan dengan cara pemanasan atau dengan cara pembubuhan kapur. Sementara itu Air yang mengandung kesadahan kalsium sulfat, kalsium khlorida, magnesium sulfat dan magnesium khlorida, disebut kesadahan tetap karena tidak dapat dihilangkan dengan cara pemanasan, tetapi dapat dengan cara lain dan salah satunya adalah proses penukar ion.
Tingkat kesadahan di berbagai tempat perairan berbeda-beda, pada umumnya air tanah mempunyai tingkat kesadahan yang tinggi, hal ini terjadi, karena air tanah mengalami kontak dengan batuan kapur yang ada pada lapisan tanah yang dilalui air. Air permukaan tingkat kesadahan-nya rendah (air lunak), kesadahan non karbonat dalam air permukaan bersumber dari calsium sulfat yang terdapat dalam tanah liat dan endapan lainnya.
2.3 Pelunakan Kesadahan
Pelunakan kesadahan air adalah suatu proses untuk menghilangkan atau mengu-rangi kandungan kation Ca2+ dan Mg2+ dari dalam air. Kation penyebab kesadahan dapat dikurangi atau dihilangkan dengan proses-proses sebagai berikut :
1. Pemanasan,
2. Proses pengendapan atau proses kapur soda,
3. Pertukaran ion (Ion Exchange).
Keunggulan menggunakan zeolit sebagai bahan untuk pelunakan air sadah, antara lain :
- Mempunyai sistem yang kompak sehingga mudah dioperasikan
- Dapat dibuat kontinu
- Presentasi pengurangan kesadahan relatif besar
- Harganya relatif murah dan mudah didapat
Namun demikian ada juga beberapa kekurangan dalam menggunakan zeolit pada pelunakan air yaitu :
- Tidak dapat digunakan pada air yang mengandung kekeruhan air lebih dari 10mg/l
- Efisiensi zeolit akan berkurang apabila air mengandung unsur-unsur sebagai berikut : minyak, H2S, mengandung ion Fe2+ atau Mn2+ lebih dari 2 mg/l dan mengandung sodium yang tinggi.
- Tidak dapat dioperasikan pada air yang mempunyai kesadahan lebih dari 800 mg/l.
Sesuai dengan karakteristik tersebut diatas, maka proses pelunakkan tidak bisa langsung diterapkan pada air keruh atau air yang mengandung kadar besi tinggi. Oleh karena itu kualitas air baku perlu diperhatikan. Untuk air baku yang tidak memenuhi syarat harus dilakukan pre-treatment dahulu yaitu suatu proses pengolahan yang dilakukan sebelum proses penukar ion. Sebagai contoh untuk air baku yang keruh terlebih dahulu dilakukan penyaringan dengan saringan pasir, sementara untuk air baku yang banyak mengandung besi dilakukan penyaringan dengan saringan mangan zeolit.
Prose pengurangan kation penyebab kesadahan :
2.3.1. Pemanasan
Garam MgCO3 bersifat larut dalam air dingin, namun semakin tinggi temperatur air, kelarutan MgCO3 semakin kecil, bahkan hingga menjadi tidak larut dan dapat mengendap. Garam CaCO3 kelarutannya lebih kecil dari pada MgCO3, sehingga pada air dingin pun 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.
2.3.2 Proses 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 :
Kalsium Karbonat (CaCO3)
Magnesium Hidroksida (Mg(OH)2
Untuk menghilangkan kesadahan sementara kalsium, ditambahkan kapur. Reaksi yang terjadi :
Untuk menghilangkan kesadahan tetap kalsium, ditambahkan soda abu. Reaksi yang terjadi :
Untuk menghilangkan kesadahan magnesium sementara, ditambahkan kapur + kapur :
Untuk menghilangkan kesadahan magnesium tetap ditambahkan kapur + soda abu
Air sadah yang dialirkan melalui kolom zeolit akan mengalami pertukaran ion-ion, ion Ca dan ion Mg dalam air sadah ditukar dengan ion Na dalam zeolit. Hal tersebut berlangsung terus sampai suatu saat ion Na dalam zeolit sudah habis ditukar dengan ion Ca dan Mg dari dalam air, pada keadaan ini zeolit tersebut dinamakan telah jenuh yang berarti zeolit tidak mampu lagi melakukan pertukaran ion.
2.3.1. Pertukaran Ion
Proses pertukaran ion, ion kalsium dan magnesium ditukar dengan ion sodium. Pertukaran ini berlangsung dengan cara melewatkan air sadah ke dalam unggun butiran yang terbuat dari bahan yang mempunyai kemampuan menukarkan ion. Terdapat beberapa bahan penukar ion yaitu : Bahan penukar ion alam yang disebut greensand atau zeolit, kemudian bahan penukar ion zeoilt buatan dan yang saat ini sering digunakan adalah bahan penukar ion yang disebut resin penukar ion.
Resin penukar ion umumnya terbuat dari partikel cross-linked polystyrene. Terdapat beberapa resin penukar ion yang diproduksi oleh berbagai pabrik dan dipasaran masing-masing mempunyai nama dagang tersendiri. Untuk proses penghilangan kesadahan atau pelunakan, resin yang digunakan adalah resin penukar kation yang mengandung sodium.
BAB III
METODOLOGI
3.1 Bahan
Bahan Baku Zeolit Zeolit alam Lampung adalah jenis Klinoptilolit yang diperoleh dari CV. Zeo Kap Kan Lampung dengan kadar Si/Al adalah 77,39/5,55.
3.2 Metode Penelitian
Zeolit alam Lampung yang akan digunakan diaktivasi terlebih dahulu secara kimia dengan larutan NaOH sehingga diperoleh Na_2Z. Natrium zeolit (Na_2Z.) yang diperoleh akan digunakan sebagai pelunak untuk menurunkan kadar kesadahan air. Sistem yang digunakan adalah pertukaran ion pada tumpukan (bed) natrium zeolit. Variasi yang digunakan dalam percobaan ini adalah perbandingan debit air sadah yang diolah terhadap berat zeolit yang digunakan sehingga diperoleh konversi pelunakan air sadah. Hasil yang diperoleh ini akan dibandingkan dengan jenis zeolit lain, sehingga selain aktivasi dengan larutan NaOH dilakukan juga aktivasi dengan cara lain.
Air sadah yang digunakan adalah larutan CaCl_2 (konsentrasi 0,1 N atau 2118 ppm) dan larutan MgSO4 (konsentrasi 0,05 N atau 1240 ppm). Analisa hasil yang dilakukan adalah perubahan konsentrasi setelah air sadah dilewatkan pada zeolit.
Proses yang terjadi dapat dilihat sebagai berikut :
1. Proses aktivasi dan regenerasi zeolit (Powell, 1954)
CaZ + 2 NaOH ≡ Na_2Z + Ca(OH)2 ..............................................................(1)
MgZ + 2 NaOH ≡ Na_2Z + Mg(OH)2 ............................................................(2)
2. Proses softening
Na_2Z+ CaCl2 ≡ CaZ + 2NaCl ......................................................................(3)
Na_2Z+ Mg(SO)4≡ MgZ + Na2(SO)4 ............................................................(4)
Gambar 1 memperlihatkan skesta alat penelitian yang berupa kolom penukar ion berdiameter 40 cm dan tinggi 1,5 m.
BAB VI
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
4.1.1 Proses Pembentukan Na2Z Dari Zeolit Alam Lampung (Proses Aktivasi)
Gambar 2 memperlihatkan hubungan antara waktu perendaman dengan konversi NaOH untuk kadar NaOH awal 1 N dan diperoleh hasil bahwa waktu perendaman (aktivasi) yang optimum adalah 24 jam dengan konversi yang diperoleh sebesar 85,9 %. Lebih dari 24 jam konversi naik, tetapi kenaikannya sangat kecil sehingga tidak efektif jika digunakan sehingga diambil waktu perendaman optimum adalah 24 jam.
Gambar 2. Hubungan Antara Waktu Perendaman dan Konversi NaOH untuk Kadar NaOH awal 1 N
Gambar 3. memperlihatkan hubungan antara konsentrasi NaOH awal dengan konversi NaOH untuk waktu perendaman 24 jam dan diperoleh hasil bahwa konsentrasi NaOH awal yang optimum adalah 1 N dengan konversi sebesar 85,9%.
Gambar 3. Hubungan Antara Konsentrasi NaOH awal dengan Konversi NaOH untuk Waktu Perendaman 24 jam
4.1.2 Pemakaian Na2Z untuk air sadah (Proses Softening)
Gambar 4 memperlihatkan hubungan antara debit air sadah dan konversi pelunakan air sadah dengan larutan CaCl2 2118 ppm sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak 20 kg. Dari gambar 4 diperoleh hasil bahwa Na2Z dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air untuk senyawa kalsium dengan debit air yang paling optimum adalah sebesar 1 L/menit dan konversi pelunakan air sebesar 76,5 %.
Gambar 4. Hubungan Antara Debit Air Sadah Dengan Konversi Pelunakan Air Sadah (larutan CaCl2 awal 2118 ppm dan berat Na2Z 20 kg)
Gambar 5 memperlihatkan hubungan antara debit air sadah dan konversi pelunakan air sadah dengan larutan MgSO4 1240 ppm sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak20 kg. Dari gambar 5 diperoleh hasil bahwa Na2Z juga dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air untuk senyawa magnesium dengan debit air yang paling optimum adalah sebesar 1 L/menit dan konversi pelunakan air sebesar 50,5 %.
Gambar 5. Hubungan Antara Debit Air Sadah Terhadap Konversi Pelunakan (larutan MgSO4 awal 1240 ppm dan berat Na2Z 20 kg)
4.3.1` Perbandingan Pemakaian Na2Z dengan Zeolit Lain untuk Pelunakan Air Sadah
Tabel 1 memperlihatkan perbandingan pemakaian Na2Z dan zeolit dengan metode aktivasi lain untuk larutan MgSO4 sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak 20 kg. Dari tabel 1 diperoleh hasil bahwa aktivasi yang paling baik digunakan adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na2Z dengan konversi 50,5 %.
Tabel 1. Perbandingan pemakaian Na2Z dengan zeolit lain untuk air sadah (digunakan larutan MgSO4 1 L/menit, berat zeolit 20 kg)
Tabel 2. memperlihatkan perbandingan pemakaian Na2Z dan zeolit dengan metode aktivasi lain untuk larutan CaCl2 sebagai model air sadah dan zeolit yang digunakan sebanyak 20 kg. Dari tabel 2 diperoleh hasil bahwa aktivasi yang paling baik digunakan adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na2Z dengan konversi 76,5 %.
Tabel 2. Perbandingan pemakaian Na2Z dengan zeolit lain untuk air sadah (digunakan larutan CaCl2 1 L/menit, berat zeolit 20 kg)
4.2 Pembahasan
Penelitian digunakan larutan CaCl2 dan MgSO4 sebagai model air sadah, sehingga tumpukan zeolit hanya dilewati oleh satu senyawa homogen. Padahal air sadah di alam tidak hanya mengandung senyawa kalsium dan magnesium, tetapi ada senyawa-senyawa lain seperti kation-kation bervalensi 2 (Sr2+, Ba2+, Fe2+ dan Mn2+) serta senyawa natrium (Na+) yang juga dapat menjadi penyebab kesadahan air walaupun bukan penyebab utama serta pengotorpengotor lain yang mungkin ada. Jika hasil penelitian diterapkan pada air sadah yang sesungguhnya maka nilai konversi mungkin akan turun karena kation yang dipertukarkan lebih kompleks.
Konversi 76,5% diperoleh dari kesadahan awal 2118 ppm menjadi 498 ppm. Nilai akhir yang diperoleh masih berada di atas ambang batas maksimum yang dianjurkan. Jika zeolit ini akan diterapkan pada air sadah dengan kesadahan awal di bawah 2118 ppm, maka dengan satu kolom saja mungkin masih diperoleh hasil di bawah ambang batas maksimum. Tetapi jika kesadahan awal 2118 ppm atau lebih tinggi dari itu, maka perlu ditambah satu atau beberapa kolom penukar ion lagi. Jadi kolom dibuat sebagai kolom alir bersinambung. Hal ini juga berlaku jika kita menggunakan air sadah yang sesungguhnya, karena kemampuan zeolit juga akan turun jika digunakan pada air sadah yang sesungguhnya.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui kemampuan zeolit alam Lampung dalam menurunkan kadar kesadahan air pada air sadah yang sesungguhnya. Selain itu juga perlu dilakukan perhitungan yang lebih rinci untuk mengetahui kemampuan pertukaran ion tiap kolom, sehingga kita dapat merancang dimensi kolom, jumlah kolom yang digunakan, berat zeolit dalam kolom dan debit.
BAB V
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Hasil penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Zeolit alam Lampung dapat digunakan untuk menurunkan kadar kesadahan air setelah dilakukan aktivasi sebelumnya.
2. Metode aktivasi yang paling baik adalah menggunakan larutan NaOH menjadi Na2Z.
3. Konversi yang diperoleh untuk menurunkan kadar kesadahan air menggunakan Na2Z adalah sebesar 76,5 % .
DAFTAR PUSTAKA
Arifin, M. & Komarudin. 1999. Zeolit. Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral. Bandung
Powell, S.T. 1954. Water Conditioning For Industry. pp. 146 – 192. Mc.Graw Hill Book Company.Inc. New York. Siahaan, R. 2000. Pengolahan Air Sadah Dengan Proses Pengendapan dan Kristalisasi. Jurnal Penelitian Permukiman. Vol. 16 (3). Hal. 63-71.
Marsid, Ruliasih. Zeolit Untuk Mengurangi Kesadahan Air.
Astuti, Widi. Proses Pelunakan Air Sadah Menggunakan Zeolit Alam Lampung. Diterbitkan pada Widya Riset Volume 8 No. 1 Tahun 2005.
0 Response to "Proses Pelunakan Air Sadah Menggunakan Zeolit"
Post a Comment
Terima kasih jika sudah mengomentari artikel saya karena saya juga manusia yang biasa tidak luput dari kesalahan.