a

MUNA

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Add Your Heading Text Here

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Add Your Heading Text Here

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

SUMBER, PENGOTOR, DAN SIFAT KIMIA AIR

SUMBER, PENGOTOR, DAN SIFAT KIMIA AIR

Keberlangsungan sebuah industri sangatlah bergantung pada ketersediaan air bersih. Air bersih dibutuhkan dalam jumlah yang sangat besar untuk menjalankan berbagai proses di dalam industri. contohnya adalah untuk proses produksi, proses pendinginan produk dan peralatan proses, sebagai air umpan boiler, air minum, dan juga untuk sanitasi.

Siklus air global

Air yang jumlahnya terbatas di bumi akan melalui berbagai macam proses recycle,Proses ini berlangsung sehingga diperoleh air bersih dan dapat digunakan kembali oleh makhluk hidup. Pada umumnya, siklus ini disebut Siklus Hidrologi. Salah satu komponen yang cukup memiliki peran dalam siklus air global sebab penggunaan air bersih yang cukup besar. Di dalam siklus air antara lain evaporasi, kondensasi, presipitasi. Evaporasi atau penguapan ialah proses terjadinya perubahan air dari fasa cair menjadi fasa gas.  Dalam siklus air, evaporasi dipengaruhi oleh sinar matahari sehingga jumlah air yang menguap tidaklah selalu sama setiap waktu. Sesampainya air dalam fasa gas di atmosfer, air akan mengalami proses kondensasi karena terjadi penurunan temperatur pada atmosfer, sehingga terbentuklah awan di langit. akhirnya melepaskan air bersih dan terjadilah fenomena hujan. Selanjutnya air bersih akan tertampung dan meresap ke tanah atau mengalir kembali ke lautan, dan siklus air pun terulang. Saat air hujan turun melewati atmosfer, air dapat menyerap gas-gas yang berada di udara, dan terjadilah fenomena hujan asam.

Air sebagai pelarut

Air murni (H2O) tersusun atas molekul-molekul hidrogen dan oksigen, mempunyai karakter tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Air mampu melarutkan setiap senyawa organik yang ada di bumi, disebut juga sebagai “pelarut universal”.

Namun, meskipun air mampu melarutkan senyawa-senyawa dengan sangat baik, di sisi lain, air juga dapat menyebabkan ancaman untuk peralatan-peralatan industri. Jika air tidak diolah dengan bersih  dan digunakan dalam peralatan industri maka akan menyebabkan korosi.

Jika air masuk ke dalam suatu reaksi dan temperaturnya berubah-ubah, hal ini akan menyebabkan sejumlah senyawa tidak larut dan mengendap pada alat. Peristiwa ini dapat terjadi karena proses pelarutan senyawa dipengaruhi oleh temperatur reaksi. Oleh karena itu, teknologi pengolahan air bersih sangatlah penting untuk diterapkan dalam suatu industri , tujuannya untuk mengendalikan terjadinya fenomena seperti korosi dan scaling/ endapan, supaya tidak menimbulkan kerugian yang besar bagi industri.

Water impurities

Impurities merupakan zat pengotor yang terkandung dalam sebuah senyawa/larutan. Sebagai contoh, kalsium bikarbonat merupakan jenis garam yang dapat larut dalam air.

Suspended solid merupakan jenis zat yang tidak larut dalam air dan biasanya masih berbentuk partikel-partikel dalam larutan. Partikel itulah yang menyebabkan larutannya terlihat keruh. Misalnya dari tabel dibawah ini.

 Dari Tabel 1.1 Jenis impurities yang umum ditemukan dalam air

Impurities : Turbidity/ kekeruhan

Rumus kimia : –

Kerugian yang ditimbulkan : Larutan tampak kotor dan tidak jernih, menyebabkan terjadinya pengendapan pada pipa maupun pada alat proses

Jenis treatment : Koagulasi, settling, Dan filtrasi

Air Permukaan

Arah aliran air hujan dan air salju pada daratan akan sangat bergantung pada kondisi topologi tanah yang dilewatinya. Pada daerah dengan kondisi tanah yang tersusun atas tanah liat, biasanya sangat sedikit air yang terserap ke dalam tanah.

Saat air mengalir pada permukaan tanah, pasir dan tanah yang ada pada permukaan dapat terbawa dalam aliran dan menyebabkan terbentuknya endapan.

Saat aliran air bertumbukan pada bebatuan maka secara alami akan membuatnya ter-aerasi.

Pada umumnya, sungai dikelilingi dengan pepohonan di sepanjang alirannya. Gugurnya dedaunan maupun patahnya ranting-ranting dan akar pohon ke dalam sungai, menyebabkan tingginya kandungan organik dalam air.

Secara kimiawi dan fisika, karakteristik zat pengotor pada air permukaan akan bervariasi seiring waktu. Umumnya, hal ini dipengaruhi oleh kejadian alam, baik yang terjadi dalam waktu singkat, maupun dalam waktu yang lama. Pada waktu singkat, contohnya adalah saat terjadinya badai. Badai yang kuat akan membawa dan dapat memindahkan partikel-partikel asing dalam waktu yang singkat bahkan meskipun lokasinya berjauhan dari badan air.

Dalam kurun waktu yang lama, musim yang berganti dapat mempengaruhi karakteristik air permukaan. Saat musim hujan, limpasan air akan memiliki intensitas yang tinggi. Hal ini dapat menyebabkan pengaruh positif maupun negatif, tergantung kondisi geokimia dan biologis pada topografi tanah.Oleh sebab itu, industri-industri pengguna air itu harus mempertimbangkan kondisi air yang bervariasi saat mendesain program pengolahan air.

Air Tanah

Air hujan yang jatuh pada tanah yang berpori, seperti pasir, atau tanah lempung, dapat meresap ke dalam lapisan tanah tersebut. Dalam perjalanannya, air akan meresap hingga ke berbagai lapisan tanah yang mengandung berbagai macam mineral kompleks dan dapat membawa mineral-mineral tersebut ke lapisan yang lebih dalam.

Tidak seperti air permukaan, air tanah mengandung lebih sedikit, bahkan bebas dari zat pengotor suspended solid, karena dalam perjalanannya melewati lapisan-lapisan tanah, air akan tersaring secara alami menjadi air bersih.  Namun, beberapa jenis air tanah yang mengandung kadar zat besi tinggi, biasanya akan mengandung bakteri pereduksi sulfat. Hal ini bisa menjadi sumber masalah dalam industri, yang mana dapat menyebabkan fouling dan korosi. Mungkin akan mengandung zat yang tidak diinginkan dan dapat menyebabkan scaling, namun karena karakteristiknya yang stabil, air tanah masih mungkin untuk diolah dengan efektif. Misal seperti tabel dibawah ini.

Tabel 1.2 Perbandingan karakteristik air permukaan dan air tanah

Karakteristik : Turbidity, mineral terlarut

Air permukaan : Tinggi, rendah sedang

Air tanah       : Rendah, tinggi

Reaksi-reaksi mineral

Dalam perjalanannya, air tanah yang meresap di dalam tanah mungkin menjumpai berbagai jenis mineral, dan sangat mungkin terjadi peristiwa pelarutan mineral tersebut, sehingga terbawa meresap ke lapisan yang lebih dalam.

Salah satu contohnya adalah reaksi air tanah dengan kapur. Dari permukaan, air tanah dapat menyerap/melarutkan gas-gas dari atmosfer lalu meresap ke dalam tanah. Mineral ini bersifat basa dan sedikit larut dalam air netral.

Ketika air tanah yang bersifat agak asam bereaksi dengan limestone, maka reaksi yang akan terjadi adalah reaksi penetralan, sehingga akan terbentuk garam dan air. Garam yang terbentuk adalah kalsium dan magnesum bikarbonat (disebut juga hardness), yang mudah larut dalam air, sehingga mungkin air akan terlihat jernih meskipun mengandung senyawa tersebut. Hal inilah yang menyebabkan permasalahan yang biasanya ditemui dalam industri, yaitu terbentuknya scaling kalsium dan magnesium, dan korosi pada alat akibat hardness yang terkandung dalam air tanah dan tidak terlihat dengan kasat mata. Kandungan karbon dioksida yang tinggi akan terbawa dalam kondensat, dimana hal ini dapat menyebabkan terjadinya korosi pada alat.

Lapisan tanah memiliki pori-pori yang bentuk dan ukurannya bergantung dari struktur penyusun lapisan tanah tersebut. Lapisan yang tersusun atas Limestone memiliki struktur yang berpori dan membentuk channel, yang disebut “inter-stices”.Oleh karena lapisan limestone mengandung air yang banyak, umumnya penggalian sumur dilakukan hingga mencapai kedalaman lapisan limestone. Sumur-sumur tersebut banyak dimanfaatkan untuk keperluan domestik maupun keperluan industri karena cadangan airnya tersedia dalam jumlah banyak dan keluar terus menerus. Akan tetapi, air tanah dari lapisan limestone sangat bersifat sadah, karena mengandung hardness dan terjadinya reaksi netralisasi seperti pada penjelasan di atas. Oleh sebab itu, pengolahan air sangat diperlukan sebelum air tanah tersebut digunakan.

Reaksi kimia

Untuk mengukur efektifitas water treatment program, sejumlah test perlu dilakukan. Terdapat tiga jenis test yang cukup penting dan umum dilakukan di banyak sistem, yaitu test pH, alkalinitas, dan silika. Disini, akan dibahas mengenai ketiga jenis test tersebut.

Pengendalian pH

Pengendalian pH merupakan hal yang sangat penting dilakukan dalam upaya mengendalikan peristiwa scaling dan korosi yang bisa terjadi dalam berbagai sistem proses yang menggunakan air. Maka dari itu pengertian dan faktor-faktor yang mempengaruhi pH harus dipahami dengan baik.

Dapat dilihat 1.3 Oleh karena ion H+ tersebut bervariasi, maka konsentrasi ion OH—pun ikut bervariasi, namun pada arah yang berbeda, disebabkan karena jumlah kedua ion tersebut konstan dalam suatu sistem.

pHa     : 0

Konsentrasi H+ dalam eksponensial, gram moles/L : 100

H+ Konsentrasi, Normality : 1.00

Konsentrasi OH– , Normality : 0.00000000000001

Konsentrasi OH–  dalam eksponensial, gram moles/L pOH– : 10-14/ 14

Dalam pengukuran pH, umumnya digunakan pH meter. Skala pada pH meter adalah skala yang linear dari 1-14. Akan tetapi, karena perhitungan pH merupakan fungsi logaritmik, maka perubahan satu unit pH akan sebanding dengan 10 kali lipatnya perubahan konsentrasi asam di dalam larutan. Penurunan dua unit pH sebanding dengan 100 kali lipatnya perubahan konsentrasi asam.

Alkalinitas

Pada sistem pengolahan air, salah satu parameter yang cukup penting adalah kandungan alkalinitas sebab kandungan alkalinitas dapat mempengaruhi reaksi dan proses lain yang dilakukan pada industri. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya scaling pada sistem cooling water pada industri.

Pada mulanya, senyawa karbon dioksida pada air tanah akan larut dan akan bereaksi dengan air menjadi asam karbonat seperti persamaan reaksi berikut :

Meskipun hanya terbentuk asam karbonat (H2CO3) dalam konsentrasi yang rendah, jumlah tersebut cukup bersifat asam sehingga mampu menurunkan pH air menjadi lebih rendah dari 7. Sifatnya yang berupa asam lemah mungkin tidak akan menurunkan pH hingga di bawah 4. Namun, pada level tersebut, asam sudah mampu untuk memicu terjadinya korosi pada peralatan yang bermaterial logam.

Dari reaksi tersebut, apabila konsentrasi CO2 dibuat konstan dan pH air dinaikkan, maka akan terjadi peningkatan laju reaksi perubahan spesi asam karbonat menjadi spesi ion bikarbonat HCO3–, seperti dapat dilihat pada Gambar 2. Perubahan spesi asam karbonat menjadi ion bikarbonat akan selesai pada pH 8.3. Bila pH dinaikkan lebih dari 8.3, maka perubahan spesi akan berlanjut menjadi ion karbonat H2CO3– hingga asam karbonat dan ion bikarbonat habis. Jadi, ketiga jenis spesi—asam karbonat, ion bikarbonat, dan ion karbonat akan dapat berubah dari satu spesi ke spesi lainnya dengan cara mengubah pH air.

Variasi pH dapat dikurangi dengan metode buffering, yaitu menambahkan larutan tersebut dengan asam (atau basa). Ketika larutan asam/basa ditambahkan pada air yang mengandung spesi ion karbonat/bikarbonat, pH larutan tidak akan berubah secara signifikan, dibandingkan jika ditambah dengan air murni. Hal ini terjadi karena asam yang ditambahkan akan bereaksi dengan ion karbonat/bikarbonat yang ada, dan tercipta kondisi “buffer”.

Alkalinitas dapat diasosiasikan dengan kemampuan air untuk menetralkan asam (contohnya adalah pengurangan kemampuan menurunkan pH yang berasal dari asam kuat seperti pada metode buffering yang dijelaskan sebelumnya).

IAlkalinitas dapat diukur dengan cara double-titration. Pertama, larutan asam ditambahkan ke dalam sampel hingga ke titik akhir phenophtalein (pH 8.3) dan hingga titik akhir methyl orange (pH 4.4). Titrasi menuju titik akhir phenophtalein (P-alkalinity) menunjukkan konsentrasi ion OH– dan CO32- , sedangkan titrasi menuju titik akhir methyl orange (M-alkalinity) menunjukkan konsentrasi OH–, CO32-, dan HCO3–.

Silica

Silika merupakan salah satu zat pengotor dalam air yang apabila jumlahnya tidak dikendalikan, akan menyebabkan terbentuknya desposit/scaling pada permukaan alat. Silika dalam bentuk padatannya merupakan kristal.

Silika dapat dijumpai dalam berbagai bentuk senyawa, dari senyawa silika sederhana, hingga material polimerik yang sangat rumit. Ukurannya pun beragam, bahkan ukurannya dapat mencapai ukuran partikel koloid. Silika koloid ini umumnya terdapat pada air permukaan, terlebih pada saat limpasan air terjadi dalam intensitas yang tinggi. Namun kebalikannya, silika koloid cukup jarang ditemukan dalam kandungan air tanah.

Polimer silika pada umumnya tidak menampakkan warna pada saat diuji dengan metode standard kolorimetri dengan basis molybdate. Silika jenis ini merupakan jenis silika yang “nonreaktif”. Tetapi, silika jenis ini bersifat tidak stabil dalam temperatur tinggi, apabila dipanaskan di dalam boiler, polimer silika tersebut akan kembali menjadi bentuk dasarnya, yaitu monomer silikat, yang mana lebih reaktif bila direaksikan dengan molibdat.

Jadi, apabila dilakukan pengujian molibdate pada air umpan boiler, konsentrasi silika yang terdeteksi bisa jadi sangat kecil bahkan hampir tidak ada, dibandingkan dengan air blowdown boiler yang sangat mungkin silika terdeteksi dalam konsentrasi yang sangat tinggi. Tingginya nilai silika dalam air boiler dan rendahnya silika dalam air umpan ini seringkali menunjukkan bahwa silika koloid berada dalam konsentrasi yang tinggi pada air make up.

 

Metode lain untuk menguji silika koloid ini dapat dilakukan dengan menggunakan emisi atom atau absorpsi untuk mengukur kadar silika dalam air umpan. Tidak seperti metode pengujian molibdate, metode ini akan mengukur total silika yang ada dalam suatu sampel terlepas dari bentuk polimernya.

PERTIMBANGAN LINGKUNGAN

PERTIMBANGAN LINGKUNGAN

Pada tahun 1960-an efek negatif dari pertumbuhan ekonomi mulai terlihat jelas. Hal ini merupakan hasil dari pertumbuhan industri yang sangat cepat setelah masa Perang Dunia ke-2. Selama periode ini masyarakat umum menjadi sadar akan konsekuensi dari penanganan material limbah yang tidak benar dan kecelakaan industri.  Mengenai banyak masalah lingkungan penting lainnya telah berkembang, seperti masalah-masalah berikut.

·         hujan asam

·         pemanasan global (“efek rumah kaca”)

·         Penipisan ozon pada lapisan stratosfer

·         deforestasi tropis

·         krisis sampah perkotaan

·         pestisida dalam air tanah

·         Pembuangan limbah berbahaya

·         karsinogen alami dan sintetis

Fokus pada pertimbangan lingkungan telah bergeser dari pendekatan tunggal-menengah (udara, air, tanah) ke pendekatan holistik. Regulasi awal terdiri dari tidak diperbolehkannya pembuangan pelarut seperti trichloroethane (methyl chloroform) ke dalam tanah untuk mencegah pencemaran udara dengan proses counter-current air stripping. Ketika air tidak lagi terkontaminasi, maka udara pun tidak akan terkontaminasi.Berdasarkan contoh tersebut, pelarut yang dihilangkan dari air harus dikondensasi atau diserap oleh karbon aktif dan diperoleh kembali atau dibakar. Perubahan lain adalah adanya kesadaran mengenai pembuangan limbah industri ke saluran air kota. Jika limbah industri ingin dibuang ke saluran air kota, maka limbah tersebut harus diolah terlebih dahulu sehingga sesuai dengan standar air yang bisa dibuang. Limbah industri yang menyebabkan degradasi kualitas air limbah atau membuat lumpur limbah berbahaya harus dikelola dengan cara yang dapat diterima secara lingkungan. Pencapaian tujuan ini akan membutuhkan upaya jangka panjang yang berkelanjutan dari semua pihak. Biaya pembuatan produk atau cost of manufacturing pada saat ini telah mempertimbangkan biaya untuk pembuangan limbah dan pencegahan polusi.

PENGGUNAAN AIR DI INDUSTRI

Saat ini semakin jelas bahwa air tawar adalah sumber daya alam berharga yang harus dilindungi melalui pengelolaan dan penggunaan yang tepat. Meskipun dua pertiga dari permukaan bumi ditutupi oleh air, sebagian besar darinya adalah air laut, yang tidak mudah digunakan untuk sebagian besar kebutuhan. Semua air segar berasal dari curah hujan, yang meresap ke dalam tanah atau mengalir ke sungai dan sungai. Untuk memastikan pasokan air berkualitas tinggi yang memadai untuk keperluan industri, praktik-praktik berikut ini harus diterapkan.

·         pemurnian dan pengkondisian sebelum konsumen (minum) atau penggunaan industri

·         konservasi (dan gunakan kembali jika memungkinkan)

·         pengolahan air limbah

Sistem pendingin di industri telah dimodifikasi untuk mengurangi penggunaan makeup air tawar. Pengoperasian cooling tower pada siklus konsentrasi tinggi dan penggunaan kembali aliran limbah (termasuk limbah pabrik kota untuk makeup menara pendingin) dapat berkontribusi secara signifikan untuk mengurangi konsumsi air.

Air tanah dan air permukaan dapat tercemar sebagai akibat dari pengelolaan limbah yang tidak benar. Karena meningkatnya permintaan akan air, ada kebutuhan berkelanjutan untuk berbagi sumber daya air. Peraturan pemerintah akan mensyaratkan peningkatan penanganan semua limbah cair domestik dan industri untuk menghilangkan polutan industri dan mengembalikan air limbah ke kualitas yang baik.

Kekhawatiran tentang keamanan pasokan air minum telah menyebar luas di masyarakat. Meskipun ada banyak polutan yang menurunkan kualitas air (termasuk polutan alami), polutan yang menarik perhatian publik terbesar adalah dari aktivitas industri, penggunaan pestisida pertanian dan pupuk. Peraturan lingkungan menetapkan kriteria kualitas untuk pembuangan limbah industri dan domestik. Meskipun beberapa negara memiliki undang-undang dan peraturan perizinan yang lebih komprehensif daripada yang lain, standar pengendalian polusi yang ketat mungkin akan diadopsi secara global di tahun-tahun mendatang.

KUALITAS UDARA

Masalah kualitas udara sulit diatasi karena dapat secara luas menyebar, sehingga seringkali menjadi perhatian multinasional. Masalah-masalah signifikan seperti hujan asam, penipisan ozon stratosfer, dan efek rumah kaca membutuhkan tingkat kerjasama internasional yang sulit dicapai.  Di pabrik kertas, pembangkit listrik, pabrik baja, kilang, dan konsumen energi utama lainnya, setiap peningkatan efisiensi energi mewakili pengurangan bahan bakar yang dibutuhkan. Sebagai hasil dari pengurangan konsumsi bahan bakar yaitu lebih sedikit karbon dioksida yang dihasilkan dan juga ada penurunan emisi sulfur oksida. Proses-proses ini, dikombinasikan, mengkonsumsi hingga 30% dari energi yang dilepaskan oleh pembakaran batu bara. Sementara proses ini mengurangi kontaminan yang diduga menyebabkan hujan asam, mereka meningkatkan jumlah batubara yang terbakar dan dengan demikian meningkatkan produksi karbon dioksida, salah satu gas yang diduga menyebabkan “efek rumah kaca”.

Banyak polusi udara yang menjadi perhatian dapat dikurangi secara besar-besaran melalui penggunaan sumber energi alternatif, seperti fisi nuklir (dan pada titik tertentu, mungkin fusi nuklir), panas bumi, angin, pembangkit listrik tenaga air, fotovoltaik, biomassa, dan matahari. Dengan adanya pengurangan ozon di stratosfer dapat menyebabkan radiasi UV menjadi lebih mudah sampai ke permukaan bumi, dan hal ini dapat menyebabkan peningkatan kejadian kanker kulit bersama dengan efek yang tidak diinginkan lainnya. Ada gerakan untuk membuat perjanjian multinasional yang memberikan insentif bagi negara-negara berkembang untuk tidak merusak hutan hujan mereka. Hutan hujan harus dilestarikan tidak hanya demi konservasi tetapi juga karena untuk menghilangkan sejumlah besar karbon dioksida atmosfer melalui fotosintesis dengan demikian dapat mengurangi pemanasan global dan efek rumah kaca.

Data dan ilmu pengetahuan tentang kimia atmosfer saat ini masih belum lengkap. Ketika ilmu pengetahuan berkembang, tidak diragukan lagi akan ada banyak perubahan arah dan penekanan tentang polusi atmosfer. Karena sejumlah besar polusi atmosfer dihasilkan dari aktivitas industri dan pembangkit listrik, sehingga ruang lingkup dan ketatnya peraturan polusi udara industri akan terus meningkat.

PENGURANGAN LIMBAH INDUSTRI DAN KONSERVASI ENERGI

Pada abad ke-20, negara-negara industri berkembang dari pengeksploitasi sumber daya alam yang melimpah menjadi pelestari sumber daya yang langka. Pada awal 1900-an, konsumsi produk industri sangat sederhana dan sumber daya alam tidak terbatas. Seiring meningkatnya permintaan akan tenaga listrik dan produk industri, keterbatasan sumber daya alam Bumi menjadi keprihatinan yang semakin meningkat.Selain menghasilkan output yang diinginkan dengan biaya tertentu, produsen industri sekarang harus mempertimbangkan tujuan berikut.

·         untuk mengkonsumsi bahan baku dan energi minimum

·         untuk meminimalkan limbah melalui penggunaan sumber daya yang efisien

·         untuk memulihkan bahan yang berguna dari limbah produksi

·         untuk mengolah limbah residu apa pun sehingga dapat dikonversi ke bentuk yang dapat diterima secara lingkungan sebelum dibuang

Selain kekhawatiran tentang menipisnya sumber daya alam, ada kekhawatiran luas tentang praktik pembuangan limbah. Penguburan limbah industri yang tidak diolah (berbahaya atau tidak berbahaya) sudah tidak diperbolehkan. Produk limbah lainnya mungkin mengandung komponen berharga yang dapat diolah. Karena biaya pembuangan limbah telah meningkat, sehingga secara ekonomis lebih baik menggunakan bahan baku alternatif atau  mengubah proses sehingga lebih sedikit limbah berbahaya yang dihasilkan. Kekuatan pendorong yang paling efisien untuk pemilihan bahan baku dan proses pengurangan limbah alternatif adalah market place. Karena tingginya biaya pengolahan dan pembuangan limbah, proses tertentu dapat mengimbangi biaya awal yang lebih tinggi dengan pengurangan biaya operasi. Misalnya sistem membran (reverse osmosis, pembalikan elektrodialisis, dll.) telah berhasil digunakan untuk mengolah air makeup boiler dan mengurangi tingkat kontaminasi total dalam pembuangan limbah dibandingkan dengan sistem pertukaran ion. Pengolahan membran blowdown cooling tower juga telah digunakan untuk mengurangi jumlah total air limbah. Stripping karbon dioksida dan amonia dari aliran kondensat proses dapat digunakan kembali sebagai air umpan boiler. Pengurangan blowdown cooling tower dengan menggunakan side stream softeners dan / atau filter, bersama dengan kontrol deposit efektif dan program penghambatan korosi.

Meskipun upaya global sedang dilakukan untuk memastikan bahwa limbah dari proses industri dikelola dengan baik, biaya perbaikan kerusakan dari industri sebelumnya juga harus ditangani. Penguburan limbah industri secara acak di masa lalu telah menghasilkan masalah pencemaran air tanah yang signifikan. Karena pergerakan bawah tanah dari bahan kimia yang diambil dari daerah pembuangan, sangat sulit untuk memantau dan melacak bentuk polusi ini, sehingga hal ini harus menjadi perhatian utama bagi masyarakat umum. Produsen industri dan komersial memiliki kewajiban untuk meminimalkan konsumsi sumber daya alam Bumi dan meminimalkan polusi dan limbah. Istilah “zero risk” sering digunakan untuk mewakili tujuan akhir menghasilkan produk tanpa menghasilkan efek lingkungan. Karena mendekati nol risiko (walaupun dalam banyak kasus tidak pernah dapat sepenuhnya tercapai), biaya bagi produsen dan untuk masyarakat pada umumnya menjadi semakin besar untuk setiap peningkatan risiko yang dihindari.

Sudah menjadi jelas bagi semua negara bahwa perlindungan lingkungan adalah masalah yang harus segera ditangani dan berkelanjutan. Dibutuhkan banyak waktu dan upaya untuk mendesain ulang proses industri untuk meminimalkan limbah yang dihasilkan. Deposit dan korosi harus dikontrol secara efektif dalam kondisi yang dapat diterima lingkungan. Sistem perawatan, penanganan, feeding, dan kontrol yang efisien sangat penting untuk memastikan kinerja sistem yang optimal dengan dampak minimal terhadap lingkungan.

PENERAPAN METODE KUALITAS PADA PROSES PENGOLAHAN AIR

PENERAPAN METODE KUALITAS PADA PROSES PENGOLAHAN AIR

Sistem air utilitas biasanya memiliki variasi yang cukup besar. Karakteristik makeup water dapat berubah seiring waktu. Kecepatan dan tingkat perubahannya tergantung pada sumber air. Water losses dari sistem resirkulasi, perubahan laju produksi, dan laju bahan kimia semuanya berpengaruh terhadap variasi sistem dan dengan demikian mempengaruhi kemampuan untuk mempertahankan kontrol yang tepat dari sistem. Variabel lain yang berpengaruh terhadap sistem air utilitas meliputi:

·         Kecepatan air

·         Suhu air

·         Suhu proses

·         Tuntutan proses

·         Laju penguapan

·         Keterampilan operator

·         Karakteristik air (suspended solids, hardness, pH)

·         Kualitas air olahan

Variabel-variabel ini dipertimbangkan dan digunakan selama aplikasi dan pengujian pilot plant dari sistem pengolahan air yang baru. Meskipun program yang sangat sensitif beroperasi dalam rentang kendali sempit dapat cocok untuk satu sistem, sistem lain yang membutuhkan tingkat perlindungan yang sama mungkin tidak mampu mempertahankan kendali yang diperlukan. Akibatnya, hasil yang lebih rendah harus diterima kecuali jika sistem diperbaiki untuk mendukung program sensitif.

Dalam sistem operasi, pengolahan air influen, boiler, pendingin, dan air limbah yang tepat, sering kali memerlukan penyesuaian bahan kimia yang terus menerus dan konstan untuk memenuhi persyaratan kondisi sistem yang berubah dengan cepat. Untuk meningkatkan operasi, perlu untuk mengenali pentingnya perbaikan berkelanjutan dan pemahaman mengenai beberapa alat dan prosedur yang diperlukan untuk mendukung upaya ini.

Data yang memadai dan andal sangat penting jika variasi dalam sistem ingin diukur dan dikurangi.Data proses dapat disimpan dalam database dan diambil serta dianalisis sesuai kebutuhan dalam berbagai format. Komputer dapat mengolah data secara cepat yang biasanya membutuhkan waktu berbulan-bulan atau bertahun-tahun jika menggunakan log sheet. Komputer dapat digunakan untuk membuat grafik dan menganalisis data dalam berbagai format, seperti Statistical Process Control (SPC), trend analysis, dan histogram. Operator dapat memecahkan masalah sistem berdasarkan analisis ini tanpa menghabiskan banyak waktu untuk meneliti dan menganalisis data secara manual. Dalam buku klasiknya, Managerial Breakthrough (McGraw Hill: New York, 1964, hlm 1-14), Dr. J. M. Juran mengembangkan perbedaan penting antara kendali mutu, peningkatan mutu, dan menjelaskan elemen pemecahan masalah yang efektif dalam setiap kasus.

ZONA PENGENDALIAN MUTU

Meskipun kinerja suatu proses bervariasi dari hari ke hari, kinerja rata-rata dan rentang variasi cukup konstan dari waktu ke waktu. Tingkat kinerja ini melekat dalam proses dan disediakan dalam desain sistem. Zona pengendalian mutu menggambarkan data rata-rata yang diterima dan kisaran variasi nilai kesadahan air umpan yang diterima. Zona ini sering digunakan sebagai standar kinerja.

Terkadang, hasil dari kinerja berada di luar rentang variasi yang diterima atau standar dari range quality control. Hal ini digambarkan pada grafik pengendalian mutu dengan adanya suatu lonjakan secara tidak teratur. Tujuan pemecahan masalah di Zona Pengendalian Mutu adalah untuk membangun kembali standar kinerja. Hal ini melibatkan langkah-langkah berikut:

·         mendeteksi perubahan (lonjakan tidak teratur)

·         mengidentifikasi penyebab perubahan

·         mengambil tindakan korektif untuk memulihkan status quo

 

ZONA PENINGKATAN MUTU

Pemecahan masalah di Quality Improvement Zone dapat memberikan dampak yang lebih besar. Sasaran peningkatan kualitas adalah untuk menolak status quo sebagai standar dan mencapai tingkat kinerja yang belum pernah dicapai sebelumnya.Dalam hal ini, kesadahan air umpan yang lebih rendah secara signifikan mengurangi potensi pengerakan dan meningkatkan performa boiler.

Langkah ini memperluas cakupan pemecahan masalah di luar koreksi masalah yang sudah jelas. Meskipun penting untuk “membuat sistem berfungsi dengan baik”, sering kali lebih penting untuk melihat keseluruhan sistem untuk mengidentifikasi area mana yang berpotensi untuk ditingkatkan. Beberapa sistem tidak direncanakan dengan baik; yang lainnya belum diperbarui untuk mengikuti perubahan persyaratan dan kemajuan teknologi. Dalam kedua kasus tersebut, seringkali sistem yang menyebabkan masalah kontrol dan operasional (bukan orang yang bekerja di dalam sistem).

Alat Peningkatan Mutu

Selain pemahaman yang tepat, prosedur pemecahan masalah yang tepat juga dapat membantu peningkatan struktur dan konsistensi dalam pemecahan masalah tersebut. Alat peningkatan mutu berikut menyediakan cara untuk meringkas dan menyajikan data secara signifikan serta meningkatkan keberhasilan penyelesaian masalah yang sulit.

Diagram Alir. Diagram alir memberikan presentasi grafis dari langkah-langkah yang diperlukan untuk menghasilkan data yang diinginkan. Misalnya, cara ini dapat digunakan untuk memperjelas prosedur yang digunakan untuk mendesain softener atau langkah-langkah yang harus diambil jika terjadi gangguan pada cooling tower. Diagram alir digunakan dalam pemecahan masalah untuk memberikan pemahaman yang sama kepada semua pihak tentang keseluruhan proses.

Diagram Sebab-Akibat (Cause-Effect Diagram). Langkah penting pertama dalam peningkatan mutu adalah mengidentifikasi akar penyebab masalah. Diagram sebab-akibat memberikan cara yang efektif untuk mengatur dan menampilkan berbagai gagasan tentang kemungkinan akar penyebab tersebut. Gambar di bawah ini secara grafis menyajikan kemungkinan penyebab berkurangnya throughput  unit demineralizer.

Diagram Scatter. Diagram ini berguna untuk memberikan representasi grafik yang jelas dari hubungan antara dua variabel. Misalnya, kadar besi air umpan boiler dapat diplot sebagai fungsi pH air umpan untuk mengonfirmasi atau mengesampingkan hubungan sebab-akibat.

Analisis Pareto. Analisis pareto adalah analisa yang membandingkan peringkat dari faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kualitas, atau peringkat biaya dari berbagai masalah. Ini adalah sarana grafik yang sangat baik untuk mengidentifikasi dan berfokus pada beberapa faktor atau masalah penting.

Pengumpulan data dan fakta yang akurat sangat penting untuk setiap upaya peningkatan mutu. Peningkatan mutu merupakan aktivitas yang membutuhkan banyak informasi. Sistem pengumpulan data yang baik harus direncanakan dengan hati-hati untuk memberikan informasi yang benar dengan sedikit usaha dan dengan kemungkinan kesalahan yang minimal. Untuk merencanakan pengumpulan data, penting untuk mengidentifikasi potensi sumber bias dan mengembangkan prosedur untuk mengatasinya:

·         Bias pengecualian. Jika bagian dari proses yang sedang diselidiki telah ditinggalkan, hasilnya akan bias jika data dimaksudkan untuk mewakili keseluruhan proses. Misalnya, jika data tentang percobaan kemurnian air tidak disertakan dalam evaluasi masalah pengotoran turbin uap, penyebabnya bisa terlewatkan.

·         Bias interaksi. Proses pengumpulan datanya sendiri dapat mempengaruhi proses yang sedang dipelajari. Misalnya, jika operator mengetahui bahwa tingkat perawatan cooling tower sedang dipantau oleh laboratorium pusat, ia mungkin lebih berhati-hati dalam melakukan pengujiannya sendiri.

·         Bias persepsi. Sikap dan keyakinan pengumpul data dapat mempengaruhi apa yang mereka rasakan dan bagaimana mereka merekamnya. Jika operator yakin bahwa perubahan pada tekanan uap adalah tanggung jawabnya, dia dapat mencatat bahwa operasi normal pada saat carryover air boiler.

·         Bias operasional. Kegagalan untuk mengikuti prosedur yang telah ditetapkan adalah bias operasional yang umum. Misalnya, kegagalan untuk mendinginkan sampel air boiler hingga 25°C (77°F) sering kali menyebabkan kesalahan pengukuran pH.

Grafik dan Diagram. Representasi gambar dari data kuantitatif, seperti diagram garis, diagram lingkaran, dan grafik batang, dapat meringkas data dalam jumlah besar di area kecil dan memberikan informasi mengenai situasi yang kompleks secara singkat dan jelas. Gambaran dari histogram (penjumlahan grafik variasi dalam sekumpulan data) mengungkapkan pola yang sulit dilihat dalam tabel angka sederhana.

Setiap batang di sepanjang sumbu horizontal mewakili kisaran konsentrasi inhibitor tertentu, dalam bagian per juta. Skala pada sumbu vertikal mewakili jumlah kejadian di dalamnya rentang konsentrasi. Bentuk histogram khusus ini menunjukkan pola distribusi yang normal dan dapat diprediksi. Tidak ada insiden ketidaksesuaian di luar batas toleransi yang ditentukan 60-80 ppm, yang diwakili oleh garis putus-putus.

Pola distribusi pada di atas relatif normal, tetapi beberapa insiden ketidaksesuaian terjadi di luar batas teknik, menyimpang secara signifikan dari distribusi normal yang lain. Penyebab kejadian ini harus diselidiki, dan prosesnya diperbaiki ke pola yang lebih dapat diprediksi.

Kontrol proses statistik atau Statistical Process Control (SPC) adalah penggunaan metode statistik untuk mempelajari, menganalisis, dan mengontrol variasi dalam proses apa pun. Sementara histogram adalah representasi bergambar pola variasi, SPC digunakan untuk mengukur variasi ini dan menentukan secara matematis apakah proses tersebut stabil atau tidak stabil, dapat diprediksi atau tidak menentu.

 

Dengan kontrol proses statistik, data historis aktual digunakan untuk menghitung batas statistik atas dan bawah sebagai pedoman untuk operasi di masa mendatang. Apa pun yang berada di luar batas statistik dianggap sebagai penyebab khusus variasi yang membutuhkan perhatian segera. 

AERASI

AERASI

Aerasi merupakan unit proses yang berfungsi sebagai tempat terjadinya kontak yang baik antara air dengan udara. Turbulensi akan meningkatkan proses aerasi. Dalam proses industri, air biasanya mengalir countercurrent dengan aliran udara.  Untuk menghilangkan kandungan gas yang tidak diinginkan pada air secara efektif maka diperlukan waktu kontak dan perbandingan air dengan udara yang cukup.

Aerasi pada proses pengolahan air biasanya digunakan untuk proses berikut.

·         Pengurangan kandungan karbon dioksida (dekarbonasi)

·         Mengoksidasi besi dan mangan yang biasanya terkandung dalam air sumur (oxidation tower)

·         Pengurangan kandungan amonia dan hidrogen sulfida (stripping)

·         Aerasi juga efektif sebagai metode kontrol bakteri.

Metode Aerasi

Ada dua metode umum yang digunakan untuk porses aerasi air. Metode yang paling umum digunakan di industri yaitu aerasi water-fall.

Pada metode difusi udara, udara didifusikan menuju vessel penerima yang di dalamnya teradapat air yang mengalir secara countercurrent sehingga menciptakan gelembung udara yang sangat kecil. Hal ini untuk menjamin proses kontak yang baik untuk proses pelepasan gas yang tidak diinginkan di dalam air.

Water-Fall Aerator

Ada banyak variasi prinsip water-fall yang digunakan pada aerasi tipe ini. Konfigurasi paling sederhana menggunakan riser vertikal yang mengalirkan air dengan energi gravitasi menuju sebuah bak. Riser biasanya beroperasi dengan available head pada air. Efisiensi aerasi akan meningkat seiring dengan meningkatnya jarak jatuh. Tangga atau rak ditambahkan untuk memecah air yang jatuh dan menyebarkan air menjadi lapisan tipis yang akan meningkatkan waktu kontak dan efisiensi.

Coke tray aerator dan wood/plastic slat water-fall aerator relatif memiliki desain yang sama serta memiliki keunggulan karena membutuhkan ruang yang sedikit.

Coke tray aerator banyak digunakan untuk oksidasi besi dan mangan karena efek katalitik melalui kontak dari air yang mengandung besi/mangan dengan endapan. Unit-unit ini terdiri dari serangkaian tray berisi kokas sebagai tempat air meresap dengan aerasi tambahan yang diperoleh selama air jatuh bebas dari satu tray ke tray berikutnya.

Wood/plastic slat water-fall aerator mirip dengan atmospheric cooling tower yang kecil.

Forced draft water-fall aerator banyak digunakan untuk tujuan pengolahan air industri. Tray kayu atau plastik secara horizontal, atau tower yang diisi dengan isian dengan berbagai bentuk dan bahan yang dirancang untuk memaksimalkan rintangan terhadap air yang jatuh sehingga menjadi aliran kecil agar diperoleh kontak air-udara yang lebih besar.

Air Difusion Aerator

Aerator sistem ini mengalirkan udara menuju air melalui pipa yang dilubangi, strainer, pelat berongga, atau tube. Aerasi dengan difusi secara teoritis lebih unggul dibandingkan aerasi water-fall karena gelembung udara yang kecil naik melewati air secara kontiniu terekspos dengan permukaan cairan sehingga menghasillkan luas permukaan air per unit volume udara yang maksimal.

APLIKASI

Dalam pengondisian air industri, kegunaan utama aerasi adalah untuk menghilangkan kandungan karbon dioksida. Aerasi juga digunakan untuk mengoksidasi besi dan mangan yang umumnya terdapat dalam air sumur menjadi padatan yang mengendap. Aerasi sering digunakan untuk mengurangi karbon dioksida yang dibebaskan dalam proses water treatment. Contohnya senyawa asam biasanya ditambahkan pada keluaran softener zeolit sodium untuk mengontrol alkalinity air boiler. Karbon dioksida dihasilkan pada proses ini sehingga diperlukan aerasi untuk menghilangkan gas korosif dari air.

Pada kasus cold lime softening, karbon dioksida harus dihilangkan dari air sebelum air masuk ke dalam peralatan. Ketika tujuannya hanya untuk menghilangkan karbon dioksida dalam jumlah besar maka aerasi lebih ekonomis dibandingkan dengan pengendapan secara kimia dengan kapur.

Air stripping digunakan untuk mengurangi konsetrasi zat organik yang volatil seperti kloroform, gas yang terlarut seperti hidrogen sulfida dan amonia. Standar polusi udara perlu diperhatikan ketika air stripping digunakan untuk mengurangi senyawa organik yang volatil.

Penghilangan Besi dan Mangan

Besi dan mangan dalam air sumur berada dalam bentuk ferrous terlarut dan mangan bikarbonat. Pada proses aerasi, air berada dalam keadaan jenuh dengan oksigen yang akan mendorong reaksi berikut.

Produk oksidasi seperti besi ferri hidroksida dan mangan dioksida tidak larut dalam air dan dihilangkan dengan proses klarifikasi atau filtrasi.

Terkadang senyawa oksidator kuat seperti klorin (Cl2) atau kalium permanganat (KMnO4) digunakan dalam proses aerasi untuk memastikan proses oksidasi terjadi secara sempurna.

Pengurangan Kandungan Gas Terlarut

Gas terlarut dalam air mengikuti prinsip kelarutan gas dalam cairan yaitu berbanding lurus dengan tekanan parsial gas di atas cairan pada kondisi kesetimbangan. Prinsip ini dikenal sebagai hukum Henry yang di tuliskan sebagai persamaan berikut.

Ctotal = kP

Dimana:

Ctotal = total konsentrasi gas di dalam larutan

P = tekanan parsial di atas larutan

k = konstanta hukum Henry

Gas yang sering ditemui dalam water treatment (kecuali oksigen) tidak bersifat mengikuti hukum Henry karena gas tersebut terionisasi ketika larut dalam air seperti contoh berikut.

Karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan amonia merupakan gas dapat yang larut di dalam air pada kondisi tertentu hingga konsentrasi 1700, 3900, dan 531000 ppm. Konsentrasi ini jarang ditemui kecuali pada kondensat proses tertentu. Pada tekanan atmosfer normal, tekanan parsial dari gas ini secara praktek adalah nol.

Sesuai dengan reaksi di atas, ionisasi merupakan reaksi reversible. Efek umum ion ini digunakan untuk memperoleh proses penghilangan gas terlarut yang sempurna dengan aerasi. Jika konsentrasi salah satu ion pada sisi kanan reaksi meningkat maka reaksi bergeser ke arah kiri menghasilkan gas.

Penghilangan gas dengan aerasi dicapai pada level dimana gas dan air mendekati kondisi kesetimbangan dengan level gas di udara sekitar. Proses ini ditingkatkan dengan peningkatan temperatur, waktu aerasi, voulme udara yang kontak dengan air, dan luas permukaan air yang kontak dengan udara. pH merupakan faktor penting dalam proses aerasi. Efisiensi aerasi lebih besar ketika konsentrasi gas di dalam air tinggi dan konsentrasi di udara rendah.

Keterbatasan

Temperatur memiliki efek yang signifikan dalam proses air stripping. Oleh karena itu, proses ini tidak cocok pada kondisi dingin. Secara teoritis, pada temperatur 68oF (200C) kandungan karbon dioksida dpaat dikurangi menjadi 0,5 ppm dengan proses aerasi menuju kondisi kesetimbangan. Hal ini tidak selalu dapat dilaksanakan secara ekonomi dan pengurangan kandungan karbon dioksida menjadi 10 ppm normalnya sudah cukup diterima.

Meskipun penghilangan karbon dioksida bebas akan meningkatkan pH air dan membuat air menjadi kurang korosif, aerasi juga menyebabkan air jenuh dengan oksigen.Namun pada kasus suplai air sumur yang memiliki kandungan karbon dioksida yang tinggi dan tanpa oksigen maka aerasi hanya akan merubah suatu gas korosif menjadi gas korosif lainnya.

 

Efisiensi aerasi meningkat seiring dengan konsentrasi awal dari gas terlarut yang harus dihilangkan meningkat di atas nilai kesetimbangan. Oleh karena itu, untuk air dengan kandungan karbon dioksida yang rendah lebih efisien dari segi ekonomi mengunakan netralisasi dengan senyawa basa. Untuk menghilangkan hidrogen sulfida secara sempurna, aerasi harus dikombinasikan dengan penurunan pH atau oksidasi kimia. Senyawa organik non-volatil tidak dapat dihilangkan dengan air stripping. Contohnya yaitu fenol dan creosol yang tidak terpengaruh dengan proses aerasi saja.

FILTRASI

FILTRASI

Filtrasi merupakan proses tambahan untuk memisahkan partikel-partikel padatan dari air permukaan atau air limbah yang telah melewati proses koagulasi dan sedimentasi. Proses ini akan mengolah air hingga siap untuk digunakan sebagai air boiler, make-up cooling water, bahkan air minum. Dalam pengolahan air limbah, fitrasi juga sering digunakan sebagai proses akhir untuk membersihkan air hingga mencapai kualitas air buangan sesuai standar yang telah ditentukan.

Pada umumnya filtrasi hanya dianggap sebagai proses mekanik yang sederhana. Akan tetapi jika dilihat lebih detail, proses filtrasi itu sendiri terdiri dari beberapa proses yang saling melengkapi, seperti adsorpsi, straining, sedimentasi, intersepsi, difusi dan inersial compaction.

Pada dasarnya filtrasi tidak dapat menghilangkan dissolved solids, namun filtrasi dapat digunakan bersamaan dengan proses softening.

Pada proses softening atau klarifikasi secara umum, dimana terjadi proses koagulasi dan presipitasi, biasanya sebagian air efluen yang dihasilkan akan dilewatkan pada proses filtrasi. Air efluen dari proses klarifikasi biasanya memiliki nilai turbidity sebesar 2-10 NTU dan setelah melewati filtrasi, turbiditynya dapat menurun menjadi 0,1-1,0 NTU.

Konstruksi Umum

Metode filtrasi konvensional, seperti gravity filtration dan pressure rapid filter, dijalankan secara downflow. Media filter yang digunakan biasanya dipasang dengan ketebalan 15-30 inci dengan media pasir atau antrasit. Untuk menahan media filter yang berukuran halus supaya tidak terbawa atau hilang ke sistem pembuangan, pada tangki filtrasi harus dipasang penyangga (bed support) berupa partikel media filter yang ukurannya agak besar. Selain sebagai penghalang, penyangga itu juga berfungsi untuk mendistribusikan air pada saat proses backwash.  Tipikal bed supports tersusun atas batu kerikil atau antrasit yang berukuran 1/8 – 1,5 inci dan disusun dengan lapisan yang bertingkat hingga kedalaman 12 – 16 inci.

Tipe Media

Terdapat berbagai jenis material yang bisa digunakan sebagai media filter, contohnya quartz sand, pasir silika, antrasit, garnet, magnetit, dan lain-lain. Pada umumnya, pasir silika dan antrasit adalah yang paling sering digunakan. Apabila pada suatu proses filtrasi pasir silika tidak dapat digunakan, misalnya karena tangki filtrasi ditempatkan setelah proses softening dengan temperatur tinggi, antrasit akan dipilih sebagai penggantinya.

Dalam proses filtrasi, ukuran dan bentuk dari media filter akan sangat berpengaruh pada efisiensi penyaringan partikel padatan. Media filter yang memiliki sisi yang tajam, biasanya akan membentuk celah-celah antar partikel yang cukup besar, sehingga dapat menurunkan efisiensi penyaringan apalagi jika kotoran berukuran halus, dibandingkan dengan media filter yang berbentuk bulat pada ukuran yang sama.

Pada permukaan filter bed sebaiknya digunakan media filter yang cukup kasar sehingga memungkinkan suspended solid menembus filter bed sedalam 2-4 inci sebelum pada akhirnya tertahan di dalam filter bed. Meskipun pada umumnya banyak suspended solid yang sudah tertahan pada permukaan filter bed sejak kedalaman 1-2 inci, paling tidak konfigurasi tersebut dapat menghindari terjadinya pressure drop yang sangat cepat pada proses filtrasi.

Pasir dan antrasit yang digunakan sebagai media filter dinilai berdasarkan ukuran partikel efektif dan uniformity-nya. Ukuran partikel efektif ditentukan dengan mengukur ketebalan media saat media tersusun dari 10%-berat partikel ukuran kecil dan 90%-berat partikel ukuran lebih besar. Uniformity dihitung dengan cara membandingkan ukuran efektif dengan ukuran pada saat media tersusun dari 60%-berat partikel ukuran kecil dan 40%-berat partikel ukuran lebih besar.

Pasir halus yang digunakan sebagai media filter akan membentuk filter bed yang lebih dangkal sehingga menyebabkan pendeknya zona retensi dari partikel yang akan disaring.  Umumnya, pada metode rapid sand filter digunakan pasir dengan ukuran partikel efektif sebesar 0,35 – 0,60 mm dan koefisien uniformity maksimum pada nilai 1,7. Media filter yang kasar dengan ukuran 0,6-1,0 mm, biasanya digunakan pada proses koagulasi dan sedimentasi yang terkontrol.

 

Filter Bed dengan Media Campuran (Mixed-Media)

Istilah “multilayer”, “in-depth”, dan “mixed media” berlaku pada filter bed dengan media yang disusun bertingkat berdasarkan ukuran dan densitynya. Partikel-partikel besar akan membentuk susunan yang renggang, sehingga ditempatkan pada bagian atas filter bed, sedangkan partikel yang lebih kecil/halus akan membentuk susunan yang lebih padat, sehingga ditempatkan pada bagian dasar filter bed. Partikel-partikel halus bersifat lebih padat dan memiliki densitas lebih tinggi, sehingga mereka akan tetap berada di bagian dasar filter bed.

Dalam filtrasi downflow, partikel pengotor akan mengalir secara seragam dan dapat menembus hingga ke bagian dalam filter bed. Pada filtrasi downflow juga dapat dicapai laju filtrasi yang tinggi dan waktu operasi yang panjang.

Contoh Tabel 6-1. Media pada filtrasi multilayer

Media : Antrasit, Pasir, Garnet, Magnetite

Ukuran Efektif, mm (in.) : 0,7 – 1,7 (0,03 – 0,07),   0,3 – 0,7 (0,01 – 0,03) ,

0,4 – 0,6 (0,016 – 0,024) , 0,3 – 0,5 (0,01 – 0,02)

Specific gravity : 1,4 , 2,6 , 3,8 , 4,9.

 

Pada Tabel 6-1 ditampilkan 4 jenis media yang biasanya digunakan pada filtrasi multilayer. Namun terdapat pula beberapa jenis kombinasi media campuran lain yang juga sudah teruji dan digunakan dengan efektif. Namun perlu diperhatikan bahwa penggunaan media dengan jenis yang terlalu beragam akan menyebabkan sulitnya proses backwash untuk dilakukan. Filter bed dengan media kombinasi antrasit dan sand filter umumnya memiliki keuntungan yang sama dengan single media filtration, namun kombinasi ini tidak membutuhkan air backwash yang banyak seperti jika filter bed hanya tersusun dari pasir atau antrasit saja. Begitu juga untuk filter bed dengan kombinasi antrasit/pasir/garnet. Keuntungan yang sangat signifikan dari filter dual media diantaranya adalah lajunya yang tinggi dan juga waktu operasi yang lebih panjang.

Capping of Sand Filters

Rapid sand filter dapat dimodifikasi menjadi mix-media filter untuk meningkatkan kapasitas hingga 100%. Dibandingkan dengan menginstall rapid sand filter tambahan, modifikasi menjadi mix media ini akan membutuhkan biaya yang lebih sedikit.

Modifikasi tersebut biasanya dilakukan dengan cara mengganti sebagian lapisan atas media pasir pada filter bed dengan media antrasit. Cara itu disebut juga dengan capping. Lapisan pasir dengan ukuran partikel 0,4 – 0,6 mm setebal 2 – 6 inci pada permukaan filter bed diganti dengan antrasit berukuran 0,9 mm sedalam 4 – 8 inci. Apabila kapasitas penyaringan ingin ditingkatkan, maka jumlah pasir yang perlu diganti dengan antrasit harus lebih banyak.

Gravity Filter

Gravity filter dapat dilihat pada Gambar 6.1 berbentuk vessel terbuka yang cara kerjanya bergantung pada head gravity di posisi tersebut. Selain media filter komponen-komponen penting yang harus ada pada gravity filter  adalah sebagai berikut

·         Filter shell, dapat terbuat dari beton atau baja dan dapat berbentuk kotak persegi panjang atau lingkaran. Pada umumnya beton berbentuk persegi panjang adalah bentuk yang sering digunakan.

·         Support bed, berfungsi untuk menghalangi terbawanya pasir halus atau antrasit ke sistem pembuangan. Support bed biasanya memiliki kedalaman 1-2 ft, serta berfungsi untuk mendistribusikan air pada proses backwash.

·         Underdrain system disusun sedemikian rupa untuk mengatur pendistribusian air hasil filtrasi dan juga air pada saat backwash. Underdrain sistem tersusun atas pipa header dan lateral dengan perforasi atau strainer yang disusun berjarak.

·         Saluran air pencuci (wash water through), dibuat sebesar mungkin sehingga cukup untuk menampung air buangan hasil backwash supaya tidak meluap. Saluran tersebut dibuat berjarak sedemikian sehingga jalur horizontal dari air backwash tidak melebihi jarak 3-3,5 ft (0,91 – 1,07 m). Pada unit sand filter konvensional, saluran air tersebut ditempatkan kira-kira 2 ft di atas permukaan filter. Ruang kosong juga perlu disediakan untuk menghindari terbawa nya filter media pada saat dijalankan backwash pada laju maksimumnya.

·         Control device, berfungsi untuk memaksimalkan efisiensi operasi filtrasi. Alat ukur laju alir dan tekanan merupakan contoh control device untuk menunjang efisiensi operasi. Sebagai contoh, laju alir dikontrol dengan venturimeter pada aliran efluen, yang akan secara otomatis mengatur laju alir efluen supaya seragam. Pada aliran backwash juga perlu dipasang pengontrol laju alir.

Pressure Filter

Pressure filter biasanya digunakan bersamaan dengan proses softener yang beroperasi pada temperatur tinggi untuk mencegah terjadinya head loss. Pressure filter ini sebenarnya mirip dengan gravity filter  yang juga tersusun atas media filter, media penyangga, underdrain system, dan control device; namun pada pressure filter tidak diperlukan adanya saluran air cuci atau wash water through.

Pressure filter dapat didesain dalam bentuk vertikal ataupun horizontal dengan badan berupa silinder dan bagian kepala yang membulat. Pada pressure filter horizontal dengan diameter 8 ft, biasanya memiliki panjang vessel antara 10 – 25 ft (3,05 – 7,62 m). Kapasitasnya berkisar antara 200 – 600 gpm  (12,6 – 37,9 L/s). Filter-filter tersebut dipisahkan menjadi beberapa kompartemen untuk mengakomodasi proses backwashing cara terpisah. Air backwash yang digunakan pada pressure filter dapat dialirkan kembali menuju ke clarifier atau softener untuk diolah kembali.

Pressure filter biasanya dioperasikan pada laju alir 3 gpm/ft2  (2,04 L/s2/m2). Pada flowrate 2 kali lipatnya maka dibutuhkan 2 unit Pressure filter atau dapat digunakan multimedia filter.

Pada temperatur ambien, laju alir air backwash yang disarankan adalah 6 – 8 gpm/ft2 pada media antrasit dan 13-15 gpm/ft2 untuk media pasir.  Filter dengan media antrasit yang dijalankan pada temperatur tinggi membutuhkan laju alir backwash yang lebih tinggi yaitu sebesar 12 – 15 gpm/ft2, sebab pada temperatur tinggi densitas air akan menjadi lebih kecil dibandingkan pada temperatur normal.

Upflow Filters

Pada unit filtrasi upflow, umumnya digunakan satu jenis media filter, yaitu media pasir yang disusun berdasarkan ukuran dan densitasnya. Pasir yang paling halus ditempatkan pada bagian atas dari filter bed sedangkan pasir yang berukuran lebih besar dan kasar ditempatkan di bagian bawah. Pada bagian bawah,  dipasang susunan batu-batu kerikil (gravel) yang dialasi dengan grid. Selain untuk menahan pasir pada filter, batu kerikil tersebut berfungsi untuk mendistribusikan air secara merata ke seluruh permukaan filter bed selama proses filtrasi dijalankan. Terdapat grid lainnya yang dipasang pada bagian atas filter bed fungsinya adalah untuk menghindari terjadinya fluidisasi media filter.

Injeksi udara yang dilakukan pada saat pembersihan (bukan disebut backwash karena arah alirannya sama dengan aliran operasi normal) dapat membantu membersihkan partikel-partikel padatan yang telah tersaring serta untuk mengembalikan posisi  filter media seperti yang ditentukan.

Selama proses berlangsung, partikel pengotor yang berukuran besar akan tertahan pada bagian lapisan batu kerikil, sedangkan padatan pengotor yang berukuran halus akan menembus lebih jauh ke dalam media filter dan tertahan pada lapisan selanjutnya. Laju alir operasi yang yang biasanya digunakan adalah 5-10 gpm/ft2.

Automatic Gravity Filters

Beberapa manufacturer telah membuat dan mengembangkan gravity filter yang mempunyai sistem backwash otomatis ketika mencapai nilai headloss tertentu. Headloss, ditandai dengan level air di atas media filter, akan mengaktifkan pipa backwash , sehingga air backwash dari tangki penampung tersedot menuju media filter dan akan keluar dari pipa outlet menuju ke tempat pembuangan.

Gravity filter yang otomatis biasanya tersedia hingga ukuran diameter 15 ft (4,6 m). Ketika dioperasikan dengan laju alir tinggi dan multilayer media, sebuah unit gravity filter berdiameter besar dapat bekerja hingga mencapai kapasitas 1000 gpm (63,1 L/s).

Continuous Cleaning Filters

Sistem filtrasi dengan mode continuous cleaning dapat mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk melakukan proses backwash, sebab pembersihan dilakukan secara kontinu dan online. Beragam desain telah di buat.

Filter Washing-Gravity Filters

Untuk membuang partikel padatan yang terakumulasi pada media filter, perlu dilakukan proses pencucian secara berkala. Jika tidak dilakukan pencucian berkala, maka dapat terbentuk gumpalan-gumpalan atau lapisan-lapisan padat yang banyak tertinggal pada media filter. Hal itu dapat menyebabkan menurunnya efisiensi dan kapasitas dari filter tersebut.

Pada rapid downflow filter, pencucian media dilakukan dengan cara mengalirkan air bersih bertekanan dengan arah berkebalikan dengan arah aliran filtrasi. Pada gravity filter  konvensional, hal serupa juga dilakukan, yaitu mengalirkan air backwash sehingga kotoran-kotoran pada filter bed terangkat dan mengalir ke saluran air cuci dan terbuang ke aliran limbah. Kedua teknik backwash tersebut dapat dilakukan, bergantung pada desain media supports dan ketersediaan aksesoris-aksesoris peralatannya :

·         Backwash kecepatan tinggi, dapat menyebabkan ekspansi media filter hingga 10% lebih besar. Pada sand filter, laju alir sekitar 12-15 gpm/ft2 (8.2-10.2 L/s/m2) lebih umum digunakan, sedangkan untuk media antrasit laju alir yang digunakan berkisar pada 8-12 gpm/ft2 (5.4-8.2 L/s/m2).

·         Backwash kecepatan rendah, tidak menyebabkan ekspansi media filter, umumnya dikombinasikan dengan proses air scouring.

Apabila backwash hanya menggunakan air, biasanya pencucian permukaan media perlu dilakukan sebelum backwash. Permukaan media disemprot dengan air bertekanan yang keluar dari nozzle yang berputar, sehingga kerak di lapisan permukaan dapat terpecah. Setelah pencucian permukaan itu, maka backwash dapat dilakukan kurang lebih selama 5-10 menit. Setelah itu, dilakukan rinsing (pembilasan) dengan sedikit air yang kemudian dibuang ke aliran limbah. Setelah selesai, unit filter dapat dioperasikan kembali secara normal.

Dengan backwash kecepatan tinggi, gumpalan-gumpalan lumpur (mud balls) dapat terbentuk di dalam filter bed. Hal ini terjadi karena saat dialirkan air backwash kecepatan tinggi, media filter terekspansi dan terbentuk arus air secara acak sehingga bagian media yang terekspansi bergerak naik dan turun. Kemudian lapisan permukaan yang berkerak dapat terbawa putaran arus tersebut sehingga terbentuk gumpalan. Oleh sebab itu, pencucian permukaan sebelum backwash cukup penting untuk dilakukan untuk menghindari fenomena ini.

Pada metode kedua, backwash kecepatan rendah dengan air scouring, dapat memecah kerak pada permukaan media tanpa menyebabkan arus acak, dengan catatan, sistem underdrain pada filter didesain sedemikian sehingga udara dapat terdistribusi merata. Kotoran yang keluar dari media filter akan terkumpul pada permukaan air pada posisi ketinggian antara media filter dan saluran pembuangan backwash. Setelah itu, aliran udara dihentikan dan kecepatan air backwash ditingkatkan untuk membuang air kotor hasil backwash awal. Konsumsi air pada kedua jenis proses backwash tersebut kurang lebih sama, dengan atau tanpa udara (air scouring).

In–Line Clarification

In–line clarification merupakan sebuah metode pemisahan suspended solid menggunakan cara rapid filtrasi yang digabungkan dengan injeksi koagulan pada aliran inletnya. Proses ini juga dikenal dengan inline filtration atau contact filtration. Untuk pemisahan suspended solid, pada metode ini tidak diperlukan bak sedimentasi. Koagulasi dapat terjadi pada inline clarification dengan dua metode sebagai berikut:

1. menggunakan aluminum anorganik atau garam besi, dengan atau tanpa tambahan koagulan polimer dengan berat molekul (BM) tinggi

2. menggunakan polielektrolit organik kation kuat

Logam hidroksida dapat membentuk presipitasi. Oleh sebab itu, jika digunakan sebagai koagulan anorganik, sebaiknya hanya menggunakan filter dengan filter media ganda. Lapisan filter media disusun dari partikel yang berukuran kasar ke berukuran halus, sehingga partikel flok yang terbentuk akibat proses koagulasi dapat tertahan. Dengan begitu, rapid blinding dapat dicegah dan kesulitan dalam proses backwash dapat dihindari.

Ketika koagulan polimer BM tinggi digunakan, laju alir dengan konsentrasi polimer lebih kecil dari 0.1 ppm sudah mampu memaksimalkan pemisahan padatan, yaitu dengan membentuk flok berukuran besar dan menunjang absorpsi di dalam filter. Dengan teknik ini, dapat dihasilkan air efluen dengan turbidity kurang dari 0.5 NTU.

Metode kedua pretreatment dengan koagulan yaitu dengan bahan kimia berupa polielektrolit kation kuat. Penambahan bahan kimia ini tidak membentuk presipitasi partikel flok dan biasanya juga tidak terbentuk flok yang terlihat jelas pada air influent.  Jika digambarkan, proses ini dapat dilihat seperti tersebarnya muatan-muatan positif kation pada permukaan filter bed, sehingga partikel kotoran yang bermuatan negatif akan tertarik ke permukaan filter bed.

Inline clarification merupakan cara yang cukup ampuh untuk meningkatkan efisiensi pemisahan padatan dari air yang keruh. Efluen hasil penyaringan dengan metode ini biasanya memiliki nilai turbidity kurang dari 1 NTU.

Precoat Filtration

Metode precoat filtration umumnya digunakan untuk memisahkan zat partikulat yang sangat kecil, partikel minyak, bahkan bakteri dari air. Namun, metode ini hanya praktis digunakan untuk air dalam jumlah sedikit dan mengandung kontaminan dalam konsentrasi rendah.

Precoat filtration dapat digunakan setelah proses klarifikasi konvensional untuk memproduksi air dengan suspended solid yang sangat rendah untuk kebutuhan tertentu. Sebagai contoh, precoat filtration sering digunakan untuk memisahkan minyak dalam air kondensat yang terkontaminasi.

Pada precoat filtration, media precoat yang biasanya digunakan adalah pasir diatom. Pasir diatom berperan sebagai media filter dan sekaligus membentuk cake pada lapisan dasar permeable/septum.  Filter cloth, porous stone tube, porous paper, wire screen, dan wire-wound tube dapat digunakan untuk lapisan dasar.

 

Lapisan dasar mula-mula diberi lapisan dengan slurry media precoat. Kemudian tambahan slurry (body feed) akan ditambahkan seiring dengan bekerjanya filter. Kotoran yang tersaring pada filter akan terakumulasi dan menyebabkan pressure drop meningkat pada filter. Jika tercapai kondisi tersebut, maka backwash harus dijalankan. Pada teknik ini, media precoat yang berada pada lapisan permukaan biasanya akan terbawa aliran backwash, sehingga sebelum filter dijalankan kembali, media filter harus dilapisi media precoat lagi. 

KLARIFIKASI

KLARIFIKASI

Material tersuspensi pada air mentah dihilangkan dengan beberapa metode untuk menghasilkan air yang cocok untuk kebutuhan domestik dan industri. Material tersuspensi biasanya terdiri padatan yang besar dan dapat diendapkan dengan gaya gravitasi saja dan  material yang tidak dapat diendapkan beruapa senyawa koloid. Koloid ini biasanya dihilangkan dengan proses koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi. Kommbinasi dari tiga proses disebut sebagai klarifikasi konvensional.

Koagulasi merupakan proses destabilisasi oleh penetralan muatan. Ketika sudah netral maka partikel tidak akan saling tolak menolak sehingga dapat bergabung bersama-sama. Koagulasi dibutuhkan dalam proses penghilangan material tersuspensi berukuran koloid.

Flokulasi merupakan proses bergabungnya partikel koloid yang sudah mengalami destabilisasi atau telah terkoagulasi menjadi gumpalan yang lebih besar atau disebut juga sebagai flok.

Sedimentasi merupakan penghilangan suspensi secara fisikatau pengendapan yang terjadi setelah proses koagulasi dan flokulasi. Sedimentasi yang tanpa didahului akan hanya akan menghilangkan material tersuspensi berukuran besar.

Tahapan dari Proses Klarifikasi

Partikel halus tersuspensi yang tersebar merata di permukaan air akan saling tolak menolak karena sama-sama bermuatan negatif.

·         Koagulasi dapat terjadi dengan penambahan garam alumunium atau besi anorganik. Garam ini akan menetralkan muatan partikel dan menyebabkan kekeruhan serta menghidrolisis untuk membentuk endapan tak larut yang menangkap partikel. Koagulasi juga dipengaruhi oleh penambahan polimer organik dengan banyak sisi yang terionisasi yang mudah larut untuk menetralkan muatan partikel.

·         Proses penggumpalan partikel yang telah terdestabilisasi menjadi partikel yang lebih besar dapat di bantu dengan penambahan senyawa polimer organik dengan berat molekul yang besar dan mudah larut di dalam air. Polimer ini menigkatkan ukuran flok dengan cara mengisi ikatan pada sisi dan menjembatani antar molekul.

Koagulasi meliputi proses penetralan muatan partikel menjadi padatan tersuspensi yang terdestabilisasi. Kemudian proses flokulasi mengikuti pada proses klarifikasi umumnya. Flokulasi dimulai ketika partikel netral atau partikel terjebak mulai menabrak dan bergabung menjadi partikel yang lebih besar.

Koagulan Anorganik

Senyawa basa seperti kapur atau kaustik ditambahkan untuk meningkatkan pH air tergantung dari pH dan alkalinity air umpan. Produk hidrolisis dari koagulan besi dan alumunium berperan penting dalam proses koagulasi, terutama pada kasus air umpan dengan turbiditi rendah lebih untung karena adanya tumbukan antara permukaan. Beberapa koagulan anorganik :

Name : Aluminium sulfat

Rumus Kimia :  Al2(SO4)3·

                            14 to 18 H2O

Kekuatan Tipikal : 17% Al2O3

Bentuk Tipikal saat Digunakan dalam Water Treatment : lump, granular, or powder

Densitas : 60-70 lb/ft3

Penggunaan Tipikal : primary coagulant

 

pH mempengaruhi muatan permukaan dan pengendapan flok selama proses koagulasi. Flok besi dan alumunium hidrosida mengendap dengan baik pada pH dimana kelarutan koagulan berkurang. Performa koagulasi terbaik tidak selalu tertepatan dengan nilai pH optimum terbentuknya flok hidroksida.

Dengan alumunium sulfat, efisiensi optimum proses koagulasi dan kelarutan flok minimum terjadi pada pH 6,0 hingga 7,0. Kogulan besi dapat digunakan dengan baik pada rentang pH yang lebih luas yaitu dari 5,0 hingga 11,0. Reaksi kimia antara alkalinitas air (alami atau dengan penambahan) dengan alumunium atau besi menghasilkan koagulan hidroksida sebagai berikut.

Polielektrolit

Istilah polielektrolit ini merujuk pada semua polimer organik yang larut di dalam air yang digunakan pada klarifikasi baik itu berfungsi sebagai koagulan atau flokulan.

·         Polimer yang larut di dalam air dikelompokkan menjadi berikut.

·         Anionik, terionisasi di dalam air menghasilkan sisi bermuatan negatif sepanjang rantai polimer.

·         Kationik, terionisasi di dalam air menghasilkan sisi bermuatan positif sepanjang rantai polimer.

·         Nonionik, terionisasi di dalam air embentuk sisi bermuatan negatif yang sangat sedikit sepanjang rantai polimer.

Koagulan berbasis polimer umumnya merupakan material kationik dengan berat molekul relatif kecil (<500.000). Densitas muatan kationik (sisi bermuatan positif yang tersedia) sangat tinggi. Floculant/coagulant aid berbasis polimer dapat berupa kationik, anionik, atau nonionik. Berat molekul mereka bisa sngan tinggi hingga 50.000.000.

Pada partikel tertentu terdapat berat molekul dan densiatas muatan ideal untuk proses koagulasi yang optimum. Begitu juga dengan proses flokulasi paling efisien.

Suspensi normal bersifat tidak seragam sehingga diperlukan tes spesifik untuk menentukan koagulan dan flokulan yang bekerja pada rentang kerja yang luas.

Koagulan Polielektrolit Primer

Polielktrolit kationik yang digunakan sebagai koagulan primer biasanya senyawa poliamina dan poli-(DADMACS). Senyawa ini mengasilkan ionisasi kationik yang kuat dan memiliki berat molekul kurang dari 500.000. Ketika digunakan sebagai koagulan primer, mereka menyerap permukaan partikel  dan mengurangi tolak menolak antara muatan negatif. Polimer ini juga berfungsi sebagai jembatan yang menghungkan suatu partikel dengan partikel lainnya tetapi tidak berfungsi sebagai flokulan yang efektif.

Efisiensi dari koagulan primer polielektrolit sangat dipengaruhi oleh alam, turbiditas partikel yang akan dikoagulasi, jumlah turbiditas yang ada, pencampuran atau energi reaksi tersedia selama proses koagulasi. Jika turbiditas inlet rendah maka diperlukan turbulensi atau pencampuran lebih untuk mencapai penetralan muatan yang maksimum.

Air umpan dengan turbiditas kurang 10 (Nephelometric Turbidity Units) biasanya tidak dapat diolah dengan polimer kationik saja. Hasil yang terbaik diperoleh dengan kombinasi antara koagulan anorganik dan polimer kationik. Klarifikasi in-line bisa digunakan untuk mengolah iar dengan turbiditas yang rendah.

Biasanya air dengan turbiditas 10 hingga 60 NTU paling efektif diolah dengan gabungan koagulan anorganik dan polielektrolit kationik. Pada air dengan turbiditas rendah dimana keinginan untuk tidak menggunakan koagulan anorganik, bantuan turbiditas tambahan dapat di gunakan untuk membuat flok. Kemudian koagulan polimer dapat digunakan untuk menyempurnakan proses koagulasi.

Beberapa keunggulan koagulan polimer organik dibandingkan koagulan anorganik:

·         Jumlah lumpur yang dihasilkan berkurnag menjadi 50-90%. Berat padatan kering perkiraan per pound alum atau ferri sulfat kering adalah sekitar 0,25 dan 0,5 lb.

·         Lumpur yang dihasilkan mengandung air yang terikat secara kimia yang lebih sedikit dan lebih mudah untuk prose penghilangannya (dewatered).

·         Koagulan polimer tidak mempengaruhi pH sehingga kebutuhan pengingkat pH seperti kapur, kaustik, dan soda abu dapat dikurangi atau dihilangkan.

·         Koagulan polimer tidak menambah konsetrasi padatan terlarut (TDS). contohnya 1 ppm alum akan meningkatkan 0,45 ppm ion sulfat (sebagai CaCO3). Pengurangan sulfat dapat meningkatkan kapasitas sistem anion exchange.

·         Besi yang atau alumunium yang larut dapat terbawa dalam aliran produk clarifier (carryover). Tanpa menggunakan koagulan anorganik dapat mengurangi deposisi metal dalam filter, unit ion excange, dan cooling system.

Coagulant Aids (Flokulan)

Secara instan, penambahan koagulan primer berlebih (baik itu anorganik, polimer, atau kombinasi keduanya) bisa diumpankan untuk mendukung pembentukan flok yang besar dan meningkatkan laju pengendapan. Pada air tertentu, dosis penggunakan koagulan primer yang tinggi tidak akan menghasilkan kejernihna air yang diinginkan.

Umumnya, senyawa polimer anionik polyacrilamides yang memiliki nverat molekul yang sangat besar merupakan coagulant aid yang paling efektif. Nonionik atau kationik juga terbukti berhasil dalam beberapa sistem clarifier. Polimer menghubungkan flok-flok kecil sehingga menggumpal secara cepat menjadi flok yang lebih besar, lebih kohesif flok yang mengendap secara cepat. Semakin besar berat molekul polimernya makan akan semakin efektif dalam menggabungkan padatan tersuspensi.Coagulant aid terbukti cukup berhasil dalam memperhalus pengendapan dan kalrifikasi untuk mencapai laju pengendapan yang meningkat dan kejernihan air yang dihasilkan.

Pengurangan Warna

Pada umumnya, tujuan klarifikasi adalah untuk mengurangi warna. Rawa dan lahan basah mempengaruhi warna pada air permukaan terutama setelah hujan deras. Warna yang disebabkan material menyyebabkan berbagai masalah seperti rasa yang tidak enak, meningkatnya kandungan mikrobiologi, fouling pada resin ion exchange, dan mengganggu proses koagulasi dan kestabilan endapan lumpur, besi dan magan yang dapat larut.

Hampir semua warna organik yang terdapat pada air permukaan merupakan koloid bermuatan negatif. Secara kimia, senyawa penghasil warna dibagi menjadi asam humic dan asam fulmic. Warna dapat dihilangkan dengan klorinasi dan koagulasi dengan penambahan garam besi atau alumunium atau polielektrolit organik. Klorin akan mengoksidasi zar warna, sedangkan koagulan anorganik bisa menghilangkan zat warna organik secara fiksi dengan penetralan muatan permukaan. Penghilangan warna tambahan dapat dilakukan dengan interaksi kimia antara produk hidrolisis dari garam alumunium atau gama besi. Polielektrolit kationik dengan muatan yang tinggi juga dapat digunakan untuk mengkoagulasi partikel warna tertentu.

Koagulasi untuk mengurangi warna normalnya dilakukan pada pH 4,5 hingga 5,5. pH optimum untuk prosses penghilangan turbiditas biasanya lebih tinggi dibandingkan pH untuk pengurangan warna. Adanya ion sulfat dapat mengganggu koagulasi untuk pengurangan warna, sedangkan ion kalsium dan magnesium dapat meningkatkan proses dan memperluas rentang pH dimana warna dapat dikurangi secara efektif.

Peralatan Klatifikasi Konvensional

Proses koagulasi/flokulasi dan sedimentasi membutuhkan 3 unit proses berbeda yaitu :

·         High shear, pengadukan cepat untuk koagulasi.

·         Low shear, waktu retensi yang lama, pengadukan sedang untuk flokulasi.

·         Pemisahan cairan dan padatan.

Clarifier Aliran Horizontal

Pada dasarnya, klarifikasi konvensional terdiri dari ukuran besar, rectangular, bak beton dibagi menjadi dua atau tiga bagian. Setiap tahap dari proses kalrifikasi terjadi dalam satu bagian dalam bak. Air bergerak secara horizontal  dengan sistem plug flow.

Deain ini cocok untuk kolam dengan kapasitas besar sehingga unit dengan aliran horizontal masih digunakan pada pabrik besar untuk proses klarifikasi air untuk kebutuhan pabrik. Waktu retensi sistem ini normalnya lama (4 hingga 6 jam), terutama untuk pengendapan. Pengadukan cepat di desain untuk 3-5 menit, pengadukan lambat selama 15-30 menit. Desain ini bertujuan untuk fleksibilitas dalam menentukan titik penambahan chemical yang tepat. Waktu rentensi yang lama juga memberikan rekasi yang cukup untuk membuat pengaturan umpan chemical dan polimer jika kondisi air tiba-tiba berubah.

Upflow Clarifier

Unit ini lebih padat dan lebih ekonomis. Upflow clarifier memberikan proses koagulasi, flokualsi, dan sedimentasi di dalam satu tangki (biasanya berbentu sirkular) beton atau tangki baja. Unit ini disebut upflow karena air mengalir ke atas menuju penampungan output dan padatan tersuspensi atan mengendap ke bawah. Unit ini digambarkan dengan meningkatnya kontak padatan melalui resirkulasi lumpur internal. Hal ini merupakan kunci untuk menjaga kejernihan output yang tinggi dan perbedaan utaman dengan clarifier horizontal.

Waktu retensi pada unit  uplfow mendekati 1-2 jam sehingga ukuran bak upflow jauh lebih kecil dibandingkan bak horizontal untuk kapasitas besar aliran yang sama. Laju naik sebesar 0,70-1,25 gpm/ft2 0,48-0,85 L/s.m2) dari luas permukaan untuk proses klarifikasi normal. Kombinasi unit softening-kalrifikasi bisa beroperasi hingga 1,5 gpm/ft2 (1,02 L/s.m2) dari luar permukaan karena ukuran partikel dan densitas dari hardness yang diendapkan.

Untuk mencapai efisiensi aliran yang tinggi, unit upflow di desain untuk memaksimalkan linear overflow weir length di saat meminimumkan kemungkinan dari sirkulasi pendek melalui zona pengendapan. Dua tahap pengadukan untuk koagulasi dan flokulasi terjadi di dalam tangki klarifikasi yang sama.

Meskipun unit upflow memiliki efisiensi yang tinggi dalam proses sedimentasi dibandingkan desain horizontal, kebanyakan clarifier upflow mengganggu urutan pengadukan cepat dan lambat. Beberapa uni membuat pengadukan cepat dengan pengadukan mekani dan bergantung pada aliran turbulen untuk flokulasi.

Sludge Blanket dan Solid-Contact Klarifikasi

Banyak dari desain upflow disebut sebagai sludge blanket atau solid-contact clarifier. Setelah koagulasi dan/atau flokulasi di dalam unit sludge blanket, air yang datang melewati lapisan padatan tersuspensi yang sebelumnya membentuk flok. Karena pusat sumur dari unit ini sering berbentuk kerucut terbalik, laju naik dari air naik berkurang seiring air naik melewati penampang yang terus membesar. Ketika laju naik berkurang hingga cukup untuk laju pengendapan flok tersuspensi sebenarnya maka pemisah antarmuka lumpur dan cairan terbentuk.

Efisiensi sludge blanket tergantung dari aksi penyaringan sebagai baru terkoagulasi atau air terflokulasi melewati flok tersuspensi. Blowdown lumpur yang berlebihan perlu dihindari. Level  sludge blanket sering sangat sensitif terhadap perubahan laju alir , penambahan koagulan, dan perubahan kimia air dan temperatur.

Solid-contact mengacu pada unit dimana lumpur dengan volume besar disirkulasi secara internal. Instilah ini juga menggambarkan unit sludge blanket dan sederhananya berarti bahwa sebelum dan selama sedimentasi, air yang diolah secara kimia kontak sebelumnya dengan padatan terkoagulasi.

Klarifikasi In-Line

In-line klarifikasi merupakan proses penghilangan turbiditas air dengan penambahan koagulan sebelum proses filtrasi. Unit ini umumnya terbatas untuk air umpan dengan turbiditas dibawah 20 NTU. Polielektrolit dan/atau koagulan anorganik digunakan untuk meningkatkan efisiensi filtrasi dan lama waktu operasi. Polielektrolit lebih disukai kerena tidak menambah beban padaatan tersuspensi yang menurunkan lama waktu operasi filter.

Desain filter bisa upflow upflow atau downflow tergantung dari turbiditas umpan dan ukuran partikel. Sistem downflow dual-media umumnya terdiri dari lapisan dari beberapa grade antrasit, pasir yang disupport pada sebuah isian gravel. Setelah backwashing,  partikel antrasit yang besar terpisah menuju bagian atas isian, sedangkan yang lebih padat, pasir yang lebih kecil berada di bawah. Tujuannya untuk membuat flok bisa masuk  yang akan mengurangi penurunan tekanan yang berlebihan akibat penutupan bagian atas media filter sehingga laju filtrasi yang lebih tinggi dihasilkan tanpa kehilangan kualitas effluent yang signifikan. Normalnya laju fitrasi adalah 5-6 gpm/ft2 (3,4-4,1 L/s.m2).

 

Pemilihan Koagulan dan Cara Mengumpankannya untuk Klarifikasi In-Line

Pemilihan koagulan dan laju pengumpanannya tergantung pada desain peralatan dan turbiditas air output. Penggunaan polimer kationik saja sudah cukup, tetapi dengan penambahan polimer anionik dengan berat molekul yang besar bisa meningkatkan efisiensi filtrasi.

Laju umpan polimer biasanya lebih rendah dibandingkan dengan untuk klarifikasi konvensional dengan kualitas air umpan yang sama. Penetralan muatan secara sempurna dan penggabungan harus dihindari karena dapat membuat padatan tersuspensi terjebak pada lapisan  awal filter secara belebihan sehingga menutup media dan menimbulkan hilang tekan sehingga waktu tinggal dan waktu operasi menjadi pendek.

Polimer ditambahkan secukupnya untuk menginisiasi netralisasi yang membuat proses penarikan dan penyerapan lewat seluruh isian. Seringnya, laju umpan polimer diatur berdasarkan trial and error pada unit sebenarnya utuk meminimumkan turbiditas produk dan meningkatkan lama operasi unit.

Flokulasi optimum tidak dibutuhkan sehingga polimer diinjeksikan paada bagian hulu unit.  Pemindahan titik injeksi polimer perlu dipindahkan beberapa kali utnuk meningkatkan proses penghilangan turbiditas. Perubahan laju umpan polimer akan menunjukkan perubahan pada turbiditas kelauaran dalam waktu yang singkat.

 

Pengujian Koagulasi

Analisa air umpan saja tidak begitu berguna dalam memprediksi kondisi koagulasi. Koagulan dan laju injeksi harus dipilih berdasarkan pengalaman operasi dengan air umpan yang sama atau dengan simulasi kalrifikasi dalam skala laboratorium.

Jar test merupakan metode paling efektif untuk menyimulasikan koagulan dan operasi. Susunan gelas beaker, sebuah multiple-paddle mewakili perbandingan berbagai kombinasi chemical yang diperlakukan dengan kondisi hydraulic yang sama. Efek dari pengadukan secara cepat dan lambat juga bisa diamati.

Urutan penambahan mengkin ditentukan untuk menentukan program chemical optimum. Pengukuran yang paling penting dalam Jar test adalah dosis chemical, pH, ukuran flok dan karakter pengendapan, waktu pembentukan flok, dan kejernihan air produk. Pengukuran potensial zeta telah digunakan secara eksperimen untuk memprediksi kebutuhan dosis dan pH yang optimum. Teknik pengukuran ini memerlukan alat khusus dan teknisi ahli sehingga metode ini tidak praktis digunakan untuk mengntrol pabrik klarifikasi air. Pengukuran potensial zeta juga hanya salah satu aspek  dari keseluruhan proses sehingga hal itu tidak bisa mencerminkan semua kondisi dari efisiensi koagulasi.

 

Penambahan Chemical

 

Metode penambahan yang paling efisien bervariasi tergantung dari jenis air dan sistem yang digunakan, dan harus diperiksa dengan jar test. Urutan penambahan chemical yang biasanya dilakukan.

1. Klorin

2. Bentonit (untuk air dengan turbiditas rendah)

3. Koagulan primer (anorganik dan/atau polimer)

4. Chemical pengatur pH

5. Coagulant aid

Air dengan kandungan organik yang tinggi membutuhkan koagulan primer yang besar. Klorin dapat digunakan untuk membantu koagulasi dengan cara mengoksidasi zat pengotor organik yang memiliki sifat dispersif. Klorinasi sebelum penambahan koagulan primer juga mengurangi dosis koagulan. Ketika koagulan anorganik digunakan maka penambahan chemical pengatur pH sebelum koagulan akan menentukan pH lingkunagn yang tepat untuk koagulan primer.

Semua chemical  yang digunakan, kecuali coagulant aid, harus ditambahkan selama pencampuran paling turbulen dari air masuk. Pencapuran cepat ketika koagulan alum atau besi ditambahkan akan menjamin penyerapan kation yang merata pada zat tersuspensi.

 

High shear mixing sangat penting ketika polimer kationik digunakan sebagai koagulan primer. Sebaiknya koagulan ditambahkan jauh mungkin sebelum masuk unit clarifier. Ketika coagulant aid ditambahkan, high shear mixing harus dihindari untuk mencegah tergangggunya fungsi penghubung polimer. Pertumbuhan flok hanya membutuhkan turbulensi yang sedang.

ION EXCHANGE

ION EXCHANGE

Semua air yang berasal dari alam mengandung berbagai garam terlarut dengan konsentrasi yang bervariasi dan membentuk ion bermuatan. Ion bermuatan positif disebut dengan kation dan ion bermuatan negatif disebut anion. Ion pengotor akan sangat memengaruhi reabilitas dan efisiensi boiler atau sistem proses.  Ion kesadahan seperti kalsium dan magnesium harus dihilangkan terlebih dulu sebelum air digunakan sebagai umpan boiler. Untuk air umpan boiler dengan tekanan tinggi dan banyak sistem proses memerlukan penghilangan semua ion ini secara hampir sepenuhnya, termasuk karbon dioksida dan silika. Sistem ion exchange digunakan untuk menghilangkan ion terlarut di dalam air secara efisien.

Dalam ion exchange, terjadi pertukaran suatu ion dengan ion lainnya, kemudian ion tersebut ditahan sementara dan dilepaskan kembali menuju larutan regenerasi. Ion yang tidak diinginkan akan digantikan dengan ion yang lebih bisa diterima seperti pada softener sodium zeolit, ion pembentuk kerak seperti magnesium dan kalsium ditukar dengan ion natrium.

SEJARAH

Pada tahun 1905, Gan, seorang chemist asal Jerman, menggunakan material aluminasilikat sintesis yang dikenal sebagai zeolit sebagai ion exchange untuk softener air pertama kali.

Material aluminasilikat sintesis secara cepat diganti dengan material alami yang disebut Greensand untuk ion exchange. Material Greensand memiliki kapasitas exchange yang lebih kecil dibandingkan aluminasilikat sintesis, namun memiliki kestabilan fisik yang lebih baik sehingga material ini lebih cocok digunakan di industri.

Perkembangan dari media kation exchange dari sulfonated coal, yang disebut sebagai cabonaceus zeolite memperluas aplikasi dari ion exchange untuk operasi siklus hidrogen, menurunkan alkalinitas air seperti penurunan kesadahan. Kemudian resin anion exchange (porduk kondensasi dari poliamina dan formaldehid) dikembangkan. Resin anion yang baru digunakan dengan resin kation siklus hidrogen untuk proses demineralisasi (penghilangan semua garam terlarut di dalam air). Akan tetapi, anion exchanger terbaru kurang stabil dan tidak dapat menghilangkan semua anion termasuk asam silikat dan asam karbonat.

Pada pertengahan 1940, resin ion exchange dikembangkan berdasarkan reaksi kopolimerisasi dari stirena yang mengalami cross-linked dengan divinilbenzena.  Resin ini mampu menghilangkan semua anion termasuk asam silikat dan asam karbonat.

Resin polistirena-divinilbenzen mayoritas masih digunakan untuk ion exchnage. Meski komponen basis resin sama, resin ini telah mengalami banyak modifikasi untuk memenuhi spesifikasi dalam aplikasi tertentu dan memperpanjang umur resin. Salah satu perubahan yang signifikan yaitu penngembangan macroreticular, macroporous, dan struktur resin.

Beberapa penggunaan memerlukan kekuatan fisik dan kimia di luar dari kemampuan strukturk gel.   Resin  macroreticular juga tahan terhaadap fouling karena struktur porinya yang banyak.

Pada matriks plastik, resin ion exchange mengandung gugus fungsi yang dapat terionisasi. Gugus funsi ini memiliki anion dan kation. Namun hanya satu jenis ion saja yang dapat berpindah. Gugus ion lainnya melekat pada struktur manik. Pertukaran ion terjadi ketika ion dari air baku terdifusi menuju struktur manik dan bertukar dengan sejumlah gugus fungsi yang bisa berpindah. Ion dipindahkan dari manik terdifusi kembali menuju larutan air.

KLASIFIKASI RESIN ION EXCHANGE

Gugus fungsi yang terdapat pada manik resin menentukan kemampuan resin. Resin pada industri water treatment dikelompokkan menjadi 4 kategori:

·         Strong acid cation (SAC)

·         Weak acid cation (WAC)

·         Strong base anion (SBA)

·         Weak base anion (WBA)

Resin SAC dapat menetralkan basa kuat dan mengubah garam netral menjadi senyawa asamnya. Resin SBA dapat menetralkan asam kuat dan mengubah garam netral menjadi senyawa basanya. Resin ini digunakan di kebanyakan softening dan aplikasi demineralisasi penuh. Resin WAC dan WBA mampu menetralkan basa kuat dan asam kuat masing masing. Resin ini digunakan untuk dealkalinasi, demineralisasi parsial, atau (dengan kombinasi resin kuat) untuk demineralisasi sempurna.

Gugus aktif dari resin SAC berasal dari gugus asalm sulfonat (HSO3–). Resin SAC menghilangkan hampir semua kation dari air baku dengan cara mengganti kation tersebut dengan ion hidrogen seperti berikut.

Reaksi ini bersifat reversibel. Ketika kapasitasnya sudah jenuh maka resin dapat diregenerasi dengan larutan asam mineral berlebih.

Kation asam kuat dapat berfungsi dengan baik pada semua rentang pH. Resin ini memiliki range aplikasi yang luas. Contohnya yaitu resin ini digunakan dalam siklus natrium (natrium sebagai ion yang dapat berpindah) untuk softening dan siklus hidrogen untuk proses dekationisasi.

Gugus aktif dari resin asam lemah berasal dari gugus karboksilat (-COOH). Ketika digunakan pada bentuk hidrogen, resin ini menghilangkan kation yang berasosiasi dengan alkalinitas, menghasilkan asam karbonat seperti dibawah ini.

Reaksi ini juga bersifat bolak balik sehingga resin juga dapat diregenerasi. Resin WAC tidak dapat menghilangkan semua kation yang ada di dalam air. Kelebihan resin ini yaitu memiliki efisiensi regenerasi yang tinggi dibandingkan dengan SAC sehingga membutuhkan asam yang lebih sedikit untuk proses regenerasi dan mengurangi limbah asam dan mengurangi masalah pembuangan limbah.

WAC utamanya digunakan pada proses softening dan dealkanilinasi dengan kesadahan tinggi, alkalinitas tinggi, sering beriringan dengan sistem pemolesan SAC siklus natrium. Pada sistem demineralisasi sempurna, kombinasi SAC dengan WAC memberikan keekonomian karena efisiensi WAC dan kemampuan penukaran penuh resin SAC.

Gugus aktif resin SBA berasal dari gugus fungsi amonium kuartener. Ada dua tipe gugus amonium kuartener yang digunakan yaitu tipe I dan tipe II. Tipe I masih memiliki 3 gugus metil.

Pada tipe II, satu gugus metil digantikan dengan gugus etanol. Tipe I memiliki stabilitas yang lebih besar dibandingkan tipe II dan mampu menghilangkan ion asam yang lebih lemah. Tipe II memiliki efisisensi regenerasi dan kapasitas yang lebih besar untuk jumlah bahan kimia regeneran yang digunakan.

Ketika dalam bentuk hidroksida, resin SBA menghilangkan semua anion yang umumnya ditemukan sebagai berikut:

Sama dengan resin kation, reaksi ini bersifat bolak balik sehingga resin dapat diregenerasi dengan soda kaustik, soda abu, atau amonia. Resin WBA lebih resisten dibandingkan dengan SBA terhadap keberadaan zat organik di dalam air. Resin ini dapat digunakan pada bagian hulu dari SBA untuk meningkatkan efisiensi regenerasi dan melindungi resin SBA.

SOFTENING SODUIM ZEOLIT

Softening ini merupakan metode ion exchange yang paling banyak digunakan. Pada metode ini, air yang mengandung ion pembentuk kerak seperti kalsium dan magnesium dilewatkan pada bed resin yang mengandung SAC dalam bentuk natrium. 

Prinsip dari Softening Zeolit

Reaksi penghilangan kesadahan air dengan proses softening zeolit.

Air yang berasal softener zeolit yang beroperasi secara tepat bebas dari kesadahan yang dapat dideteksi. Akan tetapi, sedikit dari kesadahan, dikenal sebagai leakage hadir dalam air yang telah diolah. Tingkat leakage kesadahan tergantung dari kesadahan dan level natrium di dalam influnet air dan jumlah garam yang digunakan dalam regenerasi.

Ketika kondisi jenuh, kesadahan effluent meningkat secara tajam sehingga diperlukan regenerasi. Ketika resin diregenerasi, larutan dengan konsentrasi ion natrium yang tinggi digunakan pada resin untuk menggantikan ion kalsium dan ion magnesium. Resin ditangani dengan larutan 10% natrium klorida dan regenerasi berlangsung sesuai reaksi berikut.

Selama proses regenerasi, regeneran berlebih (sekitar 3 kali jumlah kalsium dan magnesium di dalam air) digunakan. Kesadahan yang terelusi dihilangkan dari unit softening di dalam limbah brine dan pembilasan.

 

Setelah regenerasi, sedikit sisa kesadahan tertinggal di dalam resin. Jika vessel berisi air yang diam di dalamnya maka beberapa kesadahan akan berdifusi menuju air. oleh karena itu, ketika aliran pertama kali lewat, effluent dapat mengandung kesadahan meski unit baru saja diregenerasi. Setelah beberap menit, kesadahan akan habis akibat pembilasan sehingga effluent bebas dari kesadahan.

Durasi siklus servis unit tergantung dari laju alir yang masuk, tingkat kesadahan di dalam air, dan jumlah garam yang digunakan untuk regenerasi. Kapasitas resin meningkat seiring dengan mengingkatnya dosis regeneran, tetapi peningkatannya tidak proporsional. Regeneran kurang efisien pada tinggat penggunaan regeneran yang tinggi sehingga biaya operasi softener meningkat seiring dengan tingkat penggunaan regeneran.

Equipment

Equipment yang digunakan softening natrium zeolit terdiri dari vessel softener, control valve dan perpipaan dan sistem brining, atau regeneran, dan resin. Biasanya tangki softener merupakan vessel baja vertikal bertekanan dengan dished head dari vessel softening terdiri dari sistem distribusi inlet, ruangan free board, sistem distribusi regeneran, resin ion exchange, dan sistem penampung underdrain penahan resin.

Distribusi inlet biasanya berada pada bagian atas tangki. Sistem distribusi inlet akan membuat influent tersebar rata. Hal ini mencegah terjadinnya terjadinya aliran yang akan meninbulkan hollow channel pada bed resin sehingga mengurangi kapasitas sistem dan kualitas effluent. Sistem inlet juga berfungsi sebagai kolektor air backwash.

Distributor inlet terdiri dari central header/hub dengan distribusi lateral/radial atau pelat baffle sederhana yang akan mengarahkan aliran air merata melalui bed resin. Jika air tidak dicegah dari mengalir langsung menuju bed atau dinding tangki  maka akan terjadi channeling.

Ruangan antara sistem distribusi dan bagian atas bed resin disebut sebagai ruangan free-broad. Ruangan ini memungkinkan terjadinya ekspansi dari bed resin selama proses backwash tanpa kehilangan resin. Ukuran ruangan ini harus 50% dari volume resin (80% dianjurkan).

Distributor regeneran biasanya merupakan sistem header-lateral yang mendistribusikan regeneran brine secara merata selama regenerasi. Lokasi distributor, 6 inci (15.2 cm) di atas bagian atas bed resin, mencegah terjadinya pengenceran regeneran oleh air di ruangan free-broad. Hal ini akan mengurangi jumlah air dan waktu yang dibutuhkan untuk pengeluaran dan pembilasan cepat.

Air dihilangkan kesadahannya oleh bed dari resin penukar kation asam kuat dalam bentuk natrium. Jumlah resin yang dibutuhkan tergantung pada jumlah air yang diolah, jumlah kesadahan, waktu yang dibutuhkan antara siklus regenerasi. Kedalaman bed minimum yang direkomendasikan yaitu 24 inci (61 cm) untuk semua sistem.

Sistem underdrain, terletak pada bagian bawah vessel, mempertahankan resin penukar ion dalam tangki, mengumpulkan secara merata aliran servis, dan mendistribusikan aliran backwash secara merata. Pengumpulan yang tidak merata dari air servis, atau distribusi tak merata air backwash dapat menimbulkan channeling, fouling resin, atau kehilangan resin.

Meski beberapa desain underdrain digunakan, ada dua tipe primer-subfill dan resin-retaining. Sistem subfill terdiri banyak lapisan dari media penyokong (seperti gravel atau antrasit) yang menyokong resin, dan sistem pengumpul menggabungkan pipa yang dibor atau saringan subfill. Selama lapisan masih utuh, resin akan tetap pada posisinya. Jika media pendukung terganggu, biasanya akibat dari backwash yang tidak tepat, resin dapat berpindah melewati lapisan yang terganggu dan keluar dari tangki.

Valve utama dan sistem piping mengarahkan aliran air dan regeneran menuju lokasi yang tepat. Sistem  valve terdiri dari  sebuah valve nest atau singel multiport valve. Sebuah valve nest  terdiri dari enam valve utama: inlet dan outlet servis, inlet dan outlet backwash, inlet regeneran, dan drain regeran atau pembilasan. Valve dapat dioperasikan secara manual atau otomatis yang dikontrol dengan udara, listrik, atau tekanan air.

Sistem brining terdiri dari alat ukur jumlah garam yang larut/brine, dan alat pengontrol pegenceran larutan untuk menghasilkan konsentrasi yang diinginkan. Alat ini bertujuan agar diperoleh konsentrasi garam yang tepat (sekitar 26% NaCl) untuk setiap proses regenerasi tanpa membiarkan adanya garam yang tak larut masuk ke dalam resin. Kebanyakan sistem menggukan float-operared valve untuk mengatur pengisian dan penurunan tangki suplai yang akan mengatur jumlah garam yang digunakan saat regenerasi.

Operasi Softener

Softener zeolit sodium beroperasi malalui dua siklus dasar: siklus servis yang menghasilkan air lunak untuk digunakan, dan siklus regenerasi yang mengembalikan kapasitas resin setelah jenuh.

Dalam siklus servis, air masuk dari sistem distribusi inlet dan mengalir melewati bed. Ion kesadahan akan terdifusi menuju resin dan bertukar dengan ion natrium yang masuk ke dalam air. Air lunak dikumpulkan di bagian sistem underdrain dan dikeluarkan.

Karena kebutuhan resin dan desain vessel, operasi softener paling efisien ketika laju alir air servis diantara 6-12  gpm/ft2 permukaan resin (4,1-8,2 L/s/m2). Kebanyakkan perlatan didesain pada range ini, tetapi beberapa desain khusus menggunakan tinggi resin yang lebih tinggi agar laju alir 15-20 gpm/ft2(10,2-13,6 L/s/m2).

Ketika resin sudah jenuh berdasarkan monitoring kesadahan effluent yang meningkat maka resin perlu diregenerasi. Monitor otomatis menapilkan indikasi yang lebih konstan terhadap kondisi resin dibandingkan sampling dan analisa oleh operator secara periodik, tetapi memerlukan perawatan rutin untuk menjaga akurasi. Kebanyakan sistem diregenerasi sebelum jenuh, yaitu berdasarkan patokan periode sebelumnya atau jumlah air yang sudah diolah.

Kebanyakan sistem softening terdiri lebih dari satu softener. Biasanya satu unit beroperasi dan satunya lagi sedang diregenerasi atau standby. Hal ini akan menjamin tidak terganggunya proses. Sebelum unit dalam kondisi standby akan digunakan, unit harus dibilas untuk menghilangkan kesadahan yang tersisa selama proses standby.

Regenerasi Softener

Siklus regenerasi terdiri dari empat tahap: backwash, regenerasi (brining), dislplacement (slow rinse), dan fast rinse. Selama proses servis, air yang mengalir ke bawah akan menyebabkan material tersuspensi akan terakumulasi pada bed resin. Resin merupakan filter yang sempurna, dapat menjebak partikulat yang lolos dari alat filtrasi sebelumnya. Proses backwash akan menghilangkan zat yang terakumulasi dan mereklasifikasi ulang bed resin. Pada proses backwash, air mengalir dari distributor underdrain menuju ke atas melewati bed resin dan keluar menuju limbah. Aliran ke atas akan mengangkat dan mengembangkan resin sehingga partikulat dan resin yang rusak akan lepas dari resin serta akan mengklarifikasi resin.

Bakcwash harus berlangsung kontiniu minimal selama 10 menit atau hingga outlet air backwash jernih. Aliran backwash harus cukup untuk membuat resin mengalami ekspansi hingga 50% atau lebih, tergantung pada ruangan free-board yang tersedia. Backwash yang tidak cukup akan menyebabkan fouling dan channeling laju backwash yang berlebih akan menyebabkan kehilangan resin. Laju alir air backwash biasanya berkisar pada rentang 2,7-5,4 L/s/m2 (temperatur ambient), 8,2-10,2 L/s/m2 (keadaan panas), tetapi tetap harus mengikuti rekomendasi dari fabrikasi.  Laju alir yang dibutuhkan lebih sedikit ketika menggunakan air dingin untuk mengekspansi resin dibandingkan air panas.

Biasanya air backwash merupakan air yang telah disaring. Air sisa backwash memiliki sifat yang sama dengan kondisi awal, tetapi mengandung padatan tersuspensi. Air ini dapat dikembalikan menuju unit clarifier atau filter.

Regenerasi (Brining) dilakukan setelah backwash. Brine mengalir ke bawah dari distributor regeneran melewati bed resin dengan laju yang lambat (biasanya diantara 0,34-0,68 L/s/m2). Aliran brine dikumpulkan dengan underdrain dan dikirim menuju limbah. Aliran yang lambat akan meningkatkan kontak antara resin dengan brine. Konsentrasi brine yang optimum digunakan yaitu 10%.

Displacement (pembilasan lambat) dilakukan setelah proses brine dilakukan dengan sistem aliran yang sama dengan aliran brine. Air mengalir menggantikan regeneran melewati bed resin dengan laju alir yang diinginkan. Proses ini akan menyempurnakan proses regenerasi resin dengan menjamin kontak yang tepat antara regeneran dengan bagian bawah bed resin. Durasi proses ini harus cukup untuk memungkinkan air dengan volume sekitar satu bed resin melewati unit. Ini memberikan aliran plug yang secara bertahap memindahkan air garam sepenuhnya melalui bed resin.

Pembilasan cepat merupakan lanjutan dari proses pembilasan lambat. Pada proses ini air masuk melewati distributor inlet dengan laju yang cepat. Air bilasan ini akan menghilangkan sisa brine dan ion kesadahan dari resin. Laju alir air biasanya diantara 1,02-1,36 L/s/m2, dan terkadang ditentukan oleh aliran servis yang masuk softener.

Awalnya effluent air bilas mengandung kesadahan dan natrium klorida. Pada kebanyakan operasi, softener dapat langsung digunakan sesegerakan mungkin ketika sudah mencapai tingkat kesadahan yang diinginkan, namun ada beberapa penggunaan yang mengharuskan pembilasan sampai kualitas output air bilas mendekati kualitas input.  Jika softener standby setelah regenerasi, pembilasan cepat kedua kali (service rinse) dapat dilakukan untuk menghilangkan kesadahan yang masuk selama unit standby.

SOFTENING ZEOLIT PANAS

 Peralatan dan operasi dari hot zeolit softener identik dengan softener pada temperatur ambient, kecuali valve, perpipaan, kontrol, dan instrumen yang harus sesuai dengan temperatur hingga 101-121oC. Resin kation kuat standar dapat digunakan hingga temperatur 132oC, tetapi lebih disarankan menggunakan gel premium atau resin makroretikular untuk waktu operasi yang lebih lama. Ketika sistem zeolit digunakan setelah proses hot softener maka sistem harus didesain agar dapat menghilangkan lonjakan aliran pada unit hot lime.

Applikasi dan Kelebihan

Pembentukan kerak dan deposit pada boiler dan pembentukan emulsi sabun ketika proses pencucian menyebabkan besarnya kebutuhan akan softened water.  Karena softener zeolit natrium mampu menangani masalah ini secara ekonomis sehingga softener ini banyak digunakan untuk pengolahan air boiler tekanan rendah dan sedang, laundry, dan proses kimia. Kelebihan softener zeolit natrium dibandingkan softener lainnya:

·         Produk air olahannya memiki kecenderungan yang sangat rendah membentuk kerak karena dapat mengurangi kesadahan hingga kurang dari 2 ppm

·         Operasinya sederhana dan dapat diandalkan

·         Garam memiliki harga yang murah dan mudah ditangani

·         Tidak menghasilkan lumpur

·         Pada batasan tertentu, variasi laju alir air hanya sedikit berpengaruh pada kualitas air olahan.

·         Cocok untuk instalasi ukuran besar maupun kecil karena dapat berjalan efisien hampir di semua ukuran unit.

Batasan

Meski softener zeolit natrium mampu mengurangi kesadahan, tetapi kandungan padatan, alkalinitas, dan silika di dalam air tidak terpengaruh. Softener zeolit bukan pengganti langsung dari sebuah hot lime-soda softener.

Karena resin adalah sebuah filter yang efektif, softener zeolit natrium tidak berfungsi efektif dengan turbiditas air. operasi kontiniu dengan turbiditas di atas 1,0 JTU akan meyebabkan fouling pada bed, waktu operasi yang pendek, dan kualitas effluent yang buruk. Air umpan dari perkotaan, dan air sumur mungkin cocok dengan sistem ini, tetapi kebanyakan air permukaan harus diolah dengan clarifier dan disaring sebelum digunakan.

Resin dapat mengalami fouling akibat pengotor logam berat seperti besi dan alumunium yang tidak dihilangkan selama proses regenerasi normal. Jika air umpan mengandung besi atau mangan berlebih maka resin harus dibersihkan secara periodik. Ketika koagulan alumunium digunakan pada sistem softener zeolit  maka diperlukan pengoperasian dan pengontrolan pH clarifier yang tepat agar didapat performa alat yang baik.

Agen pengoksidasi kuat yang ada di dalam air akan meyerang dan membuat resin terdegradasi. Klorin yang ada pada kebanyakan air dari limbah perkotaan merupakan oksidator kuat dan harus dihilangkan sebelum masuk unit softener zeolit dengan filter karbon aktif atau reaksi dengan natrium sulfit.

DEMINERALISASI

Softening saja tidak cukup untuk mengolah air umpan boiler bertekanan tinggi dan banyak aliran proses lainnya, terutama proses produksi peralatan elektronik. Diperlukan proses penghilangan semua padatan terlarut seperti natrium, silika, alkalinitas, dan anion (Cl-, SO4–, NO3–).

Demineralisasi air adalah proses penghilangan semua garam anorganik esensial. Pada proses ini, resin kation asam kuat dalam bentuk hidrogen mengubah garam terlarut menjadi asamnya, resin basa kuat dalam bentuk hidroksida menghilangkan asam tersebut. Demineralisasi menghasilkan air dengan kualitas yang sama dengan air distilasi dengan biaya yang lebih rendah untuk kenbanyakan air baku.

Prinsip dari Demineralisasi

Sistem demineralisasi terdiri dari satu atau lebih kolom resin ion exchange yang melingkupi unit kation asam kuat dan unit anion basa kuat. Resin kation menukar hidrogen pada air baku seperti reaksi berikut:

Total konsentrasi dari asam kuat di dalam effluent kation dinyatakan sebagai free mineral acidity (FMA). Tipikal operasi servis, FMA bernilai stabil hampir sepanjang waktu, Jika efisiensi cation exchange adalah 100% maka nilai FMA dari exchanger akan sama dengan nilai theoretical mineral acidity (TMA). FMA biasanya lebih kecil sedikit dibanding TMA karena sedikit dari natrium bocor melewati cation exchange. Jumlah natrium yang bocor tergantung dari level regeneran, laju alir, dan perbandingan natrium terhadap kation yang ada di dalam air. Umumnya kebocoran natrium meningkat seiring peningkatan rasio natrium terhadap total kation yang ada di dalam air.

Ketika unit cation exchange hampir jenuh maka FMA pada effluent akan turun secara tajam sehingga unit harus diregenerasi dengan larutan asam yang mengembalikan gugus resin menjadi bentuk hidrogen. Larutan asam sulfat sering digunakan karena ketesediannya yang banyak dan murah. Akan tetapi, penggunaan asam sulfat yang tidak tepat akan menyebabkan fouling kalsium sulfat yang irreversible.

Untuk mencegah hal ini, asam sulfat biasanya digunakan pada laju alir yang tinggi (1 gpm/m2 resin) dengan konsentrasi awal 2% atau kurang. Konsentrasi asam ditingkatkan secara bertahap menjadi 6-8% untuk menyempurnakan proses regenerasi.

Beberapa intalasi unit menggunakan asam klorida untuk regenerasi. Sistem ini membutuhkan material khusus untuk sistem regenerasi. Unit zeolit natrium membutuhkan kelebihan regeneran (asam sulfat atau asam klorida) hingga 3 kali dosis teoritis.

Untuk menyempurnakan proses demineralisasi, air dari unit kation dilewatkan menuju resin anion basa kuat dalam bentuk hiroksida. Resin akan menukar ion hidrogen dari ion mineral yang terionisasi kuat dan ion karbonat dan ion silikat seperti berikut:

Reaksi di atas mengindikasikan bahwa demineralisasi secara sempurna menghilangkan kation dan anion di dalam air. Kenyataanya, karena reaksi ion exchange adalah reaksi kesetimbangan, beberapa kebocoran terjadi. Hampir semua kebocoran dari unit kation adalah ion natrium. Kebocoran natrium ini akan mengubah ion natrium menjadi natrium hidroksida pada unit anion sehingga effluent dari kedua unit  sistem demineralisasi sedikit basa. Kaustik yang dihasilkan di anion akan menyebabkan sedikit kebocoran silika. Kebocoran lanjutan dari anion tergantung kandungan zat kimia yang ada di dalam air dan dosis regeneran yang digunakan.

Demineralisasi menggunakan resin anion kuat menghilangkan silika seperti menghilangkan padatan terlarut lainnya. Silika dan konduktivitas effluent merupakan parameter penting untuk memonitor proses demineralisasi. Kandungan silika dan konduktivitas pada akhir pembilasan akan rendah.

Ketika breaktrhough silika terjadi pada akhir servis, kandungan silika pada air olahan akan meningkat tajam. Konduktivitas sering turun sebentar kemudian meningkat secara cepat. Selama servis normal,  kebanyakan konduktivitas effluent berhubungan dengan kadar natrium hidroksida  yang dihasilkan pada anion exchanger. Ketika breakthrough silika terjadi, natrium hidroksida sudah tidak ada lagi, dan natrium dari cation exchanger diubah menjadi natrium silikat, yang konduktif dibandingkan dengan natrium hidroksida. Seiring resin anion mengalami kejenuhan maka terjadi breakthrough ion mineral yang konduktif dan menyebabkan peningkatan konduktivitas.

 

Ketika akhir dari operasi demineralisasi terdeteksi, unit harus digantikan secepatnya. Jika unit masih digunakan melewati breakpoint, kadar silika di air olahan bisa lebih tinggi dari kadar air umpan karena peningkatan konsentrasi silika yang terjadi pada resin anion selama proses operasi.

Resin penukar anion basa kuat diregenarasi dengan menggunakan larutan natrium hidroksida 4%. Untuk meningkatkan penghilangan silika dari bed resin, regeneran kaustik dipanaskan hingga 40oC atau hingga spesifikasi temperatur dari pabrik pembuat resin. Penghilangan silika juga ditingkatkan dengan tahapan pemanasan awal bed resin sebelum masuknya kaustik hangat.

Operasi dan Peralatan

Peralatan yang digunakan pada sistem demineralisasi tidak jauh berbeda dengan softener zeolit. Perbedaan utama yaitu vessel, valve, dan perpipaan pada demineralisasi harus terbuat dari material yang tahan korosi. Karet dan PVC merupan material yang digunakan pada lining vessel ion exchange. Kontrol dan sistem regenerasi pada demineralisasi lebih rumit meningkatkan tahapan proses seperti regenerasi asam dan kaustik hangat.

Operasi dari demineralisasi mirip dengan operasi softener zeolit. Rentang laju alir servis pada demineralisasi adalah 4,1-6,8 L/s/m2. Laju alir yang lebih dari 6,8 L/s/m2 akan meningkatkan kebocoran natrium dan silika. Oleh karena itu, laju alir backwash resin anion jauh lebih rendah dari resin kation, dan ekspansi anion dipengaruhi oleh temperatur air dibandingkan ekspansi resin kation. Air yang digunakan untuk regenerasi anion harus bebas dari kesadahan untuk mencegah pengendapan garam kesadahan pada bed resin anion.

Instrumen analisa silika dan konduktivitas secara kontiniu biasanya digunakan untuk memonitor kualitas effluent anion dan mendeteksi kebutuhan regenerasi. Dalam beberapa kasus probe konduktivitas dipasang di dalam bed resin di atas kolektor underdrain untuk mendeteksi saat resin jenuh sebelum terjadi breakthrough silika pada air yang diolah.

Kelebihan dan Keterbatasan

Demineralisasi dapat menghasilkan air dengan kemurnian tinggi. Demineralisasi digunakan secara luas untuk boiler tekanan tinggi dan banyak air proses. Kualitas air yang dihasilkan sebanding dengan air distilasi dan lebih murah dari segi biaya. Demineralisasi dapat digunakan pada berbagai ukuran mulai dari skala laboratorium yang menghasilkan beberapa galon per jam hingga sistem  yang menghasilkan ribuan galon per menit.

Seperti sistem ion exchange lainnya, demineralisasi memerlukan filter agar berjalan secara efisien. Resin anion sangat rapuh terhadap fouling dari zat organik yang ada pada air permukaan. Beberapa bentuk silika,  yang dikenal sebagai koloid, atau tidak reaktif, tidak dapat dihilangkan dengan demineralisasi. Air boiler panas dan bersifat basa akan melarutkan zat koloid, membentuk silikat sederhana yang menyerupai zat silika yang masuk ke dalam boiler dalam bentuk terlarut. Zat ini dapat membentuk deposit pada permukaan tube dan menguap menuju steam.

DEALKALISASI

Seringnya, kondisi boiler dan proses membutuhkan penghilangan kesadahan dan pengurangan alkalinitas, tetapi tidak perlu menghilangkan padatan lainnya. Softening zeolit tidak mengurangi alkalinitas dan demineralisasi memiliki biaya yang mahal. Untuk kondisi seperti ini digunakan proses dealkalinasi. Proses yang paling sering digunakan adalah dealkalinasi zeolit natrium/zeolit hidrogen (split stream), dealkalinasi anion-klorida, dan dealkalinasi kation asam lemah.

Dealkalinasi Zeolit Natrium/Zeolit Hidrogen (Split Stream)

Pada sistem ini, sebagian air baku mengalir melewati softener zeolit natrium. Sisanya mengalir melewati unit kation asam dalam bentuk hidrogen (zeolit hidrogen). Effluent dari zeolit natrium digabung dengan effluent dari zeolit hidrogen. Effluent dari zeolit hidrogen mengandung asam karbonat yang dihasilkan alkalinitas air baku dan asam mineral bebas. Ketika dua aliran digabung, asiditas mineral bebas di dalam effluent zeolit hidrogen mengubah alkalinitas natrium karbonat dan bikarbonat di dalam zeolit natrium menjadi asam karbonat seperti reaksi di bawah ini:

Asam karbonat tidak stabil di dalam air dan terurai menjadi gas karbon dioksida dan air. Campuran effluent dikirim menuju unit dekarbonator atau degasser, dimana karbon dioksida dilucuti dari air dengan aliran countercurrent dengan udara. Gambar 8.10 menunjukkan sistem aliran dealkalinasi split stream tipikal.

Level alkalinitas yang dikehendaki dari campuran air dapat dijaga melewati kontrol dari persentase campuran air dari zeolit natrium dan zeolit hidrogen. Semakin tinggi persentase air dari zeolit natrium maka akan semakin tinggi alkalinitas dan peningkatan persentase air dari zeolit hidrogen akan mengurangi alkalinitas.

Dealkalinasi split stream mengurangi padatan terlarut di dalam air. Hal ini penting untuk air dengan alkalinitas tinggi karena konduktivitas air ini akan mempengaruhi proses dan membatasi siklus konsentrasi boiler.

Dealkalinasi Zeolit Natrium/Anion Klorida

Resin anion basa kuat dalam bentuk klorida dapat digunakan untuk mengurangi alkalinitas air. air mengalir melewati softener zeolit kemudian unit anion yang akan menggantikan ion karbonat, bikarbonat, sulfat, dan nitrat dengan ion klorida seperti reaksi di bawah ini:

Delkalizer anion klorida mengurangi alkalinitas hampir 90%, tetapi tidak mengurangi total padatan. Ketika resin akan jenuh, alkalinitas air olahan meningkat dengan cepat yang mengindikasikan perlukan dilakukan regenerasi.

Softener zeolit diregenerasi seperti prosedur yang dijelaskan sebelumnya. Resin anion juga diregenerasi dengan brine natrium klorida yang mengembalikan resin ke bentuk klorida. Seringnya, sedikit soda kaustik ditambahkan pada regeneran brine untuk meningkatkan penghilangan alkalinitas.

Dealkalinasi Kation Asam Lemah

Resin asam lemah mirip memiliki kemiripan dalam operasi dengan resin kation asam kuat, tetapi hanya menghilangkan kation yang berhubungan dengan alkalinitas seperti reaksi di bawah:

Dimana Z menggambarkan resin. Asam karbonat yang terbentuk dihilangkan dengan dekarbonator atau degasser seperti pada sistem split stream.

Influent ideal untuk sistem kation asam lemah memiliki tingkat kesadahan yang sama dengan alkalinitas (kedua satuan ini dinyatakan ppm sebagai CaCO3). Di air yang memiliki alkalinitas yang lebih besar dari kesadahan, alkalinitas tidak dihilangkan sampai level terendahnya. Pada air dengan kesadahan yang lebih besar dibandingkan alkalinitasnya, beberapa kesadahan akan tetap tertinggal setelah pengolahan. Biasanya air ini harus diolah dengan softener zeolit untuk menghilangkan kesadahan. Selama tahapan awal servis dari kation asam lemah (40-60%), beberapa kation berasosiasi dengan pertukaran mineral anion, menghasilkan beberapa asam mineral pada effluent. Seiring berlanjutnya siklus servis, alkalinitas akan muncul pada effluent. Ketika alkalinitas effluent lebih dari 10% dari alkalinitas influent maka unit harus diregenerasi dengan larutan asam sulfat 0.5%.

Jika material konstruksi pada bagian hilir peralatan atau proses secara keseluruhan tidak mentoleransi asiditas mineral yang ada selama tahap awal siklus servis, larutan brine dilewatkan saat regenerasi resin sebelum pembilasan akhir.

Peralatan yang digunakan pada sistem dealkalinasi kation asam lemah mirip dengan yang digunakan pada resin kation asam kuat, kecuali pada resinnya. Satu variasi pada desain standar menggunakan sebuah lapisan resin asam lemah pada bagian atas resin kation asam kuat. Karena sifatnya yang ringan maka resin asam lemah tetap berada di bagian atas. Sistem resin berlapis diregenerasi dengan asam sulfat dan kemudian dengan brine natrium klorida. Larutan brine mengubah resin asam kuat menjadi bentuk natrium dan resin ini bertindak sebagai polishing softener.

Injeksi Asam Secara Langsung

Pada proses injeksi asam secara langsung dan dekarbonasi, asam digunakan untuk mengubah alkalinitas menjadi asam karbonat. Asam karbonat terdisosiasi menjadi karbon dioksida dan air, kemudian karbon dioksida di lepaskan di dalam dekarbonator. Penggunaan sistem injeksi asam harus diperhatikan dengan baik karena pengumpanan asam berlebih atau penurunan sistem kontrol pH dapat menimbulkan asiditas air umpan yang akan mengkorosi permukaan besi dari sistem air umpan dan boiler.

Kelebihan dan Keterbatasan Sistem Dealkalinasi

Sistem dealkalinasi menghasilkan air yang bebas dari kesadahan, alkalinitas yang rendah pada biaya yang sesuai dan dengan derajat reabilitas yang tinggi. Sistem ini cocok untuk pengolahan air umpan boiler bertekanan sedang dan air proses di industri minuman. Sistem split stream  dan kation asam lemah juga mengurangi total padatan terlarut. Beberapa kekurangan yang perlu dipertimbangkan:

·         Dealkalinasi tidak menghilangkan semuan alkalinitas dan kandungan silika di dalam air

·         Dealkalinasi membutuhkan kemurnian influent yang sama dengan proses ion exchange lainnya, membutuhkan air yang telah disaring dengan potensi fouling yang rendah.

·         Air yang dihasilkan oleh sistem delkalinasi menggunakan forced draft dekarbonator menjadi jenuh dengan oksigen sehingga ada potensi korosi.

COUNTER FLOW DAN MIXED BED DEIONIZATION

Karena peningkatan tekanan operasi boiler dan produksi barang yang membutuhkan air bebas kontaminan, ada peningkatan akan kualitas air yang lebih murni dari air yang di hasilkan demineralizer. . Peningkatan yang signifikan dari kualitas air olahan terjadi pada counterflow cation exchanger dan mixed bed exchanger.

Counterflow Cation Exchanger

Pada demineralisasi konvensional, regeneran mengalir dengan arah aliran yang sama dengan aliran servis, yaitu mengalir ke bawah melewati bed resin. Skema ini disebut sebagai operasi co-current dan merupakan basis untuk kebanyakan desain sistem ion exchange. Selama regenerasi unit co-current, kontaminan dibuang melalui bed resin selama proses regenerasi. Pada akhir regenerasi, beberapa ion pada umumnya ion natrium, tertinggal pada bagian bawah bed resin. Karena bagian atas dari bed resin telah terekspos dengan regeneran segar sehingga ian teregenerasi dengan baik. Seiring dengan mengalirnya air melewati resin saat servis, kation bertukar di bagian atas terlebih dahulu dan kemudian turun melewati resin seiring dengan bed mulai jenuh. Ion natrium yang tertinggal pada bed selama regenerasi berdifusi menuju air yang telah mengalami dekationasi sebelum meninggalkan vessel.

Pada regenerasi counterflow cation exchanger, regeneran mengalir berlawanan arah dengan aliran air saat servis. Jika saat servis, air mengalir dari atas ke bawah melewati bed, maka regeneran akan mengalir dari bawah ke atas melewati bed sehingga resin dengan regenerasi paling baik berada di lokasi tempat air meninggalkan vessel. Resin dengan regenerasi paling tinggi mampu menghilangkan kontaminan dengan kadar rendah yang lolos dari bagian atas bed. Hal ini menghasilkan air yang lebih murni dibandingkan sistem co-current. Untuk memaksimalkan kontak antara asam dan resin dan menjaga resin yang teregenerasi paling baik tercampur dengan sisa bed, bed resin harus tetap terkompresi selama masuknya regeneran. Kompresi ini dapat dicapai dengan dua cara yaitu:

·         Memblok aliran air atau udara yang digunakan

·         Membagi aliran asam, dan asam dimasukkan

 

Mixed Bed Exchanger

Mixed bed exchanger memiliki resin kation dan anion yang tercampur bersama-sama di dalam sebuah vessel. Seiring air mengalir melalui bed resin, proses pertukaran ion berlangsung secara berulang-ulang, membersihkan air hingga kemurnian yang sangat tinggi. Aliran regeneran bertemu pada batas antara resin kation dan anion dan dikeluarkan melalui kolektor yang berada pada permukaan resin. Setelah pemasukkan regeneran dan displacement rinse, udara dan air digunakan untuk mencampurkan resin kemudian resin dibilas dan siap digunakan.

Sistem counterflow dan mixed bed menghasilkan air yang lebih murni dibandingkan demineralizer kation-anion konvensional, tetapi membutuhkan peralatan yang canggih dan biaya awal yang lebih mahal. Semakin komplit tahapan regenerasi membutuhkan perhatian operator dibandingkan sistem standar.

PROSES DEMINERALISASI LAINNYA

Proses standar kation-anion telah bayak dimodifikasi sistemnya agar menghemat biaya regeneran dan limbah yang dihasilkan. Modifikasi meliputi penggunaan dekarbonator dan degasser, resin asam dan basa lemah, limbah resin basa kuat kaustik (untuk regenerasi anion basa lemah), dan reklamasi sebagian dari kaustik bekas untuk siklus regenerasi selanjutnya. Beberapa pendekatan demineralisasi

Dekarbonator dan Degasser

Dekarbonator dan degasser bermanfaat secara ekonomi pada banyak sistem demineralisasi karena dapat mengurangi penggunaan kaustik untuk regenerasi. Air dari exchanger kation dipecah menjadi tetesan dengan sistem spray dan tray atau isian di dalam karbonator. Air kemudian megalir melewati aliran udara yang mengalir secara berlawanan arah. Asam karbonat yang ada pada effluent kation akan terdisosiasi menjadi karbon dioksida dan air. karbon dioksida dilucuti dari air dengan udara, dan mengurangi beban exchanger anion.

Dalam degasser vakum, tetesan air dialirkan menuju packed column yang dioperasikan pada kondisi vakum. Karbon dilepaskan karena penurunan tekanan parsial pada kondisi vakum. Degasser vakum biasanya mampu mengurangi karbon dioksida hingga kurang dari 2 ppm dan juga menghilangkan banyak oksigen dari air, namun degasser vakum lebih mahal dibandingkan forced draft decarbonator.

Resin Asam dan Basa Lemah

Resin lemah lebih efisien dalam regenerasi dibandingkan resin kuat. Resin asam lemah menukar kation yang berhubungan dengan alkalinitas. Resin basa lemah menukar anion asam mineral (SO4–, Cl–, NO3–) dalam bentuk larutan asam kuat. Efisiensi regenerasi resin lemah secara virtual stoikiometri, pengurangan 1 kgr ion (sebagai CaCO3) hanya membutuhkan lebih dari 1 kgr ion regeneran (sebagai CaCO3).

Resin basa lemah sangat efisien dan umum digunakan sebagian soda bekas sebagai regenerannya. Bagian pertama kaustik bekas resin basa kuat dibuang menuju limbah untuk menghindari fouling silika pada resin basa lemah. Sisa kaustik digunakan untuk meregenerasi resin basa lemah. Resin basa lemah mampu menahan material organik alami yang menyebabkan fouling pada resin basa kuat dan membuangnya selama siklus regenerasi sehingga resin basa lemah sering digunakan untuk melindungi resin basa kuat dari fouling senyawa organik.

Penggunaan Kembali Regeneran

Karena biaya kaustik soda yang mahal dan meningkatnya masalah pembuangan limbah, banyak sistem demineralisasi menggunakan fitur penggunaan kaustik kembali. Sistem penggunaan ini menggunakan sebagian soda bekas dari proses regenerasi sebelumnya di awal siklus regenerasi selanjutnya. Penggunaan kaustik bekas diikuti dengan soda baru untuk menyempurnakan regenerasi. Soda baru tersebut akan digunakan kembali untuk regenerasi selanjutnya.

Pemolesan Kondesat

Penukar ion tidak hanya digunakan pada proses dan air makeup boiler, tetapi juga digunakan untuk memurnikan atau mengolah kondensat yang kembali, menghilangkan produk korosi yang dapat menimbulkan deposit pada boiler.

Kontaminan tipikal pada sistem kondensat merupakan partikulat besi dan tembaga. Kontaminan dengan kadar yang rendah lainnya dapat masuk sistem melewati kondensor atau kebocoran segel pompa atau carry-over air boiler menuju steam.

Kebanyakan kondensat paper mill beroperasi pada temperatur sekitar 93oC, menghindarkan penggunaan resion anion. Resin kation stabil pada temperatur lebih dari 132oC digunakan untuk pemolesan kondensat unggun dalam aplikasi ini. Resin diregenerasi dengan brine natrium klorida. Pada kondisi saat kebocoran natrium dari pemoles mempengaruhi program kimia air boiler. Untuk mengatasi hal tesebut, resin dapat diregenerasi dengan larutan amina terionisasi.

Laju alir untuk pemoles unggun dalam (13,6-34 L/s/m2) sangat tinggi dibandingkan laju alir softener konvensional. Lajur alir yang tinggi diperbolehkan karena kadar ion yang terlarut di dalam kondensat biasanya bisa sangat rendah. Bed resin kation dalam dari pemoles kondensat diregenerasi dengan 240 kg natrium klorida pemeter kubik resin, dengan cara yang sama dengan regenerasi zeolit natrium konvensional. Reducing agent sering digunakan untuk membantu penghilangan besi. Header tambahan untuk backwash terkadang diletakan di bawah permukaan unggun resin.Pemilihan resin merupakan pertimbangan penting karena penurunan tekanan yang besar dihasilkan oleh laju alir air servis yang besar dan beban partikulat. Resin gelular grade premium atau makroretikular harus digunakan pada sistem pemoles kondensat unggun dalam.

Pada sistem yang memerlukan penghilangan padatan terlarut dan partikulat, pemoles kondensat tipe mixed bed dapat digunakan. Temperatur maksimum kondensat harus di bawah 60oC, yang merupakan temperatur maksimum operasi kontiniu untuk resin anion dan laju alir yang melewati unit umumnya dikurangi sekitar 13,6 L/s/m2.

 Resin dihancurkan dan dicampur di dalam sebuah lumpur, yang digunkan untuk melapisi septum individu di dalam vessel filter. Bubuk resin merupakan media filter yang sangat halus dan menjebak zat partikulat serta menghilangkan beberapa kontaminan terlarut dengan pertukaran ion. Ketika media filter tersumbat, material precoat dibuang dan septum dilapisi kembali dengan lumpur bubuk resin baru.

PERMASALAHAN UMUM PADA SISTEM ION EXCHANGE

Seiring banyaknya dinamika operasi sistem berkaitan dengan kelistrikan, peralatan mekanik, dan operasi kimia, permasalahan timbul pada sistem ion exchange. Permasalahan sering mengakibatkan kualitas effluent yang buruk, berkurangya waktu operasi, atau meningkatnya konsumsi regeneran. Untuk menjaga sistem ion exchange beroperasi dengan efisien dan handal, perubahan pada kualitas air, lama waktu operasi, atau konsumsi regeneran harus dipertimbangkan kapanpun persalahan terdeteksi.

Permasalahan Operasional

Perubahan pada kualitas air umpan sangat berpengaruh pada lama waktu operasi dan kualitas effluent yang dihasilkan unit ion exchange. Meski banyak air sumur memiliki kualitas yang stabil, banyak air permukaan memiliki komposisi yang berubah-ubah seiring waktu. 10% peningkatan kesadahan air akan megurangi 10% waktu operasi unit.

Penyebab lain dari permasalahan operasi ion exchange meliputi:

·         Regenerasi yang tidak tepat, disebabkan aliran regeneran yang salah, waktu, atau konsentrasi. Rekomendasi dari pabrik harus dipatuhi ketika melakukan regenerasi.

·         Channeling, ditimbulkan akibat dari aliran yang kencang ataupun aliran lambat, peningkatan beban padatan tersuspensi atau backwash yang buruk. Hal ini menyebabkan kejenuhan prematur bahkan ketika masih banyak dari bed dalam keadaan teregenerasi.

·         Fouling pada resin atau degradasi resin disebabkan kualitas regeneran yang jelek.

·         Kegagalan untuk menghilangkan silika dari resin yang ditimbulkan akibat temperatur regeneran kaustik yang rendah. Hal ini akan menimbulkan meningkatnya kebocoran silika dan waktu operasi yang pendek.

·         Kontaminan berlebih pada resin, karena operasi sebelumnya melebihi beban jenuh. Karen resin mengandung kontaminan yang lebih banyak dibandingkan desain regenerasi normal, regenerasi ganda diperlukan untuk perpanjangan waktu operasi.

Permasalahan Mekanik

Permasalahan mekanik tipikal yang berhubungan dengan sistem ion exchange meliputi:

·         Kebocoran valve, menyebabkan kualitas effluent dan pembilasan lebih lama

·         Rusak atau tersumbatnya distributor yang akan menimbulkan channeling

·         Kehilangan resin karena kelebihan backwash atau kerusakan underdrain screening atau media penyokong.

·         Resin kation berada pada anion resin menyebabkan lamanya waktu pembilasan dan kebocoran natrium pada air demineralisasil.

·         Permasalahan instrumentasi, seperti kesadahan totalizer atau alat ukur konduktivitas yang akan mengindikasikan masalah ketika tidak ada masalah atau menghasilkan air yang jelek. Instrumen di sistem demineralisasi harus dicek secara rutin.

FOULING DAN DEGRADASI RESIN

Resin dapat mengalami fouling dengan kontaminan yang menghalangi proses pertukaran ion. Resin mengalami fouling dengan besi. Resin juga dapat diserang oleh bahan kimia yang menyebabkan kerusakan reversibel.

Penyebab Fouling pada Resin

Besi dan mangan. Besi dapat hadir di dalam air sebagai garam anorganik ferro atau ferri atau senyawa kompleks.  Asam atau agen pereduksi kuat harus digunakan untuk menghilangkan besi ini. Besi yang terikat organik melewati resin kation dan membuat fouling pada resin anion. Zat ini harus dihilangkan bersamaan dengan material organik. Mangan ada dalam beberapa air sumur, dan menimbulkan fouling dengan cara yang sama dengan besi.

Alumunium. Alumunium biasanya ada sebagai alumunium hidroksida, dihasilkan dari alum atau natrium aluminat yang digunakan pada klarifikasi atau precipitation softening. Flok alumunium jika terbawa melewati resin, menutupi resin di dalam softener zeolit natrium. Zat ini dihilangkan dengan asam atau basa. Biasanya aluminium tidak menyebabkan fouling pada sistem demineralisasi karena ia dihilangkan dari resin selama regenerasi normal.

 

Pengendapan Kesadahan

Endapan kesadahan dibawa melewati sebuah filter dari sebuah precipitation softener atau dari setelah filtrasi oleh post-precipitation. Endapan ini menimbulkan fouling pada resin yang digunakan untuk softening zeolit natrium. Endapan ini dihilangkan dengan asam.

Pengendapan Sulfat

Endapan kalsium sulfat dapat terjadi di sebuah resin kation asam kuat yang dioperasikan dalam siklus hidrogen.Jika asam sulfat digunakan sebagai regeneran, dan digunakan pada konsentrasi yang tinggi atau laju alir yang sangat rendah, akan terjadi pengendapan kalsium sulfat, menyebkan fouling pada resin. Setelah kalsium sulfat terbentuk, akan sangat sulit untuk dilarutkan kembali sehingga biasanya resin yang mengalami fouling dengan zat ini akan diganti. Kasus fouling ringan kalsium sulfat dapat dipebaiki dengan perendaman lama dengan asam klorida.

Barium sulfat lebih sukar larut dibandingkan dengan kalsium sulfat. Jika air sumber mengandung barium dengan jumlah yang dapat diukur, penggunaan regeneran asam klorida harus dipertimbangakan.

Fouling oleh Minyak

Minyak menutupi resin, menghalangi pertukaran ion. Surfaktan dapat digunakan untuk menghilangkan minyak. Surfaktan yang dipilih harus dipertimbangkan agar tidak menimbulkan fouling pada resin. Fouling minyak pada resin anion harus dibersihkan dengan surfaktan nonionik saja.

Fouling oleh Mikroba

Fouling ini dapat terjadi pada unggun resin, khususnya pada unggun resin yang diam tanpa adanya aliran servis. Fouling oleh mikroba dapat menimbulkan penyumbatan parah pada unggun resin, dan bahkan merusak karena kelebihan hilang tekan sepanjang resin yang mengalami fouling. Aliran konstan atau resirkulasi dapat digunakan untuk meminimalkan permasalahan ini.

Fouling oleh Silika

Fouling oleh silika dapat terjadi pada resin basa kuat jika temperatur regeneran terlalu rendah, atau pada basa lemah jika effluent kaustik dari unit anion basa kuat digunakan untuk meregenerasi resin basa lemah yang mengandung terlalu banyak silika. Pada pH rendah, polimerisasi silika dapat terjadi pada resin basa lemah. Hal ini juga masalah pada resin anion basa kuat yang sudah jenuh.

 

Oksidan akan menyerang ikatan cross-link divinil benzena pada resin kation, mengurangi kekuatan keseluruhan unggun resin. Seiring penyerangan berlangsung, resin kation mulai kehilangan bentuk bulatnya dan kekakuan, menyebabkannya menjadi padat selama servis. Pemadatan akan meningkatkan hilang tekan sepanjang unggun resin dan menimbulkan channeling yang akan mengurangi kapasitas efektif unit.

Pada kasus klorin pada air baku tidak berefek langsung pada resin anion karena klorin dikonsumsi oleh resin kation. Namun hilir dari resin anion basa kuat akan mengalami fouling oleh beberapa produk degradasi dari oksidasi resin kation.

Jika klorin ada pada air baku maka harus dihilangkan sebelum masuk unit penukar ion dengan filter karbon aktif atau natrium sulfit. Sekitar 1,8 natrium sulfit dibutukan untuk mengonsumsi 1 ppm klorin.

Air yang jenuh dengan oksigen, seperti pada forced draft decarbonator, mempercepat pengrusakan situs resin basa kuat yang terjadi secara alami sepanjang waktu. Hal ini juga mempercepat degradasi karena organic fouling.

Degradasi Termal

Hal ini terjadi jika resin anion menjadi panas berlebihan selama servis atau siklus regenerasi. Hal ini benar-benar terjadi pada resin akrilik yang memiliki batas temperatur serendah 38oC dan resin anion basa kuat tipe II dengan batas temperatur 41oC ketika dalam bentuk hidroksida.

Fouling Organik

Fouling organik adalah bentuk fouling resin yang paling umum dan mahal. Biasanya hanya terdapat kadar organik yang rendah pada air sumur.  Organik alami dihasilkan dari pelapukan vegetasi yang merupakan senyawa aromatik dan asam di alam dan senyawa logam kompleks seperti besi. Kontaminan ini terdiri dari tanin, asam tanin, asam humat, dan asam fulvat.

Awalnya, zat organik akan memblok situs resin basa kuat yang menyebabkan pembilasan akhir yang lama dan mengurangi kapasitas splitting garam. Resin pada tahap awal degradasi akan menunjukkan kapasitas total yang tinggi, tetapi berurangnya kapasitas splitting garam. Pada tahap ini, pembersihan masih dapat mengembalikan sebagian dari kapasitas yang hilang. Kapasitas splitting garam yang hilang mengurangi kemampuan resin untuk menghilangkan silika dan asam karbonat.

Fouling organik pada resin anion terlihat jelas dengan perubahan warna pada effluent dari unit anion selama regenerasi dengan rentang dari warna teh menjadi cokelat gelap. Selama operasi, air memiliki konduktivitas yang lebih tinggi dan pH yang rendah.

Pencegahan

Berikut adalah metode yang digunakan baik sendiri maupun kombinasi untuk mengurangi fouling organik.

·         Preklorinasi dan klarifikasi. Air dipreklorinasi di sumbernya dan kemudian diklarifikasi dengan organic removal aid.

·         Filtrasi dengan karbon aktif. Perlu diperhatikan bahwa filter karbon memiliki kapasitas terbatas untuk menghilangkan material organik dan performanya harus sering dimonitor.

·         Resin makropori dan basa lemah di depan resin basa kuat. Resin basa lemah atau makropori menyerap material organik dilepaskan selama regenerasi.

·         Resin khusus. Akrilik dan resin khusus lebih kurang rentan terhadap fouling organik telah dikembangkan.

Inspeksi dan Pembersihan

Program inspeksi dan pembersihan reguler pada sistem penukar ion akan membantu menjaga usia resin anion. Kebanyakan prosedur pembersihan menggunakan langkah berikut:

·         Brine dan kaustik hangat (49oC). Oksidan ringan agen pelarut dapat ditambahkan untuk meningkatkan proses pembersihan.

·         Asam klorida. Ketika resin fouling karena kandungan besi yang banyak maka digunakan asam klorida.

·         Larutan natrium hipoklorit 0,25-0,50%. Prosedur ini menghancurkan material organik, namun juga secara signifikan mendegradasi resin. Larutan ini dipertimbangkan sebagai pilihan terakhir.

·         Penting untuk membersihkan resin yang telah mengalami fouling organik sebelum degradasi permanen yang berlebihan pada resin basa kuat terjadi. Pembersihan dilakukan ketika telah terjadi degradasi permanen secara siginifikan menghilangkan material organik, tetapi tidak akan meningkatkan performa unit.

 PENGECEKAN DAN ANALISA RESIN

Untuk memantau kondisi dari resin penukar ion dan menentukan waktu terbaik untuk pencucian diperlukan pengambilan sampel resin untuk analisa stabilitas fisik, tingkat penyebab fouling, dan kemampuan untuk menunjukkan performa yang diinginkan.

Sampel harus representasi dari keseluruhan unggun resin. Oleh karena itu sampel harus diambil dari berbagai level di dalam unggun, atau sebuah pengumpul resin atau pipa hollow untuk memperoleh sampel inti. Selama pengambilan sampel, inlet dan distributor harus diperiksa dan kondisi bagian atas unggun resin harus diperhatikan.

 

Sampel resin harus diperiksa secara mikroskopis untuk melihat fouling dan kerusakan atau keretakan butiran resin. Sampel juga harus dites sifat fisiknya seperti densitas dan kadar airnya sehingga kadar senyawa organik dan anorganik penyebab fouling pada resin harus ditentukan dan dibandingkan dengan standar yang diketahui dan kondisi resin sebelumnya. Terakhir, kapasitas total dan splitting garam harus diukur pada sampel resin anion untuk mengevaluasi laju degradasi atau fouling organik.

PRECIPITATION SOFTENING

PRECIPITATION SOFTENING

Proses precipitation softening digunakan untuk untuk mengurangi kesadahan air, alkalinitas, silika, dan pengotor lainnya. Proses ini berguna untuk mengolah air yang akan digunakan sebagai air makeup cooling tower atau sebagai pengolahan awal yang kemudian diikuti oleh proses ion exchange untuk air yang akan digunakan sebagai umpan boiler atau air proses. Pada proses ini air diolah dengan bantuan kapur atau kombinasi dari kapur dan soda abu (ion karbonat). Senyawa kimia ini bereaksi dengan kesadahan dan alkalinitas alami yang terdapat di dalam air untuk membentuk senyawa yang tak larut.

Proses Kimia dari Precipitation Softening

Hampir semua air baku, mengandung kesadahan dalam bentuk kalsium dan magnesium bikarbonat, sering disebut sebagai kesadahan karbonat atau kesadahan sementara. Senyawa ini dihasilkan dari asam, karbon dioksida yang terkandung dari air hujan yang terjadi secara alami bereaksi dengan mineral yang ada di bumi seperti batu kapur. Contohnya:

Kesadahan juga berada dalam bentuk garam sulfat atau garam klorida, yang sering disebut sebagai kesadahan nonkarbonat atau kesadahan tetap. Garam ini diakibatkan karena keberadaan asam pada air hujan atau larutan yang terbentuk alami dari mineral asam.

Perbedaan siginifikan antara kesadahan karbonat dengan kesadahan nonkarbonat yaitu konsentrasi kesadahan sementara dapat dikurangi dengan pemanasan.

 Pengurangan kesadahan nonkarbonat membutuhkan penambahan zat kimia. Kombinasi kapur dan soda abu dan penambahan koagulan dan flokulan pada air baku untuk mendukung rekasi pengendapan. Hali ini akan menurunkan kesadahan air (softening).

Cold Lime Softening

Precipitation softening ini dilaksanakan pada temperatur ambient. Ketika kapur hidrat, Ca(OH)2 ditambahkan pada air maka terjadi reaksi berikut:

Jika penambahan kapur dikontrol dengan baik maka kesadahan dapat dikurangi menjadi 35-50 ppm. Pengurangan magnesium bergantung dari jumlah kelebihan alkalinitas hidrosil (OH–) yang di jaga.

Kesadahan nonkarbonat atau kesadahan tetap tidak dipengaruhi oleh treatment dengan hanya penambahan kapur. Jika konsentrasi kesadahan tetap lebih dari 70 ppm maka kelebihan alkalinitas hidroksil lebih dari 5 ppm di jaga sehingga magnesium akan berkurang menjadi 70 ppm, tetapi kalsium akan meningkat sebanding dengan pengurangan magnesium.

Sebagai contoh, pada cold lime treatment untuk air yang mengandung kalsium 110 ppm, magnesium 95 ppm, dan paling sedikit alkalinitas 110 ppm (semuanya dinyatakan sebagai kalsium karbonat) maka secara teoritis kalsium dapat dikuranngi menjadi 35 ppm dan magnesium menjadi 70 ppm. Bagaimanapun akan ada penambahan 25 ppm kalsium pada yang sudah diolah dikarenakan reaksi berikut:

Sodium aluminat juga ditambahkan untuk meningkatkan pengurangan magnesium dan silika pada proses cold softening. Sodium aluminat menghasilkan ion hidroksil (OH–) yang diperlukan dalam meningkatkan proses pengurangan magnesium tanpa meningkatkan kesadahan kalsium di dalam air. Soda abu (Na2CO3) dapat digunakan untuk meningkatkan penghilangan kesadahan. Senyawa ini akan bereaksi dengan kesadahan kalsium nonkarbonat seperti berikut:

Kesadahan magnesium nonkarbonat dikurangi melalui proses cold softening dengan penambahan kapur seperti rekasi berikut:

Pada proses ini, padatan terlarut tidak akan berkurang karena terbentuknya produk yang larut (sodium sulfat/sodium klorida).

Warm Lime Softening

Proses ini berlangsung pada temperatur 120-140oF (49-60oC). Kelarutan kalsium, magnesium, dan silika akan berkurang seiring kenaikan temperartur sehingga zat tersebut lebih efektif dihilangkan melalui proses warm lime softening. Proses inii digunakan untuk tujuan berikut.

·         Recovery panas buangan sebagai pengukuran konservasi energi. Air yang akan diolah dipanaskan dengan sisa steam seperti blowdown boiler atau buangan steam bertekanan rendah untuk mengambil panas dari steam.

·         Mempersiapkan umpan menuju sistem demineralisasi. Semakin rendah kandungan kalsium, magnesium, dan terkhusus silika akan mengurangi beban ion yang masuk unit demineralizer. Proses ini lebih baik dibandingkan proses cold lime softening. Proses ini akan mengurangi biaya operasi dan biaya kapital dari unit demineralizer. Akan tetapi, kebanyakan resin basa kuat memiliki batasan temperatur hingga 140oF (60oC) sehingga peningkatan temperatur tidak bisa diterima untuk menigkatkan keefektifan dari proses penghilangan zat pengotor.

·         Untuk meperkecil laju blowdown dari sistem pendingin. Blowdown dari cooling tower harus diolah dengan kapur dan soda abu atau kaustik untuk mengurangi kadar kalsium dan magnesium hingga kadar ketika air blowdown dapat dikembalikan menuju sistem pendingin. Kandungan silika juga perlu dikontrol dalam sistem recirculating cooling water.

Pada proses warm lime dan cold lime-soda ash, kontrol temperatur merupakan hal yang penting karena varisai temperatur sebesar 4oF/jam (2oC/jam) dapat menyebabkan carryover yang besar dari endapan softener.

Hot Process Softening

Proses ini biasanya dijalankan pada proses bertekanan dan temperatur 108-116oC. Pada temparatur operasi, reaksi hot process softening berlangsung secara sempurna. Perlakuan ini terdiri dari reaksi yang sama dengan reaksi yang dijelaskan pada proses cold lime softening, kecuali CO2 pada air baku dilepaskan dan tidak ikut bereaksi pada proses pengendapan dalam reaksi kapur. Penggunaan kapur dan soda abu mampu mengurangi kesadahan hingga 0,5 gr/gal atau sekitar 8 ppm sebagai kalsium karbonat.

Pengurangan Kadar Silika

Hot process softening juga memberikan proses pengurangan kadar silika yang sangat baik. Pengurangan silika terjadi melalui adsorpsi silika pada endapan magnesium hidroksida. Apabila kadar magnesium yang terkandung di dalam air tidak mencukupi utnuk mengurangi kadar silika hingga kadar yang diinginkan maka senyawa magnesium (seperti magnesium oksida, magnesium sulfat, magnesium karbonat, atau kapur dolomit) dapat digunakan. Magnesium oksida lebih disarankan digunakan karena senyawa ini tidak meningkatkan konsentrasi padatan terlarut di dalam air. Penambahan magnesium oksida dan kontak dengan lumpur yang baik akan meningkatkan hasilnya.

Pengurangan Alkalinitas

Lime precipitation treatment akan mengurangi alkalinitas. Alkalinitas sodium bikarbonat akan ada jika nilai alkalinitas air melebihi nilai total kesadahan air tersebut. Pada beberapa kasus, biasanya alkalinitas air perlu diturunkan untuk mengatasi korosi pada sistem kondensat atau agar peningkatan siklus konsntrasi dapat terjadi.

Treatment menggunakan kapur akan mengkonversi sodium bikarbonat menjadi sodium karbonat seperti reaksi berikut.

Kalsium sulfat (gypsum) juga dapat digunakan untuk mengurangi karbonat hingga kadar yang diinginkan melalui reaksi di bawah ini:

Reaksi ini sama dengan rekasi yang terjadi dalam penghilangan kesadahan kalsium nonkarbonat yang sudah dibahas sebelumnya.

Pengurangan Kontaminan Lain

Proses lime softening dengan tambahan filter umumnya akan mengurangi besi yang teroksidasi dan mangan hingga 0,05 dan 0,01 ppm. Zat organik (yang mempengaruhi warna) di dalam air juga akan berkurang. Turbiditas yang biasanya terkandung di air permukaan akan berkurang hingga 1 NTU dengan filtrasi yang diikuti dengan chemical treatmnet. Turbiditas air baku yang melebih 100 NTU bisa ditoleransi dengan sistem ini. Minyak juga dihilangkan dengan adsorpsi pada padatan yang rterbentuk selama treatment. Kadar minyak yang lebih dari 30 ppm harus dikurangi sebelum masuk proses lime treatment karena akan menyebabkan carryover flok.

Kontrol Proses Presipitasi (Chemical)

Kontrol kapur atau lime-soda softener biasanya didasarkan pada alkalinitas dan kesadahan air. Sampel dinalisa untuk menentukan alkalinitas pada titik akhir P (phenolphtalein, pH 8,3) dan M (methyl orange atau metheyl purple, pH 4,3). Berlaku persamaan berikut:

P (ppm sebagai CaCO3) = OH– + CO32-

M (ppm sebagai CaCO3) = OH– + CO32- + HCO3–

Dalam keberadaan ion hidroksil (OH–), konsentrasi bikarbonat sangat rendah sehingga bisa dianggap nol.

Dalam proses presipitasi, disarankan untuk menjamin semua bikarbonat telah dikonversi menjadi karbonat (bentuk kalsium yang lebih sukar larut) sehingga kelebihan sedikit ion hidroksil harus dijaga dalam air yang diolah. Jika kedua persamaan di atas kombinasikan maka dapat terlihat bahwa ketika 2P – M positif akan terdapat ion hidroksil. Rentang nilai yang diatur biasanya:

2P – M = 5-15 ppm

Hal ini biasanya terjadi ketika sekitar pH 10,2

Jika soda abu digunakan, maka kontrol dilakukan pada kelebihan ion karbonat. Seperti Gambar 7.1, kelebihan karbonat akan menurunkan kadar kalsium hingga level yang diinginkan. Rentang untuk hot lime-soda biasanya berada pada nilai:

M (alkalinitas) – TH (kesadahan total) = 20-40 ppm

Untuk cold lime-soda softening, dimana kesadahan magnesium effluent jauh lebih besar dibandingkan hot lime atau soda, maka rentang kontrol di atas tidak berlaku. Untuk cold lime-soda dapat dikontrol dengan rentang:

2(M – P) – kesadahan kalsium = 20-40 ppm

Jika softened water digunakan untuk umpan boiler, metode penghilangan kesadahan dengan penambahan soda abu tidak cocok karena akan meningkatkan biaya akibat korosi pada sistem kondensat.

Koagulan/Flokulan/Sludge Conditoioner

Flokulan dan koagulan berupa polimer organik lebih dianjurkan dibandingkan garam besi atau alumunium anorganik. Penambahan polimer akan meminimalkan peningkatan padatan terlarut pada air dan penggunaannya akan mengurangi jumlah lumpur yang dihasilkan dibandingkan penggunaan koagulan anorganik. Koagulan anorganik harus bereaksi dengan air baku membentuk endapan logam yang membantu proses klarifikasi dan pengondisian unggun lumpur. Sebagai contoh, alum bereaksi sebagai berikut:

Endapan alumunium  tergabung di dalam lumpur menghasilkan reaksi softening. Hal ini akan meningkatkan ketidakstabilan lumpur softener yang akan meningkatkan kontak dengan padatan, meningkatkan softening dan kejernihan effluent.

Air yang menghasilkan perbandingan pengendapan kalsium terhadap magnesium yang tinggi biasanya membutuhkan bahan kimia untuk pengondisian unggun lumpur agar pengoperasian yang lebih baik.

Empat efek negatif yang mungkin akibat penggunaan garam anorganik:

·         Garam anorganik mengurangi alkalinitas. Hal ini mengubah kesadahan menjadi kesadahan nonkarbonat yang tidak dipengaruhi oleh kapur sehingga akan meningkatkan kesadahan air.

·         Ketika air akan diolah lebih lanjut dengan ion exchange, konsumsi regeneran akan meningkat karena kesadahan yang lebih tinggi dan penambahan beban sulfat atau klorida.

·         Karbon diosida yang dihasilkan oleh reaksi membuat kebutuhan kapur dua kali banyak dibandingkan bikarbonat sehingga meningkatkan kebutuhan bahan kimia.

·         Alumunium yang larut di dalam effluent softener berinterferensi dengan titrasi alkalinitas softened water sehingga akan mempengaruhi pengukuran nilai (2P-M).

Peralatan yang Digunakan

Cold Process

Pertama kali cold lime-soda softening dilakukan pada proses batch. Bahan kimia berlebih dicampur dengan air di dalam bak yang besar. Setelah sekitar 4 jam, air yang sudah diolah didekantasi dari bak meninggalkan endapan yang tertinggal di bak.

Bahan kimia ditambahkan berdasarkan laju alir dan kualitas air menuju zona pencampuran cepat. lumpur diresirkulasi secara internal atau eksternal menuju unit, bisa dikembalikan menuju zona pencampuran cepat untuk meningkatkan softening, kejernihan softened water, dan penghilangan silika.

Air kemudian mengalir menuju zona pencampuran lambat. Pada zona ini rekasi presipitasi berlanjut dan presipitasi yang terbentuk semakin besar dan cukup untuk mulai mengendap. Pada unit sludge-contact, air mengalir melalui tumpukan lumpur untuk kontak tambahn. Level lumpur dipertahankan dengan kombinasi yang tepat dari bahan kimia untuk pengondisian unggun lumpur, pengadukan, suspensi hidrolik, dan blowdown. Jalur yang dapat dilihat sebagai pemisahan antara air yang sudah diklarifikasi dengan kolam slurrry harus ada dalam unit yang dioperasikan secara baik. Tutbiditas effluent biasanya kurang dari 10 NTU.

Karena rekasi pada proses ini tidak sempurna, kadar kontaminan yang terdapat di air yang menigggalkan unit ini tidak stabil. Dnegan peningkatan  waktu tinggal atau penginkatan tempratur, prsesipitasiakan berlangsung lebih jauh pada downstream unit.

Pada setiap unit, air dimasukkan menuju bagian atas vessel yang didesain untuk beroperasi pada tekanan 5-15 psig (0,35-1,05 kg/cm2) tekanan saturated steam (108-116oC). Sebuah inlet valve digunakan untuk mengontrol laju alir inlet sebagai fungsi dari level operasi vessel. Air disemprotkan menuju permukaan unit dan dipanaskan di dalam 2 atau 3 derajat dari temperatur uap jenuh. Pemanasan akan mengurangi kandungan gas yang tak terkondensasi di dalam air. Oksigen dan karbon dioksida dilepaskan kemudian diventilasi ke atmosfer dengan hilangnya steam pemanas yang terkendali. Meski bukan sebagai deaerator, unit hot process mampu mengurangi kadar oksigen hingga 0,3 pmm dan kabon dioksida menjadi 0.

Sisa oksigen ini pada air bertemperatur temperatur tinggi bersifat agresif dan akan menyerang bagian hilir peralatan seperti filter dan zeolit. Oleh karena itu pengguna harus mempertimbangkan menambahkan chemical oxygen scavenger pada effluent dari hot process softner.

Treatment chemical diberikan pada bagian atas vessel dengan laju bergantung dengan laju alir dan analisa air kualitas baku. Meski proses reaksi berlangsung secara cepat, dibutuhkan waktu tinggal minimal1 jam untuk unit ini. Laju alir pada unit ini terbatas hingga 1,7-2,0 gpm/ft2 (1,16-1,36 L/s/m2). Air backwash harus diambil dari outlet unit, dari filtered water header, atau dari penyimpanan internal atau eksternal.

Pada desain downflow, air meninggalkan vessel setelah aliran yang berbalik dan memasuki internal hood. Presipitasi dipisahkan dari air pada bagian hood kemudian mengalir ke bawah menuju kerucut untuk pembuangan dengan blowdown. Sludge blowdown sebanding dengan aliran air baku. Untuk meningkatkan pengurang silikia maka sludge diresirkulasi dari kerucut menuju bagian atas unit.

 Level sludge dijaga supaya downcomer selalu mengalir keluar menuju unggun sludge. Hal ini akan menjamin kontak yang baik dengan sludge yang kaya akan magnesium hidroksida. Unggun sludge juga berperan sebagai filter, menangkap padatan yang halus sebelum air keluar di dekat bagian atas dari vessel.

Desain upflow juga membuat unit ini lebih mudah digabungkan dengan kopartemen internal untuk penyimpanan backwash filter dan aliran yang kembali, dan kondensat atau deaerasi air yang sudah diolah.

Batasan

Dengan pertimbangan kualitas air baku dan penggunaan akhir air yang sudah diolah, aplikasi proses presipitasi mamiliki beberapa keterbatasan. Namun, kesulitan operasional dapat ditemui kecuali faktor-faktor berikut dikontrol:

Temperatur. Unit cold dan warm dapat mengalami carry over jika temperatur bervariasi lebih dari 4oF/jam (2oC/jam). Unit hot process kurang sensitif terhadap variasi temperatur yang kecil. Namun, penyumbatan dan pola penyemprotan yang tidak tepat akan mencegah pemanasan air yang tepat sehingga akan terjadi carry over.

Hidrolik. Pada semua sistem, operasi steady-state pada batasan desain akan mengoptimalkan performa dari peralatan. Variasi laju alir yang cepat akan menimbulkan gangguan hebat pada sistem.

Kontrol chemical. Hal ini harus seakurat mungkin untuk kualitas air yang buruk. Karena hampir semua air sumur memiliki kualitas yang konstan sehingga perubahan laju umpan chemical sebagian besar merupakan fungsi dari laju alir air baku saja. Namun, kualitas air permukaan dapat bervariasi setiap jamnya. Untuk itu diperlukan kontrol yang tepat sehingga pengguna harus melakukan analisa air baku secara rutin begitu juga dengan effluent yang sudah diolah kemudian menyesuaikan laju umpan chemical yang sesuai berdasarkan kualitas air baku.