Penurunan kesadahan dengan proses presipitasi kimia

presipitasi kimia merupakan proses pembentukan endapan dengan cara penambahan bahan kimia, dimana bahan kimia tersebut akan bereaksi dengan zat terlarut maupun tersuspensi membentuk senyawa yang memiliki timgkat kelarutan yang rendah di air. Prinsip kerja dari proses ini adalah dengan cara menggeser kesetimbangan senyawa terlarut menjadi senyawa yang sukar larut sehingga memudahkan untuk diendapkan.

Dalam pengolahan air bahan kimia yang biasa digunakan untuk menurunkan kesadahan antara lain lime atau kapur (untuk penurunan kesadahan karbonat) dan soda kaustik (untuk penurunan kesadahan nonkarbonat).

Kesadahan

Kesadahan adalah kondisi air yang mengandung ion kalsium dan magnesium yang bereaksi dengan bikarbonat, sulat, dan/atau klorida(Masduki,2012). Dalam standar kualitas air minum (Permenkes), kesadahan maksimum yang diperbolehkan adalah 500 mg/L sebagai CaCO3.

Ada dua macam kesadahan, yaitu kesadahan sementara (kesadahan bikarbonat) dan kesadahan tetap (kesadahan non-bikarbonat). Kesadahan sementara disebabkan oleh kandungan anion HCO3 yang berikatan dengan kalsium dan/atau magnesium. Kesadahan tetap disebabkan oleh anion SO4 dan atau Cl yang berikatan dengan kalsium dan/atau magnesium. Jumlah kesadahan sementara dan kesadahan tetap disebut kesadahan total.

 (Baca : Mengenal Lebih Jauh Tentang Kesadahan)

Ada dua metode umum yang digunakan untuk menurunkan kesadahan :

1. Pemanasan (khusus untuk kesadahan sementara)

2. Presipitasi (untuk kesadahan sementara maupun kesadahan tetap), yaitu dengan penambahan kapur atau dengan soda kaustik.

Dalam pelunakan air dengan kapur Ca2+ diendapkan sebagai CaCO3 dan Mg2+ diendapkan sebagai Mg(OH)2. Pengendapan akan terjadi apabila kelarutan CaCO3 dan Mg(OH)2 cukup rendah. Kelarutan senyawa-senyawa ini sangat tergantung pada pH:

Besarnya kebutuhan kapur tergantung pada alkalinitas. Pada pH air normal, alkalinitas biasanya dalam bentuk ion bikarbonat, HCO3-. Bila kapur ditambahkan dalam air akan bereaksi dengan CO2:

CO2 +Ca(OH)2 --> CaCO3 + H2O

Selanjutnya kapur akan bereaksi dengan bikarbonat :

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 --> 2CaCO3 + 2H2O

Dan

Mg(HCO3)2 +Ca(OH)2 --> MgCO3 + CaCO3 + 2H2O

Karena MgCO3 masih terlarut, maka kapur berlebih akan bereaksi dengan MgCO3.

MgCO3 + Ca(OH)2 --> CaCO3 + Mg(OH)2

Untuk kesadahan non karbonat, misalnya MGSO4, penambahan kapur berlangsung menurut reaksi:

MgSO4 + Ca(OH)2 --> CaSO4 + Mg(OH)2

Karena reaksi ini masih mengandung kesadahan non karbonat lain, yaitu CaSO4 yang masih terlarut, maka diperlukan penambahan soda:

CaSO4 + Na2CO3 --> Na2SO4 + CaCO3

Untuk mengendapkan CaCO3 diperlukan pH sekitar 9,5 dan untuk mengendapkan Mg(OH)2 diperlukan pH sekitar 10,8.

Untuk proses presipitasi menggunakan soda kaustik (NaOH), reaksi yang terjadi adalah :

CO2 + NaOH --> Na2CO3 + H2O

Selanjutnya NaOH bereaksi dengan bikarbonat:

Ca(HCO3)2 + NaOH --> CaCO3 + Na2CO3 +2H2O

Dan

Mg(HCO3)2 + 4NaOH --> Mg(OH)2 + 2Na2CO3 + 2H2O

Untuk kesadahan non karbonat, misalnya MgSO4 atau CaSO4+, penambahan NaOH berlangsung menurut reaksi :

MgSO4 +2NaOH --> Mg(OH)2 + Na2SO4

CaSO2 + 2NaOH --> Ca(OH)2 + Na2SO4

Perhitungan kebutuhan kapur dan soda kaustik dan lumpur yang dihasilkan

Besarnya kebutuhan kapur dan/atau soda dapat dihitung dengan prosedur sebagai berikut :

v Periksa kandungan ion-ion dalam sampel baik kation maupun anion dalam satuan mg/L

v Satuan dikonversi menjadi meq/L

A mg/L[X] = (A/BE[X])meq/L

Dimana :

- A = konssentrasi ion dalam mg/L

- BE = berat ekivalen yaitu berat unsur dibagi dengan valensi

v Membuat bar graph yang menunjukkan kesadahan sementara dan kesadahan tetap

v Dihitung kebutuhan kapur dan soda kaustik menggunakan faktor pengali kemudian dikonversi kembali menjadi mg/L sebagai CaCO3, dengan rumus

-kebutuhan kapur = ∑meq ion * meq CaCO3

-Lumpur = ∑meq ion * meq senyawa lumpur

Untuk lebih jelasnya akan disajikan tabel faktor pengali dan contoh perhitungannya dibawah ini :

 Dari tabel perhitungan tersebut kemudian di buat bargraph sepeti dibawah ini:

Dari bargraph diketahui:

1. Kesadahan total = kesadahan Ca + kesadahan Mg

     = (2.75+1.48)meq/L * 50 mg/meq CaCO3

                 = 211,5 mg/L as CaCO3

2. Kesadahan sementara = mg/L Ca(HCO3)2 + mg/L Mg(HCO3)2

          = 4.10 meq/L * 50 mg/meq CaCO3

                                 = 205 mg/L as CaCO3

3. Kesadahan tetap = kesadahan total - kesadahan sementara

                 = 211,5-205 = 6,5 mg/L as CaCO3

Untuk menghitung kebutuhan kapur dapat menggunakan tabel faktor pengali di bawah ini :

Kation	Pembubuhan		Lumpur
	Ca(OH)2	NaOH	CaCO3	Mg(OH)2
CO2	1	0	1	0
Carbonate
Ca	1	0	2	0
Mg	2	0	2	0
N.Carbonate
Ca	0	1	1	0
Mg	1	1	1	1

- Faktor pengali tersebut merupakan koefisien antara pembubuh dan endapan terhadap koefisien kation kesadahan.

Contoh : CO2 +Ca(OH)2 --> CaCO3 + H2O

Dari persamaan reaksi tersebut dapat diketahui bahwa untuk meremoval 1CO2 membutuhkan 1Ca(OH)2 dan menghasilkan endapan 1 CaCO3.

- dari tabel tersebut dianggap bahwa seluruh kesadahan sementara diremoval menggunakan Ca(OH)2, sedangkan untuk kesadahan tetap diremoval dengan soda kaustik.

1. Kebutuhan Ca(OH)2 = (meq/Lkesadahan sementara+meq/L Mg2+kesadahan tetap)*mg/meq Ca(OH)2

                     = 4.23 * (74/2) = 152,28 mg/L

2. Kebutuhan NaOH = meq/L Mg2+kesadahan tetap * meq/L NaOH

                   = 0.13 * (115/1) = 14,95 mg/L

3. Lumpur yang dihasilkan = lumpur CaCO3 + lumpur Mg(OH)2

                        = (4.23*50)+(0.13*(52/2))

                        = 214,88 mg/L

Reference

Anonim. (2015, 1 7). Kesadahan Air. Retrieved from www.wikipedia.com: http://www.wikipedia.com/Kesadahan-Air/

Masduki, A. F. (2012). Operasi & Proses Pengolahan Air. Surabaya: ITSPress.

Sawyer, C. P. (2003). Chemistry for Environmental Engineering and Science, 4th edition. New York: McGraw-Hill Inc.