PENGOLAHAN dan PENYEDIAAN AIR
Air ialah zat yang sungguh diharapkan oleh manusia maupun hewan dan tumbuh-flora. Planet bumi ini hampir 70% luas permukaannya diisi oleh air, dengan sumber terutama yakni air maritim. Laut dan sumber-sumber air lain di alam ini merupakan sebuah mata rantai yang membentuk siklus yang diketahui selaku daur hidrologi (hydrology cycle).
1. SUMBER-SUMBER AIR
Sumber-sumber air yang mampu dimanfaatkan untuk mendukung kehidupan adalah sebagai berikut:
1 Air bahari :
Air bahari mempunyai kandungan garam-garam yang cukup banyak jenisnya dan salah satu diantaranya yakni garam NaCl (2,7%)
2 Air tawar :
Air tawar dapat digolongkan menjadi tiga, adalah :
– Air hujan
Air hujan merupakan sumber air yang sungguh penting utamanya bagi kawasan yang tidak memiliki atau mempunyai sedikit sumber air tanah maupun air permukaan.
– Air Permukaan
Air permukaan ialah air baku utama bagi buatan air minum di kota-kota besar. Sumber air permukaan mampu berupa sungai, danau, mata air, waduk, empang, dan air dari jalan masuk irigasi.
– Air Tanah
Air tanah ialah sumber air yang berbentuk mata air atau sumur.
2. PENGGUNAAN AIR DI INDUSTRI
Air bagi suatu industri yaitu materi penunjang baik untuk kegiatan langsung atau tak langsung. Penggunaan air di industri biasanya untuk mendukung beberapa sistem, antara lain :
– Sistem pembangkit uap (boiler)
– Sistem pendingin
– Sistem pemroses (air proses)
– Sistem pemadam kebakaran
– Sistem air minum
Persyaratan mutu air yang dapat digunakan dalam industri berbeda-beda tergantung terhadap tujuan penggunaan air tersebut. Air yang berasal dari alam kebanyakan belum menyanggupi patokan yang diharapkan sehingga harus menjalani proses pembuatan lebih dulu.
3. KLASIFIKASI PENGOLAHAN AIR
3.1. Pengolahan Eksternal
Pengolahan eksternal dilakukan di luar titik penggunaan air yang bermaksud untuk meminimalkan atau menghilangkan impurities. Jenis-jenis proses pembuatan :
– Sedimentasi
Sedimentasi ialah sebuah proses yang bertujuan memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non-koloidal dalam air. Pengendapan mampu dilaksanakan dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Cara yang sederhana yaitu dengan membiarkan padatan mengendap dengan sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih mampu dipisahkan dari padatan yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat ialah dengan melalaikan air pada sebuah kolam dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak pengendap tersebut.
– Filtrasi, Proses ini khusus untuk menetralisir zat padat tersuspensi. Proses filtrasi bermaksud untuk menahan zat-zat tersuspensi (suspended matter) dalam suatu fluida dengan cara melupakan tersebut melalui sebuah lapisan yang berpori-pori, contohnya : pasir, anthracite, karbon dan sebagainya.
– Pelunakan (softening)
– Deionisasi (Demineralization)
Pertukaran ion secara luas dipakai untuk pengolahan air dan limbah cair, utamanya dipakai pada proses penghilangan kesadahan dan dalam proses demineralisasi air.
– Deaerasi
Aerasi adalah proses mekanis pencampuran air dengan udara. Tujuan aerasi yakni selaku berikut :
1. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tak dikehendaki seperti besi (Fe) dan mangan (Mn).
2. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air terutama yang bersifat korosif.
3. Menghilangkan amis, rasa dan warna yang disebabkan oleh mikroorganisme. Penurunan mutu air tersebut disebabkan oleh bahan organik yang mengalami dekomposisi, sisa-sisa atau bahan-materi hasil metabolisme mikroba.
3.2.Pengolahan Internal
Pengolahan internal yaitu pengolahan yang dikerjakan pada titik penggunaan air dan bertujuan untuk menyesuaikan (conditioning) air kepada kriteria kondisi metode dimana air tersebut akan digunakan. Usaha untuk meraih tujuan pengolahan internal dilaksanakan dengan penambahan banyak sekali materi kimia ke dalam air yang dimasak. Bahan materi kimia tersebut, akan bereaksi dengan impurities sehingga tidak menyebabkan gangguan dalam penggunaan air tersebut. Oksigen, selaku pola, dapat diikat dengan menggunakan sodium sulfit atau hydrazine. Sifat lumpur yang mampu melekat pada logam perlengkapan proses dihilangkan dengan penambahan materi-bahan organik yang termasuk dalam kalangan tanin, lignin atau alginat.
Masalah-duduk perkara biasa yang memerlukan pembuatan internal ialah :
(1) Masalah korosi
(2) Masalah pembentukan kerak
4. KIMIA AIR
Atom yaitu bab terkecil dari suatu unsur. Sebuah molekul terbentuk dari gabungan satu atau berbagai jenis atom. Sebagai teladan dua atom hidrogen digabung untuk membentuk molekul gas hidrogen.
H + H→H2
Penambahan satu atom oksigen pada satu molekul gas hidrogen tersebut menciptakan molekul air.
H2 + O→H2O
Air adalah pelarut yang bagus, oleh alasannya adalah itu di dalamnya air paling tidak terlarut sejumlah kecil zat-zat anorganik dan organik. Dengan kata lain, tidak ada air yang benar-benar murni dan ini menyebabkan dalam setiap analisis air ditemukan zat-zat lain.
5. REAKSI HIDROLISA
Salah satu reaksi kimia air yang penting yakni reaksi hidrolisa dari garam-garam tertentu. Hidrolisa yaitu reaksi kimia dimana sebuah zat bereaksi dengan air membentuk asam dan ataupun basa. Reaksi-reaksi tersebut menimbulkan perubahan keasaman dan alkalinitas larutan dan sekaligus menjadikan perubahan kecenderungan pengendapan kerak, korosi pada logam, dan dilema-duduk perkara kimia yang lain. Zat yang mampu larut dalam air dan dapat menghasilkan ion hidroksi (OH–) atau karbonat (CO3 2-) disebut basa dan larutannya disebut larutan basa atau alkali. Basa mampu menetralkan asam. Asam ialah zat yang mampu menyebabkan ion hidrogen (H+) bertambah jikalau dilarutkan dalam air dan mempunyai kesanggupan untuk menetralkan basa. Basa dan asam bereaksi untuk membentuk garam sedemikian rupa sehingga larutan bersifat netral, alkali atau asam. Garam netral dibuat oleh reaksi asam besar lengan berkuasa dan basa kuat. Garam bersifat alkali didapat dari reaksi basa besar lengan berkuasa dengan asam lemah, yang bila dilarutkan dalam air akan membentuk larutan dalam alkali. Contoh mirip NaHCO3 yang dibuat dari NaOH (basa kuat) dengan H2CO3 (asam lemah). Garam bersifat asam terhidrolisa dalam air untuk membentuk kembali asam kuat dan basa lemah pembentuknya, seperti disuguhkan oleh reaksi berikut :
2 FeCl3 + 6 H2O 2 Fe(OH)3 + 6 HCl
Besi Klorida (FeCl3) adalah garam bersifat asam dan Fe(OH)3 adalah basa lemah.
6. ZAT-ZAT PENGOTOR DALAM AIR
Air menyerap zat-zat dalam perjalanan daur hidrologinya, sehingga menyebabkan air tersebut menjadi tidak murni lagi. Zat-zat itu disebut sebagai zat pengotor atau impurities. Zat pengotor dalam air pada dasarnya dapat dikelompokkan dalam tigagolongan, ialah :Padatan tersuspensi, Padatan terlarut dan Gas terlarut.
6.1.padatan Tersuspensi dalam Air
Padatan tersuspensi ialah ungkapan yang dipraktekkan pada zat heterogen yang terkandung dalam pada umumnya jenis air. Padatan tersuspensi khususnya terdiri atas lumpur, humus, limbah dan bahan buangan industri. Padatan tersuspensi menyebabkan air menjadi keruh dan jikalau dipakai sebagai air umpan ketel akan mengakibatkan terbentuknya deposit, kerak dan atau busa. Padatan tersuspensi dalam air pendingin akan menimbulkan endapan dan timbulnya korosi di bawah endapan tersebut.
6.2.Padatan Terlarut
Air yakni pelarut yang bagus, sehingga dapat melarutkan zat-zat dari batu-batuan dan tanah yang terkontak dengannya. Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air alasannya kontaknya dengan batu-batuan tersebut, antara lain : CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2 dan sebagainya. Air yang akan digunakan untuk pembangkit uap atau tata cara pendingin memiliki dua parameter penting yang ialah akhir dari padatan terlarut, yakni kesadahan (hardness) dan alkalinitas (alkalinity). Padatan terlarut yang lain, seperti garam terlarut, asam dan zat organik.
6.3.Kesadahan
Kesukaran pembentukan busa oleh sabun dalam air ialah indikasi kesadahan air. Kesadahan air terutama diakibatkan oleh adanya ion-ion kalsium dan magnesium. Sabun dalam air bereaksi lebih dahulu dengan ion-ion ini sebelum mampu berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan air. Kerugian yang mampu timbul akhir adanya kesadahan dalam air industri diantaranya ialah pembentukan kerak dalam ketel dan sistem pendingin, selain itu pemakaian sabun akan meningkat kalau kesadahan terdapat dalam air pencuci.
6.4.Alkalinitas (Alkalinity)
Alkalinitas air disebabkan oleh adanya senyawa alkalis dalam air. Alkalinitas didefinisikan sebagai ukuran dari kapasitas air untuk menetralkan asam. Alkalinitas dalam air ada tiga jenis ialah: alkalinitas hidroksida (OH-alkalinity), alkalinitas karbonat (CO3–alkalinity) dan alkalinitas bikarbonat (HCO3–alkalinity). Alkalinitas yang cukup tinggi dibutuhkan pada air umpan ketel untuk menghalangi korosi, akan tetapi kadar OH yang terlalu tinggi mampu mengakibatkan “kerapuhan kaustik” (Caustic Embrittlement).
6.5.Gas Terlarut
Berbagai gas mampu larut dalam air, antara lain : CO2, O2, N2, NH3, NO2 dan H2S. Gas-gas yang terlarut tersebut kebanyakan tidak menyebabkan korosi kecuali CO2, O2 dan NH3. Karbon dioksida bergotong-royong adalah suatu asam kalau bergabung dengan air, dan dengan demikian mampu menyerang logam. Oksigen terlarut dalam air ialah penyebab utama terjadinya korosi pada ketel dan tata cara pendingin. Penghilangan oksigen dari air umpan ketel dapat dilakukanndengan cara deaerasi secara fisik dan kimia
7. PENGOLAHAN AIR UMPAN KETEL
Kebutuhan energi dan metode pemanasan dalam industri umumnya dipenuhi dengan cara mempergunakan steam yang dibangkitkan dalam sebuah ketel (boiler). Air yang berasal dari sungai, danau, dan sumur, tidak dapat pribadi digunakan untuk air umpan ketel. Air yang dipakai mesti diolah apalagi dahulu, alasannya jika tidak, maka periode pakai ketel akan menyusut. Penggunaan air umpan ketel yang tidak menyanggupi standar akan mengakibatkan beberapa persoalan, antara lain :
-Pembentukan Kerak Ketel
Kerak pada ketel mampu terjadi alasannya adalah pengendapan (precipitation) langsung dari zat pengotor pada permukaan perpindahan panas, atau sebab pengendapan zat tersuspensi dalam air yang kemudian, melekat pada logam dan menjadi keras. Kerak mampu menimbulkan terjadinya pemanasan-lanjut setempat (local overheating) dan logam ketel gagal berfungsi (failure). Macam-macam kerak yang dapat terbentuk balasan senyawa-senyawa impurities pada air umpan ketel.
-Korosi pada Ketel
Pengertian korosi secara sederhana yaitu perubahan kembali logam menjadi bentuk bijihnya. Proses korosi bantu-membantu merupakan proses elektrokimia yang rumit dan kompleks. Korosi dapat menjadikan kerusakan yang luas pada permukaan logam. Alkalinitas yang rendah dan adanya garam-garam dan padatan terlarut dalam air dapat membantu terjadinya korosi.
-Pembentukan busa
Pembentukan busa (foaming) adalah kejadian pembentukan gelembunggelembung di atas permukaan air dalam drum boiler. Penyebab timbulnya busa adalah adanya kontaminasi oleh zat-zat organik atau zat-zat kimia yang ada dalam air ketel tidak terkontrol dengan baik. Busa mampu menyederhanakan ruang pelepasan uap-panas (steam-release space) dan dapat menimbulkan terbawanya air serta kotoran-kotoran bantu-membantu uap air. Kerugian yang dapat ditimbulkan oleh hal ini adalah terjadinya endapan dan korosi pada logam-logam dalam sistem ketel. Untuk menangani persoalan di atas perlu dipraktekkan tolok ukur kepada air umpan ketel.
8. PERLAKUAN TERHADAP KONDENSAT (CONDENSATE TREATMENT)
Perlakuan terhadap kondensat meliputi pengendalian korosi di metode kondensat dan perbaikan kualitas kondensat (condensate polishing). Sekalipun kondensat yang diumpankan kembali relatif murni, tetapi mungkin masih mengandung impurities dari hasil proses korosi, dan abrasi, baik yang larut maupun yang tidak larut. Impurities tersebut mampu berupa mineral-mineral, kesadahan dan minyak. Condensate polishing dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah impurities tersebut biar mampu menghalangi pembentukan kerak pada ketel dan turbin, dan meminimumkan dampak korosif. Tahap perbaikan kondensat merupakan kombinasi dari tahap filtrasi dan pertukaran ion. Sistem pertama yang digunakan yakni metode filtrasi dan pertukaran ion secara terpisah. Filtrasi dipakai untuk menyaring pengotor tersuspensi dan minyak. Tahap filtrasi saja sudah cukup memadai kalau digunakan untuk menyaring impurities pada dikala start-up dan operasi wajar , namun kalau terjadi kebocoran pada pipa kondensat sehingga padatan terlarut banyak memasuki kondensat, tahap filtrasi saja tidak cukup dan diharapkan sistem demineralisasi (mix-bed demineralizer) untuk operasi perbaikan. Alternatif lain yang dapat digunakan adalah penggunaan tahap filtrasi dan demineralisasi dalam satu alat.
9. PENGOLAHAN AIR PENDINGIN
Air pendingin (cooling water) ialah air yang dilewatkan melalui alat penukar panas dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Sistem yang dilalui oleh fatwa air pendingin disebut selaku metode air pendingin (cooling water system). Sistem air pendingin dibagi dalam dua jenis, yakni jenis resirkulasi dan jenis sekalilewat (once-through). Pada jenis resirkulasi, air pendingin yang sudah dipakai, dipakai kembali untuk kebutuhan yang serupa, sedangkan pada sistem sekali-lewat air yang sudah digunakan eksklusif dibuang. Jenis resirkulasi dibagi lagi dalam dua jenis, yakni resirkulasi terbuka dan resirkulasi tertutup.
9.1.Persyaratan Air Pendingin
Air pendingin yaitu air yang dilewatkan melalui alat penukar panas (heat exchanger) dengan maksud untuk menyerap dan memindahkan panasnya. Masalah yang sering muncul dalam metode air pendingin adalah :
l. terjadinya korosi
2 pembentukan kerak dan deposit
3. terjadinya fouling akhir aktivitas mikroba
Kerugian yang ditimbulkan oleh korosi pada sistem air pendingin yakni penyumbatan dan kerusakan pada sistem perpipaan. Kontaminasi produk yang diharapkan karena adanya kebocoran-kebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas. Pembentukan Kerak dan Deposit pada Sistem Air Pendingin Gangguan yang ditimbulkan oleh terbentuknya kerak antara lain : penurunan efisiensi perpindahan panas, naiknya kehilangan tekanan alasannya adalah naiknya tahanan dalam pipa serta penyumbatan pada pipa-pipa berskala kecil. Menara pendingin (cooling tower) ialah bagian dari metode air pendingin yang memberikan lingkungan yang bagus untuk kemajuan dan pertumbuhan mikroorganisma. Algae dapat berkembang dengan baik pada bagian yang cukup mendapat sinar matahari, sedangkan “lendir” (slime) mampu meningkat pada nyaris di seluruh bagian dari tata cara air pendingin ini. Mikroorganisma yang berkembang dan meningkat tersebut ialah deposit (foul) yang mampu menjadikan korosi lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas.
9.2.Sistem Air Pendingin dengan Resirkulasi Terbuka
Sistem resirkulasi terbuka dibahas lebih dahulu alasannya adalah metode ini mempunyai duduk perkara yang jauh lebih rumit, sehingga problem dalam metode ini sudah mencakup pula dilema dalam metode-sistem lainnya.
-Pengendalian Pembentukan Kerak
Pembentukan kerak dipengaruhi oleh jumlah padatan terlarut yang ada di air. CaCO3 ialah kerak yang sering dijumpai pada sistem air pendingin dan terbentuk bila kadar Ca dan alkalinitas air terlalu tinggi. Pengendalian gangguan ini adalah dengan menurunkan siklus konsentrasi air yang bersirkulasi atau menambah asam, misalnya H2SO4, biar pH air di bawah 7 serta menggunakan inhibitor kerak berupa chemicals seperti polifosfat, fosfonat, ester fosfonat dan poliacrylat.
-Pengendalian Korosi
Pengendalian korosi dilaksanakan dengan cara menambahkan chemicals yang berfungsi sebagai inhibitor (penghambat). Inhibitor yang biasa dipakai adalah polifosfat, kromat, dikromat, silikat, nitrat ferrosianida dan molibdat. Dosis inhibitor yang dipakai harus tepat, sebab sebuah inhibitor hanya mampu melakukan pekerjaan efektif setelah kadarnya mencapai harga tertentu.
-Pengendalian Pembentukan Fouling dan Penghilangan Padatan Tersuspensi
Pembentukan fouling yang disebabkan oleh mikroorganisme dapat dicegah atau dikendalikan memakai klorin, klorofenol, garam organometal, ammonium kuartener, dan banyak sekali jenis mikrobiosida (biosida). Salah satu metoda yang digunakan untuk mengendalikan padatan tersuspensi yaitu dengan melakukan filtrasi secara kontinu kepada sebagian air yang disirkulasi.
9.3.Sistem Air Pendingin dengan Resirkulasi Tertutup dan Sistem Air Pendingin Sekali-Lewat
Sistem air pendingin dengan resirkulasi tertutup memerlukan sejumlah kecil air make-up untuk meminimalisir gangguan. Air demin atau kondensat uap, lazimnya digunakan selaku sebagai air make-up. Pada tata cara air pendingin sekali-melalui, tidak ada proses pemekatan. Jika proses pemekatan tidak terjadi, maka kadar padatan terlarut relatif sama dengan air umpan. Kekurangan pada metode ini adalah terjadi peningkatan temperatur, sehingga perlu perjuangan untuk menurunkan temperatur tersebut. Pengolahan sering kali dimaksudkan untuk menangkal atau meminimumkan kerak atau korosi dan juga berfungsi untuk meminimalkan fouling yang disebabkan oleh padatan tersuspensi dan organisme maritim. Chemicals yang digunakan untuk maksud tersebut identik dengan yang dipakai untuk resirkulasi terbuka, kecuali pada pengendalian korosi. Pemakaian inhibitor korosi pada metode ini sama sekali tidak mudah, sehingga masalah korosi ditangani dengan cara melapisi permukaan perlengkapan dengan serat yang diperkuat dengan plastik, semen, atau menggunakan peralatan yang tahan terhadap korosi.