A. Pengertian
Jika kita mendengar tentang air sadah, kemungkinan besar kita akan bertanya-tanya, “apa itu air sadah?”. Istilah air sadah memang tidak sefamiliar jenis air lainnya seperti air tawar, air laut, air payau, maupun air lainnya, tapi bagaimana dengan “air sadah”?
Pertama-tama kita harus ketahui dulu apa itu kesadahan. Menurut pengertian dari berbagai sumber “kesadahan merupakan petunjuk kemampuan air untuk membentuk busa apabila dicampur dengan sabun”. Pada air yang memiliki kadar kesadahan rendah, air akan dapat membentuk busa apabila dicampur dengan sabun. Hal sebaliknya terjadi pada air yang memiliki kadar kesadahan tinggi. Air dengan kesadahan tinggi sulit, bahkan tidak akan dapat membentuk busa jika ia dicampur dengan sabun. Selain itu, kesadahan juga merupakan petunjuk yang penting dalam kaitannya dengan usaha untuk memanipulasi nilai pH.
Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+, Mn2+, Fe2+ dan semua kation yang bermuatan dua. Ion-ion ini terdapat dalam air dalam bentuk sulfat, klorida, dan hidrogen-karbonat. Kesadahan air alam biasanya disebabkan oleh garam karbonat atau garam asamnya. Kesadahan yang tinggi bisa disebabkan oleh limbah industri maupun terjadi secara alami karena susunan geologi tanah di sekitar sumber air. Misalnya, air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat pada air tanah di daerah yang mengandung kapur. Misalnya, pada sungai yang mengalir melalui daerah yang mengandung gips CaSO4, akan terkandung garam itu pula. Garam CaCl2 yang digunakan untuk melawan debu di jalan juga dapat terbawa ke sungai dan meningkatkan kesadahannya.
Kesadahan tidak menguntungkan, air yang dianggap bermutu tinggi memiliki kesadahan yang rendah. Kesadahan yang terlalu tinggi akan menambah nilai pH larutan sehingga daya kerja aluminat tidak efektif karena ion aluminium yang bersifat amfoter akan mengikuti lingkungannya dimana akan terbentuk senyawa aluminium yang sukar mengendap. Apabila kesadahan terlalu rendah, secara simultan alkalinitas juga cenderung rendah. Ini akan mengganggu penyusunan ikatan antara koloida dengan aluminat dimana gugus hidrofobik koloida akan tetap melayang dan sukar bereaksi dengan koagulan mengakibatkan massa atom relatif ringan sehingga sukar mengendap. Air sadah juga tidak menguntungkan/mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun digunakan pada air sadah, mula-mula sabun harus bereaksi terlebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan pengunaan sabun, tetapi gumpalan-gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat-alat yang dicuci sehingga mengganggu pembersihan dan pembilasan oleh air.
B. PENGGOLONGAN AIR SADAH
Kesadahan air dapat digolongkan menjadi dua yaitu kesadahan sementara dan kesadahan tetap. Kesadahan sementara bersifat sementara sementara kesadahan tetap bersifat menetap dan sulit untuk dikembalikan ke kondisi awalnya. Kesadahan sementara disebabkan oleh adanya ion-ion kalsium dan bikarbonat dalam air. Sedangkan kesadahan tetap disebabkan oleh adanya kalsium atau magnesium sulfat yang proses pelunakannya melalui proses kapur-soda abu, proses zeolit dan proses resin organik (Achmad, 2004) Kesadahan sementara dapat dihilangkan dengan jalan mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi:
Ca2+ + 2 HCO3-(aq) → CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l)
C. JENIS-JENIS AIR SADAH
Kesadahan dibagi dalam dua tipe, yaitu:
(1) Kesadahan umum (“general hardness” atau GH), dan
(2) Kesadahan karbonat (“carbonate hardness” atau KH).
Disamping dua tipe kesadahan tersebut, dikenal pula tipe kesadahan yang lain yaitu yang disebut sebagai kesadahan total atau total hardness. Kesadahan total merupakan penjumlahan dari GH dan KH.
Kesadahan umum atau General Hardness merupakan ukuran yang menunjukkan jumlah ion kalsium (Ca2+) dan ion magnesium (Mg2+) dalam air. Ion-ion lain sebenarnya ikut pula mempengaruhi nilai GH, akan tetapi pengaruhnya diketahui sangat kecil dan relatif sulit diukur sehingga dapat diabaikan.
GH pada umumnya dinyatakan dalam satuan ppm (part per million/satu per-sejuta bagian) kalsium karbonat (CaCO3), tingkat kekerasan (dH), atau dengan menggunakan konsentrasi molar CaCO3. Satu satuan kesadahan Jerman atau dH sama dengan 10 mg CaO (kalsium oksida) per liter air. Kesadahan pada umumnya menggunakan satuan ppm CaCO3, dengan demikian satu satuan Jerman (dH) dapat diekspresikan sebagai 17.8 ppm CaCO3. Sedangkan satuan konsentrasi molar dari 1 mili ekuivalen = 2.8 dH = 50 ppm. Berikut adalah kriteria selang kesadahan yang biasa dipakai:
- 0 - 4 dH, 0 - 70 ppm : sangat rendah (sangat lunak)
- 4 - 8 dH, 70 – 140 ppm : rendah (lunak)
- 8 – 12 dH, 140 – 210 ppm : sedang
- 12 – 18 dH, 210 – 320 ppm : agak tinggi (agak keras)
- 18 – 30 dH, 320 – 530 ppm : tinggi (keras)
Untuk air minum, kesadahan dibawah 250 ppm masih dapat diterima, sementara diatas 500 ppm akan merusak kesehatan.
Dalam kaitannya dengan proses biologi, GH lebih penting peranananya dibandingkan dengan KH ataupun kesadahan total. Apabila ikan atau tanaman dikatakan memerlukan air dengan kesadahan tinggi (keras) atau rendah (lunak), hal ini pada dasarnya mengacu kepada GH. Ketidaksesuaian GH akan mempengaruhi transfer hara/gizi dan hasil sekresi melalui membran serta dapat mempengaruhi kesuburan, fungsi organ dalam (seperti ginjal), dan pertumbuhan. Setiap jenis ikan memerlukan kisaran kesadahan (GH) tertentu untuk hidupnya. Pada umumnya, hampir semua jenis ikan dan tanaman dapat beradaptasi dengan kondisi GH lokal, namun tidak demikian halnya dengan proses pemijahan. Pemijahan bisa gagal apabila dilakukan pada nilai GH yang tidak tepat.
Kesadahan karbonat atau KH merupakan besaran yang menunjukkan kandungan ion bikarbonat (HCO3-) dan karbonat (CO3–) di dalam air. KH sering disebut sebagai alkalinitas yaitu suatu ekspresi dari kemampuan air untuk mengikat kemasaman (ion-ion yang mampu mengikat H+). Oleh karena itu, dalam sistem air tawar, istilah kesadahan karbonat, pengikat kemasaman, kapasitas pem-bufferan asam, dan alkalinitas sering digunakan untuk menunjukkan hal yang sama. Dalam hubungannya dengan kemampuan air mengikat kemasaman, KH berperan sebagai agen pem-buffer-an yang berfungsi untuk menjaga kestabilan pH. KH pada umumnya sering dinyatakan sebagai derajat kekerasan dan diekspresikan dalam CaCO3 seperti halnya GH.
Mineral yang merupakan sumber primer ion kalsium dalam air diantara mineral-mineral yang berperan adalah gips, CaSO4.2H2O; anhidratnya, CaSO4; dolomite, CaMg (CO3)2; kalsit dan argonite yang merupakan modifikasi yang berbeda dari CaCO3. Air yang mengandung karbon dioksida mudah melarutkan kalsium dari mineral-mineral karbonat.
CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)
Reaksi sebaliknya berlangsung bila CO2 hilang dari perairan. karbondioksida yang masuk keperairan melalui keseimbangan dengan atmosfer tidak cukup besar konsentrasinya untuk melarutkan kalsium dalam perairan alami, terutama air tanah. Pernafasan mikroorganisma, penghancur bahan organik dalam air, dan sediment berperan sangat besar terhadap kadar CO2 dan HCO3- dalam air. Hal ini merupakan faktor penting dalam proses kimia perairan dan geokimia
D. DAMPAK AIR SADAH BAGI LINGKUNGAN
Adanya kesadahan air dapat menimbulkan dampak positif, namun apabila tingkat kesadahannya tinggi maka dapat menyebabkan berbagai dampak negatif (Purba, 2002) yaitu.
- Dampak Positif
Dampak positif dari adanya kesadahan dalam air adalah:
· Menyediakan kalsium yang diperlukan tubuh, misalnya untuk pertumbuhan tulang dan gigi.
· Mempunyai rasa yang lebih baik dari air lunak.
· Senyawa timbal (dari pipa air) lebih sukar larut dalam air sadah (timbal merupakan racun bagi tubuh) sehingga kemungkinan terjadinya pencemaran air oleh logam berat ini dapat diminimalkan.
- Dampak Negatif
Selain keuntungan-keuntungan diatas, kesadahan air yang terlalu tinggi dapat menyebabkan beberapa dampak negatif. Air sadah mengakibatkan konsumsi sabun lebih tinggi, karena adanya hubungan kimiawi antara ion kesadahan dengan molekul sabun menyebabkan sifat detergen sabun hilang. Bila sabun digunakan pada air sadah, mula-mula sabun harus bereaksi terlebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan pengunaan sabun, tetapi gumpalan-gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat-alat yang dicuci sehingga mengganggu pembersihan dan pembilasan oleh air. Gumpalan-gumpalan ini juga membentuk scum yang meninggalkan noda pada pakaian, sehingga pakaian menjadi kusam. Kelebihan ion Ca2+ serta ion CO32-+ (salah satu ion alkaliniti) mengakibatkan terbentuknya kerak pada dinding pipa yang disebabkan oleh endapan kalsiumkarbonat CaCO3. Kerak ini akan mengurangi penampang basah pipa dan menyulitkan pemanasan air dalam ketel, serta mengurangi daya koagulasi yang melalui dalam pipa dengan menurunnya turbulensi.
Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti : CO32- , HCO3- dan OH-. Ion Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO3- membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi kejenuhan. Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas kejenuhan di mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila titik jenuh dilampaui, terjadi endapan garam kalsium karbonat CaCO3 dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa atau dasar ketel. Namun, pada proses pelunakan ini keadaan harus dibuat sehingga sedikit jenuh, karena dalam keadaan tidak jenuh terjadi reaksi yang mengakibatkan karat terhadap pipa. Kerak yang tipis akibat keadaan sedikit jenuh itu justru melindungi dinding dari kontak dengan air yang tidak jenuh (agresif). Ion Mg2+ akan bereaksi dengan OH- membentuk garam yang terlarut sampai batas kejenuhan dan mengendap sebagai Mg(OH)2 bila titik kejenuhan dilampaui.
E. CARA-CARA PENANGGULANGAN
Kesadahan tetap dapat dihilangkan dengan cara berikut ini (Purba, 2002):
a. Distilasi (penyulingan)
b. Menambahkan natrium karbonat atau soda pencuci (Na2CO3)
Natrium karbonat menghilangkan kesadahan sementara maupun kesadahan tetap karena mengendapkan ion-ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sadah.
c. Menggunakan resin penukar ion
Resin penukar ion kini banyak digunakan untuk melunakkan air, baik untuk kebutuhan rumah tangga maupun untuk industri. Resin penukar ion mengandung ion-ion natrium bebas. Jika air sadah dilewatkan melalui kolom resin penukaran ion maka resin akan menahan ion-ion kalsium dan magnesium. Dengan demikian diperoleh air lunak karena tidak lagi mengandung ion kalsium dan magnesium, melainkan ion natrium yang tidak menyebabkan kesadahan.
Kesadahan umumnya dihilangkan dengan menggunakan resin penukar ion. Resin pelunak air komersial dapat digunakan untuk skala kecil, akan tetapi tidak efektif jika digunakan dalam skala besar. Resin adalah zat yang punya pori yang besar dan bersifat sebagai penukar ion yang berasal dari polysterol, atau polyakrilat yang berbentuk granular atau bola kecil dimana mempunyai struktur dasar yang bergabung dengan grup fungsional kationik, non ionik/anionik atau asam. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air misalnya asam humus, liqnin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam. Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hanya dipakai resin dengan sifat anionik.
Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu struktur fungsional dan matrik resin yang sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui kondensasi phenol dengan formaldehid yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat. Untuk resin penukar ion basa kuat, resin diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine dengan formaldehid dan telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation maupun resin penukar anion hasil sintesis ini dapat digunakan untuk memisahkan atau mengambil garam – garam.
Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion asam kuat dan basa kuat adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut dalam keasaman maupun sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC. Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena. Setelah terbentuk kerangka resin penukar ion maka produk ini akan digunakan sebagai yempat menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan.
Resin penukar kation dibuat dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara pembuatannya yaitu dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin).
Resin penukar ion yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin penukar kation tetapi gugus ion yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau dengan kata lain setelah terbentuk kopolimer styren divinilbenzena (DVB), maka diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk memperoleh resin penukar anion.
Gugus ion dalam penukar ion merupakan gugus yang hidrofilik (larut dalam air). Ion yang terlarut dalam air adalah ion – ion yang dipertukarkan karena gugus ini melekat pada polimer, maka ia dapat menarik seluruh molekul polimer dalam air, maka polimer resin ini diikat dengan ikatan silang (cross linked) dengan molekul polimer lainnya, akibatnya akan mengembang dalam air.
Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun non kristalisasi sangat mirip dengan pertukaran ion-ion kisi kristal. Pertukaran ion dengan resin ini terjadi pada keseluruhan struktur gel dari resin dan tidak hanya terbatas pada efek permukaan. Pada resin penukar anion, pertukaran terjadi akibat absorbsi kovalen yang asam. Jika penukar anion tersebut adalah poliamin, kandungan amina resin tersebut adalah ukuran kapasitas total pertukaran.
Dalam proses pertukaran ion apabila elektrolit terjadi kontak langsung dengan resin penukar ion akan terjadi pertukaran secara stokiometri yaitu sejumlah ion – ion yang dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama akan dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama pula dengan jumlah yang sebanding.
Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan struktur dari molekul yang panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan grup fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil. Senyawa ini akan bergabung dengan ion pasangan seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang porous. Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama (positif) demikian sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air yang diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.
No comments:
Post a Comment