Artikel berikut mungkin sesuai dengan kebutuhan dan masalah di lndustri Anda:
– prinsip softener
– mengetahui cara kerja softener
– tahapan proses unit softener
– Aplikasi softener

Semoga artikel ini membantu Anda.

BAB 7 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. Senyawa tersebut mengendap dan dipisahkan dengan proses sedimentasi, dan biasanya filtrasi. Air dengan tingkat kesadahan dan akalinitas sedang hingga tinggi (150-500 ppm sebagai CaCO3) sering diolah dengan proses ini.

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. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 7.1 dan 7.2.

Gambar 7.1 Pengurangan kadar kalsium terhadap alkalinitas karbonat
Gambar 7.2 Pengurangan kadar magnesium terhadap kaustik

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. Hidrolisis sodium aluminat menghasilkan alumunium hidroksida yang akan membantu pembentukan flok, sludge blanket conditioning, dan penghilangan silika seperti rekasi berikut.

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.

Adanya kelolosan hardness (hardness leakage) di dalam 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. Magnesium berkurang hingga 2-5 pm karena kelarutannya yang semakin berkurang seiring kenaikan temperatur.

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. 
membuat softener Pada Gambar 7.3 menunjukkan hubungan magnesium oksida terhadap kadar silika pada air baku yang dapat digunakan untuk memprediksi jumlah kebutuhan magnesium oksida untuk mengurangi kadar silika hingga level yang diinginkan. Magnesium oksida lebih disarankan digunakan karena senyawa ini tidak meningkatkan konsentrasi padatan terlarut di dalam air. Kontak dengan lumpur yang baik akan meningkatkan pengurangan kadar silika. Untuk menjamin kontak yang optimum,  lumpur secara teratur diresirkulasi kembali menuju inlet unit. Cold atau warm process softening tidak seefektif hot process softening untuk mengurangi kadar silika. Penambahan magnesium oksida dan kontak dengan lumpur yang baik akan meningkatkan hasilnya.

Gambar 7.3 Perkiraan kebutuhan magnesium oksida untuk penghilangan silika pada hot process softener
 
Adanya level regeneran yang tidak sesuai 1.3. % Larutan Regenerant tidak sesuai kaidah
-terdapat larutan regeneran yang tidak sesuai kaidah
 

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. Koagulasi padatan di air baku denan polimer kationik diperlukan sebelum air memasuki unit softner untuk membantu pemisahan solid-liquid.

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. Korosi ini disebabkan kadar karbon dioksida yang lebih tinggi yang dihasilkan dari alkalinitas karbonat yang tinggi pada air umpan.

Koagulan/Flokulan/Sludge Conditoioner
Flokulan dan koagulan berupa polimer 
membuat softener 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.

Saat ini, continious sludge-contact softener (Gambar 7.4 dan 7.5) digunakan untuk menyediakan flow yang konstan dengan kualitas effluent yang lebih baik dibandingkan proses batch. 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.

Laju alir biasanya terbatas kurang dari 1,5 gpm/ft2 (1,02 L/s/m2) dari luar area pengendapan. Waktu retensi sebesar 1 jam dibutuhkan untuk reaksi softening berjalan sesempurna mungkin.

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. Asam atau karbon dioksida sering ditambahkan untuk menstabilkan air. pH akan berkurang dari 10,2 hingga 8,0 dan 9,0 yang akan mengkonversi karbonat menjadi bikarbonat yang lebih larut. Secara ion, reaksinya adalah sebagai berikut.

Gambar 7.6 Tipikal precipitator dengan filter gravitasi

Hot Porcessua desain dari hot process softenr  dapat dilihat pada Gambar 7.7 dan 7.8. Pertama, desain dan fabrikasi paling sederhana merupakan unit downflow. Kemudian yang digabungkan dengan beberapa tambahan merupakan unit upflow. Banyak variasi dalam desain unit ini, tetapi secara prinsip operasinya hampir sama.

Gambar 7.7 Desain downflow dari hot process softener
Gambar 7.8 Sludge-contact hot process softener

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.  Kompatemen penyimpanan internal diilustrasikan pada Gambar 7.8. air backwash filter biasanya dikembalikan menuju unit untuk recovery.

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.

Agar diperoleh pengurangan silika yang optimum maka digunakan unit sludge-contact sperti pada Gambar 7.8. Air dan chemical mengalir dari bagian atas unit menuju bagian bawah  softener melalui downcomer. 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. membuat softener 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. Penyimpanan air terolah dengan kapasitas yang sesuai harus digabungkan pada desain total sistem untuk meminimalkan perubahan beban pada softener. resin mengalami kerusakan karena umurnya pendek.

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 membuat softener kualitas air baku.

Referensi:
Suez Water Technologies & Solutions. “Handbook of Industrial Water Treatment”membuat softener  membuat softener

Jl. Pelajar Pejuang 45 No. 43
Kota Bandung, Jawa Barat

WA  : 082237062772
Telp : 0227317077

Copyright 2021 solusitirtaoptima.com