Sabtu, 06 Juli 2013

Kimia Air

MAKALAH
KESADAHAN AIR (Hardness)
“PENGARUH KETEBALAN KARBON AKTIF SEBAGAI MEDIA FILTER TERHADAP PENURUNAN KESADAHAN AIR SUMUR ARTETIS”
Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Kimia Air



Disusun oleh :
                                    Edwin Fadhly                              NIM 240301101200
                                    Indah Ilmiyatul Mufida              NIM 24030110120012
                                    Sitta Noor Fatmawati                 NIM 240301101200
                                    Zulfa Ifary Zain                          NIM 24030110110043
                                    Dessy Ayu S.                                NIM 24030110120037
                                    Nova Gultom                               NIM J2C 009 014


JURUSAN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2012

Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Allah Subhanallahu Wata’ala yang telah memberikan nikmat dan hidayahnya dan atas berkat rahmat-Nya lah penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Kesadahan Air.
Makalah ini merupakan suatu pemikiran mengenai gagasan tentang kesadahan air yang meliputi penjelasan, penanggulangan, dan contoh studi kasus.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Makalah  ini masih terdapat kekurangan dan jauh dari kesempurnaan yang diharapkan. Oleh karena itu, saran dan kritik serta masukan yang dapat membangun penulis sangat diharapkan agar penulis dapat lebih baik lagi dalam makalah berikutnya.
Semoga makalah  yang kami buat ini dapat bermanfaat bagi pembaca pada khususnya dan masyarakat pada umumnya sehingga dapat menambah wawasan kita semua supaya nantinya dapat diterapkan dalam kehidupan sehari- hari.





Semarang , 13 Oktober 2012


Penyusun
  

BAB I
PENDAHULUAN
A.    Latar Belakang
Semua makhluk hidup di bumi ini butuh air. Air merupakan pelarut yang sangat baik, sehingga di alam umumnya berada dalam keadaan tidak murni. Air alam mengandung berbagai jenis zat, baik yang larut maupun yang tidak larut serta mengandung mikroorganisme. Jika kandungan bahan-bahan dalam air tersebut tidak mengganggu kesehatan, air dianggap bersih dan layak untuk diminum, air dikatakan tercemar jika terdapat gangguan terhadap kualitas air sehingga air tersebut tidak dapat digunakan untuk tujuan penggunaannya. Pencemaran air dapat terjadi karena masuknya makhluk hidup, zat, dan energi terdalam air oleh kegiatan manusia. Keadaan itu dapat menurunkan kualitas air sampai ke tingkat tertentu dan membuat air tidak berfungsi lagi sesuai dengan tujuan penggunaannya.
Air adalah pelarut yang baik, sehingga dapat melarutkan zat-zat dari batu-batuan yang berkontak dengannya. Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan tersebut antara lain: CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4,
NaCl, Na2SO4, SiO2 dan sebagainya. Dimana air yang banyak mengandung ion-ion kalsium dan magnesium dikenal sebagai air sadah. Air sadah adalah air yang di dalamnya terlarut garam-garam kalsium dan magnesium air sadah tidak baik untuk mencuci karena ion-ion Ca2+ dan Mg2+ akan berikatan dengan sisa asam karbohidrat pada sabun dan membentuk endapan sehingga sabun tidak berbuih. Senyawa-senyawa kalsium dan magnesium ini relatif sukar larut dalam air, sehingga senyawa-senyawa ini cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau precipitation yang kemudian melekat pada logam (wadah) dan menjadi keras sehingga mengakibatkan timbulnya kerak.
Air sadah dibagi menjadi dua yaitu air sadah sementara dan air sadah tetap. Air sadah sementara yaitu air yang kesadahannya disebabkan oleh kalsium dan magnesium dari karbohidrat dan bikarbonat, sedangkan air sadah permanen atau tetap disebutkan oleh garam kalsium sulfat dan klorida.
Metode paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun. Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busa yang banyak. Pada air sadah, sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa. Cara yang lebih kompleks adalah melalui titrasi. Kesadahan air total dinyatakan dalam satuan ppm berat per volume (w/v) dari CaCO3.

B.     Rumusan Masalah
1.      Bagaimana pengertian kesadahan yang sebenarnya?
2.      Apa saja faktor-faktor penyebab terjadinya kesadahan air?
3.      Bagaimana cara penanganan kesadahan air?
4.      Bagaimana cara menganalisa kesadahan air?
5.      Contoh studi kasus dalam analisa kesadahan air
C.    Tujuan
1.      Mengetahui pengertian atau penjelasan dari kesadahan air
2.      Mengetahui faktor-faktor penyebab terjadinya kesadahan air
3.      Mengetahui cara penanganan/penanggulangan kesadahan air
4.      Mempelajari proses penanganan dan analisis pada kesadahan air
5.      Memperoleh informasi tentang kesadahan air dari contoh studi kasus


BAB II
PEMBAHASAN
A.    Kesadahan air
Pada awalnya, kesadahan air didefinisikan sebagai kemampuan air untuk mengendapkan sabun, sehingga keaktifan/ daya bersih sabun menjadi berkurang atau hilang sama sekali. Sabun adalah zat aktif permukaan yang berfungsi menurunkan tegangan permukaan air, sehingga air sabun dapat berbusa. Air sabun akan membentuk emulsi atau sistem koloid dengan zat pengotor yang melekat dalam benda yang hendak dibersihkan.
Kesadahan terutama disebabkan oleh keberadaan ion-ion kalsium (Ca2+) dan magnesium (Mg2+) di dalam air. Keberadaannya di dalam air mengakibatkan sabun akan mengendap sebagai garam kalsium dan magnesium, sehingga tidak dapat membentuk emulsi secara efektif. Kation-kation polivalen lainnya juga dapat mengendapkan sabun, tetapi karena kation polivalen umumnya berada dalam bentuk kompleks yang lebih stabil dengan zat organik yang ada, maka peran kesadahannya dapat diabaikan. Oleh karena itu penetapan kesadahan hanya diarahkan pada penentuan kadar Ca2+ dan Mg2+. Kesadahan total didefinisikan sebagai jumlah miliekivalen (mek) ion Ca2+ dan Mg2+ tiap liter sampel air (Anonim, 2008).
Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Penyebab air menjadi sadah adalah karena adanya ion-ion Ca2+, Mg2+. Atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil. Oleh karena senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau presipitat yang akhirnya menjadi kerak.
Pengertian kesadahan air adalah kemampuan air mengendapkan sabun, di mana sabun ini diendapkan oleh ion-ion yang saya sebutkan diatas. Karena penyebab dominan/utama kesadahan adalah Ca2+ dan Mg2+, khususnya Ca2+, maka arti dari kesadahan dibatasi sebagai sifat / karakteristik air yang menggambarkan konsentrasi jumlah dari ion Ca2+ dan Mg2+, yang dinyatakan sebagai CaCO3. Kesadahan ada dua jenis, yaitu (Giwangkara, 2008) :
1.       Kesadahan sementara
Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam bikarbonat, seperti Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2. Kesadahan sementara ini dapat / mudah dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk encapan CaCO3 atau MgCO3.
Reaksinya:
Ca(HCO3)2 → dipanaskan →  CO2 (gas) + H2O (cair) + CaCO3 (endapan)
Mg(HCO3)2 →  dipanaskan    →    CO2 (gas)  +   H2O (cair)    + MgCO3 (endapan)

2. Kesadahan tetap
Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam klorida, sulfat dan karbonat, misal CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2. Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda – kapur (terdiri dari larutan natrium karbonat dan magnesium hidroksida) sehingga terbentuk endapan kaslium karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padatan/endapan) dalam air.
Reaksinya:
CaCl2 +   Na2CO3 →   CaCO3 (padatan/endapan) + 2NaCl   (larut)
CaSO4 +   Na2CO3 →   CaCO3 (padatan/endapan) + Na2SO4 (larut)
MgCl2 +   Ca(OH)2 →   Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaCl2 (larut)
MgSO4 +   Ca(OH)2 →   Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaSO4 (larut)
Ketika kesadahan kadarnya adalah lebih besar dibandingkan penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan bikarbonat, yang kadar kesadahannya eqivalen dengan total kadar alkali disebut “ kesadahan karbonat; apabila kadar kesadahan lebih dari ini disebut “kesadahan non-karbonat”. Ketika kesadahan kadarnya sama atau kurang dari penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan bikarbonat, semua kesadahan adalah kesadahan karbonat dan kesadahan noncarbonate tidak ada. Kesadahan mungkin terbentang dari nol ke ratusan miligram per liter, bergantung kepada sumber dan perlakuan dimana air telah subjeknya.

Kesadahan sangat penting artinya bagi para akuaris karena kesadahan merupakan salah satu petunjuk kualitas air yang diperlukan bagi ikan.  Tidak semua ikan dapat hidup pada nilai kesadahan yang sama. Dengan kata lain, setiap jenis ikan memerlukan prasarat nilai kesadahan pada selang tertentu untuk hidupnya.  Disamping itu, kesadahan juga merupakan petunjuk yang penting dalam hubungannya dengan usaha untuk memanipulasi nilai pH.
Secara lebih rinci 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. 

B.     Penyebab kesadahan air

Kesadahan dalam air dapat disebabkan oleh adanya garam-garam anorganik atau persenyawaan antara lain
-                  Kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dengan bikarbonat
-                  Kalsium dan magnesium dengan sulfat, nitrat dan klorida
-                  Garam-garam besi, seng dan silica
Kandungan ion Ca dan Mg dalam air dapat dipengaruhi oleh 2 faktor, yaitu
1.      Faktor Alamiah : karena sumber air berdekatan dengan lokasi penambangan batu kapur atau pun daerah tersebut dekat lokasi persawahan.
2.      Faktor non alamiah : karena ditambahkan dalam air baik disengaja atau pun tidak sengaja.
Kesadahan pada air dapat bersifat:
a.       Semestara (temporary)
b.      Menetap (pernamennt)
Kesadahan air yang bersifat sementara disebabkan oleh adanya persenyawaan kalsium dan magnesium dengan bikarbonat dan kesadahan air bersifat permanen bila terdapat persenyawaan kalsium dan magnesium dengan sulfat, nitrat dan klorida.


Ø  Standar internasional air minum menurut WHO (1971)
Kesadahan dalam air dinyatakan dalam Mili-Equivalent per liter (mEq/L). Dengan 1 mEq/L ion penghasil kesadahan pada air sebanding dengan batasan kesadahan air 1-3 mEq/i (50-150 ppm).
Ø  Kerugian –kerugian:
Air dengan batasan kesadahan lebih dari 3 mEq/l (150 ppm) akan menimbulkan kerugian-kerugian sebagai berikut:
Ø  Batasan kesadahan air
                             Lunak                                < 1m Eq/L (50  ppm)
                             Agak keras                         1-3 m Eq/L (50-150 ppm)
                             Keras                                 3-6 m Eq/L (150-300 ppm)
                             Sangat keras                      > 6 mEq/L
Menyebabkan pemakaian sabun meningkat karena sulit larut dan sulit berbusa. Bila air dididihkan akan menimbulakan endapan dan kerak pada cerek/boiler. Penggunaan bahan bakar akan meningkat, tidak efisien dan dapat meledakkan boiler
Menyebabkan biaya produksi yang tinggi pada industri yang menggunakan air dengan kesadahan tinggi
C.       Parameter kesadahan air
Penggunaan paramater kesadahan total sering sekali membingungkan, oleh  karena itu, sebaiknya penggunaan parameter ini  dihindarkan. 
1.      GH
Kesadahan umum atau "General Hardness" merupakan ukuran yang menunjukkan jumlah ion kalsium (Ca++) dan ion magnesium (Mg++) dalam air. Ion-ion lain sebenarnya ikut pula mempengaruhi nilai GH, akan tetapi pengaruhnya diketahui sangat kecil dan relatif sulit diukur sehingga diabaikan.
GH pada umumnya dinyatakan dalam satuan ppm (part per million /satu  persejuta 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.  Di Amerika, 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.  Perlu diperhatikan bahwa kebanyakan teskit pengukur kesadahan menggunakan  satuan CaCO3. Untuk lebih jelasnya bacalah petunjuk pembacaan pada teskit yang anda miliki untuk mengetahui dengan pasti satuan pengukuran yang digunakan, untuk menghindari terjadinya kesalahan pembacaan.
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)
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 dan 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, meskipun demikian,  tidak demikian halnya dengan proses pemijahan.  Pemijahan bisa gagal apabila dilakukan pada nilai GH yang tidak tepat.  
Apabila nilai GH terlalu rendah bagi suatu jenis ikan, ia dapat dinaikan dengan menambahkan kalsium sulfat, magnesium sulfat, atau kalsium karbonat. Akan tetapi perlu diperhatikan bahwa penambahan garam-garam tersebut membawa dampak lain yang perlu medapat perhatian. Pemberaian garam sulfat akan memberikan tambahan sulfat kedalam air, sehingga perlu dilakukan dengan hati-hati.  Sedangkan penambahan garam karbonat akan menyumbangkan ion karbonat kedalam air sehingga akan menaikkan KH.  Untuk mendapat kondisi yang diinginkan perlu dilakukan manipulasi dengan kombinasi pemberian yang sesuai.
Penurunan nilai GH dapat dilakukan dengan perlakuan-perlakuan yang mampu menghilangkan kadar kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dari dalam air.
2.      KH
Kesadahan karbonat atau KH merupakan besaran yang menunjukkan kandungan ion bikarbonat (HCO3-) dan karbonat (CO3--) di dalam air. Dalam akuarium air tawar, pada kisaran pH netral, ion bikarbonat lebih dominan, sedangkan pada akuarium laut, ion karbonat lebih berperan.
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. 
Kesadahan karbonat dapat diturunkan dengan merebus air yang bersangkutan, atau dengan memperlakukan air melewati gambut. Perlakuan perebusan air tentu saja tidak praktis, kecuali untuk akuarium ukuran kecil.
Untuk menaikkan kesadahan karbonat dapat dilakukan dengan menambahkan natrium bikarbonat (soda kue), atau kalsium karbonat.  Penambahan kalsium karbonat akan menaikan sekaligus baik KH maupun GH dengan proporsi yang sama.
Pemberian soda kue (NaHCO3) sebanyak satu sendok teh (sekitar 6 gram) pada air sebanyak 50 liter akan meningkatkan KH sebanyak 4 satuan tanpa disertai dengan kenaikan nilai GH.  Sedangkan pemberian satu sendok teh kalsium karbonat (CaCO3) (sekitar 4 gram) pada air sebanyak 50 liter akan menyebabkan kenaikan KH dan GH secara bersama-sama, masing-masing sebanyak 4 satuan. Berpatokan pada hal ini, maka pemberian secara kombinasi antara soda kue dan kalsium karbonat akan dapat menghasilkan nilai KH dan GH yang diinginkan.  
Mengingat pengukuran bahan kimia dalam jumlah sedikit relatif sulit dilakukan, khususnya di rumah, maka sebaiknya gunakanlah  test kit untuk memastikan nilai KH dan GH yang telah dicapai.  
Pembuferan karbonat diketahui efektif pada rasio 1:100 sampai 100:1.  Hal ini akan memberikan pH efektif pada selang 4.37 sampai dengan 8.37.  Selang angka ini secara kebetulan merupakan selang pH bagi hampir semua mahluk hidup akuatik.   Apabila ion bikarbonat ditambahkan, rasio basa terhadap asam akan meningkat, akibatnya pH pun meningkat.  Laju peningkatan pH ini akan ditentukan oleh nilai pH awal. Sebagai contoh,  kebutuhan jumlah ion karbonat yang perlu ditambahkan untuk meningkatkan satu satuan pH akan jauh lebih banyak apabila pH awalnya adalah 6.3, dibandingkan apabila hal yang sama dilakukan pada pH 7.5.
Kanaikan pH yang terjadi pada saat KH ditambahkan akan diimbangi oleh kadar CO2 terlarut dalam air. CO2 di dalam air akan membentuk sejumlah kecil asam karbonat dan bikarbonat yang selanjutkan akan cenderung menurunkan pH.  Mekanisme ini setidaknya dapat memberikan gambaran cara mengatur dan menyiasati pH dalam akuarium agar dapat memenuhi kriteria yang diinginkan. 

D.    Penanganan/penanggulangan Kesadahan

Apabila air anda terlalu keras untuk ikan atau tanaman, air tersebut dapat dilunakan.  Banyak cara yang dapat dilakukan untuk menurunkan  kesadahan. Yang paling baik adalah dengan menggunakan reverse osmosis (RO) atau deioniser (DI). Celakanya metode ini termasuk dalam metode yang mahal. Hasil reverse osmosis akan memiliki kesadahan = 0, oleh karena itu air ini perlu dicampur dengan air keran sedemikian rupa sehingga mencapai nilai kesadahan yang diperlukan. 
Resin pelunak air komersial dapat digunakan dalam skala kecil, meskipun demikian tidak efektif digunakan untuk sekala besar.  Produk-produk komersial pengolah air untuk keperluan rumah tangga  pada umumnya tidak cocok digunakan, karena mereka sering menggunakan prinsip pertukaran kation dalam prosesnya. Dalam prosoes ini natrium (Na) pada umumnya digunakan sebagai ion penukar, sehingga pada akhirnya natrium akan berakumulasi pada hasil air hasil olahan.   Kelebihan natrium (Na) dalam air akuarium merupakan hal yang tidak dikehendaki.
Pengenceran dengan menggunakan air destilasi (air suling/aquadest) dapat pula dilakukan untuk menurunkan kesadahan. Penurunan secara alamiah dapat pula dilakukan dengan menggunakan jasa asam-asam organik (humik/fulvik) , asam ini berfungsi persis seperti halnya yang terjadi pada proses deionisasi yaitu dengan menangkap ion-ion dari air pada gugus-gusus karbonil yang terdapat pada asam organik (tanian). Beberapa media yang banyak mengandung asam-asam organik ini diantaranya adalah gambut yang berasal dari Spagnum (peat moss),  daun ketapang, kulit pohon Oak, dll.
Proses dengan gambut dan bahan organik lain biasanya akan menghasilkan warna air kecoklatan seperti air teh.  Sebelum gambut digunakan dianjurkan untuk direbus terlebih dahulu, agar organisme-organisme yang tidak dikehendaki hilang.
Menurunkan kesadahan dapat pula dilakukan dengan menanam tanaman "duck weed" atau Egeria densa.
Untuk meningkatkan kesadahan bisa dilakukan dengan memberikan dekorasi berbahan dasar kapur, seperti tufa atau pasir koral. Atau dengan melalukan air melewati pecahan marble (batu marmer) atau bahan berkapur lainnya.
Kesadahan air dapat dikurangi sampai batas-batas yang telah direkomendasikan oleh WHO agar tidak menimbulkan kerugian.
Cara mengurangi kesadahan
1.      Memasak
Proses pemanasan hanya untuk menurunkan kesadahan yang sifatnya sementara, dan dapat diterapkan dalam skala rumah tangga seperti merebus air sampai mendidih. Semakin lama pemanasan setelah mendidih, dan penyimpanan air yang mendidih dalam termos, penurunan kesadahan akan semakian besar. Untuk membersihkan kerak atau termos dapat diatasi dengan pemberian larutan garam dapur (NaCl) jenuh.
Air dimasak untuk mengeluarkan CO2 dan mengendapkan CaCO3 yang tidak terlarut.
Reaksi kimia yang terjadi:
Ca(HCO3)2  à CaCO3 +H2O + CO2
Cara ini sangat mahal bila digunakan untuk skala besar.
2.      Penambahan Kapur (Metode Clark)
Penambahan kapur pada air dengan kesadahan sementara akan mengabsorbsi CO2 dan mengendapkan CaCO3 yang tidak terlarut.
Caranya: Kapur (quick lime) seberat 1 ons dimasukkan pada setiap 700 galon air untuk setiap derajat kesadahan air (14,25 ppm).
Reaksi kimia yang terjadi:
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 à 2CaCO3 +2H2O
3.      Penambahan Natrium Bikarbonat
Efektif digunakan untuk menghilangkan kesadahan air sementara atau permanen.
Reaksi kimia yang terjadi :
Na2CO3 + Ca(HCO3)2 à 2NaHCO3 + CaCO3
CaSO4 + Na2CO3 à CaCO3 + Na2SO4
4.      Proses Base Exchange
Dalam melakukan pelunakan terhadap suplai air yang besar digunakan proses permutit. Natrium permutit adalah persenyawaan kompleks dari sodium, aluminium dan silica (Na2Al,SiO,XH2O).
Pada proses permutit akan terjadi pertukaran kation Na dengan ion Ca dan Mg ldalam air. Seluruh ion           Ca dan Mg akan dilepas dengan base exchange dan natrium permutit sehingga dilunakkan sampai kesadahan nol (zero hardness).
Air dengan kesadahan nol (zero hardness) bersifat korosif, untuk itu hanya perlu dilakukan pelunakan air sampai dengan batasan agak keras yaitu 1-3 mEq/l.
5.      Proses resin (ion exchange)
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 hunya 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.
Sedangkan untuk resin penukar ion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine dengan formaldehid dan telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation dan 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 dan 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 akan digunakan untuk 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 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 adalah 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”.
Proses pergantian ion bisa “reversible” (dapat balik), artinya material penukar ion dapat diregenerasi. Sebagai contoh untuk proses regenerasi material penukar kationik bentuk Na+ dapat diregenerasi dengan larutan NaCl pekat, bentuk H+ diregenerasi dengan larutan HCl sedangkan material penukar anionik bentuk OH− dapat diregenerasi dengan larutan NaOH (lihat buku panduan dari pabrik yang menjual material ini).
Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang telah habis saat kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan mudah karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berkebalikan dari pertukaran ion.  
E.     Analisis Kesadahan Air
Untuk menghilangkan kesadahan sementara ataupun kesadahan tetap pada air dapat dilakukan dengan menggunakan :
·         Zeolit
Zeolit berasal dari mineral Alumino silikat yang terdehidrasi dengan kation-kation alkali dan alkali tanah, memiliki struktur dalam tiga dimensi yang tidak terbatas dengan rongga-rongga. Adanya perbandingan silika dan aluminium yang bervariasi, menghasilkan banyak jenis mineral zeolit yang terdapat di alam.  cukup menyediakan tong yang dapat menampung zeolit. Pada dasar tong sudah dibuat keran. Air dilewatkan pada zeolit terlebih dahulu. Air yang telah dilewatkan pada zeolit dapat digunakan untuk keperluan rumah tangga, spserti mencuci, mandi dan keperluan masak.
Zeolit memiliki kapasitas untuk menukar ion, artinya anda tidak dapat menggunakan zeolit yang sama selamanya. Sehingga pada rentang waktu tertentu anda harus menggantinya.
·         Titrasi kompleksometri
Yaitu titrasi berdasarkan pembentukan persenyawaan kompleks (ion kompleks atau garam yang sukar mengion), Kompleksometri merupakan jenis titrasi dimana titran dan titrat saling mengkompleks, membentuk hasil berupa kompleks. Reaksi–reaksi pembentukan kompleks atau yang menyangkut kompleks banyak sekali dan penerapannya juga banyak, tidak hanya dalam titrasi. Karena itu perlu pengertian yang cukup luas tentang kompleks, sekalipun disini pertama-tama akan diterapkan pada titrasi.
Titrasi kompleksometri juga dikenal sebagai reaksi yang meliputi reaksi pembentukan ion-ion kompleks ataupun pembentukan molekul netral yang terdisosiasi dalam larutan. Persyaratan mendasar terbentuknya kompleks demikian adalah tingkat kelarutan tinggi. Selain titrasi komplek biasa seperti di atas, dikenal pula kompleksometri yang dikenal sebagai titrasi kelatometri, seperti yang menyangkut penggunaan EDTA. Gugus-yang terikat pada ion pusat, disebut ligan, dan dalam larutan air, reaksi dapat dinyatakan oleh persamaan :
M(H2O)n + L = M(H2O)(n-1) L + H2O
Asam etilen diamin tetra asetat atau yang lebih dikenal dengan EDTA, merupakan salah satu jenis asam amina polikarboksilat. EDTA sebenarnya adalah ligan seksidentat yang dapat berkoordinasi dengan suatu ion logam lewat kedua nitrogen dan keempat gugus karboksil-nya atau disebut ligan multidentat yang mengandung lebih dari dua atom koordinasi per molekul, misalnya asam 1,2-diaminoetanatetraasetat (asametilenadiamina tetraasetat, EDTA) yang mempunyai dua atom nitrogen – penyumbang dan empat atom oksigen penyumbang dalam molekul (Rival, 1995).
Suatu EDTA dapat membentuk senyawa kompleks yang mantap dengan sejumlah besar ion logam sehingga EDTA merupakan ligan yang tidak selektif. Dalam larutan yang agak asam, dapat terjadi protonasi parsial EDTA tanpa pematahan sempurna kompleks logam, yang menghasilkan spesies seperti CuHY-. Ternyata bila beberapa ion logam yang ada dalam larutan tersebut maka titrasi dengan EDTA akan menunjukkan jumlah semua ion logam yang ada dalam larutan tersebut (Harjadi, 1993).
Selektivitas kompleks dapat diatur dengan pengendalian pH, misal Mg, Ca, Cr, dan Ba dapat dititrasi pada pH = 11 EDTA. Sebagian besar titrasi kompleksometri mempergunakan indikator yang juga bertindak sebagai pengompleks dan tentu saja kompleks logamnya mempunyai warna yang berbeda dengan pengompleksnya sendiri. Indikator demikian disebut indikator metalokromat. Indikator jenis ini contohnya adalah Eriochrome black T; pyrocatechol violet; xylenol orange; calmagit; 1-(2-piridil-azonaftol), PAN, zincon, asam salisilat, metafalein dan calcein blue (Khopkar, 2002).
Eriochrome Black T merupakan indikator kompleksometri yang merupakan bagian dari titrasi kompleksometri, misalnya. dalam proses penentuan kekerasan air. Ini adalah dye.It azo juga dikenal sebagai ET-00.
Dalam bentuk terprotonasi nya, Eriochrome Black T biru. Berwarna merah ketika membentuk kompleks dengan kalsium, magnesium, atau ion logam lainnya. rumus kimianya dapat ditulis sebagai HOC10H6N = NC10H4 (OH) (NO2) SO3Na
Kesadahan total yaitu ion Ca2+ dan Mg2+ dapat ditentukan melalui titrasi dengan EDTA sebagai titran dan menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut. Kejadian total tersebut dapat dianalisis secara terpisah misalnya dengan metode AAS (Automic Absorption Spectrophotometry) (Abert dan Santika, 1984). Asam Ethylenediaminetetraacetic dan garam sodium ini (singkatan EDTA) bentuk satu kompleks kelat yang dapat larut ketika ditambahkan ke suatu larutan yang mengandung kation logam tertentu. Jika sejumlah kecil Eriochrome Hitam T atau Calmagite ditambahkan ke suatu larutan mengandung kalsium dan ion-ion magnesium pada satu pH dari 10,0 ± 0,1, larutan menjadi berwarna merah muda. Jika EDTA ditambahkan sebagai satu titran, kalsium dan magnesium akan menjadi suatu kompleks, dan ketika semua magnesium dan kalsium telah manjadi kompleks, larutan akan berubah dari berwarna merah muda menjadi berwarna biru yang menandakan titik akhir dari titrasi. Ion magnesium harus muncul untuk menghasilkan suatu titik akhir dari titrasi. Untuk mememastikankan ini, kompleks garam magnesium netral dari EDTA ditambahkan ke larutan buffer.
Penentuan Ca dan Mg dalam air sudah dilakukan dengan titrasi EDTA. pH untuk titrasi adalah 10 dengan indikator Eriochrom Black T (EBT). Pada pH lebih tinggi, 12, Mg(OH)2 akan mengendap, sehingga EDTA dapat dikonsumsi hanya oleh Ca2+ dengan indikator murexide. Adanya gangguan Cu bebas dari pipa-pipa saluran air dapat di masking dengan H2S. EBT yang dihaluskan bersama NaCl padat kadangkala juga digunakan sebagai indikator untuk penentuan Ca ataupun hidroksinaftol. Seharusnya Ca tidak ikut terkopresitasi dengan Mg, oleh karena itu EDTA direkomendasikan.
Kejelasan dari titik- akhir banyak dengan pH peningkatan. Bagaimanapun, pH tidak dapat ditingkat dengan tak terbatas karena akibat bahaya dengan kalsium karbonat mengendap, CaCO3, atau hidroksida magnesium, Mg(OH)2 , dan karena perubahan celup warnai di ketinggian pH hargai. Ditetapkan pH dari 10,0 ± 0,1 adalah satu berkompromi kepuasan. Satu pembatas dari 5 min disetel untuk jangka waktu titrasi untuk memperkecil kecenderungan ke arah CaCO3 pengendapan.
-          Metodologi
ü  Alat dan Bahan 
o   Alat
Peralatan yang digunakan adalah seperangkat alat titrasi dan peralatan gelas yang biasa digunakan dalam laboratorium kimia analitik.
o   Bahan
1.      Larutan buffer:
1)      Dilarutkan 16,9 g ammonium klorida (NH4Cl) dalam 143 mL ammonium hidroksida (NH4OH). Kemudian ditambahkan 1,25 g garam magnesium dari EDTA (yang telah distandardisasi) dan diencerkan ke dalam 250 mL aquades.
2)      Jika garam magnesium dari EDTA tidak ada, dilarutkan 1,179 g garam disodium dari ethylenediaminetetraacetic aciddihydrate (reagen analitis) dan 780 mg magnesium sulfat (MgSO4 .7H2O) atau 644 mg magnesium chloride (MgCl2 . 6H2O ) ke dalam 50 mL aquades. Kemudian ditambahkan ke dalam campuran ini 16,9 g NH4Cl dan 143 mL NH4OH dengan pengadukan dan diencerkan sampai 250 mL dengan aquades. Simpan larutan 1) atau 2) dalam suatu plastik atau gelas borosilicate. Bagikan larutan buffer menggunakan pipet. Hentikan penambahan larutan buffer ketika 1 atau 2 mL ditambahkan ke sampel tidak berhasil menghasilkan satu pH dari 10,0 ± 0,1 pada titik akhir titrasi.
3)      Preparasi salah satu buffer ini dengan mencampurkan 55 mL HCl dengan aquades 400 mL dan kemudian, aduk dengan perlahan dan tambahkan 300 mL 2-aminoethanol (bebas dari alumunium dan logam lebih berat). Tambahkan 5 g garam magnesium dari EDTA dan encerkan hingga 1 L dengan aquades.



2.      Agen Complexing:
Adakalanya air mengandung ion yang bertentangan memerlukan penambahan suatu agen complexing yang sesuai untuk memberikan satu titik akhir, yaitu perubahan warna yang tajam pada titik-akhir. Berikut adalah agen complexing tersebut:
1)      Inhibitor I : Sesuaikan sampel asam ke pH 6 atau lebih tinggi dengan larutan buffer atau 0,1 N NaOH. Tambahkan 250 mg NaCN (bentuk serbuk). Tambahkan buffer secukupnya untuk menyesuaikan ke pH 10,0 ±0,1 (AWAS: NaCN adalah sangat beracun).
2)      Inhibitor II. : Larutkan 5 g sulfida sodium nonahydrate (Na2S + 9 H2O) atau 3,7 g Na2S + 5H2O dalam 100 mL aquades.
3)      MgCDTA : garam magnesium dari 1, 2-cycclohexanediamine tetraacetic asam. Tambahkan 250 mg per 100 mL sampel dan larutkan sebelum menambahkan larutan buffer.
3.      Indikator:
Banyak jenis dari larutan indikator telah diakui dan mungkin dipergunakan kalau ahli analisa mempertunjukkan bahwa mereka menghasilkan nilai akurat. Kesulitan utama dengan larutan indikator adalah kerusakan oleh waktu, dimana berakibat memberikan titik akhir yang tidak jelas. Sebagai contoh, larutan alkalin dari Eriochrome Black T sensitif terhadap oksidasi dan mengandung air atau larutan alkohol adalah tidak stabil.
1)      Eriochrome Black T (EBT): Garam sodium dari asam 1-(1-hydroxy-2-naphthylazo)-5-Nitro-2-naphthol-4-sulfonic. Larutkan 0,5 g pada 100 g 2,2’,2”-nitrilotriethanol (juga disebut triethanolamine) atau 2- methoxymethanol (juga disebut Ether ethylene glycol monomethyl). Tambahkan 2 tetes per 50 mL larutan untuk di titrasi.
2)      Calmagite: Asam 1-(1-hydroxy-4-metil-2-phenylazo)-2-naphthol-4-sulfonic. Senyawa ini bersifat stabil di larutan air dan menghasilkan perubahan warna yang sama seperti Eriochrome Black T. Larutkan 0.10 g Calmagite pada 100 mL aquades. Gunakan 1 mL per 50 mL larutan untuk di titrasi. Sesuaikan volume kalau perlu.
3)      Indikator 1 dan 2 dapat digunakan dalam bentuk serbuk kering untuk menghindari kelebihan indikator. Dipersiapkan campuran kering dari indikator ini dan satu garam inert tersedia secara komersial. Jika warna titik akhir dari indikator ini tidak jelas dan tajam, ini biasanya memaksudkan bahwa satu agen complexing yang sesuai diperlukan. Kalau inhibitor NaCN tidak menunjukan ketajaman pada titik akhir, mungkin indikator dalam keadaan tidak baik.
4.      EDTA Titrant standar, 0,01 M :
Timbang 3.723 g disodium ethylenediaminetetraacetate dihydrate, juga disebut dengan etilendiamintetraasetat (EDTA), larutkan di dalam aquades, dan diencerkan pada 1000 mL. Standarkan dengan larutan kalsium standar (2e) sebagaimana diuraikan dalam pada 3b di bawah. Karena titran mengekstrak kation dan menghasilkan kesadahan dari wadah gelas plastik, maka lebih baik simpan di polyethylene atau gelas botol borosilicate.
5.      Larutan Kalsium standar :
Ditimbang 1,000 g serbuk CaCO3 anhidrat ke dalam satu 500 mL Erlenmeyer. tambahkan secara perlahan 1+1 HCL hingga semua CaCO3 telah larut. Tambahkan 200 mL aquades dan aduk untuk beberapa menit untuk mengusir CO2 . Tambahkan beberapa tetes dari indikator metil merah, dan tambahkan 3N NH4OH atau 1+1 HCL hingga larutan berwarna orange, seperti yang diperlukan. Encerkan ke dalam 1000 mL dengan aquades; 1 mL = 1.00 mg CaCO3 .
-          Prosedur Kerja
a.       Pembuatan air limbah dan air limbah sampel
Digunakan asam nitrat-asam sulfat atau asam nitrat- asam perchloric encer.
b.      Titrasi dari sample :
Pilih satu volume sampel yaitu yang kurang dari 15 mL EDTA titrant dan dititrasi selama 5 menit, diukur dari waktu dari penambahan buffer.
Encerkan 25.0 mL sampel ke dalam 50 mL aquades didalam kaserol porselin atau wadah lain yang sesuai. Tambahkan 1-2 mL larutan buffer. Biasanya 1 mL akan cukup untuk memberikan pH dari 10.0 ke 10.1. Munculnya satu warna titik-akhir yang tajam didalam titrasi biasanya diartikan bahwa satu inhibitor harus ditambahkan dalam titik ini.
Tambahkan 1-2 tetes larutan indikator atau formulasi indikator secukupnya. Tambahkan standar EDTA Titrant perlahan-lahan, dengan pengadukan, hingga warna kemerah-merahan hilang. Tambahkan beberapa tetes indikator pada rentang 3 sampai 5. Pada titik akhir secara normal akan muncul warna biru. Cahaya matahari dan cahaya dari lampu fluoresen sangat dianjurkan karena cahaya-cahaya tersebut dapat menunjukkan titik-titik berwarna merah pada larutan yang berwarna biru pada saat titik akhir titrasi.
Jika  sampel cukup ada tersedia dan pengganggu tidak ada, tingkatkan keakuratan dengan meningkatkan ukuran sampel, sebagaimana diuraikan pada poin c di bawah.
c.       Sampel dengan kesadahan rendah :
Untuk air dengan kesadahan rendah (kurang dari 5 mg / L), ambil suatu sampel dalam jumlah yang besar, 100-1000 mL, untuk dititrasi dan ditambahkan dengan sejumlah besar  inhibitor, buffer, dan indikator. Tambahkan larutan standar EDTA titrant perlahan-lahan dari satu microburet dan dimulai dari blanko, gunakan air yang telah di destilasi, didestilasi ulang atau air yang telah diionisasi dari volume yang sama dengan sampel, dimana sejumlah serupa dari larutan buffer, inhibitor, dan indikator telah ditambahkan sebelumnya. Ambil beberapa volume dari EDTA untuk blanko dari volume dari EDTA yang digunakan untuk sampel.
-          Perhitungan
Kesadahan (EDTA) seperti mg CaCO 3 /L = (A x B X 1000)/ mL sampel
Dimana:
A = mL untuk sampel dan B = mg CaCO 3 ekivalen dengan 1.00 mL EDTA titrant.


F.     Studi Kasus
PENGARUH KETEBALAN KARBON AKTIF SEBAGAI MEDIA
FILTER TERHADAP PENURUNAN KESADAHAN
AIR SUMUR ARTETIS
-          Karbon Aktif
Karbon  aktif  adalah  karbon  yang  di  proses  sedemikian  rupa  sehingga  pori  -porinya  terbuka,  dan dengan  demikian  akan mempunyai  daya  serap  yang  tinggi. Karbon  aktif merupakkan  karbon  yang  bebas  serta memiliki  permukaan dalam  (internal  surfece),  sehingga mempunyai  serap  yang  baik. Keaktifan  daya menyerap  dari   karbon  aktif  ini  tergantung  dari  jumlah  senyawa  kabonnya  yang berkisar antara 85 % sampai 95% karbon bebas.
Karbon aktif yang berwarna hitam, tidak berbau, tidak terasa dan mempunyai daya  serap  yang  jauh  lebih  besar  dibandingkan  dengan  kabon  aktif  yang  belum menjalani proses aktivasi, serta mempunyai permukaan yang  luas, yaitu memiliki luas  antara  300  sampai  2000 mg/gram. Karbon  aktif  ini mempunyai  dua bentuk sesuai  ukuran  butirannya,  yaitu  karbon  aktif  bubuk  dan  karbon  aktif  granular (butiran). Karbon aktif bubuk ukuran diameter butirannya kurang dari atau sama dengan  325 mesh. Sedangkan  karbon  aktif  granular  ukuran  diameter  butirannya lebih besar dari 325 mesh. Luas permukaan yang luas disebabkan karbon aktif mempunyai kemampuan menyerap  gas  dan  uap  atau  zat  yang  berada didalam  suatu  larutan. Sifat  karbon aktif  yang dihasilkan tergantung dari bahan yang digunakan, misalnya tempurung kelapa menghasilkan arang yang lunak dan cocok untuk menjernihkan air.
Adapun keuntungan dari pemakaian karbon aktif ialah: 
a.  Pengoperasian mudah karena air mengalir dalam media karbon. 
b.  Proses berjalan cepat karena ukuran butiran karbonnya lebih besar. 
c.  Karbon tidak tercampur dengan lumpur sehingga dapat diregenerasi.

-       Daya Serap Karbon Aktif
Pada  proses  adsorbsi  ada  dua  yaitu  proses  adsorpsi  secara  fisika  dan adsorpsi secara kimia. Adsorpsi secara  fisika yaitu proses berlangsung cepat, dan dapat  balik  dengan  panas adsorpsi  kecil  (±5-6  kkal/mol),  sehingga  diduga  gaya yang  bekerja  di  dalamnya  sama  dengan  seperti  cairan  (gaya  Van  Deer Wals). Unsur  yang  terjerap  tidak  terikat  secara  kuat  pada  bagian  permukaan  penjerap. Adsorpsi fisika dapat balik (reversibel), tergantung pada kekuatan daya tarik antar molekul  penjerap  dan  bahan  terjerap  lemah maka  terjadi  proses  adsorpsi,  yaitu pembebasan  molekul  bahan  penyerap.  Adsorpsi  kimia  adalah  merupakan  hasil interaksi  kimia  antara  penjerap  dengan  zat-zat  terserap,  kekuatan  ikatan  kimia sangat bervariasi dan  ikatan kimia sebenarnya tidak benar-benar terbentuk tetapi kekuatan adhesi yang terbentuk  lebih kuat dibanding dengan daya  ikat penyerap fisika.  Panas  adsorpsi  kimia  lebih  besar  dibanding  dengan  adsorpsi  fisika  (±10- 100  kkal/mol).  Pada  proses  kimia  tidak  dapat  balik (inreversibel)  dikarenakan memerlukan  energi  untuk  membentuk  senyawa  kimia  baru  pada  permukaan adsorben sehingga proses balik juga diperlukan energi yang tinggi.

-          Proses Pembuatan Karbon Aktif
Secara umum dalam pembuatan karbon aktif terdapat dua tingkatan proses
yaitu :
a.  Proses pengarangan (karbonisasi) 
Proses  ini  merupakan  proses  pembentukan  arang  dari  bahan  baku.  Secara umum,  karbonisasi  sempurna  adalah  pemanasan  bahan  baku  tanpa  adanya udara,  sampai  temperatur  yang  cukup  tinggi  untuk  mengeringkan  dan menguapkan senyawa dalam karbon. Hasil yang diperoleh biasanya kurang aktif dan  hanya  mempunyai  luas  permukaan  beberapa  meter  persegi  pergram. Selama  proses  karbonisasi  dengan  adanya  dekomposisi  pirolitik  bahan  baku, sebagian  elemen-elemen  bukan  karbon,  yaitu  hydrogen  dan  oksigen dikeluarkan  dalam  bentuk  gas  dan  atom-atom  yang  terbebaskan  dari  karbon elementer membentuk Kristal  yang  tidak  teratur, yang disebut  sebagai Kristal grafit  elementer.  Struktur  kristalnya  tidak  teratur  dan  celah-celah  kristal ditempati  oleh  zat  dekomposisi  tar.  Senyawa  ini  menutupi  pori-pori  karbon, sehingga hasil proses karbonisasi hanya mempunyai kemampuan adsorpsi yang kecil. Oleh  karena  itu  karbon  aktif  dapat  juga  dibuat  dengan  cara  lain,  yaitu dengan  mengkarbonisasi  bahan  baku  yang  telah  dicampur  dengan  garam dehidrasi  atau  zat  yang  dapat  mencegah  terbentuknya  tar,  misalnya  ZnCl, MgCl, dan CaCl. Perbandingan garam dengan bahan baku adalah penting untuk menaikkan sifat – sifat tertentu dari karbon.


b.  Proses aktivasi 
Secara  umum,  aktivasi  adalah  pengubahan  karbon  dengan  daya  serap  rendah menjadi  karbon  yang  mempunyai  daya  serap  tinggi.  Untuk  menaikan  luas permukaan dan memperoleh karbon yang berpori, karbon diaktivasi, misalnya dengan menggunakan uap panas, gas karbondioksida dengan temperatur antara 700-1100°C,  atau penambahan  bahan-bahan mineral  sebagai  activator. Selain itu  aktivasi  juga  berfungsi  untuk mengusir  tar  yang melekat pada permukaan dan pori-pori karbon. Aktivasi menaikan luas permukaan dalam (internal area), menghasilkan  volume  yang  besar,  berasal  dari  kapiler-kapiler  yang  sangat kecil, dan mengubah permukaan dalam dari stuktur pori.
-          Kegunaan Karbon Aktif Dalam Penurunan Kesadahan
Karbon  aktif  dapat  digunakan  sebagai  bahan  pemucat,  penyerap  gas, penyerap  logam,  menghilangkan  polutan  mikro misalnya  zat  organic,  detergen, bau,  senyawa  phenol  dan  lain  sebagainya.  Pada  saringan  arang  aktif  ini  terjadi proses adsorpsi,  yaitu  proses  penyerapan  zat  -  zat  yang  akan  dihilangkan  oleh permukaan  arang  aktif,  termasuk CaCO3  yang menyebabkan  kesadahan. Apabila seluruh  permukaan  arang  aktif  sudah  jenuh,  atau  sudah  tidak  mampu  lagi menyerap maka  kualitas  air  yang disaring  sudah  tidak  baik  lagi,  sehingga  arang aktif  harus  diganti  dengan  arang  aktif  yang  baru.  Banyak  penelitian  yang mempelajari  tentang  manfaat/kegunaan  dari  kegunaan  karbon  aktif  yang  dapat menyerap  senyawa  organik maupun  anorganik,  penyerap  gas,  penyerap  logam, menghilangkan  polutan mikro misalnya  detergen,  bau,  senyawa  phenol  dan  lain sebagainya.  Pada  saringan  arang  aktif  ini  terjadi  proses  adsorpsi,  yaitu  proses penyerapan  zat-zat  yang  akan  dihilangkan  oleh  permukaan  arang  aktif.

-          Metode Penelitian
            Jenis penelitian yang digunakan adalah eksperimen murni  ( True Experiment) dengan  rancangan  eksperimental  non  random  atau disebut  juga Randomized pretest-posttest  control  group  design,  yaitu  subjek  dibagi  dalam  dua  kelompok. Kelompok pertama merupakan unit percobaan untuk perlakuan dan kelompok kedua merupakan kelompok control. Kemudian dicari perbedaan antara pengukuran dari keduanya, dan perbedaan ini dianggap sebagai akibat perlakuan. pada pemeriksaan awal bahwa  tingkat kesadahan paling  tinggi  terjadi pada saat sore hari.
       Tempat penelitian akan dilaksanakan di wilayah RW  II Kelurahan Sendangguwo
Kecamatan  Tembalang  Kota  Semarang.  Pengolahan  data  berupa  :  (1)  Editing,  (2) Coding, (3) Entri data. Analisis data : (1) Analisis Deskriptif, (2) Analisis Analitik, (3) Uji mann Whitney.
                                                                    
-          Hasil Dan Pembahasan 
 Analisis Deskriptif
      Sumber penyediaan air bersih di RW  II menurut data  yang diperoleh dari profil RW  II  tahun  2008  terdiri  dari  air  sumur dangkal,  air PDAM, dan  air  sumur  artetis. Jumlah tertera pada tabel 1
 Penelitian ini akan dilaksanakan kurang  lebih selama 1 hari, dan 1 minggu untuk pemeriksaan sampel. Penelitian akan dilaksanakan pada sore hari, hal  ini didasarkan
Tabel 1 
Jumlah Sarana Penyediaan Air Bersih RW II Tahun 2008
No
Jenis Sarana Air Bersih
Jumlah
%
1.
Sumur Gali
250
98,04
2.
PDAM
4
1,54
3.
Sumur Artetis
1
0,39

Jumlah
255
100
 Sumber : Laporan RW II Tahun 2008

Tabel 1 di atas menunjukkan jumlah sarana air bersih yang ada di RW II tahun 2008 yaitu  mayoritas  sumur  gali  250  (98,04%),  dan  hanya  0,39%  menggunakan  sumur artetis.
        Hasil pengukuran  yang dilakukan  terhadap 40  air  sampel  yang diambil dari  air sumur  artetis  sebagai  sampel  yaitu  terdiri  dari  4  sampel  air  pretest,  9  sampel  air kontrol, dan 27 sampel air sesudah melewati filter karbon aktif berdasarkan ketebalan yang  berbeda.  Pengambilan  dan  pemeriksaan  sampel  air  dari  alat  sederhana, dilaksanakan pada hari yang sama dan waktu yang sama yaitu pada hari 14 mei 2009.




Tabel 2
Kesadahan Air Sumur Artetis Sebelum Perlakuan
Perlakuan
n
Sebelum Perlakuan
Minimum
Maksimum
Mean
Standar Deviasi
Kontrol
9
519.7
519.7
519.7
.0000
Ketebalan 60 cm
9
492.6
492.6
492.6
.0000
Ketebalan 70 cm
9
512.5
512.5
512.5
.0000
Ketebalan 80 cm
9
507.2
507.2
507.2
.0000

Tabel 2 menunjukkan hasil kesadahan sebelum melewati filter karbon aktif. Dari tabel tersebut dapat dilihat, bahwa rata-rata penurunan kesadahan terbesar adalah pada filter dengan kontrol, dan rata-rata kesadahan terkecil pada filter dengan ketebalan 60 cm.

Analisis Analitik
       Perbedaan  penurunan  antar  variabel  dapat  dilihat  dengan  uji  Mann-Whitney. Hasil uji Mann-Whitney antar variabel adalah sebagai berikut:
No.
Uji Mann-Whitney 
Signifikan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Kontrol/tanpa perlakuan dengan ketebalan 60 cm
Kontrol/tanpa perlakuan dengan ketebalan 70 cm
Kontrol/tanpa perlakuan dengan ketebalan 80 cm
Ketebalan 60 cm dengan kontrol/tanpa perlakuan
Ketebalan 60 cm dengan ketebalan 70 cm 
Ketebalan 60 cm dengan ketebalan 80 cm 
Ketebalan 70 cm dengan kontrol/tanpa perlakuan 
Ketebalan 70 cm dengan ketebalan 60 cm 
Ketebalan 70 cm dengan ketebalan 80 cm 
Ketebalan 80 cm dengan kontrol/tanpa perlakuan 
Ketebalan 80 cm dengan ketebalan 60 cm 
Ketebalan 80 cm dengan ketebalan 70 cm     
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000

Hasil uji Mann-Whitney yang ditunjukkan pada tabel 3.7, menunjukkan bahwa semua perlakuan nilai p 0,000 (<0,05), artinya bahwa ada perbedaan penurunan kesadahan berdasarkan ketebalan filter karbon aktif terhadap masing-masing perlakuan. 

Pembahasan
           Penelitian  tentang  penurunan  kesadahan  tersebut  dengan menggunakan  filter karbon aktif, menunjukkan bahwa :
Suhu 
          Pengukuran  suhu dilakukan di  laboratorium STIKES HAKLI Semarang, pada
tanggal 14 mei 2009 dengan menggunakan thermometer. Dilakukan pada dua sampel
pretest  (sebelum perlakuan) dan 36 sampel  air  yang diambil dari  sampel  air  kontrol dan  sampel  air  sesudah melewati  filter. Menurut  buku  Pedoman  Teknis  Perbaikan Kualitas  Air  (Edisi  II)  Departemen  Kesehatan  RI,  kesadahan  sementara  dapat diturunkan  melalui  proses  pemanasan  sehingga  dapat  diartikan  bahwa  suhu mempengaruhi proses penurunan kesadahan.
         Suhu  dapat  mempengaruhi  proses  penurunan  kesadahan  apabila  suhu  terlalu rendah (<25°C), dan suhu  terlalu tinggi (>30°C). Pada table 3.3 menunjukkan bahwa suhu  tidak mengalami  perubahan  yang  cukup  jauh,  yaitu  ±  2°C  dari  suhu  sebelum dilakukan  perlakuan  (suhu  awal)  yaitu  29.8°C.  Hal  ini  berarti  suhu  tidak mempengaruhi dalam penurunan kesadahan.

pH 
  Pengukuran  pH  dilakukan  di  laboratorium STIKES HAKLI  pada  tanggal  14 mei  2009  dengan  menggunakan  kertas  lakmus.  Pengukuran  pH  dilakukan  pada  4 sampel pretest  dan  36  sampel  (sampel  air  kontrol  dan  sampel  air  sesudah melewati filter karbon aktif). Pada  tabel 3 menunjukkan bahwa ada perubahan atau perbedaanEksplanasi  Volume 5  Nomor 2  Edisi Oktober  2010    9 pH sebelum dilakukan perlakuan dan sesudah melewati filter karbon aktif. Perubahan yang terjadi yaitu dengan penurunan pH setelah melewati filter  karbon aktif. Menurut  Sri  Sumestri  dan  G.  Alaerts,  bahwa  pH  yang  tinggi  dapat menyebabkan  ion-ion kesadahan menjadi mengendap, sebagai Mg(OH)2 dan CaCO3. Biasanya  terjadi  pada  kisaran  pH  diatas  9  sampai  10. 
Dari  hasil  pengukuran  yang dilakukan, ternyata pH berkisar antara 6.3 – 7.3. Hal ini menunjukkan bahwa pH tidak mempengaruhi perlakuan, karena masih berada pada kisaran dibawah pH 9 sampai 10.

Kesadahan
 Pengukuran  kesadahan  dilakukan  di  Laboratorium  STIKES  HAKLI Semarang,  dengan  menggunakan  titrasi  EDTA  (prosedur  pemeriksaan  kesadahan, terdapat pada prosedur penelitian).
 Tabel  3  menunjukkan  bahwa  rata-rata  kesadahan  air  sumur  artetis  sebelum perlakuan  519.7mg/l.  Jika  dibandingkan  dengan  standar  kualitas  air  bersih menurut Permenkes RI No  907/Menkes/SK/VII/2002  sebesar  500 mg/l,  angka  tersebut  telah melebihi  standart  atau  tidak  memenuhi  syarat.  Akibatnya  apabila  air  tersebut dikonsumsi,  maka  akan  berdampak  bagi  kesehatan  yaitu  penyumbatan  pembuluh darah jantung dan batu ginjal.

Pengaruh Filter Terhadap Penurunan Kesadahan Air Sumur Artetis
   Karbon aktif sangat berpengaruh  terhadap penurunan kesadahan karena sifat dari masing - masing bahan filter tersebut dapat menurunkan kesadahan. Karbon aktif adalah  karbon  yang  diproses  sedemikian  rupa  sehingga  pori  -  porinya  terbuka,  dan dengan demikian  akan mempunyai daya serap  yang dapat menghilangkan partikel – partikel  dalam  air  dan  menurunkan  tingkat  kesadahan.  Karbon  aktif  disini  yang digunakan  adalah  tempurung  kelapa.  Karbon  aktif  merupakan  karbon  yang  akan membentuk (amorf),  yang  sebagian  besar  terdiri  dari  karbon  yang  bebas  serta memiliki permukaan dalam ( internal surface ), sehingga mempunyai daya serap yang baik.  Sedangkan karbon aktif granular ukuran diameter butirannya lebih besar dari 325 mesh.
Karbon  aktif  yang  berwarna  hitam,  tidak  berbau,  tidak  berasa, dan  kelebihan dari  karbon  aktif  ini  mempunyai  daya  serap  yang  jauh  lebih  besar  dibandingkan dengan  karbon  yang  belum menjalani  proses  aktivasi,  serta mempunyai  permukaan yang  luas,  yaitu  antara  300  sampai  2000  m/gram.  Luas  permukaan  yang  luas disebabkan  karbon  mempunyai  kemampuan  menyerap  gas  dan  uap  atau  zat  yang berada didalam suatu larutan. 
       Sifat  fisik  karbon  aktif  yang  dihasilkan  tergantung  pada  kekuatan  daya  tarik molekul penjerap maka terjadi proses absorpsi dari bahan yang digunakan, misalnya, tempurung kelapa menghasilkan arang yang lunak dan cocok untuk menjernihkan air, yaitu proses penyerapan zat - zat yang akan dihilangkan oleh permukaan arang aktif, termasuk CaCO3 yang menyebabkan kesadahan. Adsorpsi kimia adalah merupakkan hasil  interaksi  kimia  sangat  bervariasi  dan  ikatan  kimia  sebenarnya  tidak  benar–benar terbentuki tetapi kekuatan adhesi yang terbentuk  lebih kuat dibanding dengan daya  ikat  penyerap  fisika.  Panas  adsorpsi  kimia  lebih  besar  dibanding  dengan adsorpsi fisika (±10-100 kkal/mol).
Pada proses kimia tidak dapat balik (inreversibel) dikarenakan  memerlukan  energi  untuk  membentuk  senyawa  kimia  baru  pada permukaan adsorben sehingga proses balik juga diperlukan energi yang tinggi.
Kemampuan karbon aktif menyerap secara kimia adalah tersuspensinya kedalam air sampel sehingga karbon aktif yang tersuspensi berpengaruh terhadap pengikat ion Mg dan Ca. Proses reaksi kimianya sebagai berikut: 
C 4+ + 3H2Oà 2CO3 + H2
 Proses  pertukaran  ion Ca2+ dan Mg2+ sangat  cepat  antara  ( 20-30 menit ), dengan terbentuknya endapan CaCO3  atau MgCO3 berarti air tersebut telah bebas dari ion Ca2+dan Mg2+ atau dengan kata lain air tersebut telah terbebas dari kesadahan.
  Hasil  perhitungan  statistik  dengan  menggunakan  uji  Kruskal-Wallis, menunjukkan nilai p < 0,05, berarti ada pengaruh ketebalan filter karbon aktif dengan ketebalan  60  cm,  70  cm  dan  80  cm  sebagai  media  filter  terhadap  penurunan kesadahan air sumur artetis dan penurunan kesadahan yang paling tinggi terjadi pada filter dengan ketebalan 80 cm.  Ketebalan karbon aktif dengan ketebalan 80 cm disini terjadi  penurunan  yang  lebih  baik  dari  pada  ketebalan  60  cm  ataupun  ketebalan  70 m, karena karbon aktif mempunyai daya serap yang tinggi. Dalam penelitian ini hasil yang paling baik adalah karbon aktif dengan ketebalan filter 80 cm yang mengalami penurunan kesadahan yang sangat baik sendiri, hal ini dikarenakan filtrasi yang digunakan sesuai dengan metode yang  semakin  tebal  media  maka  hasil  yang  diperoleh  akan  semakin  baik. 
Dalam penelitian disini kontrol juga sudah mengalami sedikit penurunan, hal  ini disebabkan karena terjadi proses pengendapan, tetapi penurunannya belum bisa dikatakan efektif karena kesadahannya masih tinggi, sehingga lebih baik menggunakan metode dengan filtrasi karbon aktif dengan ketebalan 80 cm. Menurut hasil penelitian Sularso, bahwa semakin  tebal  media  semakin  bagus  hasil  yang  di  dapat  sehingga  apabila  dengan susunan tersebut ditambah ketebalan medianya akan menurunkan lebih baik lagi.

BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Kesadahan air didefinisikan sebagai kemampuan air untuk mengendapkan sabun, sehingga keaktifan/ daya bersih sabun menjadi berkurang atau hilang sama sekali. Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Penyebab air menjadi sadah adalah karena adanya ion-ion Ca2+, Mg2+. Atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal (logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam jumlah kecil.
Cara mengurangi kesadahan
ü   Memasak
ü   Penambahan Kapur (Metode Clark)
ü   Penambahan Natrium Bikarbonat
ü   Proses Base Exchange
Cara untuk menganalisis kesadahan air, bisa dengan zeolit dan titrasi kompleksometri yaitu titrasi berdasarkan pembentukan persenyawaan kompleks (ion kompleks atau garam yang sukar mengion), Kompleksometri merupakan jenis titrasi dimana titran dan titrat saling mengkompleks, membentuk hasil berupa kompleks.
Perolehan informasi dari sudy kasus yaitu Persentase penurunan kesadahan air sumur artetis setelah melewati filter karbon aktif yang tertinggi pada ketebalan 80cm (86%) sedangkan yang terendah pada filtrasi ketebalan  60cm  (59%).  Hasil  uji Kruskal-Wallis  diperoleh mean  rank  yang  paling tinggi  adalah  32.00  yaitu  penurunan  kesadahan  yang  paling  efektif  pada  ketebalan filter 80cm  (Mean Rank = 32). Ada Pengaruh ketebalan  karbon  aktif  sebagai media filter terhadap penurunan kesadahan air sumur artetis  (p=0,000).




DAFTAR PUSTAKA

Amsyari, F. Penggunaan Karbon Aktif Dan Pemanfaatannya. 2006. http://kampoengmanik.multiply.com. Diakses 3 maret 2009.10:00.
Anggoro  Pratama.  Air  Bersih.  http//www.wiordpress.com.  Diakses  3  maret    2009.10:30
Anonim, 2008, Water Hardness: EDTA Titrimetric Method, New York USA Albert dan Santika, Sri Sumestri, 1984, Metode Penelitian Air, ITS Press, Surabaya
Anwar Hadi. Prinsip Pengelolaan Pengambilan Sampel Lingkungan. 2005.    Jakarta:Gramedia Pustaka Utama. Hal 22-35.
Ari Seno. 2009. Hasil Pemeriksaan Laboratorium STIKES HAKLI Semarang.
Bintoro. 2007. Penentuan Kesadahan Sementara  dan Kesadahan Permanen. Hal  34-39.
Bintoro, 2008, Penentuan Kesadahan Sementara dan Kesadahan Permanen, http://aabin.blogsome.com
Budiman Chandra ,2006, Ilmu Kedokteran pencegahan dan komunitas, penerbit buku kedookteran EGC ,Jakarta
Fardiaz, Srikandi. 2005. Polusi Air dan Udara. Kanisius. Yogyakarta. Hal 19-21.
Giwangkara, E., 2008, http://persembahanku.wordpress.com/2006/09/29/mengapa mandi dipantai boros sabun.
IBSN. 2008. Air Sadah. http://ekoph.wordpress.com. Diakses Tanggal 2 Maret 2009, 10:00.
Indriati.  2002.  Pengaruh  ketebalan  arang  aktif  Tempurung  Kelapa  Terhadap  Penurunan Tingkat Kekeruhan Pada Sumur Gali. (Karya Ilmiah).UMS.
Kemas Ali Hanafi.  2003.  Rancangan  Percobaan,  Teori  dan Aplikasi,  Edisi Ketiga. Jakarta : PT.Raja Grafindo Persada. Hal 33-56.
Khopkar, S. M., 1990, Konsep Dasar Kimia Analitik, Penerjemah : A. Saptorahardjo, UI-Prees, Jakarta
Murti, S dan Rahmawati, Minta, 1994,  Zeolit Tinjauan Literatur, Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah LIPI, Jakarta.

Diposting oleh di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)