Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE 091305

Week 6 Kesadahan

  

Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE

091305

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ¹

  

  Hardness is the term often used to characterize a water that:

  

  Dose form a foam or lather well and cause soap scum Ca ²⁺ + (Soap)  Ca(Soap)2 (s) This increase the amount of soap needed for washing

   cause scaling on pipes and hot boilers. 

  cause valves to stick due to the formation of calcium carbonate crystals

  

  leave stains on plumbing fxtures

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ²

  Penyebab dan Sumber 

  Kation bermuatan dua: Ca ²⁺

, Mg

²⁺ , Fe ²⁺ , Mn ²⁺ , Sr ²⁺ 

  Anion: HCO ^3- , SO _42- , Cl ^- , NO _3- , Si0 _32- 

  Air yang kontak dengan batuan kapur 

  Total Hardness = Ca ²⁺

hardness + Mg

²⁺ hardness  where the concentration of each ion is in consistent units such as mg/L as Ca CO3, or meq/L

  Derajat Kesadahan 

  Soft : 0 – 75 mg/L

  

  Moderately Hard : 75 – 150 mg/L

  

  Hard : 150 – 300 mg/L

  

  Very Hard : > 300 mg/L

  11/13/2018 ^{3 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS}

  Kerugian

  Terbentuk kerak pada dinding pipa: energi pemanasan tinggi, mengurangi penampang basah

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ⁴

  

  Pemakaian sabun tinggi

  2NaCO ₂ C ₁₇ H ₃₃ + kation ²⁺  kation ²⁺ (CO ₂ C ₁₇ H ₃₃ ) _{11/13/2018 2} + 2Na ⁺ _{5 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS} Jenis Kesadahan 

  Kesadahan karbonat :

  hilang dengan pemanasan  kesadahan sementara  tambah kapur

   Kesadahan non karbonat :

  tidak hilang karena pemanasan  kesadahan tetap  tambah soda ash atau kaustik soda

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ⁶

  Proses Pelunakan Air _{2+ 2+}

  1. Pengendapan senyawa Ca dan Mg dengan

  penambahan Ca(OH) dan Na CO _{2+ 2+ 2 2 3} Pertukaran ion Ca dan Mg dengan ion Na ,

• ⁺ 2. _{+ +}

  K atau H

  3. Kontak dengan pasir atau kapur 11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ⁷

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ⁸

  

Various Forms of alkalinity and CO relative to pH

_{o 2} in water at 25 C 11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ⁹

Pelunakan

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ¹⁰

  Pelunakan dengan pemanasan 

  Temporary hardness, or carbonate hardness, is the hardness that is associated with the bicarbonates of calcium and magnesium.

  

  Its name is derived from the fact that when water containing this type of hardness is heated, the soluble bicarbonates break down to form insoluble carbonate salts. In efect, the hardness is precipitated, thus resulting in soft water

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ¹¹

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ¹²

Pendekatan pada pengendapan

• ^- Semua ion HCO dianggap bereaksi dahulu dengan ₂₊
_{3 2+}
• ^- Ca membentuk Ca(HCO ) ; sisa HCO bereaksi
_{3 2 3} ⁺ dengan Mg membentuk Mg(HCO ) ; dengan Na _{3 2} membentuk NaHCO ₃ ^-

  Jika HCO kurang untuk bereaksi dengan semua _{2+ 2+ 3}

• ^- Ca , sisa Ca bergabung dengan anion (Y ) _2-
₂₊ ^- seperti Cl , SO . Begitu juga dengan Mg ₄

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ¹³

  Contoh Perhitungan Konsentrasi Molekul Garam Air Analisa Ion (mg/L) CaCO ₃ Garam yang terbentuk (mg/L) CaCO ₃ Ca ²⁺ Mg ²⁺ HCO ₃ ^- Ca(HCO ₃

)

₂ Mg(HCO ₃ ) ₂ NaHCO ₃ CaY ₂ MgY ₂ A 200 100 150 150 - - 50 100

  B 200 100 250 200 50 - -

  50 C 200 100 350 200 100 50 - - 11/13/2018 ^{Environmental Engineering - ITS 14 Environmental Laboratory - Department of}

  Ion Kation Ion Anion ₂₊ mg/L mg/meq meq/L mg/L mg/meq meq/L ^- Ca ₂₊ 55 40/2

  2.75 HCO 250 61/1 _{2- 3}

  4.10 Mg 18 24.3/2

  1.48 SO _{- + 4} 60 96/2

  1.25 Na 98 23/1

  4.26 Cl 89 35.5/1

  2.51 Total

  8.49 7.86 ion Meq/L _{2+ 2+}

  2.75

  4.23

  8.49 _2- ⁺ Ca Mg

  Na SO Cl

• ^{- -} HCO
₃ ⁴ Meq/L

  4.10

  7.86 _{11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of}

_{Environmental Engineering - ITS}

  5.35 ₁₅ Reaksi dengan Kapur Semua kesadahan calcium karbonat dan magnesium karbonat _{11/13/2018 16 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS}

  O H CaCO OH Ca CO _{2 3 2 2} ) (    

O H CaCO OH Ca HCO Ca

  2

        

  O H OH Na CaCO OH Ca NaHCO _{2 3 2 3} ) (       ^{ }

  NO Cl SO Mg

  NO Cl SO Ca OH Ca

  2

  2

   _ ^{  } _ ^{  } _{2 3 2} ^{2 4 2} _{2 3} ^{2 4 2}

     

       

         

     

  3

   

     

  2      

  2 ( 2 )

    O H CaCO OH Mg OH Ca HCO Mg _{2 3 2 2 2 3}

  

   

 

  3 2 ( 2 )

  2

  2

        ^{ } _{2 3 2} ² ₃ ² OH Mg CaCO OH Ca CO Mg Reaksi dengan Soda Ash 11/13/2018 ^{17 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS}

       

     

  

    

    

        _ ^{ } _ ^{  } ₃ ^{2 4} _{3 3 2 3 2} ^{2 4 2}

  2

  Cl SO CaCO CO Na NO

  Cl SO Ca Penghilangan CO dan Pelunakan Kesadahan Tetap ₂ 11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ¹⁸

Pelunakan Kesadahan Tetap

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ¹⁹

  

Kapur & Soda Ash yang diperlukan

  Kapur = 4.10 meq/L x {(40+16)/2} mg/meq Soda Ash = 0.13 meq/L x {(2(23) + 12 + 3(16))/2} mg/meq

  11/13/2018 ^{20 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS}

  Perhitungan

  Kesadahan (mg/L) sebagai CaCO ₃ = M ²⁺ (mg/L) x (50 / Berat ekivalen M ²⁺ )

  Berat Ekivalen = Berat Molekul / Valensi

  11/13/2018 ^{21 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS}

Contoh Perhitungan Kesadahan

  Hitung kesadahan air sebagai CaCO yang terdiri _{3 2+} ⁺ dari kation (dalam mg/L) : Na =20, Ca =15, _{2+ 2+}

• ^- Mg =10, Sr =2 dan Anion (dalam mg/L) Cl =40, _{2- 3-}

  SO =16,NO =1, alkalinitas=50 ₄ BM Ca = 40, BM Mg = 24.4, BM Sr = 87.6

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ²²

Dosis Pelunak

  Dosis Ca(OH) ₂ mg/L = Dosis Ca(OH) ₂ sebagai mg/L Ca CO ₃ x 37/50

  Dosis Na ₂ CO ₃ mg/L = Dosis Na ₂ CO ₃ sebagai mg/L CaCO ₃ x 53/50

  11/13/2018 ^{23 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS}

  Prinsip Analisa

  1. Garam dinatrium etilen diamin tetra asetat (Na EDTA) bereaksi ₂

dengan kation logam membentuk senyawa kompleks kelat yang

_{2+ 2+} larut. Pada pH 10,0±0,1, ion-ion Ca dan Mg akan bereaksi dengan indikator Eriochrome Black T (EBT), dan membentuk

larutan berwarna merah keunguan. Jika Na EDTA ditambahkan

_{2+ 2+ 2} sebagai titran, maka ion-ion Ca dan Mg membentuk senyawa kompleks, molekul indikator terlepas kembali, dan pada titik akhir titrasi larutan akan berubah warna dari merah keunguan menjadi biru. Dari cara ini akan didapat kesadahan total (Ca + Mg).

  2. Kalsium dapat ditentukan secara langsung dengan EDTA bila pH contoh uji dibuat cukup tinggi (12-13), sehingga magnesium akan

mengendap sebagai magnesium hidroksida dan pada titik akhir

titrasi indikator Eriochrome Black T (EBT) hanya akan bereaksi

dengan kalsium saja membentuk larutan berwarna biru. Dari cara ini akan didapat kadar kalsium dalam air.

  

3. Dari kedua cara tersebut dapat dihitung kadar magnesium dengan

cara mengurangkan hasil kesadahan total dengan kadar kalsium yang diperoleh, yang dihitung sebagai CaCO3.

  11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ²⁴

  Analisa Kesadahan Total (Ca ²⁺ dan Mg ²⁺ )

  a) Ambil 25 mL contoh uji (duplo), ke dalam labu erlenmeyer 250 mL  encerkan dengan air suling sampai 50 mL.

  b) Tambahkan 1mL - 2 mL larutan penyangga pH 10±0,1.

  c) Tambahkan seujung spatula 30 mg - 50 mg indikator EBT.

  d) Titrasi dengan Na ₂ EDTA 0,01 M sehingga warna merah keunguan menjadi biru.

  e) Catat volume Na ₂ EDTA yang digunakan.

  f) Bila Na ₂ EDTA yang dibutuhkan untuk titrasi > 15 mL  encerkan contoh uji, ulangi langkah a) s/d e) _{11/13/2018 25 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS}

  Analisa Kesadahan Kalsium (Ca ²⁺ )

  a) 25 mL sampel (duplo), masukkan ke erlenmeyer 250 mL  encerkan sampai volume 50 mL.

  b) Tambahkan 2 mL larutan NaOH 1N atau sampai dicapai pH 12 - pH 13.

  c) Bila sampel keruh, tambah 1 - 2mL KCN 10%.

  d) Tambahkan seujung spatula (30 - 50 mg) indikator mureksid.

  e) Titrasi dengan Na ₂ EDTA 0,01 M sampai warna berubah dari merah muda menjadi ungu.

  f) Catat volume larutan Na ₂ EDTA yang digunakan.

  g) Bila Na ₂ EDTA yang dibutuhkan untuk titrasi > 15 mL  encerkan sampel dan ulangi langkah a) ^11/13/2018 s/d f) ^{26 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS}

  Hitung Kesadahan total dan magnesium dalam sampel

  ₃ 1000 x V Na EDTA (a) x M Na EDTA x 100 _{2 2} V sampel

  2. Kadar kalsium (mg Ca/L) 1000 x V Na EDTA (b) x M Na EDTA x 40 _{2 2} V sampel

  3. Kadar magnesium (mg Mg/L) 1000 x { V Na EDTA (a) - V Na EDTA (b) } x M Na EDTA x 40 _{2 2 2} V sampel _ dengan pengertian : _ V sampel adalah volume sampel (mL);

  

V Na EDTA (a) adalah volume rata-rata Na EDTA untuk titrasi kesadahan total _{2 2 } (mL); _ M Na EDTA adalah molaritas Na EDTA untuk titrasi (mmol/mL); _{2 2} V Na EDTA (b) adalah volume rata-rata Na EDTA untuk titrasi kalsium (mL). _{2 2} 11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS ²⁷ Contoh soal: 

  Suatu debit air baku IPA 200 L/det, digunakan kapur Ca(OH) _{2 Ion mg/L as ion} dengan kadar 70% dan soda _{CO Ca 2+ 2 80 5} Na CO dengan kadar 50%. _{2 3 Mg 2+ 20} ⁺

   ^{Na 16} Hitunglah kesadahan sementara, _{HCO 255 2-} ^-

  tetap, dan total dari air baku _{SO 4} ³ ₆₀ tersebut.

• ^{- Cl}
³⁷

  

  Hitunglah kebutuhan kapur dan soda untuk proses pelunakan air baku di atas perhari.

  

  Hitunglah lumpur yang dihasilkan dari proses pelunakan _{11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS} setiap hari. ₂₈ Contoh soal: 

  Suatu debit air baku IPA 200 L/det, digunakan kapur Ca(OH) dengan ₂ kadar 70% dan soda Na CO dengan _{2 3 Ion mg/L as ion CO 2 10} kadar 50%. _{Ca 100 2+} 

  Hitunglah kesadahan sementara, 2+ _{Na Mg 16 25} ⁺ tetap, dan total dari air baku tersebut. _{HCO - 3 240} 

  Hitunglah kebutuhan kapur dan soda _{SO 4 2- 100} untuk proses pelunakan air baku di _Cl ^- ₃₇ atas perhari.

   Debit pembubuhan kapur dan soda jika konsentrasi kapur yang dibubuhkan 5% dan soda 2%

   Hitunglah lumpur yang dihasilkan _{11/13/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS} dari proses pelunakan setiap hari. ₂₉

  

Let’s Have a Great Sem!

  

_{Environmental Engineering - ITS}

30 ^{Environmental Laboratory - Department of 11/13/2018}