Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE 091305

Week 6 Hardness
Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE
091305

11/05/2018

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
Ca2+ + (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
11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

2

Derajat Kesadahan
 Soft
: 0 – 75 mg/L
 Moderately Hard
: 75 – 150 mg/L
 Hard
: 150 – 300 mg/L
 Very Hard
: > 300 mg/L
Penyebab dan Sumber
 Kation bermuatan dua: Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Sr2+
 Anion: HCO3-, SO42-, Cl-, NO3-, Si032 Air yang kontak dengan batuan kapur
 Total Hardness = Ca2+ hardness + Mg2+ hardness

 where the concentration of each ion is in consistent units such
as mg/L as Ca CO3, or meq/L
11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

3

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

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

4

 Pemakaian sabun tinggi

2NaCO2C17H33 + kation
11/05/2018

2+

 kation 2+ (CO2C17H33)2 + 2Na+

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

5

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

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

6

Proses Pelunakan Air
1. Pengendapan senyawa Ca2+ dan Mg2+ dengan

penambahan Ca(OH)2 dan Na2CO3
2. Pertukaran ion Ca2+ dan Mg2+ dengan ion Na+,

K+ atau H+
3. Kontak dengan pasir atau kapur

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

7

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

8

Various Forms of alkalinity and CO2 relative to pH
in water at 25 oC

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

9

Water Softening

11/05/2018

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

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

11

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

12

Pendekatan pada pengendapan
Semua ion HCO3- dianggap bereaksi dahulu dengan
Ca2+ membentuk Ca(HCO3)2; sisa HCO3- bereaksi
dengan Mg2+ membentuk Mg(HCO3)2; dengan Na+
membentuk NaHCO3
Jika HCO3- kurang untuk bereaksi dengan semua
Ca2+, sisa Ca2+ bergabung dengan anion (Y-)
seperti Cl-, SO42-. Begitu juga dengan Mg2+

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

13

Contoh Perhitungan Konsentrasi Molekul
Garam
Air

Analisa Ion
(mg/L) CaCO3

Garam yang terbentuk
(mg/L) CaCO3

Ca2+

Mg2+

HCO3-

Ca(HCO3)2

Mg(HCO3)2

NaHCO3

CaY2

MgY2

A

200

100

150

150

-

-

50

100

B

200

100

250

200

50

-

-

50

C

200

100

350

200

100

50

-

-

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of
Environmental Engineering - ITS

14

Ion

Kation

Ion

mg/L

mg/meq

meq/L

Ca2+

55

40/2

2.75

Mg2+

18

24.3/2

Na+

98

23/1

Total
ion

2.75
Ca2+
HCO3-

11/05/2018

mg/L

mg/meq

meq/L

HCO3-

250

61/1

4.10

1.48

SO42-

60

96/2

1.25

4.26

Cl-

89

35.5/1

2.51

8.49

Meq/L 0

Meq/L 0

Anion

7.86

4.23

8.49

Mg2+

Na+
SO42-

4.10

Cl5.35

Environmental Laboratory - Department of
Environmental Engineering - ITS

7.86
15

Reaksi dengan Kapur
CO2  Ca(OH ) 2  CaCO3   H 2O

CaHCO3 2  Ca(OH ) 2  2CaCO3   2 H 2O
Mg HCO3 2  Ca(OH ) 2  Mg OH 2   2CaCO3  2 H 2 O
NaHCO3  Ca(OH ) 2  CaCO3   Na   OH   2 H 2O
Mg

2

Mg 2

 CO3

2

 CaOH 2  CaCO3   Mg OH 2 

 SO4 2 
 SO4 2  


 
 
2
  2Cl   CaOH 2  Ca   Cl 2   Mg OH 2 
2 NO  
2 NO  
3 
3 



Semua kesadahan karbonat dan magnesium karbonat dapat
11/05/2018
Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS
dihilangkan dengan
kapur

16

Reaksi dengan Soda Ash
Ca 2

11/05/2018

 SO4 2 
 SO4 2 


 
 
  Cl 2   Na2  CO3  CaCO3    Cl 
2 NO  
2 NO  
3 
3 



Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

17

Penghilangan CO2 dan Pelunakan Kesadahan Tetap

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

18

Pelunakan Kesadahan Tetap

11/05/2018

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

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

20

Perhitungan
Kesadahan (mg/L) sebagai CaCO3
= M2+ (mg/L) x (50 / Berat ekivalen M 2+)
Berat Ekivalen = Berat Molekul / Valensi

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

21

Contoh Perhitungan Kesadahan
Hitung kesadahan air sebagai CaCO3 yang terdiri
dari kation (dalam mg/L) : Na+=20, Ca2+=15,
Mg2+=10, Sr2+=2 dan Anion (dalam mg/L) Cl-=40,
SO42-=16,NO3- =1, alkalinitas=50
BM Ca = 40, BM Mg = 24.4, BM Sr = 87.6

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

22

Dosis Pelunak
Dosis Ca(OH)2 mg/L = Dosis Ca(OH)2 sebagai mg/L
Ca CO3 x 37/50
Dosis Na2CO3 mg/L = Dosis Na2CO3 sebagai mg/L
CaCO3 x 53/50

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

23

Prinsip Analisa
1. Garam dinatrium etilen diamin tetra asetat (Na 2EDTA) bereaksi
dengan kation logam membentuk senyawa kompleks kelat yang
larut. Pada pH 10,0±0,1, ion-ion Ca2+ dan Mg2+ akan bereaksi
dengan indikator Eriochrome Black T (EBT), dan membentuk
larutan berwarna merah keunguan. Jika Na2EDTA ditambahkan
sebagai titran, maka ion-ion Ca2+ dan Mg2+ 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.

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

24

Analisa Kesadahan Total
(Ca2+ dan Mg2+)

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 Na2EDTA 0,01 M sehingga warna
merah keunguan menjadi biru.
e) Catat volume Na2EDTA yang digunakan.
f) Bila Na2EDTA yang dibutuhkan untuk titrasi > 15
mL  encerkan contoh uji, ulangi langkah a) s/d e)
11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

25

Analisa Kesadahan Kalsium (Ca2+)

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 Na2EDTA 0,01 M sampai warna
berubah dari merah muda menjadi ungu.
f) Catat volume larutan Na2EDTA yang digunakan.
g) Bila Na2EDTA yang dibutuhkan untuk titrasi >
15 mL  encerkan sampel dan ulangi langkah a)
11/05/2018
Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS
s/d f)

26

Hitung Kesadahan total dan magnesium dalam sampel
1. Kesadahan total (mg CaCO3/L)
1000
x
V Na2EDTA (a) x M Na2EDTA x 100
V sampel
2. Kadar kalsium (mg Ca/L)
1000
x
V Na2EDTA (b) x M Na2EDTA x 40
V sampel
3. Kadar magnesium (mg Mg/L)
1000
x { V Na2EDTA (a) - V Na2EDTA (b) } x M Na2EDTA x 40
V sampel
dengan pengertian :
 V sampel adalah volume sampel (mL);
 V Na2EDTA (a) adalah volume rata-rata Na2EDTA untuk titrasi kesadahan total
(mL);
 M Na2EDTA adalah molaritas Na2EDTA untuk titrasi (mmol/mL);
 V Na2EDTA (b) adalah volume rata-rata Na2EDTA untuk titrasi kalsium (mL).

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

27

Contoh soal:
 Suatu debit air baku IPA 200

L/det, digunakan kapur Ca(OH)2
dengan kadar 70% dan soda
Na2CO3 dengan kadar 50%.
 Hitunglah kesadahan sementara,

Ion

mg/L as ion

CO2

5

Ca2+

80

Mg2+

20

Na+

16

tetap, dan total dari air baku
SO
tersebut.
Cl
 Hitunglah kebutuhan kapur dan
soda untuk proses pelunakan air
baku di atas perhari.
 Hitunglah lumpur yang
dihasilkan dari proses pelunakan
setiap hari.Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS
11/05/2018
HCO324

-

255
60
37

28

Contoh soal:
 Suatu debit air baku IPA 200 L/det,








digunakan kapur Ca(OH)2 dengan
kadar 70% dan soda Na2CO3 dengan
kadar 50%.
Hitunglah kesadahan sementara,
tetap, dan total dari air baku tersebut.
Hitunglah kebutuhan kapur dan soda
untuk proses pelunakan air baku di
atas perhari.
Debit pembubuhan kapur dan soda
jika konsentrasi kapur yang
dibubuhkan 5% dan soda 2%
Hitunglah lumpur yang dihasilkan
dari proses pelunakan setiap hari.

11/05/2018

Ion

mg/L as ion

CO2

10

Ca2+

100

Mg2+

25

Na+

16

HCO3-

240

SO42-

100

Cl-

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

37

29

Let’s Have a Great Sem!

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of
Environmental Engineering - ITS

30