Zeolit untuk Mengurangi Kesadahan Air

Salah satu parameter kimia dalam persyaratan kualitas air adalah jumlah kandungan unsur Ca²⁺ dan Mg²⁺ dalam air, yang keberadaannya biasa disebut dengan kesadahan air. Kesadahan dalam air sangat tidak dikehendaki baik untuk penggunaan rumah tangga maupun untuk penggunaan industri. Bagi air rumah tangga tingkat kesadahan yang tinggi mengakibatkan konsumsi sabun lebih banyak karena sabun menjadi kurang efektif akibat salah satu bagian dari molekul sabun diikat oleh unsur Ca/Mg.

Bagi air industri unsur Ca dapat menyebabkan kerak pada dinding peralatan sistem pemanasan sehingga dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan industri, disamping itu dapat menghambat proses pemanasan. Masalah ini dapat mengakibatkan penurunan kinerja industri yang pada akhirnya dapat menimbulkan kerugian. Oleh karena itu persyaratan kesadahan pada air industri sangat diperhatikan. Pada umumnya jumlah kesadahan dalam air industri harus nol, berarti unsur Ca dan Mg dihilangkan sama sekali. Salah satu metode untuk menurunkan kesadahan air adalah dengan pertukaran ion. Penukar ion yang relatif mudah didapatkan adalah 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.
Zeolit merupakan kristal yang agak lunak dengan berat jenis yang bervariasi antara 2 – 24 gr/cm3.
Air kristalnya mudah dilepaskan dengan cara pemanasan, apabila terpapar dengan udara akan cepat kembali ke keadaan semula karena mudah menyerap air dari udara. Mudah melakukan pertukaran ion-ion alkalinya dengan ion-ion elemen lain.

Zeolit dalam penggunaannya telah berkembang disebabkan oleh sifat-sifat yang dimilikinya yaitu sebagai penyerap dan penyaring molekul, katalis dan penukar ion. Menurut Breck terdapat 9 jenis zeolit yang telah ditemukan di alam yaitu :

Berdasarkan pada sumbernya, zeolit terbagi menjadi dua, pertama yaitu zeolit yang berasal dari alam selanjutnya disebut zeolit alam, kedua adalah zeolit buatan yaitu zeolit yang dibuat oleh manusia.

Zeolit alam ditemukan dalam bentuk sedimentasi yang terjadi akibat proses alterasi debu-debu vulkanik oleh air. Pada kenyataannya sedimentasi zeolit berlangsung secara berkesinambungan pada dasar lautan. Dari studi kelautan diketahui bahwa zeolit tipe Philipsit adalah mineral yang terbanyak di alam.

Zeolit buatan dibuat dengan cara meniru proses hidrotermal yang terjadi pada mineral zeolit alam. Zeolit buatan dibuat dari gel alumino silikat yaitu suatu jenis gel yang terbuat dari larutan natrium aluminal, natrium silikat dan natrium hidroksida. Struktur gel terbentuk karena polimerisasi anion-anion aluminat dan silikat.

Perbedaan pada komposisi kimia dan distribusi berat molekul dari larutan, akan menyebabkan perbedaan struktur zeolit yang terjadi. Saat ini lebih kurang terdapat 30 jenis zeolit buatan, sebagai hasil dari variasi parameter seperti temperatur, kristalisasi dan komposisi awal gel.

Indonesia sebagai daerah vulkanis, memiliki produk gunung berapi, berupa mineral zeolit yang cukup banyak. Menurut Direktorat Sumber Daya Minneral, tidak kurang dari 6 lokasi endapan yang telah diketahui serta sekitar 40 lokasi endapan yang masih diperkirakan, menghasilkan mineral zeolit. Keenam lokasi yang telah diketahui adalah :

• Daerah Nanggung, Jawa Barat
• Daerah Cikotok, Jawa Barat
• Daerah Naggreg, Jawa barat
• Daerah Pacitan, Jawa Timur
• Daerah Sidomulyo, Jawa Timur
• Daerah Cikembar, Jawa barat

Air sadah adalah istilah yang digunakan pada air yang mengandung kation penyebab kesadahan. Pada umumnya kesadahan disebabkan oleh adanya logamlogam atau kation-kation yang bervalensi 2, seperti Fe, Sr, Mn, Ca dan Mg, tetapi penyebab utama dari kesadahan adalah kalsium (Ca) dan magnesium (Mg). Kalsium dalam air mempunyai kemungkinan bersenyawa dengan bikarbonat, sulfat, khlorida dan nitrat, sementara itu magnesium dalam air kemungkinan bersenyawa dengan bikarbonat, sulfat dan khlorida.

Kesadahan dibagi atas dua jenis kesadahan, yaitu kesadahan sementara dan kesadahan tetap. Air yang mengandung kesadahan kalsium karbonat dan magnesium karbonat disebut kesadahan karbonat atau kesadahan sementara, karena kesadahan tersebut dapat dihilangkan dengan cara pemanasan atau dengan cara pembubuhan kapur. Sementara itu Air yang mengandung kesadahan kalsium sulfat, kalsium khlorida, magnesium sulfat dan magnesium khlorida, disebut kesadahan tetap karena tidak dapat dihilangkan dengan cara pemanasan, tetapi dapat dengan cara lain dan salah satunya adalah proses penukar ion.

Tingkat kesadahan di berbagai tempat perairan berbeda-beda, pada umumnya air tanah mempunyai tingkat kesadahan yang tinggi, hal ini terjadi, karena air tanah mengalami kontak dengan batuan kapur yang ada pada lapisan tanah yang dilalui air. Air permukaan tingkat kesadahannya rendah (air lunak), kesadahan non karbonat dalam air permukaan bersumber dari calsium sulfat yang terdapat dalam tanah liat dan endapan lainnya. Tingkat kesadahan air biasanya digolongkan seperti ditunjukkan pada tabel berikut ini.

Metoda penentuan kesadahan Kesadahan air dinyatakan dengan mg/liter CaCO3. Metoda yang dapat digunakan dalam menentukan kesadahan air adalah dengan metoda perhitungan dan metoda titrasi EDTA. Metoda perhitungan didasarkan atas perhitungan dari ion-ion yang bervalensi 2 yang didapat dari hasil analisis. Perhitungan kesadahan dilakukan dengan menggunakan rumus umum berikut ini:

Metoda titrasi EDTA banyak digunakan di laboratorium untuk penentuan kesadahan. Metoda ini berhubungan dengan penggunaan larutan EDTA (Ethylen Diamine Tetra Acetic) atau garam sodium sebagai agen titrasi. Indikator yang digunakan adalah Eriochroma Blak T.

Pelunakan kesadahan air adalah suatu proses untuk menghilangkan atau mengurangi kandungan kation Ca²⁺ dan Mg²⁺ dari dalam air. Kation penyebab kesadahan dapat dikurangi atau dihilangkan dengan proses-proses sebagai berikut :

1. Pemanasan, 
2. Proses pengendapan atau proses kapur soda, 
3. Pertukaran ion (Ion Exchange).

Proses pelunakan air sadah menggunakan zeolit merupakan pelunakan air dengan proses pertukaran ion. Air sadah yang dialirkan melalui kolom zeolit akan mengalami pertukaran ion-ion, ion Ca dan ion Mg dalam air sadah ditukar dengan ion Na dalam zeolit. Hal tersebut berlangsung terus sampai suatu saat ion Na dalam zeolit sudah habis ditukar dengan ion Ca dan Mg dari dalam air, pada keadaan ini zeolit tersebut dinamakan telah jenuh yang berarti zeolit tidak mampu lagi melakukan pertukaran ion.

Agar dapat kembali aktif, zeolit yang telah jenuh harus di regenerasi dengan cara mengalirkan larutan garam dapur (NaCl 10-25 %) ke dalam unggun zeolit yang telah jenuh tersebut. Pada proses regenerasi ini akan terjadi pertukaran ion Na dari dalam larutan air garam, masuk ke dalam zeolit untuk menggantikan ion Ca dan Mg dari dalam zeolit. Adapun reaksi yang terjadi pada saat proses pelunakan air sadah berlangsung adalah sebagai berikut :

Sedangkan reaksi yang terjadi pada saat proses regenerasi berlangsung adalah sebagai berikut :

Berikut adalah persentase penurunan kesadahan berdasarkan penelitian Ir. Ruliasih Marsid

Prosentase penurunan kesadahan CaCO3 (total) air tanah
setelah melalui zeolit dengan ketebalan 80 cm

Pada proses ion exchange yang perlu diperhatikan adalah siklus waktu pengoperasian yang harus tepat, yaitu waktu pergantian antara proses pelunakan, pencucian dan cuci balik/regenerasi. Apabila siklus waktu ini dilakukan secara tepat dan teratur, maka air olahan yang dihasilkan akan sesuai dengan yang direncanakan.

Melalui percobaan ini dapat diketahui waktu/lamanya ion exchanger, yang dalam hal ini zeolit, mencapai titik jenuh, sehingga dapat diperkirakan saat untuk melakukan pencucian dan regenerasi.

Keunggulan menggunakan zeolit sebagai bahan untuk pelunakan air

• Mempunyai sistem yang kompak sehingga mudah dioperasikan 
• Dapat dibuat kontinu - Presentasi pengurangan kesadahan relatif besar 
• Harganya relatif murah dan mudah didapat 

Kekurangan menggunakan zeolit sebagai bahan untuk pelunakan air

• Tidak dapat digunakan pada air yang mengandung kekeruhan air lebih dari 10mg/l 
• Efisiensi zeolit akan berkurang apabila air mengandung unsur-unsur sebagai berikut : minyak, H₂S, mengandung ion Fe²⁺ atau Mn²⁺ lebih dari 2 mg/l dan mengandung sodium yang tinggi. 
• Tidak dapat dioperasikan pada air yang mempunyai kesadahan lebih dari 800 mg/l.

Persantunan: ditulis oleh Ir. Ruliasih Marsidi

Sumber: http://ejurnal.bppt.go.id