IV. PENGOLAHAN DENGAN CARA PERTUKARAN ION

IV. PENGOLAHAN DENGAN CARA PERTUKARAN ION

Pengolahan dengan cara pertukaran ion adalah suatu cara yang menggunakan ion exchange resin dengan garam-garam terlarut (ion-ion) di dalam air dihilangkan guna menda-patkan air terolah untuk keperluan ketel uap. Secara kasar pengolahan secara pertukaran ion dapat dikelompokkan sebagaimana pada tabel 3.

Tabel 3. Pengelompokan pengolahan air dengan pertukaran ion Demineralization treatment

Softening treatment

Kombinasi

Regenerasi

 Simple softening

 mixed bed

 co-current

 Dealkalization softening

 2 bed-1 degasifier

 regenerasi seri

 4 bed-l degasifier

 regenerasi continuous

4.1. Resin Pertukaran Ion Resin yang digunakan di dalam pengolahan dengan cara pertukaran ion mempunyai struktur ion exchange radicals yang digabung dengan polimer dan dikelompokkan menjadi resin pertukaran kation (cation exchange resins) dan resin pertukaran anion (anion exchange resins). Cation exchange resins adalah suatu resin yang dikombinasikan dengan ion negatif, seperti : a) Sulfo group (-SO3H) sebagai radikal, disebut resin pertukaran kation asam kuat. b) Carboxyl group (-COON) sebagai radikal, disebut resin pertukaran kation asam lemah.

Universitas Gadjah Mada

Sedangkan anion exchange resin adalah suatu resin yang dikombinasikan dengan positif, seperti: a)

Quaternary ammonium group, disebut disebut resin pertukaran anion basa kuat.

b)

Primary tertiary amines (-NH2, -NHR, -NR2), disebut resin pertukaran anion basa lemah.

4.2. Pengolahan dengan Cara Softening (pelunakan) Komponen kesadahan (hardness) penyebab terbentuknya kerak (scale) pada ketel uap bertekanan rendah dapat dihilangkan dengan pengolahan softening.

Gambar 1. Pengolahan Softening

Reaksi softening adalah sebagai berikut : R(-SO3Na)2 + Ca(HCO3)2  R(-SO3 )2 Ca + 2 NaHCO3 (1) R(-SO3Na)2 + MgSO4  R(-SO3 ) Mg + 2 Na2SO4 (2)


Resin yang telah jenuh diregenerasi dengan menggunakan larutan natrium khlorida 10%. 4.3. Pengolahan dengan cara Softening dan Dealkilasi Pengolahan dengan cara softening dan dealkalisasi adalah suatu metode dengan komponen kesadahan dan bikar-bonat (HCO3-) sebagai komponen Malkalinitas dihilangkan. Pengolahan ini diklasifikasikan sebagai berikut.

 H-form resin softening dan raw water mixing  H-form resin softening dan penambahan alkali  Na-/H- form resin split-stream softening  Na-/H- form resin series-stream softening  Na-form resin softening dan penambahan asam  Na-/Cl-form anion resin dealkalization. Air baku secara paralel masuk ke dalam bed-bed (H-bed dan Na-bed) resin asam kuat dan akhirnya didapat air lunak dealkali; dengan kandungan residu Malkalinitas di dalam air lunak antara 5 dan 15 mg/L seperti terlihat pada gambar 2.

Gambar 2. Pengolahan Pelunakan dan Dealkalisasi (Hydrogen and sodium form resin units in parralel)


Reaksi pelunakan dan dealkalisasi adalah sebagai berikut. H-bed : R(-SO3H)2 + Ca(HCO3)2  R(-SO3)2Ca + 2 CO2 + 2 H2O .............. (3) R(-SO3H)2+ MgSO4  R(-SO3)2Mg+ H2SO4 ................. (4) R(-SO3H)2 + NaCI  R-SO3Na + HCl .......... (5) Na-bed : Reaksi yang terjadi seperti reaksi (1) dan (2). Campuran : HCl + NaHCO3  NaCl + CO2+ CO2 ...(6) H2SO4 + 2 NaHCO3 4 Na2SO4 + 2 CO2 + 2 H2O......... (7)

Resin yang telah jenuh di dalam Na-bed diregenerasi dengan larutan sodium chlorida 10% dan H-bed diregenerasi dengan larutan asam chlorida 4 - 10%. Reaksi regenerasi : H-bed : R(-SO3)Ca + 2HCl  R(-SO3H)2 + CaCl2 ............(8) R(-SO3)Mg + 2HCl  R(-SO3H)2 + MgCl2............. (9) R-SO3Na + HCl  R-SO3H+ NaCl ............... (10) Na-bed : sama seperti pada persamaan reaksi (5) dan (6)


4.4. Pengolahan dengan Cara Demineralisasi Mixed Bed

Pengolahan dengan cara demineralisasi mixed bed adalah suatu cara dengan air baku dilewatkan melalui sebuah kolom, yang di dalamnya terdapat resin asam kuat H-form dan resin basa kuat OH-form sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3. Dengan pengolahan demineralisasi mixed bed akan didapat air demin dengan kemurnian yang tinggi.

Gambar 3. Demineralisasi dengan menggunakan mixed-bed

Akan tetapi pada sisi lain, regenerasinya sulit dan biaya regenerant lebih tinggi bila dibandingkan dengan sistem sistem yang lain. Oleh karenanya sistem ini digunakan dalam hal penggunaan yang kapasitasnya relatif kecil atau digunakan sebagai polisher dari air demin yang didapat dari sistem lain.

Reaksi demineralisasi : R(-SO3H)2 + Ca(HCO3)2 R(-SO3)2Ca + H2CO3 ....(11) R(-SO3H)2 + MgSO4  R(-S03)2Mg + H2SO4 .............. (4) R-SO3H + NaCl  R-SO3Na + HCl ................ (5)


R = NOH + H2CO3  R = NHCO3 + H2O .............. (12) R (= NOH)2 + H2SO4  R(=NOH)2SO4 + 2H2O ............. (13) R = NOH + HCl  R = NCI+ H2O .................. (14) R = NOH + H2SiO3  R = NHSiO3 + H2O............ (15) Setelah resin dipisahkan kedalam lapisan resin pertukaran kation dan resin anion, maka resin kation diregenerasi dengan larutan asam klorid 4 — 10% dan anion resin diregenerasi dengan sodium hidroksida 2 - 5%.

Reaksi regenerasi : Reaksi regenerasi untuk resin cation sama dengan persamaan reaksi (8) , (9), dan (10). R=NHCO3 + NaOH  R=NOH + NaHCO3..................(16) R(=N)2SO4 + 2NaOH  R(=NOH)2 + Na2SiO4 ............... (17) R=NCl + NaOH  R=NOH + NaCl ................. (18) R=NHSiO3 + 2NaOH  R-NOH + Na2SiO3 + H2O ........ (19)

4.5. Pengolahan dengan Demineralisasi Jenis 2-BED 1- Degasifier Pengolahan dengan cara demineralisasi jenis 2 bed 1-degasifier terdiri dari satu kolom Kation yang diisi dengan resin asam kuat H-form (H-bed), satu degasifier dan satu kolom anion dengan resin basa kuat OH-form (OH-bed). Sistem ini telah digunakan secara lugs sejak lama dan masih populer. Seperti tergambar pada Gambar 4, setelah Kation-kation di dalam air baku ditukar dengan ion-ion hidrogen (H+) di dalam H-bed dan karbon dioksida dihilangkan di dalam dekarbonator, anion-anion ditukar dengan ion-ion hidroksids (OH-) didalam OH-bed sehingga didapat air yang tidak mengandung ion dengan


(mempunyai) kualitas electrical conductivity 5 - 10 S/cm dan konsentrasi silika 0,05 0,3 mg/L. Bila air tersebut digunakan sebagai umpan ketel uap bertekanan tinggi, unit ini ditambah lagi dengan demineralisasi dengan jenis mixed bed (sebagai polisher).

Gambar 4. Pengolahan Demineralisasi (2-Bed I-Degasifier type)

4.6. Pengolahan dengan Demineralisasi Jenis 4-Bed 1 Degasifier

Pengolahan dengan cara demineralisasi type 4-bed 1-degasifier adalah suatu sistem rangkaian tipe 2-bed 1-degasifier yang ditambah lagi dengan H-bed dan OHbed seperti pada gambar 5. Kualitas air yang didapat hampir sama dengan hasil dari demineralisasi dengan jenis 2-bed 1-degasifier yang ditambah dengan polisher.


Gambar 5. Diagram alir 4-bed 1-degestifier 5-demineralizer

Gambar 6. Regenerasi Cation Bed 4-bed I-degestifier type demineralizer

4.7. Pengolahan dengan Demineralisasi Jenis Regenerasi Lawan arah

Pengolahan dengan cara demineralisasi jenis

regenerasi lawan

arah

(countercurrent) adalah suatu cara dengan aliran fluida pada waktu operasi dan regenerasi melalui arah yang berlawanan seperti tergambar pada Gambar 7, sedangkan pada demineralisasi tipe konvensional kedua aliran mengalir pada arah yang sama (co-current).


Keuntungan regenerasi dengan countercurrent yaitu jumlah regenerant yang dibutuhkan dapat dikurangi jika dibandingkan dengan regenerasi co-current. Hal ini disebabkan oleh faktor-faktor berikut . 1.

Air dengan kemurnian yang tinggi dapat diperoleh sungguhpun dengan regenerasi yang rendah .

2.

Perbedaan rangkaian ion yang diabsorbsi dengan resin menaikkan effisiensi penggunaan regenerant

3.

Kuantitas air untuk rinse dan waktu regenerasi dapat diperpendek.

Regenerasi dibagi menjadi dua yaitu regenerasi lawan arah dengan arah keatas dan arah ke bawah. Bila digunakan arah regenerasi keatas, diperlukan perhatian khusus untuk mencegah phonomena "short path" yang disebabkan pencairan waktu regenerasi. Gambar 8 menunj ukkan suatu contoh demineralizer dengan countercurrent .

Gambar 7. Regenerasi Counter-current regeneration demineralizer


Gambar 8. Contoh Demineralizer Lawan-arah

4.8. Pengolahan dengan Demineralisasi Dual Layer Pengolahan dengan cara demineralisasi dual layer adalah suatu cara dengan resin asam kuat dan resin asam basa lemah diisikan ke dalam dua lapisan pada kolom cation exchange dan resin basa kuat dan resin basa lemah (menengah) di dalam kolom anion exchange. Gambar 9 menunjukkan suatu contoh demineralizer dengan dual layer. Keuntungan demineralizer dengan dual layer adalah sebagai berikut : 1. Koefisien penggunaan regenerantnya tinggi, sekitar 80 - 100 %, sebab asam lemah atau basa lemah (menengah) diregenerasi dengan regenerant yang sama sesudah meregenerasi resin asam kuat dan basa kuat. 2. Cairan bekas buangan regenerasi : lunak dan rendah karena pemanfaatannya yang berulang. 3. Kuantitas air untuk rinse dan waktu regenerasi dapat diperpendek.


Gambar 9. Contoh Demineralizer dengan Dual Layer

4.9. Pengolahan Demineralisasi dengan Terus-menerus Pengolahan dengan cara demineralisasi kontinyu terdiri dari service column dan unit regenerasi yang terpisah dimana resin jenuh dikeluarkan dari service column secara terus menerus untuk selanjutnya diregenerasi di unit regenerasi dan kemudian dikembalikan ke tangki servis; dengan demikian berarti demineralisasi dan regenerasi secara terus menerus berulang. Cara ini dibagi menjadi jenis mixed bed dan dua bed. Pengolahan demineralisasi terus menerus mempunyai keuntungan-keuntungan seperti tidak diperlukan waktu shutdown untuk regenerasi, dan penggunaan regenerant yang baik sebab resin yang diregenerasi adalah yang betul-betul jenuh. Disamping itu type ini juga mempunyai kerugian-kerugian antara lain ion bikarbonat dan karbonat menjadi suatu beban bagi resin anion, kesulitan dalam mengikuti perubahan konsentrasi garam-garam didalam air baku dan variasi service charge serta konsumsi resin nya tinggi.


IV. PENGOLAHAN DENGAN CARA PERTUKARAN ION

Recommend Documents