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)
Universitas Gadjah Mada
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)
Universitas Gadjah Mada
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)
Universitas Gadjah Mada
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)
Universitas Gadjah Mada
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
Universitas Gadjah Mada
(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.
Universitas Gadjah Mada
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).
Universitas Gadjah Mada
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
Universitas Gadjah Mada
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.
Universitas Gadjah Mada
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.
Universitas Gadjah Mada