AIr sadah

Kesadahan air adalah kandungan mineral-mineral tertentu di dalam air, umumnya ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dalam bentuk garam karbonat. Air sadah atau air keras adalah air yang memiliki kadar mineral yang tinggi, sedangkan air lunak adalah air dengan kadar mineral yang rendah. Selain ion kalsium dan magnesium, penyebab kesadahan juga bisa merupakan ion logam lain maupun garam-garam bikarbonat dan sulfat. Metode paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun. Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busayang banyak. Pada air sadah, sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa. Kesadahan air total dinyatakan dalam satuan ppm berat per volume (w/v) dari CaCO3.

Mengetahui Kesadahan Air


Cara paling mudah untuk mengetahui air yang selalu anda gunakan adalah air sadar atau bukan dengan menggunakan sabun. Ketika air yang anda gunakan adalah air sadah, maka sabun akan sukar berbiuh, kalaupun berbuih, berbuihnya sedikit. Kemudian untuk mengetahui jenis kesadahan air adalah dengan pemanasan. Jika ternyata setelah dilakukan pemanasan, sabun tetap sukar berbuih, berarti air yang anda gunakan adalah air sadah tetap.
Cara yang lebih kompleks adalah melalui titrasi.
Efek Air Sadah


Air sadah tidak begitu berbahaya untuk diminum, namun dapat menyebabkan beberapa masalah. Air sadah dapat menyebabkan pengendapan mineral, yang menyumbat saluran pipa dan keran. Air sadah juga menyebabkan pemborosan sabun di rumah tangga, dan air sadah yang bercampur sabun tidak dapat membentuk busa, tetapi malah membentuk gumpalan soap scum(sampah sabun) yang sukar dihilangkan. Efek ini timbul karena ion 2+ menghancurkan sifat surfaktan dari sabun dengan membentuk endapan padat (sampah sabun tersebut). Komponen utama dari sampah tersebut adalah kalsium stearat, yang muncul dari stearat natrium, komponen utama dari sabun: 2 C17H35COO- + Ca2+ → (C17H35COO)2Ca
Dalam industri, kesadahan air yang digunakan diawasi dengan ketat untuk mencegah kerugian. Pada industri yang menggunakan ketel uap, air yang digunakan harus terbebas dari kesadahan. Hal ini dikarenakan kalsium dan magnesium karbonat cenderung mengendap pada permukaan pipa dan permukaan penukar panas. Presipitasi (pembentukan padatan tak larut) ini terutama disebabkan oleh dekomposisi termal ion bikarbonat, tetapi bisa juga terjadi sampai batas tertentu walaupun tanpa adanya ion tersebut. Penumpukan endapan ini dapat mengakibatkan terhambatnya aliran air di dalam pipa. Dalam ketel uap, endapan mengganggu aliran panas ke dalam air, mengurangi efisiensi pemanasan dan memungkinkan komponen logam ketel uap terlalu panas. Dalam sistem bertekanan, panas berlebih ini dapat menyebabkan kegagalan ketel uap. Kerusakan yang disebabkan oleh endapan kalsium karbonat bervariasi tergantung pada bentuk kristal, misalnya, kalsit atau aragonit.
Jenis Air Sadah

Air sadah digolongkan menjadi dua jenis, berdasarkan jenis anion yang diikat oleh kation (Ca2+ atau Mg2+), yaitu air sadah sementara dan air sadah tetap.

Air sadah sementara
Air sadah sementara adalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat (HCO3-), atau boleh jadi air tersebut mengandung senyawa kalsium bikarbonat (Ca(HCO3)2) dan atau magnesium bikarbonat (Mg(HCO3)2). Air yang mengandung ion atau senyawa-senyawa tersebut disebut air sadah sementara karena kesadahannya dapat dihilangkan dengan pemanasan air, sehingga air tersebut terbebas dari ion Ca2+ dan atau Mg2+. Dengan jalan pemanasan senyawa-senyawa tersebut akan mengendap pada dasar ketel. Reaksi yang terjadi adalah : Ca(HCO3)2 (aq) –> CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

Air sadah tetap
Air sadah tetap adalah air sadah yang mengadung anion selain ion bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl-, NO3- dan SO42-. Berarti senyawa yang terlarut boleh jadi berupa kalsium klorida (CaCl2), kalsium nitrat (Ca(NO3)2), kalsium sulfat (CaSO4), magnesium klorida (MgCl2), magnesium nitrat (Mg(NO3)2), dan magnesium sulfat (MgSO4). Air yang mengandung senyawa-senyawa tersebut disebut air sadah tetap, karena kesadahannya tidak bisa dihilangkan hanya dengan cara pemanasan. Untuk membebaskan air tersebut dari kesadahan, harus dilakukan dengan cara kimia, yaitu dengan mereaksikan air tersebut dengan zat-zat kimia tertentu. Pereaksi yang digunakan adalah larutan karbonat, yaitu Na2CO3 (aq) atau K2CO3 (aq). Penambahan larutan karbonat dimaksudkan untuk mengendapkan ion Ca2+ dan atau Mg2+. CaCl2 (aq) + Na2CO3 (aq) –> CaCO3 (s) + 2NaCl (aq) Mg(NO3)2 (aq) + K2CO3 (aq) –> MgCO3 (s) + 2KNO3 (aq) Dengan terbentuknya endapan CaCO3 atau MgCO3 berarti air tersebut telah terbebas dari ion Ca2+ atau Mg2+ atau dengan kata lain air tersebut telah terbebas dari kesadahan.

Menghilangkan Kesadahan

Proses penghilangan kesadahan air yang sering dilakukan pada industri-industri adalah melalui penyaringan dengan menggunakan zat-zat sebagai berikut :

1. Resin pengikat kation dan anion.
Kesadahan ini umumnya dihilangkan menggunakan resin penukar ion. Resin pelunak air komersial dapat digunakan dalam skala kecil, meskipun demikian tidak efektif digunakan untuk sekala besar. Resin adalah zat yang punya pori yang besar dan bersifat sebagai penukar ion yang berasal dari polysterol, atau polyakrilatyang berbentuk granular atau bola kecil dimana mempunyai struktur dasar yang bergabung dengan grup fungsional kationik, non ionik/anionik atau asam. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air misalnya asam humus, liqnin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam. Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hunya dipakai resin dengan sifat anionik.
Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu struktur fungsional dan matrik resin yang sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui kondensasi phenol dengan formaldehid yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat.
Sedangkan untuk resin penukar ion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine dengan formaldehid dan telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation dan resin penukar anion hasil sintesis ini dapat digunakan untuk memisahkan atau mengambil garam – garam.
Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion asam kuat dan basa kuat adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut dalam keasaman dan sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC.
Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena, setelah terbentuk kerangka resin penukar ion maka akan digunakan untuk menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan.
Resin penukar kation dibuat dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara pembuatannya dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin).
Resin penukar on yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin penukar kation tetapi gugus ion yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau dengan kata lain setelah terbentuk kopolimer styren divinilbenzena (DVB), maka diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk memperoleh resin penukar anion.
Gugus ion dalam penukar ion merupakan gugus yang hidrofilik (larut dalam air). Ion yang terlarut dalam air adalah ion – ion yang dipertukarkan karena gugus ini melekat pada polimer, maka ia dapat menarik seluruh molekul polimer dalam air, maka polimer resin ini diikat dengan ikatan silang (cross linked) dengan molekul polimer lainnya, akibatnya akan mengembang dalam air.
Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun non kristalisasi adalah sangat mirip dengan pertukaran ion- ion kisi kristal. Pertukaran ion dengan resin ini terjadi pada keseluruhan struktur gel dari resin dan tidak hanya terbatas pada efek permukaan. Pada resin penukar anion, pertukaran terjadi akibat absorbsi kovalen yang asam. Jika penukar anion tersebut adalah poliamin, kandungan amina resin tersebut adalah ukuran kapasitas total pertukaran.
Dalam proses pertukaran ion apabila elektrolit terjadi kontak langsung dengan resin penukar ion akan terjadi pertukaran secara stokiometri yaitu sejumlah ion – ion yang dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama akan dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama pula dengan jumlah yang sebanding.
Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan struktur dari molekul yang panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan grup fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil.Senyawa ini akan bergabung dengan ion pasangan seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang porous. Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama (positif) demikian sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air yang diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.
Proses pergantian ion bisa “reversible” (dapat balik), artinya material penukar ion dapat diregenerasi. Sebagai contoh untuk proses regenerasi material penukar kationik bentuk Na+ dapat diregenerasi dengan larutan NaCl pekat, bentuk H+ diregenerasi dengan larutan HCl sedangkan material penukar anionik bentuk OH− dapat diregenerasi dengan larutan NaOH (lihat buku panduan dari pabrik yang menjual material ini).
Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang telah habis saat kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan mudah karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berkebalikan dari pertukaran ion.

Zeolit

Zeolit memiliki rumus kimia Na2(Al2SiO3O10).2H2O atau K2(Al2SiO3O10).2H2O. zeolit mempunyai struktur tiga dimensi yang memiliki pori-pori yang dapat dikewati air. Ion Ca2+ dan Mg2+ akan ditukar dengan ion Na+ dan K+ dari zeolit, sehingga air tersebut terbebas dari kesadahan.
Untuk menghilangkan kesadahan sementara ataupun kesadahan tetap pada air yang anda gunakan di rumah dapat dilakukan dengan menggunakan zeolit. Anda cukup menyediakan tong yang dapat menampung zeolit. Pada dasar tong sudah dibuat keran. Air yang akan anda gunakan dilewatkan pada zeolit terlebih dahulu. Air yang telah dilewatkan pada zeolit dapat anda gunakan untuk keperluan rumah tangga, spserti mencuci, mandi dan keperluan masak.
Zeolit memiliki kapasitas untuk menukar ion, artinya anda tidak dapat menggunakan zeolit yang sama selamanya. Sehingga pada rentang waktu tertentu anda harus menggantinya.
Penjernihan Air dengan Penyaringan Sederhana 
Tindakan untuk mencegah kerusakan yang lebih parah akibat pencemaran air seharusnya dilakukan sejak dini, demi masa depan yang lebih baik. Kebutuhan akan air bersih di daerah pedesaan dan pinggiran kota untuk air minum, memasak, mencuci dan sebagiannya harus diperhatikan.Cara penjernihan air perlu diketahui karena semakin banyak sumber air yang tercemar limbah rumah tangga maupun limbah industri. Cara-cara yang disajikan dapat digunakan di desa karena bahan dan alatnya mudah didapat. Bahan-bahannya antara lain batu, pasir, kerikil, arang tempurung kelapa, arang sekam padi, tanah liat, ijuk, kaporit, kapur, tawas, biji kelor dan lain-lain. Penjernihan air minum secara sederhana ini merupakan penjernihan air dengan cara penyaringan. Bahan penyaringan yang digunakan adalah pasir dan tempurung kelapa.
Bahan-bahan dan peralatan :
1) dua drum ijuk
2) pipa PVC dengan diameter ¾ inci
3) kran air
4) pasir
5) kerikil
6) potongan bata – cat
7) gergaji
8) parang
9) besi
10) bor
11) kuas
12) ember
13) cangkul

Cara Pembuatan : 1) Membuat pipa penyaringan lihat Gambar 1. : a. Ambil 2 pipa PVC diameter 0,75 inci dengan panjang 35 cm. b. Pipa PVC dilubangi teratur sepanjang 20 cm. c. Bagian dari pipa yang dilubangi dibalut dengan ijuk kemudian ijuk diikat dengan tali plastik d. Salah satu ujung pipa dibuat ulir. 2) Pemasangan pipa penyaring (lihat Gambar 2.).Pipa penyaring dipasang pada drum  pengendapan dan penyaringan dengan jarak 10 cm dari dasar drum. 3) Membuat drum pengendapan (lihat Gambar 2 dan 3) a. Buat lubang dengan bor besi 10 cm dari dasar pada dinding drum untuk pipa penyaring. b. Pasang pipa penyaring yang sudah dibalut pada soket yang sudahtersedia (lihat keterangan No.2) c. Pasang kran. d. Buat lubang pada dasar drum dengan tutup. 4) Membuat drum penyaring (lihat Gambar 2 dan 3) a. Buat lubang untuk pemasangan pipa penyaring dengan jarak 10 cm dari dasar drum. b. Isi drum berturut-turut dengan krikil setebal 20 cm, ijuk 5 cm, arang 10 cm, ijuk 10 cm dan potonganbata  10 cm. 5) Penyusunan drum endapan dan penyaringan (lihat Gambar 3) a. Drum pengendapan dan penyaringan disusun bertingkat. b. Kran-kran ditutup dan air diisikan ke dalam drum pengendapan c. Setelah 30 menit air dari drum pengendapan dialirkan ke dalam drum penyaringan. d. Aliran air yang keluar dari drum penyaringan disesuaikan dengan masukan dari drum pengendapan.
	Gambar 1. pipa penyaring
	Gambar 1. pemasangan pipa penyaring
	Gambar 1. cara kerja penyaring air
Keuntungan 1) Air hasil penyaringan cukup bersih untuk keperluan rumah tangga. 2) Membuatnya cukup mudah dan sederhana pemeliharaannya. 3) Bahan-bahan yang digunakan mudah didapatkan di daerah pedesaan. Kekurangan 1) Pemeliharaan memerlukan ketelitian dan cukup memakan waktu seperti : a. Drum pengendapan dan drum penyaring harus dibersihkan, jika aliran air yang keluar kurang lancar. Ijuk,   kerikil, potongan bata, pasir dicuci bersih, kemudian dijemur sampai kering.b. Arang tempurung biasanya paling lama 3 bulan sekali harus diganti dengan yang baru. c. Tidak bisa digunakan untuk menyaring air yang mengandung bahanbahan kimia seperti air buangan dari pabrik, karena cara ini hanya untuk menyaring air keruh, tapi bukan menyaring air yang mengandung zat kimia tertentu. 2) Untuk keperluan air minum harus dimasak terlebih dahulu sampai mendidih.