ION EXCHANGERION EXCHANGER

BMD Street Consulting (www.bmdstreet.com)

Training Wastewater Treatment & WWT Konsultan

Pendahuluan

� Apakah ion exchange itu?Proses pertukaran timbal balik antara ion yang terdapat di dalam air dengan ion yang ada padaresin ion exchange

� Resin penukar ion adalah suatu senyawa organikberstruktur tiga dimensi dengan ikatan silang danmempunyai gugus-gugus fungsi yang dapatterionisasi. Dengan demikian dapat dikatakan bahwaresin penukar ion terdiri dari fase organik padatyang tidak dapat larut dalam air yang padanyaterikat ion-ion bermuatan. Ion-ion inilah yang dapatdipertukarkan dengan ion-ion lain.

Contoh Struktur tiga dimensi resin penukar ion

Gambar Cation Resin

Gambar Anion Resin

Jenis-jenis ion

Jenis Media Ion Exchange

u2

Slide 8

u2 user, 7/18/2010

CATION EXCHANGERS

� ANORGANIK

sintetis : Zeolite

natural : greensand, clay

� ORGANIK

- Sulfonated Coal

- Sintetis : jenis phenolic & jenis Styrene Base

CATION EXCHANGERS

� ORGANIK

sebagian besar yang digunakan di industri adalah styrene base, karena memiliki kestabilan pada suhu tinggi (300oF) dan rentang pH yg besar (strong tinggi (300oF) dan rentang pH yg besar (strong acid resins), tahan terhadap senyawa2 pengoksidasi.

CaSO4 � � NaSO4

Cation[ Na+]

Exchanger

CATION EXCHANGERS

� Strong Acid Resins

Strong acid resins: resin-resin dalam bentuk asam dan garam (R-SO3H & R-SO3Na) yang dapat meremove garam-garam logam yang meremove garam-garam logam yang dipertukarkan dengan ion Na+ dan H+ dengan rentang pH yang luas.

Umumnya dalam proses Deionisasi menggunakan resin asam kuat H+ form, sedangkan resin asam kuat Na+ form digunakan dalam water softening.

CATION EXCHANGERS

� ORGANIK

Sedangkan untuk resin kation exchange asam lemah mengandung senyawa2 karboksilat ataupun phenolic (weak Acid resins). Bekerja dengan cara phenolic (weak Acid resins). Bekerja dengan cara melepas ion-ion hidrogennya yang kemudian berikatan dengan ion2 bikarbonat , seperti pada senyawa Ca(HCO3)2.

Ca(HCO3)2 � � H2CO3Cation[ H+]

Exchanger

CATION EXCHANGERS

� Weak acid Resins

Weak acid resins: merupakan resin-resin yang tergolong grup asam karboksilat (COOH), resin ini terdisosiasi lebih lemah, yang dipertukarkan dalam terdisosiasi lebih lemah, yang dipertukarkan dalam resin ini yaitu ion hidrogen dengan kondisi pH<6

ANION EXCHANGERS

� ANORGANIK

Natural : Dolomit

Sintetis : heavy metal silicates, metallic oxides

� ORGANIK (sintetis)

- Basa Lemah : NH4OH,

- Basa kuat : NaOH

ANION EXCHANGERS

� ORGANIK (sintetis)

Resin anion basa kuat (strong base anion resins) yang umum digunakan untuk water deionization dengan mempertukarkan ion OH-, dapat dengan mempertukarkan ion OH-, dapat digunakan pada rentang pH yang luas, dapat bereaksi dengan anion-anion dalam larutan dan mengkonversi larutan asam menjadi pure water.

H2SO4 � � H2O Anion[ OH- ]

Exchanger

ANION EXCHANGERS

� ORGANIK (sintetis)

Resin anion basa lemah (weak base anion resins) (RNH2OH) hanya dapat digunakan sebagai absorber asam kuat dengan kondisi pH larutan>7.absorber asam kuat dengan kondisi pH larutan>7.

� Reaksi penukaran ion terjadi karena perbedaan afinitas atau daya ikat ion-ion

� Contoh Reaksi pertukaran kation:

R-H + Na+ → R – Na + H+

REAKSI PENUKARAN ION

R-H + Na+ → R – Na + H+

� Contoh Reaksi pada pertukaran anion

R-OH + Cl → R – Cl + OH -

� Reaksi pertukaran bersifat reversibel atau dapat berbalik dan disesuaikan dengan stoichiometri reaksi.

� Resin dapat diregenerasi dengan reaksi

REAKSI PENUKARAN ION

� Resin dapat diregenerasi dengan reaksi reversibelnya

Reaksi Ionisasi :

2(R-SO3H) + NiSO4 = (R-SO3)2Ni + H2SO4

Reaksi Regenerasi :

(R-SO3)2Ni + H2SO4 = 2(R-SO3H) + NiSO4

� Reaksi penukaran ion pada proses Softening (Cation Exchanger)

CaSO4 � Na+ � Na2SO4

Ca(HCO3)2 � Na+ � NaHCO3

REAKSI PENUKARAN ION

� Reaksi penukaran ion Dealkalization (Anion Exchanger )

Na2SO4 � Cl-� NaCl

NaHCO3 � Cl-� NaCl

� Reaksi penukaran ion Demineralisasi (Cation-Anion Exchanger)

Ca(HCO3)2 � H+ � H2CO3 � OH-� H2O

KAPASITAS PENUKARAN ION

Kemampuan resin untuk menukar ionnya merupakan ukuran penting dalam aplikasi industri.

Dengan mengukur kapasitas kita dapat memilih resin yang terbaik dengan harga murah dan dapat yang terbaik dengan harga murah dan dapat mendesain alat serta mengevaluasi kerusakan resin.

Jumlah ion yang dapat ditukar oleh resin persatuan volume atau berat

untuk kation : 2-3 meq/mL

untuk anion : 1-2 meq/mL

KAPASITAS PENUKARAN ION

Dalam menentukan besarnya kapasitas penukaran ion dengan mudah dapat ditentukan di laboratorium dengan cara titrasi biasa.

REGENERASI ION EXCHANGER

3 Tahap umum dalam REGENERASI ION EXCHANGER :

1. Tahap Backwash � pencucian dengan air1. Tahap Backwash � pencucian dengan air

2. Tahap Recharge / Regeneration � pengaliran regenerant

3. Tahap Rinse � pembilasan kembali dengan air

REGENERASI ION EXCHANGER

Exchanger Type Regenerant Regenerant

Dosage (lb/ft3)

Operating

Capacity

(kg/ft3)

Cation (high capacity) Salt 6 – 8

10 – 15

20 – 24

25 – 30 10 – 15 25 – 30

Cation (high capacity) Sulfuric Acid 4 – 6

8 – 10

10 – 12

14 – 16

Anion (weak base) Ammonia

Soda ash

1.5 – 2

3 – 5

20 – 22

12 – 15

Anion (strong base) Caustic 3.5 – 5 10 – 12

REGENERASI ION EXCHANGER

KERUSAKAN RESIN

Meskipun resin dapat diregenerasi, tetapi resin tidak dapat bertahan selamanya, kerusakan dapat terjadi akibat :

�Oksidasi�Oksidasi

disebabkan adanya Cl2(klorin) dan ozon dalam air menyebabkan terputusnya ikatan silang dan gugus penukar ion menjadi inaktif, maka perlu dipasang adsorbent karbon sebelum kolom resin.

KERUSAKAN RESIN

� Fouling

Pori-pori resin dpt tertutup oleh penyerapan zat organik irreversibel atau partikel koloid.

maka perlu dilakukan penyaringan air dan maka perlu dilakukan penyaringan air dan adsorbent carbon untuk mencegahnya.

� Hancur

Resin dapat cepat hancur jika dialirkan air dengan tekanan yang terus menerus, ataupun karena resin yang sempat mengering.

Kelebihan ion exchange

Kekurangan ion exchange

Aplikasi Ion Exchange padaPengolahan Air

4. Detoksifikasi air limbah dan daur ulang

Dengan kemempuan menukar ion, resin berpotensi dalam pengolahan limbah.

logam berat dapat diserap dengan resin penukar logam berat dapat diserap dengan resin penukar kation

polutan anion beracun dapat diserap dengan resin penukar anion.

ION EXCHANGER in Water Softener

Water Softener sering dikatakan sebagai alat “filter” yang menghilangkan Calcium dan Magnesium dalam Hard Water dengan menggunakan plastic beads yang mengandung ion-ion positif (resin cation) dan dapat membersihkan dengan sendirinya cation) dan dapat membersihkan dengan sendirinya secara periodik yg dsbt dengan “regenasi” .

3 komponen dalam water softener : Mineral Tank, Brine Tank, dan Control Valve.

A. MINERAL TANK

Merupakan tank tempat terjadinya proses. Hard water masuk ke dalam tank kemudian melewati plastic beads yang terbuat dari polystyrene (resin beads) yang memiliki muatan negatif yang mengikat Na+

ION EXCHANGER in Water Softener

yang memiliki muatan negatif yang mengikat Na+ atau K+.

Mg dan Ca yang bermuatan + dalam hard water akan tertarik pada plastic beads tersebut, sehingga ion Na+ terlepas dari ikatannya dan ion Ca & Mg tertinggal pada plastic beads.

B. BRINE TANK

merupakan suatu tank yang berisi larutan garam jenuh. Umumnya garam yang

ION EXCHANGER in Water Softener

digunakan berupa garam Natrium, namun dibeberapa tempat larutan garam Natrium diganti dengan garam Kalium yang lebih stabil dari gangguan bakteri dan lebih ramah lingkungan.

C. CONTROL VALVE

merupakan katup pengontrol sistem water softener untuk

ION EXCHANGER in Water Softener

water softener untuk menentukan kapan saat nya “regenerasi” dilakukan karena plastic beads sudah mulai jenuh dengan Ca & Mg.

REGENERASI Water Softener

BACKWASH

� Proses awal regenerasi dimana valve mengalirkan � Proses awal regenerasi dimana valve mengalirkan air ke dalam mineral tank untuk membuang kotoran-kotoran yang menyumbat beads

RECHARGE/REGENERATION

� Larutan garam jenuh dari Brine tank dipompakan kedalam mineral tank.

REGENERASI Water Softener

kedalam mineral tank.

� Dengan tinggi nya konsentrasi larutan garam tersebut dgn muatan positif yang dibawanya maka akan tertarik pada plastic beads, sehingga mendorong ion Ca & Mg untuk lepas dari plastic beads.

RINSE

� Proses akhir regenerasi yaitu pembilasan beads

REGENERASI Water Softener

� Proses akhir regenerasi yaitu pembilasan beads dengan air bertujuan untuk membuang/mendorong ion-ion yang tidak diinginkan dalam beads.

Hub kami untuk kebutuhan Training dan Konsultasi Wastewater Treatmentdi no tlp: (021) 3280 50 64 atau kunjungi www.bmdstreet.com