RANCANG BANGUN
BIOSAND FILTER AIR SADAH

A.Sains

Air merupakan kebutuhan utama bagi kehidupan manusia, oleh karena itu jika kebutuhan air belum terpenuhi baik secara kuantitas maupun kualitas, maka akan menimbulkan dampak sosial dan ekonomi masyarakat. Salah satu parameter kimia dalam persyaratan kualitas air adalah jumlah kandungan unsur Ca2+ dan Mg2+ yang menyebabkan kesadahan air. 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. Kesadahan air dibedakan menjadi dua macam, yaitu kesadahan sementara dan kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh garam-garam karbonat ( CO32-) dan bikarbonat (HCO3-) dari kalsium dan magnesium, kesadahan ini dapat dihilangkan dengan cara pemanasan atau dengan pembubuhan kapur tohor. Tingkat kesadahan di berbagai tempat berbeda-beda, pada umumnya air tanah mempunyai tingkat kesadahan yang tinggi karena mengalami kontal dengan batuan kapur yang ada di lapisan tanah. Tingkat kesadahan air digolongkan seperti dalam tabel berikut ini.

Mg/l CaCO3 Tingkat Kesadahan
0-75 Lunak
75-150 Sedang
150-300 Tinggi
>300 Tinggi sekali

Kesadahan tetap disebabkan oleh adanya garam-garam klorida (Cl-) dan sulfat (SO42-) dari kalsium dan magnesium. Kesadahan ini tidak dapat dihilangkan dengan cara pemanasan, tetapi dapat dengan cara lain dan salah satunya adalah proses penukar ion menggunakan zeolite. Air sadah yang dialirkan melalui kolom zeolite akan mengalami pertukaran ion yaitu ion Ca dan Mg dalam air sadah ditukar dengan ion Na dalam zeolite. Reaksi yang terjadi pada saat proses pelunakan air sadah sebagai berikut:

Na2Z + Ca2+ CaZ + 2 Na+
Na2Z + Mg2+ MgZ + 2 Na+

Pertukaran ion di atas berlangsung terus menerus sampai suatu saat ion Na dalam zeolite habis, pada keadaan ini perlu adanya proses regenerasi dengan cara mengalirkan larutan garam dapur (NaCl 10-25% ) ke dalam kolom zeolite yang telah jenuh. Pada proses regenerasi ini akan terjadi pertukaran ion Na dalam garam ke dalam zeolite untuk menggantikan ion Ca dan Mg sebagai berikut:

CaZ + 2NaCl Na2Z + CaCl2
MgZ + 2NaCl Na2Z + MgCl2

Keunggulan menggunakan zeolite untuk pelunakan air sadah adalah:
1. Mudah dibuat dalam skala rumah tangga
2. Dapat dibuat kontinyu
3. Presentase pengurangan kesadahan relative besar
4. Harga relatif murah dan mudah diperoleh
Namun demikian ada juga beberapa kekurangan dalam menggunakan zeolite untuk pelunakan air sudah yaitu:
1. Tidak dapat digunakan pada air yang mengandung kekeurhan > 10mg/l
2. Efisiensi zeolite akan berkurang apabila air mengandung unsur-unsur : minyak, H2S, mengandung ion Fe2+ atau Mn > 2mg/l dan mengandung sodium yang tinggi
3. Tidak dapat digunakan pada air yang kesadahannya > 800mg/l

Berdasarkan karakteristik di atas, maka proses pelunakan air sadah dengan menggunakan zeolite lebih baik melalui pre-treatment yaitu suatu proses pengolahan sebelum proses penukar ion. Sebagai contoh menambahkan pasir halus dan kerikil kecil/besar.

B.Teknologi


BIOSAND FILTER adalah teknologi pengolahan air yang diadaptasi dari slow sand filter yang mempunyai ukuran lebih kecil dan sangat cocok untuk skala rumah tangga. BSF terdiri dari lapisan kerikil yang diletakkan di bagian terbawah, ditutupi oleh lapisan kerikil pemisah dan lapisan pasir flitrasi secara berturut-turut. Sekitar 5 cm di atas lapisan pasir filtrasi terdapat diffuser. Pipa mengalirkan air secara vertikal. Pada rancang bangun ini, susunan dalam BSF ditambahkan batu zeolite sebagai penukar ion Ca2+ dan ion Mg2+.

Berikut Susunan Bahan dalam Biosand Filter yang akan kalian buat untuk menurunkan kesadahan air:


Gambar 1. Biosand Filter (Astono, Juli dkk :2017)

C.Engineering

Kalian dapat membuat Biosand Filter menggunakan alat dan bahan yang mudah diperoleh di sekitar kalian. Alat dan bahan sebagai berikut:

Alat Bahan
Ember Pasir halus
Gergaji Kapas filter akuarium/kapas biasa
Lem pipa Batu zeolite
Diffuser Kerikil kecil
Selang kecil Kerikil besar


Setelah alat dan bahan lengkap, sekarang buatlah Biosand Filter air sadah dengan Langkah-langkah berikut:
1. Mencuci ember dan selang dengan air bersih, kemudian merangkai alat seperti dalam gambar 1.
2. Mencuci bahan-bahan (kecuali kapas) dengan air bersih sampai 5 kali.
3. Menyusun bahan-bahan ke dalam ember dengan urutan:
a. Kapas filter akuarium 1 cm
b. Kerikil besar 3 cm
c. Kerikil kecil 1 cm
d. Batu zeolite 2 cm
e. Pasir halus 3 cm
4. Mengulang Langkah 1-3 dengan variasi susunan batu zeolite setebal 4 cm dan 6 cm.
5. Mengalirkan air sadah ke dalam Biosand Filter.
6. Menentukan ketebalan batu zeolite yang lebih efektif dalam mengurangi tingkat kesadahan air.

D.Matematika

Setelah kalian merancang dan menggunakan Biosand Filter air sadah, selanjutnya kalian dapat menentukan ketebalan zeolite yang paling efektif untuk menurunkan kesadahan air.

Rumus perhitungan kesadahan air:

mg/L kesadahan = \(\frac{1000 x Vt x N BM CaCl_2}{Vc}\)
Vt : Volume titrasi
Vc : Volume contoh/sampel
N : Normalitas EDTA


Ketebalan zeolit Vc Vt N BM CaCl2 Kesadahan (mg/L)
2 cm Sebelum .............. .............. .............. .............. ..............
Sesudah .............. .............. .............. .............. ..............
4 cm Sebelum .............. .............. .............. .............. ..............
Sesudah .............. .............. .............. .............. ..............
6 cm Sebelum .............. .............. .............. .............. ..............
Sesudah .............. .............. .............. .............. ..............