CARA MENGHILANGKAN ZAT BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) DALAM AIR

By | November 21, 2018

            Baik besi maupun mangan, dalam air biasanya terlarut dalam bentuk senyawa atau garam bikarbonat, garam sulfat, hidroksida dan juga dalam bentuk kolloid atau dalam keadaan bergabung dengan senyawa organik. Oleh karena itu cara pengolahannyapun harus disesuaikan dengan bentuk senyawa besi dan mangan dalam air yang akan diolah. Ada beberapa cara untuk menghilangkan zat besi dan mangan dalam air salah satu diantarannya yakni dengan cara oksidasi, dengan cara koagulasi, cara elektrolitik, cara pertukaran ion, cara filtrasi kontak, proses soda lime, pengolahan dengan bakteri besi dan cara lainnya.

            Proses penghilangan besi dan mangan dengan cara oksidasi dapat dilakukan dengan tiga macam cara yakni oksidasi dengan udara atau aerasi, oksidasi dengan khlorine (khlorinasi) dan oksidasi dengan kalium permanganat. Selain dengan cara oksidasi, penghilangan senyawa besi dan mangan dalam air yang umum digunakan khususnya untuk skala rumah tangga yakni dengan mengalirkan ke suatu filter dengan media mangan zeolit.

2.1. Menghilangkan Besi dan Mangan Dengan Cara Oksidasi.

            Proses penghilangan besi dan mangan dengan cara oksidasi dapat dilakukan dengan tiga macam cara yaitu :

2.1.1. Oksidasi dengan Udara (Aerasi)

            Adanya kandungan alkalinity, (HCO3) yang cukup besar dalam air, akan menyebabkan senyawa besi atau mangan berada dalam bentuk senyawa ferro bikarbonat, Fe(HCO3)2 atau mangano bikarbonat, Mn(HCO3)2. Oleh karena bentuk CO2 bebas lebih stabil daripada (HCO3), maka senyawa bikarbonat cenderung berubah menjadi senyawa karbonat.

            Fe(HCO3)===> FeCO+ CO2 + H2O

            Mn(HCO3)===> MnCO3 + CO2 + H2O

            Dari reakasi tersebut dapat dilihat, jika CO2 berkurang, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke kanan dan selanjutnya reaksi akan menjadi sebagai berikut :

            FeCO+ CO===> Fe(OH)2 + CO2

            MnCO3 + CO2 ===> Mn(OH)2 + CO2

            Baik hidroksida besi (II) maupun hidroksida mangan (II) masih mempunyai kelarutan yang cukup besar, sehingga jika terus dilakukan oksidasi dengan udara atau aerasi akan terjadi reaksi (ion) sebagai berikut:

            4 Fe2+ + O2 + 10 H2O ===> 4 Fe(OH)3 + 8 H+

            2 Mn2+ + O2 + 2 H2O ===> 2 MnO2 + 4 H+

            Sesuai dengan reaksi tersebut, maka untuk mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan 0,14 mg/l oksigen dan setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 0,29 mg/l. Pada pH rendah, kecepatan reaksi oksidasi besi dengan oksigen (udara) relatif lambat, sehingga pada prakteknya untuk mempercepat reaksi dilakukan dengan cara menaikkan pH air yang akan diolah. Pengaruh pH terhadap oksidasi besi dengan udara (aerasi) dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Pengaruh pH terhadap oksidasi besi dengan udara.

Air Baku Konsentrasi Fe setelah aerasi
pH Air Fe (ppm) 15 menit 30 menit 60 menit
5,0 10,0 9,0 7,5
5,5 10,0 5,5 4,6 4,0
5,95 10,0 5,0 4,0 3,5
6,15 10,0 4,4 3,5 2,5
6,5 10,0 2,8 1,8 0,3
6,65 10,0 0,7 0,2 0,1
6,8 10,0 0,2 0,1 < 0,1
7,0 10,0 0,1 < 0,1 < 0,1
7,45 10,0 0,1 < 0,1 < 0,1
8,05 10,0 < 0,1 < 0,1 < 0,1

Catatan : Air baku yang digunakan adalah air tanah. 
Konsentrasi Fe setelah diaerasi dan disaring dengan kertas saring.
Sumber : Tatsumi Iwao, 1971.

2.1.2. Oksidasi dengan Khlorine (Khlorinasi)

            Khlorine, Cl2 dan ion hipokhlorit, (OCl)- adalah merupakan bahan oksidator yang kuat sehingga meskipun pada kondisi pH rendah dan oksigen terlarut sedikit, dapat mengoksidasi dengan cepat. Reaksi oksidasi antara besi dan mangan dengan khlorine adalah sebagai berikut:

            2 Fe2+ + Cl2 + 6 H2O ==> 2 Fe(OH)3 + 2 Cl- + 6 H+

            Mn2+ + Cl2 + 2 H2O ==> MnO2 + 2 Cl- + 4 H+

            Berdasarkan reaksi tersebut di atas, maka untuk mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan 0,64 mg/l khlorine dan setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 1,29 mg/l khlorine. Tetapi pada prakteknya, pemakaian khlorine ini lebih besar dari kebutuhan teoritis karena adanya reaksi-reaksi samping yang mengikutinya. Disamping itu apabila kandungan besi dalam air baku jumlahnya besar, maka jumlah khlorine yang diperlukan dan endapan yang terjadi juga besar sehingga beban flokulator, bak pengendap dan filter menjadi besar pula.

            Berdasarkan sifatnya, pada tekanan atmosfir khlorine adalah berupa gas. Oleh karena itu, untuk mengefisienkannya, khlorine disimpan dalam bentuk cair dalam suatu tabung silinder bertekanan 5 sampai 10 atmosfir. Untuk melakukan khlorinasi, khlorine dilarutkan dalam air kemudian dimasukkan ke dalam air yang jumlahnya diatur melalui orifice flowmeter atau dosimeter yang disebut khlorinator. Pemakaian kaporit atau kalsium hipokhlorit untuk mengoksidasi atau menghilangkan besi dan mangan relatif sangat mudah karena kaporit berupa serbuk atau tablet yang mudah larut dalam air.

2.1.3. Oksidasi dengan kalium permangganat

            Untuk menghilangkan besi dan mangan dalam air, dapat pula dilakukan dengan mengoksidasinya dengan memakai oksidator kalium permanganat dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

            3 Fe2+ + KMnO4 + 7 H2O ==> 3 Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5 H+

            3 Mn2+ + 2 KMnO4 + 2 H2O ==> 5 MnO2 + 2 K+ + 4 H+

            Secara stokhiometri, untuk mengoksidasi 1 mg/l besi diperlukan 0,94 mg/l kalium permanganat dan untuk 1 mg/l mangan diperlukan 1,92 mg/l kalium permanganat. Dalam prakteknya, kebutuhan kalium permanganat ternyata lebih sedikit dari kebutuhan yang dihitung berdasarkan stokhiometri. Hal ini disebabkan karena terbentuknya mangan dioksida yang berlebihan yang dapat berfungsi sebagai oksidator dan reaksi berlanjut sebagai berikut :

            2 Fe2+ + 2 MnO2 + 5 H2O ==> 2 Fe(OH)3 + Mn2O3 + 4 H+

            3 Mn2+ + MnO2 + 4 H2O ==> 2 Mn2O3 + 8 H+

2.2. Menghilangkan Besi dan Mangan dengan Cara Koagulasi

            Proses menghilangkan besi dan mangan dengan koagulasi dapat dilakukan dengan dua macam cara yaitu :

2.2.1. Proses Koagulasi dengan Penambahan Bahan Koagulan.

            Sebagaimana diketahui pada bab-bab terdahulu bahwa zat besi dan mangan banyak terdapat dalam air tanah dan pada umumnya berada dalam bentuk senyawa valensi 2 atau dalam bentuk ion Fe2+  dan Mn2+Lain halnya jika besi dan mangan tersebut berada dalam air dalam bentuk senyawa organik dan kolloid, misalnya bersenyawa dengan zat warna organik atau asam humus (humic acid), maka keadaan yang demikian susah dihilangkan baik dengan cara aerasi, penambahan khlorine maupun dengan penambahan kalium permangganat. Adanya partikel-partikel halus Fe(OH)3.n H2O air juga sukar mengendap dan menyebabkan air menjadi keruh.

            Untuk menghilangkan zat besi dan mangan seperti pada kasus tersebut di atas, perlu dilakukan koagulasi dengan membubuhkan bahan koagulan, misalnya aluminium sulfat, Al2(SO4).nH2O dalam air yang mengandung kolloid. Dengan pembubuhan koagulan tersebut, kolloid dalam air menjadi bergabung dan membentuk gumpalan (flock) kemudian mengendap. Setelah kolloid senyawa besi dan mangan mengendap, kemudian air disaring dengan saringan pasir cepat atau saringan pasir lambat.

2.2.2. Proses Koagulasi dengan Cara Elektrolitik

            Ke dalam air baku dimasukkan elektroda dari lempengan logam aluminium (Al) yang dialiri dengan listrik arus searah. Dengan adanya arus listrik tersebut, maka elektroda logam Al tersebut sedikit demi sedikit akan larut ke dalam air membentuk ion Al3+, yang oleh reaksi hidrolisa air akan membentuk Al(OH)3 merupakan koagulan yang sangat efektif. Dengan terbentuknya Al(OH)3.nH2O dan besi organik serta partikel-pertikel kolloid lain yang bermuatan negatif akan tertarik oleh ion Al3+ sehingga menggumpal menjadi partikel yang besar, mengendap dan dapat dipisahkan. Cara ini sangat efektif, tetapi makin besar skalanya maka kebutuhan listriknya makin besar pula.

Tinggalkan Balasan