Apa yang disebut batas kekerasan karbonat (Hj) mengacu pada nilai kritis di mana CaCO₃ tidak mengendap pada kondisi dan suhu kualitas air tertentu, di mana CO₂ bebas tidak ada atau minimal. Biasanya, dalam sistem air pendingin, nilai ini berkisar antara 2 hingga 4,5 mg setara/L. Namun, dengan menambahkan inhibitor asam dan kerak, sistem air pendingin dapat mempertahankan tingkat kekerasan karbonat yang lebih tinggi. Artikel ini menjelaskan hubungan antara penghambat kerak untuk air pendingin dan batas kekerasan karbonat, memberikan informasi yang berguna bagi para profesional pengolahan air.
1. Penambahan Asam dan Batasi Kekerasan Karbonat
Dengan menambahkan asam ke dalam air makeup, kekerasan karbonat diubah menjadi kekerasan non-karbonat dengan kelarutan lebih tinggi (seperti CaSO₄ dan CaCl₂), yang mengurangi kekerasan karbonat dari air yang bersirkulasi ke tingkat di bawah batas kekerasan karbonat, sehingga mencegah penskalaan. Reaksi kimia tersebut adalah sebagai berikut:
Terus bagikan metode penghitungan jumlah asam yang akan ditambahkan berdasarkan kekerasan karbonat dan batas kekerasan karbonat (Hj), seperti terlihat pada rumus berikut.
Dalam rumus:
G adalah jumlah asam yang ditambahkan, kg/jam;
E adalah massa molar asam, untuk asam sulfat, E = 49, dan untuk asam klorida, E = 36,5;
Qm adalah volume air tambahan dari air pendingin yang bersirkulasi, m³/jam;
α adalah konsentrasi asam;
HB adalah kekerasan karbonat dari air tambahan, mmol/L;
H′B adalah kekerasan karbonat dari air tambahan setelah perlakuan asam, mmol/L.
H′B dapat dihitung sebagai berikut.
Dalam rumus: N adalah kelipatan konsentrasi; Hj adalah batas kekerasan karbonat dari sistem air pendingin yang bersirkulasi, dalam mmol/L.
Batas kekerasan karbonat dari air yang bersirkulasi setelah menambahkan asam, tanpa inhibitor skala, dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:
Dalam rumus, [O] mewakili konsumsi oksigen, dalam mg/L; t mewakili suhu air yang bersirkulasi, dalam ℃.
Hf′ adalah kekerasan non-karbonat setelah perlakuan dengan asam yang ditambahkan ke air tambahan, dalam mmol/L, dan dapat dihitung menggunakan rumus berikut:
2. Penggunaan Scale Inhibitor dengan Acid Treatment untuk Membatasi Kekerasan Karbonat
Saat menggunakan perlakuan asam untuk membatasi kekerasan karbonat bersama dengan penghambat kerak, jenis penghambat kerak yang digunakan harus menentukan nilai Hj yang sesuai. Inhibitor skala umum termasuk polifosfat, fosfonat organik (garam), dan asam poliakrilat.
Inhibitor Skala Polifosfat
Polifosfat terutama mengacu pada natrium polifosfat, bentuk yang umum digunakan adalah natrium heksametafosfat (juga dikenal sebagai natrium polimetafosfat) dan natrium tripolifosfat. Inhibitor ini membubarkan dan menstabilkan partikel koloid dan memiliki kemampuan khelasi yang kuat untuk ion kalsium dan magnesium. Natrium polifosfat tidak hanya berfungsi sebagai penghambat kerak tetapi juga memiliki sifat penghambatan korosi. Sifat spesifiknya bervariasi tergantung pada struktur molekul [NaPO₃] n , dimana nilai n menentukan karakteristik. Natrium heksametafosfat memiliki rumus kimia [NaPO₃]₆ONa₂ dan merupakan polimer natrium metafosfat (NaPO₃). Bila digunakan sebagai penghambat kerak, batas kekerasan karbonat Hj dari air yang bersirkulasi dapat diperkirakan dengan rumus berikut. Dosis khas natrium heksametafosfat berkisar antara 1 hingga 5 mg/L, dengan batas atas digunakan untuk air dengan kekerasan karbonat tinggi. Natrium tripolifosfat (Na₅P₃O₁₀) memiliki kemampuan yang kuat untuk mengkelat ion kalsium, dengan dosis tipikal 2 hingga 5 mg/L, dan Hj = 5 mmol/L.
Kelemahan polifosfat adalah kecenderungannya untuk terurai menjadi ortofosfat dalam air, suatu proses yang dikenal sebagai hidrolisis polifosfat. Derajat hidrolisis dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti pH, suhu, waktu, dan aktivitas mikroba. Hidrolisis berkorelasi positif dengan suhu air dan waktu kontak, meskipun terjadi pada laju yang relatif lambat, dengan laju hidrolisis tipikal antara 11% dan 35%.
Fosfonat Organik dan Garamnya
Inhibitor skala ini efektif dan juga memberikan penghambatan korosi, menjadikannya inhibitor tujuan ganda. Banyak dari sifat mereka mirip dengan polifosfat, tetapi mereka lebih stabil dan kurang rentan terhadap hidrolisis, bahkan pada suhu yang lebih tinggi. Namun, fosfonat organik dapat bersifat korosif terhadap tembaga, sehingga tidak cocok untuk digunakan dalam sistem penukar panas tembaga. Fosfonat organik umum dan garamnya yang digunakan di dalam negeri termasuk asam hidroksietilidena difosfonat (HEDP), asam aminotrimetilen fosfonat (ATMP), dan etilendiamintetra(asam metilenfosfonat) (EDTMP). Ketika digunakan bersama dengan polifosfat, inhibitor ini dapat memiliki efek sinergis, meningkatkan kekerasan karbonat pembatas dari sirkulasi air dan mengurangi dosis masing-masing agen. Kekerasan karbonat pembatas khas untuk inhibitor ini adalah sebagai berikut:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polimer Polikarboksilat
Polimer polikarboksilat adalah polimer yang mengandung gugus fungsi karboksil (gugus karboksil) atau turunan asam karboksilat. Anion karboksilat (COO⁻) menentukan karakteristik polimer ini, dimana M mewakili kation monovalen, hidrogen, atau gugus amina. Setelah dimasukkan ke dalam air, gugus karboksilat berdisosiasi menjadi COO⁻ dan M⁺, dengan COO⁻ bertanggung jawab atas penghambatan kerak. Inhibitor skala polikarboksilat yang umum digunakan di dalam negeri termasuk asam poliakrilat, natrium poliakrilat, polimetil metakrilat, kopolimer asam akrilat dan hidroksipropil akrilat, kopolimer asam akrilat dan akrilat, dan poli(asam maleat) terhidrolisis (anhidrida). Dosis khas dan nilai kekerasan karbonat pembatas yang sesuai adalah sebagai berikut:
Asam poliakrilat: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Natrium poliakrilat: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poli(asam maleat): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Summary
Dengan mengontrol batas kekerasan karbonat dalam sirkulasi sistem air pendingin, pembentukan kerak dapat dicegah. Menggunakan metode di atas untuk menghitung dosis asam dan inhibitor skala yang tepat, bersama dengan sistem yang diijinkan membatasi kekerasan karbonat dalam kondisi operasi tertentu, membantu mencegah masalah penskalaan sementara juga mengurangi biaya kimia.
