Regenerasi Ion Exchange

Tahap regenerasi adalah operasi penggantian  ion yang terserap dengan  ion awal yang semula berada dalam  matriks resin dan pengembalian kapasitas ke tingkat awal atau ke tingkat yang diinginkan. Larutan regenerasi harus dapat menghasilkan titik puncak (mengembalikan waktu regenerasi dan jumlah larutan yang digunakan). Jika sistem dapat dikembalikan ke kemampuan pertukaran awal, maka ekivalen ion yang digantikan harus sama dengan ion yang dihilangkan selama tahap layanan.

Secara teoritik, jumlah  larutan regenerasi (dalam ekivalen) harus sama dengan jumlah ion (dalam ekivalen) yang dihilangkan (kebutuhan larutan regenerasi teoritik). Operasi regenerasi agar resin mempunyai kapasitas seperti semula sangat mahal, oleh sebab itu maka regenerasi hanya dilakukan untuk menghasilkan sebagian dari kemampuan pertukaran awal. Upaya tersebut berarti bahwa regenerasi ditentukan oleh tingkat regeneras yang diinginkan. Tingkat regenerasi dinyatakan sebagai jumlah larutan regenerasi yang digunakan per volume resin. Perbandingan kapasitas operasi yang dihasilkan pada tingkat regenerasi tertentu dengan kapasitas pertukaran yang secara teoritik yang dapat dihasilkan pada tingkat regenerasi itu disebut efisiensi regenerasi.

Efisiensi regenerasi resin penukar kation asam kuat yang diregenerasi dengan H2 anion basa kuat yang diregenerasi dengan NaOH antara 20-50%, oleh sebab itu pemakaian larutan regenerasi 2-5 kali lebih besar dari kebutuhan teoritik.  Besaran untuk menyatakan tingkat efisiensi penggunaan larutan regenerasi adalah  nisbah  regenerasi (regeneration ratio) yang didefinisikan sebagai berat larutan  regenerasi dinyatakan dalam ekivalen atau gram CaCO3 dibagi dengan beban pertukaran ion yang dinyatakan dalam satuan yang sama. Semakin rendah  nisbah regenerasi, semakin efisien penggunaan larutan regenerasi. Harga nisbah regenerasi merupakan kebalikan harga efisiensi regenerasi. Operasi regenerasi dilakukan dengan mengalirkan larutan regenerasi dari atas.

Proses regenerasi unit dilakukan dengan menginjeksi regeneran pada masing-masing unit. Regeneran untuk cation adalah HCl dan untuk anion NaOH.

Proses regenerasi :

• Backwash, yaitu mengalirkan air bersih ke arah berlawanan melalui tangki kation atau anion sampai air keluarannya bersih
• Melakukan slow rinse, yaitu mengalirkan air pelan-pelan untuk menghilangkan regeneran dalam resin
• Fast rinse, yaitu membilas unit dengan laju yang lebih cepat untuk menghilangkan sisa regeneran sebelum operasi.

Regenerasi Kation

Regenerasi kation dilakukan dengan cara mengganti kembali ion H⁺  yang telah jenuh dengan merekasikannya dengan H2SO4.

Beberapa tahapan yang dilakukan pada proses regenerasi kation :

• Backwash adalah suatu proses yang bertujuan untuk membuang/menghilangkan deposit kotoran yang menempel di resin.
• Pemberian asam tahap 1 yaitu dengan menginjeksikan H₂SO₄  1,75%
• Pemberian asam tahap 2 yaitu dengan menginjeksikan H₂SO₄  3,5%
• Pemberian asam tahap 3 yaitu dengan menginjeksikan H₂SO₄  5,25%
• Slow rinse dimaksudkan untuk pembilasan dan pengangkatan  kotoran yang telah di proses.
• Fast rince sama dengan slow rinse hanya saja melakukannya dengan debit air yang besar.

Regenerasi anion

Regenerasi  resin penukar anion sama dengan regenerasi kation, jika sudah jenuh maka dapat dikembalikan ke keadaan dengan menggunakan alkali. Soda kaustik dipakai sebagai penukar anion dari basa kuat.

Beberapa tahapan yang dilakukan pada proses regenerasi anion : 

1. Backwash adalah suatu  proses yang bertujuan untuk membuang/menghilangkan deposit kotoran yang menempel di resin.
2. Preheat bed
3. Caustic injection yaitu penambahan kaustik dengan cara menginjeksian NaOH 4%.
4. Slow rinse dimaksudkan untuk pembilasan dan pengangkatan kotoran yang telah di proses.
5. Fast rince sama dengan slow rinse hanya saja melakukannya dengan debit air yang besar.

Selama proses regenerasi, limbah air yang dihasilkan ditampung pada bak penampung regenerasi (neutral basin) untuk dinetralkan sebelum akhirnya dibuang.

Biasanya regenerasi dilakukan dengan melewatkan regeneran melalui bed resin penukar ion pada arah yang sama dengan air baku yang diolah; proses ini disebut regenerasi ‘co-current’. Jika regenerasi co-current (aliran ke bawah) terjadi, lapisan bawah kolom diregenerasi dengan buruk, kecuali jika digunakan regeneran asam atau basa dalam jumlah yang sangat besar. Di sisi lain, jika regenerasi dilakukan counter-current (dengan arah yang berlawanan), lapisan bawah resin yang jenuh lebih efektif diregenerasi. Proses ini terjadi pada pengurangan kebocoran natrium (pada penukar kation) dan silika (pada penukar anion) hingga tingkat pengurangannya sangat rendah selama siklus pertukaran. 

Pada studi lebih lanjut, teknik fluidisasi telah digunakan untuk demineralisasi. Pada proses ini, air mentah diolah dengan mengalirkan ke atas dan regenerasi dilakukan oleh regeneran (zat peregenerasi) melalui aliran ke bawah.

Skematik sistem 3-Resin Mixed Bed

Dalam produksi air deionisasi dapat dicapai dengan menggunakan bed bertingkat yang terdiri dari lapisan resin yang ditumpangkan dengan polaritas yang sama. Salah satu diantaranya asam atau basa lemah, sementara lainnya asam atau basa kuat. Selama regenerasi, resin asam lemah, yang lebih ringan dari resin asam kuat ditempatkan pada atas bed (Gambar 3). Aliran counter-current regeneran kemudian menuju ke atas melalui bed dan bertemu pertama kali dengan resin asam kuat, diikuti resin asam lemah. Sehingga regenerasi terjadi secara menyeluruh.

Dibandingkan dengan penukar ion tunggal (lemah atau kuat), regenerasi dengan aliran counter-current, bed bertingkat memiliki kapasitas pemasangan operasi per liter lebih besar. Resin kurang, karena itu diperlukan pengolahan volume air yang sama, dan efisiensi proses ditingkatkan dalam pengurangan konsumsi regeneran.

Rasio volume resin asam lemah (karboksilat) dengan volume bed total (pada Bed Bertingkat) akan lebih besar, waktu siklus yang lebih singkat dan semakin tinggi alkalinitas/zat padat terlarut dan  rasio kesadahan total. Kinerja Bed Bertingkat juga bergantung pada pemisahan yang baik antara dua penukar. Ini berarti bahwa pola aliran dalam kolom harus optimum agar pemisahan antara dua resin selama regenerasi terlihat jelas, yang mana ukuran partikel dari dua resin dipilih dengan hati-hati.

Beberapa kasus khusus ditemui di mekanisme demineralisasi. Pada unit aliran counter-current, hal yang sangat penting untuk menjaga kekompakan resin sepanjang waktu selama regenerasi dan lebih baik juga selama proses layanan. Pengganggu lainnya dari kation bed selalu mengarah ke kebocoran natrium. Unit aliran counter-current harus dioperasikan sedemikian rupa sehingga titik akhir natrium dan silika untuk unit kation dan anion tidak berlebih. Hal ini penting karena umpan untuk demineralisasi plant setelah pengolahan awal harus bebas dari berbagai residu klorin.