Sistem Filtrasi - Filter Kimia

Rasanya tidak mudah untuk mendefinisikan sebuah filter kimia, karena sepintas fungsinya hampir sama saja dengan sebuah filter mekanik.  Perbedaannya terletak pada ukuran partikel yang di"garap", oleh karena itu boleh dikatakan bahwa filter kimia adalah sebuah filter mekanik yang bekerja pada skala molekuler.  Seperti diungkapakan sebelumnya, filter mekanik bekerja dengan manangkap suspensi, maka filter kimia bekerja dengan menangkap bahan terlarut, seperti: gas, bahan organik terlarut, dan sejenisnya.  Mekanisme ini dilakukan dengan bantuan media filter berupa arang aktif, resin ion, dan zeolit, atau melalui fraksinasi air.

Filter kimia dapat melakukan fungsinya dengan tiga cara, yaitu:  (1) Serapan, (2) Pertukaran Ion, dan (3). Jerapan

Serapan (Absorpsi).

Absorpsi merupakan suatu proses dimana suatu partikel terperangkap kedalam struktur suatu media dan seolah-olah menjadi bagian dari keseluruhan media tersebut.  Proses ini dijumpai terutama dalam media karbon aktif.  Karbon aktif memiliki ruang pori sangat banyak dengan ukuran tertentu.  Pori-pori ini dapat menangkap partikel-partikel sangat halus (molekul)  dan menjebaknya disana. Dengan berjalannya waktu pori-pori ini pada akhirnya akan jenuh dengan partikel-partikel sangat halus sehingga tidak akan berfungsi lagi.  Sampai tahap tertentu beberapa jenis arang aktif  dapat di reaktivasi kembali, meskipun demikian tidak jarang yang disarankan untuk sekali pakai.  Reaktifasi karbon aktif sangat tergantung dari metode aktifasi sebelumnya, oleh karena itu perlu diperhatikan keterangan pada kemasan produk tersebut. 

Secara umum karbon/arang aktif biasanya dibuat dari arang tempurung dengan pemanasan pada suhu 600-2000°C pada tekanan tinggi. Pada kondisi ini akan terbentuk rekahan-rekahan (rongga) sangat halus dengan jumlah yang sangat banyak, sehingga luas permukaan arang tersebut menjadi besar. 1gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500m2, sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut, baik di air maupun di udara. Apabila dibiarkan di udara terbuka, maka dengan segera akan menyerap debu halus yang terkandung diudara(polusi). Dalam waktu 60 jam biasanya karbon aktif tersebut manjadi jenuh dan tidak aktif lagi. Oleh karena itu biasanya arang aktif di kemas dalam kemasan yang kedap udara.

Jerapan (Adsorpsi).

Jerapan adalah suatu proses dimana suatu partikel "menempel" pada suatu permukaan akibat dari adanya "perbedaan" muatan lemah diantara kedua benda (gaya Van der Waals), sehingga akhirnya akan terbentuk suatu lapisan tipis partikel-pertikel halus pada permukaan tersebut. Permukaan karbon yang mampu menarik molekul organik misalnya merupakan salah satu contoh mekanisme jerapan, begitu juga yang terjadi  pada antar muka air-udara, yaitu mekanisme yang terjadi pada suatu protein skimmer.  Molekul organik bersifat polar sehingga salah satu ujungnya akan cenderung tertarik pada air (disebut sebagai hidrofilik/suka air) sedangkan ujung yang lain bersifat hidrofobik (benci air).  Permukaan molekul aktif seperti ini akan tertarik pada antarmuka air-gas pada permukaan gelembung udara, sehingga molekul-molekul tersebut akan membentuk suatu lapisan tipis disana dan membentuk buih/busa. Dalam suatu protein skimmer; ketika gelembung udara meninggalkan air menuju tampungan busa, gelembung udara tersebut akan kolaps sehingga pada akhirnya bahan-bahan organik akan tertinggal pada tampungan busa yang bersangkutan.

Pertukaran Ion

Pertukaran ion merupakan suatu proses dimana ion-ion yang terjerap pada suatu permukaan media filter ditukar dengan ion-ion lain yang berada dalam air. Proses ini dimungkinkan melalui suatu fenomena tarik menarik antara permukaan media bermuatan dengan molekul-molekul bersifat polar.
Apabila suatu molekul bermuatan menyentuh suatu permukaan yang memiliki muatan berlawanan maka molekul tersebut akan terikat secara kimiawi pada permukaan tersebut.  Pada kondisi tertentu molekul-molekul ini dapat ditukar posisinya dengan molekul lain yang berada dalam air yang memiliki kecenderungan lebih tinggi untuk diikat.  Dengan demikian maka proses pertukaran dapat terjadi.  Media yang dapat melakukan proses pertukaran seperti ini diantaranya adalah Zeolit (baik alami atau buatan) dan resin.
Proses pertukaran yang  berlangsung  secara umum mengikuti kaidah-kaidah tertentu. yaitu:

Pertama kation-kation dengan valensi lebih besar akan dipertukarkan terlebih dahulu sebelum kation-kation dengan valensi lebih kecil. Sebagai contoh apabila didalam akuarium kita terdapat besi (ber-valensi 3), kalsium (ber- valensi 2) dan amonium (ber- valensi1 ) dalam jumlah yang sama, maka besi akan teleibh dahulu dijerap oleh zeolite, menyusul kalsium dan terakhir amonium. 

Kedua, kation yang konsentrasinya paling tinggi didalam akuarium akan dijerap telebih dahulu walaupun valensi lebihkecil. Sebagai contoh dalam kasus diatas, apabila konsentrasi (jumlah) amonium jauh lebih banyak dibandingkan denga besi dan kalsium, maka sesuai dengan aturan 2, amonium akan cenderung di jerap terlebih dahulu.

Dengan proses-proses tersebut diatas maka filter kimia dapat diberlakukan untuk "menjernihkan" air dari paritkel-partikel berukuran molekuler yang tidak bisa diproses secara mekanik atau biologi.  Beberapa hal yang bisa di hilangkan dengan filter kimia diantaranya adalah pengaruh racun, kesadahan, warna dan partikel organik terlarut.