TUGAS IV

TEKNOLOGI PENGELOLAAN DAN

PEMANFAATAN LIMBAH GAS

(Teknologi Pengolahan Pencemaran Limbah Gas)

Ir. Supranto, M. Sc, Ph.D

Oleh :

Desi Erlita, S.T

10/ 310492/ PTK/ 07269

TEKNOLOGI PENGELOLAAN DAN PEMANFAATAN SAMPAH/LIMBAH PERKOTAAN

MAGISTER SISTEM TEKNIK

UNIVERSITAS GAJAH MADA

YOGYAKARTA

2011

Sistem Pencemaran Udara

Mixing &Trasnformasi

Pencemar

Kimia

Sumber Emisi

-Antropogenik

-Biogenik

Atmosfer

-Dilusi

-Reaksi

Reseptor

-Manusia

-Tumbuhan

-Hewan

-Material

Jenis dan Karakteristik Pencemar Udara

Berdasarkan Kondisi FisiknyaKlasifikasiSub-KlasifikasiPencemarPartikulatSolidDebu, smoke, fumes, fly ashPartikulatLiquidMish, sprayOrganikHidrokarbonHexana, benzena, metana, butana,butadienaOrganikAldehide dan KetonFormadehyde, acetoneOrganikOrganik lainnyaAlkohol, Chloronated hidrocarbonAnOrganikOksida KarbonCO, CO2AnOrganikOksida SulfurSO2, SO3AnOrganikOksida NitrogenNO2, NO, N2OAnOrganikAnorganik lainnyaH2S, HF, NH4

Jeni

n Karakteri tik Pencemar Udara

Berdasarkan Reaksi yang Terjadi

-Pencemar Primer : Langsung dari sumber

C nt

: Parti ulat SO2, NOx, CO, dll

-Pencemar Sekunder : terbentuk olehinteraksi kimiawi antara pencemar primerdan senyawa-senyawa penyusun atmosferalamiah

Contoh : NO2, Ozon-O3, asam Sulfat, asamnitrat, Peroxy Acetyl Nitrate (PAN)

Jenis dan Karakteristik Pencemar Udara

Mekanisme Reaksi di Atmosfer

-Pencemar CO dan NO diemisikanpagi hari dari kendaraan bermotor

-Puncak konsentrasi CO dan NOterjadi pada waktu pagi hari

-Pencemar sekunder : NO2 dan O3terbentuk pada waktu siang hari(reaksi pencemar primer dengansinar matahari)

Konsentras ence ar Udara se ama 24 jam dikota Los Ange es California, 16 Juli 1965

Fenomena Pencemaran Udara

1. Long Distance Transport

Perpindahan pencemar dari sumbernyaBagian dari dinamika atmosfer; dipengaruhi oleh aspek metereologi mikro, makro,maupun mesoBerkaitan erat dengan fenomena lainnyaSkala transport pencemar :

Skala mikro/ skala lokal : London smog Skala meso/ skala regional : peristiwa kebakaran hutan di Kalimantan Skala makro/ skala kontinental : pemanasan global, penipisan lapisan ozon

2. Hujan Asam

Timbul sebagai akibat tingginya pengemisian pencemar udara, khususnya SO2danNOx.Proses oksidasi di atmosfer mengakibatkan gas-gas tersebut berubah menjadi H2SO4dan HNO3 meningkatkan keasaman air hujan(deposisi basah)

3. Smog Fotokimia

Timbul sebagai akibat terjadi reaksi fotokimia antara pencemar-pencemar udara,khususnya pencemar HC dan NOxdengan bantuan sinar matahariTerbentuk smog (smoke + fog), contoh terkenal : London smog.Skala dampak : lokal dan regional

4. Penipisan Lapisan Ozon-The Great Smog , atau Big Smoke,terjadi di LondonInggrispada bulan Desember 1952. Menyebabkan ribuan kematian diLondon, akibat infeksi saluran pernafasan hypoxia(kadaroksigen dalam darah yang sangat rendah), infeksi yang terjaditerutama berupa bronchopneumoniaatau acute purulentbronchitis atau bronchitis kronis.

-kabut yg dingin turun di kota london, udara di permukaanbumi lebih dingin daripada udara di lapisan atasnya, sehinggaterjadi lapisan inversi. Krn dingin, orang-orang membakarbatubara lebih dari biasanya. Akibatnya, pencemarterperangkap akibat adanya lapisan inversi.-Konsentrasi pencemar, asap pembakaran batubara,meningkat dengan cepat. Masalah diperburuk dengandigunakannya batubara kualitas rendah atau berkadar sulfurtinggi. Kabut (smog, kombinasi fog-kabut dan asap) sangattebal sehingga menyetir kendaraan pun menjadi sulit. KrnLondon biasa berkabut, tdk terjadi kepanikan. Tetapi padaminggu2 berikutnya tercatat sekitar 4000 orang telahmeninggal dunia akibat masalah pernafasan

Penipisan Lapisan Ozon :

Timbul sebagai akibat pengunaan dan pengemisian gas-gas yang memiliki stabilitas

tinggi

CFC

CFC baru akan bereaksi dan reaktif di lapisan stratosfer , dimana terdapat lapisanozon yang berguna untuk melindungi bumi dari sinar gelombang pendek

Akan menimbulkan dampak geologis yang hebat

mutasi sel

Skala dampak : global dan berkaitan erat dengan efek rumah kaca

Komposisi Perilaku Ozon Atmosferik

5. Urban Heat

Terjadi di perkotaan saja sebagai akibat sarana yang ada di perkotaan :gedung-gedung pencakar langit, jalanan beraspal, dll.

Akibat terjadinya perubahan aliran massa udara dan angin terjadigumpalan panas dan pencemar-pencemar yang terperangkap dalam gumpalanSistem terbentuk dengan sendirinya dan hanya dapat terganggu olehperubahan angin

POLA SIRLKULASI UDARA PADA SEBUAH KOTA YANG TERKENA EFEK URBANHEAT ISLAND

Sistem Pengelolaan Pencemaran Udara

PENCEMARAN UDARA

Dampak Pencemaran Udara

Pencemarutamadalamatmosferyang berbahayabagimateridankesehatanmanusiaadalah:Hidrokarbon, Oksidanitrogen, Karbonmonoksida(CO), OksidanPhotokimia, Partikel,Sulfur dioksida(SO2), Asbestos dan logam-logam.Pengendalian Pencemaran Udara Atmosfermemilikikemampuanalamiyang dikenalself cleansing

Perlengkapanpengendalianpencemaranudaraprinsipnyamengikutiprosespenyisihanpartikeldangas pencemardiatmosfer Pendekatandalampengendalianpencemaranudaraadalahpengencerandanpengendalianpencemarpadasumber

Pengendalian Pencemaran Udara

Flue Gas

Ductsystem

PengolahanPartikulat

Akan menggangguproses penyisihangas-gas pencemar :

-scrubber (dry/wet)

PengolahanGas

-wet scrubber

-incenerator

-fotokatalitik

Clean Air

-ESP

-Cyclone

Alat Pengendali Pencemaran Udara

Sistem Pengendalian Pencemaran Udara :

Pengendalian Partikulat/debu Pengendalian Fase Gas

Setiap alat memiliki kelebihan dan kekuranganPemilihan Alat berdasarkan pada :Ukuran PartikelEfisiensi penyisihan yang ingin dicapaiBesarnya aliran gasWaktu pembersihanKarakteristik Partikel

ALAT PENGENDALI PARTIKULAT GRAVITY SETTLING CHAMBERS Digunakan sebagai penangkap debu awal untuk menghilangkan (menangkap) partikeldengan ukuran besar.

Prinsip penyisihan partikulat dalam Gravity Settler adalah gas yang mengandung partikulatdialirkan melalui suatu ruang (chamber) dengan kecepatan rendah sehingga memberikanwaktu yang cukup bagi partikulat untuk mengendap secara gravitasi ke bagian pengumpuldebu (dust collecting hoppers).

Kelebihan dari gravity settler adalah:

Desain alat sederhana, mudah untuk dibuat konstruksinyaPemeliharaan yang mudah dan biaya pemeliharaan sangat rendah

Kekurangan dari gravity settler adalah:

ukurannya besar, memerlukan lahan yang luasharus dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu

hanya dapat menyisihkan partikel ukuran besar

m)

CYCLONEBeberapa hal penting tentang cyclone :

Siklon digunakan untuk menyisihkan partikulat berukuran lebih besar dari 5 mikron,dengan efisiensi penyisihan partikulat antara 50 -90%.Digunakan sebagai pengumpul awal (pre-collector), pelindung alat pengendalipartikulat efisiensi tinggi (spt fabric filter, electrostatic precipitator)Tidak cocok digunakan bagi industri yang mengemisikan partikulat basah, krn dapat

terkumpul di dinding siklon atau di inlet (inlet spinner vanes)

Prinsip : Menggunakan gaya inersia partikelUdara mengandung partikulat dipaksa utk berputar seperti siklon, massa partikelmenyebabkan partikel terlempar dari vortex, partikel besar memasuki hopper, bagianbawah siklon, sedangkan aliran udara berputar ke atas dan keluar lewat lubang exit.

Terdapat dua jenis siklon- Siklon diameter besar : 1 6 feet 1 ft = 0.3048 m- Siklon diameter kecil : 3 12 inchi

Siklon diameter kecil (dibandingkan dengan siklon diameter besar) :

Putaran/spinning yg lebih cepatPartikel yg terpental dari vortexakan cepat menyentuh dinding siklon

Ukuran partikel yg dpt disisihkan lebih kecil, mampu menyisihkan partikelberdiameter 5 mikronTdk digunakan utk menyisihkan partikulat ukuran besar krn bisa terjadi penyumbatanatau clogging

Kelebihan dari siklon

Capital cost yang rendahDapat dioperasikan pada temperatur tinggiPemeliharaan yang mudah

Kekurangan dari siklon :

Efisiensi rendah (terutama untuk partikel yang sangat kecil)Biaya operasi tinggi karena tingginya pressure drop

PARTICULATE WET SCRUBBERSPrinsip Operasi

Menggunakan gaya inersia partikulat dan droplet untuk mentransfer partikulat darialiran gas ke liquid.

Di dalam scrubber, partikulat dalam aliran udara dipaksa untuk berkontak denganliquid droplet, liquid packing material, liquid jet dari pelat

Efisiensi Pengumpulan PartikulatKemampuan terbatas untuk menyisihkan partikel kurang dari 0.3 mikron

Kelebihan Scrubber

Dapat secara simultan/bersamaan menyisihkan partikulat dan gasDigunakan pada sumber yang mengeluarkan gas atau partikulat bersifat explosiveBentuknya kecil dan dapat digabungkan dengan unit lainnya dalam ruang terbatas

Kekurangan Scrubber

Menimbulkan pencemaran air

ELECTROSTATIC PRESIPITATOR

Electrostatic precipitator(ESP) menggunakan medan listrik voltase tinggi untuk memberikanmuatan listrik terhadap partikulat. Partikulat yang sudah bermuatan bergerak melewatipermukaan pelat pengumpul yang bermuatan berlawanan, sehingga partikulat akan tertarikdan menempel di pelat pengumpulJenis-Jenis ESP negatively charged dry precipitators. Jenis ini paling sering digunakan di PLTUbatubara, pabrik semen, atau kraft pulp mills negatively charged wetted-wall precipitators. Jenis ini sering digunakan untukmengumpulkan mistatau partikulat yang sedikit basah positively charged two-stage precipitator. Jenis ini digunakan untuk menyisihkan mist

Prinsip kerja : Unit terbagi dalam beberapa fielddimana pemberian muatan terhadap partikulat akandilakukan Biasanya ESP terdiri dari 3 sampai 10 field, disusun seri searah aliran gas Pada unit yang besar, EPS dibagi pada beberapa chamber secara pararel yang masingmasing memiliki jumlah field yang sama

Fig 10. Arrangements of Fields and Chumbers in an ESP

REVERSE AIR-TYPE FABRIC FILTERPrinsip operasi :

Fabric filters mengumpulkan partikulat di permukaan filter bags. Partikulat tertangkap karena adanya gaya inertial impaction, interception, Browniandiffusion, and sieving atau penyaringan.

Reverse-air-type fabric filterDigunakan di industri besar, partikulat dalam aliran gas memasuki bag filterdari bawah Dustcake akan terakumulasi pada bagian permukaan bag filter, gas yang sudah tersaring keluarlewat gas outlet. Jika diperlukan pembersihan bag filter, gas yang sudah tersaring dapatdialirkan dengan arah berlawanan agar dapat melepaskandust cakeyang menempel di bagfilter. Gas yang digunakan untuk membersihkan bag filter, kembali disaring sebelumdilepaskan ke udara

PULSE JET FABRIC FILTERPulse Jet Fabric Filter

Kantung-kantung filter ditopang oleh kawat logamAliran gas yg mengandung partikulat mengalir mengitari bagian luar dari kantung,dan dust cakeberakumulasi pada bagian permukaan luarJika dibutuhkan pembersihan, udara bertekanan diinjeksikan pada bagian atas tiapkantung.Udara terkompressi menghasilkan tekanan yg mendorong tiap kantung ke bawahsehingga dust cake terlepas

ALAT PENGENDALI GASABSORPSIPacked Tower dan Packed Material

PLATE TOWER

Kelebihan dan Kekurangan Packed dan Plate TowerKelebihan :

Kehilangan tekanan rendahDapat digunakan fiberglass/plastikEfisiensi relatif tinggiBiaya investasi relatif murahTidak membutuhkan space yang luasMampu menyisihkan gas dan partikulat

Kekurangan : Menimbulkan masalah pencemaran air Menghasilkan produk basah Debu yang mengendap dapat menyumbat kolom atau plate Biaya perawatan relatif tinggi

SPRAY SCRUBBER

Counter Current Spray Column, WFGD Pilot Plant

ALAT PENGENDALI GAS ADSORPSIADSORPSI

Proses dimana gas atau uap pencemar tertahan pada permukaan padatAdsorbent : Permukaan padat yang mampu menarik molekul gas pencemarAdsorbate : Molekul gas pencemar yang tertahan pada permukaan padatAdsorber : Alat pengendalian dengan prinsip adsorpsi

Lubang Pori padaPermukaan Adsorber

Sistem Adsosrpsi dan Regenerasi Fixed Bed Adsorber

Kelebihan dan Kekurangan AdsorberKelebihan : Produk dapat di-recovery Sistemnya berjalan secara otomatis Mampu menyisihkan zat pencemar konsentrasi rendah(sangat rendah)

Kekurangan : Untuk me-recovery produk perlu proses Kerusakan adsorbent Perlu uap panas(steam) untuk regenerasi Biaya investasi cukup tinggi Perlu filter agar partikulat tidak menyumbat

ALAT PE

E

AL GAS

KONDENSASI

Proses penyisihan gas pencemar dengan cara merubah fasa dari fasa gas ke fasacair/li uidMetode : Penurunan temperature, menaikkan tekanan, kombinasi keduanyaJenis Kondensor : Kondensor kontak langsung dan kondensor permukaan

Diagram Fasa

Kondensor Kontak Langsung

Kondensor Permukaan

Kelebihan dan Kekurangan Kondensor

Kelebihan :

kondensor permukaan menghasilkan senyawa yang murni pendingin yang digunakan didaur ulang

Kekurangan :

effisiensi relatif rendah

ALAT PENGENDALI GAS

COMBUSTION

Reaksi oksidasi gas polutan organik atau anorganik secara cepat dan dalam kondisipanas menghasilkan CO2+ H2O Reaksi Pembakaran

Fuel+

idizer+ i iti hasil

pembakaran

Faktor yang berpengaruh :

OksigenTurbulensiTemperatureTime

Kelebihan dan Kekurangan Combustion :

Kelebihan :

Operasinya sederhana Daur ulang panas hasil pembakaran Efisiensi penghancuran senyawa organik tinggi

BIOFILTRASI

Proses penyisihan gas pencemar dengan memanfaatkan aktifitas mikroorganisme

Penggunaan untuk menghilangkan bauSkema Biofilter

INSENERATOR

Insinerator adalah instalasi yang digunakan untuk pengolahan limbah padat dengan prosespembakaran. Insenerator itu sendiri cukup banyak jenis dan tipenya, perencanaannyabergantung pada karakteristik limbah padat yang akan diinsinerasi. Salah satur gambaran dariinstalasi Insinerator seperti diperlihatkan pada gambar berikut :

Instalasi Insinerator

Dampak Pencemaran Udara

Hirarki Pengaruh Pencemaran Udara terhadap Pencemaran