MK.PLI-10. INDUSTRI DAN PENCEMARAN UDARA

TEKNOLOGI PENGENDANDIAN PENCEMARAN UDARA 1.       Penentuan Lokasi Pemantauan Pencemaran  Gas Berbeda hainya dengan pemantauan air, arah dan jangkauan pencemaran meialui udara lebih luas dan lebih cepat bergerak secara simultan di sekeiiling pabrik.  Pengamlbilan sampel antara titik satu dengan titik lain menggunakan per:rlekatan statistik pada setiap komponen yang sama dengan jarak yang sama pula. Misainya bagaimana pengaruh gas/asap terhadap tanaman kentang pada jarak 500 m dari iokasi (sumber) pencemar[3].                     Untuk jenis objek tertentu dapat diambril beberapa titik tapi berapa jumlah persisnya harus didekati dengan metode statisfik. Pemantauan terhadap kualitas udara didasarkan atas beberapa faktor yang mencakup aktivifas di sekitar dan jangkauan sumber pencemaran seperti arah angin, keadaan musim, kelembaban udara, suhu, tata guna tanah, kerapatan penduduk, mobilitas unsur Iingkungan. Tempat pemantauan ditentukan pada sumber pengeluaran, misalnya pada cerabong, di atas atap rumah, , pada tanaman, hewan dan ternak penduduk di sekitar pabrik[3].                                                   Gambar: Penentuan Lokasi Pemantauan Udara[3]                      Pengujian dilakukan pada sumber pencemaran dalam pabrik setiap waktu tertentu. Sampel diambil pada cerobong asap untuk memperoleh konsentrasi bahan pencemar. Misalnyapenghisap gas di atas atap berapa mg/Nm3, abu, S02 dan flourida. Dengan kansenfrasi tersebut berapa bagian didistribusikan ke sekeiiling lokasi prayek pada jarak 500 m, 1 km, 2 km, 3 km, 4 km dan seterusnya. Pernanfauan dilakukan misalnya 12 kali atau delapan kali pada tempat tertentu[3].                       Ada beberapa metode yang telah dikembangkan untuk penyederhanaan buangan gas. Dasar pengembangan yang dilakukan adalah absorbsi, pembakaran, penyerap ion, kolam netralisasi dan pembersihan partikel. PiIihan peraIatan  dilakukan atas  dasar  faktor berikut:. 1.                   Jenis bahan pencemar (polutan) 2.                   Komposisi 3.                   Konsentrasi 4.                   Kecepatan air polutan 5.                   Daya racun polutan 6.                   Berat jenis 7.                   Reaktivitas 8.                   Kondisi lingkungan Desain peralatan  di sesuaikan dengan variabel  tersebut untuk memperoleh tingkat efisiensi yang maksimum.              Kesulitannya sering terbentur pada persediaan alat di pasaran. Pilihan desain yang diinginkan tidak sesuai dengan kondisi limbah, sebab itu harus dibentuk desain baru. Kemampuan untuk mendesain peralatan rnembutuhkan keahlian tersendiri dan ini merupakan masalah tersendiri Pula. Disamping itu ada faktor lain yang harus dlpertirnbangkan yaitu nilai ekonomis peralatan. Tidakkah peralatan mencekup sebagian besar investasi yang tentu harus dibebankan pada harga pokok produksi. Permasalahnnya bahwa ternyata kemudian biaya pengendalian menjadi beban konsumen. Atas dasar pemikiran ini maka pilihan teknologi pengolahan harus merupakan kebijakan  perlindungan konsumen baik dari sudut pencemaran itu sendiri rnaupun dari segi biaya.                       Pada umumnya jenis pencemar melalui udara terdiri dari bermacam-macam senyawa kimia baik berupa limbah maupun bahan beracun dan irerbahaya yang tersimpan dalam pabrik. Limbah gas, asap dan Jebu melalui udara adalah: 1.                   Debu, berupa padatan halus 2.Karbon monpksida, gas tidak berwarna dan tidak berbau 3. Karhon dioksid, gas tidak berwarna dan tidak berirau 4. Oksida nitrogen, gas berwarna dan tidak berirau 5.Asap, campuran gas dan partikel berwarna hitam: CO2 dan SO26. Belerang dioksicia, 6. Belerang dikosida, tidak berwama dan berbau tajam 7. Soda api, kristal 8. Asam chlorida, berupa larutan dan uap 9. Asam sulfat, cairan kental 10. Amoniak, gas tidak berwarna, berbau 11. Timah hitam, gas tidak berwarna L2. Nitro karbon, gas tidak berwarna 13. Hidrogen fluorida, gas, tidak berwarna 14. Nitrogen sulfida, gas dan berwarna 15. Chlor, gas, larutan dan berbau 16. Merkuri, tidak berwarna, larutan Berikut ini adalah jenis peralatan yang dipilihkan untuk pengolahan limbah gas.                                                               Gambar: 22. Scrubber Model Tegak                                                                     Gambar:23. Menara Penyemprot                                            Gambar: 24. Wetscrubber dengan Kolam Pengendapan Ada  lima kerja absorbsi, yaitu: 1. Scrubber AIat ini digunakan untuk membersihkan gas yang mudah bereaksi dengan air. Prinsip kerjanya adalah mencampurkan air dengan uap dalam satu kolam. Pada umumnya arah aiiran berlawanan agar kontak uap/gas dengan air dapat sempurna. AIat terdiri dari beberapa tipe: penyemprot, kolam, piringan dan putaran. Menara Penyemprot Gas kotor masuk dari bagian dasar akibat tekanan. Gas membubung ke atas sementara dari atas dimasukkan pipa air yang diiengkapi dengan sprayer (penyemprot), sehingga air keluar merupakan titik-titik air memenuhi menara. Karena gaya berat, titik air turun sementara gas naik bersama udara. Gas yang terkandung dalam udara bereaksi dengan air dan turun ke bawah lalu ditampung dan dialirkan ke tempat tertentu. Udara yang bersih keluar  dari cerobong atas. Faktor yangperlu diperhatikan adalah waktu kontak. Jenis lain dari menara penyemprotyaitu packet tower dilengkapi dengan paking yang berfungsi memperluas permukaan kontak uap pencemar dengan air. Plate tower adalah bentuk lain yaitu paking digantung dengan piringan yang berlobang-lobang. Air berada di atas piringan dan turun melalui lobang-lobang, semen tara udara dan gas mengalir dari bawah. Scrubber model tegak hampir mirip dengan menara penyemprot. Air dialirkan melalui pipa tegak (sejajar denan kolam) berada di tengah-tengah kolam dan di sekeliling pipa dibuat lobang untuk menyemprotkan air. Gambar 22, 23 dan 24 adalah bagan alat pengolahan gas. 2. Pengolahan dengan Penyerapan (Absorbsi) Prin sip penyerapan (absorbsi) adalah pemi sahan zat pencemar bentuk gas melalui cairan penyerap yangtidak mudah menguap. Udara yang mengandung zat pencemar dialirkan rnelalui cairan penyerap yang tidak mudah menguap (seperti air) sehingga zaL-zat tersebut terserap. Penyerapan beriangsung dengan mudah apabila kontak permukaan cukup luas. Untuk itu dilakukan dengan membentuk butiran cairan atau berbembentuk cairan yang berbentuk film yang membuat gelembung gas. Disamping itu perlu pula diperhatikan zat pencemar yang mudah bereaksi dengan zat penyerap seperti asam dengan alkohol.                                                                                                                        Gambar 25. Menara isi                                                                            Gambar 26. Penyerap mekanis                                                   Gambar 27. Menara Penyemprot Type Cyclone                                               Gambar 28. Menara Semprot                                                        Gambar 29. Menara piringan                                                         Gambar 30. Menara Kotak                                                                         Ada 5 (lima) metoda kerja absorbsi, yaitu: a. Menara Isi Menara berbentuk silinder tegak diisi butiran pengisi untuk memperluas kontak permukaan. Cairan mengalir  melalui butiran, Sementara itu gas dapat mengaiir searah atau berlawanan arah dengan cairan penyerap. Efektivitas alat sangat dipengaruhi distribusi gas yang mengalir melalui butiran pengisi. Butiran dapat dibuat dari bahan plastik  atau karbon dengan ukuran 2,5 cm/s/d 5 cm. Lihat ganabar 25, 26 dan 27. b. Menara Semprot Menggunakan cairan penyerap yang disernprotkan ke dalant menara dan cairan ini mudah bereaksi dengan gas, seperti gas chlor. Yang penting gas mudah larut dalam cairan. Gas masuk dari bagian samping bawah silinder semeritara butir cairan masuk dari samping silinder sebelah tengah.  Gas dan butiran padat akan larut bersama cairan penyerap dan terbawa ke bawah semenLara gas bersih keluar melalui pembuangan sebelah atas. c. Penyerapan dengan Tarikan Cairan Berfungsi untuk menarik partikel dari buangan gas. Cairan penyerap dibangkitkan dan terjadi kontak dengan partikel, sehingga terjadi ikatan partikel dengan cairan. Sementara gas terbuang melalui lobang pembuangan atas. d. Semprot Cyclone Alat ini merupakan silinder tegak yangsebelah bawah terdapat alat penyemprot. Gas masuk ke dalam slinder melalui saluran yang berbentuk tangensial. Aliran gas yang berjalan rnengelilingi cairan menabrak butiran cairan sehingga terjadi penyerapan. e. Penyerapan Mekanis Alat diisi cairan penyerap dan diputar dengan kipas. Gas kotor masuk ke dalarn cairan. Reaksi antara cairan dan gas berlangsung dengan cukup baik. Gas dan partikel yang mudah bereaksi tinggal bersama cairan sementara gas keluar sudah bersih. f. Absorbsi oleh Benda Padat Absorbsi adalah penyerapan gas dengan bahan padat zat padat dikontakkan dengan buangan gas, sehingga zat pencernar yang mudah bereaksi akan terikat bersama bahan padat. Penyerapan ini dapat berlangsung secera fisika maupun secara kimia. Penyerapan secara fisika yaitu merupakan kondensasi gas pada permukaan zat padat, sedangkan penyerapan kimia berupa reaksi yang membentuk molekul baru.  Emisi Sulfur Emisi oksida sulfur, terutama sulfur dioksida dengan beberapa sulfur trioksida, adalah sumber utama pencemaran atmosfir dari pabrik-pabrik pembangkit tenaga listrik pembakaran-fosil. Diperkirakan bahwa lebih dari 20 juta ton sulfur dioksida dibuang ke udara tiap tahun. Salah satu cara untuk memenuhi Clean-Air Act of 1970 adalah dengan menggunakan batubara ber-sulfur rendah. Banyak peralatan yang memilih cara penyelesaian ini, meskipun mengakibatkan kenaikan biaya transpor karena hampir seluruh tambang batubara ini terletak di Wyoming dan Montana[4]. Untuk bisa menepati batasan sulfur dioksida dari Clean-Air Act of 1970, jumlah maksimum massa belerang yang diperbolehkan ada di dalam batubara adalah berbanding langsung dengan nilai pembakaran tinggi (higher heating value = HHV) bahan bakar tersebut. Jika diandaikan bahwa semua belerang yang ada diubah menjadi sulfur dioksida dan sulfur trioksida, maka hubungannya dengan jumlah maksimum massa sulfur yang diperbolehkan ialah: Persentase massa sulfur yang diperbolehkan maksimum = 6 x 10-5 (HHV) %[4] di mana HHV dalam satuan British thermal unit per pound massa. Jadi suatu batu bara dengan HHV 12.000 Btu/lbm (27.910 kJ/kg) bisa mempunyai fraksi massa sulfur maksimum sebanyak 0,72% dan   masih belum melanggar peraturan. Sebetulnya sebagian sulfur berada dalam abu sehingga bagian sulfur yang diijinkan bisa lebih besar dari  0,72%[4].                  Gambar 6.7 Biaya pembuangan sulfur untuk bahan bakar minyak tahun 1965. Dalam beberapa kasus, adaiah mungkin untuk mengeluarkan suifur sebelum batu-bara dibakar dan banyak penyelidikan diarahkan ke arah itu agar hal tersebut dapat dilakukan dengan ekonomis. Sulfur dapat dikeluarkan dari batubara sebelum dibakar dengan bermacam-macam cara, tetapi ini akan menambah biaya bahan bakar secara nyata, seperti ditunjukkan dalam Gambar 6.7. Banyak penyelidikan telah dilakukan untuk menghilangkan sulfur dari batubara, tetapi sedikit sekali sukses yang telah dicapai. Rusia telah berhasil mengembangkan sistem yang ekonomis untuk menghilangkan sulfur anorganik dari batubara yarrg mengandung banyak besi belerang, tetapi sistem ini tidak bisa dipakai untuk hampir seluruh batubara yang terdapat di A.S[4]. Hampir semua sistem pembatas emisi sulfur yang digunakan di negeri ini menggunakan beberapa bentuk sistem desulfuriasi gas asap (flue-gas desulfurazation -FGD) di mana sulfur dioksida yang terdapat di dalam gas asap dihilangkan dengan proses pembuangan basah. Terdapat dua sistem pembuang sulfur dioksida, yaitu sistem regeneratif (regenerative system) dan sistem nonregeneratif (nonregenerative system). Dalam regeneratif, suatu zat pereaksi digunakan untuk menyerap sulfur dioksida dari gas buang dan zat ini diambil kembali untuk digunakan lagi. Produk akhir sistem ini ialah asam sulfat (H2SOa) atau elemenclemen sulfur (S). Dalam sistem nonregeneratif, zat pereaksi tidak diambil kembali dan produk akhirnya ialah garam-garam sulfur dari kalsium dan magnesium (CaSO3, CaSOa, MgSO3, dan MgSOa) [2]. Ada bermacam-macam sistem regeneratif FGD yang dianjurkan. Di antaranya proses Wellman-Lord, proses Fw-Bergbau Forshung, proses magnesium oksida basah proses katalitik/IFP amonia, proses karbonat aqua, dan proses penyerapan kering. Foster-Wheeler. Proses Wellman Lord dan proses Fw-Bergbau Forshung ditunjukkan dalam Gambar 6.8 dan 6.9[3].   Gambar 6.8. Sistem Regeneratif FGD penyerapan Wellman-Lord[4]   Gambar 6.9. Sistem Regeneratif FGD penyerapan FW-Bergbau Forshung[4] Beberapa proses tersebut, termasuk proses Wellrnan-Lord, sangat komersial dan telah digunakan di Jepang dan lain-lain negara, tetapi tidak begitu banyak digunakan dalam sistem pembangkit tenaga listrik di Amerika Serikat. Umumnya, sistem-sistem ini menghilangkan sulfur diolsida dengan menyerapnya dengan larutan alkali (sodium, kalsium dan/atau magnesium), atau menyerapnya dengan menggunakan arang, arang kayu, atau butiran alumina. Hasilnya, garam belerang atau bahan penyerap yang penuh mengandung belerang, kemudian dikumpulkan dan sulfur dioksida diregenerasikan dengan konsentrasi yang lebih besar, yang membebaskan penyerap atau bahan penyerap untuk digunakan lagi. Konsentrat sulfur dioksida kemudian dioksidasi menjadi sulfur trioksida lalu diubah menjadi asam sulfat, atau sulfur dioksida tersebut direduksi menjadi elemen belerang. Produk yang dihasilkan biasanya dapat dijual ke pabrik-pabrik pupuk dan pendapatan ini dapat digunakan untuk membantu membiayai operasi sistem ini[4].                   Gambar 6.10. Sistem non-regeneratif FGD kapur-batu kapur[4] Hampir semua sistem FGD yang digunakan di Amerika Serikat merupakan sistem buarrg keluar atau nomegeneratif yang menggunakan kapur atau batu kapur sebagai pereaksi. Sebuah diagram skematis sistem buang keluar dengan kapur/batu kapur ditunjukkan dalam Gambar 6.10. Kapur tohor atau batu kapur dapat digunakan langsung dalam larutan penyapu seperti pada proses pada Gambar 6.10, atau dapat digunakan untuk meregenelasikan sodium karbonat (Na2CO3) dalam proses alkali ganda seperti ditunjukkan dalam Gambar 6.1 1[4].                            Gambar 6.11. Sistem FGD non-regeneratif alkali-ganda[4] Dalam proses alkali ganda, larutan sodium karbonat digunakan untuk membersihkan gas buang karena iarutan ini lebih reaktif daripada larutan kalsium atau magnesium dan juga tidak bergerak. Produk akhir sistem buang-keluar ialah kalsium dan magnesium sulfit (CaSO3 dan MgSO3) serta kalsium dan magnesium sulfat (CaSO4 dan MgSO4). Batu kapur lebih murah dan lebih banyak terdapat dibanding kapur tohor, tetapi sistem yang menggunakan kapur tohor memerlukan daya untuk pompa dan fan yang lebih sedikit. Selain itu pengalaman menunjukkan bahwa sistem kapur tohor mempunyai performan yang lebih baik. Pada tahun 1976, perkiraan biaya modal untuk sistem ini sekitar 70 dollar/kW, atau sekitar 70 juta dollar untuk pembangkit tenaga 1000 MWe, dan ditambah biaya tambahan untuk pembelian pereaksi (kapur tohor atau batu kapur). (Lihat Tabel 6.1) [3]. Pada waktu ini sebagian besar lumpur buangan dari sistem buang keluar dikumpulkan di sebuah bak pengumpul. Hal ini harus dipandang sebagai penyelesaian sementara dan diperhatikan EPA karena bisa mengakibatkan pencemalan air tanah dan juga bisa merusak tanah secara luas. Banyak perusahaan yang sekarang bekerja atas dasar kemungkinan diperolehnya keseimbangan kimiawi dari lumpur tersebut, sehingga ia dapat digunakan untuk menimbun lahan atau sebagai bahan dasar pembuatan jalan[4].  Oksida Nitrogen Emisi oksida -oksida nitrogen (nitrik oksida dan nitorgen dioksida) juga dibatasi oleh Clean Air Act 1970. Sekarang ini EPA tidak secara aktif memaksakan standar Nox. Meskipun demikian, industri-industri daya berusaha untuk membuat sistem pembakaran yang mengurangi emisi Nox. Karena pembentukan Nox tergantung dari temperatur, emisi Nox dapat dikurangi dengan menurunkan temperatur pembakaran dan mengurangi adanya titik-titik panas (hot spot) dalam dapur. Inilah salah satu alasan kenapa dapur siklon tidak lagi populer. Pembentukan oksida-oksida nitrogen juga dapat dikurangi dengan menurunkan perbandingan udara-bahan bakar dan/atau menggunakan resirkulasi gas buang. Sekarang ini tidak ada sistem penghilang gas, buang Nox  yang dipakai di A.S, tetapi ada beberapa buah yang dipakai di Jepang[4].                                            Baku Mutu Udara Ambein Nasional No. Parameter Waktu Pengukuran Baku Mutu Metode Analisis Peralatan 1 SO2 (Sulfur Dioksida) 1 Jam 24 Jam 1 Thn 900 ug/Nm3 365 ug/Nm3 60 ug/Nm3 Pararosanilin Spektrofotometer 2 CO (Karbon Monoksida) 1 Jam 24 Jam 1 Thn 30.000 ug/Nm3 10.000 ug/Nm3 NDIR NDIR Analyzer 3 NO2(Nitrogen Dioksida) 1 Jam 24 Jam 1 Thn 400 ug/Nm3 150 ug/Nm3 100 ug/Nm3 Saltzman Spektrofoto meter 4 O3 (Oksidan) 1 Jam 1 Thn 235 ug/Nm3 50 ug/Nm3 Chemiluminescent Spektrofoto meter 5 HC (Hidro Karbon) 3 Jam 160 ug/Nm3 Flame Ionization Gas Chromato garfi 6 PM10 (Partikel < 10 um) 24 Jam 150 ug/Nm3 Gravimetric Hi - Vol PM 2.5* 24 Jam 1 Jam 65 ug/Nm3 15 ug/Nm3 Gravimetric Gravimetric Hi – Vol Hi - Vol 7 TSP (Debu) 24 Jam 1 Jam 230 ug/Nm3 90 ug/Nm3 Gravimetric Hi – Vol 8 Pb(Timah Hitam) 24 Jam 1 Jam 2 ug/Nm3 1 ug/Nm3 Gravimetric Ekstraktif Pengabuan Hi – Vol AAS 9 Dustfall (Debu Jatuh) 30 Hari 10 ton/ Km2/Bln (Pemuki Ma) 20 Ton/Km2 /Bulan (Industri) Gravinetric Cannister 10 Total Fluorides (as F) 24 Jam 90 Hari 3 ug/Nm3 0,5 ug/Nm3 Spesific ion Electrode Impinger atau Continous Analyzer 11 Fluor Indeks 30 Hari 40 ug/100 cm2dari kertas limed filter Colourimetric Limed Filter Paper 12 Khlorine dan Khlorine Dioksida 24 Jam 150 ug/Nm3 Spesific ion Electrode Impinger atau Continous Analyzer 13 Sulphat Indeks 30 Hari 1 mg SO3/100 cm3Dari Lead Peroksida Colourimetric Lead Peroxida Candle Catatan : ·                     (*) PM2.5 mulai diberlakukan tahun 2002 ·                     Nomor 10 s/d 13 Hanya berlakukan untuk daerah/kawasan Industri Kimia Dasar Contoh : Industri Petro Kimia; Industri Pembuatan Asam Sulfat[2]

Kepustakaan

[1] Wisnu Arya Wardhana.2004. Dampak Pencemaran Lingkungan. Yokyakarta. Andi Ofset.459 hal.

[1] Undang-Undang Nomor 32 tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup

[2] Peraturan Pemerintah Nomor 41 tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara

[3] Perdana Ginting. 2007.  Sistem Pengelolaan Lingkungan dan Limbah Industri. Bandung, Yrama Widya, 224 hal,

[4] Archie W. Culp. penterjemah Darwin Sitmpul.1989. Prinsip-Prinsip Konversi Energi.  Jakarta: Erlangga, 496 hal.

Tugas mandiri:

1.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara scrubber model tegak?

2.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara menara penyemprot?

3.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara wescrubber kolam pengendapan?

4.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara menara isi?

5.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara penyemprot type cyclone?

6.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara menara semprot?

7.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara menara piringan?

8.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara menara kotak?

9.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara regeneratif FGD penyerapan wellman?

10.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara regeneratif FGD penyerapan bergbau?

11.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara non- regeneratif FGD kapur-batu kapur?

12.Jelaskan cara kerja alat pengendalian pencemaran udara non- regeneratif FGD alkali ganda?