MAKALAH PENGENDALIAN PENCEMARAN UDARA TEKNOLOGI PENGENDALIAN PENCEMAR PARTIKULAT P ARTIKULAT DOSEN PENGAMPU: Dr. Fadjar Goembira S.T., M.Sc.
Disusun Oleh: Kelompok 4 Vara Laraswati
(1510942003)
Prima Puspa Diani
(1510942009) (1510942009)
Arienda Meidiana Putri
(1510942012) (1510942012)
Permatayesya Ulgania Ulgani a
(1510942015)
Widya Bestari
(1510942016) (1510942016)
Kasturi Ramayana
(1510942019)
Tabita Panggabean
(1510942022) (1510942022)
Ibtisa Fauza
(1510942023) (1510942023)
Zahra Asyla Vendini
(1510942024) (1510942024)
Yogi Kurniawan
(1510942033) (1510942033)
Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik - Universitas Andalas Padang 2017
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Udara merupakan sumber daya alam yang memengaruhi kelangsungan hidup manusia dan makhluk hidup lain. Ketersediaan udara di atmosfer bumi pada dasarnya akan selalu sama, namun kualitasnya dapat menurun. Penurunan kualitas udara disebabkan oleh pencemaran udara, baik secara alamiah maupun antropogenik. Aktivitas manusia, kendaraan bermotor serta industri dan pabrik merupakan contoh-contoh sumber pencemaran udara antropogenik. Dewasa ini, sumber antropogenik dominan menjadi penyumbang pencemar di udara karena dilakukan terus-menerus. Salah satu jenis pencemar yang dihasilkan dari sumber antropogenik adalah partikulat. Besarnya ukuran partikulat debu yang dapat masuk kedalam saluran pernafasan manusia adalah yang berukuran 0,1 µm sampai 10 µm dan berada sebagai suspended particulate matter (partikulat melayang dengan ukuran ≤ 10 µm dan dikenal dengan nama PM 10). Dampak yang ditimbulkan PM 10 biasanya bersifat akut pada saluran pernafasan bagian bawah seperti pneumonia dan bronkitis baik pada anak-anak maupun pada orang dewasa (Flero, 2000). Mengacu pada dampak yang dapat ditimbulkan oleh partikulat dalam udara tersebut, maka dibutuhkan suatu teknologi untuk mengendalikannya. Teknologi tersebut diperlukan untuk mengurangi keberadaan partikulat sehingga dampak yang ditimbulkan juga berkurang. Isi dari makalah ini selanjutnya akan menjelaskan
tentang
teknologi
apa
saja
yang
dapat
digunakan
untuk
mengendalikan partikulat agar tidak mencemari udara. 1.2 Maksud dan Tujuan Penulisan 1.2.1 Maksud Penulisan Maksud dari penulisan makalah ini yaitu untuk memenuhi tugas mata kuliah Pengendalian Pencemaran Udara. 1.2.2 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan makalah ini agar pembaca dapat mengetahui tentang teknologi pengendalian pencemar partikulat.
2
1.3 Ruang Lingkup Ruang lingkup yang dibahas dalam makalah ini yaitu mengenai teknologi yang telah diciptakan untuk mengendalikan pencemar udara berupa partikulat.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Partikulat adalah substansi yang berada dalam atmosfer pada kondisi normal berukuran lebih besar dari molekul (2 Angstrom) tetapi lebih kecil dari pada 500 µm (1 µ = 1 mikron = 10 -4 cm). Partikulat di udara tidak hanya dihasilkan dari emisi langsung berupa partikulat, tetapi juga dari emisi gas-gas tertentu yang mengalami kondensasi dan membentuk partikulat, sehingga ada partikulat primer dan partikulat sekunder. Partikulat primer adalah partikulat yang langsung diemisikan sebagai partikulat, sedangkan partikulat sekunder adalah partikulat yang terbentuk di atmosfer (Alfiah, 2009). Partikulat di atmosfer terdiri dari bahan padat dan cair berukuran kecil yang berasal dari berbagai sumber alami dan antropogenik. Sumber partikulat adalah (Alfiah, 2009): 1. Sumber alami, antara lain berasal dari debu vulkanik, kebakaran hutan, spora bunga yang diterbangkan,angina yang membawa partikulat tanah dan serpihan batuan, penguapan garam-garam air laut, dll; 2. Sumber antropogenik, berasal dari proses dan kegiatan industri seperti asap dari cerobong, pembakaran limbah padat, dll. Udara yang tercemar dengan partikulat ini dapat menyebabkan gangguan kesehatan yang berbeda tingkatan dan jenisnya, tergantung dari macam, ukuran dan komposisi kimiawinya. Gangguan tersebut terutama terjadi pada fungsi faal dari organ tubuh seperti paru –paru dan pembuluh darah atau menyebabkan iritasi pada mata dan kulit. Pencemaran udara karena partikulat debu biasanya menyebabkan penyakit pernafasan kronis seperti bronkitis kronis, emfisema (penggelembungan rongga atau jaringan karena gas atau udara didalamnya; busung angin), paru, asma bronkial dan kanker paru-paru (Ratnani, 2008). Pengaruh partikulat terhadap tanaman terutama adalah dalam bentuk debunya, dimana debu –debu tersebut jika bergabuing dengan uap air atau air hujan akan membentuk kerak yang tebal pada permukaan daun dan tidak dapat tercuci dengan air hujan kecuali digosok. Partikulat –partikulat yang terdapat diudara dapat mengakibatkan berbagai kerusakan pada berbagai bahan. Jenis dan tingkat kerusakan yang dihasilkan oleh partikulat dipengaruhi oleh komposisi
4
kimia dan sifit fisik partikulat tersebut. Lapisan kerak tersebut akan menganggu proses fotosintesis pada tanaman karena menghambat masuknya sinar matahari dan mencegah pertukaran CO 2 dengan atmosfer, akibatnya pertumbuhan tanaman menjadi terganggu (Ratnani, 2008). 2.2 Jenis-Jenis Teknologi Pengendalian Pencemar Partikulat Upaya pengendalian pencemaran udara dapat melakukan melalui penelitian dan pemantauan. Pengendalian pengelolaan perlu mempertimbangkan keserasian antara faktor sumber emisi, dampak,kondisi sosial, ekonomi dan politik serta melakukan pengukuran lapangan sesuai dengan kondisi. Langkah-langkah yang dapat dilakukan antara lain (Ratnani, 2008): 1. Langkah pertama, dalam pengelolaan pencemaran udara adalah dengan melakukan pengkajian/identifikasi mengenal macam sumber, model dan pola penyebaran serta pengaruhnya/ dampaknya. Sumber pencemaran udara yang sering dikenal dengan sumber emisi adalah tempat dimana pencemaran udara mulai dipancarkan ke udara. Model dan pola penyebaran dapat diperkirakan melalui studi pengenai kondisi fisik sumber (tinggi cerobong, bentuk, lubang pengeluaran dan besarnya emisi), kondisi awal kualitas udara setempat (latar belakang), kondisi meteorologi dan topografi. Studi dampak pencemaran udara dilakukan terhadap kesehatan manusia, hewan dan tumbuhan, material, estetika dan terhadap kemungkinan adanya perubahan iklim setempat (lokal) maupun regional. 2. Langkah kedua, mengetahui dan mengkomonikasikan tentang pentingnya pengelolaan pencemaran udara dengan mempertimbangkan keadaan sosial lingkungannya, yang behubungan dengan demografi, kondisi sosial ekonomi, sosial budaya dan psikologis serta pertimbangan ekonomi. Juga perlunya dukungan politik, baik dari segi hukum, peraturan, kebijakan maupun administrasi untuk melindungi pelaksanaan pemantauan, pengendalian dan pengawasan. Beberapa teknologi pengendalian pencemar partikulat yang telah digunakan saat ini, antara lain (Sufiana, 2011): 1) Gravity Settling Chamber Gravity Settling Chamber adalah alat pengendali partikulat pertama yang sering dipakai untuk menurunkan emisi debu. Saat ini sudah jarang dipakai karena tingkat efisiensinya yang rendah untuk patikel berukuran kecil.
5
Prinsip
penyisihan
partikulat
dalam Gravity
Settler , yaitu
gas
yang
mengandung partikulat dialirkan melalui suatu ruang ( chamber ) dengan kecepatan rendah sehingga memberikan waktu yang cukup bagi partikulat untuk mengendap secara gravitasi ke bagian pengumpul debu ( dust collecting hoppers). 2) Cyclone Cyclone adalah suatu peralatan mekanis yang digunakan untuk menyisihkan partikel dengan ukuran relatif besar dari suatu aliran gas. Memiliki bentuk yang khas, dapat ditempatkan di atap dari suatu instalasi atau di samping bangunan.
Cyclone
diguanakan
sebagai precleaner ,
didesain
untuk
menyisihkan >80% kandungan partikel yang berdiameter >20 mikron. Prinsip penyisihan cyclone yaitu aliran gas bermuatan partikel memasuki cyclone dan bergerak ke bawah akibat gaya sentrifugal dan gaya inersia dengan aliran berbentuk spiral, sedangkan partikel berukuran tertentu terlempar ke luar aliran spiral dan berbenturan dengan dinding cyclone, lalu terendapkan pada bagian dasar cyclone. Di dekat dasar cyclone, aliran gas berbalik arah bergerak ke atas dalam putaran spiral ( vorteks) yang lebih kecil, dan keluar lewat outlet pada bagian atas cyclone. 3) Electrostatic Precipitator Electrostatic Precipitator (EP) adalah alat pengendali pencemar partikulat yang didasari pada konsep presipitasi akibat gaya elektrostatik. Sangat efektif sebagai pengendali partikulat yang berukuran <10 mikron. Cara kerja dari Electro Static Precipitator (ESP) adalah melewatkan gas buang (flue gas) melalui
suatu
medan
listrik
yang
terbentuk
antara discharge
electrode dengan collector plate, flue gas yang mengandung butiran debu pada awalnya bermuatan netral dan pada saat melewati medan listrik, partikel debu tersebut akan terionisasi sehingga partikel debu tersebut menjadi bermuatan negatif (-). Partikel debu yang sekarang bermuatan negatif (-) kemudian menempel pada pelat-pelat pengumpul ( collector plate). 4) Fabric Filter (Baghouse) Fabric filter adalah unit pengendali pencemaran udara yang disisihkan melalui mekanisme impaksi, intersepsi dan difusi. Menggunakan bahan filter tertentu seperti nilon atau wol untuk menyisihkan partikel dari aliran gas. Salah satu kelebihan unit ini yakni dapat diterapkan untuk skala pembebanan kecil hingga
6
tinggi. Alat ini umum digunakan di industri carbon black dan cemen serta industri lain yang menangani powder-powder yang jika dibiarkan akan menyebabkan pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan yang paling utama yaitu pencemaran udara berupa partikulat (debu). Mengingat debu yang dihasilkan dari pabrik semen sebenarnya merupakan produk juga (hanya belum sempurna), maka debu yang tertangkap alat pengendali partikulat akan dikembalikan lagi ke proses hingga diperoleh produk dengan kehalusan yang sesuai. Sedangkan untuk pencemaran air dan tanah tidak terlalu berdampak pada lingkungan. Di
industri carbon
black ,
alat
ini
digunakan
untuk
produk
keluaran
reaktor furnace (fluffy black ) merupakan padatan tersuspensi dengan ukuran partikel yang sangat kecil (sekitar 0,3 mikron). Efektivitas pemisahan pada fabric bag filter adalah sebesar 99 –99,9%. Lapisan debu atau dust cake yang terkumpul dalam kain fabric bag filter sangat berkontribusi pada besarnya efisiensi pemisahan alat ini. Cake tersebut, menjadi pembatas dengan pori melengkung yang menyaring partikel selama melewati cake. Temperatur gas hingga 260 oC hingga 288 oC masih dapat ditangani dengan konfigurasi tertentu. Pressure drop yang terjadi pada sistem penyaringan alat ini adalah sekitar 5-20 inch H 2O. Batasan pada penggunaan bag filter adalah karakteristik gas (temperatur dan korosivitas) dan k arakteristik partikel (tingkat kelengketan) yang berpengaruh pada kain dan operasi pemisahan yang terjadi. Proses yang terjadi dalam fabric bag filter diawali dengan pengaliran produk reaksi berupa campuran antara carbon black dengan gas hidrogen, metan, CO2, dll. Pengaliran campuran gas ini (fluffy black ) dibantu dengan menggunakan fan. Fan tersebut ada yang dipasang pada saluran gas kotor ( positive pressure baghouse) ada juga yang dipasang pada saluran gas bersih (negative pressure baghouse). Fluffy black selanjutnya melewati bag filter dan partikel carbon black tertahan pada permukaan kain atau serat. Setelah disaring pada selang waktu tertentu, aliran gas masuk compartment pertama dihentikan dan flaffy black dilewatkan melalui compartment lain. 5) Wet Scrubber Wet scrubber dirancang dengan konsep menambah kadar air pada partikulat sehingga akan terpisah dari aliran udara emisi. Kriteria desain unit ini tergantung pada konsumsi energi yang diperlukan selama proses penyisihan, makin tinggi energi yang digunakan makin tinggi pula efisiensi penyisihannya.
7
Prinsip penyisihan menggunakan wet scrubber dapat melalui 4 mekanisme, diantaranya: a. Impingement : memperbesar ukuran partikulat dengan membubukkan spray air pada jalur edar partikulat; b. Difusi: adanya gradien konsentrasi antara spray air dan partikulat menyebabkan difusi yang menghasilkan deposisi basah; c. Kondensasi: butir spray air terkondensasi pada permukaan partikulat; d. Manambah tingkat kelembaban dan gaya electrostatic antar partikel. 2.3 Kelebihan
dan
Kekurangan
Teknologi
Pengendalian
Pencemar
Partikulat Kelebihan dan kekurangan dari masing-masing teknologi yang telah dijelaskan sebelumnya adalah sebagai berikut (Sufiana, 2011): Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Pengendalian Pencemar Partikulat No. 1.
Nama Alat Gravity Settling Chamber
Kelebihan Desain alat sederhana, mudah untuk dibuat konstruksinya; Pemeliharaan yang mudah dan pemeliharaan sangat rendah.
2.
Cyclone
Capital cost yang rendah; Peralatan relatif sederhana; Dapat dioperasikan pada temperatur tinggi; Pemeliharaan mudah; Merupakan sistem pengumpul kering; Kebutuhan lahan relatif tidak luas. Efisiensi penyisihan partikel sangat tinggi; Mampu menyisihkan partikel berukuran kecil; Dapat menangani debit aliran gas besar dengan kehilangan tekan yang rendah. Kehilangan tekanan sekitar 2,458x10-3 atm; Dapat digunakan untuk pengumpul sistem kering bagi materi yang bernilai, atau pengumpul sistem
Kekurangan Ukurannya besar, memerlukan lahan yang luas; Harus dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu; Hanya efektif menyisihkan partikel berukuran besar (>50 μm). Efisiensi rendah (terutama untuk partikel yang sangat kecil); Biaya operasi tinggi karena tingginya pressure drop.
3.
Electrostatic Precipitator
Capital cost yang tinggi; Hanya menyisihkan partikulat dan tidak dapat menyisihkan pencemar dalam bentuk gas; Tidak terlalu fleksibel; Memerlukan lahan yang luas; Tidak dapat digunakan untuk partikel yang memiliki resistivitas elektrik yang terlalu tinggi (>106 ohm.cm) atau terlalu rendah (104-107 ohm.cm) Ozon dihasilkan dari pemberian muatan negatif
8
basah untuk fume dan mist; Dapat didesain aliran gas dengan temperatur cukup tinggi; Biaya operasi rendah, kecuali untuk efisiensi yang sangat tinggi. Efisiensi penyisihan partikulat yang sangat tinggi baik partikel kasar maupun halus, bahkan sangat halus; Relatif tidak sensitif terhadap pertumbuhan aliran gas (efisiensi dan kehilangan tekan relatif tidak dipengaruhi oleh jumlah muatan partikel pada inlet); Bahan yang terkumpul dapat direcovery untuk digunakan kembali pada proses atau dibuang; Tidak dihasilkan air buangan.
4.
Fabric Filter (Baghouse)
terhadap elektroda pada saat ionisasi gas; Dibutuhkan personel yang memiliki keahlian khusus dalam pemeliharaan EP.
Partikulat tertentu memerlukan pengolahan khusus untuk mengurangi terjadinya rembesan partikel pada filter; Konsentrasi partikel pada kolektor (50 g/m 3) dapat memicu terjadinya kebakaran atau bahaya ledakan; Relatif memerlukan biaya pemeliharaan yang tinggi; Umur kain saring dapat menjadi pendek akibat temperatur tinggi dan adanya partikulat yang bersifat alkali; Materi higroskopis, kondensasi uap, atau komponen adhesif dapat mengakibathan penyumbatan pada fabric filter sehingga diperlukan aditif tertentu; Personel yang melakukan penggantian kantong penyaring harus terlindungi sistem pernafasannya. Berpotensi tinggi terhadap korosi; Cairan keluar dapat menyebabkan masalah pencemaran air; Partikel terkumpul dapat terkon taminasi dan dapat tidak bisa di gunakan kembali.
5.
Wet Scrubber
Menyediakan absorpsi gas dan pengumpulan debu pada satu unit; Dapat mengendalikan kabut; Dapat mendinginkan gas panas; Korosi gas dan debu dapat divariasikan; Efisiensi pengukuran dapat divariasikan; Dapat menangani debu yang dapat terbakar dan meledak dengan resiko yang kecil.
Sumber: Sufiana, 2011
2.4 Studi Kasus Studi kasus yang diangkat pada makalah ini yaitu industri semen. Industri semen yang ditinjau pada makalah ini yaitu PT. Indocement, Tbk. yang merupakan salah satu industri semen di Indonesia. Tipe semen yang dihasilkan di PT. Indocement, Tbk. merupakan semen tipe PCC, semen khas yang hanya diproduksi di industri
9
semen ini yaitu semen putih. Industri semen relatif tidak menghasilkan limbah cair karena proses produksi yang digunakan yaitu proses kering. Proses basah tidak digunakan pada saat ini karena prosesnya yang dinilai tidak efisien dan cenderung memerlukan biaya produksi yang besar karena memerlukan energi yang besar pada pemanasan. Salah satu hasil sampingan pada industri ini berupa limbah gas yang mengandung partikulat. Agar tidak terjadi pencemaran udara maka sebelum limbah gas dikeluarkan melalui stack maka partikulat tersebut harus disaring terlebih dahulu. Industri ini menggunakan Electrostatic Presipitator sebagai salah satu alat pengendalian pencemaran udara. Berikut ini merupakan proses produksi semen di PT. I ndocement, Tbk.: 1. Penambangan dan Penyediaan Bahan Baku (Unit Mining ) Bahan baku utama yang digunakan dalam proses pembuatan semen adalah batu kapur (lime stone), sedangkan tanah liat (clay ), pasir silica, pasir besi dan gypsum sebagai bahan aditif. 2. Pengeringan dan Penggilingan Bahan Baku (Unit Raw Mill ) a. Pengeringan bahan aditif Bahan aditif dari masing-masing storage diambil untuk kemudian diumpankan ke dalam rotary dryer untuk dikeringkan. Media pemanasnya adalah gas panas yang berasal dari Reinforced Suspention Preheater (RSP). Proses pengeringan berlangsung hingga didapatkan kondisi material memiliki kandungan air kurang lebih 1%. b. Penggilingan bahan baku High lime, low lime, aditif dan pasir besi diumpankan ke dalam alat penggiling (raw mill ). Di dalam alat ini, material digiling dengan menggunakan bola-bola baja dengan ukuran tertentu sambil diputar. Proses ini menggunakan gas panas dari stabilizer yang diambil dari RSP sehingga dalam proses ini berlangsung pula proses pengeringan. c. Pencampuran Bahan Baku Raw meal dihomogenisasi dengan proses aerasi di dalam Homogenizing Silo (HS). 3. Pembakaran Raw Meal dan Pendinginan Clinker (Unit Burning ) Proses pembakaran raw meal dalam pembuatan semen merupakan tahap yang paling penting karena pada tahap inilah terbentuk mineral-mineral yang
10
diperlukan dalam semen. Proses pembakaran di preheater (proses prekalsinasi) dan proses pembakarandi kiln menjadi klinker . Klinker yang keluar dari kiln dan masuk kedalam cooler sudah terbentuk padatan dan bersuhu ± 1000 –12000C. Klinker yang masih panas ini perlu didinginkan karena: a. Klinker yang panas sulit diangkut; b. Klinker panas mempunyai pengaruh negatif pada proses penggilingan; c. Udara panas hasil pendinginan klinker dapat dimanfaatkan, sehingga dapat menurunkan biaya produksi; d. Pendinginan yang tepat akan meningkatkan kualitas semen. 4. Penggilingan Akhir (Unit finish Mill ) Proses penggilingan klinker bertujuan untuk mencampur dan menggiling klinker dengan gypsum sampai tingkat kehalusan tertentu sehingga terbentuk produk semen. Material digiling di dalam cement mill . Material yang keluar dari cement mill dibawa oleh ATC ( Air Truck Conveyor ) kemudian dipusingkan ke dalam Air Separator . Dalam air separator terjadi dua gaya yaitu gaya sentrifugal dan gravitasi sehingga produk yang halus masuk ke siklon dan produk yang masih kasar masuk kembali ke cement mill sebagai tailing . 5. Pengantongan Semen (Unit Packing ) Semen disimpan dalam cement silo. Semen dari silo dibawa ke bagian pengepakan ( packing ) dengan menggunakan Air Sliding Conveyor dan Bucket Elevator . Dari Bucket Elevator , semen dilewatkan ke vibrating screen untuk memisahkan material asing yang terdapat di dalam semen. Lalu semen dimasukkan ke dalam feed bin dan dikeluarkan melalui mesin pengepakan. Dari mesin pengepakan, semen yang sudah dikemas diangkut dengan belt conveyor menuju ke dua buah bag loader untuk dimuat ke atas truk dan siap untuk dipasarkan.
11
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari penulisan makalah ini, antara lain: 1. Pengolahan partikulat dilakukan untuk meminimalisir/menghilangkan dampak partikulat; 2. Teknologi pengolahan partikulat yang dapat dilakukan yaitu dengan menggunakan
Gravity
Settling
Chamber ,
Cyclone, Electrostatic
Precipitator , Fabric Filter (Baghouse) dan Wet Scrubber ; 3. Masing-masing teknologi pengolahan memiliki kelebihan dan kekurangan dalam pengolahan partikulat. 3.2 Saran Adapun saran yang dapat penulis berikan, yaitu penulis selanjutnya sebaiknya
menambahkan
dan
memperbaiki
segala
kekurangan
yang
terdapat dalam makalah ini.
12
DAFTAR PUSTAKA Alfiah, T. 2009. Partikulat . Surabaya: Jurusan Teknik Lingkungan ITATS. Ratnani, RD. 2008.Teknik Pengendalian Pencemaran Udara yang Diakibatkan Partikel . Semarang: Universitas Wahid Hasyim. Yanuar, H. dan Karnoto. 2012. Pemicuan Metode Intermitent Energization Pada Rawmill Electrostatic Precipitator PT Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. Plant 9. Semarang: Universitas Diponegoro. Flero, M. 2000. Particulate Matter . www.airinfonow.org/pdf/Particulate_Matter .pdf. Tanggal Akses: 10 Agustus 2017 Pukul 20.10 WIB. Sufiana, U. 2011. Unit-Unit Pengendali Debu Partikulat . http://uphisufiana.co.id /2011/10/unit-unit-pengendali-debu partikulat_22.html. Tanggal Akses: 10 Agustus 2017 Pukul 19.10 WIB.
13
LAMPIRAN
G ravity Settling C hamber dan Mekanisme Kerjanya
Cyclone dan Mekanisme Kerjanya
E lectros tatic P recipi tator dan Mekanisme Kerjanya
14
Fabric F ilter (Baghouse)
Wet Scrubber dan Mekanisme Kerjanya
15
