TEKNOLOGI INSINERASI SAMPAH MEDIS Oleh : Harsi Sri Febriyantie 3312 201 002
Abstrak Sampah medis adalah materi padat yang dihasilkan dari diagnosa, pengobatan, atau imunisasi yang dilakukan pada manusia atau hewan serta hasil uji cairan tubuh. Berbagai teknologi telah diterapkan untuk mengolah sampah diantaranya autoclave, retorts, sistem disinfeksi dengan microwave, disinfeksi kimia, dan insinerasi. Teknologi insinerasi paling banyak dipilih karena memiliki keunggulan diantaranya mudah pengoperasiannya dan biaya operasionalnya lebih murah. Dalam makalah ini dibahas teknologi insinerasi yang menggabungkan proses gasifikasi, pirolisis dan insinerasi dalam mengolah sampah medis. Desain ini dil engkapi dengan sistem pengontrol udara yang meminimalisir debu dan gas buang hasil insinerasi.
1. Pendahuluan Sampah medis adalah materi padat yang dihasilkan dari diagnosa, pengobatan, atau imunisasi yang dilakukan pada manusia atau hewan serta hasil uji cairan tubuh (Hossain et. al., 2012 dan Ferraz et. al, 2003). Pengelolaan sampah medis sudah menjadi perhatian sejak tahun 1980an di seluruh dunia karena sifatnya yang infeksius dan beracun (Lee et. al., 1996 dan Xie et. al., 2009). Sampah medis harus diklasifkasi menjadi beberapa bagian. Menurut United State Enviromental Protection Agency (US EPA), sampah medis dibagi menjadi tiga tipe yaitu red bag, patologis dan umum. Sedangkan Enviromental European Agency menggolongkan sampah medis menjadi khusus sampah rumah sakit dan sampah lain. Penggolongan sampah medis ini yang menjadi dasar penanganan, penyimpanan dan pembuangannya (Ferraz et. al, 2003). Berbagai metode penanganan sampah medis telah diterapkan diantaranya autoclave, retorts, sistem disinfeksi dengan microwave, disinfeksi kimia, dan insinerasi (Diaz et. al., 2005). Berdasarkan penelitian yang dilakukan Hossain et. al. (2012) mengenai penanganan sampah medis dengan steam autoclave, menyatakan bahwa penggunaan alat ini tidak direkomendasikan untuk penanganan sampah medis. Dalam penelitiannya dilaporkan bahwa derajat inaktivasi bakteri pada sampah medis sangat tergantung pada
waktu kontak sterilisasi dan suhu. Suhu yang tinggi hanya memerlukan waktu kontak sterilisasi yang singkat. Namun setelah enam hari ditemukan adanya pertumbuhan kembali bakteri yang telah disterilisasi. Retorts memiliki kemiripan dengan autoclave. Dalam Diaz et. al. (2005) dinyatakan bahwa retorts hanya memiliki sedikit perbedaan desain dengan autoclave. Pada retorts tidak terdapat tungku uap sehingga menghambat transfer panas untuk sterilisasi bakteri. Tidak semua sampah medis dapat diolah dengan autoclave dan retorts diantaranya sampah dari pengobatan kemoterapi, merkuri, sisa potongan tubuh, dan sebagainya. Oleh karena itu penggunaan autoclave maupun retorts kurang dianjurkan. Disinfeksi dengan microwave adalah penggunaan gelombang pendek dalam spektrum elektromagnetik dan dalam frekuensi radio. Metode ini membutuhkan membutuhkan energi yang besar, kemampuan operator yang baik, membutuhkan indikator biologi dan kimia untuk mengecek efektivitas disinfeksi, serta perlu adanya penambahan air atau uap ke dalam sampah selama proses pengolahan (USAID, 2005). Disinfeksi kimia sangat berhubungan dengan bahan kimia untuk mensterilisasi patogen. Efektivitas bahan kimia sangat tergantung pada suhu, temperatur, pH, dan kehadiran senyawa lain yang dapat
memperburuk efektivitas bahan kimia. Telah dilaporkan oleh Diaz et. al. (2005) bahwa beberapa patogen lebih resisten dibanding yang lain. Seperti halnya metode disinfeksi microwave, autoclave dan retorts, tidak semua sampah medis dapat diolah dengan metode ini. Selain itu isu produk samping yang beracun dan problem pada pembungannya. Karena mengandung bahan kimia yang tinggi maka beberapa landfill menolak menerima jenis sampah medis ini (USAID, 2005). Dari beberapa teknologi insinerasi tersebut, insinerasi yang paling banyak dipilih karena memiliki keunggulan diantaranya mudah pengoperasiannya dan biaya operasionalnya lebih murah (Xie et. 2009). Walaupun penggunaan al., incinerator banyak ditolak karena emisi gas buangnya yang sangat berbahaya, namun secara ekonomis dan pengoperasian masih banyak dipilih. Selain itu dengan sistem yang benar, insinerasi dapat mengolah seluruh sampah medis. Pirolisis dan gasifikasi juga telah dipelajari selama bertahun-tahun. Metode ini juga dianggap dapat menjadi alternatif dalam pengolahan sampah medis karena minimnya emisi udara dan partikulat yang dihasilkan sehingga dapat mengurangi dampak terhadap lingkungan (Zhu et. al., 2008). Selain itu gas yang dihasilkan pada proses gasifikasi dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku/ chemical feedstock untuk memproduksi bahan bakar cair (Tang et.al., 2013). Gas yang dihasilkan dari proses gasifikasi diantaranya karbonmonoksida, hidrogen, hidrokarbon, dan lainnya dapat dimanfaatkan untuk menyediakan energi pada proses pirolisis dengan desain yang efektif dan terintegrasi. Dalam paper ini akan dibahas mengenai teknologi terintegrasi insinerasi sampah medis yang memanfaatkan proses gasifikasi, pirolisis dan insinerasi. 2. Pembahasan a. Insinerasi Sampah Medis Insinerasi sampah medis merupakan upaya mereduksi sampah medis dengan cara membakarnya pada suhu 850 ˚C – 1000 ˚C (Manyele et. al., 2012). Insinerasi mengkonversi material sampah menjadi bottom ash, flue gases, partikulat, dan panas yang dapat dimanfaatkan untuk
menghasilkan energi listrik. Penggunaan insinerator untuk mengolah sampah medis masih banyak digunakan di negara maju (Shaaban, 2007). b.
Kelebihan dan Kekurangan Metode Insinerasi Metode insinerasi untuk pengolahan sampah medis tentu memiliki kelebihan dan kekurangan. Insinerasi dimanfaatkan karena memiliki kelebihan sebagai berikut (Shaaban, 2007): a. Mampu menghancurkan berbagai macam material karbon organik termasuk patogen. Hal ini dibuktikan oleh Kanemitsu et. al. (2005) yang menyatakan bahwa seluruh spora Bacillus stearothermophilus yang terdapat dalam limbah infeksius dapat dimusnahkan dengan incinerasi pada suhu 300⁰C selama 15 menit, 300⁰C selama 30 menit, 500⁰C selama 15 menit, 500⁰C selama 30 menit, 1100⁰C selama 3 menit, bahkan setelah tujuh hari setelah proses insinerasi. b. Padat mereduksi volume dan massa materi sebesar 80-95% sehingga diijinkan untuk ditimbun di landfill. c. Panas dari hasil pembakaran dapat digunakan untuk memproduksi energi listrik. Selain itu beberapa material sampah medis yang berbeda dapat juga diolah dengan insinerator, antara lain (Lee et. al., 1996 dan Shaaban, 2007): (a) kultur dan stok infeksius, (b) limbah patologis, (c) darah manusia, (d) jarum hipodemik, jarum suntik, pipet pasteur, pecahan kaca dan pisau bedah, (e) bangkai hewan yang terkontaminasi, bagian tubuh dan tempat perawatan hewan, (f) limbah dari operasi atau otopsi, (g) limbah patologis, laboratorium farmasi, (h) limbah dialisis, (i) peralatan medis dan yang terkontaminasi bahan infeksius, dan (j) limbah biologis dan bahan lain yang telah terkontaminasi dengan darah, ekskresi, eksudat dan sekresi manusia maupun hewan. Selain memiliki kelebihan, metode insinerasi ini juga memiliki kekurangan yang utama yaitu emisi polutan menuju
atmosfer, beberapa diantaranya sangat beracun (Ferraz et. al., 2003). Sumber emisi signifikan yang dihasilkan dari metode ini adalah polychlorinated dibenzodioxin and dibenzofuran (PCDD/PCDF) (Xie et. al., 2009 dan Hoyos et. al., 2008). Namun dengan sistem pengelolaan udara yang tepat, emisi udara yang dihasilkan dari proses insinerasi dapat diminimalisir. Teknologi incinerator terpadu untuk sampah medis Berdasarkan penelitian Xie et. al. (2009) dan Xie et. al.(2010), dilaporkan terdapat teknologi baru pembakaran sampah medis terpadu. Insinerasi sampah medis terpadu ini dikembangkan dari beberapa pertimbangan sebagai berikut
(Xie et. al., 2010): (1) mencapai batas emisi gas buang. (2) Mengurangi kehilangan panas pada insinerator. (3) Memanfaatkan seluruh nilai panas sampah medis. Deskripsi sistem insinerator Diagram sistem insinerator terpadu dan pengolahan sampah medis dapat dilihat pada Gambar 1. Komponen utama pada sistem ini adalah sistem feeder , sistem pembakaran dan sistem pengontrol udara.
c.
Sistem pembakaran terdiri atas dua ruang pembakaran, yaitu ruang pembakaran utama dan ruang pembakaran sekunder. Pembuangan abu dan heat recovery tidak dibahas pada paper ini.
Gambar 1. Diagram Sistem Insinerasi Sumber : Xie et. al. (2009) Teknologi ini menggabungkan teknologi gasifikasi, pirolisis dan insinerasi. Insinerator ini dilengkapi dengan sebuah feeder , sebuah rotary grate, sebuah tungku pembakaran pertama dan sebuah tungku pembakaran coaxial kedua. Gambar 2 berikut ini skema insinerator terpadu.
•
Feeding System Insinerator ini terdiri terdiri atas dua feeder yang berfungsi untuk mencampur, mencacah, memadatkan dan memanaskan sampah medis. Sistem feeder pada insinerasi akan terus menerus memasukkan sampah medis ke dalam waste bed .
Pemanasan, pengeringan, pirolisis dari sampah medis, serta oksidasi arang terjadi pada tungku pertama. Gambar 2 dan Gambar 3 menunjukkan skema feeder pada insinerator terpadu (Xie et. al., 2010).
•
•
Secondary Combution Chamber (SCC) Desain SCC sedikit berbeda dengan desain insinerator pada umumnya. Xie et. al.(2010) menyebut desain ini dengan struktur “coaxial” yang meletakkan SCC mengelilingi PCC secara vertikal. Desain ini untuk meminimalisir kehilangan panas. Untuk memaksimalkan efisiensi alat dan mengurangi dampak terhadap lingkungan, maka sistem pembakaran dalam SCC dikontrol berdasar suhu, waktu dan turbulensi.
•
Flue Gas Purification System Gas buang yang dihasilkan dari proses insinerasi selanjutnya akan dimurnikan dengan menyemprotkan lime slurry untuk menghilangkan HCl dan SOx . Kemudian diinjeksikan karbon aktif untuk mengabsorbsi dioksin dan furan yang terbentuk di akhir proses pembakaran.
Gambar 2. Diagram Insinerator Terpadu : (A) Waste Inlet , (B) screw, (C) outlet gas buang, (D) tungku gasifier , (E) secondary feeder , (F) secondary air injector , (G) exit of gasifier , (H) Tungku pembakaran kedua, (I) rotary grate, (J) “U” shape channel, (L) ash outlet , (M) primary air inlet . Sumber : Xie et. al. (2009)
Gambar 3. Diagram feeding system. (A) Charge hooper , (B) access slide board , (C) vertical bin, (D) reciprocating propeller , (E) secondary feeder Sumber : Xie et. al. (2009)
Primary Combution Chamber (PCC) Sampah medis dalam PCC mengalami pemanasan dan proses pengeringan. Hingga pada level temperatur yang ditentukan sampah medis mengalami pirolisis dan penguapan. Setelah proses pirolisis dan penguapan, akan terbenetuk arang yang selanjutnya mengalami oksidasi lanjut dan membentuk arang panas (hot slag). Udara bebas dimasukkan dari dasar PCC untuk mendinginkan hot slag. Udara yang masuk ini mengalami pemanasan dan memoksidasi lapisan karbon dan menghasilkan gas buang panas. Gas buang panas inilah yang menyediakan energi untuk pirolisis dan proses pengeringan sampah medis (Xie et. al., 2010).
Operasi Sistem Insinerasi terpadu Hasil penelitian yang dilakukan Xie et. al.(2009) menyatakan bahwa desain insinerator yang menggabungkan metode gasifikasi, pirolisis dan insinerasi ini dapat mengolah sampah medis dan gas buang yang dihasilkan telah memenuhi peraturan yang dipersyaratkan. Sampah medis yang
mudah terbakar sebesar 45,47% sedangkan kelembabannya mencapai 44,13%. Udara yang dibutuhkan untuk proses pembakaran pada PCC sekitar 40% dari kebutuhan udara stoikiometri dan 100% udara stoikiometri di SCC untuk pembakaran sempurna (Xie et. al., 2010). Pengaturan suhu yang tepat pada PCC dan SCC diperlukan untuk menjaga agar proses pembakaran terjadi dengan baik. Suhu running optimal pada PCC diset 700-913 ⁰C (Xie et. al., 2009) agar proses gasifikasi dan pirolisis sampah medis dapat berlangsung baik. Suhu pada SCC 8601000 ⁰C yang menandakan proses pembakaran di SCC lebih stabil dari pada PCC (Xie et. al., 2010). Namun terdapat anomali suhu yang diset dengan suhu aktual pada PCC, hal ini bisa jadi disebabkan fluktuasi kadar air dari sampah medis yang dimasukkan serta adanya kelebihan udara dalam gasifier (Xie et. al., 2009). Sedangkan anomali suhu pada SCC disebabkan adanya pembakaran yang berlebihan pada gasifier yang menghabiskan banyak bahan bakar sehingga menurunkan suhu yang masuk SCC. Selain itu kelebihan bakan bakar mengakibatkan tingginya emisi udara (Shaaban A. F., 2007). Polutan udara yang dihasilkan adalah CO, CO2, NOx, dan SO2. Polutan yang terbentuk pada PCC adalah CO namun pada SCC gas tersebut berubah menjadi CO2. NOx, dan SO2 terbentuk dari hasil pembakaran di SCC dengan kadar yang dibawah standar baku mutu yang berlaku seperti pada Tabel 1. Tabel 1. Konsentrasi emisi polutan gas buang
Fly ash yang dihasilkan mengandung Cd dan As dengan kadar yang masih melebihi baku mutu, sehingga perlu detoksifikasi dahulu sebelum disimpan di landfill (Xie et. al., 2009). Sistem incinerator ini dirancang dengan Air Pollution Control Device (APCD) yang baik. Pengendalian fly ash pada gas buang dengan APCD akan mengontrol produksi dioksin dan furan yang terbentuk. APCD juga menurunkan kadar gas asam HCl dan SO2 pada gas buang (Xie et. al., 2009). Sistem insinerasi terpadu ini dapat dijadikan alternatif pengolahan sampah medis yang ramah lingkungan. Hal ini dapat diketahui dari penggunaan bahan bakar yang lebih sedikit dibanding dengan insinerator pada umumnya, serta adanya APCD yang mengendalikan emisi udara dari proses insinerasi.
3. Kesimpulan Insinerasi sampah medis terpadu menggabungkan metode gasifikasi, pirolisis dan insinerasi. Desain insinerator ini memiliki komponen utama berupa sistem feeder , sistem pembakaran dan sistem pengontrol udara. Sistem feeder menjaga sampah medis masuk secara kontinu. Sistem pembakarannya dibagi menjadi dua ruang yaitu PCC dan SCC. Proses gasifikasi dan pirolisis terjadi dalam PCC pada suhu 700-913 ⁰C, sedangkan insinerasi terjadi dalam SCC pada suhu 860-1000 ⁰C. Sistem pengontrol udara berperan dalam pengendalian fly ash. Fly ash sangat berperan pada terbentuknya dioksin dan furan yang berbahaya jika terpapar dalam lingkungan. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, sistem insinerasi terpadu ini memiliki kelebihan lebih hemat bahan bakar serta polutan yang dihasilkan sebagian besar telah memenuhi baku mutu yang dipersyaratkan. 4. Daftar Pustaka
Sumber: Xie et. al. (2010)
” Process A.F. Shaaban (2007), engineering design of pathological waste incinerator with an integrated combustion gases treatment unit”, Journal of Hazardous Materials 145, hal: 195–202.
Diaz L., Savage G., dan Eggerth L. (2005), “ Alternatives for the treatment and disposal of healthcare wastes in developing countries”, Journal of Waste Management 25, hal: 626–637. Ferraz M. dan Afonso S. (2003), “ Incineration of different types of medical wastes:emission factors for gaseous emissions”, Atmospheric Environment 37, hal. 5415–5422. Hossain Md. S., Balakrishnan V., Rahman N., Sarker Md. Z., dan Kadir M. O. (2012), “ Treatment of Clinical Solid Waste Using a Steam Autoclave as a Possible Alternative Technology to Int. J. Environ. Res. Incineration”, Public Health 9, hal. 855-867. Hoyos A., Cobo M., Aristizábal B., Córdoba F., dan Montes de Correa C. (2008), “ Total suspended particulate (TSP), polychlorinated dibenzodioxin (PCDD) and polychlorinated dibenzofuran (PCDF) emissions from medical waste incinerators in Antioquia, Colombia”, Chemosphere 73, hal: S137–S142. Kanemitsu K., Inden K., Kunishima H., Ueno K., Hatta M., Gunji Y., Watanabe I., dan Kaku M. (2005), “ Does incineration turn infectious waste aseptic?”, Journal of Hospital Infection 60, hal: 304–306.
Lee C.C. dan Huffman G.L. (1996), ” Medical waste management/incineration”, Journal of Hazardous Materials 48, hal: l-30. S. V. Manyele, I. S. Kagonji (2012), “Analysis of Medical Waste Incinerator Performance Based on Fuel Consumption and Cycle Times”, Engineering journal 4, hal: 625-635. Tang L., Huang H., Hao H., dan Zhao K. (2013), “ Development of plasma pyrolysis/gasification systems for energy efficient and environmentally sound Journal of waste disposal”, Electrostatics 71, hal: 839-847. USAID. (2005), “ Treatment Alternatives for Medical Waste Disposal”, Program for Appropriate Technology in Health (PATH). Xie R., Li W., Li J., Wu B., dan Yi J. (2009), “ A Burning Experiment Study of an Integral Medical Waste Incinerator ”, Journal of Energy and Power Engineering 2, hal: 175-181. Xie R., Li W., Li J., Wu B., dan Yi J. (2010), “ Emissions investigation for a novel medical waste incinerator ”, Journal of Hazardous Materials 166, hal : 365–371. Zhu H.M., Yan J.H., Jiang X.G., Lai Y.E., dan Cen K.F. (2008),” Study on pyrolysis of typical medical waste materials by using TG-FTIR analysis ”, Journal of Hazardous Materials 153, hal: 670–676.
