B!7 Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
289
Buku II
STUDI PENGOLAHAN ARANG AKTIF HAS~ OLAHAN LIMBAH OR GANIK DENGAN TEKNIK INSINERASI Ign. Djoko Sardjono, Sukosrono PPNY-BATAN. Jl. Babarsari, P.o. Box 1008. Yogyakarta 55010
ABSTRAK STUD! PENGOLAHAN ARANG AKTIF HASIL OLAHAN LIMBAH ORGANIK DENGAN TEKNIK INSINERASI. Telah dilakukan penelitian pembakaran limbah arang aktif hasil olahan limbah organik dengan teknik insinerasi. Penelitian dilakukan dengan cara membakar limbah di dalam prototip insenerator yang dirancang dengan kapasitas 2.5 kgram dengan tujuan untuk mengetahui efisiensi pembakaran limbah yang dinyatakan dalam besarnya hargalpersentasereduksi limbah. Variabelyang diteliti yakni pengaruh komposisi dari limbah arang. TBP-Kerosin dan kertas merang sebagai bahan antara terhadap hasil reduksi limbah pada proses pembakaran. Pembakaran terhadap limbah dengan komposisi tertentu dilakukan dengan cara langsung yakni dengan cara limbah padat dan limbah cair organik dimasukkan bersama-sama ke dalam insenerator untuk dilakukan pembakaran. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa kondisi terbaik dicapai pada % komposisi dari arang : TBP-K : kertas merang = 60: 30 : 10 (fraksi berat arang terhadap TBP-K = 2) dengan reduksi limbah = 68,47% dan pada % komposisi daTiarang : kertas merang : TBP-K = 10: 60: 30 (jraksi berat arang terhadap Kertas merang = 0,17) dengan reduksi limbah = 87,38%.
ABSTRACT THE STUDY OF AN ACTIVATED CARBON OF THE TREATED ORGANIC WASTE USING THE INCINERATION TECHNIQUE. The study of an activated carbon of the treated organic waste using the incineration technique has been experimentally investigated. The experiment was conducted by directly burning the organic waste in the incinerator prototype with the design capacity of 2500 gram with the objective of determining the burning efficiencyvaluelpercentagewhich is represented in the waste reduction value. The investigated variables were the composition of the wastes which was cor.sistedof an activated carbon, TBP-Kerosene and husk paper and was represented in the percentage ratio of their weight. The experimental results showed that the greater the weightpercentage of huskpaper the better the waste reduction was. The maximum of the waste reduction value gained in this experiment was 68.47% with the composition of the activated carbon, TBP- Kerosene and husk paper in the weight percentage ratio of = 60 : 30 : 10 (the weightfraction of activated carbon to TBP-K = 2) and at the composition of the activated carbon to the huskpaper and TBP-kerosene= 10.. 60: 30 (the weightfraction of the activated carbon to huskpaper = 0.17) resulted in the the waste reduction =87,38%.
PENDAHULUAN
S
alah satu teknologi terapan yang berorientasi pacta peminimalan volume limbah radioaktif khususnya limbah padat yang dapat terbakar adalah teknik insinerasi. Limbah yang akan diinsenerasi, terlebih dahulu barns dilakukan pemilahan (sortir) supaya aspek keselamatan dalampengoperasiannya bisa terjaga. Tujuan daTi pemilahan ialah agar limbah yang akan dibakar tidak mengandung bahan-bahan yang bersifat eksplosif, sedangkan tujuan dari penelitian ini ialah untuk mengetahui besarnya efisiensi pembakaran dari alat pembakar limbah/insinerator yang dinyatakan dalam harga/persentase reduksi volume limbah.
ISSN 0216-3128
Bahan-bahan yang kemungkinan besar akan mengeluarkan asap yang bersifat korosif (khlorida organik clan flourida organik) juga harus dihilangkan atau dibatasi untuk menjaga keawetan alat clan keamanan proses pembakaran. Kesempurnaan dari proses pembakaran limbah padat dikaitkan dengan asas teknik kimia clanfisika yakni perhitungan neraca energi, neraca masalbahan , suhu clantekanan dari gas pembakar berserta reaksi kimia yang terjadi sesuai dengan konsep yang dikemukakan oleh AEC WORKING GROUP FOR INCINERAnON (1970) clanJOHN A. LOGAN, ROBERT, and MA WGHAN (1981)(1,2). Proses reduksi volume limbah padat dilakukan melalui pembakaran di dalam
Ign. Djoko Sardjono dkk
290
insenerator. Menurut KATOH H., HIRAYANA K., OSHINO M., clan NUMAKUNAI T. (1978); PERRY, ROBERT H., (1973); TECHNICAL REPORT SERIES No. 101 (1970) clan TECHNICAL REPORT SERIES No. 106 (1970i3,4,S,6) pactaproses pembakaran menggunakan teknik insinerasi untuk mencapai reduksi volume maksimum diperlukan insenerator yang mempunyai suatu ruang bakar yang mempunyai temperatur cukup tinggi (diatas titik bakar dari limbah yang dibakar) sehingga mampu membakar limbah secara baik. Proses pembakaran limbah merupakan reaksi kimia antara bahan bakar dengan gas oksigen yang berlangsung pacta kondisi tertentu dimana suhu pactatungku mencapai titik bakar dari bahan bakar. Kesempumaan dari reaksi pembakaranjuga ditentukan oleh tersedianya gas oksigen yang cukup memadai clan terjadinya kontak yang baik antara bahan bakar dengan oksigen. Proses pembakaran yang terjadi pacta kondisi tersebut di atas akan menghasilkan gas huang yang banyak mengandung gas CO clan partikel-partikel karbon padat yang nampak sebagai jelaga (ter) sesuai dengan konsep dari JOHN A. LOGAN, ROBERT clan MAWGHAN (1981) serta PERRY, ROBERT.H (1973i2,4).
Dari basil eksperimen yang dilakukan oleh peneliti pendahulu PRAYITNO, SUKOSRONO . (1993f) dengan menggunakan peralatan insenerator prototip yang berkapasitas desain 2500 gram, dapat dipakai untuk membakar limbah padat dapat bakar baik limbah kertas maupun limbah campuran (kertas, kain, plastik clan karet), basil terbaik yang diperoleh adalah berat limbah padat 2250 gram, bahan bakar untuk pembakaran awal minyak tanah clan gas bakar oksigen dengan tekanan 0,5 bar, kemampuan ruang bakar untuk mereduksi limbah kertas adalah 12 % clan untuk mereduksi limbah campuran dengan perbandingan berat kertas:kain:plastik:karet = 55:10:30:5 reduksi limbah yang dicapai adalah 6,36 % berat limbah sebelum dibakar.
TATAKERJA Bahan dan Perala tan Bahan: Limbah padat arang aktifyang mengandung TBP-kerosin dengan kertas merang sebagai bahan an tara, minyak tanah, gas bakar (oksigen) clan air (pendingin gas huang).
Ign. Djoko Sardjono dkk
Prosiding Pertemuun dun Pre~'entasi I/miuh PPNY-BA TAN, Yogyukurtu 25-27 April 1995
BllklllI
Peralatan :
Insenerator, sistem pending in, alat pengendap debu, blower, brender, thermokopel, kompressor, manometer, thermometer digital, timbangan analitik clan perlengkapan penunjang yang lain. Metode Percobaan penentuan kapasitas tungku bakar : Disiapkan peralatan insenerator yang telah terangkai dengan kondisi siap bakar. "Brender" dinyalakan dengan kecepatan udara clangas diatur sedemikian rupa sehingga nyala "brender" sempuma. Nyala api "brender" dimasukkan dalam lobang tungku bakar, selanjutnya diamati clan dicatat suhu ruang bakar clan suhu keluaran gas. Setelah keadaan suhu ruang bakar stabil (sekitar 200°C) dimasukkan campuran limbah arang aktif clanlimbah cair organik limbah sedikit demi sedikit sampai mencapai berat total 1500 gram. Dengan cara yang sarna, percobaan diulangi sampaijumlah total limbah padat mencapai: 1750 gram, 2000 gram, 2250 gram, 2500 gram clan3000 gram. Pacta saat terjadi proses pembakaran dialirkan gas oksigen dengan tekanan 0,5 bar, sistem pendingin clanblower dihidupkan. Setelah panas pembakaran yang dihasilkan telah mampu membakar limbah yang belum terbakar maka brender dimatikan. Proses pencampuran limbah padat dengan limbah cair organik yang akan dibakar dilakukan secara langsung adalah limbah cair organik disemprotkan bersamaan limbah padat yang sedang dibakar. Jumlah limbah cair organik yang dicampurkan sebanyak 20% (berat) dari jumlah limbah padat. Setelah percobaan dianggap selesai gas oksigen clan sistem pengatur tekanan pactaruang bakar (blower) dimatikan, setelah suhu ruang bakar kurang lebih 100°C sistem pending in dapat dimatikan. Selanjutnya dihitung reduksi volume clan reduksi limbah. Dari basil yang diperoleh dapat ditentukan kapasitas pembakaran tungku yang terbaik. Percobaan untuk mengetahui pengaruh persentase berat arang daDkertas merang terhadap Reduksi Limbah (%). Percobaan dilakukan menggunakan tungku dengan kapasitas pembakaran yang dihasilkan dari percobaan 1, selanjutnya digunakan untuk mengetahui pengaruh perbandinganberat arang clan kertas merang 0,17, 0,4, 0,75, 1,35, 2,5, 6, 13 terhadap reduksi limbah (%) dengan parameter TBP-Kero~in= 0.30 .
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan dim Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
d e
Percobaan untuk mengetahui pengaruh persentase be rat arang daD TBP-Kerasin terhadap Reduksi Limbah (%) : Percobaan dilakukan menggunakan tungku dengan kapasitas pembakaran yang dihasilkan dad percobaan 1, se1anjutnya digunakan untuk mengetahui pengaruh perbandingan berat arang clan TBP-Kerosin 0,80, 1, 1,35, 2, 3.5, 8 terhadap reduksi limbah (%) dengan parameter kertas merang = 0,10. Persentase dari reduksi reduksi limbah dihitung dengan rumus :
R1
--
Bp + Bo Ba + 1:3t
Rl = reduksi limbah Bt = berat fer
Ba = berat abu Bp = berat limbah padat
HASIL DAN PEMBAHASAN Kapasitas Pembakaran Data basil percobaan PRAYITNO DAN SUKOSRONO (1993f) untuk mengetahui kapasitas bakar insenerator dapat dilihat dalam tabel 1. Tabel. 1. Hasil percobaan untuk mengetahui kapasitas bakar insenerator. (Kondisi percobaan: limbah cair organik sebesar 20%, kecepatan oksigen 0,5 bar.) Berat Limbah
Suhu Tungku
(gram)
('C)
LSG
TLSG
LSG
TLSG
1500
119-912
12,48
13,69
a
a
7150
138-999
10,57
13,45
a
a
2000
127-803
9,81
12,75
b
b
2250
106-737
10,01
12,73
c
c
2500
104-914
9,45
12,01
d
d
3000
102-999
10,45
12,89
e
e
Reduksi Limbah
Warna Abu
LSG = proses pencampuran limbah cair organik secara langsung TLSG = proses pencampuran limbah cair organik secara tidak langsung a = wama abu-abu kehitaman sedikit actaputih b =wama abu-abu sedikit actaputih clanhitam c = wama putih keabu-abuan sedikit wama hitam
ISSN 0216-3128
291
Buku II
=wama abu-abu putih sedikit actahitam = wama abu-abu putih kehitaman Dari tabel 1 terlihat bahwa basil reduksi volume yang diperoleh berkecenderungan naik mulai dari jumlah limbah yang dibakar dari 1500 gram sampai 2250 gram, baik pacta proses pembakaran limbah cair organik secara langsung maupun secara tidak langsung. Reduksi limbah yang dihasilkan terjadi hal yang berkebalikan dengan reduksi volume. Hal ini disebabkan karena pacta proses pembakaran, semakin sedikit limbah yang dibakar maka rongga di dalam tungku bakar semakin besar. Semakin besar rongga di da1am tungku bakar menyebabkan gas bakar banyak yang langsung ke ruang gas pacta tungku bakar clan selanjutnya ke1uar 1ewat cerobong gas, sehingga koDiak gas bakar clan limbah kurang baik yang berakibat pembakaran kurang sempuma. Hal ini juga ditunjukkanpactawama abubasil pembakaran, pembakaran limbah padat dengan berat 2250 gram wama abu putih keabu-abuan sedikit hitam, sedang untuk pembakaran limbah padat 1500 gram wama abu hasil pembakaran adalah abu-abu kehitaman sedikit wama putih. Menurut PERRY, ROBERT H. (1973i4), semakin hitam warna abu yang dihasilkan, semakin tidak sempuma pembakaran yang terjadi, yang berarti abu masih mengandung oksida logam atau garam yang terbentuk dari garam atau logam terkandung dalam bahan yang dibakar. Pacta pembakaran 1imbah (padat clan organik) dengan berat limbah padat diatas 2250 gram, reduksi volume clanreduksi limbah yang dihasilkan lebih rendah. Hal ini disebabkan karena pacta pembakaran limbah dengan berat limbah padat diatas 2250 gram, maka tungku bakar semakin penuh oleh adanya abu basil pembakaran, gas bakar yang masuk akan terhambat adanya abu tersebut, sehingga pembakaran limbahtidak dapat sempuma. Hal ini dapat dilihat dariwama abuyang dihasilkan, untuk pembakaran berat limbah kurang dari 2250 gram wama abu yang dihasilkan lebih putih hila dibandingkan dengan wama abuuntuk pembakaran limbah di atas 2250 gram. Untuk pembakaran limbah yang kurang sempurna, maka akan menurunkan reduksi volume clan menaikkan reduksi limbah. Dari basil percobaan ini dapat dikatakan bahwa kapasitas optimum tungku insenerator adalah 2250 gram. Percobaan untuk mengetahui pengaruh persentase berat arang daD kertas merang terhadap Reduksi Limbah (%). Percobaan dilakukan menggunakan tungku dengan kapasitas pembakaran yang dihasilkan dari percobaan 1, selanjutnya digunakan untuk
Ign. Djoko Sardjono dkk
292
Prosiding Pertemuan dun Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
Bllku II
mengetahui pengaruh perbandingan berat arangclan kertas merang 0,17, 0,4, 0,75, 1,35, 2,5, 6, 13 terhadap reduksi limbah (%) dengan parameter TBP-Kerosin = 0,30. Data basil percobaan ini dapat dilihat pactalabel 2. Tabel 2.
Pengaruh persentase berat arang daD kertas merang terhadap reduksi limbah (%)
Bahan Limbah
Perbandingan
% berat
Arang
65
60
50
30
30
20
10
Kertas merang
5
10
20
40
40
50
60
TBP-Kersoin
30
30
30
30
30
30
30
Arang:K.merang
13
6
2,5
1,33 0,75 0,40 0,17
62,57 68,47 68,80 69,60 73,93 86,43 87,28
Reduksi (%)
Data percobaan ini hila ditayangkan dalam bentuk grafik seperti dapat dilihat pactagambar I : 100Redllsi limbab 1%1
Tabel 3.
Pengaruh persentase berat arang daD TBP-Kerosin terhadap reduksi limbah (%)
Bahan Limbah
Perbandingan
% berat
Arang
40
45
50
60
70
80
Kertas merang
50
45
40
30
20
10
TBP-Kersoin
10
10
10
10
10
10
Arang:K.merang 0,80
1
1,25
2
3,50
8
Reduksi (%)
63,86 65,79 66,46 68,46 ,0,73 35,68
maupun limbah arang clankertas merang. Hal ini dapat terjadi kemungkinan sebagai akibat dari sifat kemudahan ballaD yang dibakar untuk terbakar. TBP-Kerosin sebagai zat cair organik relatif lebih mudah terbakar dibanding dengan arang. Akibatnya dengan semakin besamya fraksi yang sukar terbakar maka akan tersisa residu yang belum terbakar secara sempurna dalam jumlah yang lebih besar sehingga reduksi limbahnya cenderung menurun.
TBP.K ' 30%
100Redltsi limb!' 1%1
;:t~
90
60
80
~O
10
40
60
30
~O
20
40
10 0
3
6
9
Perbandilgll
% beral iIiDg:tertas
12
I~
merang
Gambar1. Pengaruh KomposisiArang don KertasMerangTerhadapReduksi Limbah (%) Percobaan untuk mengetahui pengaruh persentase berat arang dan TBP-Kerosin terhadap Reduksi Limbah (%). Percobaan dilakukan menggunakan tungku dengan kapasitas pembakaran yang dihasilkan dari percobaan 1, selanjutnya digunakan untuk mengetahui pengaruh perbandingan berat arangclan TBP-Kerosin 0,80, 1, 1,35, 2, 3,5, 8 terhadap reduksi limbah (%) dengan parameter kertas merang = 0,10. Data hasil percobaan ini dapat dilihat pactalabel 3. Data basil percobaan ini dapat digambarkan secara grafik seperti terlihat pactagambar 2. Dari gambar 1 clan 2 terlihat bahwa kecenderungan harga reduksi limbah cenderung menurun dengan semakin besamya perbandingan berat antara limbah arang clan TBP-Kerosin
Ign. Djoko Sardjono dkk
30
Kerlis merllg 10%
~
20 10 0
6 Perbudilgu
9
12
15
% bent ulIg:TBP.K
Gambar 2. Pengaruh % Beral Arang don TBP-K Terhadap Reduksi Limbah (%)
KESIMPULAN Dari basil percobaan ini dapat disimpulkan bahwa : 1. Proses pembakaran dengan teknik insinerasi ini dipengaruhi oleh tersedianya gas oksigen yang cukup memadai clanteljadinya kontak yang cukup baik antara bahan bakar dengan gas oksigen dalam proses pembakaran yang dikondisikan dengan tekanan operasi gas oksigen = 0,5 bar. 2. Proses pembakaran juga dipengaruhi oleh banyaknya fraksi yang relatif mudah terbakar. Dengan semakin besamya fraksi yang mudah terbakar akan menaikkan juga
ISSN 0216-3128
Pros/ding Pertemuan dun Presentas/ llmiah PPNY~BATAN, Yogyakarta 25-27 April 1995
Buku 11
harga reduksi limbah. Terlihat dad datalgambar I. bahwa dengan semakinbesar fraksi arang terhadap kertas me rang (arang:kertas-merang) = 0,17 harga reduksi limbahnya mencapai 87,28 %, sedangkan pacta arang:kertas-merang = 13, harga reduksi limbahnya = 62,57 %.
293
TANYA-JAWAB Bambang Guritno Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pembakaran langsung ataupun tidak langsung "tidak mempengaruhi hasil pembakaran".
UCAPAN TERIMAKASIH
1. Apa maksud dan tujuan pembakaran langsung dan tidak langsung ini ?
Penulis ucapkan terima kasih kepada Sdr. Sunardi yang dengan tekun clan penuh kesabaran untuk membantu pelaksanaan penelitian ini dari awal sehingga selesai.
2. Jika benar tidak mempengaruhi hasi/ pembakaran, apakah ini sudah diuji dengan perhitungan karakteristik limbah yang terbakar, misalkan keadaan fisika, kimia dan nilai kalorifisiknya ?
DAFTAR PUSTAKA
3. Apakah kesempurnaan pembakaran juga diikuti dengan pembakaran spontan ?
1. AEC WORKING GROUP FOR INCINERA nON, " Incineration of Radioactive Solid Wastes", August ( 1970). 2. JOHN A. LOGAN, ROBERT, MAWGHAN, "Conceptual Design For Waste Incineration Development Activity", November ( 1981 ). 3. KATOH H., HIRAYANA K., OSHINO M., and NUMAKUNAI T., "Expiri in The Solid Wastes Incineration Unit of Jaeri", Tokyo (1978). 4. PERRY, ROBERT H., "Chemical Engineers Hand Book", Mc. Graw Hill, Kogakusha, Ltd., Tokyo (1973). 5. TECHNICAL REPORT SERIES No. 101, "Standardisation of Radioactive Waste Catagories", IAEA, Vienna (1970). 6. TECHNICAL REPORT SERIES No. 106, "The Volume Reduction of Low Actuvity Solid Wastes", IAEA, Vienna (1970). 7. PRA YITNO, SUKOSRONO, "Teknik Pembakaran Limbah Padat Menggunakan Insenerator", Prosiding Pertemuan clan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan Dan Teknologi Nuklir, PPNY-BATAN ISSN 0216-3128, Yogyakarta, April 1993.
4. Bagaimana cara mempertahankan temperatur dalam tungku bakar ? 5. Mengenai komposisi umpan bakar : arang:TBP:kertas adalah 60:30:10. Apakah untuk TBP-kerosin sebesar 30 % ini tidak terlalu besar, sebab batasan yang diijinkan di PTPLR adalah maksimal 30 % TBP-kerosin. Djoko Sardjono
1. Pembakaran secara langsung : arang, bahan organik (TBP-k) dibakar secara langsung. Tak langsung : arang dipakai untuk menyerap limbah organik (TBP-k) bam dimasukkan ke dalam tungku bakar. 2. Untuk membandingkan saja apakah hasilnya berbeda jauh/tidak dalam efisiensi pembakaran yang dinyatakan dalam (%) reduksi limbah : Secara fisik sudah, ialah karakter dari abunya yang relatifkeputihan, kalau hitam berarti kandungan oksida logamnya tinggi ini mengakibatkan pembakarannya kurang sempurna. 3. Kesempurnaan pembakaran mestinya diikuti pembakaran spontan. 4. Caranya dengan mengatur tekanan gas oksigen kita pertahankan 0,5 Bar. 5. Benar,tetapi perlu diingat bahwa insinerator kita berbeda dengan yang dimiliki Serpong, dalam arti bahwa faktor-faktor desainnyapun berbeda. lndro YUWOllO 1. Apakah arang aktif hasi/ pembakaran digunakan lagi sebagai arang aktif. 2. Apafungsi
ISSN 0216-3128
kertas merang dalam hal ini.
Ign. Djoko Sardjono dkk
Buku II
194
3. Dalam pengolahan limbah biasanya yang dipermasalahkan adalah reduksi volume, bukan reduksi berat. Mohon tanggapan. Djoko Sardjono 1. Tidak, karena basil akhir dari proses pembakaran adalah abu. 2. Sebagai bahan antara atau media pemercepat teIjadinya proses pembakaran. 3. Bisa dinyatakan sebagai reduksi volume clan reduksi berat, yang rumusannya : RL
--
Bp + Be B. + Bt
Rl
= Reduksi limbah
Bp Bo Ba Bt
= Berat Limbah padat = Berat zat organik = Berat abu = Berat ter
Ign. Djoko Sardjono dkk
Prosiding Pertemuan dan Presentasi llmiah PPNY-BATAN, Yogyakarta 15-17 April 1995
Herlan Martono J. Berapa °C temperatur pembakarannya ? 2. Kenapa dalam pembakaran arang sebagai penyerap bahan organik Apakah tidak sebaiknya kertas merang saja sebagai penyerapnya, sehingga temperatur pembakaran lebih rendah dan volume abu lebih sedikit. Djoko Sardjono 1. Temperatur pembakarannya 900°C. 2. Benar, tetapi tujuan dari penelitian ini yang utama ialah mereduksi volume/aktivitas limbah organik yang acta di Sub Bidang Peng. Limbah & Keselamatan Lingkungan dengan menggunakan arang aktifyang telah diketahui secara umum bahwa efisiensi pemisahannyalpenyerapannya tinggi.
ISSN 0216-3128