PENGENDALIAN
GAS HASIL BUANGAN INSENERATOR MENGGUNAKANKAPUR Osmen Gultom
Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK PENGENDALIAN GAS HASIL BUANGAN INSENERATOR MENGGUNAKAN KAPUR. Telah dilakukan penelitian pengolahan terhadap limbah radioaktif terbakar seperti; kertas, karet, pvc, kayu, dan limbah organik cairo Limbah tersebut diumpankan ke dalam tungku insenerator pada temperatur 800 -900°C, sehingga diperoleh abu dan gas-gas hasil pembakaran.Abu yang terbentuk diimobilisasi menggunakan bahan matrik semen. Gas hasil pembakaran mengandung gas-gas asam yang berbahaya sehingga diperlukan pengolahan. Setelah dilakukan penyaringan menggunakan baghouse filter dan HEPA filter gas dijenuhkan dan didinginkan dalam spray venturi. Uap asam yang terkandung dalam gas dinetralisir dalam packing kolom dengan menggunakan larutan ~apur 0,5 -1 N secara sirkulasi berlawanan arah dengan kecepatan 30 m3/jam. Gas yang sudah dimurnikan dlsaring dengan penyaring dengan diameter 5 J.ldengan efektivitas penyaringan 99% untuk menghilangkan kabut dan selanjutnya dilewatkan melalui cerobong. Dari hasil penelitian diperoleh hasil yang bervariasi tergantung pad a pembakaran limbah radioaktif. Kandungan sulfat darl klor yang terbesar pad a kolom pencucian 1.533,3 ppm dan 76,2 ppm sedang ekstrak kering 0,11 dengan waktu operasi 50 jam.
ABSTRACT CONTROL OF FLUE GAS INCINERA TION USING l./ME. It had been done a research of combustible radioactive waste i.e; paper, rubber, pvc, wood and organic waste. The waste was burned into incineration chamber within temperature 800 -900°C that produce ash and flue gas. The ash was immobilized by matrix cement. Flue gas contains acid gas so it needs treatment. After filtration by baghouse filter and HEPA filter, gas was saturated and cooled in spray ventury. The acid vapor contained in the gas were then neutralized in packing column by spraying a countercurrent of recycled lime solution 0,5- 1 N with rate 30 m3/h. The purified gas was demisted by a high performance screen 99% effective on pa!ticle with diameter of over 5 J.L The research shows variation result in the incineration of radioactive waste. The product analysis of sulfate and chlorine in washing column that the largest are 1.533,3 ppm and 76,2 ppm and dry extract 0,11 with operation time 50 hours.
PENDAHULUAN Salah satu efek samping pemanfaatan energy atom dalam bidang penelitian dan industri adalah timbulnya sejumlah limbah yang harus dikelola untuk menjaga kelestarian alamo Sebagian limbah yang timbul bersifat terbakar seperti; kertas, kain, kayu, karet, limbah organik cair sehingga dapat dilakukan pengolahannya dengan jalan memanfaatkan energy yang ada dalam limbah tersebut melalui pembakaran. Pembakaran limbah khususnya limbah radioaktif dilakukan dalam tungku yang terkendali dan lebih umum dikenal dengan insenerator. Ditinjau dari segi reduksi volume insenerator memiliki keuntungan yang besar karena faktor reduksi volume yang diperoleh sangat besar. Selain itu teknologi insenerator menawarkan detoksifikasi terhadap bahan-bahan terbakar yang bersifat karsinogen, mutagen dan tetragen dan juga potensi recovey energy yang bisa digunakan sebagai sumber pembangkit tenaga listrik.
Hasil Penelitian Tahun 2000
Sebelum limbah diumpankan ke dalam tungku insenerator terlebih dahulu dilakukan penyortiran untuk memudahkan pengendalian operasi. Hasil akhir pembakaran adalah abu dan gas-gas hasil pembakaran. Abu yang terbentuk kemudian diimobilisasi dengan bahan matriks yang sesuai seperti semen atau resin. Gas-gas yang timbul dari pembakaran limbah merupakan fungsi dari unsur-unsur penyusun bahan yang dibakar dan tingkat kesempurnaan reaksi pembakaran. Pembakaran yang tidak sempurna akan menghasilkan karbon monoksida dan air dengan reaksi sebagai berikut : xCO + Y H2O
2
1)
dimana CxHy menggambarkan senyawa hidrokarbon. Jika terjadi pembakaran sempurna akan dihasilkan karbon dioksida dan air dengan reaksi sebagai berikut :
(2)
Jika bahan yang dibakar mengandung sulfur dengan komposisi CxHyS maka produk pembakaran akan menghasilkan sulfur dioksida sebagai CxHyS + 2x+y+402
:
(3)
4
Jika bahan yang dibakar mengandung CI seperti neoprene akan terjadi reaksi sebagai berikut : C4HsCI + 502
4CO2 + 2H2O + HCI
(4)
Dari reaksi pembakaran diatas diketahui bahwa gas CO, 8021 HCI merupakan pencemar udara (polutan) sehingga dibutuhkan proses pengolahan lebih lanjut. Pengolahan polutan ini bisa dilakukan dalam sebuah kolom pencucian gas. Kolom pencucian gas merupakan alat penyerab komponen-komponen tertentu dalam campuran gas dengan menggunakan larutan penyerab. Dalai11 kolom penyerab ini terdapat fasa uap/gas dan fasa cairo Dimana mekasnisme pemisahan didasarkan pada pelarutan atau penyerapan komponen-komponen tertentu di dalam solvent penyerab pada suhu dan tekanan tertentu. Larutan penyerab yang biasa digunakan antara lain larutan NaOH dan larutan kapur. Penyerapan polutan dengan larutan kapur digambarkan dengan reaksi sebagai berikut : CaO + H2O
Ca(OH)2
S02 + 1/202 + Ca(OH)2
Hasil Penelitian Tahun 2000
(5) CaSO4 + H2O
97
(6)
2HCI + Ca(OH)2
CaCI2 + 2H2O
(7)
CO2 + Ca(OH)2
CaCO3
(8)
+ H2O
Selain dari gas-gas tersebut diatas terdapat partikel-partikel polutan dalam gas hasil pembakaran. Partikel bisa dalam bentuk padat (solid) ataupun cairan (liquid). Biasanya partikel dibedakan berdasarkan diameter partikel. Pengendalian partikel dapat dilakukan dengan menggunakan alat penyaring diantaranya bag house filter dan HEPA filter.
BAHAN DAN TAT A KERJA
Bahan Etanol 98 %, gliserol 99 %, NaGl, BaGI2, Na2S04 anhidrat dan kertas saring
Tata Kerja Sam pel diambil dari kolom pencucian dengan selang waktu pengambilan 5 jam masing-masing sam pel diambil 1 liter kemudian dianalisis kandungan sulfat, klorine, ekstrak kering dan pH. Pengambilan pertama merupakan blanko. Analisis ion sulfat Analisis ion sulfat dilakukan dengan cara mencampurkan masing-masing 100 ml sampel dan 5 ml pereaksi (dipakai campuran 50 ml gliserol + 30 ml aquades + 100 ml etanol + 75 9 NaGI yang diaduk homogen selama 1 menit). Selanjutnya ditambahkan 10 9 kristal BaGI2 dengan ukuran 20 -30 mesh, diaduk selama 2 men it dan dianalisis kandungan ion sulfat dengan menggunakan spektrofotometri pad a panjang gelombang 420 nm. Analisis ion klorida Analisis ion klorida dilakukan dengan terlebih dahulu mempersiapkan larutan standar CI- dan larutan blanko. Selanjutnya elektroda ion analiser dicelupkan ke dalam larutan blanko sampai angka pada skala 0, kemudian ke dalam larutan standar untuk mendapatkan data kurva standar. Pengamatan konsentrasi ion klorida dilakukan dengan mencelupkan elektroda ke dalam larutan sampel dengan menggunakan kurva standar, maka konsentrasi ion klorida dapat ditentukan Ekstrak kering Ekstrak kering merupakan hasil proses ekstraksi suatu larutan berupa endapan yang telah dikeringkan sedemikian sehingga beratnya konstan. Analisis ekstrak kering dilakukan dengan cara menyiapkan sam pel 100 ml, dan dikeringkan dalam oven pada suhu 105 aG.
Pengukuran pH Pengukuran pH sampel dilakukan dengan menggunakan pH meter.
98 Hasil Penelitian Tahun 2000
HASIL DAN PEMBAHASAN Kolom pencucian gas mula-mula diisi dengan air demineralisasi dengan pH 7. Dengan adanya pembakaran bahan bakar yang mengandung sulfur periahan-lahan pH lariutan turun hingga pH mencapai 6. Dengan turunnya pH menjadi 6 secara otomatis larutan kapur ditambahkan ke kolom pencuci sehingga pH naik lagi menjadi 6,5 saat pH 6,5 penambahan larutan kapur dihentikan. Pada saat pembakaran limbah yang mengandung lebih banyak sulfur dan klor terjadi penurunan pH dibawah 6. Kemudian terjadi lagi penambahan larutan kapur demikian seterusnya dimana pH dipertahankan pada skala 6 -6,5. Pengamatan pH ditunjukkan pada gambar 1. pH larutan pencuci perlu dikontrol untuk menghindari terbentuknya kerak keras yang dapat menghambat filter dalam pemipaan. 8 7 6
-'c: ro :J
5
4
.lO-
:I:
3
Co
2 1
0 0
10
20
30
40
50
60
Waktu operasi Uam)
Gambar 1. Hubungan Antara Waktu Operasi Dengan pH
Kandungan klorida pad a larutan pencuci ditunjukkan pada gambar 2. Keriaikan konsentrasi yang tinggi terdapat pada waktu operasi 30 jam dimana pada saat tersebut dibakar limbah pvc sehingga terbentuk gas HCI. Gas HCI yang terbentuk kemudian dinetralisir oleh larutan kapur seperti reaksi (7). Terbentuknya konsentrasi cr yang lebih tinggi dalam larutan pencuci menunjukkan bahwa larutan kapur menyerab klorida. Kandungan ion sulfat ditunjukkan oleh gambar 3. Dibanding dengan konsentrasi ion klorida kandungan ion sulfat jauh lebih tinggi. Hal ini terjadi karena bahan bakar solar yang dipakai mengandung sulfur. Dengan pembakaran limbah yang mengandung sulfur maka koncentrasi sulfur meningkat dengan cepat. Reaksi pembakaran sulfur akan dihasilkan S02. Selanjutnyta S02 yang terbentuk dinetralisir larutan kapur sesuai dengan persamaaan (6). Pada waktll operasi 35 jam terjadi penurunan konsentrasi ion sulfat hal ini terjadi karena adanya pengenceran dari service water yang ditambakan secara otomatis bila ketinggian air dalam kolom pencuci mer"!capai batas minimum. Hasil berat ekstrak kering dapat dilihat pada gambar 4. Semakin lama berat ekstrak kering larutan pencuci semakin tinggi. Hal ini terjadi karena adanya akumulasi ion slJlfat dar1 ion klorida. Hasil Penelitian Tahun 2000
99
~.-~
-
90 E 80 0. 0. '-" 70 ro "0 60 O': 0 50 :52 Ow 40 ro L30 C Q) 20
20
10
30
wa~tu operasi
Gambar 2. Hubungan Konsentrasi
50
40
60
Oam)
Klorida Dengan Waktu
1800
E 1600 .8; 1400
-.t 1200 g 1000 'w
800
C ~ c ~
600 400 200
~
0
0
10
30
20
50
40
60
waktu operasi Uam)
Gambar 3. Hubungan Waktu Dengan Konsentrasi
Sulfat
E 0.12
~
.9 0.1
,,//
C'>
.~ '- 0.08 Q)
~ 0.06
~ 0.04 "Iii ~
~ 0.02 ro
!
0 0
10
20
30
40
50
60
waktu operasi Uam)
Gambar 4. Hubungan
Hasil Penelitian Tahun 2000
Berat Ekstrak Kering Dengan Waktu
100
KESIMPULAN pH larutan pencuci perlu dijaga pada nilai 6 -6,5 untuk menghindari terbentuknya kerak keras yang dapat mengganggu sirkulasi larutan pencuci. Kandungan ion klorida realtif rendah dibanding konsentrasi ion sulfat. Kandungan klorida terbesar adalah 76,2 ppm sedang kandungan ion sulfat terbesar adalah 1.533,3 ppm dan ekstrak kering tertinggi 0,11. Penggunaan larutan kapur untuk netralisasi klorida dan sulfur yang terbentuk pada proses pembakaran insenerator cukup efektif.
SARAN Penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk mengetahui efisiensi penyerapan ion sulfat dan klorida oleh larutan kapur dengan melakukan analisis gas buang yang masuk dan keluar kolom pencucian.
DAFT AR PUST AKA 1. Operating and Maintenance Gas Neutralization Unit WSPG 860 NSA 8019 Technicatome 2. Ir. Wasito, Insenerasi, Diklat Operasi Teknik Kimia Pengelolaan Limbah Radioaktif, PTPLR 1994 3. Chereminisinoff P, Air Pollution Control and Design for Industry, Marcel Decker Inc 1993 4. Brunner C.R, Hazardous Waste Incineration, second edition Mc Graw-Hill Inc 1993 5. Gangsar Santoso, Pencucian gas hasil insenerasi menggunakan NaOH, Hasil penelitian PTPLR 1993/1994 6. Vesilind P.A, Introduction to Environmental Engineering, DWS Publishing Company 1997.
Hasil Penelitian
Tahun 2000
101
