PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI TIMAH DARI AKI BEKAS 1. Uraian Proses Produksi Aki merupakan komponen pencatu daya dalam kendaraan bermotor. Sampai saat ini komponen utamanya masih terbuat dari logam timbal (Pb) dan belum ada alternatif yang mampu menggantikannya. Sebagai pencatu daya, di dalam aki timbul reaksi kimia sebagai berikut : Anoda : Pb(s) + SO4(aq)2-
PbSO4(s) + 2e-
Katoda : PbO2(s) + 4H+(aq) + SO4(aq)2-+ 2ePb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4 (aq)
PbSO4(s) + 2H2O(l) PbSO4(s) + 2H2O(l)
Gambar berikut menunjukkan susunan bagian dalam aki.
Gambar1. Komponen di Dalam Aki
1
Usaha daur ulang aki bekas telah banyak dilakukan oleh industri rumah tangga dan kecil tersebar di berbagai tempat, biasanya tempat-tempat yang terpencil. Industri daur ulang aki jarang yang dilakukan oleh industri skala menengah-besar, hal ini dikarenakan usaha menengah-besar memerlukan biaya mobilisasi pengumpulan aki bekas yang besar untuk memenuhi kapasitasnya sehingga dirasakan lebih menguntungkan menerima hasil daur ulang setengah jadi industri kecil, untuk diproses lebih lanjut menjadi produk murni, maupun bahan baku impor (saat ini dilarang). Industri daur ulang aki bekas ini apabila tidak ditata dan tanpa penggunaan teknologi yang tepat akan berakibat buruk terhadap lingkungan dan kesehatan manusia dalam pengumpulan, pengangkutan maupun prosesnya. Pencemaran dari usaha daur ulang aki bekas ini adalah : -
Pencemaran udara yang berasal dari asap dan debu yang mengandung logam berat Pb. Bau sulfur yang spesifik. Limbah cair yang mengandung asam sulfat
Kegiatan daur ulang ini rasanya tidak mungkin dilarang, hal ini dikarenakan daur ulang aki merupakan mata pencaharian dan dirasakan sangat menguntungkan oleh para pendaur ulang. Dilain pihak kesadaran akan bahaya dari racun logam berat timbal (Pb) yang termasuk bahan beracun berbahaya (B3) masih belum disadari oleh kebanyakan masyarakat terutama para pendaur ulang. Oleh karena itu perlu adanya kerjasama masyarakat - pemerintah sehingga terbentuk kinerja daur ulang yang akrab lingkungan. Daur ulang aki ditujukan untuk mengambil logam timbal (Pb) atau disebut juga ingot dan plastik box, untuk dimanfaatkan kembali. Teknologi yang digunakan juga bermacam-macam dari yang sangat sederhana hingga teknologi tinggi, tetapi pada dasarnya logam timah diambil dengan cara reduksi-oksidasi (redoks) unsur timbal yang ada di dalam
2
Dari proses daur ulang tersebut dihasilkan 2 jenis material yaitu : 1. Logam/Ingot timbal dimanfaatkan oleh : - pabrik aki sebagi sel aki baru - pabrik cat - pabrik tabung TV - keramik dan isolasi radio aktif 2. Plastik box dimanfaatkan oleh: - pabrik aki - pabrik plastik Didalam melakukan daur ulang timah dikenal beberapa alternatif teknologi. Pemilihan teknologi ini akan menentuan disain peralatan yang akan dipergunakan. Namun secara umum dalam usaha daur ulang timah dikenal teknologi sebagai berikut: a. Elektrokimia, Yang dimaksud proses elektrokimia yaitu melakukan leaching segala metal maupun ion Pb menjadi Pb2+ selanjutnya dengan proses elektrolisis Pb2+ diubah menjadi Pb metal. Proses ini jarang dilakukan oleh industri kecil menengah maupun rumah tangga di Indonesia hal ini dikarenakan biaya investasi serta operasional yang mahal. Diagram proses elektrokimia adalah sebagai berikut : Metallic Lead (Pb)
HCl + NaCl
Reductive Electrolysis
Lead Oxide (PbO) Lead Dioxide (PbO2)
Leaching
Plumbous Lead (Pb2+)
Metallic Lead
Lead Sulfate (PbSO4) Na2SO4 Lead Sulfide (PbS) Sumber : Technical Working Group Of The Basel Convention (EnTA) (2)
Gambar 2. Skema Proses Elektrokimia
3
b. Proses Redoks Prosesd redoks dipergunakan reaktor, yang berbentuk kupola maupun rotary kiln. Proses ini menggunakan karbon/arang serta udara sebagai reduktor dan oksidator untuk melelehkan sel aki menjadi timah cair. Suhu diperlukan untuk melelehkan timah sehingga akan terpisah anatar timah dan pengotor diantaranya sulfur. Suhu operasi terjadi lebih dari 500O C. Proses ini banyak dilakukan di Indonesia, baik dengan teknologi yang sangat sederhana maupun yang sudah maju. Skema proses redoks adalah sebagai berikut : Karbon
Sel Aki
Pb Cair
Reaktor
Udara
Cetak
Produk
Slag
Gambar 3. Skema Proses Redoks Teknologi yang berkembang di industri rumah tangga/IKM Indonesia saat ini biasanya hanya berupa kubangan di dalam tanah yang disebut “kuwen”. Prinsip operasi dari kuwen adalah dengan mencampur arang dan sel aki kemudian arang dinyalakan dengan menambah udara dari blower. Setelah sel timah mencair dipisahkan untuk dicetak. Debu logam berat berhamburan sehingga mencemari lingkungan. Sketsa gambar “kuwen” adalah sebagai berikut :
4
Blower tanah Arang + sel Aki
Blower
tanah Timah cair
Dicetak Gambar 4. Sketsa Daur Ulang Aki Bekas Secara Tradisional Dari sketsa gambar diatas terlihat bahwa teknologi tradisional tersebut sangat tidak aman karena polusi udara yang mengandung logam berat (B3) timah, sehingga membahayakan bagi para pendaur ulang sendiri maupun lingkungan. Disamping itu gas-gas sisa pembakaran SOx maupun NOx selain mengakibatkan pencemaran udara juga akan menimbulkan bau spesifik sulfur. Untuk mengurangi pencemaran maka harus dilakukan pengisolasian sumber dampak, yaitu dengan memasang cerobong beserta perangkap debu. Bangunan cerobong bisa dibuat dari batu bata yang di plaster. Ceroong ini bekerja karena ada tarikan vent serta efek chime. Gambar sketsa cerobong adalah sebagai berikut :
5
Unit perangkap debu
Vent
Bangunan cerobong
Blower tanah Kuwen sebagai tempat “masak”
Gambar 5. Modifikasi Kuwen Dengan Memasang Cerobong Dan Perangkap Debu Proses redoks dengan mengguakan kuwen adalah proses batch, apabila menggunakan proses kontinyu maka diperlukan reaktor yang berupa kiln maupun kupola. Dengan menggunakan kiln atau kupola memudahkan isolasi debu yang keluar saat pengecoran. Debu keluar bersama-sama dengan gas hasil pembakaran masih mempunyai suhu yang tinggi (+ 450oC), sehingga perlu didinginkan.
6
Pendinginan dapat berupa pendinginan udara maupun pendinginan air. Pemanfaatan panas gas hasil pembakaran adalah untuk pemanasan awal udara umpan. Kelebihan panas dapat diturunkan dengan memasang kolom sprayer air. Kolom sprayer bermanfaat juga sebagai peralatan untuk menurunkan kandungan debu di dalam aliran gas tersebur. Debu di dalam air dapat dipisahkan dengan saringan, sementara air dapat di sirkulasi. Slag yang merupakan hasil samping dari pengecoran adalah campuaran dari arang, besi serta komponen kecil lainnya dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengisi pengganti pasir dalam pembuatan bahan bangunan. Disain kiln maupun kupola terdiri dari bagian : Tahan panas terbuat dari bata tahan api Ruang bakar / ruang reaksi Tuyer sebagai tempat pemasukan udara Inlet sebagai tempat pemasukan bahan baku : arang, sel aki, gros - Out let yang terdiri dari tiga bagian yaitu : o tempat pengeluaran produk o pembuangan gas sisa pembakaran/ sisa reaksi o pengeluaran slag -
Sketsa gambar kiln maupun kupola adalah sebagai berikut : Gas ke gas treatment
Arang, serbuk besi, sel aki
Slag + timah cair Gambar 6. Gambar Sketsa Kiln
7
Ke cyclone
Inlet Bata tahan api
Tuyer
Gambar 7. Sketsa Kupola 2. Limbah Yang Dihasilkan Untuk mengetahui limbah yang dihasilkan dapat dipahami melalui proses yang dipergunakan. Di Indonesia industri daur ulang baik skala kecil maupun menengah lebih banyak menggunakan sistem redoks. Secara umum, skema daur ulang aki dan cemaran yang timbul disajikan dalam gambar berikut :
8
Aki bekas
Pemotongan
Asam sulfat
Kotak Plastik
Sel Aki
Daur ulang
Penghancuran
Limbah cair
• • • •
Debu Gas Bau slag
Logam timah
Pencucian
Pemurnian
Pengeringan
• Gas
Industri – Industri : - aki - cat - tabung TV - keramik dan isolasi radio aktif
Extruder
Pellet plastik
Gambar 8. Skema Daur Ulang Aki Dan Cemarannya Sifat-sifat limbah adalah sebagai berikut : a. Gas dan bau, cemaran ini berupa gas-gas sisa hasil pembakaran, SO2, debu, Pb dan lain lain. b. Padat, berupa slag sisa daur ulang. Slag ini dapat dipergunakan sebagai bahan pengganti pasir maupun batu dalam bahan bangunan. c. Limbah cair, limbah cair berupa asam sulfat biasanya limbah ini sudah tercecer di pengumpul maupun sumber.
9
3. Proses Pengolahan Limbah Gas dan Bau 3.1. Bahan dan Alat Dalam melakukan daur ulang timah dari aki bekas dengan menggunakan reaktor, diperlukan perangkap debu, sehingga debu-debu yang terkumpul akan mudah dikendalikan. Jenis-jenis perangkap debu antara lain : a. b. c. d.
Cyclone Bag filter Scrubber Electric Precipitator
Jenis peralatan tersebut dapat dikombinasikan satu sama lain, tergantung dari ukuran partikel, jumlah partikel, kondisi operasi. Disamping untuk menurunkan tingkat pencemaran debu, juga menurunkan suhu serta kadar sulfur dalam aliran udara hasil pembakaran. Peralatan-peralatan tersebut diatas biasanya sebagian besar terbuat dari metal/besi kecuali untuk bag filter ditambah filter yang terbuat dari polyester maupun serat yang lain. Penggunaan perangkap debu Electric Precipitator (EP) dapat mengurangi tingkat polusi debu sampai 99% tetapi memerlukan catu daya DC yang besar, operasionalnya mahal sehingga akan sulit bagi IKM menggunakan alat ini. Prinsip kerja dari cyclone adalah debu yang terdapat di dalam aliran gas berputar menuruti bodi cyclone. Dalam perputaran tersebut debu akan collapse dan jatuh. Sehingga gas yang keluar akan lebih bersih. Bag filter akan menyaring debu dengan diameter tertentu berdasar pada ukuran lubang mesh filter yang dipasang. Scrubber bekerja dengan memanfaatkan prinsip cylone dan semburan air dan NaOH. Dengan adanya putaran gas dan semburan cairan tersebut maka debu akan turun disamping itu SOx yang terikut dalam gas akan bereaksi dengan soda untuk membentuk garam Na2SO4. Campuran air NaOH dapat disirkulasi.
10
3.2. Gambar Peralatan Gas bersih
Gas kotor
debu Gambar 7.9. Cyclone 4. Proses Pengolahan Limbah Padat Hasil samping daur ulang ini adalah slag. Slag merupakan campuran karbon dengan logam-logam pengotor timah diantaranya besi (Fe). Slag biasanya berupa bongkahan dengan ukuran yang tidak beraturan. Slag bisa dipergunakan sebagai bahan bangunan sebagai subtitusi, kerikil maupun pasir. Slag dipecah dan diayak dengan mesh sesuai yang dikehendaki.
11
5. Daftar Pustaka 1. Tata Surdia, Prof. Ir, MS Met E, Kenji Chijiiwa, Prof DR., 2000. Teknik Pengecoran Logam 2. Technical Working Group Of The Basel Convention, 2002, Preparation Of The Technical Guidelines For The Environmentally Sound Management Of Waste Lead-Acid Batteries 3. Kristanto P, 2002, “Ekologi Industri”, Edisi Pertama, Cetakan Pertama. 4. Peraturan Pemerintah RI Nomor 41 Tahun 1999 tentang Pengendalian Pencemaran Udara. 5. Parker, 1981. Air Pollution. John Willey & Sons, New York. 6. Perry R.H, 1984. Chemical Enggineering Hand Book, Sixth edition.
12
