Electrostatic Precipitation

b) Fabric filters
Alat ini sering digunakan sebagai unit tahap akhir filtrasi partikel debu. Lapisan kain atau tenun yang digunakan pada alat ini berfungsi untuk menahan partikel debu yang masih terkandung didalam gas. Walaupun memiliki efisiensi cukup tinggi, alat ini memiliki beberapa kekurangan, di antaranya dapat menyebabkan terjadinya penurunan tekanan gas yang melewati medium filtrasi ini dan terbentuknya lapisan partikel debu di permukaan filter yang akan mempengaruhi proses filtrasi akibat sifat bahan filter tersebut.

c) Wet collector (scrubber)
Venturi Scrubber menghilangkan partikel debu dan kontaminan gas tertentu dari gas aliran dengan memaksanya melewati aliran cair, menghasilkan cairan yang teratomisasi. Tinggi kecepatan diferensial di antara gas kotor dan cairan droplets menyebabkan partikel bertumbukan, kemudian akan berkelompok untuk membentuk tetesan yang lebih besar. Terakhir, tetesan cair tersebut dilemparkan pada dinding alat pemisah dan gas bersih pun dikeluarkan melalui puncak scrubber. Sebelum gas kotor dilepaskan ke dalam scrubber, suhu harus direndahkan di bawah 1000C, dan gas bersih harus dipanaskan kembali sebelum dikeluarkan . Air dipompakan kembali melewati sistem ketika scrubber tidak mampu lagi menahan partikel debu dan bahan yang terlarut. Proses ini beroperasi dengan efisiensi 85% untuk pemidahan sulfur dioksida (SO2), 30% untuk pe Proses ini membedah efisiensi sebanyak sekitar 85% untuk pemisahan dioksida belerang, 30% untuk pemisahan nitrogen oksida (NO), dan 99% untuk pemisahan debu/partikulat. Skema operasi alat ini ditunjukkan dalam gambar berikut.

Skema Operasi ventury scrubber

Sejauh ini, teknologi untuk mengontrol pencemaran sebagian besar didesain unuk memisahkan partikel debu dari emisi gas. Pemisahan polutan gas yang lain pun penting dilakukan dengan teknologi yang spesifik. Misalnya pada pemisahan sulfur oksida (SO2), injeksi batu kapur sangat umum digunakan. Proses tersebut dilakukan di mana batu kapur digiling dengan batubara dan dimasukkan ke dalam tungku perapian. Gas polutan dipanaskan terlebih dahulu dan dimasukkan ke dalam tungku perapian, dimana batu kapur akan bereaksi dengan belerang dioksida (SO2) dan oksigen (O2)untuk menghasilkan kalsium sulfat (CaSO4 atau gips). Proses ini dapat memisahkan sekitar 20-30% sulfur oksida. Senyawa sulfat, abu terbang, dan kapur yang tidak bereaksi mengalir melalui pre-heater sebelum memasuki wet scrubber, agar senyawa tersebut dapat mengalami kontak dengan air . Efisiensi pemisahan yang dapat tercapai adalah sebesar 80% untuk SO2 dan 98% untuk zat partikulat.

Sumber:

http://www.sciencedirect.com

http://www.natural-resources.org/environment

• Debu/partikulat
• Gas yang diproduksi oleh proses pembakaran, seperti CO, CO2, NOx, SO2
• Gas alam, seperti metan, yang banyak dihasilkan pertambangan batu bara dan sedikit pertambangan logam
• Coolants, seperti CFCs, yang berasal dari air-conditioners

Dari sejumlah komponen tersebut, emisi debu/partikulat memiliki porsi terbesar dalam kandungan limbah udara kegiatan pertambangan. Debu, pada khususnya, memiliki ukuran partikel 1-10000 mikrometer. Debu tersebut dihasilkan dari aktivitas mekanik pertambangan, seperti pemecahan atau penggerusan batuan, peledakan area tambang, maupun penanganan massa hasil pertambangan. Pada umumnya, sumber utama dari limbah udara tersebut adalah akses pertambangan yang tak diaspal, aktivitas penggalian, pembuangan, operasi sabuk conveyer, serta pembukaan lahan pertambangan.

Adapun penanganan debu tersebut dapat dibagi menjadi dua tahap, yaitu tahap awal dan akhir, berdasarkan besar partikel debu yang dipisahkan.

Tahap awal dikhususkan menangani partikel debu yang berukuran cukup besar berskala milimeter. Alat yang sering digunakan untuk menangani debu pada tahap awal adalah settling chamber (ruang pengendapan) dan siklon, yang dijelaskan sebagai berikut.

Gambar Settling Chamber

a) Settling chamber
Alat ini merupakan teknologi penanganan debu yang telah diterapkan sejak lama. Prinsip dari alat ini adalah pengendapan berdasarkan gaya gravitasi. Alat ini terdiri dari sebuah chamber (kamar/ruang) besar yang terintegrasi dalam aliran pipa gas pertambangan yang mengandung partikel debu yang akan dipisahkan. Keberadaan ruang tersebut akan m

engurangi kecepatan gas yang melewatinya sehingga partikel debu yang cukup besar akan terendapkan di dasar chamber tersebut. Partikel debu yang dapat dipisahkan oleh alat ini berukuran lebih besar dari 60 mm. Alat inipun kemudian difu

ngsikan sebagai pembersih awal (preliminary cleaners) gas dari sistem penanganan debu yang ada. Alat ini dapat dipasang sejumlah tray pada tiap sisi chamber untuk mempersingkat waktu pengendapan partikel debu yang akan dipisahkan sehingga efisiensi pemisahan dan pengumpulan debu menjadi lebih besar. Settling chamber ini memiliki biaya instalasi dan operasi yang murah, namun juga memiliki efisiensi pengumpulan debu overall yang cukup rendah. Berikut ini adalah skema operasi settling chamber yang pada umumnya digunakan oleh industri pertambangan

b) Cyclone (siklon)

Skema Operasi Siklon

Alat ini menggunakan gaya sentrifugal sebagai driving force pemisahan debu dari gas yang akan dihasilkan kegiatan pertambangan. Alat ini memiliki biaya instalasi dan operasi yang rendah, serta memiliki dimensi yang relatif kecil untuk mendukung efisiensinya. Keuntungan tersebut membuat siklon banyak digunakan industri pertambangan untuk mengumpulkan partikel debu yang akan menimbulkan pencemaran udara. Siklon yang berdiameter kecil akan memberikan gaya sentrifugal sampai 2500 kali dibandingkan dengan gaya gravitasi pada settling chamber. Efisiensi siklon dapat ditingkatkan dengan pengurangan diameter, penambahan panjang siklon, dan penambahan rasio siklon terhadap diameter keluaran gas. Contoh industri yang menggunakan siklon ini adalah Ampol Lytton, industri petroleum refinery di Brisbane, Queensland, dan Alcoa, industri refinery bauksit di Kwinana, Western Australia. Berikut ini merupakan skema operasi siklon tipe vertikal-tangensial inlet yang umum digunakan.

Sumber:

http://www.sciencedirect.com

http://www.natural-resources.org/environment

Teknologi mikroturbin
Teknologi mikroturbin didasarkan pada desain turbin dengan pembakaran tinggi yang digunakan pada energi listrik dan industri penerbangan. Secara umum mikroturbin bekerja sebagai berikut:

1. Bahan bakar dialirkan ke bagian combustor mikroturbin pada tekanan 70 – 80 psig,
2. Udara dan bahan bakar dibakar pada combustor, menghasilkan kalor yang menyebabkan gas pembakaran keluar,
3. Gas pembakaran yang keluar akan mengoperasikan generator, lalu generator akan menghasilkan listrik,
4. Untuk menambah efisiensi total, mikroturbin biasa dioperasikan dengan recuperator yang mampu melakukan pemanasan awal udara pembakaran menggunakan gas keluaran turbin. Mikroturbin juga cocok dioperasikan dengan waste heat recovery unit untuk memanaskan air.

Secara umum skema proses mikroturbin diilustrasikan di bawah ini.

Gambar 1 Skema mikroturbin

Secara umum instalasi mikroturbin LFG-fired mempunyai komponen antara lain:
• Kompresor LFG
• Peralatan prapengolahan LFG (untuk uap air, siloxanes (R2SiO), dan pemindah partikulat)
• Mikroturbin
• Pusat kontrol motor
• Switchgear
• Transformer step-up

Gambar 2 Cross section mikroturbin

Prapengolahan bahan bakar diperlukan tergantung pada karakteristik LFG dan pembuat mikroturbin itu sendiri. Kadang-kadang gas didinginkan untuk menghilangkan uap air dan mengondensasikan pengotor. Lalu dipanaskan ulang untuk menyediakan bahan bakar di atas temperatur dew point. Beberapa pembuat mikroturbin menambahkan langkah absorpsi menggunakan karbon aktif untuk menghilangkan semua pengotor yang terlihat.

Aplikasi Mikroturbin
Mikroturbin menyediakan keuntungan lebih dibandingkan teknologi pembangkit listrik lainnya untuk landfill dengan kondisi:
• Laju alir LFG rendah,
• LFG memilki kandungan metana yang rendah,
• Memiliki pengemisi udara, terutama pengolah NOx,
• Listrik yang digunakan hanya pada fasilitas onsite (pada daerah sekitar mikroturbin berada),
• Penyediaan listrik tidak bisa dan harga listrik tinggi,
• Air panas dibutuhkan pada lokasi yang dekat mikoturbin.

Keuntungan dan Kerugian
Keuntungan mikroturbin yang memanfaatkan gas metan hasil proses landfill dibandingkan dengan teknologi utilisasi LFG lain adalah sebagai berikut:
1. Portable and easily sized
Mikroturbin dapat ditempatkan pada tempat yang berkapasitas kecil dengan beberapa unit mikroturbin. Sehingga satu atau banyak mikroturbin dapat diatur menyesuaikan laju alir gas dan peralatan lain pada tempat tersebut. Mikroturbin juga dapat dengan mudah dipindahkan ke tempat lain saat produksi gas berkurang.

2. Fleksibel
Mikroturbin cocok digunakan pada landfill yang kecil dan telah lama digunakan di mana teknologi pembangkit tenaga listrik tradisional tidak lagi mendukung kualitas dan kuantitas LFG

3. Compact and fewer moving parts
Ukuran mikroturbin kira-kira sebesar lemari es besar dan membutuhkan operasi dan maintenance yang minimum. Penggunaan udara dan udara pendingin generator akan meminimumkan penggunaan pelumas dan sistem air pendingin.

4. Polusi emisi yag rendah
Mikroturbin dapat membakar bersih daripada mesin reciprocating lain. Contohnya tingkat emisi NOx untuk mikroturbin antara dari 1 -10%.

5. Mampu membakar dengan kandungan metana rendah
Mikroturbin dapat beroperasi pada LFG dengan kandungan metana 35% atau kurang dari 30%, sedangkan reciprocating beroperasi dengan kandungan metana 40%.

6. Kemampuan untuk menghasilkan kalor dan air panas
Kebanyakan pembuat mikroturbin menawarkan generator air panas untuk menghasilkan air panas (lebih dari 200oF) dari kalor yang keluar dari gas cerobong. Pilihan ini akan menggantikan bahan bakar yang mahal seperti propana yang dibutuhkan untuk memanaskan air pada cuaca dingin.

Namun demikian, pemilihan teknologi ini sebagai pilihan utilitas LFG memiliki beberapa kerugian sebagai berikut :

1. Mikroturbin mempunyai efisiensi yang rendah dari mesin reciprocating dan tipe turbin lainnya. Mikrotubin mengonsumsi sekitar 35% bahan bakar per kWh yang dihasilkan (menghasilkan laju kalor yang besar).
2. Mikroturbin sensitif terhadap kontaminasi siloxane dan penyediaan LFG ke mikroturbin membutuhkan prapengolahan daripada sumber pembangkit listrik lain.
3. Dikarenakan laju alir rendah, maka dibutuhkan kompresor bertekanan tinggi (capital cost yang tinggi).
4. Mikroturbin belum terbukti dapat beroperasi pada jangka panjang.

Sumber:

• Tchobanoglous, G. Et.al. 1993. Integrated Solid Waste Management. McGraw Hill, Inc
• Fukohani, Sildarista, dkk. 2006. Rancang Pabrik. Pabrik Biogas dari Sampah Padat Perkotaan Kota Bandung. Program Studi Teknik Kimia ITB.
• http://en.wikipedia.org/wiki/Biogas
• http://en.wikipedia.org/wiki/Methane

Gambar 2 Skema pengolahan sampah dengan landfill yang menghasilkan gas

Secara sepintas, metode landfill relatif mudah dilakukan dan bisa menampung sampah dalam jumlah besar. Akan tetapi, anggapan ini kurang tepat karena jika tidak dilakukan secara benar, landfill dapat menimbulkan masalah yang berkaitan dengan kesehatan dan lingkungan. Masalah utama yang sering timbul adalah bau dan pencemaran air lindi (leachate) yang dihasilkan. Selain itu, gas metana yang dihasilkan oleh landfill dan tidak dimanfaatkan akan menyebabkan efek pemanasan global. Jika termampatkan di dalam tanah, gas metana bisa meledak. Oleh sebab itu, dalam sistem landfill yang baik diperlukan adanya unit pengolahan air lindi dan unit pengolahan biogas.

Unit Pengolahan Air Lindi (leachate)
Air lindi merupakan air dengan konsentrasi kandungan organik yang tinggi yang terbentuk dalam landfill akibat adanya air hujan yang masuk ke dalam landfill. Air lindi merupakan cairan yang sangat berbahaya karena selain kandungan organiknya tinggi, juga dapat mengandung unsur logam (seperti Zn, Hg). Jika tidak ditangani dengan baik, air lindi dapat menyerap dalam tanah sekitar landfill kemudian dapat mencemari air tanah di sekitar landfill. Air lindi memerlukan perlakuan awal, yaitu dengan menghilangkan kandungan inorganik dalam air lindi. Setelah kandungan inorganik dalam air lindi dapat dihilangkan atau dikurangi, kemudian air lindi dapat diolah lebih lanjut untuk menghilangkan kadar kandungan organiknya.
Pengolahan air lindi dapat dilakukan dengan berbagai alternatif seperti :
Resirkulasi air lindi kembali ke dalam landfill. Hal ini dapat meningkatkan laju dekomposisi kandungan organik menjagi biogas hingga sekitar 70%. Resirkulasi air lindi dapat dilakukan pada musim kemarau, sedangkan pada musim hujan, air lindi harus diolah untuk mengurangi volumenya.
Pengolahan air lindi dengan menggunakan pengolahan limbah secara biologis. Pengolahan ini biasa dilakukan dengan menggunakan lumpur aktif yang berfungsi mendegradasi kandungan organik yang terdapat dalam air lindi. Setelah kandungan organik dalam air lindi turun drastis, kemudian dapat dilakukan pemurnian kembali dengan menggunakan alat filtrasi. Air keluaran yang diharapkan dari pengolahan semacam ini dapat langsung dibuang ke lingkungan karena tidak berbahaya bagi lingkungan.
Pengolahan air lindi dengan menggunakan pengolahan limbah secara kimiawi
Pengolahan air lindi dengan menggunakan membran. Selain untuk mengurangi kekeruhan atau turbiditas, pengolahan dengan membran dimaksudkan untuk mengurangi kadar COD, BOD serta kandungan logam pada air lindi. Umumnya diperlukan pengolahan bertahap untuk menghasilkan limbah yang memenuhi syarat baku mutu limbah seperti bioreaktor dengan membran (membrane bioreactor) atau integrasi antara ultrafiltrasi dan karbon aktif.

Unit Pengolahan Biogas
Unit pengolahan biogas terbagi dalam 2 proses utama yaitu proses pembentukan dan penyaluran gas serta sistem pemrosesan gas. Proses pembentukan gas dalam landfill melibatkan reaksi yang kompleks sehingga laju pembentukan gas akan bervariasi antar-landfill. Laju maksimum dicapai ketika kondisi lingkungan mencapai kondisi optimum yaitu pH mendekati netral, kelembaban cukup, serta temperatur yang moderat. Hal yang paling mengganggu adalah kehadiran oksigen yang akan menghentikan reaksi anaerobik menjadi aerobik. Pada kondisi optimum, stabilisasi sampah berlangsung antara 10-20 tahun yang ditandai dengan berhentinya pembentukan gas. Jika kurang optimum, stabilisasi bisa mencapai 30 tahun. Hal yang sulit dilakukan adalah penentuan waktu pembentukan metana dalam jumlah cukup besar. Hingga saat ini belum ada metode pasti untuk memprediksi waktu tersebut. Cara yang paling umum dilakukan adalah dengan membandingkannya dengan waktu pembentukan metana landfill yang terdekat kondisinya.

Gas yang dihasilkan dari landfill didominasi oleh metana dan karbondioksida. Kandungan metana berkisar antara 45-55% sedangkan karbon dioksida berkisar antara 40-50%. Kandungan metana yang lebih tinggi juga pernah dilaporkan. Kombinasi kedua gas bisa mencapai 99% dari semua gas. Walaupun demikian, satu persen gas sisanya harus sangat diperhatikan karena bisa bersifat korosif, beracun, ataupun berbau tak sedap. Dalam kondisi ideal, kalor jenis gas yang dihasilkan bisa mencapai 450-540 Btu/SCF.
Komposisi gas yang dihasilkan relatif konstan selama puncak pembentukan. Ketika sampah sudah memasuki masa stabilisasi, pembentukan gas mulai menurun secara asimtot. Oleh karena itu, total waktu pembentukan gas sering dinyatakan dalam bentuk waktu paruh. Selama periode penurunan ini, komposisi gas yang dihasilkan relatif tetap. Akan tetapi, laju pembentukan yang menurun ini akan berakibat pada penurunan tekanan dan rembesan udara ke dalam landfill. Oleh karena itu, besar kemungkinan terbawanya nitrogen dan oksigen karena sulit untuk mengambil gas tanpa tercampur dengan udara.

Gambar 2 Skema pengolahan sampah dengan landfill yang menghasilkan gas

Sistem pemrosesan gas terdiri atas beberapa sumber gas dan pipa-pipa yang saling terhubung kepada pompa vakum. Pada sistem yang sederhana, pompa yang dipakai berupa blower sentrifugal.

Saat ini, pengambilan gas dilakukan dengan memasukkan pipa (well) berlubang secara vertikal ke dalam sampah kira-kira hingga ¾ kedalaman landfill. Lubang-lubang itu biasanya kecil-kecil. Lubang-lubang itu akan diisi dengan bebatuan atau kerikil untuk mencegah masuknya sampah. Lubang-lubang diletakkan di bagian bawah pipa untuk mencegah masuknya udara dari luar. Segel beton diletakkan di atas kerikil. Bagian atas diisi dengan tanah.

Plastik pipa biasanya digunakan sebagai selubung pipa sumber (well). Besi atau baja kurang disukai karena potensial terkorosi serta kecenderungan landfill yang berubah seiring dekomposisi sampah. Material plastik (polimer) yang banyak digunakan adalah polivinil klorida (PVC), polietilen (PE), dan serat kaca (fiberglass) karena lebih tahan korosi dan fleksibel.

Biogas yang dikeluarkan selanjutnya diubah menjadi listrik melalui sistem konversi termal yang melibatkan gas engine dan boiler untuk menghasilkan uap air yang akan menggerakkan turbin.

Sumber:

1. Marliana, Linda, dkk. 2003. Penelitian. Produksi Biogas dari Sampah Pasar Menggunakan Bioreaktor Anaerobik. Departemen Teknik Kimia ITB
2. Tchobanoglous, G. Et.al. 1993. Integrated Solid Waste Management. McGraw Hill, Inc
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Biogas