PENGGUNAAN PENGENDAP ELEKTROSTATIK
(ELECTROSTATIC PRECIPITATOR) DALAM MENGATASI
PENCEMARAN UDARA PADA INDUSTRI
Artikel Fisika Lingkungan
Disusun Oleh :
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN
UNIVERSITAS SAHID JAKARTA
2015
Aldio Harya Stafega
(2015330080)
Cici Sabrina
(2014330115)
I. PENDAHULUAN
II. Elektrostatik merupakan salah satu cabang fisika yang berhubungan dengan gaya yang dikeluarkan oleh medan listrik statik (tidak berubah) kepada sebuah objek yang bermuatan. Electrostatic Precipitator (ESP), adalah suatu perangkat listrik yang berfungsi sebagai alat pengendap atau pemisah debu dari udara dengan menggunakan listrik statis.. Aplikasi elektrostatik dalam dunia industri digunakan untuk mengatasi masalah limbah debu. Industri yang banyak mengaplikasikannya yaitu seperti PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), pabrik gula, dan pabrik semen. Salah satu penerapannya yaitu penggunaan electrostatic precipitator (ESP).
III. ElectroStatic Precipitator (ESP) adalah salah satu alternatif penangkap debu dengan effisiensi tinggi (diatas 90%) dan rentang partikel yang didapat cukup besar. Dengan menggunakan electrostatic precipitator (ESP) ini, jumlah limbah debu yang keluar dari cerobong diharapkan hanya sekitar 0,16% (dimana efektifitas penangkapan debu mencapai 99,84%).
IV. Contoh penggunaan ESP yaitu pada Pabrik Gula, dan PLTU, dimana boiler berfungsi sebagai tempat untuk memanaskan air, sehingga menghasilkan uap. Uap ini digunakan untuk memutar turbin uap sebagai penggerak generator. Untuk melakukan kerja, boiler membutuhkan adanya panas yang digunakan untuk memanaskan air. Panas ini disuplai olehruang bakar atau furnace, dimana pada ruang bakar ini dilengkapi dengan alat pembakaran atau burner. Hasil pembakaran di ruang bakar tersebut akan mengandung banyak debu, mengingat bahan bakar yang digunakan adalah batubara, kemudian debu tersebut akan terbawa bersama gas buang menuju cerobong. Sebelum gas buang tersebut keluar melalui cerobong, maka gas buang tersebut akan melewati kisi-kisi suatu electrostatic precipitator (ESP).
V.
II. PENCEMARAN UDARA PADA INDUSTRI
yang dikeluarkan oleh beberapa sumber pencemar harus ditanggulangi. Pada proses pengolahan di Industri, gas juga timbul sebagai akibat reaksi kimia maupun fisika. Sebagian besar gas maupun partikel terjadi pada ruang pembakaran, sebagai sisa yang tidak dapat dihindarkan dan karenanya harus dilepaskan melalui cerobong asap ataupun penangkap debu harus ditekan sekecil mungkin dalam upaya mencegah kerusakan lingkungan. Pada umumnya limbah gas dari pabrik bersumber dari penggunaan bahan baku, proses, dan hasil serta sisa pembakaran. Jenis industri yang menjadi sumber pencemaran melalui udara di antaranya:
a. Industri Besi dan Baja
VII. Jenis industri semacam ini akumulasinya di udara dipengaruhi arah angin, tetapi karena sumbernya bersifat stationer maka lingkungan sekitar menerima resiko yang sangat tinggi dampak pencemaran.
VIII.
IX. Limbah Industri dibedakan menjadi empat jenis, yaitu: X. a. Limbah cair
XI. b. Limbah padat
XII. c. Limbah gas dan partikel
XIII. d. Limbah B3 (bahan berbahaya beracun)
XIV. Parameter pencemar udara yang dihasilkan dari ruang pembakaran pada boiler adalah :
XV. A. Sulfur Dioksida XVI.
XVII. a. Sifat fisik Pencemaran oleh sulfur oksida terutama disebabkan oleh dua komponen sulfur bentuk gas yang tidak berwarna, yaitu sulfur dioksida (SO2) dan Sulfur trioksida (SO3), dan keduanya disebut sulfur oksida (SOx). Sulfur dioksida mempunyai karakteristik bau yang tajam dan tidak mudah terbakar di udara, sedangkan sulfur trioksida merupakan komponen yang tidak reaktif.
terkonsentrasi pada daerah tertentu. Sedangkan pencemaran yang berasal dari sumber alam biasanya lebih tersebar merata. Tetapi pembakaran bahan bakar di industri pada dasarnya merupakan sumber pencemaran SOx, misalnya bahan bakar batu bara.
XIX.c. Dampak dan Pencegahan Pencemaran SOx menimbulkan dampak terhadap manusia dan hewan, kerusakan pada tanaman terjadi pada kadar sebesar 0,5 ppm. Pengaruh utama polutan SOx terhadap manusia adalah iritasi sistim pernafasan. Untuk menekan emisi gas SOx digunakan unit FGD (Flue Gas Desulfurizazi).
XX. B. Carbon Monoksida XXI.
a. Sifat Fisik Karbon Monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Senyawa CO mempunyai potensi bersifat racun yang berbahaya karena mampu membentuk ikatan yang kuat dengan pigmen darah
b. Sumber dan Distribusi Sumber CO buatan antara lain kendaraan bermotor, terutama yang menggunakan bahan bakar bensin, sedangkan dari sumber tidak bergerak seperti pembakaran batubara, minyak dari industri dan pembakaran sampah domestik.
XXII. c. Dampak dan Pencegahan Dampak dari CO bervariasi tergantung dari status kesehatan seseorang, pengaruh CO kadar tinggi adalah terhadap sistem syaraf pusat. Untuk menekan emisi CO digunakan unit Scrubber pada cerobong asap.
XXIII. C. Nitrogen Dioksida XXIV.
a. Sifat fisik Oksida Nitrogen (NOx) adalah kelompok gas nitrogen yang terdapat di atmosfir yang terdiri dari nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2). Nitrogen monoksida merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam.
b. Sumber dan Distribusi Sumber pencemaran NOx yang terbesar adalah dari aktifitas manusia di perkotaan dan kegiatan industri.
c. Dampak dan Pencegahan Dampak NOx berbahaya bagi mahkluk hidup sekitar dan bersifat racun terutama terhadap paru-paru. Untuk menekan emisi NOx digunakan unit Low NOx Combustion.
XXV.
XXVI. D. Partikel Debu
XXVII. 1.Bottom Ash (abu dasar), bersifat mengendap pada ruang pembakaran dan proses pembuangannya hanya menggunakan conveyor.
XXVIII. 2.Fly Ash (abu terbang).
XXIX. Partikulat debu melayang (fly ash) merupakan campuran yang sangat rumit dari berbagai senyawa organik dan anorganik yang tersebar di udara dengan diameter yang sangat kecil, mulai dari < 1 mikron sampai dengan maksimal 500 mikron. Partikulat debu tersebut akan berada di udara dalam waktu yang relatif lama dalam keadaan melayang-layang di udara dan masuk kedalam tubuh manusia melalui saluran pernafasan. Fly ash pada umumnya mengandung berbagai senyawa kimia yang berbeda, dengan berbagai ukuran dan bentuk yang berbeda pula, tergantung dari mana sumber emisinya.
XXX. b. Sumber dan Distribusi Partikulat debu melayang dihasilkan dari pembakaran batu bara yang tidak sempurna sehingga terbentuk aerosol kompleks dari butir-butiran tar. Dibandingkan dengan pembakaraan batu bara, pembakaran minyak dan gas pada umunya menghasilkan abu terbang lebih sedikit.
XXXI. c. Dampak dan Pencegahan
XXXII. Pengaruh partikulat debu bentuk padat maupun cair yang berada di udara sangat tergantung kepada ukurannya. Ukuran partikulat debu yang membahayakan kesehatan umumnya berkisar antara 0,1 mikron sampai dengan 10 mikron. Adanya ceceran logam beracun yang terdapat dalam partikulat debu di udara merupakan bahaya yang terbesar bagi kesehatan. Batas baku mutu emisi debu yang ditetapkan pemerintah untuk PLTU berbahan bakar batu bara sebesar 150 mg/m³. Untuk menekan emisi debu digunakan Electrostatic Precipitator (ESP).
XXXIII. Berdasarkan hal ini, setiap Industri wajib untuk mengendalikan partikulat atau gas yang dihasilkan dari proses pengolahan bahan di Industri. Konsentrasi penggunaan bahan penghasil pencemar harus diperhitungkan sehingga tidak menimbulkan gangguan terhadap manusia dan mahluk lainnya. Salah satu penanganan buangan partikulat/debu dari Industri dapat menggunakan alat yang disebut pengendap elektrostatik.
III. PENGENDAP ELEKTROSTATIK
IV. Alat pengendap elektrostatik digunakan untuk membersihkan udara yang kotor dalam jumlah (volume) yang relatif besar dan pengotor udaranya adalah aerosol atau uap air. Alat ini dapat membersihkan udara secara cepat dan udara yang keluar dari alat ini sudah relatif bersih.
V. Alat pengendap elektrostatik ini menggunakan arus searah (DC) yang mempunyai tegangan antara 25 – 100 kv. Electrostatic precipitator mampu mengumpulkan partikulat dengan ukuran minimum >1 mikron dengan efisiensi 95-99%. Kecepatan aliran gas yang terpolusi dalam elektrostatik adalah 3 sampai 5 ft.
VI.
VII. VIII.
IX.
X.
XI.
XII.
XIII.
XIV.
XV.
XVI. Gambar Electrostatic Precipitator
XVII. Electrostatic precipitator digunakan apabila :
a. Dibutuhkan efisiensi relatif tinggi untuk mengumpulkan debu halus b. Gas yang perlu diolah dalam volume besar
c. Material yang berharga akan dikumpulkan
XVIII. XIX.
XX. PRINSIP KERJA PENGENDAP ELEKTROSTATIK
1. Melewatkan gas buang (flue gas) melalui suatu medan listrik yang terbentuk antara discharge electrode dengan collector plate, flue gas yang mengandung butiran debu pada awalnya bermuatan netral dan pada saat melewati medan listrik, partikel debu tersebut akan terionisasi sehingga partikel debu tersebut menjadi bermuatan negatif (-). 2. Partikel debu yang bermuatan negatif (-) selanjutnya menempel pada pelat-pelat
pengumpul (collector plate). Debu yang dikumpulkan di collector plate dipindahkan kembali secara periodik dari collector plate melalui suatu getaran (rapping). Debu ini kemudian jatuh ke bak penampung (ash hopper), dan dipindahkan (transport) ke flyash silo dengan cara dihembuskan (vacuum).
XXII. Gambar 1.
XXIII. XXIV. XXV. XXVI. XXVII.
XXVIII. Gambar 2.
XXIX.
XXXII.
XXXIII.Gambar 3.
XXXIV. XXXV. XXXVI. XXXVII.
XXXVIII. Gambar4.
XXXIX. XL. XLI.
XLI.1. Proses Pembentukan Medan Listrik
1. Terdapat dua jenis electrode, yaitu discharge electrode yang bermuatan negatif (-) dan collector plate electrode bermuatan positif (+).
2. Discharge electrode diletakkan diantara collector plate pada jarak tertentu (jarak antara discharge electrode dengan collector plate).
3. Discharge electrode diberi listrik arus searah (DC) dengan muatan minus (lihat gambar 3), pada level tegangan antara 55 – 75 kV DC (sumber listrik awalnya adalah 380 volt AC, kemudian dinaikkan oleh transformer menjadi sekitar 55 – 75 kV dan dirubah menjadi listrik DC oleh rectifier, diambil hanya potensial negatifnya saja).
5. Dengan demikian, pada saat discharge electrode diberi arus DC, maka medan listrik terbentuk pada ruang yang berisi tirai-tirai electrode tersebut dan partikel-partikel debu akan tertarik pada pelat-pelat tersebut, Gas bersih kemudian bergerak ke cerobong asap.
XLII.
XLIII. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN PENGENDAP ELEKTROSTATIK
XLIV. Kelebihan precipitator adalah: a. Memiliki efisiensi yang tinggi, bisa mencapai 99%. b. Bisa mengumpulkan partikel berdiamater sangat kecil.
c. Partikel dapat dikumpulkan dalam keadaan basah atau kering d. Dapat menangani debit gas yang besar.
e. Kebutuhan listrik untuk mengalirkan udara cukup rendah. f. Debu dapat dikumpulkan dalam kondisi kering untuk recovery.
g. Kehilangan tekanan dan temperatur kecil. Kehilangan tekanan biasanya tidak melebihi 0,5 inci kolom air.
h. Dapat beroperasi secara kontinyu, dengan pemeliharaan sedikit dan periode waktu yang lama.
i. Tidak terdapat komponen yang bergerak, sehingga bisa meminimasi biaya pemeliharaan.
j. Dapat digunakan pada temperatur yang tinggi, temperatur yang bisa diterapkan adalah 700of.
k. Dapat digunakan untuk mengumpulkan asam-asam, yang sulit dikumpulkan dengan peralatan lain.
l. Material korosif dapat dikumpulkan dengan ESP jenis tertentu. m. Efisiensi dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan ukuran unit.
XLV. Kelemahan ESP diantaranya adalah : a. Biaya investasi cukup mahal.
b. Sensitif terhadap variasi beban debu atau aliran. c. Memerlukan tempat yang cukup besar.
d. Tidak dapat diaplikasikan untuk menyisihkan kontaminan dalam fase gas. e. Terdapat bahaya listrik dengan tegangan cukup tinggi.
XLVI.
XLVII. PENGENDAP ELEKTROSTATIK SEBAGAI SEBUAH SOLUSI RAMAH LINGKUNGAN
XLIX. Alat pengendap elektrostatik ini menggunakan arus searah (DC) yang mempunyai tegangan antara 25 – 100 kv. Alat pengendap ini berupa tabung silinder di mana dindingnya diberi muatan positif, sedangkan di tengah ada sebuah kawat yang merupakan pusat silinder, sejajar dinding tabung, diberi muatan negatif. Adanya perbedaan tegangan yang cukup besar akan menimbulkan corona discharga di daerah sekitar pusat silinder. Hal ini menyebabkan udara kotor seolah – olah mengalami ionisasi. Kotoran udara menjadi ion negatif sedangkan udara bersih menjadi ion positif dan masing-masing akan menuju ke elektroda yang sesuai. Kotoran yang menjadi ion negatif akan ditarik oleh dinding tabung sedangkan udara bersih akan berada di tengah-tengah silinder dan kemudian terhembus keluar.
L.
sekitarnya. Hal terburuk yang akan terjadi secara perlahan-lahan adalah rusaknya lapisan ozon di atmosfer yang merupakan salah satu bentuk penyebab pemanasan global (global warming).
LII. Electrostatic precipitator merupakan salah satu cara agar industri yang berpotensi menghasilkan limbah debu menjadi ramah lingkungan, setidaknya dapat mengurangi kandungan polutan yang dibuang melalui cerobong.
LIII.
LIX. Anonimus, 2009. Eectrostatic Precipitator.
http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/04/electrostatic-precipitator.html. Diakses pada tanggal 23.10.2015 pukul 21:00
LX. Arief, Muhammad Lattar. Pengolahan Limbah Industri-Limbah Gas. Esa Unggul. Jakarta LXI. Halliday,
LXIII. Kusmulyana, 1993. Pemantauan Kualitas Udara. Pelatihan Pengelolaan dan Teknologi Limbah, ITB, Bandung
LXIV. MenLH, 2012. Baku Mutu Emisi Industri. http://jdih.menlh.go.id/pdf/ind/IND-PUU-7-2012-Permen%20LH%2010%20th%202012%20baku%20mutu%20emisi%20kategori
%20L3.pdf. Diakses pada 24.10.2015 pukul 21:00
LXV. Rizky, Aditya. 2011. Prinsip Kerja Pengendap Elektrostatik Presipitator.
http://www.adityarizki.net/2011/03/prinsip-kerja-pengendap-elektrostatik-electrostatic-precipitatoresp /. Diakses pada tanggal 22.10.2015 pukul 20:30
LXVI.