TL-5252 DAUR ULANG LIMBAH

PROSES BIOLOGI PENGOLAHAN
SAMPAH ORGANIK :
PROSESSING
• Pengomposan (proses aerobik)
• Proses anaerob (anaerobic digestion)biogasification
• Kultur cacing (vermiculture-worm farming)
TRANSFORMASI BIOLOGI
Transformasi biologi bertujuan :
• Mengurangi volume dan berat material
• Menghasilkan kompos
• Menghasilkan gas metan
Transformasi biologi ini bisa berlangsung
aerobik atau anaerobik tergantung dari ada
tidaknya oksigen.
Proses biologik yang pernah dilakukan untuk
limbah domestik adalah pengomposan
aerobik, anaerobic digestion.
PENGOMPOSAN
Tujuan Pengomposan:
• Mengubah materi organik yang bisa didegradasi
menjadi materi organik yang stabil. Proses ini
dapat mengurangi volume sampah.
• Menghilangkan patogen, telur insekta, dan
organisme lain yang tidak diinginkan, dan benih
tanaman yang mungkin ada di sampah
• Mempertahankan keberadaan nutrien seperti N, P,
K
• Menghasilkan produk (kompos) yang bisa
digunakan untuk membantu pertumbuhan tanaman
dan memperbaiki unsur hara tanah.
PROSES PENGOMPOSAN
Pengomposan Aerobik
Lamanya proses degradasi aerobik tergantung pada :
•Sifat asal sampah
•Kelembaban
•Ketersediaan nutrien
•Faktor lingkungan lainnya (pH, temperatur, bebas inhibitor
seperti heavy metal, ammonia, sulfida dan materi toksik
lainnya)
Proses degradasi ini bisa berlangsung 4 sampai 6 minggu
(untuk kondisi yang terkontrol).
Materi Organik + O2 + Nutrien —> sel baru + kompos + CO2
+ H2O + NH3 + SO22- + panas
PENGOMPOSAN AEROBIK
Sifat kompos yang membedakan dengan materi
organik lainnya adalah:
• Warnanya yang coklat atau coklat kehitamhitaman
• Rasio Karbon dan Nitrogen yang rendah
• Mempunyai sifat yang berubah secara kontiniu
akibat aktivitas mikroorganisma
• Kapasitas tukar kation yang tinggi dan kapasitas
absorbsi air yang tinggi
TEKNIK PENGOMPOSAN
Dasar sistem ada 2 : reaktor dan non reaktor
Non- reaktor :
• windrow (agitated solid bed)
• Aerated static pile (forced aeration)
• Kombinasi
Reaktor:
• Plug flow
• Dinamik
TAHAP PENGOMPOSAN (1)
Ada 4 tahap dalam pengomposan:
• Tahap latency
• Tahap pertumbuhan
• Tahap thermophilic
• Tahap pematangan
VARIASI TEMPERATUR SELAMA PROSES
PENGOMPOSAN
WINDROW
AERATED STATIC PILE
TAHAP – TAHAP DEGRADASI MATERI
ORGANIK SECARA ANAEROB
HYDROLISIS: enzim memediasi transformasi senyawa molekul yang
besar menjadi senyawa yang larut dalam air dimana dapat digunakan
sebagai sumber energi dan sel tissue
ACIDOGENESIS: Bakteri mengkonversi senyawa hasil hidrolisis
menjadi volatile fatty acid (VFA), CO2 dan H2.
ACETOGENESIS: VFA diubah menjadi acetic acid, CO2 dan H2.
METHANOGENESIS: metabolisma produk acetogenesis menjadi metan,
CO2 dan H2O.
DIAGRAM PROSES PENGOMPOSAN AEROBIK
VERMICULTURE
Merupakan konversi materi terdegradasi dengan
menggunakan cacing.
Beberapa prinsip:
•Cacing dapat mengkonsumsi makanan yang lebih
besar beberapa kali dari ukuran tubuhnya.
•Temperatur harus dibuat dibawah 350C, idealnya
25-25 0C.
•Sangat aktif pada lapisan yang tipis sekitar 150 s/d
250 mm dibawah permukaan.
DEGRADASI MATERI ORGANIK SECARA
ANAEROB
Proses degradasi berlangsung tanpa ada oksigen.
Materi Organik + H2O + Nutrien —> sel baru + kompos +
CO2 + CH4 + NH3 + H2S+ panas
Pada umumnya gas metan dan karbondioksida
mencapai 99% dari keseluruhan gas yang terbentuk.
Contoh : landfill, degradasi materi organik yang
bersumber dari hewan.
Ada 4 tahap: hidrolisis, acidogenesis, acetogenesis,
dan methanogenesis
SKEMA TAHAP – TAHAP DEGRADASI
MATERI ORGANIK SECARA ANAEROB
PRODUK RECYCLING ORGANIK
•
•
•
•
•
•
Media pertumbuhan
Fertiliser (kompos)
Soil enhancers, soil conditioner
Pakan ternak
Biogas
Bahan bakar padat
MARKET ISSUE
• Pemasaran (harga, pasar, informasi,
penggunaan)
• Kepastian produk bebas kontaminan
• Didominasi industri kecil yang umumnya
kekurangan dana
RECYCLING SAMPAH DOMESTIK :
PROSES THERMAL (KIMIAWI)
SIFAT KIMIA
•
•
•
•
•
•
Kehilangan air pada pembakaran 1050 C
Kadar volatile
Fixed carbon
Ash
Flashing Point of Ash
Kandungan Energi
METODA THERMAL
Kategori proses berdasarkan kebutuhan udara:
• Incinerasi
• Gasifikasi
• Pyrolisis
INCINERASI
Reaksi oksidasi pada kondisi stoikiometri atau
kelebihan udara
C+O2 => CO2
12 32
Jumlah oksigen yg dibutuhkan 32/12 mol
Jumlah udara yang dibutuhkan 32/12/0.2315
mol
INCINERASI
Selulose
C6H10O5 + 6 O2 => 6 CO2 +5 H2O +Panas
Produk
• Gas ( CO2, NOx, SO2, CO, HCl, dll)
• Abu
Kontrol temperatur
Jumlah udara yang terlibat
Bau akan timbul jika pembakaran <7000C
Lebih sedikit VOCs & dioxin jika >10000C
PIROLISIS
Proses thermal tanpa ada oksigen
3C6H10O5 + Panas => C6H8O + 2 CO + 2CO2 +8
H2O + CH4+ H2 + 7C
Butuh panas untuk mengubah/ memisahkan molekul
besar menjadi lebih sederhana
PRODUK YANG DIHASILKAN PIROLISIS
•Gas yang mudah terbakar (combustible gases)
H2 (6-32%), CH4 (10-12%), CO (35%), CO2 (18-45%)
Komposis gas merupakan fungsi temperatur
Maksmum nilai kalor yang dihasilkan 26 MJ/m3
•Minyak pirolisis:
tar, acetic acid, acetone
Nilai kalor minyak ini 9-21 MJ/kg
•Char
Karbon dan abu
GASIFIKASI
Oksidasi parsial, lebih kecil dari nilai
stoikiometri
Prinsip Reaksi
C+O2 => CO2
eksotermis
C+H2O => CO + H2 endotermis
C+CO2 =>2CO
endotermis
C+2H2 => CH4
eksotermis
CO + H2O => CO2 + H2 eksotermis
PRODUK GASIFIKASI
•Gas yang mudah terbakar :
CO (20%), H2 (15%), CH4 (2% ) dari volume
Nilai kalor gas :
6 MJ/m3 (jika yang digunakan udara)
11 MJ/m3 (jika yang digunakan oksigen)
•Condensable liquid
•Char
INCINERATOR
Mass-fired
• Yang paling umum digunakan
• Pre- processing minimal
Refused- Derived Fuel (RDF)- fired
• Pre-processing
• Lebih terkontrol
MASS-FIRED INCINERATOR
Problem:
• Kadang2 memproses limbah berbahaya
• Sangat susah mengontrol :
Pembakaran
emisi
RDF-FIRED INCINERATOR
Pre- processing:
Logam dan kaca di buang
Insinerasi berlangsung konsisten
Barang- barang yang susah terbakar dibuang
Produk yang dihasilkan berupa pellet
INSINERATOR
Produk yang dihasilkan :
Emisi gas
• Gas beracun : CO
• Gas yang bersifat asam : SO2, NOx, HCL, HF
Wastewater (dari wet scrubber)
Residu
Bottom ash
Fly ash
Scrubber sludge
KEUNTUNGAN INSINERATOR
• Reduksi volume dan berat
• Menghasilkan panas dan energi yang dapat
digunakan sebagai pembangkit tenaga
listrik
• Potensi untuk mengontrol polusi udara
KEKURANGAN INSINERATOR
• Masih meninggalkan residu
• Polusi ditransfer dari tanah ke udara
General Schematic
Types of Incinerators
•
•
•
•
•
•
•
•
Rotary kiln
Fixed hearth
Liquid injection
Cement and lime kilns
Fluidized bed
Boiler systems
Oxygen enriched
Infrared
•
•
•
•
•
•
•
•
Fume
Multiple chamber
Multiple hearth
Cyclonic
Auger combustor
Two-stage (starved air)
Catalytic
Molten salt
Other Thermal Processes
•
•
•
•
•
•
•
•
Plasma arc pyrolysis
Microwave discharge
Advanced electrical reactor
In situ vitrification
Wet air oxidation
Supercritical water oxidation
Calcination
Thermal desorption
Classifications of Incinerators
•
•
•
•
•
•
Grate
Open “rack”
Stationary or moving
Air circulation
Large and irregular
wastes
Hearth
Solid “plate”
Variety of waste
Suspension
• Sand or alumina bed
fluidized with air
• Relatively uniform feed
size
Typical Process Flow Diagram
Waste
Storage
Pre-processing/blending
Incineration
Ash
Flue Gas
Stabilization
Landfill
Pollution
Control
Effluent
POTW
Combustion Requirements
3 T’s
+
Excess O2
Typical Excess Air Reactions
CHCl + O2 + N2  CO2 + H2O + HCl +
O2 + N2 + heat
INSINERATOR
INSINERATOR
INSINERATOR
RECOVERY LIMBAH (PROSES
KIMIA)
RECOVERY LIMBAH
• Pemisahan (pengolahan secara fisik)
• Pemurnian (kombinasi proses fisik dan
kimia)
• Pencampuran (Solidifikasi)
• Pengolahan ( fisik, kimia dan biologik)
HIDROLISIS
Recovery : glukosa, methanol.
Hidrolisa dalam suasana asam
Molekul selulosa terdiri dari sekitar 3000 unit
glukosa
Jika molekul selulosa dihidrolisa, glukosa bisa
direcover dari selulosa
(C6H10O5)n+ H2O→nC6H12O6 (suasana
asam)
PERTUKARAN ION
Proses penukaran ion didefenisikan sebagai
proses dimana substansi tak larut menerima
ion dengan muatan negatif atau positif dari
larutan dan melepaskan ion dengan muatan
yang sama ke dalam larutan dengan jumlah
yang ekivalen.
Contoh: recovery ion Cr6+ setelah resin
penukar ion diregenerasi
REAKSI PENUKARAN ION
Contoh limbah elektroplating
2R-Cl + Cr2O72-  R2-Cr2O72-+2Cl-
Terjadi proses pertukaran ion
Pada saat regenerasi dengan menambahkan
larutan NaOH maka
R2-Cr2O72-+2OH-  2R-OH- + Cr2O72-
REDUKSI-OKSIDASI
Reaksi oksidasi bila melepaskan elektron
Reaksi reduksi bila menangkap elektron
MnO4- +5Fe2++H 5Fe3+ +Mn2+ + H2O
Mn(VII) merupakan oksidator (mengalami
reduksi, bilangan redoksnya berkurang)
Fe(II) merupakan reduktor (mengalami
oksidasi, bilangan redoksnya bertambah)
REDUKSI PADA INDUSTRI
ELECTROPLATING
Contoh kasus : industri elektroplating
Kelarutan ion logam khromium heksavalen
2 H2CrO4+6FeSO4+6H2SO4 
Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+8H2O
Dilanjutkan dengan presipitasi
Cr2(SO4)3 +3Ca(OH)2  2 Cr(OH)3 +3CaSO4
Fe2(SO4)+3Ca(OH)2 2 Fe(OH)3+3CaSO4
METHANOL DARI METHAN
Gas methan yang terbentuk pada pengolahan dari
anaerobic digestion bisa diubah menjadi methanol.
Methanol adalah bahan bakar cair.
Keuntungan dari pembentukan methanol:
• Pewadahan lebih mudah
• Transportasi lebih mudah
Namun, karena methanol yang terbentuk dari natural
gas lebih murah maka upaya ini belum
berkembang
REAKSI PEMBENTUKAN
METHANOL
CH4 + H2O  CO + 3H2O…………….reaksi 1
Reaksi berlangsung endotermis. Gas bio yang
mengandung metan direaksikan dengan uap dalam
reaktor yang berisi katalis. Hasil reaksi adalah
karbon monoksida dan gas hidrogen.
CO + 2H2  CH3OH…………………reaksi 2
Reaksi berlangsung eksotermis. Produk reaksi
pertama diubah menjadi methanol