EB-FGT CFPP Lignite Bituminous Anthracite FGT SO 2, NO x, VOC, PM 10 ZA, NH 4 NO 3 Industries Waste Treatment Waste Water Sludge (80% H 2 O, 20% solid)

Presentasi berjudul: "EB-FGT CFPP Lignite Bituminous Anthracite FGT SO 2, NO x, VOC, PM 10 ZA, NH 4 NO 3 Industries Waste Treatment Waste Water Sludge (80% H 2 O, 20% solid)"— Transcript presentasi:

1 EB-FGT CFPP Lignite Bituminous Anthracite FGT SO 2, NO x, VOC, PM 10 ZA, NH 4 NO 3 Industries Waste Treatment Waste Water Sludge (80% H 2 O, 20% solid) Nutriens Detoxification Desinfection Water return to main process Liquid  Liquid Fertilizer Sludge  Compost PEMFC Synthesis LDPE Waste HDPE PTFE film Radiation Grafting Sulfonation PEMFC USULAN ROAD MAP SAINS DAN TEKNOLOGI APLIKASI EB UNTUK FGT, PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI, DAN REKAYASA BAHAN 13 maret0151 psta@batan.go.id

2 LATAR BELAKANG Tahun 2000 MOU Batan – PT. Indonesia Power tentang demo plant EB-FGT Tahun 2003 MBE 350 keV/10 mA diresmikan Menristek Tahun 2007 Dokumen BEDP rev. 0 (Detail Design) EB-FGT Tahun 2009 Kajian Optimasi Teknoekonomi EB-FGT ARN 2005 – 2009 EB – FGT Tujuan Penggunaan MBE untuk pengurangan polusi udara dari pembangkit listrik energi konvensional Sasaran 2009 Demo plant EB-FGT di PLTU Suralaya Sasaran Akhir 2025 Pemakaian MBE pada PLTU batubara kapasitas besar dan terletak di daerah padat penduduk seperti pulau Jawa UU RI No. 30/2007 bab III, bag. kelima, pasal 8, ayat 1 : Pengelola energi wajib mengutamakan penggunaan teknologi yang ramah lingkungan ELECTRON BEAM – FLUE GAS TREATMENT 13 maret015 2 psta@batan.go.id

3 Proses WFGD : SO 2 + lime  gipsum Proses SCR : NO x + NH 3  N 2 Proses pengolahan gas buang konvensional pada CFPP 13 maret0153 psta@batan.go.id

4 Proses Denitrasi Metode Selective Catalytic Reduction (SCR) 4NO + 4NH 3 + O 2  4N 2 + 6H 2 O Suhu operasi 350 o C 13 maret0154 psta@batan.go.id

5 Proses desulfurisasi dan denitrasi metode electron beam 13 maret0155 psta@batan.go.id

6 Proses EB-FGT dari CFPP di Pomorzany Poland 13 maret0156 psta@batan.go.id

7 EB-FGT experimental flow diagram Concept 1 Feedstocks : Coal (lignite) Peat Petcoke Municipal Waste Plastics Waste Heavy Oil Air Ignition-spark Fly Ash Water Hot Water Bottom Ash  Reaction vessel Shielding Dry ESP N Cyclone Spray cooler Burner Stack Blower Drum NH 3 tube Flue gas : 175 Nm 3 /h SO 2 = 924 – 2113 mg/m 3, NO x = 850 mg/m 3 N 2, O 2, CO 2, CO, VOC, PM 10, TENORM, fly ash Pump Sprayer Kompresor Fertilizer : NH 4 (SO 4 ) 2, NH 4 NO 3, NH 4 Cl, fly ash, PM 10 non toxic EBM 350 keV/5 mA SO 2 = 300 mg/m 3, NO x = 400 mg/m 3 BME 2000 : SO 2 < 750 mg/m 3, NO x < 850 mg/m 3 13 maret0157 psta@batan.go.id

8 Industries Waste Treatment Waste Water Sludge (80% H 2 O, 20% solid) Nutriens Detoxification Desinfection Water return to main process Liquid  Liquid Fertilizer Sludge  Compost USULAN ROAD MAP SAINS DAN TEKNOLOGI APLIKASI EB UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI 13 maret0158 psta@batan.go.id

9 The radiolytic yield of primary reactive species 1. J.C. Person, D.O. Ham: Radiat. Phys. Chem. 31 (1988) 1 2. H. Matzing: Model studies of flue gas treatment by electron beams, in: Application of isotopes and radiation in conservation of the environment, IAEA-SM-325/186, International Atomic Energy Agency, Vienna 1995, pp. 115-124 4.43N 2 0.29N 2 * + 0.885N( 2 D) + 0.295N( 2 P) + 1.87N( 4 S) + 2.27N 2 + + 0.69N + + 2.96e - + 0.69N + + 2.96e - 5.377O 2 0.077O 2 * + 2.25O( 1 D) + 2.8O( 3 P) + 0.18O * + 2.07O 2 + + 1.23O + + 3.3e - + 1.23O + + 3.3e - 7.33H 2 O 0.51H 2 + 0.46O( 3 P) + 4.25OH + 4.15H + 1.99 H 2 O + + 0.01H 2 + + 0.57OH + + 0.67H + + 0.06O + + 3.3 e - + 0.01H 2 + + 0.57OH + + 0.67H + + 0.06O + + 3.3 e - 7.54CO 2 4.72CO + 5.16O( 3 P) + 2.24CO 2 + + 0.51CO + + 0.07C + + 0.21O + + 3.03 e - + 0.21O + + 3.03 e - 13 maret0159 psta@batan.go.id

10 Radiolysis of Water Induced by Electron Beam Irradiation e-e- H2OH2O + H2O*H2O* H2OH2O Electron Beam or Gamma Ray Electron Beam or Gamma Ray e aq H + ·OH H · OH 13 maret01510 psta@batan.go.id

11 TEKNOLOGI PEMBUATAN POC DARI LIMBAH CAIR PRE TANNING PASCA IRADIASI DENGAN BERKAS ELEKTRON Latar Belakang Limbah cair pre tanning mengandung unsur hara, protein (C, H, O, N, S, P), bakteri pathogen  H 2 S toksis, berbau busuk  Bakteri pathogen Swasembada pangan, intensifikasi pertanian, pemupukan kimia anorganik Tanah sawah menjadi keras, lingkungan tercemar Gerakan globalisasi pengendalian lingkungan Back to nature Pertanian organik Detoksifikasi H 2 S, desinfeksi bakteri, dekomposisi protein menggunakan EB Pupuk Organik Cair (POC) 13 maret015 11 psta@batan.go.id

12 Konseptual disain iradiasi limbah cair pre tanning dengan EB Cairan E telah terdetoksifikasi dari gas H 2 S, terdesinfeksi dari bakteri patogen, tereduksi unsur karbon (C) karena terdegradasinya protein dalam limbah cair oleh  OH, O  Ruang bawah tanah 13 maret01512 psta@batan.go.id

13 Kerusakan DNA dalam sel bakteri Direct action Indirect action : Radical reaction : Radical reaction e-e- H O H OH · e-e- 13 maret01513 psta@batan.go.id

14 Base Pair damage Single strand break Double strand break Intra molecular cross-linking Intermolecular cross-linking Direct effect as well as indirect effect through water radiolysis products damage DNA and stop reproduction S. Sabharwal, et al., “Technical and Economic Aspects of Radiation Hygienization of Municipal Sewage Sludge Using Gamma Irradiator” IAEA CM, Bulgaria 2004 13 maret01514 psta@batan.go.id

15 Mekanisme Desinfeksi Bakteri Pathogen H 2 O, CO 2, NH 3 e - ------------------------------------> H 2 O ---->  OH, O  e-e- e - -----> H 2 O ----->  OH, O  ----> Protein 13 maret01515 psta@batan.go.id

16 Process Flow of Papermill Wastewater Treatment a) b) c) Pengaruh dosis radiasi terhadap Colony Forming Units (CFU) bakteri coliform di dalam efluen limbah cair (a), air selokan perkotaan (b), limbah lumpur selokan (c) Lavale, D.S., Shah, M.R., Rawat, K.P., George, J.R., “Sewage Sludge Irradiators Batch and Continuous Flow”, In : Radiation Technology Conservation of Environment, Proceedings of Symposium Held in Zakopane, Poland, 8 - 12 September 1997, pp. 289 – 301. 13 maret01516 psta@batan.go.id

17 New application of organic waste by Irradiation 13 maret01517 psta@batan.go.id

18 Irradiation-composting system of sewage sludge Principle 13 maret01518 psta@batan.go.id

19 Iradiasi Limbah Lumpur dengan Berkas Elektron Proses iradiasi lumpur sistem ban berjalan Di Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment – JAERI MBE tipe Cockcroft-Walton 2 MeV/30 mA Kandungan air dalam lumpur = 80% Teabal lumpur = 1 – 10 mm Dosis = 10 kGy Proses iradiasi lumpur sistem drum berputar Di pabrik pengolahan air limbah di pulau Dear dekat Boston, Massachusetts MBE 750 kV, 50 kW Kandungan air dalam lumpur = 95% Tebal lumpur = 2 mm Dosis 4 kGy Proses iradiasi lumpur sistem curah Di pabrik pengolahan air limbah di Virginia Key Miami, Florida MBE 1,5 MeV Kandungan air dalam lumpur = 98% Tebal lumpur = 2 – 5 mm Dosis = 3,5 – 4 KGy 13 maret01519 psta@batan.go.id

20 Batch Type Experiment 13 maret01520 psta@batan.go.id

21 Pilot plant EB wastewater treatment di Daegu Dyeing Korsel 13 maret01521 psta@batan.go.id

22 Limbah cair HCOOH sangat encer A B C             G Keterangan : A.Penampung umpan limbah cair B.Pompa C.Sprayer D.Blower E.Shielding F.Akselerator elektron G.Ruang iradiasi H.Pompa E D F udara H N x pembersihan ulang Air limbah terdetoksifikasi dan terdesinfeksi Konseptual disain EB wastewater treatment sistem aerosol Cara 1 13 maret01522 psta@batan.go.id

23 Skema Pilot Plant of Radiation Technology Centre - CTR at the Institute for Energetic and Nuclear Research (IPEN) - Brazil 13 maret01523 psta@batan.go.id

24 Air limbah HCOOH sangat encer A Keterangan : A.Tangki umpan limbah cair B.Kompresor C.Tangki limbah bersih D.Reaktor penggelembung E.Shielding F.Akselerator elektron G.Pompa E C F udara G Air limbah terdetoksifikasi dan terdesinfeksi Konseptual disain EB wastewater treatment sistem flotasi             B D Cara 2 13 maret01524 psta@batan.go.id

25 Limbah cair HCOOH sangat encer A Keterangan : A.Tangki umpan limbah cair B.Tangki pengatur aliran tipis C.Shielding D.Akselerator elektron E.Kanal aliran tipis F.Tangki penampung limbah bersih B D Air limbah terdetoksifikasi dan terdesinfeksi Konseptual disain EB wastewater treatment sistem aliran tipis             C E F Cara 3 13 maret01525 psta@batan.go.id

26 Radiolisis Air dalam Limbah Cair Radiolisis air oleh berkas elektron secara umum ditunjukkan dengan reaksi sebagai berikut [13] : 7,33 H 2 O  0,51 H 2 + 0,46 O( 3 p) + 4,25  OH + 4,15 H  + 1,99 H 2 O + + 0,01 H 2 + + 0,57OH + + 0,67 H + + 0,06 O + + 3,3 e - (1) H 2 O + + e - e - th (2) e - th + n H 2 O e - aq (3) Reaksi gross pada radiolisis air oleh berkas elektron dan nilai G pada pH 7 disajikan dalam persamaan reaksi (4) sebagai berikuit [1, 14, 15] : berkas (e - ) H 2 O e - aq,  OH, H , H +, H 2 O 2, H 2, OH - aq (4) Nilai G (  mol/J) pada pH 7 : (2,7) (0,6) (2,8) (0,45) (0,7) (3,2) (0,5) Radikal  OH dan H 2 O 2 merupakan oksidator kuat, e - aq dan H  merupakan reduktor kuat. Beberapa oksidator yang berupa radikal bebas antara lain  OH mempunyai potensial oksidasi elektrokimia (E o ) = 2,8 V, E o atom oksigen = 2,42 V, E o H 2 O 2 = 1,78 V, dan E o radikal perhidroksil (HO 2  ) = 1,70 V [16, 17]. 13 maret01526 psta@batan.go.id

27 Reduksi Logam Berat Toksis Menjadi Logam Netral Tidak Toksis Menggunakan MBE Reaksi reduksi logam berat toksis As 2+, Cd 2+, Cr 6+, Pb 2+ oleh radikal bebas e aq - dan H  menjadi logam berat netral dapat ditulis sebagai berikut : As 2+ + 2 e - aq —  As 0 (5) Cd 2+ + 2 e - aq —  Cd 0 (6) Cr 6+ + 6 e - aq —  Cr 0 (7) Pb 2+ + 2 e - aq —  Pb 0 (8) As 2+ + H  —  As 0 + 2 H + (9) Cd 2+ + H  —  Cd 0 + 2 H + (10) Cr 6+ + H  —  Cr 0 + 6 H + (11) Pb 2+ + H  —  Pb 0 + 2 H + (12) 13 maret01527 psta@batan.go.id

28 Oksidasi Logam Netral Tidak Toksis Menjadi Logam Berat Toksis Jika air limbah dijenuhkan dengan udara, maka oksigen (O 2 ) yang terkandung dalam udara bereaksi dengan e aq - dan H  membentuk molekul radikal O 2 - dan HO 2 . Selanjutnya molekul radikal O 2 - dan HO 2  pelan-pelan bereaksi dengan H + membentuk higrogen peroksida. Kemudian HO 2  dan H + juga mereoksidasi logam berat netral As 0, Cd 0, Cr 0, Pb 0 masing-masing menjadi logam berat As 2+, Cd 2+, Cr 6+, Pb 2+ toksis dan hidrogen peroksida. Keseluruhan reaksi tersebut dapat ditunjukkan sebagai berikut : O 2 + e - aq + H  —  O 2 - + HO 2  (13) HO 2  + O 2 - + H + —  H 2 O 2 + O 2 (14) As 0 + 2 HO 2  + 2 H + —  As 2+ + 2 H 2 O 2 (15) Cd 0 + 2 HO 2  + 2 H + —  Cd 2+ + 2 H 2 O 2 (16) Cr 0 + 6 HO 2  + 6 H + —  Cr 6+ + 6 H 2 O 2 (17) Pb 0 + 2 HO 2  + 2 H + —  Pb 2+ + 2 H 2 O 2 (18) 13 maret01528 psta@batan.go.id

29 Oksidasi Logam Berat Tidak Toksis Menjadi Toksis Hidrogen peroksida yang terbentuk dari reaksi (4) dan (14) juga mereoksidasi As 0, Cd 0, Cr 0, Pb 0 membentuk As 2+, Cd 2+, Cr 6+, Pb 2+ seperti ditulis pada reaksi sebagai berikut : As 0 + 2 H 2 O 2 —  As 2+ + 2  OH + 2 OH - (19) Cd 0 + 2 H 2 O 2 —  Cd 2+ + 2  OH + 2 OH - (20) Cr 0 + 6 H 2 O 2 —  Cr 6+ + 6  OH + 6 OH - (21) Pb 0 + 2 H 2 O 2 —  Pb 2+ + 2  OH + 2 OH - (22) Radikal hidroksil yang terbentuk dari reaksi (4), (19), (20), (21), dan (22) akan mereoksidasi As 0, Cd 0, Cr 0, Pb 0 membentuk As 2+, Cd 2+, Cr 6+, Pb 2+ ditulis pada reaksi sebagai berikut : As 0 + 2  OH —  As 2+ + 2 OH - (23) Cd 0 + 2  OH —  Cd 2+ + 2 OH - (24) Cr 0 + 6  OH —  Cr 6+ + 6 OH - (25) Pb 0 + 2  OH —  Pb 2+ + 2 OH - (26) 13 maret01529 psta@batan.go.id

30 Pencegahan Oksidasi pada Logam Tidak Toksis Karena Pengaruh Oksidator  OH, HO 2 , dan H 2 O 2 Untuk mencegah pengaruh negatif radikal bebas  OH, HO 2 , dan H 2 O 2 dimungkinkan dengan menggunakan ion formiat yang dapat mengkonversi radikal bebas ke dalam reaksi reduksi. Radikal bebas H 2 O 2,  OH, HO 2  dengan ion formiat masing-masing akan membentuk radikal ion COO - yang dapat mereduksi As 2+, Cd 2+, Cr 6+, Pb 2+ masing-masing menjadi logam netral dengan reaksi sebagai berikut : HCOO - + H 2 O 2 —  COO - + H 2 O +  OH (27) HCOO - +  OH —  COO - + H 2 O (28) HCOO - + HO 2  —  COO - + H 2 + O 2 (29) As 2+ + 2 COO - —  As 0 + 2 CO 2 (30) Cd 2+ + 2 COO - —  Cd 0 + 2 CO 2 (31) Cr 6+ + 6 COO - —  Cr 0 + 6 CO 2 (32) Pb 2+ + 2 COO - —  Pb 0 + 2 CO 2 (33) 13 maret01530 psta@batan.go.id

31 Mobile Wastewater Treatment Facility of HVEA, U.S.A. 13 maret01531 psta@batan.go.id

32 Process Flow of Papermill Wastewater Treatment 13 maret015 32 psta@batan.go.id

33 E-Beam Treatment of Papermill Wastewater 13 maret015 33 psta@batan.go.id

34 PEMFC Synthesis LDPE Waste HDPE PTFE film Radiation Grafting Sulfonation PEMFC USULAN ROAD MAP SAINS DAN TEKNOLOGI APLIKASI ELECTRON BEAM UNTUK REKAYASA BAHAN KE FUEL-CELL 13 maret01534 psta@batan.go.id