Environmental Design for Atmospheric Emissions

1. POLUSI ATMOSFIR Ada beberapa jenis emisi ke dalam atmosfir dan ini dapat dikarakterisasikan : partikulat (padatan atau cairan), uap dan gas. Secara umum, pengendalian emisi di atmosfir sangat sulit sebab mayoritas emisi berasal dari sumber-sumber yang kecil yang sulit untuk diatur dan dikendalikan. Pembuat peraturan hanya mengendalikan emisi dari sumber-sumber yang cukup besar untuk melakukan pemantauan dan pemeriksaan. Emisi-emisi di industri merupakan perhatian utama dalam emisi atmosfir. Sifat-sifat fisik bahan kimia, dapat berujud : Gas, uap (gas dari bentuk padat/cair), debu (partikel padat), kabut (cairan halus di udara), fume (kondensasi partikel padat), awan (partikel cair kondensasi dari fase gas), asap (partikel zat karbon).

PM10 Bahan partikel dengan ukuran diameter kurang dari 10 µm terbentuk sebagai hasil samping proses pembakaran yang tidak sempurna dan lewat reaksi antara polutan-polutan gas di atmosfir merupakan masalah utama karena menyebabkan kerusakan pada sistem pernafasan makhluk hidup PM 2.5 Bahan partikel dengan ukuran diameter kurang dari 2.5 µm, terbentuk dengan cara yang sama dengan PM10, dapat melakukan penetrasi lebih dalam ke dalam sistem pernafasan makhluk hidup dari pada PM10. O3 - Ozone merupakan senyawa yang sangat reaktif yang ada dalam lapisan atas atmosfir (stratosfir) dan di bawah atmosfir (troposfir). Ozon merupakan senyawa yang sangat vital di stratosfir, keberadaannya di lapisan bawah sangat berbahaya terhadap kesehatan makhluk hidup dan menyumbang pembentukan polutan-polutan lain.

VOCs – Volatile Organic Carbons, bentuk lain senyawa karbon (tidak termasuk karbon monoksida, karbon dioksida, asam karbonat, karbida atau karbonat logam dan ammonium karbonat) mengendap di atmosfir karena reaksi fotokimia. prekursor terhadap produksi ozon pada lapisan bawah dan berbagai polutan-polutan fotokimia dan komponen utama dalam pembentukan smog lewat reaksi fotokimia. SOx - Oksida belerang (SO2 dan SO3 ) terbentuk karena pembakaran bahan bakar yang mengandung belerang sebagai produk samping industri-industri kimia

NOx - Oksida nitrogen (utamanya NO dan NO2) terbentuk dari proses pembakaran dan sebagai produk samping industri-industri kimia. CO – Karbon monoksida terbentuk karena pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna dan CO2 – Karbon dioksida terbentuk utamanya oleh pembakaran bahan bakar juga sebagai produk samping industri-industri kimia.

VOCs + NO + O2 → O3 + polutan fotokimia yang lain. Ada 4 masalah utama berhubungan dengan emisi-emisi atmosfir. 1. Kabut perkotaan (Urban smog). Kabut perkotaan umumnya ditemukan dalam kota-kota modern terutama jika udara terjebak dalam suatu kolam (basin). Hal ini dapat diamati sebagai udara yang berwarna kecoklatan. Pembentukan kabut kota melalui reaksi komplek fotokimia yang dapat dikarakterkan : VOCs + NO + O2 → O3 + polutan fotokimia yang lain. Polutan fotokimia seperti Ozon, aldehid dan peroxynitrat seperti peroksietanoyl (atau proeksiacetyl) nitrat (PAN) terbentuk. Ozon dan polutan fotokimia yang lain mempunyai efek yang berbahaya pada organisma hidup dan pada struktur bangunan. Polutan-polutan ini pada kadar tinggi dapat menyebabkan kesulitan bernafas dan membawa penyakit asma pada manusia. Musim hangat dan udara yang tidak bergerak akan mengakibatkan masalah menjadi lebih buruk. Adanya penambahan VOCs dan NOx, masalah kabut kota menjadi lebih jelek dengan adanya emisi-emisi partikulat dan karbon monoksida dari pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna.

2. Hujan Asam (Acid rain). Hujan alami (tidak terpolusi) bersifat asam dengan pH antara 5-6 yang disebabkan oleh asam karbonat dari pelarutan karbon dioksida dan belerang dan asam sulfat dari emisi alami SOx dan H2S. Aktivitas manusia dapat mengurnagi pH sangat signifikan sampai 2-4 pada kasus yang ekstrim terutama oleh emisi oksida belerang. Disebabkan polusi atmosfir dan awan melintas untuk jarak yang jauh, hujan asam bukan merupakan masalah lokal karena akan muncul untuk lintasan yang jauh dari sumber. Masalah yang terkait dengan hujan asam antara lain : kerusakan terhadap tanaman hidup keasaman air, yang mengakibatkan kematian danau dan sungai, kehilangan kehidupan akuatik dan kemungkinan kerusakan terhadap penyediaan air manusia korosi bangunan, yang terbuat dari kapur (marble) dan bangunan beton.

3. Kerusakan lapisan Ozon (Ozone layer destruction). Lapisan atas atmosfir adalah lapisan yang kaya ozon sementara ozon di lapisan bawah sangat berbahaya. Ozon di lapisan atas atas atmosfir sangat penting karena akan menyerap sejumlah besar sinar ultraviolet kalau tidak akan mencapai permukaan bumi. Kerusakan ozon dikatalisis oleh oksida nitrogen pada lapisan atas atmosfir.

NO· + O3 NO2·+ O2 NO2·+ O  NO· + O2 NO2· ---(hf) NO· + O Kerusakan juga dimulai oleh senyawa-senyawa halocarbon tertentu : CCl2F2 ---(hf) · CClF2 + Cl· Cl· + O3  ClO· + O2 ClO· + O  Cl· + O2 Cl· kemudian dapat bereaksi lebih jauh dengan ozon. Kerusakan ozon mengakibatkan kenampakan lubang ozon di atas Kutub Utara dan Selatan di mana lapisan ozon menjadi lebih tipis. Ukuran lubang ozon bervariasi selama setahun tetapi kebradaannya memerlukan untuk mengurangi polutan-polutan yang merusak lapisan ozon. Hasil kerusakan lapisan ozon akan meningkatkan sinar ultraviolet mencapai bumi, akan mengakibatkan peningkatan kanker kulit yang potensial dan membahayakan spesies kutub. Hal ini merupakan efek global yang memerlukan penyelesaian global.

4. Efek rumah kaca (The Greenhouse effect). Gas-gas seperti : CO2, CH4, dan H2O ada dalam konsentrasi rendah di atmosfir bumi. Gas-gas ini mengurangi emisivitas bumi dan memantulkan beberapa radiasi panas oleh bumi. Sehingga, efek adalah menciptakan selimut (blanket) untuk menjaga bumi lebih hangat. Masalah muncul terutama dari pembakaran bahan bakar fosil dan pematangan lahan dengan pembakaran. Hasilnya adalah meningkatnya suhu global, mencairnya es di kutub dan glasier, peningkatan muka air laut, pembentukan area padang pasir, meningkatnya ketidak teraturan cuaca dan perubahan arus lautan. Merupakan masalah global yang memerlukan penyelesaian global. Ketika menerapkan peraturan terhadap emisi atmosfir, otoritas pembuat peraturan dapat mengendalikan emisi dari titik secara tersendiri atau gabungan seluruh pengeluaran secara bersama.

2.SUMBER POLUSI ATMOSFIR Satu masalah utama emisi atmosfir adalah jumlah sumber yang potensial. Emisi padatan muncul dari : Pembakaran tak sempurna atau debu bahan bakar dari furnace, boiler, dan oksidasi panas Pembakaran tak sempurna di flares Operasi pengeringan padatan Kiln yang digunakan untuk pengolahan padatan suhu tinggi Pabrik logam Operasi penghancuran dan penghalusan padatan Operasi penanganan padatan secara terbuka, dll Emisi uap bahkan lebih sulit dengan sumber : Vent kondensor Ventilasi pipa dan bejana pembuangan gas inert pipa dan bejana Pembuangan gas buang ke atmosfir Operasi pengeringan Pembakaran tak sempurna bahan bakar di tungku, boiler, oksidasi panas

Pembakaran tak sempurna bahan bakar di tungku, boiler, oksidasi panas Pembakaran tak sempurna di flares Penerapan pelapisan permukaan dengan solven Operasi terbuka : filters, bejana mixing, mengakibatkan penguapan senyawa organik volatil Pengosongan dan pengisian drum mengakibatkan penguapan senyawa organik volatil Pembuangan senyawa organik volatil Ventilasi proses pabrik dari bangunan yang memproses senyawa organik volatil Pembebanan dan pencucian tangki penyimpan Pembebanan dan pencucian jalan raya, rel KA dan tangki penampung (barge tank) Emisi lepasan gasket dan seal poros Emisi lepasan dari sewers and effluent treatment Emisi lepasan dari titik sampling proses, dan lain-lain

Di pabrik besar, pengurangan signifikan emisi VOC dapat dibuat dengan pengendalian sumber utama, seperti : tank venting, kondensor, buangan (purges), dengan pemeriksaan dan perawatan gaskets dan seal poros. Volume terbesar emisi atmosfir dari proses pabrik terjadi dari pembakaran yang menghasilkan emisi : furnaces, boilers and thermal oxidizers gas turbine exhausts flares process operations where coke needs to be removed from catalysts (e.g. fluid catalytic cracking regeneration in refineries), and so on. Juga emisi-emisi gas dari pembakaran bahan bakar, emisi gas juga dihasilkan oleh produksi kimia, contoh : SOx dari produksi asam sulfat, NOx dari produksi asam nitrat, HCl dari reaksi khlorinasi, dan lain-lain.

3. PENGENDALIAN EMISI PADATAN PARTIKULAT KE ATMOSFIR Pemilihan peralatan untuk mengolah emisi partikel padat ke atmosfir tergantung pada sejumlah faktor : • distribusi ukuran partikel yang akan dipisahkan • beban partikel • gas yang lewat • penurunan tekanan yang diijinkan • suhu. Terdapat peralatan dengan kisaran yang luas untuk mengendalikan emisi padatan partikel. Gravity settlers. Mengumpulkan partikel kasar dan bisa digunakan sebaga pre-filter Ukuran partikel > 100 µm dapat disisihkan Peralatan Ukuran (µm) Settling chambers Inertial separators Cyclones Scrubbers Venturi scrubbers Bag filters Electrostatic precipitators >100 >50 >5 >3 >0.3 >0.1 >0.001

Gravity Settler

2. Inertial collectors. Partikel akan memberikan momentum ke bawah untuk menambah pengendapan Ukuran partikel lebih besar 50 µm 3. Cyclones. Dapat digunakan sebagai prefilters. Gas masuk secara tangensial dan berputar ke bawah dan ke dalam sampai ke luar pada ujung unit Partikel turun secara radial ke luar dinding dengan gaya sentrifugal dan ke luar pada dasar unit Digunakan untuk kondisi pembebanan yang tinggi Murah, peralatannya sederhana, murah perawatannya Masalah timbul : jika memisahkan bahan yang mudah melekat pada dinding

Inertial Separator

4. Scrubbers. Kontak cairan dan gas-partikel dan masuknya partikel ke dalam cairan Dapat digunakan untuk mengambil gas seperti polutan partikulat Gas harus didinginkan sebelum masuk ke scrubber 5. Bag filters. Metoda umum untuk memisahkan material partikulat dari gas Digunakan cloth or felt filter Sesuai untuk kondisi beban debu tinggi Effisiensi tinggi tetapi penurunan tekanan juga tinggi

Scrubber

6. Electrostatic precipitators. Untuk mengumpulkan partikel halus dengan efisiensi yang tinggi Penurunan tekanan yang rendah diperlukan Partikel dalam gas masuk ke sejumlah pipa atau melewati plat paralel Partikulat dimuati dengan muatan yang berlawanan dengan pipa atau plat Partikulat akan mengendap pada permukaan plat atau dinding pipa Dinding scr mekanik discrap (periodik) untuk mengambil akumulasi lapisan debu