Teknologi Pengendalian Pencemaran Udara [PDF]

Citation preview

BAB 6 Teknologi Biofiltrasi



Pendahuluan Selama



beberapa



dekade



terakhir,



dampak



polusi



udara



terhadap kesehatan manusia dan lingkungan telah mendapat perhatian yang lebih dari masyarakat, pemerintah, dan industri. Dikarenakan dari peraturan yang semakin ketatpenelitian dalam pengembangan teknologi pengendalian pencemaran udara baru dan meningkatkan teknologi yang ada telah tumbuh secara dramatis Saat ini, biofiltrasi emisi udara mendapat perhatian sebagai cara



pengolahan yang murah, hemat energi, dan efektif emisi yang mengandung konsentrasi rendah dari senyawa biodegradabel.



Deskripsi Keseluruhan Proses  Di masa lalu, biofiltrasi umumnya berbentuk bak terbuka tunggal.



Metode pembuatannya umumnya adalah untuk menggali lubang sedalam sekitar 1-m, menempatkan jaringan distribusi kerikil yang tertutup di bagian bawah, dan isi dengan tanah galian, atau alternatif dengan pasir atau kompos



Baru-baru ini, biofiltrasi tertutup sepenuhnya telah menjadi



lebih



populer,



sebagian,



karena



kebutuhan



untuk



memenuhi persyaratan pemantauan emisi Sebuah sistem tertutup terdiri dari humidifier dan lapisan



filter diisi dengan mikroorganisme melalui mana aliran udara limbah dilewatkan. Udara influen terlebih dahulu dilembabkan untuk mempertahankan kelembaban yang cukup di bak filter. Cara lainnya, air dapat menetes di atas bak. Air ini mungkin mengandung nutrisi yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme. Cairan mengalir dari bawah bak filter akan keluar atau didaur ulang.



Gambar Biofilter Tertutup



Terminologi Biofiltrasi Bagian



berikut



beberapa



istilah



digunakan



untuk



ini



menjelaskan umum



yang



menggambarkan



biofiltrasi dan cara kerjanya.



Waktu tinggal bak kosong  Waktu tinggal bak kosong (EBRT, dalam detik), didefinisikan



sebagai kesenjangan volume bak filter kosong dengan tingkat aliran udara EBRT = Vf / Q, : Vf adalah volume lapisan filter (m3), dan Q laju alir udara (m3 / s).  Waktu tinggal yang benar, yang merupakan sisa udara yang



sebenarnya tetap di bak filter, didefinisikan sebagai volume jumlah bak filter yang dikalikan dengan bak porositas media filter, dibagi dengan laju aliran udara:  = (Vf x ) / Q



Permukaan (atau volumetrik) dan Angka Memuat Massa Tingkat



pemuatan



permukaan



didefinisikan



sebagai



volume gas per satuan luas bahan filter per satuan waktu. Laju pemuatan volumetrik didefinisikan sebagai volume gas per satuan volume bahan penyaring per satuan waktu. Beban permukaan = Q / A :A adalah luas penampang filter (m2). Pemuatan Volumetrik = Q / Vf = 1/EBRT. Massa pemuatan tingkat (permukaan atau volumetrik)



adalah massa dari kontaminan memasuki biofilter per satuan luas isi bahan penyaring per satuan waktu.



Jika



aliran



pemuatan



tetap massa



konstan



melalui



sepanjang



bak



filter, akan



menurun seiring pengkontaminan dihapus. Memuat laju massa keseluruhan untuk sistem didefinisikan berdasarkan inlet sebagai: Massa pemuatan (permukaan) = (Q x CGI) / A, Dimana: CGI adalah konsentrasi inlet (g/m3). Massa pemuatan (volumetrik) = (Q x CGI) / Vf



Mekanisme Operasi  Proses



yang



serangkaian



mendasari langkah



biofiltrasi



dimulai



terdiri



dengan



dari



transfer



kontaminan dari udara ke fase air, adsorpsi dengan media atau penyerapan menjadi film air, dan akhirnya biodegradasi kontaminan dalam biofilm. Memahami dan meningkatkan langkah-langkah yang membatasi laju memberikan kesempatan untuk memprediksi dan meningkatkan kinerja biofiltrasi.



Transfer dan Partisi dari Kontaminan ke Biofilm tersebut Pemindahan kontaminan dari udara ke fase air umumnya bukanlah langkah untuk membatasi tingkat laju, jadi salah satu yang sering diasumsikan bahwa gas dan cair berada pada kesetimbangan, partisi antara udara dan air umumnya digambarkan oleh hukum Henry P = LPK Dimana : p adalah tekanan parsial dari kontaminan dalam fase gas (Pa), Cw adalah kesetimbangan konsentrasi kontaminan dalam fase air (mol / Lwater atau g / lwater), dan H adalah hukum konstanta Henry (PAL / mol atau Pa Lwater / g).



Mengingat bahwa tekanan total dari fase gas (umumnya



udara) adalah konstan di sepanjang biofilter, tekanan parsial dari kontaminan otomatis akan proposional dengan konsentrasi fase gas, sehingga salah satunya



dapat



mengaplikasikan hukum Henry sebagai koefisien partisi air dan udara berdimensi, KAW, sebagai berikut: KAW = CA / CW = H / (RT), Dimana CA adalah konsentrasi kontaminan di udara fase



(mol / sarang atau g / sarang) = p / (RT) (melalui hukum gas ideal), R adalah tetapan gas (8.314J/mol K), dan T adalah suhu (K).



Secara umum kapasitas penghapusan biofilter



akan menurun dengan meningkatnya atau konstannya hukum Henry, ekivalensi, KAW, karena menunjukkan kecenderungan untuk menjauhi partisi dari fase cair / biofilm dimana degradasi berlangsung.



Biodegradasi Biofilm adalah elemen kunci dari biofilter yang terlibat



dalam menghancurkan kontaminan. Biofilm sebenarnya adalah massa organisme yang tumbuh di permukaan media padat, dan melaksanakan kegiatan metabolisme yang mengubah kontaminan untuk produk berbahaya Ketebalan biofilm dipengaruhi oleh beberapa faktor



(Cohen 2001) yaitu diantaranya aliran melalui biofilter, bak, proses konstruksi material, dan sistem perawatan konstruksi yang berbeda.



Pelaksanaan karakterisasi Biofilter  Penghapusan Efisiensi



Efisiensi removal (RE) adalah sebagian kecil dari kontaminan dihapus oleh biofilter, dinyatakan sebagai persentase: Removal efisiensi = (CGI - CG0) / cgi x 100 Dimana CGI adalah konsentrasi inlet, dan CG0 konsentrasi outlet.  Penghapusan Kapasitas



Kapasitas eliminasi (EC) adalah massa dari satuan volume kontaminan terdegradasi per bahan penyaring per satuan waktu. Kapasitas eliminasi keseluruhan secara umum didefinisikan sebagai: Penghapusan kapasitas = (CGI-CG0) x Q / Vf= Massa volumetrik pemuatan x RE Dimana Q adalah tingkat aliran udara (m3 / h) dan Vf volume lapisan



Kapasitas maksimum Penyisihan  Pada mayoritas proses biofiltrasi, pada beban rendah, peningkatan



kapasitas eliminasi dengan peningkatan beban tetapi pada beban tinggi laju degradasi menjadi independen dari beban. Dataran tinggi diamati



dalam



maksimum.



plot



sering



Mendorong



disebut



biofilter



penurunan efisiensi penyisihan.



di



sebagai atas



nilai



kapasitas ini



eliminasi



menyebabkan



Faktor yang Mempengaruhi Kinerja BioFilter



1.



Media Pengemasan



 Komponen media tradisional alami yang sering digunakan untuk



biofiltrasi sederhana adalah kompos, gambut, serpihan kayu, pupuk, dan tanah. Beberapa biofiltrasi juga dikemas dengan adsorben seperti karbon aktif.



2. Kadar uap air .Kadar uap air dari bed filter merupakan faktor penting untuk



efektivitas biofilter, karena mikroorganisme membutuhkan air untuk melaksanakan kegiatan metabolisme secara normal. .Tingkat air yang optimal bervariasi dengan media filter yang



berbeda, tergantung pada luas permukaan media, penyerapan dan faktor lain



3. Suhu  Kontrol



suhu



juga



sangat



penting



dalam



biofiltrasi



untuk



menghindari guncangan termal. Ada tiga kelas suhu umum mikroorganisme aerobik: mikroorganisme psychrophilic, yang tumbuh terbaik di bawah suhu 20° C, mikroorganisme mesofilik, yang mencapai tingkat pertumbuhan tertinggi pada 20-40° C, dan organisme termofilik, yang tumbuh terbaik di atas 45° C.



4 Konten Oksigen  Oksigen sangat penting untuk pengoperasian biofiltrasi karena



mikroorganisme yang dominan yang digunakan dalam biofiltrasi adalah aerobik, dan memerlukan oksigen untuk metabolisme.



5. pH  Mikroorganisme memiliki spesifik, range pH optimum



untuk



kegiatan



mereka.



Bak



kompos



umumnya



memiliki pH antara 7 dan 8, pH yang sangat disukai oleh mikroorhanisme.



6. Nutrisi  Karbon dan energi yang dibutuhkan untuk mikroorganisme



dapat berasal dari gas kontaminan, sementara nutrisi lain seperti nitrogen, fosfor, mineral, dan elemen harus dipasok ke mikroorganisme dalam biofilter untuk meningkatkan kinerja (Auria et al. 1996).



7.Tekanan Menurun Akumulasi biomassa yang lebih besar di bagian inlet biofiltrasi



(Corsi dan Benih 1995, Swanson dan Loehr 1997), dan menyebabkan



perubahan



karakteristik



bak



misalnya,



pengurangan ruang interparticle kosong, dan pemadatan dari naturan kemasan bahan seperti serpihan kayu; perubahan ini menyebabkan penyaluran dan penurunan tekanan meningkat.



8.Kedalaman Medium Kedalaman media biofilter telah berkisar kurang dari 0,5 sampai



2,5 m. Kedalaman 1 meter sangat ideal, untuk memberikan waktu



tinggal



yang



penampungan filter.



cukup



sambil



meminimalkan



lahan



9 Pengolahan Limbah Gas Beban partikulat tinggi dalam gas buang dapat mempengaruhi



pengoperasian



biofilter



dengan



menyumbat



sistem



pendistribusian udara dan bahan udara itu sendiri (William Miller dan 1992, Bohn 1993)



10



Pemeliharaan



Waktu dan frekuensi pemeliharaan rutin atau periodik biofilter



tergantung pada beberapa faktor termasuk suhu gas buang dan kelembaban relatif, kelembaban konten bak filter, stabilitas media, temperatur, pH, dan tekanan balik (Lesson dan Winter 1991, Yang dan Allen 1994)



Keuntungan dan Kerugian  Biofiltrasi memiliki keuntungan atas teknologi lainnya, karena



teknologi ini sederhana, memiliki desain yang fleksibel dan modal yang rendah.



Model ini adalah pilihan yang sangat baik untuk



konsentrasi polutan yang rendah dan memiliki volume tinggi, karena biaya lebih rendah dibandingkan dengan teknologi lainnya seperti insenerasi yang melibatkan penambahan bahan bakar  Tetapi ada juga beberapa kerugian dalam penggunaan teknologi



ini. Kriteria desainnya masih sedang dikembangkan dan media pengepakannya membutuhkan penggantian yang rutin (misalnya tiap beberapa tahun). Selain itu dibutuhkan area lahan yang luas untuk model ini, dan yang sering menjadi masalah adalah harga lahan yang mahal atau susahnya mencari lahan. bakar



Kesimpulan Biofiltrasi telah terbukti menjadi teknologi yang efektif dan



hemat biaya untuk berbagai emisi, dan prospek ke depan yang cerah. Meskipun tidak bisa dipungkiri untuk mengontrol bau untuk banyak emisi dan kontrol VOC untuk yang lain, pada banyak sumber emisi , khususnya di sektor industri, yang belum dikembangkan. Secara keseluruhan, perlunya perluasan dalam pengujian



dan aplikasi sangat penting sehingga dapat meningkatkan kepercayaan tertentu



diri



dan



keandalan



untuk



setiap



industri



TEKNOLOGI BIOTRIKLING FILTER



 Biotrickling filtrasi adalah satu dari banyak teknik biologis yang



Pendahuluan



menjanjikan untuk mengontrol bau dari VOC  Prinsip dasar dari filter biotrickling diilustrasikan pada Gambar. 7.1.



Dalam biotrickling filter, udara kotor atau terkontaminasi dipaksa melalui packed bed, baik downflow atau upflow. packed bed ini hampir selalu terbuat dari bahan inert seperti Kemasan plastik sampah acak, batu lava, kemasan plastik berstruktur, atau pori-pori busa sintetis. Bahan lain yang juga dapat digunakan adalah glass wool atau batuan, robekan



ban,



manik-manik



kaca,



atau



keramik.



Kemasan



ini



menyediakan permukaan yang diperlukan untuk menempelnya biofilm dan untuk kontak antara cairan dengan gas. Selama perawatan, fase liquid didaur ulang melalui kemasan. Ini memberikan kelembaban, nutrisi mineral dengan budaya proses, dan sarana untuk mengontrol



Gambar. 7.1



Desain dan Pengoperasian Biotrickling Filter



PARAMETER



NILAI



Tinggi bed



1–4m



Luas lintas penampang



tergantung dari aplikasinya. hanya dibatasi oleh tempat yang tersedia



bed Ukuran packing



Bervariasi: misal diameter batuan 5 – 30 mm, ukuran buangan packing antara 10 – 100, busa berpori dengan 4 – 10 pori



Waktu tinggal udara pada Biasanya 10 – 30 detik, beberapa kejadian dibawah 2 – 5 detik (Gabriel and bed yang kosong



Deshusses 2003a, b)



Tekanan tetesan



1 – 5 cm dari kolom air



Temperatur udara



10 – 30°C, pada beberapa kasus dilaporkan suhu lebih tinggi, antara 60 – 70°C (Cox et al. 2001; Kong et al. 2001)



Tingkat daur ulang cairan Sangat bervariasi, dari 0.01 sampai 10 m . Rata-rata pH cairan daur ulang



~ 7 untuk control VOC, ~ 1- 2 untuk control H2S



Parameter umum yang



Temperature, ph, oksigen terlarut dan konduktiviti dari cairan daur ulang, tingkat



dipantau



aliran trikling, inlet polutan dan konsentrasi outlet, tekanan tetesan



Kontrol umum



Nilai cairan, control pH, alarm cairan saat level rendah atau penonaktifan pompa



Konversi Pembersihan Kimia untuk Biotrickling Filter Hidrogen



sulfida merupakan salah satu aroma



utama yang harus dikontrol pada pengolahan milik publik (POTWs). Emisi H2S biasanya dikendalikan oleh pembersih kimia, yang mahal. Pengolahan biologi H2S agar berhasil diperlukan waktu kontak gas berkisar dari 10 sampai 30 detik. Sedangkan apabila menggunakan Srubber Kimia membutuhkan waktu 1 – 2. Akibatnya, biotreatment tidak praktis untuk mengontrol arus udara yang sangat besar.



Pendekatan Konversi yang Pertama •



Kelayakan



penyesuaian



setiap



scrubber



kimia



yang



ada



tergantung pada kelayakan teknis dan ekonomis dari konverter seperti kekuatan scrubber, dll. Pada dasarnya, cangkang / kulit luarnya harus cukup kuat untuk mendukung berat dari kemasan dan biomassa, dalam kasus



ini filter biotrickling digunakan



untuk mengurangi H2S. Semua bagian yang dibasahi harus tahan



terhadap



kondisi



asam,



karena



pH



pada



pengoperasiannya sangat rendah (PH1 -2). Faktor tambahan yang perlu dipertimbangkan dalam konversi pertama adalah untuk mempertimbangkan kemungkinan untuk kembali ke pengoperasian scrubber kimia jika biotrickling filtrasi tidak memenuhi harapan yang diinginkan. Selain itu, penting juga untuk



menyediakan



sumber



nutrisi



untuk



pertumbuhan



biomassa dan untuk mengontrol pH cairan daur ulang.



Prosedur umum untuk mengkonversi penuh skala pembersih kimia 1. Persiapan alat pembersih : Setiap



konversi



akan



memerlukan



beberapa



pekerjaan



persiapan terdiri dalam mengisolasi alat pembersih sebelum perubahan tersebut 2. Pemindahan dari Bagian yang tidak perlu : Sebuah scrubber kimia yang khas berisi lima komponen utama: penggemar, pompa resirkulasi, pompa injeksi kaustik, hidrogen peroksida atau pompa klor booster, dan klorin stasiun kaki. Namun untuk pompa booster biotrickling filter, peroksida dan klorin dan stasiun klorin pakan tidak diperlukan.



3.



Penggantian kemasan lama: Semakin lama penggunaan, kualitas dari kemasan akan berkurang



seperti



menurunnya



porositas,



kekuatan



strukturnya dan semakin banyak bakteri yang tumbuh. Kemasan yang lama akan dibuang, diganti yang baru. 4.



Penguat kemasan : Water holdup dan pertumbuhan biomassa merupakan kontributor utama kemungkinan kenaikan berat bed yang dikemas



dalam



filter



biotrickling.



Dalam



beberapa



konversi dari pembersih kimia, bobot bahan kemasan telah meningkat dengan faktor sepuluh dari berat asli dari bahan kemasan bersih



5.



Perubahan Sistem Distribusi Cair Cairan menetes tingkat untuk filter biotrickling tidak perlu setinggi



dalam



alat



pembersih



kimia.



Mengurangi



tingkat



menetesnya cairan dapat menyebabkan distribusi cairan yang tidak tepat. Pengalaman kami menunjukkan bahwa sistem gravitasi distribusi cair, seperti kotak dan bendung lembah akan cocok untuk biotrickling operasi filter jika benar-benar presisi. 6.



Modifikasi penghilang kabut Kabut biasanya dikurangi dengan menggunakan jenis umum eliminator kabut. Eliminator kabut acak yang dikemas tidak efektif dalam menghapus tetesan cairan baik dari aliran udara outlet, tetapi aliran cairan akan berkurang dalam pembersih dikonversi untuk mengurangi potensi pembentukan kabut



7.



Penggantian Pompa Daur Ulang Cairan Bersama



dengan



penggantian



bahan



kemasan,



penggantian pompa daur ulang cairan dalam rangka untuk memastikan tingkat menetes tepat dapat menjadi faktor kunci dalam konversi scrubber kimia. 8.



Perubahan Inlet / Outlet Saluran Air Dalam beberapa kasus, saluran inlet atau outlet udara mungkin perlu dimodifikasi dengan pemasangan ducting tambahan, peredam, flensa, tee, dll untuk memenuhi kebutuhan waktu tinggal dan kecepatan aliran untuk konversi H2S yang optimal.



9.



Pemasangan pasokan limbah sekunder Sebuah sumber nutrisi harus disediakan dalam sistem biologis dan dalam kasus biotrickling filter dengan bahan kemasan umumnya terbuat dari bahan sintetis yang tidak memberikan



nutrisi,



sumber



eksternal



nutrisi



harus



disediakan. 10. Pemasangan Material Kemasan Baru Sarana untuk meningkatkan kecepatan transfer massa keseluruhan dan penghapusan polutan di biotrickling filter dilakukan dengan pemilihan bahan kemasan dengan luas permukaan spesifik yang tinggi.



11. Perubahan Kontrol Pilihan kontrol canggih atau operasi sebagian besar pengguna tergantung pada aplikasi, ukuran reaktor, badan pengawas, dan anggaran yang tersedia. Dalam kasus apapun, minimal kontrol dan



instrumentasi



yang



diinginkan



untuk



menjamin operasi yang aman dalam biotrickling filter,



Kesimpulan Biotrickling filtrasi merupakan salah satu teknik yang tersedia untuk pengelolaan pencemaran biologis udara yang



terkontaminasi.



Teknik



ini



memiliki



potensi



terbesar, seperti yang digambarkan dalam bab ini dengan suksesnya konversi pembersih kimia untuk biotrickling filter untuk kontrol H2S. Biotrickling filtrasi adalah teknologi Up 2 date, dan jumlah skala penuh filter biotrickling meningkat dengan pesat. Pada saat yang sama, penelitian mengeksplorasi aplikasi baru, yang



akan



membuka



biotrickling filtrasi.



kemungkinan



baru



untuk