Penggunaan Teknologi Insinerasi Dalam Pengelolaan Limbah Padat

Domestik

Benyamin D 15311077

Ratri Dyah 15312001

Monica Iyanuar 15312003

Dhimas Dwinanda 15312005

Denisa Melati A 15312007

Hurriyah M. 15312009

Najla Nadhia 15312011

Astiaranti 15312013

Husna Muizzati 15312015

Afifah F. Bijaksana 15312017

Ivy Febrianti P. 15312019

M. Burhanudin 15312045

Riska Indriyani 15312021

Akbar Syahid R 15312023

Silvany D 15312025

Achilles Petrus H. 15312027

ANGGOTA KELOMPOK

PENDAHULUAN

• Limbah padat domestik semakin meningkat

• Sebagian besar limbah padat domestik

memiliki nilai kalor yang sangat tinggi, sehingga

cocok dikelola menggunakan insenerator

Latar Belakang

Tujuan

•Bagaimana karakteristik sampah domestik yang akan diinsinerasi?

•Apa faktor yang perlu diperhatikan dalam proses insinerasi?

•Apa saja metode insinerasi? Metode apakah yang akan dipilih untuk mengelola sampah domestik?

•Bagaiman perencanaa teknis dari proses insinerasi yang akan diterapkan?

Rumusan Masalah

•Mengetahui karakteristik sampah domestik yang akan diinsinerasi.

•Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi proses insinerasi.

•Mengetahui jenis metode dari insinerasi dan menentukan metode insinerasi berdasarkan karakteristik sampah yang

ada.

•Menentukan perencanaan teknis metode insinerasi yang akan dilakukan.

PEMBAHASAN

DEFINISIInsinerator adalah tungku pembakaran untuk mengolah limbah padat yang mengonversi

materi padat (sampah) menjadi materi gas dan abu (bottom ash dan fly ash).

Tahapan Proses Insenerator

Penguapan Air Pirolisis Pembakaran Sempurna

Sasaran Teknologi Insenerator

Mengurangi massa atau volume limbah dengan proses oksidasi limbah pada pembakaran temperatur tinggi sehingga dihasilkan abu, gas, dan energi panas.

Proses insinerasi dapat mengurangi berat sampah hingga 70-80 % atau

mengurangi volume 85-95 %.

Mendestruksi berbagai komponen berbahaya dengan aplikasinya untuk membakar limbah industri (termasuk limbah B3) dan limbah medis (limbah infeksius).

Pemanfaatan energi (energi panas)

Faktor-faktor yang Mempengaruhi

Time Temperature Turbulence

Proses

Pemilihan Teknologi Pengolahan

Single-chamber incinerators

Open burning

Tepee burnersOpen-pit incinerators

Pemilihan Teknologi Pengolahan

Controlled air incinerators

Multiple-chamber incinerators

Central-station disposal

Rotary kiln incinerators

Klasifikasi InseneratorBerdasarkan Pemanfaatannya :

1. Pembakar sampah tanpa memanfaatkan panas pembakaran.

Digunakan untuk membakar sampah skala kecil 0,2 – 1 ton/jam.

2. Pembakar sampah dengan memanfaatkan dan mengonversikan panas pembakaran.

Memanfaatakan panas pembakaran mencapai 40 ton/jam

Berdasarkan Sistem Pengumpanan :

1. Continuous Incinerator

2. Batch Incinerator

3. Semi-contiunuous Incinerator

Klasifikasi InseneratorBerdasarkan Sistem Ruang Bakar :

Fluid Bed Furnace

Stoker furnanceRotary Klin Furnace

Klasifikasi InseneratorStoker Fluidized Bed Rotary Kiln

Penjelasan umum Sistem pemanggang/

grate yang

menggerakan bahan

bakar padat di bilik

pembakaran/

combustion chamber

untuk mengagitasi

limbah

Vessel berisi materi

granular inert yang

memperluas dan

bertindak secara

teoritis sebagai cairan

ketika gas yang

disuntikkan naik

melalui material bed

Merotasi limbah dalam

kontainer silinder

sehingga

memungkinkan

pencampuran yang

menyeluruh dengan

udara

Temperatur operasi 850oC-1300oC 750-1000 ° C  800-1650 ° C 

Keterangan Berkapasitas besar,

cocok untuk volume

limbah yang banyak

Tidak dapat mengatasi

limbah yang dapat

meleleh dan slag

karena dapat

mengganggu proses

fluidisasi

Resistan terhadap

temperatur tinggi

Tabel 2.1 Perbedaan jenis insinerator berdasarkan ruang pembakarannya

Tipe Insenerasi Terpilih

Mechanical Stoker Incinerator

Alur Sampah Domestik Insinerator

Sumber Pengangkutan dengan compacting

Truck

Bak Penampung sementara (2-3

hari)

ConveyorPemilahan Pencacahan

Insinerasi dengan tahapan :

1. Penguapan air pada sampah

2. Pirolisa3. Pembakaran

sempurna

Energy Recovery :Teknologi Hot water boiler dan Steam boiler

Air Pollution Controll.

Untuk mengolah fly ash dan gas

buangan

Bottom ash dibung ke final

disposal

Persyaratan Karakteristik Sampah yang Akan Diinsenerasi

Menentukan Jenis dan Jumlah Sampah

Jenis sampah yang di insinerasi dapat ditentukan dengan mengetahui karakteristik sampah.

Sampah yang memenuhi untuk di insinerasi adalah sampah yang mengandung:

Carbon25 %

Kadar air<50 %

Abu yang dihasilkan<60 %

World Bank, 1999

Kelembaban sampah Kota Bandung adalah 64,27 %. Data tersebut diperoleh dari karakteristik sampah tidak yang terpilah.

Agar insinerasi dapat berjalan optimal maka perlu dilakukan pemilahan

Jenis sampah perkotaan adalah sampah makanan dan taman. Oleh karena itu sampah ini tidak dimasukkan dalam sampah yang di insenerasi.

Sampah yang di insenerasi harus mempunyai nilai Low Caloric Value sebesar 6 MJ/kg.

Flowchart Penentuan Insinerasi

Sampah yang tidak disarankan untuk dilakukan untuk diinsinerasi adalah sampah inert yang berasal dari logam, gelas dan material lainnya.

Jenis sampah yang tidak diperkenankan untuk insinerasi dalam perencanaan ini adalah food waste, yard waste, metal, glass dan material innert lainnya.

Karakteristik Sampah di TPS Sabuga

Jenis SampahMassa timbulan sampah (kg) Presentase

Hari I Hari II Hari III Rata-rata Hari 1 Hari 2 Hari 3 Rata-Rata

Sisa Makanan 0,300 0,000 0,605 0,302 5,70% 0,00% 17,16% 7,62%

Kayu dan sampah taman 3,300 1,780 1,275 2,118 62,74% 53,86% 36,17% 50,92%

Kertas, karton, tissue 0,200 0,595 0,880 0,558 3,80% 18,00% 24,96% 15,59%

Tekstil dan Produk Tekstil 0,010 0,000 0,000 0,003 0,19% 0,00% 0,00% 0,06%

Plastik 0,600 0,800 0,765 0,722 11,41% 24,21% 21,70% 19,10%

Logam 0,400 0,000 0,000 0,133 7,60% 0,00% 0,00% 2,53%

Gelas/Kaca 0,450 0,130 0,000 0,193 8,56% 3,93% 0,00% 4,16%

Total 5,260 3,305 3,525 4,030 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%

Total sampah per hari 3642.44 kg/hari Data diperolah dari sampling di TPS Sabuga

Nilai rata-rata diperoleh dengan merata-ratakan timbulan sampah selama tiga hari tersebut seperti pada Persamaan dibawah ini:• •

Kemudian, untuk perhitungan persentase tiap harinya, digunakan rumus pada Persamaan 2.•

Volume timbulan sampah di TPS Sabuga dalam 1 hari adalah berkisar 8,90 m3 dengan perkiraan berat 3642,44 kg.

Jumlah mahasiswa, karyawan, serta dosen ITB tahun 2013 adalah 22.096 jiwa. Besar timbulan sampah tiap orang/hari=

= = 0,000403 m3/orang/hari

= 0,403 L/orang/hari

Rata-rata sisa makanan dalam tiga hari tersebut ialah 7,62 %.

Komposisi kering dari tiap jenis sampah didapatkan berdasarkan data ultimate analysis dari komponen sampah domestik perkotaan (Integrated Solid Waste Management, Tchobanoglous)

Untuk mendapatkan rumus empiris untuk timbulan limbah padat domestik dalam komposisi kering, digunakan data moisture content.

Component Moisture Content (%)

Food waste 70

paper 6

Cardboard 5

Plastics 1

Textiles 10

Rubber 0Leather 20

Yard waste 65

Wood 20Inorganic 3

Jenis Sampah Berat Basah Kadar Air Berat KeringKomposisi (kering)

C H O N S Ash

Kayu dan sampah taman

426,69 0,65 149,34 71,39 8,96 56,75 5,08 0,45 6,72

Kertas, karton, tissue

0,56 0,06 0,52 0,23 0,03 0,23 0,02 0,00 0,03

Tekstil dan Produk Tekstil

0,00 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Plastik 0,72 0,01 0,71 0,43 0,05 0,16 0,00 0,00 0,07

Total 4,22 150,58 72,05 9,04 57,14 5,09 0,45 6,82

Komposisi Kering Limbah Padat Domestik

Untuk mengetahui rumus empiris limbah, maka digunakan rumus

Diambil contoh untuk unsur karbon (C) pada limbah padat taman. Sebelumnya, jumlah unsur tiap jenis sampah dijumlahkan sehingga didapat nilai berat total unsur dalam tiap sampel

timbulan limbah padat rata-rata.didapatkan hasil :

Perhitungan Rumus Empiris (komposisi kering)

Unsur

Berat Total Nomor Molekul Perbandingan Nomor Rumus Empiris

C 72,05 12,00 6,00 428

H 9,04 1,00 9,04 644,42

O 57,14 16,00 3,57 254,50

N 5,09 14,00 0,36 25,92

S 0,45 32,00 0,01 1,00

Komposisi Kering Limbah Padat Domestik

Untuk memperkirakan presentase residu yang dihasilkan dapat dihitung berdasarkan pendekatan kandungan ash dari jenis sampah yang ada

Hasil akhir dari proses pembakaran adalah gas, senyawa nitrogen, carbon dioksida, uap air (flue gas) dan noncombustible residue (ash) (Tchobanoglous,et all).

Volume reduksiMenghitung volume reduksi digunakan data proximate analysis berupa residu yang tersisa dari hasil pembakaran.

Komposisi Kering Limbah Padat Domestik

Jenis Sampah Berat Basah (kg) Kadar air Presentase massa akhir Berat Kering (kg) Residue Ash (kg)

Sisa Makanan 266.627 70% 30% 79.988 5% 3.99939912

Sampah taman 1768.405 65% 35% 618.942 4.50% 27.85237277

Kertas, karton, tissue 540.174 6% 94% 507.763 6% 30.46580525

Tekstil dan Produk Tekstil 2.185 10% 90% 1.967 2.50% 0.04917294

Plastik 661.831 1% 99% 655.213 1% 6.552130345

Logam 88.876 3% 97% 86.209 90.50% 78.01938928

Gelas/Kaca 144.969 3% 97% 140.620 98.90% 139.0732182

Total 3473.067 2090.702 286.0114879

Menghitung volume reduksi maka: Densitas awal sampah (compacted) = 60.35 kg/m3

Densitas residu = 1000 kg / m3 (asumsi)

Perhitungan volume reduksi sebagai berikut :

Perhitungan Insinerator

Menentukan mol oksigen dan berat air yang diperlukan untuk membakar 3644,22 kg sampah

organik secara stokiometrik.

Komponen Weight Weight Percent Atomic Weight Atomic Weight Units Moles O2 RequiredC 953,91756 30,34167574 12 2,528472979 2,528473H 120,68456 3,838667066 1 3,838667066 0,959667O 645,08295 20,51843745 16 1,282402341 -0,6412N 38,67391 1,23011817 14 0,087865584S 3,19525 0,101632851 32 0,003176027 0,003176water 1382,364259 43,96946872 18 2,442748262Total 3143,91849 100 2,850115 mol

13,77532 mol179,3547 kg

mol udara yang dibutuhkan untuk insinerasi limbah dalam 1 harijumlah udara yang dibutuhkan

Efek excess air terhadap temperatur

From combustion From air Total PercentCO2 4,172 0,004132597 4,176132597 19,66531645H2O 4,44 1,735690864 6,175690864 29,0811923O2 - - 0 0N2 0,1269 10,74750803 10,87440803 51,20734798SO2 0,009799 0 0,009799 0,046143275Total 12,48733149 21,23603049 100

Combustion Product

Moles of flue gas

Moles of air per mole of flue gas = 13,77532 / 21,236 = 0,6487

Menentukan gas buang yang dihasilkan dari pembakaran secara stoikiometri. Hasil

perhitungan gas buangan dapat dilihat pada

Menghitung komposisi gas buang jika kelebihan udara terjadi.

CO2 O2 N2 H2O SO20 0 100 19,66531645 0 29,08119 51,20735 <0.150 32,435 132,435 14,85638007 5,067241666 41,06692 38,97461 <0.1

100 64,87 164,87 9,022770104 8,140718748 55,60654 24,13536 <0.1

Percent excess air

Moles excess air

Total moles of gas

Gas composition (%)

Dengan rumus-rumus persentase yang berbeda-beda :

CO2, dengan contoh perhitungan, excess air 50 persen

O2, dengan contoh perhitungan, excess air 50 persen

N2, dengan contoh perhitungan, excess air 50 persen

H2O, dengan contoh perhitungan, excess air 50 persen

Menentukan entalpi dari gas buangUntuk dapat menentukan entalpi dari gas buang menggunakan referensi Btu/lb dalam kondisi tekanan 1 atm, dan suhu 77oF. Kompisisi kering dari

limbah domestik dapat dilihat pada tabel diatas

Temperature CO2 O2 N2 H2O

1000 10048 6974 6720 26925

1500 16214 11008 10556 31743

2000 22719 15191 14520 36903

2500 29539 19517 18609 42405

Jika menggunakan rumus,

 

Maka didapat nilai enthalpy, yaitu:

Temperature Btu in flue gas/lb solid waste

excess air 50 percent

excent air 100 percent

1000 1257,656068 112,5544563

1500 1993,190988 152,7396715

2000 2769,105534 194,8130695

2500 3582,634837 238,7331055

Ruang Storage• Debit = 3644,32 ton/hari• Asumsi bahwa t=4 hari• Maka kapasitas selama 4 hari, • Kapasitas ruang storage untuk menampung sampah = 14569,76 kg• Dengan massa jenis= 60,35 kg/m3 maka volume sampah = 241,42 m3 ≈ 242 m3

• Maka asumsi dimensi yang digunakan adalah: P = 10 m, L= 4,1 m, T = 6 mRuang Bakar• Jumlah tungku = 1• Segiempat = 0,5 m3/ton sampah/hari• Volume ruang bakar = 0,5 m3/ton sampah/hari x 3,644 ton/hari= 1,822 m3

• Asumsi ruang bakar yang digunakan berbentuk kubus, maka panjang sisi ruang bakar= =1,22 m

Komponen Persenan total kg/hariCombustible 53.67 1555.10Non combustible 6.53 535.60Water 39.80 1382.36

Unsur PersenKarbon 30.21Hidrogen 3.47Oksigen 18.57Nitrogen 1.11Sulfur 0.09Air 39.80Inert 6.73

100.00

Material dan Heat Balance Pembakaran Limbah PadatBerikut ini akan dilakukan perhitungan terhadap kesetimbangan kalor dari

material yang akan diinsinerasi. Karakteristik dari sampah yang akan diinsinerasi dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Terdapat beberapa asumsi kondisi yang digunakan sebagai berikut:

1. Nilai heating value limbah padat adalah sebesar 5065 Btu/lb

2. Nilai residu adalah sebesar 5 % (karbon yang tidak terbakar)

3. Temperatur:

• Udara masuk = 80F

• Residu = 800F

4. Nilai kalor spesifik residu sebesar 0,25 Btu/lb-F

5. Nilai kalor laten air sebesar 1040 Btu/lb

6. Kehilangan radiasi sebesar 0.005 Btu/Btu input masukan bruto

7. Semua oksigen dalam limbah menjadi air

8. Udara yang dibutuhkan secara teoritis berdasarkan stoikiometri

• Karbon C+O2 -> CO2 11.52 lb/lb

• Hidrogen 2H2+O2->2H2O 34.56 lb/lb

• Sulfur S+O2-> SO2 4.31 lb/lb

9. Hidrogen yang tersedia untuk pembakaran sama dengan persenan hidrogen dikurangi 1/8 persen oksigen. Hal ini mengartikan bahwa terdapat ikatan air pada material kering yang dapat dibakar.

10. Nilai kalor karbon adalah 14000 Btu/lb

11. Kadar air selama proses 1%

Berikut langkah-langkah yang dilakukan selama perhitungan:

Berikut perhitungannya:• Karbon= (1049.21 kg – 28.12 kg) (11.52 lb/lb)

= ( 2313.11 lb – 62 kg) (11.52 lb/lb)= 25.932,79 lb/d

• Hidrogen = (40.048 kg) (34.56 lb/lb)= (88.3 lb) (34.56 lb/lb)= 3.051,648 lb/d

• Sulfur = (3.2 kg) (4.31 lb/lb)=(7.055 lb) (4.31 lb/lb)= 30,41 lb/d

• Total udara kering teoritis= (25932.79 + 3051.648 + 30.41)= 29.014,848 lb/d

• Total udara kering dengan 100% excess= 2 x 29014.848 lb/d= 58.029,7 lb/d

• Kelembapan= 0.01 x 58029.7 lb/d= 580,3 lb/d

• Total udara keseluruhan= (58029.7 + 580.3)= 58.610 lb/d

Dapat disimpulkan, dibutuhkan sekitar 58.610 lb/d oksigen atau 26.585,05 kg oksigen per harinya. Artinya, untuk menginsinerasi 1 kg sampah dibutuhkan 7,655 kg oksigen.

Denah Insinerator

Insinerator

Kesimpulan1. Komposisi sampah yang diinsinerasi adalah kayu dan sampah taman, kertas, karton, tissue, tekstil dan

produk tekstil, plastik, serta logam gelas/kaca. Sampah tersebut memiliki berat basah 427,97 kg dengan kadar air rata-rata 20,5% dan rumus kimia .

2. Faktor yang memengaruhi proses insinerasi adalah waktu, temperatur, dan turbulensi.3. Teknik-teknik insinerasi adalah open burning, single-chamber incinerators, tepee burners, open-pit

incinerators, multiple-chamber incinerators, controlled air incinerators, central-station disposal, dan rotary kiln incinerators. Berdasarkan ruang bakarnya, insinerator dibagi menjadi stoker furnace, fluid bed furnace, dan rotary klin furnace. Berdasarkan sistem pengumpanan, insinerator dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu continuous incinerator, batch incinerator, semi-contiunuous incinerator. Sistem insinerasi yang digunakan dalam desain adalah stoker furnace.

4. Ruang storage direncanakan memiliki dimensi panjang 10 m, lebar 4,1 m, dan tinggi 6 m. Ruang bakar direncanakan memiliki panjang sisi 1,22 m. Total residu yang dihasilkan sebesar 563.79 kg dengan jumlah residu karbon adalah sebanyak 28.12 kg. Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg sampah dalam satu hari adalah sekitar 7,655 kg oksigen

Saran1. Suhu pembakaran harus terus dijaga agar tidak memungkinkan

terjadinya pembentukan senyawa-senyawa toksik yang diinginkan seperti dioksin.

2. Tenaga kerja yang dipekerjakan diharapkan mempunyai kemampuan yang cukup tinggi agar mampu mengoperasikan dan merawat insinerator dengan baik.