Insinerator

Insinerator Skala Kota

Teknologi insinerasi merupakan teknologi yang mengkonversi materi padat (dalam hal ini sampah) menjadi materi gas (gas buang), serta materi padatan yang sulit terbakar, yaitu abu ( bottom ash) dan debu (fly ash). Panas yang dihasilkan dari proses insinerasi juga dapat dimanfaatkan untuk mengkonversi suatu materi lain dan energi, misalnya untuk pembangkitan listrik dan air panas. Insinerasi adalah metode pengolahan sampah dengan cara membakar sampah pada suatu tungku pembakaran. Di beberapa negara maju, teknologi insinerasi sudah diterapkan dengan kapasitas besar (sklala kota). Teknologi insinerator skala besar terus berkembang, khususnya dengan banyaknya penolakan akan teknologi ini yang dianggap bermasalah dalam sudut pencemaran udara. Salah satu kelebihan yang dikembangkan terus dalam teknologi terbaru dari insinerator ini adalah pemanfaatan enersi, sehingga nama insinerator cenderung berubah seperti waste-to-energy, thermal converter.
Gambar berikut adalah skema insinerator.

Meskipun teknologi ini mampu melakukan reduksi volume sampah hingga 70%, namun teknologi insinerasi membutuhkan biaya investasi, operasi dan pemeliharaan yang cukup tinggi. Fasilitas pembakaran sampah dianjurkan hanya digunakan untuk memusnahkan/membakar sampah yang tidak bisa di daur ulang, ataupun tidak layak untuk diurug. Alat ini harus dilengkapi dengan system pengendalian dan control untuk memenuhi batas-batas emisi partikel dan gas buang, sehingga dipastikan asap yang keluar dari tempat pembakaran sampah merupakan asap/gas yang sudah netral. Abu yang dihasilkan dari proses pembakaran bisa digunakan untuk bahan bangunan, dibuat bahan campuran kompos atau dibuang ke landfill. Sedangkan residu dari sampah yang tidak bisa dibakar seperti sisa logam bisa di daur ulang.
Insinerasi merupakan proses pengolahan buangan dengan cara pembakaran pada temperature yang sangat tinggi (>800 Derajat Celcius) untuk mereduksi timbunan yang tergolong mudah terbakar (combustible), yang sudah tidak dapat didaur ulang lagi. Sasaran insinerasi adalah untuk mereduksi massa dan volume buangan, membunuh bakteri dan virus dan mereduksi materi kimia toksik, serta memudahkan penanganan limbah selanjutnya. Insinerasi dapat mengurangi volume buangan padat domestic sampai 85-95 % dan pengurangan berat sampai 70-80 %.

Proses insinerasi berlangsung melalui 3 tahap, yaitu:
- Mula-mula membuat air dalam sampah menjadi uap air, hasilnya limbah menjadi kering yang akan siap terbakar.
- Selanjutnya terjadi proses pirolisis, yaitu pembakaran tidak sempurna, dimana temperature belum terlalu tinggi.
- Fase berikutnya adalah pembakaran sempurna.

Agar tejadi proses yang optimal maka ada beberapa aspek yang harus diperhatikan dalam menjalankan suatu incinerator, antara lian:
- Aspek keterbakaran: menyangkut nilai kalor, kadar air, dan kadar abu dari buangan padat, khususnya sampah.
- Aspek keamanan: menyangkut titik nyala, tekanan uap, deteksi logam berat dan operasional incinerator.
- Aspek pencegahan pencemaran udara: menyangkut penanganan debu terbang gas toksik dan uap metalik.

Terdapat 3 parameter utama dalam operasi incinerator yang harus diperhatikan, yaitu 3-T (Temperatur, Time dan Turbulence):
- Temperatur (Suhu): Berkaitan dengan pasokan oksigen (melalui udara). Udara yang dipasok akan menaikan temperature karena proses oksidasi materi organic bersifat eksoctermis. Temperatur ideal untuk sampah kota tidak kurang dari 800 Derajat Celcius.
- Time (waktu): Berkaitan dengan lamanya fasa gas, sehingga terjadi pembakaran sempurna.
- Turbulensi: Limbah harus kontak sempurna dengan oksigen. Insinerator besar diatur dengan kisi-kisi atau tungku yang dapat bergerak, sedang incinerator kecil (modular) tungkunya adalah statis.

Skema incinerator kapasitas besar untuk sampah kota umumnya terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut (Lihat gambar 8.9):
- Unit Penerima: Perlu untuk menjaga kontinuitas suplai sampah.
- Sistem Feeding/Penyuplai: Agar instalasi terus bekerja secara kontinu tanpa tenaga manusia.
- Tungku Pembakar: Harus bias mendorong dan membalik sampah.
- Suplai Udara: Agar tetap memasok udara sehingga system dapat terbakar. Pasokan udara dari bawah adalah suplai utama. Udara sekunder perlu untuk membakar bagian-bagian gas yang tidak sempurna.
- Kebutuhan Udara: Tergantung dari jenis limbah.
- Pembubuhan Air: Mendinginkan residu/abu dan gas yang akan keluar stack agar tidak mencemari lingkungan.
- Unit Pemisah: Memisahkan abu dari bahan padat yang lain.
- APC (Air Pollution Control): terdapat beragam pencemaran yang akan muncul, khususnya:
• Debu atau partikulat
• Air Asam
• Gas-gas hasil pembakran seperti CO2, NOx, Sox
• Dioxin
• Panas

Setiap jenis pencemar, membutuhkan APC yang sesuai pula, sehingga bila seluruh jenis pencemar ini ingin dihilangkan, maka akan dibutuhkan serangkaian unit-unit APC yang sesuai. Pada incinerator modular yang sering digunakan di kota-kota di Indonesia, dapat dikatakan sarana ini belum dilengkapi unit APC, paling tidak untuk mengurangi pertikel-partikel debu yang keluar.

- Cerobong (stack): semakin tinggi akan semakin baik, terutama untuk daerah sekitarnya, tetapi tidak berarti tidak mengotori udara. Dengan cerobong yang tinggi maka terjadi pendinginan-pengenceran.
- Dinding incinerator harus tahan panas dan tidak menyalurkan panas keluar.

Nilai kalor sampah Indonesia mencapai 1000 – 2000 Kkal/Kg-kering. Dapat dicapai proses insinerasi yang ekonomis bila sampah memiliki nilai kalor paling tidak 2000 Kkal/Kg-kering, sehingga tidak dibutuhkan enersi tambahan dari luar. Kebutuhan oksigen dan nilai kalor yang dikandungnya dapat dihitung berdasarkan metode pendekatan kadar unsure sampah, misalnya dengan rumus kimia sampah Indonesia dengan dominasi rata-rata kandungan sampah organic sekitar 60%, sampah plastik 17% dan sampah kertas 16% adalah C351,42H2.366.63O1.099,65N13.603S:

Teknologi insinerasi mempunyai beberapa sasaran, yaitu:
a. Mengurangi massa/volume
- Insinerasi: Proses oksidasi (dengan oksigen atau udara) limbah combustible pada temperature tinggi.
- Diperoleh: abu, gas, limbha sisa pembakaran dan abu dan diperoleh pula enersi panas
- Bila pembakaran sempurna: tambah sedikit limbah tersisa dan gas yang belum sempurna terbakar (seperti CO), akan tambah sedikit
- Panas yang tersedia dari pembakaran limbah sebelumnya akan berpengaruh terhadap jumlah bahan bakar yang dipasok. Insinerator yang bekerja terus menerus akan menghemat bahan bakar
b.Mendestruksi komponen berbahaya
- Insinerator tidak hanya untuk membakar sampah kota. Sudah diterapkan untuk limbah non domestic, seperti dari industri (termasuk limbah B3), dari kegiatan medis (untuk limabah infectious)
- Insinerator tidak hanya untuk membakar limbah padat. Sudah digunakan untuk limbah non padat seperti sludge dan limbah cair yang sulit terdegradasi
- Insinerator merupakan sarana standar untuk menangani limbah medis dari rumah sakit. Sasaran utama: mendestruksi pathogen yang berbahaya seperti kuman penyakit menular.
- Syarat utama: Panas yang tinggi, biasanya incinerator dioperasikan diatas 800 Derajat Cecius. Limbah tidak harus combustible, sehingga untuk dibutuhkan subsidi bahan bakar dari luar.
c.Pemanfaatan enersi panas: Insisnerasi adalah identik dengan combustion, yaitu dapat menghasilkan enersi yang dapat dimanfaatkan. Faktor penting yang harus diperhatikan adalah kuantitas dan kontinuitas limbah yang akan dipasok. Kuantitas harus cukup untuk menghasilkan enersi secara kontinu agar suplai enersi tidak terputus.

Insinerator dapat dibagi berdasarkan perbedaan:
a.Cara pengoperasian: Batch atau kontinu
b.Tungku yang digunakan:
- Statis ( Insinerator modular atau kecil, seperti incinerator RS)
- Mechanical Stoker: Biasanya untuk sampah kota
- Fuiduized bed: Biasanya untuk limbah homogen
- Rotary kiln: untuk limbah industri (limbah padat atau cair)
- Multiple hearth: untuk limbah industri
c.Cara penyuplaian limbah: dikaitkan dengan fasa limbah (padat, gas, sludge, slurry)
Masing-masing jenis kemudian berkembang lagi, misalnya dalam incinerator modular dikenal incinerator kamar-jamak, yang kemudian dibagi lagi menjadi”
- Multi chamber
- Multi chamber-Starve control air

Insinerator Modular

Di Indonesia, penggunaan incinerator skala kota baru dilaksanakan di Surabaya. Namun karena permasalahan teknis yang sejak awal telah terjadi, incinerator ini cenderung kurang berfungsi. Insinerator skala modular (skala kecil), banyak dicoba di beberapa kota di Indonesia, walaupun ternyata mengalami beberapa permasalahan, seperti mahalnya biaya operasi, timbulnya permasalahan lingkungan yang terlihat nyata secara visual seperti asap dan bau.
Beberapa informasi dibawah ini menjelaskan secara ringkas tentang incinerator jenis modular dengan(lihat gambar 8.10)(1):

a.Pemasokan limbah dapat dilakukan:
- Secara manual: khususnya untuk insinerator kecil.
- Secara mekanis/hidrolis: memperpanjang waktu operasi
- Bila pemasokan limbah dilakukan secara kontinu tanpa mematikan dan mendinginkan ruang pembakaran, akan dihemat bahan bakar dan kontinuitas operasi dapat dijamin.
b.Pengoperasian:
- Pengoperasian secara batch dengan pemasokan manual
- Pengoperasian sacara batch dengan pemasokan semi kontinu
- Pengoperasian secara kontinu: untuk skala diatas 40 ton/hari.
- Pengeluaran abu: bila abu dapat dikeluarkan secara terus menerus, ruang pembakaran akan tetap tersedia untuk limbah yang baru. Pengeluaran abu dapat dilakukan:
• Secara manual
• Secara mekanis: biasabya di atas 20 ton/hari
c.Insinerator yang paling sederhana adalah 1 kamar. Selanjutnya dikenal incinerator kamar-jamak dengan sasaran:
- Menghemat bahan bakar
- Menghemat enersi untuk suplai udara
- Memepertahankan temperature
- Kontrol pencemaran udara
d.Kapasitas nominal tungku pembakaran: dinyatakan sebagai Kg/jam, Ton/hari atau m3/jam untuk 8 jam kerja per shift. Kapasitas pembakaran biasanya digunakan tidak lebih dari 75%.
e.Pasokan oksigen dilakukan dengan memasukan udara secara:
- manual: untuk incinerator sederhana
- Blower: memasok udara dengan debit tetap atau debit yang disesuaikan dengan kebutuhan.
f.Limbah yang baru dimasukan (dingin) membutuhkan pasokan api memalui burner (pembakaran bahan bakar). Bila limbahnya combustible maka limbah selanjutnya berfungsi sebagai bahan bakar. Jumlah Burner, konsumsi dan jenis bahan bakar, perlu diperhatikan dalam memilih incinerator. Tambah besar kapasitas incinerator, tambah sedikit bahan bakar yang dibutuhkan per satuan limbah yang akan dibakar.
g.Dinding Isolasi panas berfungsi untuk menghemat bahan bakar dan mempertahankan temperature.

Dinding incinerator yang baik biasanya berlapis-lapis, yang terdiri dari:

- Lapisan luar: baja tahan karat dengan ketebalan tertentu (mis 6 mm), dicat dengan cat tahan temperature tinggi
- Lapis tengah: Isolator panas dengan ketebalan tertentu, dengan bahan seperti asbes atau kalsium silikat dsb
- Lapis dalam: langsung kontak dengan temperature tinggi, misalnya dari bahan bata tahan api.
h.Tinggi dan bahan cerobong: tambah tinggi cerobong, udara panas yang keluar akan tambah terencerkan dan tersebar secara baik di lingkungan.
i.Panel pengontrol dan petunjuk: digunakan untuk debit udara, temperature, alat untuk mengontrol waktu operasi (timer), dsb
j.Bangunan pelindung: untuk melindungi dari hujan dsb.
k.Perlengkapan pengendali pencemaran udara: biasanya dijual terpisah dari incinerator. Dikenal beberapa pengontrol seperti: Pengontrol partikulat (bag house, scruber, dsb), Pengontrol uap asam (scruber basa, dsb), pengontrol gas-gas spesifik, dsb.

Recovery Panas dan Permasalahan Lingkungan dari Insinerator

Enersi panas yang dapat dikonversi menjadi listrik dan recovery panas merupakan salah satu keunggulan yang ditawarkan dari incinerator jenis baru. Enersi tersebut berasal dari panas dalam tungku, yang biasanya didinginkan dengan air dan uap air yang terjadi dapat digunakan sebagai penggerak turbin pembangkit listrik. Namun perlu pemahaman bahwa:

- Produk panas yang nanti dikonversi menjadi listrik, akan tergantung dari nilai kalor sampah itu sendiri. Nilai kalor sampah Indonesia biasanya sulit mencapai angka 1200 Kcal/Kg-kering, bandingkan dengan sampah dimana teknologi incinerator itu berasal, yaitu paling tidak 2000-2500 Kkal/Kg-kering. Komponen sampah yang dikenal mempunyai nilai kalor tinggi adalah kertas dan plastic. Dilema yang muncul adalah, bila yang dikejar adalah nilai kalor tinggi, maka upaya daur ulang tidak mendukung tekhnologi ini.
- Sampah Indonesia mengandung banyak sisa makanan (bisa mencapai 70%) yang dikenal mempunyai kadar air tinggi. Ditambah musim hujan, serta system pewadahan sampah yang tidak tertutup, akan menambah tingginya kadar air. Secara logika, tambah tinggi kadar air, maka akan tambah banyak enersi yang dibutuhkan untuk memulai sampah itu terbakar.
- Proses termal menawarkan destruksi massa limbah secara cepat. Namun semua proses termal tetap akan menghasilkan residu (bagian non-combustible) yang tidak bias terbakar pada temperature operasi. Tambah tinggi panas, maka residu-nya akan tambah sedikit. Residu ini berasa dalam bentuk abu, debu dan residu lain. Abu biasanya dikenal mempunyai potensi sebagai bahan bangunan, karena mengandung silikat tinggi. Sampah Indonesia mengandung abu sampai mencapai 30% berat. Debu atau partikulat akan merupakan salah satu permasalahan pencemaran udara yang perlu diperhatikan dan akan menjadi bahan yang perlu difikirkan penanganannya. Biasanya jalan terakhir yang dilakukan adalah diurug.
- Dalam proses termal, beberapa logam berat yang berada dalam sampah, akan teruapkan seperti Zn dan Hg, yang tergantung dari titik uapnya. Merkuri (Hg) pada temperature kamarpun akan menguap. Tambah tinggi temperature, akan tambah banyak jenis logam berat yang akan menguap. Agak sulit menangani jenis pencemaran ini.
- Dioxin akan muncul sebagai proses antara dalam pembakaran material, bukan hanya pada incinerator. Tambah tinggi temperature, maka biasanya tambah sedikit bahan antara ini. Bila terjadi kegagalan dalam mempertahankan panas atau pada awal operasi Atau di akhir operasi, dimana temperature berada pada level yang rendah, maka masalah ini dapat muncul.
- Apapun material berbasis khlor terbakar, maka akan dihasilkan produk gas khlor, yang sangat berbahaya karena korosif maupun karena tiksik. Namun dengan adanya uap air, gas yang sangat reaktif ini dengan mudah akan menangkap uap air menjadi HCL. Ini juga perlu diklasifikasika dalam teknologi yang ditawarkan dalam air pollution control, guna mengurangi terjadinya hujan asam.
- Bila pemanasan dilakukan tanpa oksigen, maka proses ini dikenal sebagai pirolisis. Modivikasi dari pirolisis adalah gasifikasi yang memasukan sedikit udara dalam proses. Akan dihasilkan 3 jenis produk yaitu: (a) gas hasil oksidasi seperti: CH4 dan H2 (b) (C2H4 (ethyelene) dan tar dan (c) arang atau karbon. Seperti halnya insinerasi, maka karena yang digunakan sebagai bahan adalah sampah yang sangat heterogen, maka akan dihasilkan by-product lain seperti gas pencemar, dioxin, residu yang belum dapat terurai. Proporsi produk yang dihasilkan (gas, cair atau padat) tergantung dari temperature dan waktu pembakaran.
- Terdapat serangkaian upaya konversi enersi dalam system incinerator penghasil panas, mulai dari combustor – boiler – steam generator sampai ke electric generator, yang tidak akan mampu mengkonversi enersi secara mulus 100%. Bila sampah yang digunakan adalah jenis sampah di Negara industri, maka enersi listrik sebesar 20MW/1000 ton-kering sampah dapat dicapai. Dengan kondisi sampah Indonesia yang mempunyai nilai kalor hanya sekitar 1000 Kkal/Kg-kering, apalagi bila kertas dan plastiknya dikeluarkan untuk di daur ulang, serta kadar air yang cukup tinggi, maka sebetulnya berdasarkan perhitungan yang konvensional akan diperoleh paling sekitar 2,5 MW per Kg Sampah-basah.

Sumber:
DIKTAT KULIAH TL-3150/ITB
Oleh:
Prof. Enri Damanhuri
DR. Tri Padmi