NATURAL EVAPORATOR UNTUK PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR
Widiatmo Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK NATURAL EVAPORATOR UNTUK PENGOLAHAN LlMBAH CAIR. Telah dipelajari operasi pengolahan limbah cair dengan cara natural evaporasi. Cara natural evaporasi ini relatif masih baru dan belum banyak dioperasikan, natural evaporasi digunakan untuk menghemat energi. Limbah cair dari suatu tempat dialirkan dan dibasahkan ke suatu media direntang pad a flexi glas disalah satu sisinya sehingga terbentuk lapisan film. Udara dialirkan kering pada permukaan kain tersebut, air teruapkan oleh aliran udara. Unjuk kerja alat tergantung pada besaran kelembaban, temperatur serta kecepatan alir udara yang digunakan dalam operasi, disamping faktor bentuk dari alat evaporator. Pada aliran udara yang sejajar kain maka dengan percobaan yang sederhana dapat diprediksi unjuk kerja alat.
ABSTACT NATURAL EVAPORATOR FOR LIQUID WASTE TREATMENT. The study of Natural Evaporator for Liquid Waste Treatment has been done. The treatment of liquid waste treatment by the natural evaporation is relativelly new. The aim of the evaporation process is to minimize the energy. The liquid waste from the tank is flowed and wetted to the cotton, the cotton is stretched in flexi glass and the film layer will be occurred. The dry air is flowed upper the cotton surface, the water will be evaporated. The Perfomance of the evaporator depends on relative humidity, temperature flowing rate of the air and also dimention factor of the eaporatur. When the air is flowed parallely of the cotton, the perfomence of the evaporator can be predicted by simple experiments.
PENDAHULUAN Alat natural evaporasi direncanakan untuk mengolah limbah cair aktivitas rendah. Limbah radioaktif terlarut dalam media pelarut air atau media lain dengan tekanan uap parsiil mendekati tekanan uap air. Limbah cair radioaktif tersebut lewat distributor air dibasahkan pada kain yang direntangkan pada suatu lembaran Flexi-glas pad a salah satu sisi permukaannya hingga terbentuk lapisan film. Udara kering dengan temperatur lingkungan atau sedikit diatas temperatur sekitar dialirkan sejajar permukaan kain. Air akan teruapkan dan uap terbawa oleh udara, sedangkan radionuklida akan tertinggal di dalam kain. Kemudian kain dibasahi lagi dengan air dan udara kering dialirkan lagi. Sedangkan air sisa pada proses pembasahan kain yang tidak tertampung dalam kain akan kembali ke penarnpung limbah. Radioanuklida dalam kain akan terlarut bersama air sisa dan kembali kepenampung limbah, sehingga aktivitas limbah dalam penampung bertambah tinggi. Teori Pada operasi ini penguapan air terdiri atas beberapa tahap kecepatan penguapan. Tahap pertama kecepatan penguapan naik, pada tahap ini penguapan terjadi pada air yang ada pada permukaan kain, dimana air tidak terikat pada kain. Tahap kedua kecepatan penguapan konstan. Setelah air permukaan teruapkan, maka air antar serat kain akan terdifusi kepermukaan dan selanjutnya dari permukaan kain air akan teruapkan. Tahap selanjutnya HasiJ PeneJitian Tahun 2000
kecepatan penguapan menurun, penguapan terjadi pada air pori kain. Pada penguapan ini air sel kain akan mendifusi keluar keserat kain selanjutnya keluar kepermukaan hingga teruapkan. Operasi dapat dilakukan dengan dua cara : * Sistim tidak sinambung : Pembasahan kain dilakukan saat operasi penguapan dihentikan. Operasi ini relatif lebih aman dan sederhana. * Sistim sinambung : Pembasahan dilakukan saat operasi pengu~pan dilakukan, dalam hal ini kontrol kecepatan aliran udara sangat perlu. Pada proses penguapan akan terjadi dua hal secara simultan, ialah transfer panas untuk menguapkan air dan transfer masa dari kain kepermukaan. Sedangkan pad a kecepatan pdenguapan konstan ada beberapa hal yang mempengaruhi kecepatan penguapan : * Transfer panas dan transfer masa * Luas permukaan media penguapan * Perbedaan temperatur serta kelembaban antara udara pengering dengan permukaan media penguapan. Atas dasar tersebut maka koefisien transfer panas dan transfer masa diperkirakan dengan persamaan[1] he=
dapat
a.Gn (1)
Om c
dw - ~Gn.~ .(t -ts)
de
dw
(2)
A..D~
adalah
kecepatan
penguapan
air dengan
basis
kering
de
Ibair.-), (Ibpadat .jam.
adalah luas permukaan penguapan (ft2) , Dc adalah karakteristik temperatur udara penghembus, ts temperatur permukaan
A
alat (ft) dan t bahan yang
dikeringkan. Dengan
neraca masa dapat pula diperhiturlgkan
kecepatan
penguapan
air[2] :
w
Xsw = Kx.V.(Xs- Xa)
Hasil Penelitian Tahun 2000
(3)
16
dimana w adalah jumlah uap air yang ditransfer dari permukaan kain keudara, Xs mole fraksi uap air di air permukaan, Xa merupakan mole fraksi uap air di
"
udara,
g
1
Kx adalah koefisien transfer masa
, sedangkan V adalah cm2. det ik
kecepatan penguapan
PEMBAHASAN Alat direncanakan untuk menguapkan limbah radioaktif dengan aktivitas rendah. Sebagai media pembasahan digunakan kain yang direntangkan pad a lembaran flexi glas pada salah satu sisi permukaan. Udara dialirkan sejajar dengan permukaan kain. Pada dasarnya media pengering dapat. digunakan udara ataupun gas, sedangkan media pembasah dapat pula digunakan zat cair selain air. Bila yang digunakan sebagai media pengering adalah air, sedangkan media pembasah adalah air maka untuk mendapatkan kecepatan penguapan dapat dilakukan penyederhanaan sebagai berikut[1] : ts adalah temperatur permukaan kain selama terjadi evaporasi, harga tersebut dapat didekati dengan temperatur bola basah[1]. Cara mendapakan harga temperatur bola basah adalah dengan memasang termometer yang selalu dibasahi dengan air dan diletakkan pada udara keluaran saat operasi evaporasi. Bila aliran udara dilakukan paralel terhadap kain maka harga konstanta n mempunyai nilai berkisar antara 0,35 hingga 0,8 sedangkan m adalah 0,2. Harga Dc dicari dari percobaan dan sangat tergantung bentuk alat. Sehingga persamaan 2 dapat dituliskan : dw
de
~'~.(t-ts) A..OO.2 c
Dengan percobaan membuat variasi kecepatan aliran udara dan menimbang kain yang telah dibasahkan dengan air serta kain setelah evaporasi terjadi, maka didapatkan karakteristik dari alat . Beberapa penyederhanaan persamaan 3 dapat pula dilakukan. Kx umumnya adalah adalah fungsi bilangan Reynold pada lapisan tipis film fluida. Bila lapisan kain dibuat tegak dan aliran udara paralel, maka berdasarkan percobaan harga Kx dapat didekati[2] : I temperatur Kx = 2.0.10-s.(Re)OS2
Bila persamaan 3 dituliskan persamaan tersebut menjadi :
dengan
w
v Hasil Penelitian Tahun 2000
17
tekanan
uap parsiil mamaka
dimana Ps tekanan uap air parsiil pada permukaan kain dan Pa tekanan uap air parsiil pada udara pembawa. Sehingga persamaan dapat lebih disederhanakan menjadi :
w
v
= O.O28.vO.62.(Ps-Pa)
(4)
dimana v adalah kecepatan aliran udara
m
, berdasarkan persamaan l det ik sederhana tersebut dan dengan bantuan data fisik dari udara seperti kekentalan dan berat jenis, temperatur serta diameter efektif alat dan juga data kelembaban dapat diprediksi kecepatan penguapan.
KESIMPULAN Unjuk kerja alat Natural Evaporator dengan susunan kain tegak seperti Gambar 1. dengan aliran udara sejajar berdasarkan persamaan 4 dengan bantuan informasi besaran besaran fisika, peta psychromatric setelah ditentukan dapat diprediksi. Sedangkan persamaan 2 digunakan untuk bentuk bentuk evaporator yang umum. Bentuk operasi yang lain misalnya susunan kain horisontal, kain diganti dengan penyerap berbentuk butir, akan tetapi aliran udara tetap sejajar maka prediksi dapat dilakukan dengan persamaan 2.
GAMBAR 1 DIAGRAM NATURAL EVAPORATOR
Hasil Penelitian
Tahun 2000
18
Agar air yang masih mengandung radio nuklida tidak terbawa udara penghembus maka kecepatan aliran udara harus dibatasi, kecepatan ini didapat dengan percobaan.
DAFTARPUSTAKA 1. Robert H.Perry, "Chemical Engibeer's I-land Book", Mac Graw-hill International book Comp., Tokyo, 1983 , 20-(21-22) 2. K.J. Jung et all., " A Study on The Natural Evaporation System for the Treatment of the VLAW", KAERI, Daeduk-Danji, Daejon, Korea,1999 , (481483)
Hasil Penelitian Tahun 2000
19
