Pengelolaan Air dan Pengendalian Polusi di Pabrik Baja

Pengelolaan Air dan Pengendalian Polusi di Pabrik Baja

Air adalah utilitas penting yang dibutuhkan untuk produksi besi dan baja di pabrik baja. Murah dan berlimpah, air selama berabad-abad merupakan utilitas produksi yang diterima begitu saja oleh industri baja. Namun dalam skenario saat ini, sumber daya air menjadi semakin langka karena semakin tidak seimbangnya antara ketersediaan dan konsumsi air bersih, sehingga akses terhadap air bersih yang bersih dan aman menjadi salah satu tantangan utama masyarakat modern.

Kebutuhan air terus meningkat karena (i) peningkatan populasi dan migrasi ke daerah rawan kekeringan, (ii) perkembangan industri yang pesat dan peningkatan penggunaan air per kapita, dan (iii) perubahan iklim yang menyebabkan perubahan pola cuaca di daerah berpenduduk. . Hal ini mengakibatkan industri baja memasuki era baru yang dibatasi oleh air. Selanjutnya, dalam tiga dekade terakhir, kekhawatiran tentang pencemaran lingkungan telah meningkat di seluruh dunia dan ini telah mengakibatkan diundangkannya peraturan lingkungan yang lebih ketat. Karena ada ancaman kekurangan sumber daya air di masa depan, industri baja telah mengubah pendekatannya terhadap strategi dan kebijakan air menuju pengurangan konsumsi air bersih.

Karena ketersediaan dan kualitas air tawar merupakan perhatian utama, pengelolaan air merupakan tantangan penting yang dihadapi oleh manajemen pabrik baja dan ini sedang dihadapi untuk meningkatkan keberlanjutan siklus produksi. Air, seperti baja, dapat digunakan kembali dan didaur ulang. Namun, peningkatan daur ulang air, setelah pembersihan dan pendinginan, dapat menurunkan kualitas air. Oleh karena itu pabrik baja akan terus meningkatkan teknologi pembersihan untuk mengurangi konsumsi air. Selanjutnya, tantangan terkait air (yaitu, ketersediaan, kekurangan musiman, persaingan dengan pengguna lain) bergantung pada lokasi pabrik, penting untuk memiliki pendekatan lokal dan solusi yang dibuat khusus. Siklus hidup air ditunjukkan pada Gambar 1.

Gbr 1 Siklus hidup air

Sejumlah besar air digunakan di pabrik baja terintegrasi. Namun, jumlah yang dikonsumsi tidak tinggi, karena sebagian besar air digunakan kembali atau dikembalikan ke sumbernya. Sebagian besar air yang dikonsumsi diuapkan dan sekitar 90% (rata-rata, 88% di pabrik terintegrasi dan 94% di pabrik berbasis EAF) air dibuang setelah pembersihan dan/atau pendinginan dan sering digunakan oleh utilitas lain. Air yang tidak dikonsumsi di pabrik baja dibersihkan, didinginkan, dan dikembalikan ke sumbernya. Air yang dikembalikan ke sungai dan sumber lainnya seringkali lebih bersih daripada saat diekstraksi di pompa pemasukan.

Pabrik baja menggabungkan sejumlah proses mulai dari persiapan bahan mentah hingga penggulungan baja akhir. Semua proses ini membutuhkan air. Ketika air digunakan dalam proses ini, air akan terkontaminasi dengan polutan dalam berbagai jumlah dan konsentrasi. Persyaratan umum air dalam berbagai proses di pabrik baja sangat bervariasi antara pabrik baja dan dapat berkisar dari 20 meter kubik per ton baja mentah hingga 150 meter kubik per ton baja mentah. Kapasitas pemompaan untuk jumlah air ini diperlukan untuk memfungsikan berbagai proses di pabrik baja. Konsumsi air dianggap sebagai asupan air dikurangi debit air. Konsumsi air secara keseluruhan tergantung pada fasilitas pengolahan air dan resirkulasi di pabrik baja dan biasanya berkisar antara 1,5 meter kubik per ton baja mentah hingga 4 meter kubik per ton baja mentah.

Sebuah pabrik baja menggunakan sejumlah besar air tawar untuk berbagai penggunaan yang meliputi pendinginan, penindasan debu, pembersihan, kontrol suhu (perlakuan panas), pengangkutan bahan limbah (abu, lumpur, dan kerak dll), dan penggunaan lainnya. Air adalah bagian penting dari beberapa proses pabrik baja seperti penambahan air untuk mengontrol kadar air campuran batu bara kokas, pembuatan pelet campuran sinter, pembuatan pelet hijau selama produksi pelet bijih besi, produksi uap dan karenanya tenaga , dan granulasi terak tanur sembur dll. Penggunaan air dalam jumlah besar juga menghasilkan sejumlah besar air limbah yang harus diolah sebelum dibuang.

Karena sejumlah besar air digunakan di pabrik baja, setiap peningkatan teknologi dalam teknologi pendinginan yang mengarah pada pengurangan kecil dalam konsumsi air, memiliki potensi untuk menghemat sejumlah besar air di lingkungan alami dan meminimalkan air. tapak. Penting untuk mencari cara dan teknologi, yang memungkinkan untuk meminimalkan konsumsi air di industri baja.

Jejak air adalah konsep baru yang memungkinkan kuantifikasi alokasi air tawar. Metodologi jejak air diperkenalkan oleh Hoekstra sebagai indikator penggunaan air tawar, dengan tujuan untuk mengukur dan memetakan penggunaan air tidak langsung dan menunjukkan relevansi pelibatan konsumen dan produsen di sepanjang rantai pasokan dalam pengelolaan air.

Strategi pengelolaan air membantu pabrik baja untuk memulihkan, menggunakan kembali, dan / atau mendaur ulang air, yang pada gilirannya dapat menghasilkan penghematan biaya yang cukup besar dengan meminimalkan permintaan air masuk dan dengan mengurangi volume pembuangan. Pengelolaan air di pabrik baja terpadu terutama bergantung pada kondisi lokal, ketersediaan air, dan persyaratan peraturan.

Belakangan ini, pengelolaan air telah menjadi salah satu bagian terpenting dari baja berkelanjutan. Pengelolaan air secara berkelanjutan sangat penting untuk pengelolaan pabrik baja karena nilai penting air bagi masyarakat. Manajemen pabrik baja perlu memperhatikan pengelolaan air secara serius. Pengelola dituntut untuk selalu mengevaluasi cara terbaik untuk menggunakan air, dan menemukan perbaikan baik dalam konservasi maupun penggunaannya kembali.

Seperti Dalam kasus baja, air dapat digunakan kembali dan didaur ulang. Hal ini meningkatkan efisiensi penggunaan air dan mengurangi permintaan serta biaya. Dengan meningkatkan daur ulang air dan penggunaan air mengalir dari kualitas yang lebih tinggi ke kualitas yang lebih rendah, penggunaan dan konsumsi air dapat dikurangi secara signifikan di pabrik baja. Namun, perlu untuk mempertimbangkan potensi peningkatan penggunaan energi sebelum menerapkan sistem pengelolaan penggunaan kembali air.

Cara paling efektif untuk mengurangi asupan air adalah dengan menggunakannya kembali. Ini biasanya melibatkan pembersihan dan pendinginan aliran air di antara setiap penggunaan. Beberapa dari perawatan ini, seperti pendinginan, membutuhkan energi dalam jumlah besar dan dapat menyebabkan peningkatan laju konsumsi air karena penguapan yang lebih tinggi. Proses tambahan yang diperlukan selalu hampir bertentangan dengan tujuan untuk mengurangi konsumsi energi yang berarti emisi karbon di-oksida yang lebih tinggi. Oleh karena itu, perlu dilakukan penilaian efektivitas penggunaan kembali air secara terpadu, dengan mempertimbangkan semua aspek lingkungan.

Oleh karena itu efisiensi energi merupakan aspek yang sangat penting dalam pengelolaan air di pabrik baja. Langkah-langkah pengurangan air harus digabungkan dengan penggunaan pompa hemat energi dan fasilitas pemulihan panas. Pompa hemat energi berarti lebih sedikit energi yang dibutuhkan untuk ekstraksi air, pengolahan air, dan sirkulasi air. Selanjutnya, efisiensi penggunaan air adalah untuk mempertimbangkan konsumsi aktual yaitu perbedaan asupan dan debit (dengan kualitas yang sama atau lebih baik), serta aspek ketersediaan dan pengaruh pada kategori sumber daya lain dari pabrik baja seperti energi. Selain itu, penggunaan kembali air di industri bersuhu tinggi seperti pabrik baja dapat meningkatkan konsumsi air.

Konsumsi air di pabrik baja sangat bervariasi dan tergantung pada beberapa faktor seperti (i) ketersediaan air, (ii) teknologi yang digunakan, (iii) usia dan kondisi pabrik dan peralatan, (iv) jenis produksi proses, dan (v) prosedur operasi pabrik. Tiga faktor dasar yang sangat penting untuk pengelolaan air yang efisien adalah (i) kualitas air pengganti, (ii) kondisi iklim di lokasi pabrik baja, dan (iii) persyaratan peraturan.

Masalah utama terkait air yang berdampak pada pengelolaan air di pabrik baja adalah (i) kualitas air proses yang dibutuhkan (ii) kualitas air limbah, (iii) daur ulang air dan meminimalkan konsumsinya, (iv) polutan di air, (v) penerapan teknologi baru untuk pengelolaan air, dan (vi) penerapan teknologi pengolahan air limbah  dan efektivitas biayanya.

Karena peningkatan konsumsi, energi tambahan yang dibutuhkan, dan kebutuhan untuk mengolah / membuang produk sampingan yang dihasilkan, sangat penting untuk memiliki pendekatan holistik dengan mempertimbangkan semua aspek lingkungan ketika mempertimbangkan pengenalan teknologi pengurangan dan pengolahan air yang berbeda dengan bertujuan untuk mendapatkan debit limbah nol. Oleh karena itu, sangat penting untuk memiliki pandangan holistik tentang dampak keseluruhan pada sumber daya air. Gambar 2 menunjukkan pendekatan holistik untuk pengelolaan air.

Gbr 2 Pendekatan holistik untuk pengelolaan air

Penggunaan air

Air memiliki banyak kegunaan di pabrik besi dan baja dan kualitas air yang dibutuhkan untuk setiap penggunaan juga bervariasi. Lebih jauh lagi, bisa ada satu melalui sistem dan bisa ada sistem dengan resirkulasi air sebagian atau penuh.

Sebagian besar air di pabrik besi dan baja digunakan untuk pendinginan, untuk melindungi peralatan, dan untuk memperbaiki kondisi kerja di tempat kerja. Jumlah air yang lebih kecil, tetapi masih cukup banyak digunakan sebagai air proses. Sejumlah kecil air digunakan sebagai air umpan boiler dan sebagai air domestik dan air servis.

Air tidak hanya digunakan dalam operasi pendinginan, tetapi juga untuk tujuan lain. Ada berbagai kualitas air yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan air di berbagai tempat di pabrik. Selanjutnya, air tawar terutama digunakan untuk proses dan pendinginan langsung dan tidak langsung, sedangkan air laut biasanya digunakan untuk pendinginan sekali pakai setelah perlakuan awal anti-fouling. Penggunaan air tawar biasanya dianggap sebagai indikator kinerja. Dalam pendinginan langsung, air bersentuhan dengan material dan peralatan, sedangkan pada pendinginan tidak langsung, air tidak bersentuhan dengan material atau peralatan.

Air dari laut terutama digunakan untuk pendinginan sekali lewat tanpa pra-perawatan atau pasca-perawatan. Itu tidak bersentuhan dengan bahan atau peralatan. Air tawar terutama digunakan untuk proses dan pendinginan. Itu bersentuhan dengan material dan peralatan dan diperlakukan sebelum digunakan kembali atau dibuang. Penggunaan air yang penting di pabrik baja terpadu diberikan di bawah ini.

• Air dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan proses. Contohnya adalah penyesuaian kadar air dalam campuran batubara, pendinginan basah kokas, penambahan campuran sinter untuk peletisasi dalam drum pelet, penyemprotan air di bagian atas tanur tinggi (BF) untuk mengontrol suhu atas, granulasi terak BF cair, pengecoran babi, pengecoran kontinu , pembersihan kerak baja sebelum pengerolan panas, perlakuan panas on line dan kontrol suhu di pabrik pengerolan panas dan penyesuaian kekuatan asam pengawet, dll.
• Air digunakan untuk pengkondisian material agar mudah dalam penanganan dan pengangkutan. Contohnya adalah pengangkutan kerak dalam pengecoran kontinyu dan pengerolan panas, penambahan air dalam bahan baku untuk menekan debu selama pengangkutan dan penyimpanannya, pembuatan bubur untuk pengangkutan pipa, pengangkutan abu terbang ke kolam abu dan penyimpanannya di sana, dll.
• Berbagai jenis gas yang dihasilkan selama proses yang berbeda didinginkan, dibersihkan, dan dikondisikan dengan air.
• Air digunakan untuk perpindahan panas. Berbagai peralatan, gulungan, dan cangkang tungku didinginkan oleh air. Metode pendinginan langsung dan tidak langsung digunakan untuk tujuan ini.
• Produksi steam untuk kebutuhan proses dan untuk keperluan pembangkit listrik membutuhkan air demineralisasi.
• Air digunakan untuk berbagai macam pendinginan seperti tungku dan refraktori yang didinginkan dengan air sebelum dilakukan perbaikan dan/atau pelapisan ulang. Tumpahan logam dan terak didinginkan dengan air sebelum diangkut.
• Mortir berbahan dasar air, massa runner, dan tanah liat membutuhkan air dalam jumlah yang terukur.
• Proses pengolahan air limbah dan air membutuhkan penambahan air untuk pengolahan yang efisien dan reaksi yang lebih baik. Air juga dibutuhkan untuk menetralkan limbah asam.
• Air digunakan untuk membersihkan dan mencuci lantai toko sehingga debu yang menempel di lantai toko dapat dibersihkan.
• Ruang kontrol listrik dan terowongan berventilasi dengan udara lembab yang digunakan penyemprot air.
• Air digunakan untuk tujuan pemadaman kebakaran di pabrik baja. Air juga digunakan untuk air minum, pendingin, kantin, dan kamar mandi.
• Tanaman baja adalah untuk menjaga penghijauan di dalam pabrik untuk tujuan lingkungan. Kegiatan ini membutuhkan air.

Diagram aliran air dan istilah yang digunakan untuk air

Diagram aliran air di pabrik baja ditunjukkan pada Gambar 3. Istilah yang digunakan untuk berbagai jenis air dalam diagram dijelaskan di bawah ini.

Gbr 3 Diagram aliran air dari pabrik baja

Asupan air – Ini adalah air yang dipompa dari badan air di rumah pompa intake dan ditambahkan ke sistem air di pabrik baja.

Air rias – Ini adalah air yang ditambahkan ke sistem air. Air make-up sering dibutuhkan dalam sistem yang menggunakan air resirkulasi. Ini adalah air yang ditambahkan ke sistem untuk mengkompensasi air (i) hilang dalam proses, (ii) hilang karena penguapan, dan (iii) hilang karena kebocoran.

Air proses - Ini adalah air yang bersentuhan dengan produk akhir atau dengan bahan yang dimasukkan ke dalam produk akhir. Air proses secara luas mencakup aliran yang melakukan kontak dengan bahan mentah atau produk akhir produksi baja, atau yang menjadi bagian dari produk akhir. Ada banyak aplikasi air proses, termasuk pemisahan fisik konstituen bijih, pengerasan pendinginan, kerak, galvanisasi, dan pelapisan. Air proses juga merupakan komponen pelarut, asam, dan emulsi yang digunakan untuk membersihkan, menghilangkan lemak, dan membilas permukaan baja.

Air pendingin – Ini adalah air yang secara eksklusif digunakan untuk pendinginan. Air pendingin mengacu pada aliran yang digunakan untuk menghilangkan panas berlebih dari produk baja dan peralatan terkait. Aplikasi pendinginan mencakup sebagian besar air yang digunakan di pabrik baja, dan mencakup pendinginan kontak dalam proses rolling panas dan dingin, pendinginan dan penahanan off-gas, pendinginan oven dan tungku, dan aplikasi lainnya.

Jumlah air yang diambil dan dikeluarkan oleh fasilitas sangat bervariasi bergantung pada jenis sistem pendingin yang digunakan. Sistem pendingin one-through memiliki kebutuhan air tertinggi, sedangkan sistem pendingin resirkulasi menahan hampir semua air untuk siklus pendinginan berulang.

Air demineralisasi – Air demineralisasi adalah air yang kandungan mineralnya telah dihilangkan. Air demineralisasi juga digunakan sebagai air umpan boiler. Proses demineralisasi biasanya dilakukan ketika air akan digunakan untuk proses kimia dan mineral yang ada dapat mengganggu bahan kimia lainnya. Dengan proses demineralisasi, air dilunakkan dengan menghilangkan mineral yang tidak diinginkan. Air demineral memiliki konduktivitas yang lebih tinggi daripada air deionisasi.

Air umpan boiler – Air demineralisasi digunakan sebagai air umpan boiler. Air umpan boiler digunakan untuk menghasilkan uap proses yang digunakan untuk menggerakkan banyak proses yang terlibat dalam produksi baja. Boiler digunakan untuk menghasilkan energi untuk proses pemanasan dan pendinginan, serta memberi daya pada sistem penggerak mekanis dan sistem kontrol tekanan. Boiler membutuhkan standar kualitas air yang tinggi untuk memastikan fungsi yang aman di bawah kondisi operasi suhu dan tekanan yang biasanya tinggi. Namun, dengan pengolahan awal yang tepat, air dari berbagai sumber dapat didaur ulang untuk digunakan sebagai air rias boiler.

Air pemadam kebakaran – Ini adalah air yang digunakan untuk memadamkan api di pabrik baja.

Air lunak – Air lunak adalah air yang mengandung konsentrasi ion yang rendah dan khususnya ion kalsium dan magnesium yang rendah. Istilah ini digunakan untuk menggambarkan air yang telah dihasilkan oleh proses pelunakan air. Air lunak juga dapat mengandung peningkatan kadar ion natrium dan bikarbonat. Air lunak tidak menghasilkan endapan kalsium dalam sistem pemanas air dan sistem pendingin air tidak langsung.

Air limbah - Ini adalah air limbah yang dibuang dari sistem air. Air limbah dari pabrik dibuang ke sistem pembuangan limbah. Namun, di dalam pabrik, limbah dari satu unit dapat digunakan sebagai asupan untuk unit lain. Di sebagian besar tempat jumlah air yang dikonsumsi sangat sulit ditentukan dan biasanya dianggap sebagai perbedaan antara asupan dan limbah atau diperkirakan oleh operator pembangkit. Dalam sistem sekali pakai, limbah biasanya tidak diukur.

Air rumah tangga – Ini juga dikenal sebagai air sanitasi dan digunakan untuk minum dan di kamar mandi.

Air layanan – Ini adalah air yang digunakan untuk membersihkan lantai toko secara umum, menghilangkan debu, dan menyiram limbah, dll.

Penggunaan air lainnya – Penggunaan air lainnya adalah penggunaan air yang tidak tercakup dalam pos-pos di atas. Contoh penggunaan lainnya adalah air yang digunakan dalam sistem ventilasi, pengangkutan bahan limbah seperti bubur, dan berkebun dll.

Polusi dalam air limbah

Pengelolaan air di pabrik baja terintegrasi sangat penting untuk keberhasilan operasinya karena pabrik baja terintegrasi membutuhkan sejumlah besar air untuk operasinya. Selama pengoperasian pabrik, air ini tercemar. Sangat sulit untuk memisahkan pengendalian pencemaran air dari pengelolaan air di pabrik. Pengelolaan air yang baik menyebabkan penurunan pengendalian pencemaran air sementara pada saat yang sama pengendalian pencemaran air membutuhkan pengelolaan air yang baik. Pengelolaan air yang baik membutuhkan debit air nol atau minimum dari pabrik. Hal ini dicapai dengan menggabungkan sistem pengolahan air yang rumit untuk resirkulasi air. Ini mengurangi konsumsi air karena ada pengurangan kebutuhan air make-up. Hal ini juga mengurangi pencemaran air karena debit air dari batas tanaman menjadi nol atau dapat diabaikan. Selanjutnya mengurangi kebutuhan dan biaya pengolahan air tercemar sebelum dibuang dari batas tanaman. Polutan berikut ada dalam air limbah.

• Koloid dan padatan tersuspensi – Denda bijih dan fluks, kerak, pasir, abu terbang, batu bara dan bubuk kokas, dll.
• Suhu dan panas – Air pendingin, peniupan boiler, dll.
• Oli – Oli pabrik penggilingan, pelumas, oli hidrolik, oli pendinginan, oli bahan bakar, pelarut, tar dan pitch, dll.
• Bahan kimia – Ini terdiri dari cairan pengawet, lumpur asam, pencucian kaustik, kapur, cairan amoniak bekas, blow down boiler, dan bahan kimia beracun, dll.
• Sampah sanitasi – Limbah dari kantin, kamar mandi, ruang ganti dan toilet, dll.

Pembuangan air limbah tanpa pengolahan menyebabkan pencemaran badan air di tempat pembuangan dan karenanya pengolahan air limbah yang memadai diperlukan sebelum dibuang dari pabrik baja. Berikut ini adalah beberapa metode utama yang biasanya digunakan untuk pengolahan limbah.

• Tangki pengendapan – Proses pengendapan konvensional dalam tangki persegi panjang atau melingkar digunakan untuk sedimentasi padatan tersuspensi. Mempertimbangkan output, flokulasi kadang-kadang digunakan. Penarikan lumpur dilakukan dengan pompa atau derek dengan grab.
• Untuk menghilangkan padatan tersuspensi dengan ukuran yang sangat halus dan pengental dengan berbagai ukuran, clarifiers dan clarifloculator digunakan secara terpisah atau dalam kombinasi. Koagulan seperti tawas, besi klorida, besi sulfat, dan poli-elektrolit digunakan untuk koagulasi padatan tersuspensi.
• Untuk menghilangkan panas dan menurunkan suhu. Air panas diolah di kolam pendingin, bak semprot, atau menara pendingin.
• Netralisasi – Nilai pH air limbah harus dikontrol antara 6,5 ​​hingga 7,5. Untuk air asam dengan nilai pH rendah diperlakukan dengan alkali sedangkan air alkali dengan nilai pH tinggi diperlakukan dengan asam.
• Minyak yang mengandung limbah – Untuk mengumpulkan minyak dari limbah, digunakan proses pengapungan alami dan skimming konvensional. Pengumpulan minyak skim dilakukan dengan palung bergerak.
• Air limbah dari oven kokas dengan kebutuhan oksigen biologis (BOD) yang tinggi diolah baik dalam trickling filter atau dengan proses lumpur aktif. Proses lumpur aktif dengan aerasi yang diperpanjang lebih efektif dalam menurunkan nilai BOD. Untuk dekomposisi mikroba yang tepat, air limbah oven kokas membutuhkan suplementasi fosfor agar seimbang nutrisinya. Jika limbah mentah tersedia maka penambahan limbah ini membantu dalam proses lumpur aktif.

Sebuah lembar aliran khas untuk pengolahan lumpur ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 Flow sheet untuk pengolahan lumpur