Manajemen Air yang Efisien & Pengendalian Pencemaran untuk Pabrik Baja Modern

Manajemen Air dan Pengendalian Pencemaran di Pabrik Baja

Air merupakan utilitas penting yang dibutuhkan untuk produksi besi dan baja di pabrik baja. Murah dan melimpah, selama berabad-abad air dianggap sepele sebagai utilitas produksi oleh industri baja. Namun dalam skenario saat ini, sumber daya air semakin langka karena ketidakseimbangan yang semakin besar antara ketersediaan air tawar dan konsumsi, sehingga akses terhadap air tawar yang bersih dan aman telah menjadi salah satu tantangan besar masyarakat modern.

Permintaan air terus meningkat karena (i) pertumbuhan populasi dan migrasi ke daerah rentan kekeringan, (ii) perkembangan industri yang cepat dan peningkatan penggunaan air per kapita, serta (iii) perubahan iklim yang mengubah pola cuaca di daerah padat penduduk. Ini telah memaksa industri baja memasuki era yang terbatas air. Selama tiga dekade terakhir, khawatir tentang pencemaran lingkungan semakin meningkat di seluruh dunia dan ini telah mengakibatkan pengaturan peraturan lingkungan yang lebih ketat. Karena terdapat ancaman kekurangan sumber daya air di masa depan, industri baja telah mengubah pendekatannya terhadap strategi dan kebijakan air menuju pengurangan konsumsi air tawar.

Karena ketersediaan dan kualitas air tawar merupakan perhatian utama, manajemen air adalah tantangan penting yang dihadapi manajemen pabrik baja dan ini dihadapi untuk meningkatkan keberlanjutan siklus produksi. Air, seperti baja, dapat digunakan kembali dan dikomposisi ulang. Namun, peningkatan daur ulang air, setelah dibersihkan dan didinginkan, dapat menurunkan kualitas air. Oleh karena itu, pabrik baja harus terus meningkatkan teknologi pembersihan untuk mengurangi konsumsi air. Selain itu, tantangan terkait air (misalnya ketersediaan, kekurangan musiman, persaingan dengan pengguna lain) tergantung pada lokasi pabrik, oleh karena itu penting untuk memiliki pendekatan lokal dan solusi yang disesuaikan. Siklus hidup air ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Siklus hidup air

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

Sebuah pabrik baja mencakup sejumlah proses mulai dari persiapan bahan mentah hingga giling baja jadi. Semua proses ini membutuhkan air. Ketika air digunakan dalam proses-proses ini, air terkontaminasi oleh polutan dalam jumlah dan konsentrasi yang bervariasi. Kebutuhan air yang khas di berbagai proses di pabrik baja bervariasi secara luas antara pabrik baja dan dapat berkisar dari 20 meter kubik per ton baja kasar hingga 150 meter kubik per ton baja kasar. Kemampuan pompa untuk jumlah air ini diperlukan untuk fungsi berbagai proses di pabrik baja. Konsumsi air dianggap sebagai air intake dikurangi air discharge. Konsumsi air secara keseluruhan tergantung pada fasilitas pengolahan dan sirkulasi air di pabrik baja dan biasanya berkisar dari 1,5 meter kubik per ton baja kasar hingga 4 meter kubik per ton baja kasar.

Sebuah pabrik baja menggunakan kuantitas air tawar yang sangat besar untuk berbagai penggunaan yang mencakup pendinginan, penekanan debu, pembersihan, kontrol suhu (pengolahan panas), pengangkatan bahan limbah (abu, sludge, dan scale, dll.), dan penggunaan lainnya. Air merupakan bagian penting dari beberapa proses pabrik baja seperti penambahan air untuk mengontrol kandungan kelembaban campuran batokok, peletisasi campuran sinter, pembuatan pelet hijau selama produksi pelet bijih besi, produksi uap dan daya, dan granulasi slag alto blast furnace, dll. Penggunaan jumlah air yang besar juga menghasilkan kuantitas limbah cair yang besar yang harus diolah sebelum dibuang.

Karena kuantitas air yang besar digunakan di pabrik baja, setiap perbaikan teknologi dalam teknologi pendinginan yang mengakibatkan reduksi kecil persen dalam konsumsi air, memiliki potensi untuk menghemat kuantitas air yang besar di lingkungan alami dan meminimalkan jejak air. Penting untuk mencari cara dan teknologi yang memungkinkan untuk meminimalkan konsumsi air di industri baja.

Jejak air adalah konsep baru yang memungkinkan kuantifikasi appropriasi air tawar. Metodologi jejak diperkenalkan oleh Hoekstra sebagai indikator appropriasi air tawar, dengan tujuan untuk mengkuantifikasi dan memetakan penggunaan air tidak langsung dan menunjukkan relevansi melibatkan konsumen dan produsen along rantai pasokan dalam manajemen air.

Strategi manajemen air membantu pabrik baja untuk merecover, menggunakan kembali, dan / atau mendaur ulang air, yang dapat menghasilkan penghematan biaya yang signifikan dengan meminimalkan permintaan air intake dan dengan mengurangi volume discharge. Manajemen air di pabrik baja terintegrasi terutama bergantung pada kondisi lokal, ketersediaan air, dan persyaratan peraturan.

Dalam waktu terbaru, manajemen air telah menjadi salah satu bagian terpenting dari baja berkelanjutan. Manajemen air secara berkelanjutan sangat penting untuk manajemen pabrik baja karena nilai esensial air bagi masyarakat. Perlu bagi manajemen pabrik baja untuk mengelola manajemen air dengan serius. Manajemen harus terus mengevaluasi cara terbaik untuk menggunakan air, dan menemukan perbaikan baik dalam konservasi maupun penggunaan ulangnya.

Seperti dalam hal baja, air dapat digunakan kembali dan dikomposisi ulang. Ini meningkatkan efisiensi penggunaan air dan mengurangi permintaan serta biaya. Dengan meningkatkan daur ulang air dan penggunaan air berjenjang dari kualitas tinggi ke kualitas lebih rendah, penggunaan dan konsumsi air dapat dikurangi secara signifikan di pabrik baja. Namun, perlu untuk mempertimbangkan potensi peningkatan penggunaan energi sebelum menerapkan sistem manajemen penggunaan ulang air apa pun.

Cara paling efektif untuk mengurangi intake air adalah dengan menggunakannya kembali. Biasanya ini melibatkan pembersihan dan pendinginan aliran air antara setiap penggunaan. Beberapa perawatan ini, seperti pendinginan, membutuhkan jumlah energi yang besar dan dapat menyebabkan peningkatan tingkat konsumsi air karena evaporasi yang lebih tinggi. Proses tambahan yang diperlukan hampir selalu dalam konflik dengan tujuan untuk mengurangi konsumsi energi yang berarti emisi karbon dioksida yang lebih tinggi. Oleh karena itu, perlu untuk mengevaluasi efektivitas penggunaan ulang air secara terintegrasi, dengan mempertimbangkan semua aspek lingkungan.

Oleh karena itu, efisiensi energi adalah aspek yang sangat penting dalam manajemen air di pabrik baja. Tindakan pengurangan air harus disatukan dengan penggunaan pompa hemat energi dan fasilitas pemulihan panas. Pompa hemat energi berarti kurang energi yang diperlukan untuk ekstraksi air, pengolahan air, dan sirkulasi air. Selain itu, efisiensi penggunaan air harus mempertimbangkan konsumsi aktual yaitu selisih antara intake dan discharge (dari kualitas yang sama atau lebih baik), serta aspek ketersediaan dan pengaruh pada kategori sumber daya lain di pabrik baja seperti energi. Juga, penggunaan ulang air di industri suhu tinggi seperti pabrik baja dapat meningkatkan konsumsi air.

Konsumsi air di pabrik baja bervariasi sangat luas dan bergantung pada beberapa faktor seperti (i) ketersediaan air, (ii) teknologi yang digunakan, (iii) usia dan kondisi pabrik serta peralatan, (iv) tipe proses produksi, dan (v) prosedur operasi pabrik. Tiga faktor dasar yang penting untuk manajemen air yang efisien adalah (i) kualitas air make-up, (ii) kondisi klimat di lokasi pabrik baja, dan (iii) persyaratan peraturan.

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

Karena konsumsi yang meningkat, energi tambahan yang diperlukan, dan kebutuhan untuk mengolah / membuang sampingan yang dihasilkan, penting untuk memiliki pendekatan holistik yang mempertimbangkan semua aspek lingkungan saat mempertimbangkan pengenalan berbagai teknologi pengurangan dan pengolahan air dengan tujuan untuk mencapai nol discharge limbah. Oleh karena itu, penting untuk memiliki pandangan holistik tentang dampak keseluruhan pada sumber daya air. Gambar 2 menunjukkan pendekatan holistik untuk manajemen air.

Gambar 2 Pendekatan holistik untuk manajemen air

Penggunaan air

Air memiliki banyak penggunaan di pabrik besi dan baja dan kualitas air yang dibutuhkan untuk setiap penggunaan juga bervariasi. Selain itu dapat ada sistem one-through dan dapat ada sistem dengan sirkulasi parsial atau penuh air.

Sebagian besar air di pabrik besi dan baja digunakan untuk pendinginan, untuk melindungi peralatan, dan untuk meningkatkan kondisi kerja di tempat kerja. Kuantitas yang lebih kecil, tetapi masih signifikan, air digunakan sebagai air proses. Jumlah kecil air digunakan sebagai air feed boiler dan sebagai air domestik dan pelayanan.

Air digunakan tidak hanya dalam operasi pendinginan, tetapi juga untuk tujuan lain. Ada berbagai kualitas air yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan air di berbagai tempat di pabrik. Selain itu, air tawar terutama digunakan untuk proses dan pendinginan langsung maupun tidak langsung, sedangkan air laut biasanya digunakan untuk pendinginan one-through setelah pretreatment anti-fouling. Penggunaan air tawar biasanya dianggap sebagai indikator kinerja. Dalam pendinginan langsung, air bersentuhan dengan material dan peralatan sementara dalam pendinginan tidak langsung air tidak bersentuhan dengan material atau peralatan.

Air dari laut terutama digunakan untuk pendinginan one-through tanpa pre-treatment atau post-treatment. Air tidak bersentuhan dengan material atau peralatan. Air tawar terutama digunakan untuk proses dan pendinginan. Air bersentuhan dengan material dan peralatan dan diolah sebelum penggunaan ulang atau dibuang. Penggunaan penting air di pabrik baja terintegrasi diberikan di bawah ini.

• Air diperlukan untuk memenuhi kebutuhan proses. Contoh adalah penyesuaian kelembaban dalam campuran batokok, quenching basah koks, penambahan dalam campuran sinter untuk peletisasi dalam drum peletisasi, pemakaian air di puncak alto blast furnace (BF) untuk mengontrol suhu puncak, granulasi slag BF cair, pencetakan pig, pencetakan berkelanjutan, descaling baja sebelum giling panas, perlakuan panas online dan kontrol suhu di pabrik giling panas dan penyesuaian kekuatan asam pickling dll.
• Air digunakan untuk kondisi material untuk kemudahan dalam penanganan dan pengangkutan. Contoh adalah pengangkatan scale dalam pencetakan berkelanjutan dan giling panas, penambahan air dalam bahan mentah untuk penekanan debu selama pengangkutan dan penyimpanan, pembuatan slurry untuk pengangkutan pipa, pengangkatan fly ash ke kolam abu dan penyimpanannya di sana dll.
• Berbagai jenis gas yang dihasilkan selama proses-proses berbeda didinginkan, dibersihkan, dan dikondisikan dengan air.
• Air digunakan untuk transfer panas. Berbagai peralatan, roll, dan cangkok tungku didinginkan oleh air. Kedua metode pendinginan langsung dan tidak langsung digunakan untuk tujuan ini.
• Produksi uap untuk kebutuhan proses dan untuk tujuan generasi daya membutuhkan air demineralised.
• Air digunakan untuk pendinginan miselani seperti tungku dan refraktori didinginkan dengan air sebelum dilakukan perbaikan dan / atau relining. Tumpahan logam dan slag didinginkan dengan air sebelum transportasi.
• Mortar berbasis air, massa pelarian, dan tanah liat membutuhkan air dalam jumlah yang diukur.
• Proses pengolahan sewage dan air membutuhkan penambahan air untuk pengolahan yang efisien dan reaksi yang lebih baik. Air juga diperlukan untuk neutralizing limbah asam.
• Air digunakan untuk membersihkan dan mencuci lantai bengkel sehingga debu yang menempel di lantai bengkel dapat dibersihkan.
• Ruang kontrol listrik dan terowilan dianginkan dengan udara lembap yang menggunakan pemancar air.
• Air digunakan untuk pemadam kebakaran di pabrik baja. Air juga digunakan untuk air minum, pendingin, kantin dan kamar mandi.
• Pabrik baja harus memelihara hijauan di dalam pabrik untuk tujuan lingkungan. Aktivitas 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.

Gambar 3 Diagram aliran air pabrik baja

Air intake – Adalah air yang dipompa dari badan air di rumah pompa intake dan ditambahkan ke sistem air pabrik baja.

Air make-up – Adalah air yang ditambahkan ke sistem air. Air make-up sering diperlukan dalam sistem yang menggunakan air sirkulasi. Adalah air yang ditambahkan ke sistem untuk menanggulangi air (i) yang hilang dalam proses, (ii) yang hilang oleh evaporasi, dan (iii) yang hilang karena kebocoran.

Air proses – Adalah air yang bersentuhan dengan produk akhir atau dengan material yang dimasukkan ke dalam produk akhir. Air proses secara luas mencakup aliran yang bersentuhan 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, quenching hardening, descaling, galvanizing, dan plating. Air proses juga merupakan komponen dari pelarut, asam, dan emulsi yang digunakan untuk pembersihan, penglembapan, dan pencucian permukaan baja.

Air pendingin – Adalah air yang digunakan khusus untuk pendinginan. Air pendingin merujuk pada aliran yang digunakan untuk mendissipasi 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 giling panas dan dingin, pendinginan gas buasan dan penahanan, pendinginan oven dan tungku, dan aplikasi lainnya.

Jumlah air yang ditarik dan dibuang oleh fasilitas bervariasi secara signifikan tergantung pada tipe sistem pendinginan yang digunakan. Sistem pendinginan one-through memiliki permintaan air tertinggi, sementara sistem pendinginan sirkulasi mempertahankan hampir semua air untuk siklus pendinginan berulang.

Air demineralized – Air demineralized adalah air di mana mineral air telah dihapus. Air demineralized juga digunakan sebagai air feed boiler. Proses demineralisasi biasanya dilakukan ketika air akan digunakan untuk proses kimia dan mineral yang ada dapat mengganggu kimia lainnya. Dengan proses demineralisasi, air dilembutkan oleh penghapusan mineral yang tidak diinginkan. Air demineralized memiliki konduktivitas yang lebih tinggi daripada air deionized.

Air feed boiler – Air demineralized digunakan sebagai air feed boiler. Air feed boiler digunakan untuk menghasilkan uap proses yang digunakan untuk memungkai banyak proses yang terlibat dalam produksi baja. Tungku digunakan untuk menghasilkan energi untuk pemanasan dan pendinginan proses, serta untuk menggerakkan sistem drive mekanis dan sistem kontrol tekanan. Tungku membutuhkan standar kualitas air yang tinggi untuk memastikan fungsi aman di bawah kondisi operasi suhu dan tekanan yang biasanya tinggi. Dengan pre-treatment yang tepat, air dari berbagai sumber dapat didaur ulang untuk digunakan sebagai air make-up boiler.

Air pemadam kebakaran – Adalah air yang digunakan untuk pemadaman kebakaran di pabrik baja.

Air lunak – Air lunak adalah air yang mengandung konsentrasi ion yang rendah dan khususnya rendah dalam ion kalsium dan magnesium. Istilah ini digunakan untuk menggambarkan air yang dihasilkan oleh proses pelunak air. Air lunak juga dapat mengandung level sodium dan ion bicarbonat yang lebih tinggi. Air lunak tidak menghasilkan endapan kalsium dalam sistem pemanas air dan sistem pendinginan air tidak langsung.

Air limbah – 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 intake untuk unit lain. Di sebagian besar tempat jumlah air yang dikonsumsi sangat sulit ditentukan dan biasanya dianggap sebagai selisih antara intake dan limbah atau diestimasi oleh operator pabrik. Dalam sistem one-through, limbah biasanya tidak diukur.

Air domestik – Juga dikenal sebagai air sanitasi dan digunakan untuk minum dan di kamar mandi.

Air pelayanan – Adalah air yang digunakan untuk pembersihan lantai bengkel secara umum, penekanan debu, dan pembuangan limbah dll.

Penggunaan air lainnya – Penggunaan air lainnya adalah penggunaan air yang tidak tercakup di atas judul. Contoh penggunaan lainnya adalah air yang digunakan dalam sistem ventilasi, pengangkutan bahan limbah seperti slurry, dan kebun dll.

Polutan dalam air limbah

Manajemen air di pabrik baja terintegrasi sangat penting untuk operasinya yang sukses karena pabrik baja terintegrasi membutuhkan jumlah air yang besar untuk operasinya. Selama operasi pabrik air ini tercemar. Sangat sulit untuk memisahkan pengendalian pencemaran air dari manajemen air di pabrik. Manajemen air yang baik mengakibatkan penurunan pengendalian pencemaran air sementara pada saat yang sama pengendalian pencemaran air memerlukan manajemen air yang baik. Manajemen air yang baik membutuhkan nol atau minimum discharge air dari pabrik. Ini dicapai dengan menyisipkan sistem pengolahan air yang rinci untuk sirkulasi air. Ini mengurangi konsumsi air karena terdapat pengurangan dalam persyaratan air make-up. Ini juga mengurangi pencemaran air karena discharge air dari batas pabrik menjadi nol atau tidak signifikan. Selain itu mengurangi kebutuhan dan biaya pengolahan air tercemar sebelum discharge dari batas pabrik. Polutan berikut ada dalam air limbah.

• Padatan koloidal dan tersendang – Bijih dan flux fines, scale, pasir, fly ash, batubara dan coke fines dll.
• Suhu dan panas – Air pendingin, boiler blow down dll.
• Minyak – Minyak pabrik giling, pelumas, minyak hidrolik, minyak quenching, minyak bahan bakar, pelarut, tar dan pitch dll.
• Kimia – Ini terdiri dari larutan pickling, sludge asam, pencucian soda, kapur, larutan ammoniak yang habis, boiler blow down dan kimia toksik dll.
• Sampah sanitasi – Sampah dari kantin, kamar mandi, kamar ganti dan toilet dll.

Discharge air limbah tanpa pengolahan menyebabkan pencemaran badan air di tempat discharge dan oleh karena itu pengolahan yang memadai air limbah diperlukan sebelum discharge dari pabrik baja. Beberapa metode utama yang biasanya digunakan untuk pengolahan limbah adalah sebagai berikut.

• Tangki pengendapan – Proses pengendapan konvensional dalam tangki persegi panjang atau bulat digunakan untuk pengendapan padatan tersendang. Mempertimbangkan output, flokulasi kadang-kadang digunakan. Pengambilan sludge dilakukan melalui pompa atau melalui crane dengan grab.
• Untuk penghapusan padatan tersendang ukuran yang sangat halus dan bervariasi, thickeners, clarifiers dan clariflocculators digunakan secara individual atau dalam kombinasi. Koagulan seperti alum, klorida besi, sulfat besi, dan polielektrolit digunakan untuk koagulasi padatan tersendang.
• Untuk penghapusan panas dan pengurangan suhu. Air panas diolah di kolam pendingin, kolam pemancar atau menara pendingin.
• Neutralisasi – Nilai pH air limbah harus dikontrol antara 6,5 hingga 7,5. Untuk ini air asam dengan nilai pH rendah diolah dengan basa sementara air basa dengan nilai pH tinggi diolah dengan asam.
• Limbah yang mengandung minyak – Untuk mengumpulkan minyak dari limbah, proses konvensional floatasi alami dan skimming digunakan. Pengumpulan minyak skim dilakukan melalui saluran selang.
• Air limbah dari oven koks dengan biological oxygen demand (BOD) tinggi diolah baik di trickling filters atau oleh proses sludge aktif. Proses sludge aktif dengan aerasi diperpanjang lebih efektif dalam pengurangan nilai BOD. Untuk dekomposisi mikroba yang tepat, air limbah oven koks membutuhkan suplemen fosfor untuk membuatnya seimbang untuk nutrisi. Jika sewage mentah tersedia maka penambahan sewage ini membantu dalam proses sludge aktif.

Flow sheet khas untuk pengolahan sludge ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 Flow sheet untuk pengolahan sludge