Kondensat proses dari pabrik urea bisa membawa 5.000–20.000 mg/L NH3‑N. Desain dua tahap—hydrolyzer lalu steam stripper—mendorong konversi penuh urea dan menguapkan amonia hingga sisa tinggal puluhan mg/L.
Produksi pupuk (ammonia, urea, ammonium nitrate) meninggalkan jejak besar nitrogen terlarut di kondensat dan air proses. Urea mudah terhidrolisis menjadi NH4+/HCO3−, sehingga beban N total bisa melonjak ke kisaran multi‑g/L—sering ≥5.000–20.000 mg/L NH3‑N (www.mdpi.com). Dampaknya: toksisitas akuatik, eutrofikasi, hingga pembentukan aerosol amonia‑asam (www.mdpi.com) (nepis.epa.gov).
Dengan standar efluen yang makin ketat—sering <10–50 mg/L NH3‑N—dan dorongan “green ammonia”, pabrik wajib menurunkan hampir seluruh nitrogen terlarut. Pada beban setinggi ini, nitrifikasi biologis konvensional praktis tidak layak, terutama jika urea masih tersisa. Solusinya: urutan kimia dua tahap—pertama menghidrolisis urea menjadi amonia dan CO2, lalu menguapkan amonia lewat steam stripping.
Mengendalikan Biuret di Pabrik Urea: Suhu, Waktu Tinggal & Analisis
Konteks beban nitrogen dan regulasi
Kondensat kaya urea/amonia dari proses urea/ammonia memiliki profil yang jauh melampaui limbah domestik biasa. Studi dan ulasan otoritatif menekankan beban NH3‑N di level ≥5.000–20.000 mg/L (www.mdpi.com), dengan konsekuensi lingkungan luas (www.mdpi.com) (nepis.epa.gov). Regulasi menargetkan efluen rendah—sering <10–50 mg/L NH3‑N—sehingga penghilangan mendekati total menjadi keharusan.
Urutan proses dua tahap
Strategi praktis untuk kondensat kaya urea/amonia: (1) Hydrolyzer (reaktor hidrolisis urea) dengan uap dan tekanan untuk mengonversi CO(NH2)2 + H2O → 2 NH3 + CO2; (2) Steam stripper (kolom kemas berlawanan‑arus) yang menggeser NH4+ menjadi NH3 pada kondisi basa dan suhu tinggi, memindahkannya ke fase uap tanpa udara eksternal. NH3 kemudian dipulihkan bersama uap.
Desain reaktor hidrolisis urea
Secara termal, pada 1–2 bar (~120–140 °C) hidrolisis non‑katalitik berlangsung lambat (jam). Contoh: larutan urea 30 wt% butuh ~4 jam pada 140 °C, 0,4 MPa untuk konversi lengkap (pubs.acs.org).
Tekanan/suhu lebih tinggi atau katalis mempercepat drastis. Desain industri kerap berada di beberapa MPa: sebuah paten 1993 menggambarkan reaktor dua zona pada 3,8–7,5 MPa dengan rasio berat uap/cair hingga ~0,2, mencapai konversi urea esensial dalam menit (patents.google.com) (patents.google.com). Dalam kondisi ini urea “substantially converted to ammonia and carbon dioxide” (patents.google.com).
Faktor kunci: sumber panas dari uap bertekanan tinggi yang tersedia di pabrik; untuk desain moderat, uap ~0,4–0,6 MPa (temperatur jenuh ~140–155 °C) cukup dengan waktu tinggal lebih panjang, sedangkan 1–5 MPa memotong waktu ke menit (pubs.acs.org) (patents.google.com). Pada 165 °C dengan katalis η‑Al2O3, urea sisa bisa ditekan di bawah 5 mg/L (>99,9% konversi) (link.springer.com).
Waktu kontak tipikal 1–5 menit dalam reaktor kontinyu berlawanan‑arus saat pemanasan/tekanan memadai (patents.google.com). Rasio uap: lazim menambahkan 10–20% uap baru (basis berat); sebuah desain MW Kellogg memakai uap segar ~0,2× laju alir kondensat urea (patents.google.com). Opsi peralatan mencakup batch/autoclave untuk skala kecil hingga falling‑film atau bubble column (kolom gelembung) dengan penukar panas internal untuk skala besar. Panas dari uap NH3 keluar dapat dipulihkan untuk preheat stream masuk, mengikat neraca energi keseluruhan.
Hasil yang diharapkan: pasca‑hidrolisis, seluruh nitrogen berada sebagai amonia terlarut (NH4+/NH3); urea dieliminasi. CO2 lepas sebagai uap (dibuang atau dipulihkan), dan pH efluen biasanya naik ke ~8–9 sehingga penyesuaian pH tetap diperlukan di tahap stripping.
Steam stripping amonia
Prinsip: kolom kemas (packed tower—kolom dengan media pengisi berluas permukaan tinggi) dialiri uap panas dari bawah berlawanan arah aliran air. Pada kondisi basa dan suhu tinggi, NH4+ bergeser menjadi NH3 gas dan masuk ke fase uap. Ini mirip distilasi suhu tinggi; tidak memerlukan udara eksternal, dan NH3 dipulihkan bersama uap.
Penyesuaian pH: naikkan ke pH ≥11 dengan basa kuat (caustic, mis. NaOH atau kapur). Di atas pH 10,8–11,5, hampir semua amonium (NH4+) berubah menjadi NH3 bebas (nepis.epa.gov). Panduan EPA menunjukkan pH ≈11 untuk ~95% stripping, dan bila pH tidak dipertahankan efisiensi dapat turun hingga 75% (nepis.epa.gov). Dalam praktik, penginjeksian kimia ini lazim diatur dengan sistem injeksi yang presisi; pompa dosis seperti dosing pump membantu menjaga pH stabil selama operasi.
Konfigurasi kolom: desain umum berupa packed tower berlawanan‑arus setinggi ~7–8 m, diameter 1–2 m untuk debit menengah. Air umpan dipanaskan ke ~70–95 °C (reboiler atau uap langsung) sebelum masuk dari puncak. Packing atau tray berluas tinggi meningkatkan perpindahan NH3. Sebagai rujukan, kolom 7,3 m yang menangani ~28.400 m³/hari mencapai ~95% penghilangan NH3 pada pH 11,5 dengan air stripping 20 °C (nepis.epa.gov). Dengan steam stripping, efisiensi umumnya lebih tinggi.
Rasio uap: tipikal ~0,1–0,2 kg uap per kg air limbah. Dalam studi RPB (rotating packed bed—varian kolom berkemas dengan intensifikasi gaya sentrifugal), rasio massa uap:cair ~0,175 memberikan pemulihan sangat baik (www.mdpi.com). Rasio uap lebih tinggi meningkatkan transfer NH3, meski dengan penurunan konsentrasi NH3 pada kondensat pemulihan.
Suhu: kolom beroperasi dekat titik didih (sekitar tekanan atmosfer). Pada 100 °C, volatilitas NH3 tinggi. Satu studi menemukan menaikkan suhu umpan cair dari 25 menjadi 85 °C (dengan uap di atas) tidak mengubah signifikan penghilangan (~98%) (www.mdpi.com). Praktisnya, cukup jaga kolom dekat 100 °C dengan pasokan uap memadai.
Efisiensi: dengan pH tinggi dan uap cukup, >90–95% penghilangan NH3 adalah rutin. Uji EPA pada pH 11,5 menunjukkan ~95% penghilangan (nepis.epa.gov). Desain terintensifikasi seperti RPB melaporkan >98% (www.mdpi.com). Bahkan pada umpan “ammonia‑rich” ribuan mg/L (5.000–20.000 mg/L) (www.mdpi.com), steam stripping tetap menunjukkan efisiensi sangat tinggi.
Mash pH 5,2–5,6: Ilmu Buffer Malt dan Asam Pangan
Pemulihan amonia dan penanganan uap
Uap atas (steam + NH3) dikondensasikan atau diabsorpsi untuk memulihkan amonia. Opsi: absorpsi ke asam sulfat atau nitrat untuk menghasilkan ammonium sulfate/nitrate; misalnya scrubbing langsung uap stripper dalam H2SO4 encer akan menghasilkan (NH4)2SO4. Atau, kondensasi menghasilkan larutan ammonium hydroxide pekat. Dalam uji, kondensat sampai 22,9 wt% amonia diperoleh dari umpan 2 wt% (www.mdpi.com). Jika tidak dipulihkan, uap kaya NH3 harus dinetralisasi aman (mis. scrubber kaustik) atau dialirkan ke flare; emisi tak terkendali berisiko melanggar baku mutu udara. Skid pendukung seperti water treatment ancillaries relevan untuk integrasi kontrol off‑gas.
Kinerja efluen dan standar
Dengan stripper yang dipasang tepat, amonia efluen bisa turun sampai satuan mg/L. Contoh aritmetika: 95% penghilangan dari 1.000 mg/L meninggalkan ~50 mg/L. Dengan steam (vs. air), penghilangan bisa melampaui 98% (www.mdpi.com). Pada uji bangku RPB, optimasi rasio uap/cair dan agitasi mendorong penghilangan dari 91→98% (www.mdpi.com). Kasus Lake Tahoe (7,3 m) yang menangani ~28.390 m³/hari melaporkan 95% NH3‑N pada pH 11,5 (nepis.epa.gov).
Integrasi energi dan perhitungan massa
Kebutuhan uap untuk hidrolisis dan stripping dapat diambil dari sistem uap pabrik (mis. ekstraksi uap bertekanan tinggi). Efkuen panas dari tiap tahap bisa memanaskan aliran masuk berikutnya melalui penukar panas—strategi ini menurunkan konsumsi energi bersih. Sebagai patokan, penyediaan ~0,1–0,2 kg uap per kg air limbah dapat diperoleh dari waste‑heat boiler atau economizer pabrik untuk meminimalkan biaya bahan bakar.
Neraca massa: ~100% nitrogen pada urea/amonia influen akan muncul sebagai gas amonia di atas stripper. Jadi, laju NH3‑N (kg/jam) yang diproses harus ditangani setara pada unit pemulihan uap. Dimensi kolom (tinggi/diameter) diskalakan terhadap debit dan target penghilangan. Data desain EPA—mis. 1–2 gal/min‑ft² loading dan 20–25 ft packing—memberi rujukan awal (nepis.epa.gov); uji pilot pada slipstream sangat dianjurkan untuk konsentrasi tidak lazim.
Kebutuhan kimia dan penyesuaian pH
Dosis basa bergantung pH awal dan beban N. Sebagai angka praktis, stripping 1 kg NH3 (≈0,85 kg NH4+) dengan kenaikan pH sekitar 2 unit membutuhkan kira‑kira 0,85 kg NaOH per kg NH3‑N. Dalam praktik, sebagian NH4+ dapat terlepas pada pH netral, tetapi untuk >95% penghilangan pada umumnya butuh pH ~11–12 (nepis.epa.gov). Penggunaan sebagian amonia yang dipulihkan sebagai recycle (bersifat basa) dapat mengimbangi konsumsi kaustik.
Cakupan polutan dan unit polishing
Rangkaian dua tahap ini menarget urea dan amonia (N terlarut dalam bentuk “NH3”) hampir tuntas. Ia tidak mengoksidasi nitrogen organik atau nitrat; spesies N lain atau organik mungkin memerlukan unit terpisah. Untuk polesan akhir beberapa mg/L, opsi ion exchange atau nitrifikasi biologis dapat dipakai. Sistem resin seperti ion exchange resin atau kombinasi biologis‑membran seperti membrane bioreactors (MBR) relevan sebagai polishing, terutama ketika target baku efluen sangat rendah.
Data kinerja dan pembelajaran
Kolom stripping secara rutin mencapai 90–98% penghilangan NH3 bila didesain baik. Di pilot, 95–98% tercapai pada pH ≈11–12 (nepis.epa.gov) (www.mdpi.com). Efluen mentah 1–2% NH3 pun dapat diproses; satu eksperimen mengolah 20.000 mg/L NH3 menjadi kondensat 22,9% berat (www.mdpi.com). Menaikkan rasio uap:cair meningkatkan ammonia removal efficiency (ARE) >10%, mencapai ~98% ARE (www.mdpi.com).
Untuk kasus berat, >90% penghilangan dapat membawa NH3 sisa <200 mg/L; dengan >95%, sisa dapat <50 mg/L. Lake Tahoe tower setinggi 7,3 m yang melayani ~28.400 m³/hari pada pH 11,5 mencatat ~95% penghilangan (air stripping 20 °C) (nepis.epa.gov). Di sisi pemulihan, kondensat 20–30% berat NH3 terlaporkan (www.mdpi.com), memungkinkan reuse atau konversi ke produk bernilai (mis. ammonium sulfate), yang mengimbangi bahan kimia masuk dan membuka potensi pendapatan.
Dalam konteks industri, amonia dari aktivitas industri adalah polutan besar—contoh: emisi Taiwan ~17.400 ton NH3‑N pada 2012 (www.mdpi.com). Sejalan target “green ammonia” dan zero‑discharge, pabrik pupuk mengadopsi urutan dua tahap ini untuk izin pembuangan dan target keberlanjutan.
Rekomendasi desain dan kepatuhan
Redundansi: pertimbangkan stripper multi‑tray atau double‑pass untuk memastikan >98% penghilangan saat terjadi gangguan. Sertakan skid kontrol pH dan off‑gas scrubber bila ada uap yang dibuang. Material: amonia dan karbonat dapat korosif; gunakan baja tahan karat atau internal berlapis khusus pada hydrolyzer dan kolom stripping. Monitoring: pasang pemantauan kontinu NH3 di influen/efluen (dengan conditioning pH) demi penutupan neraca massa >99%; ukur alir uap dan temperatur untuk operasi optimum. Untuk membantu operasi yang stabil, paket peralatan pendukung seperti ancillary water treatment dapat diintegrasikan dalam skid.
Kepatuhan: uji efluen akhir terhadap standar lokal (mis. Indonesia Kelas I/II). Jika diperlukan, unit polishing amonia berbasis pertukaran ion atau nitrifikasi biologis dapat memangkas sisa beberapa mg/L—opsi ion exchange dan proses biologis terkemas dapat disesuaikan dengan kebutuhan lokasi.
Mash Terlalu Kental? Enzim & Sekam Padi Solusi Lautering Cepat
Ringkasan teknis
Rangkaian dua tahap—steam hydrolyzer + steam ammonia stripper—secara konsisten menghapus >95–98% nitrogen dari kondensat pabrik pupuk, memberi efluen rendah N dan aliran amonia yang dapat dipulihkan. Data peer‑review, paten, dan ulasan teknologi mendukung rancangan ini: kondisi hidrolisis di 3,8–7,5 MPa dengan rasio uap/cair ~0,2 (konversi menit) (patents.google.com) (patents.google.com) (patents.google.com), panduan EPA untuk stripping (pH ≈11, ~95%; desain kolom) (nepis.epa.gov) (nepis.epa.gov) (nepis.epa.gov), temuan katalis η‑Al2O3 untuk urea sisa <5 mg/L di 165 °C (link.springer.com), serta efisiensi stripping >98% dan pemulihan hingga 22,9 wt% pada kondensat (www.mdpi.com) (www.mdpi.com) (www.mdpi.com).
