A ALISIS LIMBAH RESI PE UKAR IO SISTEM PEMUR IA AIR PE DI GI PRIMER RSG-GAS* Diyah Erlina Lestari, Sunarko,Setyo Budi Utomo Pusat Reaktor Serba Guna-BATAN ABSTRAK A ALISIS LIMBAH RESI PE UKAR IO SISTEM PEMUR IA AIR PE DI GI PRIMER RSG-GAS. Resin penukar ion pada Sistem Pemurnian Air Pendingin Primer berfungsi untuk mengambil pengotor air pendingin primer guna menjaga kualitas air pendingin primer pada tingkat yang ditentukan. Untuk mengetahui pengotor air yang tertangkap oleh resin penukar ion, telah dilakukan analisis limbah resin penukar ion yang berasal dari sistem pemurnian air pendingin primer. Analisis dilakukan dengan mengambil cuplikan limbah resin penukar ion yang akan dikirim ke Pusat Teknologi Limbah Radioaktif (PTLR), kemudian dilakukan pencacahan dengan spektrometer gamma dengan detector HPGe. Hasil pencacahan menunjukan nuklida yang teridentifikasi adalah Co-60, Cs-137, Mn-54, Zn-65 dan Sb-124 merupakan pengotor air pendingin primer dengan waktu paro panjang dan menegah. Kata kunci : limbah, resin penukar ion ABSTRACT A ALYSIS OF IO EXCHA GE RESI WASTE OF RSG-GAS PRIMARY COOLI G WATER PURIFICATIO SYSTEM. The ion exchange resin of the primary cooling water purification system serves to remove primary cooling water impurities to keep primary cooling water quality at the specified level. To identify the water impurities caught by ion exchange resin, it has been performed analysis of waste ion exchange resin coming from the primary cooling water purification system. Analysis was performed by taking waste ion exchange resin sample which will be sent to Centre for Radioactive Waste Technology (PTLR). Then the sample was counted with gamma spectrometer with HPGe detector. It showed that the identified nuclides were: Co-60, Cs-137, Mn-54, Zn-65 and Sb-124, which were long and medium half-lived primary cooling water impurities. Key words: waste, ion exchange resin PE DAHULUA Sistem Pemurnian Air Pendingin Primer adalah suatu sistem yang berfungsi untuk menghilangkan hasil aktivasi dan kotoran mekanik air pendingin primer dan menjaga kualitas air pendingin primer pada tingkat yang ditentukan. Proses pemurnian air pada sistem pemurnian air pendingin primer dilakukan dengan cara melewatkan air pendingin primer melalui filter resin penukar ion. Jenis resin penukar ion yang digunakan pada filter penukar ion sistem pemurnian air primer merupakan campuran dari resin penukar anion dan kation, yang berkualitas nuklir (nuclear grade) dalam bentuk OH dan H +. Resin yang digunakan adalah resin Lewatit. Dengan bertambahnya waktu penggunaan, maka resin tersebut akan mengalami kejenuhan. Parameter kondisi filter penukar ion ditentukan dari besarnya harga beda tekanan dan tingkat radioaktivitas serta konduktifitas air keluaran filter penukar ion. Apabila salah satu atau lebih parameter kondisi filter penukar ion mencapai harga yang ditentukan, maka filter penukar ion harus diganti dengan resin penukar ion yang baru.resin penukar ion yang telah jenuh dikeluarkan dari filter penukar ion dengan menggunakan sistem pembilas rangkaian tertutup. Limbah resin penukar ion yang berasal dari sistem pemurnian air pendingin primer ini ditampung ke dalam tangki penampungan resin bekas (KBK 01) untuk diluruhkan selama 6 bulan, kemudian dipindahkan ke tangki angkut untuk dibawa ke Pusat Teknologi Limbah Radioaktif (PTLR). Pada tanggal 21 Januari 2008 telah dilakukan pengiriman limbah resin penukar ion yang berasal dari sistem pemurnian air pendingin primer RSG-GAS ke PTLR dan sebelum dikirim, dilakukan analisis terhadap limbah resin tersebut. Analisis limbah resin dilakukan dengan spektrometer sinar gamma dengan detector HPGe. Resin penukar ion merupakan bahan kimia yang digunakan pada proses pemurnian air pendingin primer RSG-GAS. Dengan mengetahui * Disampaikan pada Seminar Dan Workshop Teknologi Pengelolaan Limbah I 62
kandungan radionuklida pada limbah resin akan diketahui pengotor air pendingin primer yang tertangkap atau diambil oleh resin penukar ion. TEORI Air pendingin primer reaktor berfungsi sebagai media pembawa panas yang yang timbul sebagai akibat reaksi fisi di teras reactor. Panas yang terbentuk pada sistem pendingin primer dipindahkan ke sistem pendingin sekunder melalui alat penukar panas dan akhirnya dibuang ke atmosfer melalui menara pendingin. Sebagai media pemindah panas pada sistem pendingin primer RSG-GAS, digunakan air bebas mineral dengan kualitas tertentu. Untuk menjaga kualitas air pendingin primer pada tingkat yang diizinkan maka pada sistem pendingin primer RSG-GAS dilengkapi dengan tiga sistem pemurnian. Sistem pemurnian ini dimaksudkan untuk memurnikan air pendingin primer. Di dalam proses pemurniannya, sistem ini menggunakan filter resin penukar ion yang merupakan campuran dari resin penukar anion dan kation yang berkualitas nuklir (nuclrear grade) dalam bentuk OH dan H +. Sistem pemurnian pada sistem pendingin primer RSG-GAS. terdiri dari: 1. Sistem pemurnian air kolam (KBE 01) 2. Sistem pemurnian dan penyedia lapisan air hangat ( KBE 02) 3. Sistem pemurnian air kolam penyimpan bahan bakar bekas (FAK 01) 1. Sistem Pemurnian Air Kolam (KBE 01) Sistem ini berfungsi untuk menjaga kualitas air pendingin serta menekan tingkat paparan radiasi di ruang Balai Operasi (Operation Hall), dengan cara menghilangkan bahan yang teraktivasi dan kotoran mekanik yang terlarut maupun tidak terlarut di dalam air pendingin primer. mix-bed filter berisi 1500 liter, campuran resin penukar anion dan kation yang berkualitas nuklir (nuclear grade) dalam bentuk OH dan H +. Tingkat kejenuhan resin penukar ion pada sistem pemurnian air kolam (KBE 01), tersebut ditandai dengan adanya perbedaan tekanan antara sebelum dan sesudah filter sebesar > 1,5 bar, radioaktivitas sebesar > 0,1 Ci/m 3 dan konduktivitas air keluaran filter penukar ion > 8 µs/cm. Apabila salah satu atau lebih parameter kondisi filter penukar ion mencapai harga yang ditentukan, maka. dengan resin baru. 2. Sistem Pemurnian Lapisan Air Hangat (KBE 02). Sistem ini berfungsi untuk untuk membersihkan air dari senyawa yang sudah teraktivasi serta kotoran mekanik, baik itu terlarut maupun tidak terlarut dan menjaga kualitas air pendingin pada tingkat yang ditentukan. Sistem ini dilengkapi dengan pemanas untuk menyediakan lapisan air hangat sedalam kurang lebih 1,5 m pada permukaan kolam dimana temperaturnya berkisar antara 8 ~ 10 o C lebih tinggi dibandingkan air dibagian bawahnya. mix-bed filter berisi 400 liter campuran resin penukar anion dan kation yang berkualitas nuklir (nuclrear grade), dalam bentuk anion OH - dan kation H + resin Lewatit. Kejenuhan mix-bed filter diindikasikan oleh adanya perbedaan tekanan pada sebelum dan sesudah resin sebesar > 1,5 bar, radioaktivitas sebesar > 5x10-2 Ci/m 3 untuk aliran masuk dan > 10-3 Ci/m 3 untuk aliran balik dan konduktivitas air keluaran filter penukar ion > 8µS/cm. Apabila salah satu atau lebih parameter kondisi filter penukar ion mencapai harga yang ditentukan, maka dengan resin baru. 3. Sistem Pemurnian Kolam Bahan Bakar Bekas (FAK 01) Sistem ini berfungsi untuk membersihkan air dari senyawa yang sudah teraktivasi serta kotoran mekanik, baik itu terlarut maupun tidak terlarut, di dalam air kolam penyimpan bahan bakar bekas sehingga kualitas air kolam penyimpan selalu berada pada harga spesifikasi kualitas air kolam reaktor. Selain itu, FAK 01 juga berfungsi sebagai pengambil panas peluruhan dari elemen bakar bekas di kolam penyimpan. mix-bed filter berisi 700 liter campuran resin penukar anion dan kation yang berkualitas nuklir (nuclrear grade) dalam bentuk anion 63
OH - dan kation H + resin Lewatit. Kejenuhan mix-bed filter diindikasikan oleh adanya perbedaan tekanan pada sebelum dan sesudah resin sebesar > 1,5 bar, radioaktivitas sebesar > 10-3 Ci/m 3, konduktivitas air keluaran filter penukar ion > 8µS/cm. Apabila salah satu atau lebih parameter kondisi filter penukar ion mencapai harga yang ditentukan, maka. dengan resin baru. Pengelolaan Limbah Resin Penukar Ion Sistem Pemurnian Air Pendingin Primer RSG-GAS Limbah resin penukar ion yang dihasilkan RSG-GAS digolongkan sebagai limbah semi cair. Limbah resin ini berasal dari sistem pemurnian air kolam (KBE 01), sistem pemurnian lapisan air hangat ( KBE 02) dan sistem pemurnian air kolam penyimpan bahan bakar bekas (FAK 01). Aktivitas limbah resin penukar ion cukup besar maka pengeluaran limbah resin dari sistem pemurnian dengan menggunakan sistem pembilas rangkaian tertutup dan dikumpulkan di dalam dua buah tangki penampung limbah resin ( KBK 01). Setelah 6 bulan ditampung dalam tangki limbah resin, dan tingkat aktivitas resin tersebut meluruh ke tingkat yang lebih rendah, kemudian limbah resin dapat dialirkan/dibilas dari tangki penampung ke tangki pengangkut untuk pemindahan ke PTLR guna pengelolaan lebih lanjut. Semua komponen dan pipa penghubung dari sistem pembilas dan penampung limbah resin terletak di level - 6,5 m gedung reaktor. Sistem dioperasikan dan dipantau dari panel lokal yang terletak di level -6,5 m. Pipa saluran pengangkut resin terpasang di dalam jalur yang dilindungi dengan perisai radiasi dan tangki penampung limbah resin terletak di belakang dinding perisai. Limbah resin ditangani dengan cara pembilasan menggunakan air di dalam rangkaian pipa tertutup yang menghubungkan mixed bed filter ke tangki penampung limbah resin. Resin dialirkan dengan campuran air-resin melalui saluran pipa. Dengan menggunakan pompa pembilas, resin dapat dipindahkan dari sistem pemurnian ke dalam tangki penampung limbah resin atau dipindahkan dari tangki penampung limbah resin ke dalam tangki pengangkut untuk dipindahkan ke PTLR. Selama pemindahan resin berlangsung, laju aliran sistem sekitar 20 m 3 /jam. Setelah pemindahan resin selesai, saluran pipa dibilas dengan laju aliran yang lebih tinggi guna membuang bekas/jejak resin yang tersisa. Tangki pengangkut resin bekas diturunkan ke level -6,5 m melalui pintu material dan digeser ke ujung depan ruangan dimana tangki penampung limbah resin berada di dalamnya. Tangki pengangkut dihubungkan ke dalam sistem menggunakan pipa air yang dilengkapi sight glass. Gelas pemantau (sight glass) terletak pada saluran resin untuk pemantauan secara visual pemindahan resin dari mixed bed filters ke dalam tangki penampung limbah resin. Sight glass akan diamati dengan bantuan cermin karena persyaratan proteksi radiasi. Lalu lintas di sekitar tangki pengangkut ditutup selama resin dialirkan ke dalam tangki pengangkut. METODE PE ELITIA Penyiapan cuplikan: - Cuplikan diambil dari tangki penampung limbah resin penukar ion sebelum dikirim ke PTLR. - Diambil 2 cuplikan yang berbeda waktu dan tempat pengambilannya. - Cuplikan pertama dengan berat 43,6 gram sedangkan cuplikan kedua 50,45 gram. Pencacahan - Pencacahan dilakukan dengan menggunakan perangkat spektrometer sinar gamma yang terdiri dari detector HPGe Close-end coaxial dengan resolosi 1,9 kev pada E= 1332,50 unsur Co-60 digabung dengan software Gamma Trac yang telah dikalibrasi sebelumnya. - Waktu yang dipergunakan untuk pencacahan cuplikan pertama 3jam dan pencacahan cuplikan kedua 12 jam. HASIL DA PEMBAHASA Hasil pencacahan limbah resin yang diambil dari tangki penampungan sebelum dikirim ke PTLR dapat ditunjukan pada Gambar 1. 64
700 650 600 550 Cuplikan 1 Cuplikan 2 500 AKTIVITAS (Bq/gr) 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Mn-54 Co-60 Zn-65 Sb-124 Cs-137 NUKLIDA Gambar 1. Aktivitas radionuklida yang terdeteksi pada limbah resin penukar ion yang berasal dari sistem pemurnian air pendingin primer RSG-GAS Dari Gambar 1 dapat terlihat bahwa radionuklida yang terdeteksi adalah Co-60, Cs-137, Mn-54, Zn-65, dan Sb-124 yang mana masing-masing mempunyai waktu paro : 5,27 tahun; 30,1 tahun; 312 hari; 244 hari; dan 60,2 hari. Radionuklida tersebut merupakan radionuklida dengan waktu paro panjang dan menengah sedangkan radionuklida dengan waktu paro pendek tak terdeteksi. Hal ini disebabkan karena dalam pengelolaan limbah resin penukar ion sistem pemurnian, karena tingkat aktivitasnya maka limbah resin tidak langsung dikirim untuk dilakukan pengelolaan lebih lanjut tetapi terlebih dahulu limbah resin tersebut dikumpulkan di dalam tangki penampung limbah resin (KBK 01). Setelah 6 bulan ditampung dalam tangki penampung limbah resin dimana tingkat aktivitas limbah resin tersebut meluruh ke tingkat yang lebih rendah, kemudian limbah resin tersebut dialirkan dari tangki penampung ke tangki pengangkut untuk pemindahan ke PTPLR guna pengelolaan lebih lanjut. Oleh karena itu radionuklida dengan waktu paro panjang dan menengah terdekteksi, sedangkan radionuklida dengan waktu paro pendek tidak terdeteksi. Dan dari Gambar 1 terlihat bahwa aktivitas radionuklida yang terdeteksi pada limbah resin penukar ion yang berasal dari sistem pemurnian air pendingin primer antara cuplikan 1 dan cuplikan 2 berbeda. Dalam hal ini cuplikan 1 mempunyai aktivitas lebih besar dibanding cuplikan 2. Hal ini disebabkan karena dalam tangki penampungan limbah resin (KBK 01) berisi limbah resin yang berasal dari ketiga sistem pemurnian RSG-GAS sedangkan penggantian resin penukar ion pada sistem pemurnian tersebut tidak selalu dalam waktu yang bersamaan. Sehingga radionuklida aktivitasnya berbeda. Radionuklida Mn-54, Co-60, Zn-65 dan Sb-124 merupakan nuklida yang terbentuk dari aktivasi unsur-unsur pengotor dari sistem peralatan sedangkan radionuklida Cs-137 merupakan produk fisi, nuklida tersebut terbentuk dari pengotor yang terkandung dalam air. Pada proses pemurnian air, resin penukar ion berfungsi untuk mengambil pengotor air dengan cara pertukaran ion yang bermuatan sama menurut reaksi berikut: RH + + Y + RY + H + (resin penukar kation) (kation dlm air) ROH - + X - RX + OH - (resin penukar anion) (anion dlm air) Dengan bertambahnya waktu penggunaan resin penukar ion, lama kelamaan resin penukar ion tersebut tidak mampu lagi mempertukarkan ionnya dalam hal ini dikatakan bahwa resin tersebut telah jenuh sehingga perlu diganti. Oleh karena itu 65
salah satu indikasi penggantian resin penukar ion pada sistem pemurnian air pendingin primer RSG-GAS adalah konduktivitas air. Konduktivitas merupakan ukuran kemampuan larutan untuk menghantarkan arus listrik, sehingga dengan mengetahui besaran konduktivitas akan diperoleh gambaran/perkiraan kadar ion-ion, (pengotor) yang terlarut dalan air pendingin. Pada saat resin penukar ion menjelang jenuh, konduktivitas air pendingin primer mengalami kenaikan. Konduktivitas air pendingin primer diketahui dengan cara pengambilan cuplikan air yang diambil dari tempat pengambilan cuplikan untuk dilakukan pengukuran. Disamping itu sebagai indikasi penggantian resin penukar ion pada sistem pemurnian air pendingin primer RSG-GAS adalah perbedaan tekanan sebelum dan sesudah melewati resin penukar ion. Dengan tertangkapnya nuklida nuklida (pengotor air) oleh resin penukar ion, maka tekanan akan mengalami kenaikan. Untuk mengetahui besaran harga beda tekanan pada sisitem pendingin primer pada masingmasing sistem pemurnian dipasang instrumentasi pengukuran beda tekanan air kolam. dimana semua hasil pengukuran ditampilkan di RKU ( Ruang Kendali Utama). Dengan jenuhnya resin penukar ion pada sistem pemurnian air pendingin primer maka resin penukar tidak mampu lagi mengambil pengotor air sehingga kualitas air pendingin primer mengalami penurunan yang dapat menyebabkan kenaikan radioaktivitas. Oleh karena itu indikasi penggantian resin penukar ion pada sistem pemurnian air pendingin primer RSG-GAS selain konduktivitas air dan perbedaan tekanan sebelum dan sesudah melewati resin penukar ion, ditentukan juga oleh radioaktivitas. Untuk mengetahui besaran radioaktivitas pada sisitem pendingin primer pada masing-masing sistem pemurnian dipasang instrumentasi pengukuran radioaktivitas air kolam, dimana semua hasil pengukuran ditampilkan di RKU. KESIMPULA Dari pembahasan dapat disimpulkan bahwa nuklida pengotor air pendingin primer dengan waktu paro panjang dan menengah yang teridentifikasi pada limbah resin penukar ion yang berasal dari sistem pemurnian air pendingin primer RSG-GAS. Nuklida yang teridentifikasi adalah : Co-60, Cs-137, Mn-54, Zn-65 dan Sb-124 DAFTAR PUSTAKA 1. ANONIMOUS, Safety Analysis Report (SAR),BATAN, MPR-30, Rev.8, Vol.2,1998. 2. A.S.GOKHLE,P.K, MATHOR and K.S.VENKATESWARHU,Ion Exchange Resin for Water Purification, Properties and Characteristion, Water Chemistry Devision, Bhabha Atomic Research Centre, Bombay, India,1987. 3. DIYAH ERLINA LESTARI, Kimia Air, Diktat Penyegaran Operator dan Supervisor Reaktor, PRSG, September, 2007. 4. ISMONO, Zat Penukar Ion dan Reaksi Pertukaran Ion dalam Analisis Kimia, Catatan Kuliah, jurusan Kimia, FMIPA, ITB,1988 5. SUDIYONO, UNGGUL HARTOYO, Evaluasi Penanganan Limbah di RSG- GAS, REAKTOR, Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir, Vol.III,No.2,Oktober 2006 66