Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852-2979 RANCANGAN SISTEM LOADING DAN UNLOADING PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF Husen Zamroni, R. Sumarbagiono Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN ABSTRAK RANCANGAN SISTEM LOADING DAN UNLOADING PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH L1MBAH RADIOAKT/F. Rancangan sistem loading dan unloading telah dibuat yang meliputi sistem penampungan, pemipaan, mekanikal maupun elektrikal. Sistem untuk memasukkan dan mengeluarkan penukar ion menggunakan pompa. Penukar ion yang sudah jenuh dikeluarkan dari dalam kolom dan disimpan dalam tangki penampung yang sudah diberi shielding sebelum di bawa ke tempat penyimpanan. Rancangan menggunakan stainless steel ukuran panjang 120 cm, diameter 15,25 cm (6"), untuk loading dan unloading menggunakan ukuran diameter 5 cm (2"). Penggunaan pompa pada rancangan ini di kontrol secara otomatis untuk menghindari paparan radiasi pekerja dari penukar ion yang sudah jenuh dengan unsur radioaktif. Bahan yang digunakan untuk sistem rancangan ini menggunakan bahan stainlees steel yang mempunyai ketahanan korosi tinggi. ABSTRACT DESIGN OF LOADING AND UNLOADING SYSTEM ON RADIOACTIVE WASTE TREATMENT ION EXCHANGE COLUMN. design had been done it comprises tank, pipe mechanical and electrical system. System for ion exchange loading and unloading used pump. The spent ion exchanger was brought out from column and was storaged in shielded tank before was brought to the storage place. Design use stainless stell aith size 120 cm length, 15,25 cm (6") diameter and loading unloading use 5 cm (2") diameter. The using of pump in the design were controlled automatically to avoid the worker from radiation exposure from radioactive elements. The material used in this design system is high corrosion resistance stainless steel PENDAHULUAN Penggunaan kolom penukar ion dalam suatu instalasi nuklir sudah banyak digunakan baik yang sifatnya sebagai pendukung maupun sebagai fasilitas utama penyerapan ion radioaktif. Penggunaan resin dalam kolom penukar ion untuk pengolahan air pendingin primer maupun air pendingin sekunder merupakan komponen yang sangat penting karena kebanyakan unsur radioaktif dalam kedua pendingin tersebut dam bentuk ion. Oemikian juga Limbah radioaktif cair yang ditimbulkan dari instalasi nuklir perlu dilakukan pengolahan supaya aman dan terjadi reduksi volume. Pengolahan limbah radioaktif cair dapat dilakukan dengan evaporasi, pengolahan kimia dan penukar ion. Penggunaan penukar ion pada pembangkit listrik tenaga nuklir antara lain : pemurnian air pendingin primer, pengolahan pembuangan primer, pengolahan air kolam pendingin bahan bakar, pemurnian recycling asam borat dan pengolahan limbah radioaktif [3]. 249
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tallllll 2006 ISSN 0852-2979 Penggunaan penukar ion biasanya dimasukkan ke dalam paket kolom untuk mempermudah proses aliran eairan ke dalamnya. Kolom penukar ion yang digunakan bisa diisi dengan berbagai variasi ukuran dan material sesuai dengan syarat yang ditetapkan. Konfigurasi kolom dapat terdiri dari bed tunggal (kolom kation dengan anion terpisah) atau sistem eampuran kation dan anion jadi satu. Operasi kolom biasanya dilakukan proses semi kontinyu[3j Proses pertukaran ion dalam kolom menyebabkan penukar ion akan meneapai jenuh. Penukar ion yang sudah jenuh harus dilakukan penggantian karena kemampuan sudah sangat menurun. Proses pengeluaran dari dalam kolom ke dalam tangki penampung harus hati-hati agar tidak membahayakan pekerja karena paparan yang eukup tinggi [1]. METODE Rangkaian kolom diraneang dalam satu ruangan yang disangga dengan bahan besi untuk menopang agar sistem kolom berdiri dengan kuat. Bahan kolom penukar ion terbuat dari stain lees steel dengan diameter dan tinggi tertentu yang sudah dilengkapi sistem pemipaan (Gambar 1 ). Proses loading resin dilakukan dengan membuka resin loading window yang diperkuat dengan 8 (delapan) sekrup satu persatu sehingga penutupnya terbuka. Rangkaian alat untuk memasukkan resin (Gambar 3) dihubungkan dengan bagian resin window loading. Apabila kedua alat sudah terhubung dengan rapat resin seabanyak 10 liter yang sudah dieampur dengan sedikit air di pompa dengan pompa resin dari penampung resin ke dalam kolom. Setelah semua resin masuk ke dalam kolom, rangkaian alat dipisahkan dari resin window loading. Selanjutnya resin window loading ditutup dengan rapat dengan memperkuat ke delapan sekrup. Proses unloading dilakukan jika resin dalam kolom sudah jenuh. Setelah proses dihentikan maka untuk melakukan unloading dilakukan dengan membuka delapan sekrup yang ada pada bagian resin window unloading. Rangkaian alat (gambar 4) dihubungkan bagian depannya dengan resin window unloading dengan menggunakan sekrup. Apabila rangkaian sudah terhubung dengan kuat sehingga tidak ada keboeoran pompa dioperasikan untuk proses unloading resin ke dalam tangki penampung resin bekas. HASIL DAN PEMBAHASAN Kolom penukar ion diraneang dengan bahan stailess stell dengan ukuran panjang 120 em, diameter kolom 15.25 em (6"). Bagian atas kolom di las keluar untuk lubang sekrup dengan lebar 2,5 em. Bagian untuk menghubungkan antara kolom dengan penutup bagian atas ini di buat lubang sekrup sebanyak 8 buah 250
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Talnlll 2006 ISSN 0852-2979 dengan ukuran sekrup 12 (Gambar 2 Tampak Atas). Bagian tutup atas dibuat dengan tinggi 5 em berbentuk melengkung yang dihubungkan dengan kolom utama dengan menggunakan sekrup. Resin window loading dibuat dengan ukuran 5 em (2") posisi 10 em dari permukaan atas kolom. Penutupnya dibuat dengan bahan plat yang sudah dilubangi untuk sekrup sebanyak 8 buah ukuran 8 (Gambar 2 Tampak Samping). Resin window unloading dibuat dengan ukuran 5 em (2") posisi 7 em dari bagian bawah kolom. Penutupnya dibuat dengan bahan plat yang sudah dilubangi untuk sekrup sebanyak 8 buah ukuran 8 (Gambar 2 Tampak Samping). Pompa-pompa yang digunakan terbuat dari bahan carbon steel yang dapat diatur keeepatan alirnya sesuai yang dikehendaki. Pompa yang digunakan berkeeepatan alir dari 100 ml/menit sampai 5 liter/menit (Gambar 1). Tangki limbah radioaktif berbentuk silinder volume 1 m3 dengan ukuran tinggi 0,75 m dan diameter 0.50 m, tangki ini digunakan untuk menampung limbah radioaktif sebelum di umpankan ke dalam kolom penukar ion. Tangki ini terbuat dari stainless steel 304L yang tahan korosif dan diberi shielding dari yang diletakkan dalam ruangan yang di raneang dapat menampung limbah yang tumpah jika penampungnya peeah (Gambar 1). Tangki limbah radioaktif berbentuk silinder volume 1 m3 dengan ukuran tinggi 0,75 m dan diameter 0.50 m, tangki ini digunakan untuk menampung effluent (Iimbah radioaktif sesudah melalui resin). Tangki ini terbuat dari stainless steel 304L yang tahan korosif dan diberi shielding dari yang diletakkan dalam ruangan yang di raneang dapat menampung limbah yang tumpah jika penampungnya pecah (Gambar 1). Tangki hasil olahan, tangki ini di raneang dari stainless steel 304L ini berisi cairan dari limbah yang sudah dilewatkan kolom penukar ion. Tangki ini digunakan untuk menampung hanya sementara waktu, jika aktivitasnya tidak melebihi batas ambang maka dapat dibuang ke lingkungan. Valve, rancangan ini banyak menggunakan valve dari stain lees steel dengan ukuran yang sesuai dengan pipa yang digunakan. Valve yang digunakan tipe gate valve yang dapat dengan mudah di buka dan ditutup. Pipa, pipa di bagi beberapa bag ian, bagian yang non radioaktif dan non korosif terutama pipa-pipa yang menghubungkan penampung resin dengan kolom penukar ion dapat menggunakan pipa stainlees steel 304L, pipa yang digunakan berdiameter 1 inehi. 251
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852-2979 Penahan resin agar tidak keluar dari kolom digunakan bahan stainless stell berbentuk plat lingkaran yang dilubangi berbentuk lingkaran dengan diameter 0,25 mm. Teknik Pembuatan lubang dibuat melingkar dengan jarak yang sama dengan sudut 15 derajat. Resin penukar ion yang digunakan dari jenis kation maupun anion dari merk Dowex (Tabel 1). Resin yang telah jenuh di keluarkan dari kolom dengan sistem pemompaan (Gambar 4). Tabel 1. Kondisi operasi I kolom penukar ion [3] Media Inorganik I Butiran Resin 0.25-3 mm Organik 0.5-2 mm 0.5-1.8 kg/l 0.6-0.8 kg/l 0-80% 0-60% Ukuran Partikel Berat jenis Partikel Kandungan air ipe Penukar ion PH Faktor Dekontaminasi nion atau kation 1-13 1-14 100-1000 10-1000 nion atau kation Powder Resin Organik 5-150 \-1m 1.1-1.2 kg/l 50-80%, nion atau kation 1-14 10-1000 Diall1t:ltlf 0,42 m WI\STE TANK VOL 1 MJ E d FEED PUMP EFFLUENT TANK VOL 1 M3 064 m Gambar 1. Rancangannkolom penukar ion 252
HasH Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852-2979 5 '" E " '-' '" Schedule 10 SS304 pipe 0.5" Pressure Control Valve E '-' on Resin Loading 2" Schedule' 0 SS304 pipe 6" Schedule 10 SS304 pipe E '-' on Resin Unloading 5 ~ TAMPAK DEPAN TAMPAK SAMPING 7cm TAMPAK ATAS Tabel 2. Rancangan profil kolom ~r.j.~ u ".' Valve -(i- ~< ~ Pressure Control rr:-. - &! IIJ Resin Loading Resin Loading Pump Resin Unloading Resin Tank Vol. 35L Gambar 3. Rancangan loading resin 253
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852-2979 Pressure ~- Valve Control Resin Loading Resin Unloading _1...... 1. Resin Unloading Pump Spent Resin Tank Vol. 1 m3 Gambar 4. Rancangan unloading resin Tabel 2. Bahan dan fabrikasi Peralatan IDesign and Fabrikasil Material I Inspeksi Dan Testing Penampung, atmospheric or I 0-15 psig(steel) Pompa PI 620(0-15 psig) PI 650(atmospheric),ISec. II,orASME Code Sec. III Class 3 Manufacturer=s PI 620 (0-15 psig) PI620 (atmospheric) r ASME Code Sec. III, Class 3 Hydraulic Pipa dan Kran Ion Exchangers Filter SME Code Div.1 Sec. II Sec. VIII, Div.1 254
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852-2979 KESIMPULAN Rancangan sistem loading dan unloading penukar ion memerlukan bahan stainless steel yang tahan korosi. Sistem pemasukan dan pengeluaran resin ke dalam kolom dan dari kolom menggunakan pompa dengan cara control agar paparan yang diakibatkan oleh radionuklida yang tertangkap dalam resin tidak mengenai pekerja. DAFT AR PUST AKA DAN LAMPIRAN 1. IAEA, Techniques and Practices for Pretreatment of Low and Intermediate Level Solid and Liquid Radioactive Waste, Technical Report Series No. 370, IAEA, Vienna 1994 2. IAEA, Chemical Precipitation Processes for the Treatment of Aqeous Radioactive Waste, Technical Report Series NO.337, IAEA Vienna, 1992 3. IAEA, Application of Ion Exchange Processes for the Treatment of Radioactive Waste and Management of Spent Ion Exchangers, Technical Report Series NoA08, IAEA Vienna, 2002 4. DONALD PECNER, I.M BERNSTEIN, Handbook of Stainless Steel, McGraw-Hili Book Company, New York1977 5. AISYAH, "Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Ketahanan Korosi Baja Aisi 304L Sebagai Bahan Wadah Nuklir", Prosiding pertemuan dan presentasi ilmiah Tenoligi pengolahan limbah I, Serpong 10-11 Desember 1977 255