PRARANCANGAN SISTEM LOADING DAN UNLOADING PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH LIMBAH RADIOAKTIF Husen Zamroni, R. Sumarbagiono, Subiarto, Wasito Pusat Teknologi Limbah Radioaktif ABSTRAK PRARANCANGAN SISTEM LOADING DAN UNLOADING PADA KOLOM PENUKAR ION PENGOLAH LIMBAH RADIOAKTIF. Pra rancangan sistem loading dan unloading telah dibuat yang meliputi sistem penampungan, pemipaan, mekanikal maupun elektrikal. Sistem untuk memasukkan dan mengeluarkan penukar ion menggunakan pompa atau udara tekan. Penukar ion yang sudah jenuh dikeluarkan dari dalam kolom dan disimpan dalam tangki penampung yang sudah diberi shielding sebelum di bawa ke tempat penyimpanan. Penggunaan pompa dan udara tekan pada pra 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 pra rancangan ini menggunakan bahan stainlees steel yang mempunyai ketahanan korosi tinggi. ABSTRACT PREDESIGN OF LOADING AND UNLOADING SYSTEM ON RADIOACTIVE WASTE TREATMENT ION EXCHANGE COLUMN. Predesign had been done it comprises tank, pipe mechanical and electrical system. System for ion exchange loading and unloading used pump and compressed air. The spent ion exchanger was brought out from column and was storaged in shielded tank before was brought to the storage place. The using of pump and compressed in the predesign were controlled automatically to avoid the worker from radiation exposure from radioactive elements. The material used in this predesign system is high corrosion resistance stainless steel PENDAHULUAN 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 [1]. Penggunaan penukar ion biasanya dimasukkan ke dalam paket kolom untuk mempermudah proses aliran cairan 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 campuran kation dan anion jadi satu. Operasi kolom biasanya dilakukan proses semi kontinyu[2]. Proses pertukaran ion dalam kolom
menyebabkan penukar ion akan mencapai 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 cukup tinggi [3]. METODE Rangkaian kolom dirancang dalam satu ruangan yang disangga dengan bahan besi untuk menopang agar sistem kolom berdiri dengan kuat. Bahan kolom penukar ion terbuat dari stainlees steel dengan diameter dan tinggi tertentu yang sudah dilengkapi sistem pemipaan (Gambar 1). Proses 1 arah aliran limbah radioaktif dari penampungan ke dalam kolom penukar ion, di dalam kolom akan terjadi pertukaran antara ion dengn radionuklida, sehingga radionuklida bisa tertangkap dalam kolom penukar ion. Proses 2 pompa mengalirkan bahan kimia basa ke dalam kolom anion jika proses regenerasi dilakukan. Proses 3 pompa mengalirkan bahan kimia asam ke dalam kolom kation jika proses regenerasi dilakukan. Proses 4 pemasukan penukar kation/anion ke dalam kolom menggunakan pompa atau udara tekan. Proses 5 proses pengeluaran penukar ion dari dalam kolom menggunakan pompa atau udara tekan ke dalam tangki penampung. HASIL DAN PEMBAHASAN Prarancangan kolom penukar ion ini digunakan untuk pengolahan limbah radioaktif cair dengan kapsitas 330 ml/menit. Tangki penampung resin kation dan anion, tangki ini berisi resin mengandung air agar mudah dipompa ke dalam kolom penukar ion. Tangki yang digunakan terbuat dari stainless steel 304L. Tangki yang digunakan dapat menampung resin dalam waktu tertentu untuk keperluan selama 3 bulan. Tangki asam, tangki ini digunakan untuk menampung bahan yang bersifat asam untuk regenerasi resin kation jika proses ini dilakukan proses regenerasi. Asam yang mengandung ion H + merupakan bahan regenerasi yang bersifat sangat korosif maka diperlukan bahan penampung yang tahan korosif seperti bahan dari stainless steel. Tangki basa, tangki ini digunakan untuk menampung bahan yang bersifat basa untuk regenerasi resin anion jika proses ini dilakukan proses regenerasi. Bahan yang digunakan untuk menampung basa ini bahan stainless steel 256
Tangki limbah radioaktif, 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 dibari shielding dari yang diletakkan dalam ruangan yang di rancang dapat menampung limbah yang tumpah jika penampungnya pecah. Tangki ini karena menampung limbah r.a maka untuk mengurangi paparan harus di beri shielding dari timbal (Pb), sehingga pekerja yang bekerja di daerah tersebut tidak menerima paparan melebihi dosis. Tangki resin bekas, tangki ini terbuat dari stainlees steel 304L di tempatkan dalam ruangan kusus yang mudah didekontaminasi dan tahan korosi. Tangki ini digunakan untuk menampung resin yang sudah jenuh dengan bahan radioaktif dari dalam kolom penukar ion. Tangki ini perlu di beri shielding dari bahan timbal (Pb) sehingga paparan yang diterima pekerja kecil tidak melampaui batas yang diijinkan.tangki ini di rancang dapat menampung resin bekas selama operasi 3 bulan. Tangki hasil olahan, tangki ini di rancang 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, pra rancangan ini banyak menggunakan valve dari stainlees 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 bagian, 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 05 inchi. Kolom Penukar Ion, kolom dibuat dengan bahan stainlees steel 304L dibuat bagian atasnya bisa dibuka tutup dengan sistem sekrup bagian atas sehingga memudahkan buka dan tutup (Gambar 2). Bagian samping kiri dan kanan atas ada dua lubang satu untuk input limbah radioaktif ke dalam kolom penukar ion satunya lagi untuk memasukan resin. Bagian bawah ada lubang untuk mengeluarkan resin resin yang sudah jenuh. (Gambar 1). Teknik pembuatan, pengelasan, spsifikasi dan memenuhi standar testing (Tabel 2). -pompa yang digunakan terbuat dari bahan carbon steel yang dapat diatur kecepatan alirnya sesuai yang dikehendaki. yang digunakan berkecepatan alir dari 100 ml/menit sampai 5 liter/menit. 257
Penukar ion yang digunakan jenis kation dan anion (Tabel 1). Tabel 1. Kondisi operasi kolom penukar ion [3] Media Inorganik Butiran Resin Powder Resin Organik Organik Ukuran Partikel 0.25 3 mm 0.5 2 mm 5 150 µm Berat jenis Partikel 0.5 1.8 kg/l 0.6 0.8 kg/l 1.1 1.2 kg/l Kandungsn air 40 80% 40 60% 50 80% Tipe Penukar ion Anion atau kationanion atau kation Anion atau kation PH 1 13 1 14 1 14 Faktor Dekontaminasi 100 1000 10 1000 10 1000 1 2 3 Limbah RA 4 4 5 5 Tangki Basa1i Kolom Kation Kolom Anion Tangki Asam Hasil Olahan Resin Resin Resin jenuh Resin Kation Resin anion Gambar 1. Diagram aliran proses penukar ion KESIMPULAN Pra rancangan sistem loading dan unloading penukar ion memerlukan bahan satinless steel yang tahan korosi. Sistem pemasukan dan pengeluaran resin ke dalam kolom dan dari kolom dapat menggunakan pompa atau udara tekan dengan cara control agar paparan tidak mengenai pekerja radiasi. 258
DAFTAR PUSTAKA 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 No.408, IAEA Vienna, 2002 4. DONALD PECNER, I.M BERNSTEIN, Handbook of Stainless Steel, McGraw- Hill 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 259
Gambar 2. Pandangan atas kolom Tabel 2. Spesifikasi bahan instalasi kolom Peralatan Design and Fabrikasi Material Penampung, atmospheric or 0-15 psig(steel) Pipa dan Kran Ion Exchangers API 620(0-15 psig) Pengelasan, Kualifikasi Dan Prosedur ASME Code ASME Code Inspeksi Dan Testing API 620 API 650(atmospheric), II IX (0-15 psig) or ASME Code III API620 Class 3 (atmospheric) or ASME Code III, Class 3 Manufacturer=s 1) ASME Code ASME Code Hydraulic standard II IX Institute ASME B31.1 ASME Code ASME Code ASME B31.1 II IX ASME Code VIII, ASME Code ASME Code ASME Code Div. 1 II IX VIII, Div.1 Filter ASME Code VIII, ASME Code ASME Code ASME Code Div. 1 II IX VIII, Div.1 260
Gambar 3. Model kolom penukar ion 261