Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VI

Pusat Teknologi Limbah RadioaktifBATANPI/sat Penelitianllmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

ISSN 1410-6086

ANALISIS L1MBAH RES(N PENUKAR (ONSISTEM PEMURNIAN AIR PENDrNGIN PRIMER RSG-GAS*

Diyah Erlina Lestari, Sunarko,Setyo Budi UtomoPusat Reaktor Serba Guna-SA TAN

ABSTRAK

ANALISIS LlMBAH RESIN PENUKAR ION SISTEM PEMURNIAN AIR PENDING IN

PRIMER RSG-GAS. Resin penukar ion pada Sistem Pemurnian Air Pendingin Primer berfungsi untukmengambit pengotor air pendingin primer guna menjaga kualitas air pendingin primer pada tingkat yangditentukan. Untuk mengetahui pengotor air yang tertangkap oleh resin penukar ion, telah ditakukan analisisIimbah resin penukar ion yang berasal dari sistem pemurnian air pendingin primer. Analisis ditakukan denganmengambit cuplikan limbah resin penukar ion yang akan dikirim ke Pusat Teknologi Limbah Radioaktif(PTLR), kemudian dilakukan pencacahan dcngan spektrometer gamma dengan detector HPGe. Hasitpencacahan menunjukan nuklida yang teridentifikasi adalah Co-60, Cs-137, Mn-54, 2n-65 dan Sb-124merupakan pengotor air pendingin primer dengan waktu paro panjang dan menegah .

Kata kunci : Iimbah, resin penukar ion

ABSTRA CT

ANALYSIS OF ION EXCHANGE RESIN WASTE OF RSG-GAS PRIMARY COOLING WATER

PURIFICATION SYSTEM. The ion exchange resin afthe primary cooling water purification system servesto remove primary cooling water impurities to keep primary cooling water quality at the specified level. Toidentify the water impurities caught by ion exchange resin, it has been performed analysis of waste ionexchange resin coming from the primary cooling water purification system. Analysis was performed by takingwaste 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 identifiednuclides were: Co-60, Cs-137, Mn-54, 2n-65 and Sb-124, which were long and medium halflived primarycooling water impurities.

Key words: waste, ion exchange resin

PENDAHULUAN

Sistem Pemurnian Air PendinginPrimer adalah suatu sistem yang berfungsi

untuk menghilangkan hasil aktivasi dan

kotoran mekanik air pendingin primer dan

menjaga kualitas air pendingin primer pad a

tingkat yang ditentukan.

Proses pemurnian air pada sistem

pemurnian air pending in primer dilakukandengan cara melewatkan air pendingin

primer melalui filter resin penukar ion. Jenis

resin penukar ion yang digunakan pad a filter

penukar ion sistem pemurnian air primermerupakan 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 (KSK 01) untukdiluruhkan selama 6 bulan, kemudian

dipindahkan ke tangki angkut untuk dibawake 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 terhadaplimbah resin terse but. 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 Tekll%gi Pellge/o/aan !.ill/bah /

62

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VIPusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATANPusat Penelitian Ilmll Pengetahllan dan Teknologi-RISTEK

ISSN 1410-6086

kandungan radionuklida pada limbah resinakan diketahui pengotor air pendinginprimer yang tertangkap atau diambil olehresin penukar ion.

TEORI

Air pendingin primer reaktor berfungsisebagai media pembawa panas yang yangtimbul sebagai akibat reaksi fisi di terasreactor. Panas yang terbentuk pada sistempendingin primer dipindahkan ke sistempendingin sekunder melalui alat penukarpanas dan akhimya dibuang ke atmosfermelalui menara pendingin. Sebagai mediapemindah panas pada sistem pendinginprimer RSG-GAS, digunakan air bebasmineral dengan kualitas tertentu. Untukmenjaga kualitas air pendingin primer padatingkat yang diizinkan maka pada sistempendingin primer RSG-GAS dilengkapidengan tiga sistem pemumian. Sistempemumian ini dimaksudkan untukmemumikan air pendingin primer. Oidalam proses pemurniannya, sistem inimenggunakan filter resin penukar ion yangmerupakan campuran dari resin penukaranion dan kation yang berkualitas nuklir(nuclrear grade) dalam bentuk OH- dan H+.Sistem pemurnian pada sistem pendinginprimer RSG-GAS. terdiri dari:

I. Sistem pemumian air kolam (KBE 01)2. Sistem pemurnian dan penyedia lapisan

air hangat ( KBE 02)3. Sistem pemumian air kolam penyimpan

bahan bakar bekas (FAK 01)

1. Sistem Pemurnian Air Kolam (KBE 01)

Sistem ini berfungsi untuk menjagakualitas air pendingin serta menekan tingkatpaparan radiasi di mang Balai Operasi(Operation Hall), dengan caramenghilangkan bahan yang teraktivasi dankotoran mekanik yang terlarut maupun tidakterlarut di dalam air pending in primer.

Oalam proses pemurniannya, sistem inimenggunakan filter penukar ion yang berupamix-bed filter berisi 1500 liter, campuranresin penukar anion dan kation yangberkualitas nuklir (nuclear grade) dalambentuk OH- dan H+. Tingkat kejenuhan resinpenukar ion pada sistem pemumian airkolam (KBE 01), tersebut ditandai denganadanya perbedaan tekanan antara sebelumdan sesudah filter sebesar > 1,5 bar,radioaktivitas sebesar > 0, I Ci/m3dan

63

konduktivitas air keluaran filter penukar ion> 8 IlS/cm. Apabila salah satu atau lebihparameter kondisi filter penukar ionmencapai harga yang ditentukan, maka.filter penukar ion (resin) hams digantidengan resin baru.

2. Sistem Pemurnian Lapisan Air Hangat(KBE 02).

Sistem ini berfungsi untuk untukmembersihkan air dari senyawa yang sudahteraktivasi serta kotoran mekanik, baik ituterlarut maupun tidak terlarut dan menjagakualitas air pendingin pada tingkat yangditentukan. Sistem ini dilengkapi denganpemanas untuk menyediakan lapisan airhangat sedalam kurang lebih 1,5 m padapermukaan kolam dimana temperatumyaberkisar antara 8 - 10°C lebih tinggidibandingkan air dibagian bawahnya.

Oalam proses pemurniannya, sistem inimenggunakan filter penukar ion yang berupamix-bedfilter berisi 400 liter campuran resinpenukar anion dan kation yang berkualitasnuklir (nuclrear grade), dalam bentuk anionOH' dan kation H+ resin Lewatit.

Kejenuhan mix-bed filter diindikasikan olehadanya perbedaan tekanan pada sebelum dansesudah resin sebesar > 1,5 bar,radioaktivitas sebesar > 5x 10.2 Ci/m3 untukaliran masuk dan > 10.3 Ci/m3 untuk aliranbalik dan konduktivitas air keluaran filter

penukar ion> 8IlS/cm. Apabila salah satuatau lebih parameter kondisi filter penukarion mencapai harga yang ditentukan, makafilter penukar ion (resin) harus digantidengan resin baru.

3. Sistem Pemurnian Kolam Bahan Bakar

Bekas (FAK 01)

Sistem ini berfungsi untukmembersihkan air dari senyawa yang sudahteraktivasi serta kotoran mekanik, baik ituterlarut maupun tidak terlarut, di dalam airkolam penyimpan bahan bakar bekassehingga kualitas air kolam penyimpanselalu berada pada harga spesifikasi kualitasair kolam reaktor. Selain itu, FAK 01 jugaberfungsi sebagai pengambil panaspeluruhan dari elemen bakar bekas di kolampenyimpan.

Oalam proses pemurniannya, sistem inimenggunakan filter penukar ion yang berupamix-bed filter berisi 700 liter campuran resinpenukar anion dan kation yang berkualitasnuklir (nuclrear grade) dalam bentuk anion

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VIPusat Teknologi Limbah Radioak1if-BATANPusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

ISSN 1410-6086

OH- dan kation H+ resin Lewatit.

Kejenuhan mix-bed filter diindikasikan olehadanya perbedaan tekanan pada sebelum dansesudah resin sebesar > 1,5 bar,radioaktivitas sebesar > \0,3 Ci/m3,

konduktivitas air keluaran filter penukar ion> 8/lS/cm. Apabila salah satu atau lebihparameter kondisi filter penukar ionmencapai harga yang ditentukan, maka.filter penukar ion (resin) harus digantidengan resin baru .

Pengelolaan Limbah Resin Penukar IonSistem Pemurnian Air Pendingin PrimerRSG-GAS

Limbah resin penukar ion yangdihasilkan RSG-GAS digolongkan sebagaiIimbah semi cair . Limbah resin ini berasal

dari sistem pemumian air kolam (KBE 01),sistem pemumian lapisan air hangat ( KBE02) dan sistem pemumian air kolampenyimpan bahan bakar bekas (FAK 01).Aktivitas Iimbah resin penukar ion cukupbesar maka pengeluaran limbah resin darisistem pemumian dengan menggunakansistem pembilas rangkaian tertutup dandikumpulkan di dalam dua buah tangkipenampung Iimbah resin (KBK 01). Setelah6 bulan ditampung dalam tangki limbahresin , dan tingkat aktivitas resin tersebutmeluruh ke tingkat yang lebih rendah,kemudian limbah resin dapatdialirkanldibilas dari tangki penampung ketangki pengangkut untuk pemindahan kePTLR guna pengelolaan lebih lanjut.

Semua komponen dan plpapenghubung dari sistem pembilas danpenampung limbah resin terletak di level ­6,5 m gedung reaktor. Sistem dioperasikandan dipantau dari panel lokal yang terletakdi level -6,5 m. Pipa saluran pengangkutresin terpasang di dalam jalur yangdilindungi dengan perisai radiasi dan tangkipenampung Iimbah resin terletak di belakangdinding perisai. Limbah resin ditanganidengan cara pembilasan menggunakan air didalam rangkaian pipa tertutup yangmenghubungkan mixed bed filter ke tangkipenampung Iimbah resin. Resin dialirkandengan campuran air-resin melalui saluranpipa.

Dengan menggunakan pompapembilas, resin dapat dipindahkan darisistem pemurnian ke dalam tangkipenampung limbah resin atau dipindahkan

64

dari tangki penampung limbah resin kedalam tangki pengangkut untuk dipindahkanke PTLR. Selama pemindahan resinberlangsung, laju aliran sistem sekitar 20m3/jam. Setelah pemindahan resin selesai,saluran pipa dibilas dengan laju aliran yanglebih tinggi guna membuang bekas/jejakresin yang tersisa.

Tangki pengangkut resin bekasditurunkan ke level -6,5 m melalui pintumaterial dan digeser ke ujung depan ruangandimana tangki penampung Iimbah resinberada di dalamnya. Tangki pengangkutdihubungkan ke dalam sistem menggunakanpipa air yang dilengkapi sight glass. Gelaspemantau (sight glass) terletak pada saluranresin untuk pemantauan secara visualpemindahan resin dari mixed bed filters kedalam tangki penampung limbah resin. Sightglass akan diamati dengan bantuan cerminkarena persyaratan proteksi radiasi. LaluIintas di sekitar tangki pengangkut ditutupselama resin dialirkan ke dalam tangkipengangkut.

METODE PENELlTIAN

Penyiapan cuplikan:

- Cuplikan diambil dari tangki penampunglimbah resin penukar ion sebelumdikirim ke PTLR.

- Diambil 2 cuplikan yang berbeda waktudan tempat pengambilannya.

- Cuplikan pertama dengan berat 43,6gram sedangkan cuplikan kedua 50,45gram.

Pencacahan

- Pencacahan dilakukan denganmenggunakan perangkat spektrometersinar gamma yang terdiri dari detectorHPGe Close-end coaxial dengan resolosi1,9 kev pada E= 1332,50 unsur Co-60digabung dengan software Gamma Tracyang telah dikalibrasi sebelumnya.

- Waktu yang dipergunakan untukpencacahan cuplikan pertama 3jam danpencacahan cuplikan kedua 12 jam.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pencacahan limbah resin yangdiambil dari tangki penampungan sebelumdikirim ke PTLR dapat ditunjukan padaGambar 1.

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VIPusat Teknologi Limbah RadioakJif-BATANPusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

ISSN 1410-6086

700

650

600

550

500

~ 450C"

!!!. 400II)~ 350f-~ 300

~ 250

200

150

100

so

.................~.•..•.•..••.•••••....••...•............•...............................•...••....••..•.••.•.•.•...••....• ,i-r '* IB Cup/ikan '1:;;

~ Cuplikan 2

-j

!

iI;;;

~

=~I~

;--i

Mn·54 Co-60 ZI1-65

NUKLIDA

51>-124 Cs-137

Gambar 1. Aktivitas radionuklida yang terdeteksi pada limbah resin penukar ion yangberasal dari sistem pemurnian air pendingin primer RSG-GAS

Dengan bertambahnya waktupenggunaan resin penukar ion, lamakelamaan resin penukar ion tersebut tidakmampu lagi mempertukarkan ionnya dalamhal ini dikatakan bahwa resin tersebut telah

jenuh sehingga perlu diganti. Oleh karena itu

Dalam hal ini cuplikan 1 mempunyaiaktivitas lebih besar dibanding cuplikan 2.Hal ini disebabkan karena dalam tangkipenampungan limbah resin (KBK 01) berisilimbah resin yang berasal dari ketiga sistempemurnian RSG-GAS sedangkanpenggantian resin penukar ion pada sistempemurnian tersebut tidak selalu dalamwaktu yang bersamaan. Sehinggaradionuklida aktivitasnya berbeda.

Radionuklida Mn-54, Co-60, Zn-65dan Sb-124 merupakan nuklida yangterbentuk dari aktivasi unsur-unsur pengotordari sistem peralatan sedangkanradionuklida Cs-137 merupakan produk fisi,nuklida tersebut terbentuk dari pengotoryang terkandung dalam air.

Pad a proses pemurnian air, resinpenukar ion berfungsi untuk mengambilpengotor air dengan cara pertukaran ionyang bermuatan sarna menurut reaksiberikut:

Dari Gambar 1 dapat terlihat bahwaradionuklida yang terdeteksi adalah Co-60,Cs-137, Mn-54, Zn-65, dan Sb-124 yangmana masing-masing mempunyai waktupara: 5,27 tahun; 30,1 tahun; 312 hari; 244hari; dan 60,2 hari.

Radionuklida tersebut merupakanradionuklida dengan waktu para panjang danmenengah sedangkan radionuklida denganwaktu para pendek tak terdeteksi. Hal inidisebabkan karena dalam pengelolaanlimbah resin penukar ion sistem pemurnian,karena tingkat aktivitasnya maka limbahresin tidak langsung dikirim untuk dilakukanpengelolaan lebih lanjut tetapi terlebihdahulu limbah resin tersebut dikumpulkandi dalam tangki penampung limbah resin(KBK 01). Setelah 6 bulan ditampung dalamtangki penampung limbah resin dimanatingkat aktivitas limbah resin terse butmeluruh ke tingkat yang lebih rendah,kemudian limbah resin tersebut dialirkan

dari tangki penampung ke tangkipengangkut untuk pemindahan ke PTPLRguna pengelolaan lebih lanjut. Oleh karenaitu radionuklida dengan waktu paro panjangdan menengah terdekteksi, sedangkanradionuklida dengan waktu para pendektidak terdeteksi.

Dan dari Gambar 1 terlihat bahwa

aktivitas radionuklida yang terdeteksi padalimbah resin penukar ion yang berasal darisistem pemurnian air pendingin primerantara cuplikan 1 dan cuplikan 2 berbeda .

65

RH+(resin penukar kation)

ROK(resin penukar anion)

+ y+ --> RY + H+(kation dim air)

+ X· --> RX + OK(anion dim air)

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VIPusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATANPusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

ISSN 1410-6086

salah satu indikasi penggantian resinpenukar ion pad a sistem pemumian airpendingin primer RSG-GAS adalahkonduktivitas air. Konduktivitas merupakanukuran kemampuan larutan untukmenghantarkan arus Iistrik, sehingga denganmengetahui besaran konduktivitas akandiperoleh gambaranJperkiraan kadar ion-ion,(pengotor) yang terlarut dalan air pendingin.Pada saat resin penukar ion menjelangjenuh, konduktivitas air pendingin primermengalami kenaikan. Konduktivitas airpendingin primer diketahui dengan carapengambilan cuplikan air yang diambil daritempat pengambilan cuplikan untukdilakukan pengukuran . Disamping itusebagai indikasi penggantian resin penukarion pad a sistem pemurnian air pendinginprimer RSG-GAS adalah perbedaan tekanansebelum dan sesudah melewati resin penukarion. Dengan tertangkapnya nuklida nuklida(pengotor air) oleh resin penukar ion, makatekanan akan mengalami kenaikan . Untukmengetahui besaran harga beda tekananpada sisitem pendingin primer pada masing­masing sistem pemurnian dipasanginstrumentasi pengukuran beda tekanan airkolam. dimana semua hasil pengukuranditampilkan di RKU ( Ruang KendaliUtama). Dengan jenuhnya resin penukar ionpad a sistem pemurnian air pendingin primermaka resin penukar tidak mampu lagimengambil pengotor air sehingga kualitasair pendingin primer mengalami penurunanyang dapat menyebabkan kenaikanradioaktivitas. Oleh karena itu indikasi

penggantian resin penukar ion pada sistempemurnian air pendingin primer RSG-GASselain konduktivitas air dan perbedaantekanan sebelum dan sesudah melewati resin

penukar ion, ditentukan juga olehradioaktivitas. Untuk mengetahui besaran

66

radioaktivitas pada sisitem pendingin primerpada masing-masing sistem pemurniandipasang instrumentasi pengukuranradioaktivitas air kolam, dimana semua hasilpengukuran ditampilkan di RKU .

KESIMPULAN

Dari pembahasan dapat disimpulkan bahwanuklida pengotor air pendingin primerdengan waktu paro panjang dan menengahyang teridentifikasi pada Iimbah resinpenukar ion yang berasal dari sistempemumian air pendingin primer RSG-GAS.Nuklida yang teridentifikasi adalah : Co-60,Cs-137, Mn-54, Zn-65 dan Sb-124

DAFT AR PUST AKA

I. ANONIMOUS, Safety Analysis Report(SAR) ,BAT AN, MPR-30, Rev.8 ,VoI.2,1998.

2. A.S.GOKHLE,P.K, MATHOR andK.S. VENKA TESW ARHU,Ion ExchangeResin for Water Purification, Propertiesand Characteristion, Water ChemistryDevision, Bhabha Atomic ResearchCentre, Bombay, India, I987.

3. DIY AH ERLINA LEST ARI, Kimia Air,Diktat Penyegaran Operator danSupervisor Reaktor, PRSG, September,2007.

4. ISMONO, Zat Penukar Ion dan ReaksiPertukaran Ion dalam Analisis Kimia,Catatan Kuliah , jurusan Kimia, FMIPA,ITB,1988

5. SUDlYONO, UNGGUL HARTOYO,Evaluasi Penanganan Limbah di RSG­GAS, REAKTOR, Buletin PengelolaanReaktor Nuklir, Vol.IIl,No.2,Oktober2006

(