Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852 - 2979

RANCANGAN SISTEM LOADING DAN UNLOADING PADA KOLOM PENUKARION PENGOLAH LlMBAH RADIOAKTIF

Husen Zamroni, R. SumarbagionoPusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN

ABSTRAKRANCANGAN SISTEM LOADING DAN UNLOADING PADA KOLOM

PENUKAR ION PENGOLAH L1MBAH RADIOAKT/F. Rancangan sistem loadingdan unloading telah dibuat yang meliputi sistem penampungan, pemipaan, mekanikalmaupun elektrikal. Sistem untuk memasukkan dan mengeluarkan penukar ionmenggunakan pompa. Penukar ion yang sudah jenuh dikeluarkan dari dalam kolomdan disimpan dalam tangki penampung yang sudah diberi shielding sebelum di bawake tempat penyimpanan. Rancangan menggunakan stainless steel ukuran panjang120 cm, diameter 15,25 cm (6"), untuk loading dan unloading menggunakan ukurandiameter 5 cm (2"). Penggunaan pompa pada rancangan ini di kontrol secaraotomatis untuk menghindari paparan radiasi pekerja dari penukar ion yang sudahjenuh dengan unsur radioaktif. Bahan yang digunakan untuk sistem rancangan inimenggunakan bahan stainlees steel yang mempunyai ketahanan korosi tinggi.

ABSTRACTDESIGN OF LOADING AND UNLOADING SYSTEM ON RADIOACTIVE

WASTE TREATMENT ION EXCHANGE COLUMN. design had been done itcomprises tank, pipe mechanical and electrical system. System for ion exchangeloading and unloading used pump. The spent ion exchanger was brought out fromcolumn 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 andloading unloading use 5 cm (2") diameter. The using of pump in the design werecontrolled automatically to avoid the worker from radiation exposure from radioactiveelements. The material used in this design system is high corrosion resistancestainless 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).

Ukuran PartikelBerat jenis PartikelKandungan air

ipe Penukar ionPHFaktorDekontaminasi

Tabel 1. Kondisi operasi kolom penukar ion [3]I Media Inorganik I Butiran Resin__ Organik

0.25-3 mm 0.5-2 mm0.5-1.8 kg/L 0.6-0.8 kg/L

0-80% 0-60%nion atau kation nion atau kation

1-13 1-14100-1000 10-1000

Diall1t:ltlf

0,42 m

WI\STE TANKVOL 1 MJ

E

d

FEED PUMP

Powder ResinOrganik

5-150 \-1m

1.1-1.2 kg/L50-80%, nion atau kation1-1410-1000

EFFLUENT TANKVOL 1 M3

064 m

Gambar 1. Rancangannkolom penukar ion

252

HasH Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852 - 2979

5'"

E'-'

on

E'-'"

'" Schedule 10SS304 pipe

0.5" Pressure ControlValve

E'-'

on

Resin LoadingWindow

2" Schedule' 0SS304 pipe

6" Schedule 10SS304 pipe

Resin UnloadingWindow

5~

TAMPAK DEPAN

7cm

TAMPAK ATAS

TAMPAK SAMPING

Tabel 2. Rancangan profil kolom

~r.J.~~ __Pressure Controlu· ".' Valve

rr:- .• - &! IIJ Resin Loading

~< Window-(i-

Resin LoadingPump

ResinUnloadingWindow

Resin TankVol. 35L

Gambar 3. Rancangan loading resin

253

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006

Pressure Control~- Valve

Resin LoadingWindow

ResinUnloadingWindow

_1 ...............................•.......................1.

Resin UnloadingPump

Spent Resin TankVol. 1 m3

ISSN 0852 - 2979

Gambar 4. Rancangan unloading resin

Tabel 2. Bahan dan fabrikasi

Peralatan IDesign and Fabrikasil Material I InspeksiDan Testing

Penampung,atmosphericor

I

0-15 psig(steel)

Pompa

Pipa dan Kran

Ion Exchangers

Filter

PI 620(0-15 psig)

PI 650(atmospheric),ISec. II,orASME Code Sec. IIIClass 3

Manufacturer=s

PI 620

(0-15 psig)PI620

(atmospheric)r ASME Code

Sec. III, Class3Hydraulic

SME Code

Div.1 Sec. II

254

Sec. VIII, Div.1

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