issn 0854-5278 rahl/ii - digilib.batan.go.iddigilib.batan.go.id/e-prosiding/file...
TRANSCRIPT
Prosiding Semillar Ifasil Pelleli/wlI P2TRRrahl/II 2004
KAJIAN EFISIENSI CHARCOAL FIL TER
DjunaidiPusat Pengembangan Teknologi Reaktor Riset-Batan
ISSN 0854-5278
ABSTRAK
KAJIAN EFISIENSI CHARCOAL FILTER .. Charcoal filter adalah jenis filter yang terbuat dariarang aktif yang dipasang pada sistem venti]asi instalasi industri nuklir guna menyaring gas 1-131agar tidak mencemari lingkungan. Kaj ian ini sebatas teori tentang efisiensi adsorbsi gas 1-131 padacharcoal filter terhadap suhu, laju alir dan kelembaban. Secara umum pad a perlakuan kenaikansuhu maka efiensi adsorbsi akan naik, kemudian pada kenaikan laju alir maka efisiensi adsorbsicenderung turun dan pad a perlakuan kenaikan kelembaban maka efisiensi adsorbsi juga menurun.
Kata kUllci : Charcoalfilter
ABSTRACT
THE ASSESSMENT CHARCOAL FILTER EFFICIENCY. Charcoal Filter is a type filtermade of active charcoal which attached at system ventilation industrial installation of nuclearutilize to separate gas of 1-]31 in order not to contaminate environment. This assessment is limitedto theory about efficiency of adsorbtion gas of 1-131 at filter charcoal to temperature, flow rate andof relative humidity. In generaly at treatment of increase of temperature hence adsorbtion effiencywill be increase, after that at increase of flow rate the efficiency of adsorbtion cedarung go downand at treatment of increase humidity the efficiency of adsorbtion decrease also.
Key wood: Charcoal filter
PENDAHULUAN
Gas Iodine merupakan salah satu dari reaksi fisi antara uranium dan neutron termal
di dalam reactor. Gas tersebut mempunyai dampak negatif terhadap kesehatan personil
apabila telah dihirup dalam jumlah tertentu. Gas tersebut terlepas dari teras reaktor
kemudian diserap oleh charcoal filter melalui sistem ventilasi, sehingga gas tersebut tidak
terlepas ke lingkungan. Pada peri ode pemakaian tertentu, daya serap charcoal filter akan
mengalami kejenuhan, sehingga gas Iodine tidak dapat diserap ]agi dan akhimya lo]os
keluar. Untuk mengantisipasi hal tersebut di atas perlu dilakukan uji kejenuhan dari
charcoal filter secara rutin dan menggantikan dengan yang baru apabi]a temyata telah
jenuh. Sejauh ini di RSG-GAS uji kejenuhan charcoal filter belum dilakukan karena belum
tersedianya peralatan. Pada tahap awal akan dilakukan kajian-kajian tentang charcoal filter
terutama yang menyangkut tentang perhitungan efisiensi dan untuk langkah selanjutnya
akan lebih mengarah pad a penyediaan peralatan untuk uji kejenuhan. Dalam uji kejenuhan
176
ISSN 0854-5278 Kajiall Efisiellsi Characoal Filler ...Djullaldl
charcoal filler terhadap adsorbsi gas Iodine yang paling penting adalah menentukan
efisiensi penggunaan charcoal filler, sehingga dapat menentukan titik jenuhnya. Variabel
yang berpengaruh terhadap adsobsi gas Iodin adalah suhu, laju alir dan kelembapan,
kemudian untuk mengetahui lebih jauh kajian efisiensi charcoal filler variabel operasi juga
harus dilibatkan dalam perhitungan dan pengukuran sampel dari model fisik yang sesuai
dengan kondisi reaktor1). Pada kajian model fisik berikut adsorbsi gas iodine diambil
interval laju alir 13 sampai dengan 26,3 liter/menit dan variabel suhu dari 30 sampai dengan
50°C serta kelembabab daerah tropis antara 30 sampai 90%. Kondisi seperti terse but diatas
secara umum sesuai dengan kondisi operasi instalasi cerobong release industri nuklir dan
hasil yang diperoleh akan sesuai dengan yang diharapkan.
PENENTUAN EFISIENSI ADSORBSI
Pencacahan dilakukan dengan spektrometer gamma dengan detektor HPGe yang
dihubungkan ke amplifier dan penganalisis saluran ganda (MCA). Spektrometer gamma
dikalibrasi dengan sumber standart Ra-226 yang telah bercampur dengan charcoal dalam
bentuk alat pencuplik Iodine berdiameter 4,6 cm dengan aktifitas sebesar 291,6 Bq.
Efisiensi deteksi 11 dinyatakan dengan persamaan berikut :
Nt- Nb
11 = ------------------ (cps/Bq)
ARa-226.y(1)
dengan : Nt dan Nb masing-masing adalah laju cacah pada setiap puncak energi dan latar
(cps). ARa-226Aktivitas Ra dalam Charcoal (Bq) dan Y adalah kelipatan energi (%)
Hasil kalibrasi spektrometer gamma dengan sumber standart Ra-226 dapat dilihat pada
gambar 2.
Efisiensi adsorbsi metil iodine pada charcoal filter dapat dihitung dengan persamaan
berikut2) : A
P(%) = ----------. 100 %
A+B
177
(2)
Prosiding Seminar ffasil Penelrtian P2TRRTahun 200./
ISSN 0854-5278
dengan : P adalah efisiensi adsorbsi 1-131 (%)A dan B adalah cacahan alat pencuplik iodine
pertama dan kedua setelah dikurangi cacah latar (cps).
Untuk yang bekerja di lapangan dipakai rumus empiris yang lebih praktis yaitu
tranmisivitas dari charcoal filter yang telah terpasang pada peralatan exhaust ditentukan
dengan cara extrapolasi efisiensi adsorbsi dari sampel pertama sampai kelima.
Tranmisivitas Ci dapat dirumuskan seperti berikut3) :
Ci=(1- :;,:JXIOO .
Kemudian efisiensi adsorbsi Fi (%) dihitung dengan rumus empiris berikut :
Fi = 100 - Ci
Dimana
Ci: Tranmisivitas sampel ke i (%)Ni: efisiensi adsorbsi sampel ke i (%)LNi : semua cacah semua sam pel
TAT A KERJA
(3)
(4)
Metode Pengujian Charcoal Filter
Prosedur Penentuan efisiensi adsorbsi metil iodine mengikuti cara pengetesan
material standar Amerika (ASTM) no. D3803-79 Penentuan efisiensi adsorbsi metil iodine
pada charcoal filter pada kajian ini dilakukan pada rentang suhu 30°C sampai dengan 50
°c, laju alir dari rentang 13 liter/menit sampai dengan 26,3 liter/ menit dan kelembaban
udara dari 30 % sampai dengan 90 %4)
Sistem pengujian charcoal filter sebagai fungsi laju alir, suhu dan kelembaban dapat
ditunjukkan pada Gambar 1. Larutan 1-131.dimasukkan ke dalam generator iodine melalui
sistem penetesan. Tetesan 1-131 diatur sedemikian rupa, sehingga aktivitas yang diterima
alat pencuplik iodine 3,3 IlCi/sample. Di dalam generator iodine, larutan 1-131 dicampur
dengan dimetil sulfat dengan volume 200 ml dan dipanaskan dengan electro mantle pada
suhu 70°C, sehingga terbentuk metiliodidan5). Secara umum reaksi kimianya dapat
dituliskan sebagai berikut :
178
/'ros/(!f1Ig, SCI1l1J1ar flusil /'l'l1L'hll(/l1 /) }/RR[a/11m :OIJ.!
larutan t=70°C gas padat
Dua alat pencuplik iodine diletakkan di dalam test holder dan disusun secara seri
dengan tujuan agar sebagian kecil gas metil iodine yang keluar dari alat pencuplik iodine
pertama diadsorbsi oleh alat pencuplik ke dua6) Alat pencuplik iodine pertama dan kedua
yang telah dipapari gas iodine, disegel plastik dengan tujuan mengurangi terjadinya proses
pelepasan gas metil iodine (desorbsi) ke lingkungan sekitamya.
a. Pengujian terhadap laju alir
Pada pengujian pengaruh laju alir, gas metil iodine yang berada di dalam generator
iodine dimasukkan ke dalam plastik yang digelembungkan dengan pompa dorong. Gas
metil iodine yang sudah dikondisikan pada laju alir yang dimaksud dialirkan ke alat
pencuplik iodine dengan pompa hi sap. Pengambilan data dengan variasi laju alir udara
disesuaikan dengan kemampuan maksimum yang terbaca oleh flow meter. Masing-masing
variasi laju alir dilakukan tiga kali ulangan dengan dengan mengatur skala flow meter.
Variasi laju alir dilakukan pada 13,16,19 dan 26,3 Iiter/menit. Untuk menjaga kestabilan
kelembaban dibuat 90% dan suhu udara 30°C, digunakan generator uap air dengan pemanas
hot plate dan digelembungkan dengan menggunakan pompa dorong.
b. Pengujian terhadap suhu
Pada penguj ian pengaruh suhu, gas metil iodine yang berada dalam generator iodine
dimaksudkan ke dalam plastik yang digelembungkan dengan pompa dorong. Suhu udara di
dalam kantong plastik yang digelembungkan divariasi dengan meniupkan udara panas
melalui alat hair dryer sampai didapat suhu yang dimaksud. Suhu udara tersebut diamati
dengan pengukur suhu dan kelembaban Tri sense Tool Kit. Variasi suhu dilakukan pada
kondisi kelembaban 90 % laju alir 22 liter/menit. Gas metit iodine yang sudah dikondisikan
pada suhu yang dimaksud dialirkan ke alat pencuplik iodine dengan pompa hisap. Variasi
suhu dilakukan pada 30,35,40, dan 45°C.
179
ISSN (jX~~-~27g Kilj/(JI1!}iSIL'I1SI ('!1I1rl1COil! F1ItaDj 11f1{wh
c. Pengujian terhadap kelembaban udara
Pada pengujian pengaruh kelembaban udara, gas metil iodine yang dimasukkan ke
dalam mixer A diatur kelembabannya dengan meniupkan udara melalui drier udara dan
generator uap air (boiler). Kelembaban udara di dalam mixer diukur dengan dehumidifier.
Variasi kelembaban udara dilakukan pad a kondisi suhu 30°C laju alir 26,3 liter/menit yaiti
variasi 30,40,50,60,70,80 dan 90%. Gas metit iodine yang sudah dikondisikan pad a
kelembaban terse but dialirkan ke alat pencuplik iodine dengan exhaust gas (pompa hisap).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Laju Alir terhadap efisiensi adsorbsi cJwrcoalfilter
Efisiensi adsorbsi metit iodine pada charcoal filter yang ditambah KI 2% menurun
secara linier dengan bertambahnya laju alir (gambar 3 ). Untuk laju alir antara 13 sampai
dengan 263 literlmenit, akan memberikan efisiensi adsorbsi sebesar 86.6 sampai dengan
74,8 % pad a kelembaban udara 90 % dan suhu 30°(, Hal ini teljadi karena waktu kontak
an tara iodine dengan charcoal filter semakin pendek. sehingga proses adsorbsi dan
pertukaran isotop antara KI dan metil iodine pada clwrcoaljilter tidak dapat optimal seperti
pada persamaan reaksi berikut 7) :
KI-127 + CH31-131 KI-131 + CH31-127
Charcoal gas Charcoal gas
Proses tidak optimal ini akan mengakibatkan iodine lepas dari adsorban(desorbsi)
yang pada gilirannya akan menurunkan daya filtrasi. Hubungan antara laju alir udara dan
waktu kontak gas metil iodida pad a charcoal filter dapat digunakan persamaan berikut8) :
K = jQglQJ2L (detik-I) (5)t
dengan
DF = Gas metil iodine yang lewat charcoal filter
t = waktu tinggal (sec) = vol.alat pencuplik iodinevol. Laju alir
DF = factor dekontaminasi
t = waktu tinggak, detik
180
l'nw!;'lIg Sell/III"" II,ISJ! l'ellelillUll I':' IRR/;d1ll11 _'1111./
Akibat waktukontak gas metil iodine pad a charcoalfiller pendek, maka maka nilai
K semakin besar dan efisiensi adsorbsi semakin rendah9).
Pengaruh suhu terhadap efisiensi adsorbsi clzarcoalfilter
Efisiensi adsorbsi metil iodine meningkat secara linier dengan koefisien korelasi R2
=0.95 dengan kenaikan suhu (lihat Gambar 4). Variasi suhu pada rentang 5 daerah antara
suhu 30 DC sampai dengan 50 DC mempunyai efisiensi adsorbsi melil iodine antara 72,4
sampai 85 % pada kelembaban 90 % dan laju alir 22 liter/menit. Hal ini disebabkan oleh
kandungan uap air yang teradsorbsi pada charcoal filler semakin berkurang dan butiran uap
air menjadi fraksi-fraksi butiran kecil dengan naiknya suhu, sehingga fraksi butiran uap air
terse but dapat keluar dari porosilas mikro charcoal. Hal ini berarti semakin ban yak gas
metil iodine yang teradsorbsi pad a porosilas mikro charcoal, maka metil iodine yang
teradsorbsi oleh charcoal filler akan lebih banyak 10)
Pengaruh Kclcmbaban terhadap cfisiensi adsorbsi charcoalfilter
Fungsi kelembaban udara terhadap efisiensi adsorbsi melil iodine dapat ditunjukkan
pada Gambar 5. Dapat diketahui bahwa efisiensi adsorbsi metil iodine pada charcoal/iller
makin menurun dengan naiknya kelembaban udara. Penurunan efisiensi metil iodine pada
kelembaban 30 % sampai dengan 90 % mempunyai efisiensi adsorbsi rata-rata sebesar 88,4
% dan 67.2 % pad a suhu 30 DC dan laju alir 26.3 liter/menit. Hal ini karena semakin
besarnya kelembaban udara pada charcoal filler maka semakin cepat jenuh dalam
mengadsorbsi metil iodine. Kejenuhan charcoal filler ini disebabkan oleh kurangnya luas
permukaan charcoal filler dalam mengabsorbsi gas metil iodine akibat dari porosiotas
mikro charcoal terisi uap air. Disamping itu kandungan uap air dapat menyebabkan
terjadinya proses oksidasi pad a permukaan charcoal filler. Dengan adanya oksidasi.
kecepatan reaksi melil iodine dan kalium iodine pada charcoal filler menjadi berkurang.
Hal ini disebabkan kecepatan pertambahan oksidasi pada permukaan charcoal bertambah
akibat adanya peningkatan uap air. Proses ini mengakibatkan gas melil iodine sukar untuk
diadsorbsi oleh charcoal filler. Pengaruh kelembaban ini akan berbanding terbalik terhadap
t" . J b' "/ . d' II)e ISlensl a sor SI me II IO me .
181
;':cJ//tll1 (iis/t'lls/ ('hart/cuIII I- J/hT
f)jli/ul/d,
KESIMPULAN I SARAN
Efisiensi penggunaan charcoal filter dapat dipengaruhi oleh kondisi operasi adsorbsi
gas iodine. Dari hasil kajian dan pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa pada
perlakuan kenaikan suhu antara 30° C sampai dengan 50°C efiensi adsorbsi akan naik,
kemudian pada kenaikan laju alir dari 13 liter/menit sampai dengan 26,3 liter/menit
efisiensi adsorbsi cenderung turun dan pada perlakuan kenaikan kelembaban dari 30%
sampai dengan 90%maka efisiensi adsorbsi menurun. Kemudian untuk mengantisipasi
masalah yang dial ami RSG-GAS sebaiknya charcoal filter yang sejak a\val terpasang
diganti dengan yang baru dan yang lama dilimbahkan.
DAFT AR PUST AKA
I. KATO. S, MURATA. M,"Application of Activated Carbon Fiber to a Filter Used forAirbone Radioiodine Sampling",Radiation Protection Practice, Vol], Inter. Rad. Prot.
/\ssoc. (lRPA) 7, Sydney (10-17 April ]998).2. AlvlERICAN SOCIA TY FOR TESTING AND MATERIALS, Standard Test Methods
for Radioiodine Testing of Nuclear Grade Gas-Phase Adsorbents,ASTM 03803-79(1979)3. NEMOTO.Y., JAERI EXPERTS REPORT IN MULTI PURPOSE REACTOR,
RSG-GAS, BA TAN-INDONESIA, February 21.20024. GATOT.S.,dkk. EFISIENSI ADSORBSI 1-]3] PADA FILTER ARANG AKTIF
TERHADAP FUNGS1 SUHU, LAJU ALIR DAN KELEMBABAN., Proseding
pertcmuan dan presentasi ilmiah PPNY-BA TAN, Yogyakarta 26-27 Mei 1998.5. NOGUCHI, MURATA M .. THUCHIOKA Y., MA TSU1 H.,AND KOKUBU M.A ..
Methods of quantitative Measurement of Radioiodine Species using Mypack Sampler,JAERI-M.9408 (]98])
6. LANGHORST S.M.,MORRIS J.S.,MILLER W.H.,"Investigation of charcoal filters
used in Monitoring Airbone Radioaktive I" Health Physics Vol 48 no. 3, pp 344-347,Pergamon Press Ltd., (] 985).
7. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Testing and Monitoring of GasClean up System at Nuclear Facility, IAEA Technical Report Series 243 (1984).
8. EVANS. M.G., and HILLARY,J.J.,"RecentStudies on the porfermence ofImpregnated
Charcoal for Trapping Metil iodine, After Exposure to moist air", Gaceaus EffluentTreatment in Nuclear installation, Proceding of European Conference, UnaitedKingdom (1985) 475-499.
9. F&J SPECIAL PRODUCT INC., "Technical porfermenceData for F&J Radioiodineadsorbtion Filter Containing TEDA Impregnated charcoal andSilver Zeolite Media",Miami Springs. Florida (1987).
182
j'rosu/mg St'mJlwr j laslll'l'IJf!liliol1 P :;JRR
/011111/ :'00./
10. HILLARYJ.J., and TA YLOR, L.R .."The Trapping ofMetil Iodine in C02 on KIImpregnated Charcoal at Elevated Tempetature and Pressure", Gaseous EffluentTreatment in Nuclear Instalations, Proceding of European Conference, UnaitedKingdom (1985) 499-511.
11. BILLlNGE, B.H.M., and BROADBENT, D.,"The efac of temperature and Humidityon the Ageing of TEDA ImpregnatedCharcoal", Gaseous Effluent Treatment inNuclear Instalations, Proceding of European Conference, Unaited Kingdom (1985)572-579.
DISKUSI
1. Penanya : Yan Bony Marsahala
Pel1anvaan
Apa indikator yang mengatakan bahwa Charcoal sudah mengalal11i kejenuhan, dan
berapa batasan operasi yang diijinkan?
Jawaban :
Dari uji kejenuhan dapat menyimpulkan bahwa charcoal filter harus diganti. Atau masih
layak pakai. kriteria di pakai l11asih bisa menyerap apa tidak. jika c1wrcool filler sudah
tidak dapat l11enyerap. l11aka charcoal filter harus segera diganti
183
Prosiding Seminar Hasil Pel1elitian P2TRRTahul1 2004 ISSN 0854-5278
l
() (;,li:b •."7f J p Si,\"!c'.'." pC.I:I(:/~;." i;i.:r'~g-:lr·!,"', hJj~t ,:;,r.':. :nJ.f::: ..1:;/1 ke/(p":..'l:b~:!:I~J1 fh1,,");-,,7 )(.'-:!:I·~
JL'l!iJ~~(i•.·,{"'o,·b."'.f ("l !...1-.'3,'
Gi',~i~r.i .e:~~¢!~~i:;tJ.:'t' :,"ri·.":u'~ ~Ji.1;~":Jf
~~l~!~ ~.t1>-J31}ill~~l:r~K~':~!I~'
184
t:.~.tlL~·Jt( f'..v:r,.~.1.~.l}7••':U~ J~':'(,.. 0/'';':-:; ~.~~
~·::r~Lt"r·-:..r~;i:~tt)y-A;.,,.~_;i c;::";l·].;l.