-
52
ISSN 0216 3128
Sumijanto, dkk.
ANALISIS KENAIKAN pH AIR PENDINGIN SEKUNDER REAKTOR SERBAGUNA G.A. SIWABESSY Sumijanto P2TKN- BATAN
ABSTRAK ANALISIS KENAIKAN pH AIR PENDINGIN SEKUNDER REAKTOR SERBAGUNA G.A. SIWABESSY. Telah dilakukan analisis kenaikan pH air pendingin sekunder Reaktor Serbaguna G.A.Siwabessy. Kenaikan pH air akan mellimbulkan masalah kerak, slime dull karosi material sistem pelldillgin sekullder yang pada akhirnya akall menggallggu kealldalall operasi reaktor. Fluktuasi kollselltrasi ioll karbollat dolI ioll bikarbonat, konduktivitas listrik serlo total padatan ter/arut dalam sistem air sekunder digullakall untuk memprediksi penyebab kenaikan pH air. Dad basil analisis menunjukan bahwa kenaikall pH air pendingin sekunder disebabkan oleh dekomposisi termal ion bikarbonat yang terdapat dalam air menghasilkan ion karbonat yang selanjutllya ioll karbonat terhidrolisis menghasilkan ion hidroksida. Menillgkatllya jumlah karbon dioksida ter/arut dalam air pendingill sekunder dolI adanya lumut dalam kolam akall mempercepat kenaikan pH. Dalam sistem penukar pallas pH mengalami penurunan akibat adanya ionisasi asam karbonat. Sedallgkan dalam kolam pH cenderung letup sebagai akibat aari pembelltukan endapan magnesium hidroksida.
v"
ABSTRACT ANALYSIS OF pH INCREATION OF SECONDARY WATER COOLANTGA.SIWABESSY MULTIPURPOSE REACTOR. Analysis of pH increation of secondary water coolant GA.Siwabessy Multipurpose Reactor has been done. The pH increation of water would be scale problem occuring, slime and material corrosion of secondOlY cooling system, within finaly would be decreasing the reactor operation realibility. The fluctuation of carbonate and bicarbonate ion, electrical conductivity and total desolate solid in the secondary water system used to predict the water pH-increasing problem. From the analysis result shown that secondary water coolant pH increasing caused by thermal decomposition of bicarbonate ion in water and produced carbonate ion, in furthermore carbonate ion hydrolyzed and produces hydroxide ion. The increasing of amount of carbon dioxide desolate in secondary water coolant and the present of algae in the pool should be accelerated the pH incarnation. In the heat exchanger system, the pH littlest decreasing does to carbonic acid ionization. While in the pool the pH tends constant as caused by deposition of magnesium hydroxide.
PENDAHULUAN
S
istem pending in sekunder Reaktor Serbaguna G.A.Siwabessy (RSG-GAS) berfungsi untuk memindahkan panas dari sistem pending in primer kelingkungan melalui menara pendingin. Pengendalian kualitas air pending in sekunder dilakukan dengan menggunakan bahan kimia yang ditambahkan dalam air[l] Namun karena pertimbangan teknis clan ekonomi maka saat ini penambahan bahan kimia tersebut tidak dilakukan clan selanjutnya pengendalian kualitas air dilakukan secara manual dengan teknik blow down. Permasalahan yang dihadapi adalah kenaikan pH air pendingin sekunder selama operasi reaktor. Kenaikan pH ini hanya terjadi saat operasi reaktor saja sedangkan saat reaktor tidak operasi pH kembali normal. Akibat kenaikan pH tersebut akan mempercepat pembentukan kerak, slime clan korosi material sistem pendingin sekunder yang pada akhirnya akan mempengaruhi keandalan operasi
reaktor. Kenaikan pH air pendingin sekunder erat kaitannya dengan alkalinitas air serta interaksi spesi basil dekomposisi termal komponen alkalinitas dengan ion kalsium clan ion magnesium yang terdapat dalam air selama operasi reaktor. Dalam makalah ini dibahas tentang penyebab naiknya pH air pending in sekunder selama reaktor beroperasi. Manfaat yang diharapkan dari data penelitian ini dapat digunakan sebagai pertimbangan dalam menentukan langkah yang tepat clan efisien guna menggantikan sistem pengendalian kualitas air yang saat ini tidak dioperasikan.
TINJAUAN
PUST AKA
Alkalinitas adalah besaran yang digunakan untuk menyatakan kapasitas air untuk dinetralkan dengan asam kuat. Alkalinitas air sebagian besar disebabkan oleh adanya ion karbonat (CO/-), ion bikarbonat (HCOj-) clan ion hidroksida (OR) yang
Proslding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar lImo Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATANYogyakarta, 8 Juli 2003
ISSN 0216- 3128
Sll11lijallto, dkk.
bikarbonat (HCO3-)daD ion hidroksida (OH-) yang terdapat dalam air. Penentuan alkalinitas air dilakukan dengan cara titrasi menggunakan asam
kuat menurutreaksiberikut[2] : OR
+
H+
H2O
(1)
CO32- + H+
HCO3-
(2)
HCO3- + H+
Hp
(3)
+ CO2
53
tertentu. Pengambilan sampel tersebut dilakukan pacta waktu siang hari yang dibagi menjadi empat siklus (siklus pertama jam 9.30 - 10.10, kedua 10.40 - 11.45, ketiga 13.30 - 14.00 clan keempat 14.20 - 14.45) dimana dalam masing-masing siklus acta empat titik pengambilan sampel yaitu : titik I sebelum penukar panas (HE), 2 sesudah penukar panas, 3 setelah blower clan 4 pacta kolam seperti ditunjukan pactaGambar 1.
Karbon dioksida yang terlarut dalam air sebagai akibat daTi kontak langsung antara udara dengan air akan menghasilkan asam karbonat. Asam karbonat ini adalah asam lemah sehingga sebagian kecil daTi asam ini akan terionisasi menghasilkan ion karbonat clan ion bikarbonat menurut reaksi kesetimbangan berikut [2]:
2
(1 .
CO2 + H2O <=::::>H2CO3 <=::::>HCO3- + W (4)
Disamping hal tersebut sumber ion bikarbonat dalam air dapat berasal daTi garam bikarbonat terlarut menurut reaksi berikut [3): CO2 + Hp + MgCO3 <=::::> Mg(HCO3h Mg2+ + 2HCO3" CO2 + H2O + CaCO3 + 2HCO3-
<=::::> (5)
<=::::>Ca(HCO3h <=::::>Ca2+ (6)
Jika air mengalamai pemanasan maka ion bikarbonat yang terdapat dalam air akan terdekomposisi menghasilkan ion karbonat clan ion hidroksida menu rut reaksi berikut (2]: 2HCO3"
(7)
CO/" + CO2 + Hp
CO/" + Hp
(8)
20H" + CO2
Ion karbonat daTi hasil reaksi (7) sebagian akan terhidrolisa menghasilkan ion hidroksida menurut reaksi (8). Jika dekomposisi termal ini akan berlangsung tellls maka baik ion karbonat clan ion hidroksida jumlahnya dalam air juga akan meningkat sehingga suatu saat akan bereaksi dengan ion kalsium clan ion magnesium yang terdapat dalam air menurut reaksi berikut [3):
Gambar I. Skema titik pengambilan sampel air pendingin sekunder RSG-GAS Parameter pH diukur dengan pH meter, daya hantar listrik dengan konduktometer, total padatan terlarut dengan TDS meter sedangkan konsentrasi ion bikarbonat clan ion karbonat ditentukan dengan cara titrasi menggunakan larutan HCI 0,01 N dengan indikator PP clan MO.
HASIL DAN PEMBAHASAN Fluktuasi parameter alkalinitas air pendingin sekunder meliputi pH. konsentrasi ion bikarbonat, konsentrasi ion karbonat, konduktivitas listrik clan total padatan terlarut masing-masing dalam empat siklus ( A, B, C clan D ) dengan titik I sebe1um pemanas (HE), titik 2 sesudah HE, titik 3 pacta blower clan titik 4 pacta kolam seperti ditunjukan pacta Grafik 1,2,3,4 clan 5 sebagai berikut : 8.35 8.3 ,8.25 8.2
CO/" + Ca2+
CaCO3
(9) 8.15
20R
+ Mg2+ Mg(OHh
(10)
ABC -+-
KERJA Fluktuasi parameter alkalinitas air pendingin sekunder meliputi pH, konsentrasi ion bikarbonat, konsentrasi ion karbonat, konduktivitas listrik air clan padatan terlarut selama operasi reaktor diikuti dengan cara pengambilan sampel pacta titik-titik
1
0 2
3 -*-
4
TATA
Grafik I. Perubahan pH air sekunder selama 4 siklus
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta,
8 Juli 2003
-
S4
ISSN 0216 3128
Sumijallto, dkk. a.Io
Area pertama (sebelum penukar panas (HE) menuju sesudah penukar panas )
1220 1210
i 1200 i
Berdasarkan grafik 1 sid 5 maka secara keseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder pada area pertama adalah: pH turun, konduktivitas naik, IDS naik, ion karbonat turun clan ion bikarbonat naik.
1190 1180 1170 1160 ABC
-+-1 _2
D
-.-3 --*-41
Grafik 2. Perubahan konduktifitas air sekunder selama 4 siklus 610 605 600 595 590 585 580 ABC
--.
D
~- -. -_2 I. 3 _><4
Grafik 3. Perubahan TDS air sekunder selama 4 siklus 35
Kenaikan pH dalam area ini disebabkan oleh bertambahnya konsentrasi ion H+yang berasal dari ionisasi asam karbonat yang ada dalam air menurut reaksi ( reaksi 4) sehingga konsentrasi ion bikarbonat pada area ini naik. Penurunan konsentrasi ion karbonat clan kenaikan TDS pada area ini ion karbonat bereaksi dengan ion kalsium membentuk padatan kalsium karbonat (reaksi 9) yang belum mengendap. Kenaikan konduktivitas disebabkan oleh bertambahnya ion hidrogen clan ion bikarbonat basil ionisasi asam karbonat. Ionisasi asam karbonat dalam area ini lebih dominan dibandingkan penggabungan ion kalsium daD ion karbonat, sehingga harga konduktivitas menjadi naik.
-
30 25 20 15 ABC
D
I
-='--1_2 =: -:-_=- -- - -.-3----*-{j ..::.-==-=..::.-~_--1 I Grafik 4. Perubahan ion bikarbonat dalam air sekunder selama 4 siklus 185 165 145 125 105 ABC
-+-1 _2
D
Area kedua ( sesudah pellukar panas menuju blower) Berdasarkan grafik I sId 5 maka secara keseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder pada area kedua adalah: pH naik, konduktivitas naik, TDS naik, ion karbonat naik clan ion bikarbonat turun. Dalam area kedua terjadi kenaikan pH cukup signifikan hal ini disebabkan oleh adanya reaksi hidrolissis ion karbonat dengan molekul air yang menghasilkan ion hidroksida menurut reaksi (reaksi 8). Distribusi ion karbonat diatas adalah basil dari dekomposisi termal ion bikarbonat basil pemanasan selama melewati HE seperti ditunjukan pada reaksi (7). Dekomposisi ion bikarbonat ini didukung oleh data pada Tabel 2. diatas dimana konsentrasi ion bikarbonat mengalami penurunan. Pada data diatas konsentrasi ion karbonat mengalami kenaikan, dari data ini dapat disimpulkan bahwa laju dekomposisi termal ion bikarbonat lebih besar dibandingkan laju hidrolisis ion karbonat. Konduktivitas mengalami kenaikan akibat bertambahnya distribusi ion hidroksida clan ion karbonat dimana hidrolisis satu ion karbonat menghasilkan dua ion hidroksida.
-'-3-~_-4J Area ketiga ( dari blower menuju kolam)
Grafik 5. Perubahan ion karbonat dalam air sekunder selama 4 siklus
Berdasarkan grafik I sid 5 maka secara keseluruhan fluktuasi alkalinitas air sekunder pada area ketiga adalah: pH relatif tetap, konduktivitas
Presiding Pertemuan daD Presentasilimiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan daD Teknologi Nuklir P3TM-BATANYogyakarta, 8 Juli 2003
Sulllijanto, dkk.
ISSN 0216 - 3128
Daile, IDS turun, ion karbonat turun clan ion bikarbonat naik. Dalam area ini ini pH cenderung tetap, mengalami sedikit kenaikan clan penurunan pacta saat tertentu. Penurunan pH ini dilearenakanadanya asam karbonat basil reaksi antara karbondioksida daTi udara clan air, yang terionisasi menghasilkan ion H+ menurut reaksi (4). Dugaan reaksi ini didukung oleh data naiknya ion bikarbonat dalam area llli. Disamping reaksi (4) kenailean daD penurunan pH juga dipengaruhi oleh reaksi hidrolisis ion karbonat (reaksi 8) clan reaksi pembentukan magnesium hidroksida (reaksilO). Jika laju reaksi reaksi (4) lebih dominan daTireaksi hidrolisis ion karbonat clan reaksi pembentukan magnesium hidroksida maka pH akan turun. Begitupun sebaliknya jika reaksi hidrolisis ion karbonat clan reaksi pembentukan magnesium hidroksida lebih dominan daTireaksi (4) pH akan naik. Oalam area ini terjadi juga pemekatan air karena acta sebagian air yang terbawa oleh udara clan acta yang terevaporasi sehingga endapan kalsium karbonat dim magnesium hidroksida mulai mengendap di kolam, hal ini didukung dengan data menurunnya TOS clanion karbonat.. Turunnya Konduktivitas listrik dikarena kan harga KSP (Tetapan Hasil Kali Kelarutan) magnesium hidroksida clan kalsium karbonat mudah tercapai karena adanya pemekatan tersebut. Area keempat ( daTi kolam menuju sebelum pelllallas (HE) ) Berdasarkan grafik 1 sId 5 maka secara keseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder pacta area keempat adalah: pH naik, konduktivitas turun, TOS turun, ion karbonat naik clan ion bikarbonat turun. Pactakolam, adanya aktivitas respirasi lumut siang hari yang memerlukan karbon dioksida menyebabkan pH naik. Hal ini dimungkinkan karena karbondioksida basil daTi reaksi dekomposisi termal ion bikarbonat (reaksi 7) clan hidrolisis ion karbonat (reaksi 8) akan dimakan lumut di kolam sehingga reaksi dekompoisisi daD hidrolisis tersebut akan bergeser kekanan sehingga ion hidroksida yang dihasilkan juga semakin banyak clan pH naik. Kemungkinan tersebut didukung oleh menurunnya konsentrasi ion bikarbonat.
55
Laju konsentrasi ion karbonat bertambah akibat laju dari dekomposisi ion bikarbonat diatas lebih besar daTi laju hidrolisis ion karbonat. Konduktivitas menurun daTi kolam menuju viva sebelum HE diakibatkan oleh pengendapan magnesium hidroksida (reaksi 10) clan kalsium karbonat (reaksi 9) terjadi di kolam, pengendapan magnesium hidroksida clan kalsium karbonat ini juga didukung oleh data IDS yang menurun.
KESIMPULAN Dari basil analisis terhadap tluktuasi konsentrasi ion karbonat clan ion bikarbonat, konduktivitas listrik serta total padatan terlarut selama operasi reaktor dapat disimpulkan bahwa 1. Kenaikan pH air pendingin sekunder disebabkan oleh dekomposisi termal ion bikarbonat yang terdapat dalam air menghasilkan ion karbonat yang selanjutnya ion karbonat terhidrolisis menghasilkan ion hidroksida. 2. Meningkatnya jumlah karbon dioksida terlarut dalam air pendingin sekunder clanadanya lumut dalam kolam akan mempercepat kenaikan pH. 3. Oalam sistem penukar panas, pH mengalami sedikit penurunan akibat adanya ionisasi asam karbonat. Sedangkan dalam kolam, pH cenderung tetap sebagai akibat daTi pembentukan endapan magnesium hidroksida.
UCAP AN TERIMA KASIH Pacta kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada : I. Bapak Iman Kuntoro selaku Ka.P2TRR yang telah memberikan kesempatan untuk melakukan penelitian di RSG-GAS. 2. Ibu Oiyah Erlina Lestari, Setyo Budi Utomo clan karyawan P2TRR yang telah banyak membantu terlaksananya penelitian ini. 3. Bapak Nurul Huda, Ino clan rekan-rekan P2TKN yang telah membantu dalam kegiatan laboratorium kimia air. 4. Bapak Hanafi K, Bapak Sugeng P3LR yang telah membantu analisa menggunakan AAS
Proslding Pertemuan dan Presentasillmiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir P3TM-BATAN Yogyakarta,
8 Juli 2003
-
ISSN 0216 3128
56
PUST AKA
Sumijanto, dkk.
Sumijanto
1. ANONIMUS, Safety Analysis Report Rev 8, Multipurpose Reactor GA.Siwabessy Volume 3, 1999. .
.
Perlu diatasi kesodakan air sekunder dengah neggunakan asam sulfat (H:;SO,J yang tepat, tidak berlebih. - Hilangkan lumut, kurangi sinar matahari yang mengenai kolam. - Kembangkan diairasi pada sistem sekunder.
2. A.HARRIS, Seawater Chemistry And Scale Control. 3. VERNON. L. SNOEYINK, Water Chemistry, John Wiley & Sons, 1980.
~
Pratomo B.
~
Apakah sudah pemah terjadi kegagalan operasi reaktor karena masalah air sekunder.
TANYAJAWAB Sumijanto
.
Sunarhadijoso ~
Faktor apa saja yang menyebabkan kenaikan pH pada air pendingin sekunder reaktor Serbaguna, mohon dijelaskan.
Belum. Tetapi jika air sekunder tidak di treatment dengan tepat maka, dapat dipastikan akan timbul masalah yairu kerak, korosi dan kenaikan suhu air Primer.
Zainus Salimin ~
Sumijanto
.
Dekomposisiterlllal ion H-CP3 Hidrolisis ion CO3 Adanya lumut di kolam (siang hari) CO2 fer/ana dalam air melalui Blower.
Sukmanto Dibyo ~ Bagaimana mengatasi sekunder.
Prosiding
Pertemuan
kenaikan
pH
Bagaimana perubahan pH pada malam hari (operasi reaktor).
Sumijanto
.
air
Belum dilakukan analisis dimalam hari. Tetapi menurut predeksi kami kenaikan pH pada malam hari akan lebih kedl karena lumut pada malam hari tidak lIlengalamifotosintesis.
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir
