ISSN 0854-5278
Prosiding Semillar Ifasil Pelleli/wlI P2TRR rahl/II 2004
KAJIAN EFISIENSI
Pusat Pengembangan
CHARCOAL
FIL
TER
Djunaidi Teknologi Reaktor Riset-Batan
ABSTRAK KAJIAN EFISIENSI CHARCOAL FILTER .. Charcoal filter adalah jenis filter yang terbuat dari arang aktif yang dipasang pada sistem venti]asi instalasi industri nuklir guna menyaring gas 1-131 agar tidak mencemari lingkungan. Kaj ian ini sebatas teori tentang efisiensi adsorbsi gas 1-131 pada charcoal filter terhadap suhu, laju alir dan kelembaban. Secara umum pad a perlakuan kenaikan suhu maka efiensi adsorbsi akan naik, kemudian pada kenaikan laju alir maka efisiensi adsorbsi cenderung 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 filter made of active charcoal which attached at system ventilation industrial installation of nuclear utilize to separate gas of 1-]31 in order not to contaminate environment. This assessment is limited to theory about efficiency of adsorbtion gas of 1-131 at filter charcoal to temperature, flow rate and of relative humidity. In generaly at treatment of increase of temperature hence adsorbtion effiency will be increase, after that at increase of flow rate the efficiency of adsorbtion cedarung go down and 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 Djullaldl
charcoal filler
terhadap
Filler ...
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 Efisiensi deteksi Nt11
11
4,6 cm dengan aktifitas sebesar 291,6 Bq.
dinyatakan dengan persamaan berikut :
Nb
= ------------------ (cps/Bq)
(1)
ARa-226.y
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 %
(2)
A+B
177
ISSN 0854-5278
Prosiding Seminar ffasil Penelrtian P2TRR Tahun 200./
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 tranmisivitas dari charcoal filter
yaitu
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
:
(3)
.
Kemudian efisiensi adsorbsi Fi (%) dihitung dengan rumus empiris berikut : Fi = 100 - Ci
(4)
Dimana Ci: Tranmisivitas sampel ke i (%) Ni: efisiensi adsorbsi sampel ke i (%) LNi : semua cacah semua sam pel
TAT A KERJA 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).
dituliskan sebagai berikut :
178
Secara umum reaksi kimianya dapat
/'ros/(!f1Ig,
SCI1l1J1ar
flusil
/'l'l1L'hll(/l1
/)
}/RR
[a/11m :OIJ.!
larutan
t=70°C
iodine diletakkan
Dua alat pencuplik dengan tujuan agar sebagian pertama
diadsorbsi
yang telah dipapari pelepasan
oleh alat pencuplik
laju alir
Pada pengujian
pengaruh
metil
iodine
pencuplik
yang
iodine
disesuaikan
di dalam test holder dan disusun
ke dua6) Alat pencuplik
gas iodine, disegel plastik dengan tujuan
gas metil iodine (desorbsi)
dimasukkan
ke dalam sudah dengan
ke lingkungan
plastik
pompa
hi sap. Pengambilan maksimum
Variasi
laju alir dilakukan
pada 13,16,19
dengan
data dengan
dengan
dan 26,3 Iiter/menit.
dengan menggunakan
plastik
kondisi kelembaban
didapat
suhu dan kelembaban
variasi
Gas
ke alat
laju alir udara
skala flow meter.
Untuk menjaga
kestabilan
uap air dengan pemanas
dialirkan
pada 30,35,40,
iodine
dengan pompa dorong. Suhu udara di
divariasi
dengan
suhu yang dimaksud.
meniupkan
udara
Suhu udara tersebut
panas diamati
Tri sense Tool Kit. Variasi suhu dilakukan
90 % laju alir 22 liter/menit.
pada suhu yang dimaksud suhu dilakukan
dialirkan
suhu, gas metil iodine yang berada dalam generator
yang digelembungkan
melalui alat hair dryer sampai pengukur
dorong.
pompa dorong.
ke dalam plastik yang digelembungkan
kantong
proses
suhu
Pada penguj ian pengaruh dimaksudkan
terjadinya
pompa
dengan mengatur
dibuat 90% dan suhu udara 30°C, digunakan generator
hot plate dan digelembungkan
dan kedua
yang terbaca oleh flow meter. Masing-masing
tiga kali ulangan
dengan
mengurangi
pada laju alir yang dimaksud
laju alir dilakukan
dalam
iodine pertama
iodine
sekitamya.
yang digelembungkan
dikondisikan
dengan kemampuan
b. Pengujian terhadap
secara seri
laju alir, gas metil iodine yang berada di dalam generator
variasi
kelembaban
padat
kecil gas metil iodine yang keluar dari alat pencuplik
a. Pengujian terhadap
iodine
gas
Gas metit iodine yang sudah dikondisikan
ke alat pencuplik
dan 45°C.
179
pada
iodine dengan
pompa hisap. Variasi
ISSN (jX~~-~27g
('!1I1rl1COil! F1Ita
Kilj/(JI1!}iSIL'I1SI Dj 11f1{wh
c. Pengujian terhadap kelembaban udara Pada pengujian
pengaruh
dalam mixer A diatur generator
variasi
kelembabannya
uap air (boiler).
Variasi kelembaban
udara dilakukan
meniupkan
udara melalui
ke
drier udara dan
udara di dalam mixer diukur dengan dehumidifier.
pad a kondisi suhu 30°C
dan 90%.
terse but dialirkan
udara, gas metil iodine yang dimasukkan
dengan
Kelembaban
30,40,50,60,70,80
kelembaban
kelembaban
laju alir 26,3 liter/menit
Gas metit iodine yang sudah
dikondisikan
yaiti pad a
iodine dengan exhaust gas (pompa hisap).
ke alat pencuplik
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Laju Alir terhadap efisiensi adsorbsi cJwrcoalfilter adsorbsi metit iodine pada charcoal filter yang ditambah
Efisiensi
secara linier dengan bertambahnya dengan
263
literlmenit,
an tara
iodine
laju alir (gambar 3 ). Untuk laju alir antara
akan memberikan
74,8 % pad a kelembaban
efisiensi adsorbsi
sebesar 86.6 sampai
semakin
pendek.
sehingga
isotop antara KI dan metil iodine pada clwrcoaljilter
pertukaran
pada persamaan KI-127
reaksi berikut
Charcoal
Proses tidak optimal
ini akan mengakibatkan
jQglQJ2L t
akan menurunkan
daya filtrasi. Hubungan
(detik-I)
dan
+ CH31-127 gas
antara laju alir udara dan persamaan
berikut8)
(5)
dengan DF =
adsorbsi
iodine lepas dari adsorban(desorbsi)
waktu kontak gas metil iodida pad a charcoal filter dapat digunakan K=
proses
tidak dapat optimal seperti
KI-131
gas
yang pada gilirannya
dengan
7) :
+ CH31-131
Charcoal
13 sampai
udara 90 % dan suhu 30°(, Hal ini teljadi karena waktu kontak
charcoal filter
dengan
KI 2% menurun
Gas metil iodine yang lewat charcoal filter
t = waktu tinggal (sec) = vol.alat pencuplik vol. Laju alir DF = factor dekontaminasi t = waktu tinggak, detik
180
iodine
:
l'nw!;'lIg /;d1ll11
Sell/III""
II,ISJ! l'ellelillUll
I':' IRR
_'1111./
gas metil iodine pad a charcoalfiller
Akibat waktukontak
K semakin besar dan efisiensi adsorbsi
Pengaruh
suhu
Efisiensi
terhadap adsorbsi
=0.95 dengan kenaikan suhu 30
sampai
DC
50
DC
air menjadi fraksi-fraksi
metil iodine
secara linier dengan koefisien
90 % dan laju alir 22 liter/menit.
pada charcoal filler semakin berkurang
pad a porosilas
Pengaruh
Kclcmbaban
terhadap
Fungsi kelembaban
makin menurun
% dan 67.2 % pad a suhu 30 besarnya
kelembaban
mengadsorbsi permukaan mikro
kelembaban
udara
DC
pada
udara. Penurunan
uap air. Disamping
proses
kecepatan
reaksi melil iodine dan kalium
Hal ini disebabkan
oksidasi
kecepatan
akibat adanya peningkatan
maka
cepat
oleh kurangnya akibat
Dengan
oksidasi
pada permukaan
uap air. Proses ini mengakibatkan kelembaban
et" ISlensl . a Jsor b'SI me II"/ IO . d'me II) .
181
dalam luas
dari porosiotas
uap air dapat
charcoal filler.
semakin
jenuh
menyebabkan
adanya
iodine pada charcoal filler menjadi
pertambahan
oleh charcoal filler. Pengaruh
semakin
gas metil iodine
itu kandungan
pad a permukaan
metil iodine pada
Hal ini karena
charcoal filler ini disebabkan
charcoal filler dalam mengabsorbsi terisi
efisiensi
efisiensi adsorbsi rata-rata sebesar 88,4
charcoal filler
terjadinya
diadsorbsi
adsorbsi metil iodine pada charcoal/iller
dan laju alir 26.3 liter/menit.
metil iodine. Kejenuhan
charcoal
yang
10)
30 % sampai dengan 90 % mempunyai
kelembaban
metil iodine
efisiensi adsorbsi melil iodine dapat ditunjukkan
bahwa efisiensi
dengan naiknya
ban yak gas
cfisiensi adsorbsi charcoalfilter
udara terhadap
5. Dapat diketahui
fraksi butiran uap air
mikro charcoal, maka
oleh charcoal filler akan lebih banyak
oleh
dan butiran uap
mikro charcoal. Hal ini berarti semakin
teradsorbsi
pada Gambar
Hal ini disebabkan
butiran kecil dengan naiknya suhu, sehingga
yang teradsorbsi
R2
efisiensi adsorbsi melil iodine antara 72,4
mempunyai
dari porosilas
korelasi
4). Variasi suhu pada rentang 5 daerah antara
suhu (lihat Gambar
uap air yang teradsorbsi
terse but dapat keluar
clzarcoalfilter
metil iodine meningkat
sampai 85 % pada kelembaban kandungan
semakin rendah9).
efisiensi adsorbsi
dengan
pendek, maka maka nilai
oksidasi. berkurang.
charcoal bertambah
gas melil iodine sukar untuk
ini akan berbanding
terbalik terhadap
;':cJ//tll1
(iis/t'lls/
('hart/cuIII
I-
J/hT
f)jli/ul/d,
I SARAN
KESIMPULAN
Efisiensi penggunaan gas iodine.
Dari
hasil
perlakuan
kenaikan
kemudian
pada
efisiensi sampai masalah
adsorbsi dengan
charcoal filter dapat dipengaruhi
kajian
dan pembahasan
suhu antara
kenaikan cenderung 90%maka
30° C sampai
laju alir dari turun efisiensi
yang dial ami RSG-GAS
diatas
dapat
dengan 50°C
13 liter/menit
oleh kondisi operasi adsorbsi disimpulkan efiensi
sampai
adsorbsi
dengan
dan pada perlakuan
kenaikan
adsorbsi
menurun.
Kemudian
sebaiknya
charcoal
filter yang
bahwa
26,3
kelembaban
pada
akan naik, liter/menit dari 30%
untuk mengantisipasi 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 for Airbone 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 21.2002 4. 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 Gas Clean 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 Effluent Treatment in Nuclear installation, Proceding of European Conference, Unaited Kingdom (1985) 475-499. 9. F&J SPECIAL PRODUCT INC., "Technical porfermenceData for F&J Radioiodine adsorbtion Filter Containing TEDA Impregnated charcoal andSilver Zeolite Media", Miami Springs. Florida (1987).
182
j'rosu/mg /011111/
St'mJlwr
j laslll'l'IJf!liliol1
P :;JRR
:'00./
10. HILLARYJ.J.,
and TA YLOR, L.R .."The Trapping ofMetil Iodine in C02 on KIImpregnated Charcoal at Elevated Tempetature and Pressure", Gaseous Effluent Treatment in Nuclear Instalations, Proceding of European Conference, Unaited Kingdom (1985) 499-511. 11. BILLlNGE, B.H.M., and BROADBENT, D.,"The efac of temperature and Humidity on the Ageing of TEDA ImpregnatedCharcoal", Gaseous Effluent Treatment in Nuclear 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 layak pakai. kriteria
dapat menyimpulkan
bahwa charcoal filter harus diganti. Atau masih
di pakai l11asih bisa menyerap
tidak dapat l11enyerap. l11aka charcoal
apa tidak. jika c1wrcool filler sudah
filter harus segera diganti
183
Prosiding Seminar Hasil Pel1elitian P2TRR Tahul1 2004
ISSN 0854-5278
l () (;,li:b •."7f
Jp
Si,\"!c'.'."
pC.I:I(:/~;." i;i.:r'~g-:lr·!,"',
JL'l!iJ~~(i •.·,{"'o,·b."'.f
Gi',~i~r.i
("l
!... 1-.'3,'
hJj~t
,:;,r.':.
:nJ.f:::
..1:;/1
ke/(p":..'l:b~:!:I~J1
fh1,,");-,,7
t:.~.tlL~·Jt( f'..v:r,.~.1.~.l}7•• ':U~ J~':'(, ..
.e:~~¢!~~i:;
:,"ri·.":u'~ ~Ji.1;~":Jf ~~l~!~ ~.t1>-J31}ill~~ l:r~K~':~!I~'
~·::r~Lt"r·-:..r~;i:~t t)y-A;.,,.~_;i
tJ.:'t'
184
0/'';':-:;
)(.'-:!:I·~
~.~~
c;::";l·].;l.
