Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN- BATAN, 14 November 2013
PERANCANGAN
Perangkat Nuklir
SISTEM PENGOLAHAN LlMBAH CAIR PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR TIPE PWR 1000 MWe Puji Santosa
PRPN - SATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang
Selatan, 15310
ABSTRAK PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN L1MBAH CAIR PABRIK ELEMEN BAKAR NUKLIR T1PE PWR 1000 MWe, Telah dilakukan perancangan sistem pengolahan limbah cair pabrik element bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe, Iimbah berasal dari jalur kering terintregrasi dan jalur Amonium Uranil Karbonat dengan jumlah Iimbah sebesar 5 m3/hari. Sistem dilakukan secara batch untuk proses kimia, sedangkan proses biologi biofilter aerob secara kontinyu. Sistem proses kimia dilakukan dengan pengendapan dengan senyawa Ca(OHh, dilanjutkan dengan proses koagulasi dengan tawasProses kimia dirancang kapasitas 0,6125 m3 sekali olah. Pengolahan mengacu ke kandungan senyawa HF, sedangkan untuk senyawa UF6 masih dibawah ambang batas yaitu 91 ppm. Untuk besaran beban COO, BOO dalam limbah diperkirakan sebesar 20000 ppm dan 10000 ppm. Untuk sistem biologi menggunakan proses biofilter aerob dengan pertimbangan proses mudah dan mampu beroperasi dengan beban COO ,BOO yang besar. Kata kunci: pengolahan limbah, HF, pengendapan Ca(OHh, koagulasi, flokulasi, biologi, biofilter aerob.
ABSTRACT WASTE WA TER TREA TMENT DESIGN FOR NUCLEAR FUEL ELEMENT OF PWR 1000 MWe TYPE PLANT. It was done designed waste water treatment for nucluer fuel element plant. Waste water produced from intregrated dry route and amonium uranil carbonat (AUC) route with capacity of waste water 5 m3/ day. Treatment is done with batch chemical proccess and biological process by biofilter aerob. Chemical treatment with capacity 0.6125 m3 per cycle. Chemical process by Ca (OHh', continuted with AIlS04h coagulation floculation. Process based on HF, UF6 under regulation limit 91 ppm. COO estimated 20000 ppm, and BOO is 10000 ppm. For biological treatment is biofilter aerob because this process can operated with very large COO or BOO. Keywords: waste tratment, biological, biofilter aerob.
HF, precipitation
of Ca(OHh,
coagulation,
flocculation,
1. PENDAHULUAN Sesuai aturan yang berlaku , untuk sebuah pabrik baik pabrik kimia maupun pabrik elemen bakar nuklir tipe 1000 MWe,
perlu memiliki sistem pengolahan
air limbah
termasuk pabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe. Oalam makalah akan dibahas
- 37 -
Prosiding Pertemuan I/miah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
sistem pengolahan limbah cair pabrik elemen bakar nuklir melalui jalur kering terintegrasi (JKT)
maupun jalur ammonium
uranium karbonat
(AUK), sumber
limbah dijelaskan
dalam tabel berikut ini [1]. Tabel 1. Sumber limbah dari aktivitas pabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe Total flow HF Totallimbah
KERING Asallimbah TANK Jumlah Waste TLT-0104 0201 No. JALUR Sumber limbah 11,453 147,46 kQ/iam 165,042 kQ/iam Komposisi 62 0,035 ,1400 kg/jam 3,086 kg/jam 17,582 kg/jam 6,094 81,026 kg/jam H2O H2O Tank 1,208 kgWASTE /jam
UF6 HF NH40H
Hal yang terpenting dalam sistem perancangan pengolahan limbah adalah estimasi beban COD, BOD dalam limbah , dari data diatas diperkirakan
beban COD, BOD serta
polutan yang ada dijelaskan dalam tabel berikut ini. Tabel 2. Komposisi polutan limbah cair yang dihasilkan oleh kegiatan pabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe melalui jalur JKT dan AUK [2]. No.
-
- mutu, HF COD BOD Estimasi Maksimal 20.000 10.000 50 100 Maksimal 110mg/liter 91 Jumlah Maksimal UF6 NH40H 9,155 kQ/iam 558,232 H2O 1,243 kQ/iam 3789,024 75,785 Komposisi 6291,479 ,1400 kg/jam kg/iam Konsentrasi, Baku mg/liter (ppm)
(ppm)
Untuk sistem baku mutu limbah mengacu ke aturan sebagai berikut ini: 1. Batas keluaran air limbah dari proyek harus tidak boleh melebihi effluent dan standard
berdasarkan
Keputusan
Kepala
BAPETEN
aliran
No. 02/Ka/BAPETENN/1999,
standard menetapkan sebagai berikut: untuk Uranium adalah
1x1 03 Bq/liter atau sama
dengan 91 mg U/liter, 2. Keputusan Kementrian
Negara Lingkungan Hidup
No.: 03/MENLH/1998
mengenai
Baku Mutu Limbah Cair di Kawasan Industri.
- 38 -
---
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
-
----
- - --- -- --
-- ----
Perangkat Nuklir
2. TAT A KERJA RANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LlMBAH 2.1. Pemilihan proses pengolahan limbah Oari data sumber limbah
permasalahan
utama dari limbah cair terse but adalah
kandunagn flour (F ) yang tinggi sampai 558,232 ppm , dalam jumlah lebih besar dari 2,5 mg/I fluor (F) dapat mengakibatkan gigi berwarna
penyakit perut, gigi keropos (emailinsities) dan email
coklat, serta toksit pad a tulang sirip ikan dan sisiknya
mudah rapuh,
sehingga ikan mudah terserang jamuryang mematikan. Jamur air dan biak air akan subur dengan adanya fluor akan berakibat dan berefek sekunder merusak dan melembekkan sisik dan tulang ikan (Japerson, 1987) [3]. Oari data diatas sistem pengolahan limbah yang digunakan adalah 1. Proses pengendapan dengan Ca (OH h 2. Proses koagulasi dengan tawas 3. Proses biologi 2.1.1.
Pengendapan dengan kapur Ca (OH h Proses yang digunakan
untuk pengolahan
limbah flour adalah dengan proses
pengendapan,menggunakan
kapur. Oegreemont (1987), memberikan
penghilangan
butiran kapur dan tawas dalam
fluor dengan
istilah pengolahan
bentuk cairan.
Menurut
teknologi pengolahan yang pernah dilakukan oleh Japerson (1987), setiap 1 mg/I Fluor membutuhkan
50 mg/I larutan kapur, bahkan tepatnya secara stokiometri setiap 8 mg/I
fluor membutuhkan
34 mg/I kalsium.
Pengaruh
penambahan
kapur
Ca(OHh
akan
bereaksi dengan bikarbonat yang ada dalam air, yang akan diolah membentuk endapan CaC03 dan MgC03. Bila kapur yang ditambahkan cukup banyak sehingga pH melebihi pH = 7, maka terbentuk endapan Mg (OHh. Kelebihan ion CaH pada pH tinggi tersebut dapat diendapkan dengan penambahan soda abu. Pad a air yang mengandung fluor akan terbentuk kalsium fluorida (Tebut, 1979)(3). Reaksinya : Ca(OHh + Ca(HC03)
)
2Ca(OHh + Mg(HC03) Ca(OHh + Na2C03 Ca(OHh + HF
) )
)
2CaC03 ( s) + 2H20 2CaC03 (s) + Mg(OHh
(s)
CaC03 (s) + Na+
CaF ( s ) + 2H20
- 39-
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
2.1.2. Proses Koagulasi dengan tawas. Senyawa
Ab(S04h
disebut juga tawas, dan tawas tersebut
koagulan yang paling banyak digunakan,
kadar fluor. Menurut
bahan
karena bahan ini paling murah dan mudah
didapatkan di pasaran serta mudah penyimpanannya. untuk menurunkan
merupakan
Degremont
Selain itu tawas juga cukup efektif (1987),
pemakaian
tawas yang
semakin banyak, pH makin turun karena hasilnya asam sulfat, sehingga perlu dicari dosis tawas optimum yang harus ditambahkan. Pemakaian tawas paling efektif antara pH 5,8 7,4 atau 5,9 - 7, pemakaian yang pernah diteliti adalah setiap 150 gr/I menjadi air minum yang memenuhi persyaratan.
Dengan kualitas air yang ada di Amerika Serikat pH = 6,
kadar karbon at sebagai CaC03 dan MgC03( 3). Reaksi yang terjadi : AI2(S04) 3 + Ca(HC02) Ab(S04) 3 H20
~
~
2
-----7
2AI+3a
AI (OH) 3 + 3CaS04
+ 3 S04ยท2)
H++OH
Selanjutnya AI+3+ 60H AI(OHh + F
-----7
<
>
AI (OHh ( flok )
AIF3 + H20
Dalam Reaksi Stokiometri : Ca(OHh
+ HF
-----7
CaF7 + 2H20
2.1.3.Proses biologi Untuk mengolah air yang mengandung senyawa organik umumnya menggunakan teknologi pengolahan
air limbah secara biologis atau gabungan
antara proses biologis
dengan proses kimia-fisika. Proses secara biologis tersebut dapat dilakukan pad a kondisi aerobik (dengan udara), kondisi anaerobik (tanpa udara) atau kombinasi anaerobik dan aerobik.
Proses biologis aeorobik biasanya digunakan
untuk pengolahan
dengan
beban BOD yang tidak terlalu besar, sedangkan
proses
biologis
air limbah anaerobik
digunakan untuk pengolahan air limbah dengan beban BOD yang sangat tinggi. Dalam makalah ini uraian dititik beratkan pad a proses pengolahan air limbah secara aerobik. Pengolahan
air limbah secara biologis aerobik secara garis besar dapat dibagi
menjadi tiga yakni proses biologis dengan biakan tersuspensi (suspended culture), proses biologis dengan biakan melekat (attached culture) dan proses pengolahan dengan sistem lagoon atau kolam. Proses biologis dengan biakan tersuspensi adalah sistem pengolahan dengan menggunakan
aktifitas mikro-organisme
yang ada dalam air dan mikro-organime
untuk menguraikan
senyawa
polutan
yang digunakan dibiakkan secara tersuspesi di
dalam suatu reaktor. Beberapa contoh proses pengolahan dengan sistem ini antara lain:
- 40 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
proses
lumpur
Perangkat Nuklir
aktif standar/konvesional
(standard
activated
sludge),
step aeration,
contact stabilization, extended aeration, oxidation ditch (kolam oksidasi sistem parit) dan lainya. Proses biologis dengan biakan melekat yakni proses pengolahan limbah dim ana mikro-organisme
yang digunakan dibiakkan pad a suatu media sehingga mikroorganisme
terse but melekat pad a permukaan
media. Beberapa contoh teknologi
pengolahan
air
limbah dengan cara ini antara lain: trickling filter atau biofilter, rotating biological contactor (RBC), contact aerationloxidation
(aerasi kontak) dan lainnya. Proses pengolahan
air
limbah secara biologis dengan lagoon atau kolam adalah dengan menampung air limbah pad a suatu kolam yang luas dengan waktu tinggal yang cukup lama sehingga dengan aktifitas mikro-organisme
yang tumbuh secara alami, senyawa polutan yang ada dalam
air akan terurai. Untuk mempercepat
proses penguraian
senyawa polutan atau memperpendek
waktu tinggal dapat juga dilakukam proses aerasi. Salah satu contoh proses pengolahan air limbah dengan cara ini adalah kolam aerasi atau kolam stabilisasi (stabilization pond). Proses dengan sistem lagoon terse but kadang-kadang
dikategorikan
sebagai
proses
biologis dengan biakan tersuspensi [4]. Secara garis besar klasifikasi proses pengolahan air limbah secara aerobik dapat dilihat seperti pad a gambar berikut ini: KLASIFIKASI PROSES PENGOLAHAN AIR LIMBAH SECARA BIOLOGIS
Proses Biomasa Tersuspensi Suspended Cul1ure
Pengolahan Air Limbah Secara Blologis
Proses Biomasa Melekal Attached Cullure
Lagoon
I
Kolam
Gambar.1. Bagan Klasifikasi Proses Biologi
- 41 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuk/ir
Untuk sistem proses biologi yang digunakan menggunakan
proses
pertumbuhan
melekat
untuk sistem pengolahan
yaitu
proses
biori/ler
aemb,
limbah ini dengan
pertimbangan sebagai berikut ini: 1. pengelolaannya
sangat mudah,
2. biaya operasinya rendah, 3. dibandingkan dengan proses lumpur aktif, lumpur yang dihasilkan relatif sedikit, 4. dapat menghilangkan
NH40H,
5. suplai udara untuk aerasi relatif keeil, 6. dapat digunakan untuk air limbah dengan beban SOD yang eukup besar.
2.2. Siok Diagram Dari data-data di atas dapat disusun blok diagram proses yang
dijelaskan dalam
gambar berikut ini:
Waste TERINTR[GRASI
~f-I -I~
Tan~ Tl 0101Lin~Kun~anUFs
IAlURAMMONIUM KfRING JAlUR
BOO:
40 ppm
NH40H COO: UFo: HF Pen~endapan :: 80 0,5558 9 J,789 ppm ppmppm ppm NH40H COO: BOO: HF UFs :ppm 5,558 : 20000 10000 : 36 J789,024 ppm ppm ppm ppm ppm Koa~ulasi den~an AI2(S04)3 : 75,785 HF UFo: :ppm 0,5558 18 HF ppm :558,2J2 ppm NH40H COO: BOO: 10000 :5000 J789,024 ppm ppm ppm
Bioilter
aerob,
31ahap
I
Gambar 2. Siok diagram sistem peraneangan limbah pabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe
- 42 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
2.3. Kapasitas Pengolahan Limbah Kapasitas
desain diambil
165,042 kg/jam x 24 jam/hari maka jumlah limbah sebesar
120 % dari
jumlah limbah yang dihasilkan
= 4753,2 kg/hari, jika densitas
4753,2
120 % x
limbah diambil 1
kg/L,
liter per hari 4,753 M3 per hari , dibulatkan ke atas
5 m3/hari, jika ditambah dari limbah fabrikasi kapasitas limbah sebesar 5, 3 m3/hari. Operasional
pengolahan
untuk sistem kimia diambil 8
jam per hari, kapasitas
pengolahan proses kimia 0,6125 m3 per jam, dilanjutkan proses biologi
biofilter aemb
diambil 24 jam per hari, dengan kalkulasi design reactor mengikuti beban proses kimia.
2.4. Diagram Alir Proses Pengolahan Limbah Cair I,
I
\~I9J4P 11M
I ,
Na(C!i1
fl:lulantT T
I
j 1002 an~Ki Pencam~ur
L
I T an~Ki Pencam~ur
1
I T
j 1002
I
~Iru: ~
L -i\\151:~rlJ~I~
I
~'+' PlXnll'lIIIlI'n
lli:U B11001 BaI~laSlSa!
lUffi[IIl
Bat B~Mef 1 BaK Bionl!er L
Bionller s!a~e
J
B 11003
B11004
B 1100J
Gambar.3. Diagram alir proses pengolahan limbah cair kapasitas 5 m3/hari pabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe
- 43 -
Prosiding Pertemuan I/miah Perekayasaan PRPN- BATAN, 14 November 2013
3.
Perangkat Nuklir
PEMBAHASAN Dari data diatas, permasalahan
utama adalah limbah kimia mengandung
flour ,
dimana senyawa ini sang at korosif, untuk itu tahap pertama dalam sistem pengolahan ini mereduksi senyawa flour, tahapan yang dilakukan adalah dengan pengendapan dengan senyawa Ca(OHh ,akan membentuk senyawa CaF yang lebih stabil, proses koagulasi, flokulasi dengan AI(OHh, untuk senyawa UFe endapan CaF dan flok AI (OHh masing-masing
menetapkan dengan
Kepala BAPETEN
akan terabsorb kedalam
sebesar 50 % [6], sehingga endapan
dikirim ke fasilitas penyimpanan limbah pad at. Hal ini dilakukan dari Keputusan
meskipun menurut aturan
No. 02/Ka/BAPETENNI1999,
bahwa limbah mengandung
dilanjutkan dengan
Uranium adalah
standar baku mutu
1x1 03 Bq/liter atau sam a
91 mg U/liter, sehingga kadar senyawa UFe dalam limbah
sebesar 75,785 ppm
dibawah dari ambang baku mutu [5]. Oari gambar 3 terlihat bahwa mekanisme penurunan senyawa polutan dijelaskans ebagai berikut ini. Untuk penurunan
senyawa
UFe dari tahap
pengendapan
dengan
Ca(OHh , sebesar 50 % demikian untuk proses selanjutnya. Sedangkan untuk senyawa NH4 OH untuk proses kimia tidak mengalami
penurunan,
senyawa tersebut baru bisa
turun dalam proses biologi biofilter aerob, demikian pula untuk beban polutan COD dan BOD. Sistem pengolahan untuk proses kimia dilakukan 8 jam per hari batch 8 kali pengolahan sehingga untuk sekali olah sebesar 0,6125
M3.
,dengan
proses
Proses dilakukan
dengan penambahan bahan kimia dengan cara penuangan kedalam tangki pencampur 1, kemudian
dilakukan
setelah itu dilakukan
proses pengadukan
, kemudian dilakukan
proses pengendapan,
proses pemisahan
padatan dan beningan.
Beningan
dikirim ke
tangki penampur 2 , dilakukan proses yang sama dengan penambahan bahan kimia yang berbeda. Beningan
dari tangki pencampur 2 dikirim ke bak biofilter aerob. Biofilter aerob
yang digunakan 3 stage proses aerasi. Hal ini dilakukan karena adanya senyawa NH40H yang cukup tinggi serta adanya senyawa HF, senyawa HF ini bersifat toksik terhadap mikroba dalam proses biologi, oleh karena itu HF diturunkan
terlebih dahulu sampai
batas toksititas mikroba sebesar 1 ppm. Untuk proses biologi sistem disini menggunakan pertimbangan
bahwa proses biofilter ini
proses biofilter
aerob dengan
terdapat zona aerobic nitrogen - ammonium
sehingga senyawa NH4 OH akan mudah terurai menjadi senyawa nitrit - nitrat. Sistem ini dilengkapi
dengan
media biofilter
yang biasa disebut
adanya media sarang tawon ini akan menaikkan
media sarang tawon, dengan
kapasitas
beban Chemical
Oxygen
- 44 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013
Perangkat Nuklir
Demand (COD) maupun Biological dalam media sarang tawon
Oksigen Demand (BOD) yang ada. Hal ini karena
akan melekat
kemampuan untuk mendedagrasi
mikroba
dalam jumlah
besar , sehingga
polutan menjadi besar. Disamping itu bahwa teknologi
jenis ini kebutuhan energi terutama untuk suplai udara realtif kecil, beberapa kasus yang kami tangani untuk limbah rumah sakit
dengan kapasitas 25 M3/hari kebutuhan blower
sebesar 600 watt [6]. Untuk media biofilter , hal yang harus diperhatikan
dalam pemilihan materialnya
adalah harus mempunyai luas spesifik yang besar, mempunyai fraksi rongga yang tinggi, diameter celah besar, tahan terhadap penyumbatan. yang harus diperhatikan diabaikan.
adalah masalah
Hal lain adalah mempunyai
Diantara faktor pemilihan tersebut
penyumbatan,
tetapi
bukan berarti faktor
kekuatan mekanik yang besar, harga per unit
murah, mempunyai flekbilitas yang tinggi, pemeliharaanya mudah.
4. KESIMPULAN Dalam proses perancangan tipe PWR 1000 MWe, senyawa UF6
,
sistem pengolahan limbah pabrik elemen bakar nuklir
sistem didasarkan pada pengambilan
senyawa HF, sedangkan
masih dibawah ambang batas yang telah ditentukan. Proses perancangan
dengan pengendapan tawas, dilajutkan
senyawa
CaF, dilanjutkan
dengan
koagulasi
floklulasi
dengan
proses biologi biofilter aerob 3 tahap. Proses dilakukan secara batch
untuk proses kimia, dan kontinyu 24 jam untuk proses biofilter aerob. Proses biologi yang digunakan biofilter aerob karena proses proses ini mudah, murah dan hemat energi.
5. DAFT AR PUST AKA 1. Prayitno, dkk. " Unit Design Basis Pabrik Elemen Bakar Nuklir Tipe PWR 1000 MWe di Indonesia". Laporan kegiatan perekayasaan pabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe. 2. Santosa, Puji , "General Requrement
Design Pabrik Elemen Bakar Nuklir Tipe PWR
1000 MWe di Indonesia", Laporan kegiatan perekayasaan
pabrik elemen bakar nuklir
tipe PWR 1000 MWe. 3. DIREKTORAT PERINDUSTRIAN,
JENDERAL
INDUSTRI
KECIL
MENENGAH
DEPARTEMEN
Pengelolaan Limbah Cair Industri, Jakarta, 2007.
4. SAID, NUSAIDAMAN, 'Teknologi Pengolahan Air Limbah Rumah Sakit Dengan Sistem Biofilter Anaerob-Aerob",
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi,Jakarta.
- 45 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN- BATAN, 14 November 2013
5. Santosa
,Puji," Laporan
Perangkat Nuklir
Uji Fungsi Panas Unit Pengolahan
Limbah Cair secara
Kimia",PTLR, BAT AN , Serpong, 1999. 6. Santosa,Puji"
Laporan Akhir Proyek Instalasi pengolahan Air limbah Rumah sakit
Asyifa Sukabumi", Serpong, 2013.
TANYA JAWAB
Pertanyaan: 1. Siapa yang melakukan kajian AMDAL, apakah BAT AN atau Badan Independen karena BATAN (PTLR) sudah dan selalu melakukan
kajian pemantauan
zona lingkungan.
(Utomo)
Jawaban: 1. Yang melakukan adalah badan independen.
- 46 -
