Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN LlMBAH CAIR PABRIK ELEMENBAKAR NUKLIR TIPE PWR 1000 MWe
Puji Santosa
PRPN - SATAN, Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang Selatan, 15310
ABSTRAK
PERANCANGAN SISTEM PENGOLAHAN L1MBAH CAIR PABRIK ELEMENBAKAR NUKLIR T1PE PWR 1000 MWe, Telah dilakukan perancangan sistem pengolahanlimbah cair pabrik element bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe, Iimbah berasal dari jalurkering terintregrasi dan jalur Amonium Uranil Karbonat dengan jumlah Iimbah sebesar 5m3/hari. Sistem dilakukan secara batch untuk proses kimia, sedangkan proses biologibiofilter aerob secara kontinyu. Sistem proses kimia dilakukan dengan pengendapandengan senyawa Ca(OHh, dilanjutkan dengan proses koagulasi dengan tawasProseskimia dirancang kapasitas 0,6125 m3 sekali olah. Pengolahan mengacu ke kandungansenyawa HF, sedangkan untuk senyawa UF6 masih dibawah ambang batas yaitu 91 ppm.Untuk besaran beban COO, BOO dalam limbah diperkirakan sebesar 20000 ppm dan10000 ppm. Untuk sistem biologi menggunakan proses biofilter aerob denganpertimbangan proses mudah dan mampu beroperasi dengan beban COO ,BOO yangbesar.
Kata kunci: pengolahan limbah, HF, pengendapan Ca(OHh, koagulasi, flokulasi, biologi,biofilter aerob.
ABSTRACT
WASTE WA TER TREA TMENT DESIGN FOR NUCLEAR FUEL ELEMENT OFPWR 1000 MWe TYPE PLANT. It was done designed waste water treatment for nucluerfuel element plant. Waste water produced from intregrated dry route and amonium uranilcarbonat (AUC) route with capacity of waste water 5 m3/ day. Treatment is done withbatch chemical proccess and biological process by biofilter aerob. Chemical treatmentwith capacity 0.6125 m3 per cycle. Chemical process by Ca (OHh', continuted withAIlS04h coagulation floculation. Process based on HF, UF6 under regulation limit 91ppm. COO estimated 20000 ppm, and BOO is 10000 ppm. For biological treatment isbiofilter aerob because this process can operated with very large COO or BOO.
Keywords: waste tratment, HF, precipitation of Ca(OHh, coagulation, flocculation,biological, biofilter aerob.
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 Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
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
No. Asallimbah Sumber limbahKomposisiJumlah1
JALUR UF61,208 kg /jamAMMONIUM
Waste Tank TL 0201H2O81,026 kg/jamURANIL HF3,086 kg/jamKARBONAT NH40H62 ,1400 kg/jam
Total flow147,46 kQ/iam
2JALUR KERING UF60,035 kg/jam
TERINTREGRASIWASTE TANK T-0104H2O11,453 kQ/iam
HF6,094 kg/jam
Total flow17,582 kg/jam
Totallimbah165,042 kQ/iam
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 pabrikelemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe melalui jalur JKT dan AUK [2].
No. KomposisiJumlahKonsentrasi, mg/literBaku mutu, mg/liter(ppm)
(ppm)1
UF6 1,243 kQ/iam75,785912
H2O 91,479 kg/jam --3
HF 9,155 kQ/iam558,232Maksimal 14
NH40H62 ,1400 kg/iam3789,024Maksimal 105
COD Estimasi20.000Maksimal 1006
BOD Estimasi10.000Maksimal 50
Untuk sistem baku mutu limbah mengacu ke aturan sebagai berikut ini:
1. Batas keluaran air limbah dari proyek harus tidak boleh melebihi effluent dan aliran
standard berdasarkan Keputusan Kepala BAPETEN 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 Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
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 penyakit perut, gigi keropos (emailinsities) dan email
gigi berwarna 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 istilah pengolahan
penghilangan fluor dengan butiran kapur dan tawas dalam 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) ) 2CaC03 ( s) + 2H20
2Ca(OHh + Mg(HC03) ) 2CaC03 (s) + Mg(OHh (s)
Ca(OHh + Na2C03 ) CaC03 (s) + Na+
Ca(OHh + HF ) CaF ( s ) + 2H20
- 39-
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
2.1.2. Proses Koagulasi dengan tawas.
Senyawa Ab(S04h disebut juga tawas, dan tawas tersebut merupakan bahan
koagulan yang paling banyak digunakan, karena bahan ini paling murah dan mudah
didapatkan di pasaran serta mudah penyimpanannya. Selain itu tawas juga cukup efektif
untuk menurunkan kadar fluor. Menurut Degremont (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) 2 -----7 AI (OH) 3 + 3CaS04
Ab(S04) 3 ~ 2AI+3a + 3 S04·2)
H20 ~ H++OH
Selanjutnya AI+3+ 60H < > AI (OHh ( flok )
AI(OHh + F -----7 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 pada kondisi
aerobik (dengan udara), kondisi anaerobik (tanpa udara) atau kombinasi anaerobik dan
aerobik. Proses biologis aeorobik biasanya digunakan untuk pengolahan air limbah
dengan beban BOD yang tidak terlalu besar, sedangkan proses biologis 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 untuk menguraikan senyawa polutan
yang ada dalam air dan mikro-organime yang digunakan dibiakkan secara tersuspesi di
dalam suatu reaktor. Beberapa contoh proses pengolahan dengan sistem ini antara lain:
- 40 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
proses lumpur 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
pada 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 TersuspensiSuspended Cul1ure
Pengolahan Air LimbahSecara Blologis
Proses Biomasa MelekalAttached Cullure
Lagoon I Kolam
Gambar.1. Bagan Klasifikasi Proses Biologi
- 41 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat Nuk/irPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Untuk sistem proses biologi yang digunakan untuk sistem pengolahan limbah ini
menggunakan proses pertumbuhan melekat yaitu proses biori/ler aemb, 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 Tan~ Tl 0101
JAlUR AMMONIUM
-UFs : 75,785 ppm UFs : 36 ppmUFo: 18 ppm
URANll KARBONAT
HF :558,2J2 ppmHF : 5,558 ppmHF : 0,5558 ppmUFo: 9 ppm
NH40H : J789,024 ppm
NH40H : J789,024 ppmNH40H : J789,024 ppm
HF : 0,5558 ppm
COO: 20000 ppm
COO: 20000 ppmCOO: 10000 ppm
NH40H : J,789 ppm
BOO: 10000 ppm
BOO: 10000 ppmBOO: 5000 ppm
COO: 80 ppm
BOO: 40 ppm
~
IT an~Ki penampun~
Bioilter aerob,I
limbah cair
Pen~endapan
Koa~ulasi den~anI~
31ahap
~Lin~Kun~an
den~an Ca(OH)2
AI2(S04)3
WAITt TANK T-ol04
IAlUR KfRING
f--TERINTR[GRASI
Gambar 2. Siok diagram sistem peraneangan limbah pabrikelemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe
- 42 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
2.3. Kapasitas Pengolahan Limbah
Kapasitas desain diambil 120 % dari jumlah limbah yang dihasilkan 120 % x
165,042 kg/jam x 24 jam/hari = 4753,2 kg/hari, jika densitas limbah diambil 1 kg/L,
maka jumlah limbah sebesar 4753,2 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
T an~Ki Pencam~ur 1T an~Ki Pencam~ur L
T j 1002
T j 1002
~
\~I9J4P
I
~Iru:
INa(C!i1
\ WI;;;~n~Nl')
III, , fl:lulant
j
I
I11M
i\\151:~rlJ~I~I ~'+'L -- PlXnll'lIIIlI'n
lli:UB11001
BaI~laSlSa!
lUffi[IIl
Bat B~Mef 1
B 11003
BaK Bionl!er L
B11004
Bionller s!a~e J
B 1100J
Gambar.3. Diagram alir proses pengolahan limbah cair kapasitas 5 m3/haripabrik elemen bakar nuklir tipe PWR 1000 MWe
- 43 -
Prosiding Pertemuan I/miah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
3. 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, dilanjutkan dengan
proses koagulasi, flokulasi dengan AI(OHh, untuk senyawa UFe akan terabsorb kedalam
endapan CaF dan flok AI (OHh masing-masing sebesar 50 % [6], sehingga endapan
dikirim ke fasilitas penyimpanan limbah pad at. Hal ini dilakukan meskipun menurut aturan
dari Keputusan Kepala BAPETEN No. 02/Ka/BAPETENNI1999, standar baku mutu
menetapkan bahwa limbah mengandung Uranium adalah 1x1 03 Bq/liter atau sam a
dengan 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 ,dengan proses
batch 8 kali pengolahan sehingga untuk sekali olah sebesar 0,6125 M3. Proses dilakukan
dengan penambahan bahan kimia dengan cara penuangan kedalam tangki pencampur 1,
kemudian dilakukan proses pengadukan , kemudian dilakukan proses pengendapan,
setelah itu dilakukan 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 proses biofilter aerob dengan
pertimbangan bahwa proses biofilter ini 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 media sarang tawon, dengan
adanya media sarang tawon ini akan menaikkan kapasitas beban Chemical Oxygen
- 44 -
Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan Perangkat NuklirPRPN - BA TAN, 14 November 2013
Demand (COD) maupun Biological Oksigen Demand (BOD) yang ada. Hal ini karena
dalam media sarang tawon akan melekat mikroba dalam jumlah besar , sehingga
kemampuan untuk mendedagrasi 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. Diantara faktor pemilihan tersebut
yang harus diperhatikan adalah masalah penyumbatan, tetapi bukan berarti faktor
diabaikan. Hal lain adalah mempunyai kekuatan mekanik yang besar, harga per unit
murah, mempunyai flekbilitas yang tinggi, pemeliharaanya mudah.
4. KESIMPULAN
Dalam proses perancangan sistem pengolahan limbah pabrik elemen bakar nuklir
tipe PWR 1000 MWe, sistem didasarkan pada pengambilan senyawa HF, sedangkan
senyawa UF6 , masih dibawah ambang batas yang telah ditentukan. Proses perancangan
dengan pengendapan senyawa CaF, dilanjutkan dengan koagulasi floklulasi dengan
tawas, dilajutkan 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 1000MWe.
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 JENDERAL INDUSTRI KECIL MENENGAH DEPARTEMEN
PERINDUSTRIAN, 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 Perangkat NuklirPRPN- BATAN, 14 November 2013
5. Santosa ,Puji," Laporan 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 BATAN atau Badan Independen karena
BATAN (PTLR) sudah dan selalu melakukan kajian pemantauan zona lingkungan.
(Utomo)
Jawaban:
1. Yang melakukan adalah badan independen.
- 46 -