puji santosa

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-


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 -


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 -


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 -


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 -

puji santosa

Documents