pengukuran dan analisis unsur-unsur pada air laut muria untuk air

68 ISSN 0216 - 3128 Dwi Biyantoro, Kris Tri Basuki

PENGUKURAN DAN ANALISIS UNSUR-UNSUR PADAAIR LAUT MURIA UNTUK AIR PRIMER PWR

Dwi Biyantoro, Kris Tri BasukiPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BA TAN

ABSTRAK

PENGUKURAN DAN ANALlSIS UNSUR-UNSUR PADA AIR LAUT MURIA UNTUK AIR PRIMER PWR.

Proses pemurnian air bebas mineral dan penentuan tapak pengolahan air laut untuk penyediaan air bagikebutuhan pendingin air primer PWR semakin diperlukan. Desalinasi adalah suatu proses yang digunakanuntuk menghilangkan kandungan garam dalam air laut. Semua proses desalinasi melibatkan tiga alirancairan: umpan air air payau atau air laut, produk air dengan kadar garam rendah, dan air laut dengankonsentrasi tinggi. Air laut Muria Jepara adalah termasuk tipe umpan yang pertama dengan kadar garamrendah dan relative kandungan suspensi dan pengotor logam berat rendah. Ada dua tipe proses membramyang digunakan untuk desalinasi: reverse osmosis dan elektrodialisis. Awalnya proses ini sangat sulit danbiayanya mahal. Tetapi sejak permulaan tahun 1950, proses desalinasi tampaknya menjadi ekonomis untukdigunakan. Ada tiga komponen kunci yang berpengaruh pada karakteristik dan kehandalan jangka panjang:I) energi, 2) sifat korosif air laut, dan 3) teknologi proses desalinasi. Ke tiga 001 ini saling berkaitan danmemberikan dampak signifikan pada pengembangan desain dan optimasi kerja. Berdasarkan analisis airlaut didaerah semenanjung Muria Jepara diperoleh hasil sebagai berikut: Fe = 0,176 ± 0,012 ppm, Pb =0,612 ± 0,0/7 ppm, Cd = 52,567 ± 0,750 ppm, Cu = 0,044 ± 0,005 ppm, Zn = 0,061 ± 0,003 ppm, Mn =0,057 ± 0,003 pp, Ca = antara 365,256 - 368, 654 ppm, Na = antara 9572,000 - 9775,000 ppm, Mg =antara 759,000 - 779,00 ppm dan Ni = 0,524 ± 0,005 ppm. Biaya proses untuk (reverse osmosis) 0,9 - IUS$/m3 , untuk elektrodialisis = I - 1,2 US$/m3 , sedangkan untuk proses evaporasi atau distilasi = 1,41,6 US$/m3 .

ABSTRACT

MEASUREMENT AND ELEMENTAL ANALYSIS OF MURIA SEA WATER FOR PRIMERY WATER OF

PWR. Treatment process of water of free mineral and study area of processing of sea water to meet the needof water cooling of PWR. Desalination is a separation process used to reduce the dissolved salt content ofsaline water. All desalination processes involve three liquid streams: the saline feedwater (brackish water orseawater), low salinity product water, and very saline concentrate. Seawater Muria Jepara is feed type Iwith content salt is low and relative suspention and weight metals is low. There are two types of membraneprocess used for desalination: reverse osmosis (RO) and electrodialysis (ED). The starting of process isdifficult and expensive. However, starting since I 950s, desalination process appear to be economicallypractical for ordinary use. There are 3 key elements significantly affect to the technical performance andlong term characteristic type, i.e. I) energy, 2) corrosivity of seawater, and 3) desalination processtechnology. These elements closely inter related and impartant for design improvements and technicalperformance optimization. From the analysis of sea water of gulf Muria Jepara was found as follows: Fe =0,/76 ± 0,012 ppm, Pb = 0,612 ± 0,0/7 ppm, Cd = 52,567 ± 0,750 ppm, Cu = 0,044 ± 0,005 ppm, Zn =0,061 ± 0,003 ppm, Mn = 0,057 ± 0,003 ppm, Ca between = 365,256 - 368, 654 ppm, Na between =9572,000 - 9775,000 ppm, Mg between 759,000 - 779,00 ppm and Ni = 0,524 ± 0,005 ppm. Cost productionof process using reverse osmosis as around 0.9 - I US$/m3, while using electrodialysis is around 1.2US$/m3, and by using evaporation process or distil/ation process is around 1.4 - 1.6 US$/m3.

PENDAHULUAN

Air yang digunakan sebagai air pendingin primerPWR terutama berfungsi untuk mediapemindahan panas yang timbul akibat reaksi fisi.Kualitas air akan sangat mempengaruhi integritasstruktur material sistem reaktor. Air primer reaktormemerlukan kemumian yang tinggi, hal inidiperlukan untuk menekan proses deposisikelongsong elemen bakar yang panas serta korosimaterial komponen reaktor yang terbuat dari logam.

Diperlukan air yang memenuhi standartertentu guna menjamin kualitas proses yangdikehendaki. Untuk itu diperlukan pengolahan ataupemrosesan spesifik yang bergantung pada sumberair dan fungsinya dalam lingkar produksi.Khususnya air laut sebagai bahan dasar pembuatanair bebas mineral yang akan digunakan sebagai airprimer PWR.

Proses desalinasi merupakan cara yangdigunakan untuk penyediaan air tawar dari air laut.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 10 Juli 2007

Dwi Biyantoro, Kris Tri Basuki ISSN 0216 - 3128 69

Air laut mengandung antara 35.000 - 42.000 ppmbermacam zat terlarut, dengan sebagian besar garamNaCI[I]. Secara garis besar, prinsip prosespemurnian air dapat dilakukan melalui 2 metoda,yaitu secara 1) langsung dengan menggunakanmembran dan 2) tidak langsung melaluidestilasi/evaporasi. Proses desalinasi menggunakanmembran relatif bam dan berkembang sesuaidengan perkembangan material membran.

Pengoperasian desalinasi relatif mahaldibandingkan pengolahan air biasa, namun makinpenting bila dikaitkan dengan kesadaran pelestarianlingkungan karena penggunaan air tanah (air sungaidan bawah tanah) sudah semakin terbatas. Airbersih dan air murni mempakan bahan yangsemakin penting, juga langka dengan makinmajunya IPTEK, masyarakat dan peradabanindustri. Sebaliknya, berkat perkembangan IPTEK,mutu airpun bisa diperbaiki. Air murni sangatpenting bagi industri kimia, farmasi, pangan,elektronika dan industri nuklir[2].

Untuk menyongsong pembangunan PLTNpertama di Indonesia ntuk membangun reaktor daya,maka kebutuhan air pendingin khususnya untuk airprimer PWR yang bebas mineral sangat dibutuhkan.Sebagai sumber air dapat memanfaatkan air lautatau air payau.

Teknologi nuklir senatiasa dituntut akanperangkat dan sistem yang lebih mutakhirberhubungan dengan pendingin reaktor. Teknologinuklir mutlak hams dikuasai oleh Bangsa Indonesiajika kita bermaksud untuk melakukan alih teknologipembangunan PLTN pertama, sehingga padapembangunan PLTN-PLTN berikutnya kadarkontribusi bangsa Indonesia dapat semakinditingkatkan.

Oalam rangka memenuhi kebutuhan airkhususnya air bebas mineral yang akan digunakansebagai air primer PWR, maka perlu penguasaanteknologi, pengalaman, dan adaptasi informasidengan cepat, akurat, ramah lingkungan, menjaminkeselamatan, mempunyai daya saing ekonomis, danpenyiapan SOM yang kapabel.

Proses desalinasi tipe membran tepat untukmengolah air laut atau air payau dengan kandungan

padatan tersuspensi dibawah 10.000 ppm[l]Kelebihan desalinasi tipe membran ialah praktis,karena hanya memerlukan daya listrik dalampengoperasiannya, disamping biaya operasinya yangbersaing. Proses membran yang banyak digunakan

adalah reverse osmosis (RO) [2,3],

Sebagaimana tipe membran yang lain, tipeRO sensitif terhadap pergerakan dan penyumbatan.

Untuk mengatasi hal tersebut, pengolahan awal airsebelum melalui membran RO sangat penting.Beberapa cara proses pengolahan awal meliputiproses kimia dan mekanikal, seperti koagulasi,tlokulasi dan diikuti filtrasi untuk menghilangkankekeruhan dan kandungan padatan terlarut.

Oleh karena itu maka perlu dilakukan studiair laut Muria sebagai bahan dasar pembuatan airbebas mineral yang akan digunakan sebagai airprimer PWR. Air hasil olah tersebut hams benarbenar dapat memenuhi syarat untuk keperluanpendingin reaktor, yaitu seperti tercantum padaTabel 1.

Air untuk PWR diperlukan proses pemurnianyang spesifik. Masalah penyediaan air merupakaninvestasi yang tidak kecil. Proses desalinasi dan

membram dialisis mempakan cara yanf: efektifyangdigunakan untuk penyediana air PWR 3]. Proses inirelatif mahal namun dengan kemajuan teknologibiaya proses senatiasa diupayakan dapat berkurangsehingga dapat efisien dan efektif. Oengan semakinterbatasnya air tanah dan kesadaran lingkungan,maka diperlukan upaya pemurnian air laut menjadiair bebas mineral yang bebas garam dan ion-ionlogam.

Langkah awal yang perlu dikerjakan adalahmelakukan studi tapak dan melakukan analisiskandungan air laut di daerah semenanjung Muria.Berikutnya adalah pemilihan proses untukpembuatan air bebas mineral sebagai air primerPWR.

Parameter pH mempunyai peran pentingdalam proses transport hasil korosi disamping padaproses korosi itu sendiri. PH dijaga agar beradapada nilai tertentu sebagai persyaratan untukmeminimkan perjalanan prod uk korosi di jaluraliran pendingin. Sebagai contoh bahwa pada pH6,9 adalah direkomendasikan pada suhu 300°Cuntuk pengendalian lithium (Li) pada konsentrasi2,2 ppm[4J•

Kondisi Li dan boron (B) hamsdikoordinasikan terkait dengan operasi pH untukmencapai kondisi harga pH pada kisaran 6,9 - 7,4sesuai yang direkomendasikan[4].

Penggunaan air dalam reaktor nuklir antaralain sebagai media pemindahan panas ataupendingin. Air pendingin erat kaitannya denganproses korosi komponen atau stmktur reaktor danpipa yang terbuat dari paduan logam. Oleh sebab ituair yang digunakan sebagai air pendingin reaktornuklir hams memenuhi persyaratan yang bebasmineral.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN


70- ISSN 0216 - 3128 Dwi Biyantoro, Kris rri Basuki

Setiap inti atom U-235 yang mengalamipembelahan akan melepaskan sejumlah energisebesar kira-kira 200 MeV yang hampir seluruhnyadalam bentuk panas. Suatu zat pendingin diperlukanuntuk menghindari terjadinya suhu yang berlebihandalam bejana reaktor. Kriteria suhu berlebihanditentukan oleh beberapa faktor, yaitu suhutransformasi allotropis pada bahan yang vital, titikdidih zat pending in, suhu melunak, bahan strukturdan lain-lain.

Tabell. Spesifikasi air pendingin primer PWRI41

ParameterSpesifikasi

Konduktivitas

Lebih kecil dari 1 sid 40

( IlS/cm ) pada 25°CpH

4,2 - 10,5 pada 25°C

Oksigen

0,005 ppm maksKhlorida

0,15 ppm maksFlourida

0,15 ppm maks

Hidrogen

25 - 50 cc (SPT) I kg

Suspendend solid

0,2 ppm maksBoric Acid

o - 4000 ppmSilica

1,0 ppm maksAlumina

0,05 ppm maks

Calsium0,15 ppm maks

Magnesium

0,025 DDmmaks

Dalam PWR fungsi air tidak hanya sebagaipendingin tapi juga sebagai : moderator, reflektor,shielding, dan kerja generator listrik. Pengendalianair pending in primer berguna untuk pengendaliankorosi pada komponen reaktor dan tangki bahanbakar sehingga dapat mengontrol reaktivitas nuklir,mereduksi sumber radiasi serta untuk memonitor

integritas bahan bakarlSJ•

TAT A KERJA

1. Data data diambil dari pustaka dan Internet.2. Analisis Fe, Pb, Cd, Cu, Zn, Mn, Ca, Na, Mg

dan Ni dilakukan dengan alat Flame AAS(Laboratorium Kimia Analitik, PusatTeknologi Akse\erator dan Proses Bahan BAT AN Yogyakarta, Terakreditasi )

Proses pengolahan air laut Muria

Demineralisasi

Air laut rata-rata dipompa ke unit koagulasiuntuk mengendapkan lumpur - lumpur yang terikut.Di sini air ditambah dengan zat penggumpal sepertitawasl filter alum, ferro sulfat, natrium aluminat dan

sebagainya. Proses demikian tidak bisa digabungkansembarangan dengan proses teknologi membransebab dapat merusak membrannya. Air yang keluardari unit koagulasi sebagian masih ada pengotoryang tersisa, di sini dibersihkan melalui unitklarifier dan filtrasi. Air yang keluar dari klarifierdilewatkan membran osmose, air akan mengalamiproses fisis yang memisahkan zat terlarut daripelarutnya. Membran hanya dilalui pelarut,sedangkan zat terlarutnya baik elektrolit maupunorganik akan ditolak. Air hasil yang keluar darimembran osmose dilewatkan me\alui kolom

penukar ion untuk memisahkan kation dan anionyang tidak dikehendaki. Pada proses penukar iondapat memakai zeolit - Na (produk air mengandungNa), atau resin penukar ion (kation/ anion). Prosesini hanya untuk mengurangi kesadahan air yangdisebabkan oleh garam kalsium atau magnesium,bikarbonat dan sebagainya. Cara ini tidak dapatmenghilangkan kontaminan secara sempurna. Untukmenghindari jamur dan bakteri - bakteri yangtumbuh diperlukan proses klorinasi atau ozonisasisebelum masuk ke unit destilasi yang terdiri daribeberapa buah. Tujuan dari klorinasi yaitu untukdesinfeksi dan membantu menghilangkan Fe, Mn.Zat - zat kimia dalam air bereaksi dengan klor barusesudahnya klor membunuh atau menghambattumbuhnya mikroba. Jika air mengandung zatorganik atau amoniak maka kebutuhan klornyatinggi. Air destilat dari unit destilasi dikontrol pH 6- 7 (netral) dan total zat terlarut. Hasil air yangdiperoleh sesudah melewati proses koagulasi,klarifier, membran osmose, penukar ion, klorinasidan destilasi mempunyai kualitas yang sesuaidengan syarat - syarat yang hams dipenuhi untukkepentingan pending in primer. Sedangkan untukkualitas air sebagai pendingin sekunder maka cukupmemakai air sebagai hasil klorinasi. Untukmenadapatkan produk air bebas mineral diperlukanair laut atau air payau memakai proses desalinasitipe membram atau multi effect distilation (MED).Hasil studi memberikan gambaran bahwa kombinasiproses e\ektrodialisis dan reverse osmosis baikuntuk memproses (treatment) air payau/air lautmenjadi air bebas mineral untuk air primer PWR.

Dari data analisis air laut semenanjung MuriaJepara dengan kadar pengotor yang rendahnampaknya akan memberikan harapan yang baikuntuk mengolah air laut atau air payau menjadi airbebas mineral untuk air primer PWR. Diagram alir

proses seperti ditunjukkan pada Gambar 1[6].



Dwi Biyantoro, Kris Tri Basuki

I Air laut atau air payau

ISSN 0216 - 3128

Pemurnian awal

[ Pemumian belakang

71

Pembuanganair garam

Pompa tekanan tinggi I

Gambar 1. Unit proses pengolahan air laut dengan cara membran

PEMBAHASAN

Berdasarkan sampling hasil analisis air ]autdi semenajung Muria Jepara menggunakan AASdiperoleh hasil sebagai berikut :

Tabel 2. Analisis kandungan air laut MuriaJepara dengan AAS

No.UnsurKadar

I.Fe 0,176±0,012ppm

2.

Pb 0,612 ± 0,017 ppm

3.

Cd 52,567 ± 0,750 ppm

4.

Cu 0,044 ± 0,005 ppm

5.

2n 0,061 ± 0,003 ppm

6.

Mn 0,057 ± 0,003 ppm

7.

Ca 365,256 - 368, 654

ppm8.

Na 9572,000 - 9775,000

ppm9.

Mg759,000-779,00

ppm10.

Ni 0,524 ± 0,005 ppm

Air laut merupakan zat kimia yang korosif.Disamping itu, air laut juga mengandung ion-ionlogam yang dapat mengakibatkan timbulnya kerak.Pemilihan material proses sangat menentukanketahanan dan efisiensi jangka panjang.

Dengan kemajuan teknologi yang semakinpesat maka produksi air murni untuk prosesindustri baik nuklir dan non nuklir biaya proses

senatiasa diupayakan dapat berkurang sehinggadapat efisien dan efektif.

Table 3. Biaya desalinasi air lautl71

Tahun

Biaya ModalBiaya Air

(US$/daily m3)

Produk

(US$/m3)1980

15001.25

1990

1000 - 12001.0 - 1.2

2000

800-10000.8 - 1.0

2010

500 - 7000.5 - 0.7

*) Internationa] Atomic Energy Agency (lAEA),Viena, Austria (2004).

Sedangkan berdasarkan studi yangdilakukan oleh Hartman (1999) didapatkan hasilantara Reverse Osmosis, E]ektrodialisis dan MSFbiaya proses didapatkan untuk RO ( reverseosmosis) = 0,9 - I US$/m3 , untuk e]ektrodia]isis =1 - 1,2 US$/ m3 , sedangkan untuk evaporasi ataudistilasi = 1,4 - 1,6 US$/ m3•

Proses pemurnian air bebas mineral tapakpengo]ahan air laut untuk penyediaan air bagikebutuhan pendingin air primer PWR semakindiper]ukan. Terdapat dua prinsip kerja yangditerapkan untuk pengolahan air laut yaitupemisahan menggunakan membrane (ReverseOsmosis dan E]ektrodialiksis) dan pemurnianme]alui cara proses Evaporasi/ Distilasi. Keduacara ini mempunyai keunikan masing-masing,tetapi tipe evaporasi/ distilasi telah banyakdimanfaatkan secara ]ebih luas di dunia industri.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN


72 ISSN 0216 - 3128 Dwi Biyantoro. Kris Tri Basuki

Ada tiga komponen kunci yang sangat berpengaruhpada karakterisasi dan kehandalan jangka panjangtipe evaporasi/ distilasi yakni : 1. Energi yangdigunakan, 2. Sifat korosif dari air laut padainstalasi pemumian, dan 3. Teknologi prosespemumian air laut itu sendiri (Proses Desalinasi).Ketiga hal ini akan saling berkait satu sarna laindan memberikan dampak yang signifikan padapengembangan desain dan optimasi kinerjainstalasi pemumian.

Proses pemumian desalinasi yangmenggunakan prinsip pemumian secara langsungdengan membran, yakni proses pemumian denganmetode Reverse Osmosis dan Elektrodialisis

memberkan harapan yang yang baik untukmengolah air laut atau air payau di semenanjungMuria Jepara menjadi air bebas mineral untuk airprimer PWR.

Penentuan tapak dipilih di SemenanjungMuria Jepara yang terletak dipantai utara laut Jawa,karena kandungan pengotor logam berat dalam airlaut relatif rendah (tidak banyak partikeltersuspensi) dibandingkan dengan pantai lain yangsudah terkontaminasi industri (pabrik), prasaranatransport dan transmisi/jaringan listrik, tahangempa, jauh dari gunung berapi dan cost areanyarelatif murah.

KESIMPULAN

Berdasarkan studi air laut Muria sebagaibahan dasar pembuatan air bebas mineral untuk airprimer PWR diperoleh hasil analisis air lautsebagai berikut: Fe = 0,176 ± 0,012 ppm, Pb =0,612 ± 0,017 ppm, Cd = 52,567 ± 0,750 ppm, Cu= 0,044 ± 0,005 ppm, Zn = 0,061 ± 0,003 ppm, Mn= 0,057 ± 0,003 pp, Ca = antara 365,256 - 368,654 ppm, Na = antara 9572,000 - 9775,000 ppm,Mg = antara 759,000 - 779,00 ppm dan Ni = 0,524± 0,005 ppm. Evaluasi dari hasil analisis danproses pemumian desalinasi menggunakan prinsippemumian secara langsung dengan prosesmembran yakni reverse osmosis dan elektrodialisisdiharapkan mendukung keberhasilan prosesmengolah air laut atau air payau di semenanjungMuria Jepara menjadi air bebas mineral untuk airprimer PWR.

Penentuan tapak dipilih di semenanjungMuria Jepara yang terletak dipantai utara laut Jawa,karena kandungan pengotor logam berat dalam airlaut relatif rendah (tidak banyak partikeltersuspensi) dibandingkan dengan pantai lain yangsudah terkontaminasi industri, serta jauh darigunung berapi dan cost areanya relatifmurah .

DAFTAR PUSTAKA

I. PRATOPO, M. I., WALUYO, G.,MURWATI, A., GUNAWAN, W.T,"Teknologi dan Proses Evaluasi PemilihanDesalinasi Bagi Penyediaan Air Industri", PT.Rekayasa Industri, Engineering &Construction, Departemen Proses-DivisiEngineering, Prosiding Seminar Teknik KimiaSoehadi Reksowardojo, ITB, Bandung, 1997.

2. HARTOMO, A.J. AND WIDIATMOKO,M.C., " Teknologi Membran Pemumian Air",Andi Offset, Yogyakarta, (1994).

3. MORIN, O.J., "Desalination-State of the Art1961 Part 2", Desalination & Water Reuse,Vol. 4/4, (1961).

4. SUHARNO, "Keselamatan PLTN", ForumDiskusi Kimia Air dan Korosi, BATAN,Serpong, 21 April 2003.

5. SARYATI DAN RUKIHA TI, "Kimia AirDalam Reaktor Nuklir", Forum Diskusi KimiaAir dan Korosi, BATAN, Serpong, 21 April2003.

6. BUROS, O.K. Et. AI, "Desalination byReverse Osmosis", The USAID DesalinationManual, Englewood, N.J., U.S.A., IDEAPublication (2005).

7. TEWARI, P.K. AND MISRA, B.M.,"Technological innovations in desalination",BARC, NewSletter, (2004).

TANYAJAWAB

M. Setiaji

• Data hasil analisis air laut pada kondisibagaimana, pada musim hujan ataukemarau? Apakah tidak sebaiknya dilakukananalisis pada musim yang berbeda atau padakeadaan air pasang atau air surut.

Dwi Biyantoro

~ Hasil analisis air laut dilakukan pada musimhujan. Hal ini dilakukan karena pada musimhujan banyak air dari sungai (hulu) yangmenuju ke laut (hilir). Berdasarkan surveiyang pernah dilakukan hasil analisis air lautMuria pada kedua musim tidak terlalubanyak mengalami perubahan hat ini karenadi semenanjung Muria relatif suspended

solid (SS) relatif rendah dibandingkandengan pantai yang lain.

MV. Purwani

• Definisi demineralisasi apakah sudah benar ?Karena kalau pengurangan ion positif


Yogyakarta, 10 Juri 2007

Dwi Biyantoro. Kris Tri Basuki ISSN 0216 - 3128 73

bukankah H+ itu ion positif. Apa perludihilangkan ?

Dwi Biyantoro~ Sudah benar. Oemineralisasi adalah untuk

mengurangi mineral ion posif seperti Ca,

Mg, Na dan ion negatif seperti S04, Cl,

HC03 dalam air laut pada proses desalinasi.+ .

Ion H Justru akan membentuk H20 ,seperti contoh reaksi dibawah :

R-H +NaCI ~ R-H + HCI

R-oH +HCl ~ R-Cl +H20

Iswani G.

• Mengapa perlu dilakukan pemurnian air tautdengan penukar ion dan elektrodialisis?Apakah tidak bisa dengan membran langsungdengan multi stage.

Dwi Biyantoro

~ Pemurnian air laut dilakukan dengandengan desalinasi tipe proses membranyaitu gabungan reverse osmosis danelektrodialisis. Membran yang digunakanmulti stage.

Prosiding PPI - PDIPTN 2007Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN


pengukuran dan analisis unsur-unsur pada air laut muria untuk air

Documents