ANALISIS KENAIKAN pH AIR PENDINGIN - ANSN

-
52
ISSN 0216 3128
Sumijanto, dkk.
ANALISIS KENAIKAN pH AIR PENDINGIN SEKUNDER
REAKTOR SERBAGUNA G.A. SIWABESSY
Sumijanto
P2TKN- BATAN
ABSTRAK
ANALISIS KENAIKAN pH AIR PENDINGIN SEKUNDER REAKTOR SERBAGUNA G.A. SIWABESSY.
Telah dilakukan analisis kenaikan pH air pendingin sekunder Reaktor Serbaguna G.A.Siwabessy. Kenaikan
pH air akan mellimbulkan masalah kerak, slime dull karosi material sistem pelldillgin sekullder yang pada
akhirnya akall menggallggu kealldalall operasi reaktor. Fluktuasi kollselltrasi ioll karbollat dolI ioll
bikarbonat, konduktivitas listrik serlo total padatan ter/arut dalam sistem air sekunder digullakall untuk
memprediksi penyebab kenaikan pH air. Dad basil analisis menunjukan bahwa kenaikall pH air pendingin
sekunder disebabkan oleh dekomposisi termal ion bikarbonat yang terdapat dalam air menghasilkan ion
karbonat yang selanjutllya ioll karbonat terhidrolisis menghasilkan ion hidroksida. Menillgkatllya jumlah
karbon dioksida ter/arut dalam air pendingill sekunder dolI adanya lumut dalam kolam akall mempercepat
kenaikan pH. Dalam sistem penukar pallas pH mengalami penurunan akibat adanya ionisasi asam
karbonat. Sedallgkan dalam kolam pH cenderung letup sebagai akibat aari pembelltukan endapan
magnesium hidroksida.
v"
ABSTRACT
ANALYSIS OF pH INCREATION OF SECONDARY WATER COOLANTGA.SIWABESSY MULTIPURPOSE
REACTOR. Analysis of pH increation of secondary water coolant GA.Siwabessy Multipurpose Reactor has
been done. The pH increation of water would be scale problem occuring, slime and material corrosion of
secondOlY cooling system, within finaly would be decreasing the reactor operation realibility. The
fluctuation of carbonate and bicarbonate ion, electrical conductivity and total desolate solid in the
secondary water system used to predict the water pH-increasing problem. From the analysis result shown
that secondary water coolant pH increasing caused by thermal decomposition of bicarbonate ion in water
and produced carbonate ion, in furthermore carbonate ion hydrolyzed and produces hydroxide ion. The
increasing of amount of carbon dioxide desolate in secondary water coolant and the present of algae in the
pool should be accelerated the pH incarnation. In the heat exchanger system, the pH littlest decreasing does
to carbonic acid ionization. While in the pool the pH tends constant as caused by deposition of magnesium
hydroxide.
PENDAHULUAN
S
istem pending in sekunder Reaktor Serbaguna
G.A.Siwabessy (RSG-GAS) berfungsi untuk
memindahkan panas dari sistem pending in
primer kelingkungan melalui menara pendingin.
Pengendalian
kualitas air pending in sekunder
dilakukan dengan menggunakan bahan kimia yang
ditambahkan
dalam
air[l]
Namun
karena
pertimbangan teknis clan ekonomi maka saat ini
penambahan bahan kimia tersebut tidak dilakukan
clan selanjutnya pengendalian kualitas air dilakukan
secara
manual
dengan
teknik blow down.
Permasalahan yang dihadapi adalah kenaikan pH
air pendingin sekunder selama operasi reaktor.
Kenaikan pH ini hanya terjadi saat operasi reaktor
saja sedangkan saat reaktor tidak operasi pH
kembali normal. Akibat kenaikan pH tersebut akan
mempercepat pembentukan kerak, slime clan korosi
material sistem pendingin sekunder yang pada
akhirnya akan mempengaruhi keandalan operasi
reaktor. Kenaikan pH air pendingin sekunder erat
kaitannya dengan alkalinitas air serta interaksi
spesi
basil
dekomposisi
termal
komponen
alkalinitas dengan ion kalsium clan ion magnesium
yang terdapat dalam air selama operasi reaktor.
Dalam makalah ini dibahas tentang penyebab
naiknya pH air pending in sekunder selama reaktor
beroperasi. Manfaat yang diharapkan dari data
penelitian
ini
dapat
digunakan
sebagai
pertimbangan dalam
menentukan langkah yang
tepat clan efisien guna menggantikan
sistem
pengendalian
kualitas air yang saat ini tidak
dioperasikan.
TINJAUAN
PUST AKA
Alkalinitas adalah besaran yang digunakan
untuk menyatakan kapasitas air untuk dinetralkan
dengan asam kuat. Alkalinitas air sebagian besar
disebabkan oleh adanya ion karbonat (CO/-), ion
bikarbonat (HCOj-) clan ion hidroksida (OR) yang
Proslding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar lImo Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATANYogyakarta, 8 Juli 2003
ISSN 0216- 3128
Sll11lijallto, dkk.
bikarbonat (HCO3-)daD ion hidroksida (OH-) yang
terdapat dalam air. Penentuan alkalinitas air
dilakukan dengan cara titrasi menggunakan asam
kuat menurutreaksiberikut[2] :
OR
+
H+
H2O
(1)
CO32- + H+
HCO3-
(2)
HCO3- + H+
Hp
(3)
+ CO2
53
tertentu. Pengambilan sampel tersebut dilakukan
pacta waktu siang hari yang dibagi menjadi empat
siklus (siklus pertama jam 9.30 - 10.10, kedua
10.40 - 11.45, ketiga 13.30 - 14.00 clan keempat
14.20 - 14.45) dimana dalam masing-masing siklus
acta empat titik pengambilan sampel yaitu : titik I
sebelum penukar panas (HE), 2 sesudah penukar
panas, 3 setelah blower clan 4 pacta kolam seperti
ditunjukan pactaGambar 1.
Karbon dioksida yang terlarut dalam air
sebagai akibat daTi kontak langsung antara udara
dengan air akan menghasilkan asam karbonat.
Asam karbonat ini adalah asam lemah sehingga
sebagian kecil daTi asam ini akan terionisasi
menghasilkan ion karbonat clan ion bikarbonat
menurut reaksi kesetimbangan berikut [2]:
2
(1
.
CO2 + H2O <=::::>H2CO3 <=::::>HCO3- + W (4)
Disamping hal tersebut sumber ion
bikarbonat dalam air dapat berasal daTi garam
bikarbonat terlarut menurut reaksi berikut [3):
CO2 + Hp
+ MgCO3 <=::::> Mg(HCO3h
Mg2+ + 2HCO3"
CO2 + H2O + CaCO3
+ 2HCO3-
<=::::>
(5)
<=::::>Ca(HCO3h <=::::>Ca2+
(6)
Jika air mengalamai pemanasan maka ion
bikarbonat
yang
terdapat
dalam
air akan
terdekomposisi menghasilkan ion karbonat clan ion
hidroksida menu rut reaksi berikut (2]:
2HCO3"
(7)
CO/" + CO2 + Hp
CO/" + Hp
(8)
20H" + CO2
Ion karbonat daTi hasil reaksi (7) sebagian
akan terhidrolisa menghasilkan ion hidroksida
menurut reaksi (8). Jika dekomposisi termal ini
akan berlangsung tellls maka baik ion karbonat clan
ion hidroksida jumlahnya dalam air juga akan
meningkat sehingga suatu saat akan bereaksi
dengan ion kalsium clan ion magnesium yang
terdapat dalam air menurut reaksi berikut [3):
Gambar I. Skema titik pengambilan sampel air
pendingin sekunder RSG-GAS
Parameter pH diukur dengan pH meter,
daya hantar listrik dengan konduktometer, total
padatan terlarut dengan TDS meter sedangkan
konsentrasi ion bikarbonat
clan ion karbonat
ditentukan dengan cara titrasi menggunakan larutan
HCI 0,01 N dengan indikator PP clan MO.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Fluktuasi parameter alkalinitas air pendingin
sekunder meliputi pH. konsentrasi ion bikarbonat,
konsentrasi ion karbonat, konduktivitas listrik clan
total padatan terlarut masing-masing dalam empat
siklus ( A, B, C clan D ) dengan titik I sebe1um
pemanas (HE), titik 2 sesudah HE, titik 3 pacta
blower clan titik 4 pacta kolam seperti ditunjukan
pacta Grafik 1,2,3,4 clan 5 sebagai berikut :
8.35
8.3 ,8.25
8.2
CO/" + Ca2+
CaCO3
(9)
8.15
20R
+ Mg2+ Mg(OHh
(10)
ABC
-+-
KERJA
Fluktuasi parameter alkalinitas air pendingin
sekunder meliputi pH, konsentrasi ion bikarbonat,
konsentrasi ion karbonat, konduktivitas listrik air
clan padatan terlarut selama operasi reaktor diikuti
dengan cara pengambilan sampel pacta titik-titik
1
0
2
3 -*-
4
TATA
Grafik I. Perubahan pH air sekunder selama 4
siklus
Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta,
8 Juli 2003
-
S4
ISSN 0216 3128
Sumijallto, dkk.
a.Io
Area pertama (sebelum penukar panas (HE)
menuju sesudah penukar panas )
1220
1210
i 1200
i
Berdasarkan grafik 1 sid 5 maka secara
keseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder pada
area pertama adalah:
pH turun, konduktivitas
naik, IDS naik, ion karbonat turun clan ion
bikarbonat naik.
1190
1180
1170
1160
ABC
-+-1 _2
D
-.-3 --*-41
Grafik 2. Perubahan konduktifitas air sekunder
selama 4 siklus
610
605
600
595
590
585
580
ABC
--.
D
~- -. -_2 I. 3 _><4
Grafik 3. Perubahan TDS air sekunder selama 4
siklus
35
Kenaikan pH dalam area ini disebabkan
oleh bertambahnya konsentrasi ion H+yang berasal
dari ionisasi asam karbonat yang ada dalam air
menurut reaksi ( reaksi 4) sehingga konsentrasi ion
bikarbonat pada area ini naik. Penurunan
konsentrasi ion karbonat clan kenaikan TDS pada
area ini ion karbonat bereaksi dengan ion kalsium
membentuk padatan kalsium karbonat (reaksi 9)
yang belum mengendap. Kenaikan konduktivitas
disebabkan oleh bertambahnya ion hidrogen clan
ion bikarbonat basil ionisasi asam karbonat.
Ionisasi asam karbonat dalam area ini lebih
dominan dibandingkan penggabungan ion kalsium
daD ion karbonat, sehingga harga konduktivitas
menjadi naik.
-
30
25
20 15
ABC
D
I
-='--1_2
=:
-:-_=- -- - -.-3----*-{j
..::.-==-=..::.-~_--1 I
Grafik 4. Perubahan ion bikarbonat dalam air sekunder selama 4 siklus
185
165
145
125
105
ABC
-+-1 _2
D
Area kedua ( sesudah pellukar panas menuju
blower)
Berdasarkan grafik I sId 5 maka secara
keseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder pada
area kedua adalah: pH naik, konduktivitas naik,
TDS naik, ion karbonat naik clan ion bikarbonat
turun.
Dalam area kedua terjadi kenaikan pH
cukup signifikan hal ini disebabkan oleh adanya
reaksi hidrolissis ion karbonat dengan molekul air
yang menghasilkan ion hidroksida menurut reaksi
(reaksi 8). Distribusi ion karbonat diatas adalah
basil dari dekomposisi termal ion bikarbonat basil
pemanasan selama melewati HE seperti ditunjukan
pada reaksi (7). Dekomposisi ion bikarbonat ini
didukung oleh data pada Tabel 2. diatas dimana
konsentrasi ion bikarbonat mengalami penurunan.
Pada data diatas konsentrasi ion karbonat
mengalami kenaikan, dari data ini dapat
disimpulkan bahwa laju dekomposisi termal ion
bikarbonat lebih besar dibandingkan laju hidrolisis
ion karbonat. Konduktivitas mengalami kenaikan
akibat bertambahnya distribusi ion hidroksida clan
ion karbonat dimana hidrolisis satu ion karbonat
menghasilkan dua ion hidroksida.
-'-3-~_-4J
Area ketiga ( dari blower menuju kolam)
Grafik 5. Perubahan ion karbonat dalam air
sekunder selama 4 siklus
Berdasarkan grafik I sid 5 maka secara
keseluruhan fluktuasi alkalinitas air sekunder pada
area ketiga adalah: pH relatif tetap, konduktivitas
Presiding Pertemuan daD Presentasilimiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan daD Teknologi Nuklir
P3TM-BATANYogyakarta, 8 Juli 2003
Sulllijanto, dkk.
ISSN 0216 - 3128
Daile, IDS turun, ion karbonat turun clan ion
bikarbonat naik.
Dalam area ini ini pH cenderung tetap,
mengalami sedikit kenaikan clan penurunan pacta
saat tertentu. Penurunan pH ini dilearenakanadanya
asam karbonat basil reaksi antara karbondioksida
daTi udara clan air, yang terionisasi menghasilkan
ion H+ menurut reaksi (4). Dugaan reaksi ini
didukung oleh data naiknya ion bikarbonat dalam
area llli.
Disamping reaksi (4) kenailean daD
penurunan pH juga dipengaruhi oleh reaksi
hidrolisis ion karbonat (reaksi 8) clan reaksi
pembentukan magnesium hidroksida (reaksilO).
Jika laju reaksi reaksi (4) lebih dominan daTireaksi
hidrolisis ion karbonat clan reaksi pembentukan
magnesium hidroksida maka pH akan turun.
Begitupun sebaliknya jika reaksi hidrolisis ion
karbonat clan reaksi pembentukan magnesium
hidroksida lebih dominan daTireaksi (4) pH akan
naik.
Oalam area ini terjadi juga pemekatan air
karena acta sebagian air yang terbawa oleh udara
clan acta yang terevaporasi sehingga endapan
kalsium karbonat dim magnesium hidroksida mulai
mengendap di kolam, hal ini didukung dengan data
menurunnya TOS clanion karbonat..
Turunnya Konduktivitas listrik dikarena
kan harga KSP (Tetapan Hasil Kali Kelarutan)
magnesium hidroksida clan kalsium karbonat
mudah tercapai karena adanya pemekatan tersebut.
Area keempat ( daTi kolam menuju sebelum
pelllallas (HE) )
Berdasarkan grafik 1 sId 5 maka secara
keseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder pacta
area keempat adalah:
pH naik, konduktivitas
turun, TOS turun, ion karbonat naik clan ion
bikarbonat turun.
Pactakolam, adanya aktivitas respirasi lumut
siang hari yang memerlukan karbon dioksida
menyebabkan pH naik. Hal ini dimungkinkan
karena karbondioksida
basil daTi reaksi
dekomposisi termal ion bikarbonat (reaksi 7) clan
hidrolisis ion karbonat (reaksi 8) akan dimakan
lumut di kolam sehingga reaksi dekompoisisi daD
hidrolisis tersebut akan bergeser kekanan sehingga
ion hidroksida yang dihasilkan juga semakin
banyak clan pH naik. Kemungkinan tersebut
didukung oleh menurunnya konsentrasi ion
bikarbonat.
55
Laju konsentrasi ion karbonat bertambah
akibat laju dari dekomposisi ion bikarbonat diatas
lebih besar daTi laju hidrolisis ion karbonat.
Konduktivitas menurun daTi kolam menuju viva
sebelum HE diakibatkan oleh pengendapan
magnesium hidroksida (reaksi 10) clan kalsium
karbonat (reaksi 9) terjadi di kolam, pengendapan
magnesium hidroksida clan kalsium karbonat ini
juga didukung oleh data IDS yang menurun.
KESIMPULAN
Dari basil analisis terhadap tluktuasi
konsentrasi ion karbonat clan ion bikarbonat,
konduktivitas listrik serta total padatan terlarut
selama operasi reaktor dapat disimpulkan bahwa
1. Kenaikan pH air pendingin sekunder
disebabkan oleh dekomposisi termal ion
bikarbonat
yang
terdapat
dalam
air
menghasilkan ion karbonat yang selanjutnya ion
karbonat terhidrolisis menghasilkan ion
hidroksida.
2. Meningkatnya jumlah karbon dioksida terlarut
dalam air pendingin sekunder clanadanya lumut
dalam kolam akan mempercepat kenaikan pH.
3. Oalam sistem penukar panas, pH mengalami
sedikit penurunan akibat adanya ionisasi asam
karbonat. Sedangkan dalam kolam, pH
cenderung
tetap
sebagai
akibat
daTi
pembentukan endapan magnesium hidroksida.
UCAP AN TERIMA KASIH
Pacta kesempatan ini penulis mengucapkan
banyak terima kasih kepada :
I. Bapak Iman Kuntoro selaku Ka.P2TRR yang
telah memberikan kesempatan untuk melakukan
penelitian di RSG-GAS.
2. Ibu Oiyah Erlina Lestari, Setyo Budi Utomo
clan karyawan P2TRR yang telah banyak
membantu terlaksananya penelitian ini.
3. Bapak Nurul Huda, Ino clan rekan-rekan
P2TKN yang telah membantu dalam kegiatan
laboratorium kimia air.
4. Bapak Hanafi K, Bapak Sugeng P3LR yang
telah membantu analisa menggunakan AAS
Proslding Pertemuan dan Presentasillmiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN Yogyakarta,
8 Juli 2003
-
ISSN 0216 3128
56
PUST AKA
Sumijanto, dkk.
Sumijanto
1. ANONIMUS, Safety Analysis Report Rev 8,
Multipurpose Reactor GA.Siwabessy Volume
3, 1999.
.
.
Perlu diatasi kesodakan air sekunder dengah
neggunakan asam sulfat (H:;SO,J yang tepat,
tidak berlebih.
- Hilangkan lumut, kurangi sinar matahari
yang mengenai kolam.
- Kembangkan diairasi pada sistem sekunder.
2. A.HARRIS, Seawater Chemistry And Scale
Control.
3. VERNON. L. SNOEYINK, Water Chemistry,
John Wiley & Sons, 1980.
~
Pratomo B.
~
Apakah sudah pemah terjadi kegagalan operasi
reaktor karena masalah air sekunder.
TANYAJAWAB
Sumijanto
.
Sunarhadijoso
~
Faktor apa saja yang menyebabkan kenaikan
pH pada air pendingin sekunder reaktor
Serbaguna, mohon dijelaskan.
Belum. Tetapi jika air sekunder tidak di
treatment dengan tepat maka, dapat dipastikan
akan timbul masalah yairu kerak, korosi dan
kenaikan suhu air Primer.
Zainus Salimin
~
Sumijanto
.
Dekomposisiterlllal ion H-CP3
Hidrolisis ion CO3
Adanya lumut di kolam (siang hari)
CO2 fer/ana dalam air melalui Blower.
Sukmanto Dibyo
~ Bagaimana mengatasi
sekunder.
Prosiding
Pertemuan
kenaikan
pH
Bagaimana perubahan pH pada malam hari
(operasi reaktor).
Sumijanto
.
air
Belum dilakukan analisis dimalam hari. Tetapi
menurut predeksi kami kenaikan pH pada
malam hari akan lebih kedl karena lumut
pada malam hari tidak lIlengalamifotosintesis.
dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan
P3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003
dan Teknologi Nuklir