Top Banner
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002 SISTEM PENANGANAN GAS BUANGAN DAN TRANSPORTASI GELAS- LIMBAH HASIL V!TRIFIKASI L!MBAH CAIR AKTIVITAS TINGG! Herlan Martono, Aisyah Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif ABSTRAK SISTEM PENANGANAN GAS BUANGAN DAN TRANSPORTASI GELAS-UMBAH HASIL VITRIFIKASI LlMBAH CAIR AKTIVITAS TI~,jGGI. Suhu peleburan gelAs-limbah dalam melter 1150°C, sedangkan suhu gas buangan dalam melter !ebih rendah yaitu antara 300 - 500°C. Fungsi utama dari susunan s!stem peralatan penanganan gas buangan adalah menurunkan suhu gas buangan. Alat ini adalah air film cooler, disamping itu setiap peralatan yang lain pad a sistem ini mempunyai kemampuan untuk menyerap gas dan partikel sehingga gas buangan yang keluar ke lingkungan tidak memberikan dampak radio!ogis. Peralatan ini meliputi Submerged Bed Scrubber, Venturi Scrubber, Wat~r Scrubber, High Efficiency Mist Eliminator (HEME), penyerap ruthenium dan filter HEPA. Transportasi atau penanganan canister setelah pengisian dan penimbangan geias-limbah dalam canister meliputi pengelasan tutup, dekontaminasi, inspeksi kontaminasi permukaan (smer tes dan pengukuran radiasi dengan detektor) , pengamatan visual, sealing inspection, pengamatan dimensi, penyimpanan sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ABSTRACT OFF GAS TREATMENT SYSTEM AND TRANSPORTA TION OF WASTE GLASS VITRIFICA TION PRODUCT OF HIGH LEVEL LIQUID WASTE. The melting temperature of waste glas,5' in the melter about 1150oC, while the temperature of off gas in the melter is lower between 300 -50ifc, Prior function of the off gas treatment system is decreasing temperature of off gas, This 8,IJparatus i:; air film cooler. The other every apparatus of this system have performance for absorbing gas and parlicle, so that off gas out from the stack to environment have not radiologies hazard. These apparatus are Submerged Bed Scrubber, venturi scrubber, water scrubber, High Efficiency Mist Eliminator (HEME), ruthenium absorber, and HEPA filter. Transporlativn or handling of canister after filling and weighting waste-glass in the canister are decontamlrlation, surface contamination inspection (smer test and radiation measurement by detector), visual inspection, sealing inspection, dimention inspection, interim storage of canister by cooling system for 30 -50 years. PENDAHULUAN Melter dengan sistem pemarlas Joule, 111emanfaatkan lelehan gelas- limbah pada suhu diatas 600°C sebagai penghantar listrik yang dapat menimbulkan panas. Pada sistem ini diharuskan ada geias-limbah dalam melter sampai setinggi di atas elektrode, walaupun tidak dalam keadaan operasi. Pengislan pertama kali dilakukan menggunakan glass cullet, yaitu geias-limbah yang tidak aktif yang komposisinya sarna dengan geias-limbah aktif yang digunakan(1]. Oleh karena itu pada operasi melter sebagai pemanas awal ialah heater dan microwave sampai suhu geias-limbah mencapai 600°C. Setelah itu elektrode dari inconel 690 dihidupkan sehingga terjadi arus listrik. Pada keadaan ini pemberian energi melalui elektrode dan microwave. Adanya golongan platina (Ru, Rh, Pd) yang berada di dasar melter mengganggu aliran listrik, sehinggi;1 bentuk dasar melter dibuat keru.:ut.
7

ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ... heater dan microwave

Apr 01, 2019

Download

Documents

duongbao
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ... heater dan microwave

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

SISTEM PENANGANAN GAS BUANGAN DAN TRANSPORTASI GELAS-LIMBAH HASIL V!TRIFIKASI L!MBAH CAIR AKTIVITAS TINGG!

Herlan Martono, AisyahPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

ABSTRAKSISTEM PENANGANAN GAS BUANGAN DAN TRANSPORTASI GELAS-UMBAH

HASIL VITRIFIKASI LlMBAH CAIR AKTIVITAS TI~,jGGI. Suhu peleburan gelAs-limbah dalammelter 1150°C, sedangkan suhu gas buangan dalam melter !ebih rendah yaitu antara 300 -

500°C. Fungsi utama dari susunan s!stem peralatan penanganan gas buangan adalahmenurunkan suhu gas buangan. Alat ini adalah air film cooler, disamping itu setiap peralatanyang lain pad a sistem ini mempunyai kemampuan untuk menyerap gas dan partikel sehinggagas buangan yang keluar ke lingkungan tidak memberikan dampak radio!ogis. Peralatan inimeliputi Submerged Bed Scrubber, Venturi Scrubber, Wat~r Scrubber, High Efficiency MistEliminator (HEME), penyerap ruthenium dan filter HEPA. Transportasi atau penanganancanister setelah pengisian dan penimbangan geias-limbah dalam canister meliputi pengelasantutup, dekontaminasi, inspeksi kontaminasi permukaan (smer tes dan pengukuran radiasidengan detektor) , pengamatan visual, sealing inspection, pengamatan dimensi, penyimpanansementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin.

ABSTRACTOFF GAS TREATMENT SYSTEM AND TRANSPORTA TION OF WASTE GLASS

VITRIFICA TION PRODUCT OF HIGH LEVEL LIQUID WASTE. The melting temperature ofwaste glas,5' in the melter about 1150oC, while the temperature of off gas in the melter is lowerbetween 300 -50ifc, Prior function of the off gas treatment system is decreasing temperatureof off gas, This 8,IJparatus i:; air film cooler. The other every apparatus of this system haveperformance for absorbing gas and parlicle, so that off gas out from the stack to environmenthave not radiologies hazard. These apparatus are Submerged Bed Scrubber, venturi scrubber,water scrubber, High Efficiency Mist Eliminator (HEME), ruthenium absorber, and HEPA filter.Transporlativn or handling of canister after filling and weighting waste-glass in the canister aredecontamlrlation, surface contamination inspection (smer test and radiation measurement bydetector), visual inspection, sealing inspection, dimention inspection, interim storage of canisterby cooling system for 30 -50 years.

PENDAHULUANMelter dengan sistem pemarlas Joule, 111emanfaatkan lelehan gelas-

limbah pada suhu diatas 600°C sebagai penghantar listrik yang dapatmenimbulkan panas. Pada sistem ini diharuskan ada geias-limbah dalam meltersampai setinggi di atas elektrode, walaupun tidak dalam keadaan operasi.Pengislan pertama kali dilakukan menggunakan glass cullet, yaitu geias-limbahyang tidak aktif yang komposisinya sarna dengan geias-limbah aktif yangdigunakan(1]. Oleh karena itu pada operasi melter sebagai pemanas awal ialahheater dan microwave sampai suhu geias-limbah mencapai 600°C. Setelah ituelektrode dari inconel 690 dihidupkan sehingga terjadi arus listrik. Padakeadaan ini pemberian energi melalui elektrode dan microwave. Adanyagolongan platina (Ru, Rh, Pd) yang berada di dasar melter mengganggu aliranlistrik, sehinggi;1 bentuk dasar melter dibuat keru.:ut.

Page 2: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ... heater dan microwave

~

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Melter dengan sistem pemanas Joule dioperasikan pad a suhu 1150oCuntuk mengola.h limbah cair aktivitas tinggi (LCA T). Kapas:tas melter 750 kglelehan geias-limbah dengan komposisi 75% bahan pembentuk gelas dan 25%LCAT dengan. komposisi seperti ditunjukkan pada Tabel[1]. Komposisi limbahsimulasi ini diperoleh dengan program komputer Origen 2 berdasarkan atasjenis reaktor PWR dengan fraksi bakar 45000 MWd/MTU, pengkayaan uranium4,5% dan lama pendinginan 4 tahun. Dalam geias-limbah banyaknya Na20ditentukan sebesar 10% berat. Jika kadar Na20 diatas 10% berat, maka akanterjadi pemisahan fase yang berwarna kuning dari natrium molibdar2,3]. Padasetiap operasi melter, pengeluaran lelehan gelas ~imbah sebanyak 300 kgdengan laju pengumpanan 9 kg/jam limbah dan bahan pembentuk gelas.

Tabel 1. Komcosisi Gelas-limbah Sim'Jlasi[~]

Oksida

-Sj'6;-~=AlZO3

,cLlzOCeOZnco

~/o Berat.

4655~"

1420,-5,01~]~=2..99,2,99

OkSfda

"$bi'O;"~=C~lO-sro-

BadZrO;tMoO3~~~~RhzO3PdQ

% Berat" 0'

1v, ,c--0,100,710..26

~L1,15~~0.31015,0,13C o '0,4

=~=~L

0.03;0,02~I§:=

--:Qi!L0,3$1,76035,125,.022~,0,05

~PzOs

9,99-017,

~

Cr203~~~

165-!--

W~2,26

"'~2Q...,..,CdQ?SnO2~

~TeO3~Y203~~Prt;Ot1Nd203 -Sm203EU203

Batas setinggi 10 cm di atas elektrbqe merupakan batas bawah gelas-limbah dalam melter, sedangkan batas atas ditentukan dari volume canister(batas bawah + volume canister dibagi luas permukaan melter).

Pada saat melter dioperasikan, permukaan lelehan geias-limbah diukuruntuk mengetahui batas atas dan batas bawah lelehan geias-limbah. Metodepengukurannya menggunakan sistem elektronik yang memanfaatkanperbedaan tahanan, jika elektrode kontak dengan lelehan geias-limbah danelektrode kontak dengan gas. Distribusi suhu lelehan geias-limbah dalammelter ditentukan atau diukur dengan termokopel yang dibuat dari inconel 600.Posisi termokopel dapat dinaikkan atau diturunkan sehingga suhu pada tempat

12

Page 3: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ... heater dan microwave

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

tertentu dapat diukur. Tekanan gas dalam melter diatur dengan systemPressure Indicated Controle (PIC). Tekanan gas dalam melter sekitar -100 mmH2O. Jika tekanan gas dalam melter tinggi misalnya -50 mm H2O, maka katup(valve) akan menutup dan gas akan mengalir dari melter ke sistem pengolahangas buang, sehingga tekanan turun sampai -100 mm H2O. Jika tekanan gasdalam melter rendah, misalnya -200 mm H2O, maka katup akan terbuka danudara mengalir melalui pipa masuk ke dalam melter sehingga tekanan gas naiksampai -100 mm H2O.

Kapasitas gas buangan dari melter 240 -300 Nm3/jam. Suhu gasbuangan dalam melter ialah sekitar 300 -500°C. Gas buangan merlJpakanlimbah radioaktif dalam bentuk gas yang tidak disimpan, akan tetapi langsungdiolah. Gas yang telah relatif bersih dibuang ke lingkungan.

Pengeluaran gelas melalui bottom drain dimulai setelah pengumpananbahan pembentuk gelas dan limbah selesai, dan permukaan lelehan gelas-iimbah dalam keadaan puncak panas (hot top condition). B:asanya keadaantersebut dicapai sekitar 4 jam setelah pengumpanan selesai. Oi dalam meltertidak ada pengadukan. Pencampuran terjadi karena adanya aliran !elehangeias-limbah yang timbul akibat perbedaan suhu sehingga terjadi perbedaanberat jenis.

SISTEM PENGOLAHAN GAS BUANGANSkema sistem pengolahan gas bL:-lngan dari melter ditunjukkan pada

Gambar 1. Pada sistem ini, gas buangun dari melter dib~rsihkan denganmengambil partikel dan gas. Peralatan df':lgan efisiensi tinggi digunakan agarsupaya dapat mengambil partikel halus can gas Ru[4). Sistem pcngolaharl gasbuangan dari melter disusun sesuai de!lgan fungsi setiap peralatan yaiuJsebagai pend!ngin, untuk mengambil pa.1}kel halus don gas RU[s,6]. Peralatanuntuk pengolahan gas buangan dari ~elter dengan kapasitas 240 -

300 Nm3/jam dengan suhu 300 -500°C adalah sebagai berikut :

r. \.oiIL1ll.

1",)

Page 4: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ... heater dan microwave

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Air Film CoolerSuhu gas buangan yang keluar dari melter didinginkan dengan udara yangdimasukkan ke dalam air film cooler sehinga udc.ra bercampur gas buangan.Laju aliran udara masuk air film cooler sekitar 70 Nm3/jam. Suhu gasbuangan turun menjadi 200°C.

Submerged Bed Scrubber (SBS)Kapasitas air dalam SOS ialah 1,5 m3. Faktor dekontaminasi (FO) untukNOx = 2, partikel 3 -5 dan gas (volatil) Ru lebih dari 50(1). Pressure drop

pad a SBS sekitar; 800 -900 mm H2O. Peralatan S8S mengandung bolakeramik (AI2O3) yang berdiameter 10 -20 mm. Bola keramik berfungsi untukmenaikkan luas permukaan kontak antara gas dan air, serta berfungsi jugasebagai pengaduk. Oi dalam SBS ini gas buangan didinginkan sampai suhusekitar 40°C.

Venturi ScrubberVenturi Scrubber digunakan untuk mengolah gas buangan yang berasal dariSBS. Laju resirkulasi air penyerap (scrubbing water) ialah 275 I/jam dan lajualiran gas (pemasukan udara dan gas buangan) ialah 315 m3/jam.Perbandingan air/gas sekitar 0,85. Kecepatan gas sekitar 85 m/detik.Pressure drop pada venturi scrubber sekitar 1200 mm H2O. Faktordekontaminasi venturi scrubber untuk NOx, partikel, dan gas Ru masing-masing 1, 10, dan 3[1]. Didalam venturi scrubber gas buangan didinginkan

sampaisuhu32°C.

Water ScrubberTipe water scrubber adalah perforated plate. [Ii ,jalam water scrubber airpenyerap diresirkulasikan. Laju sirkulasi air peny,erap ialah 70 !/jam. Padasetiap plate perlu air pending in. Pressure drop r'dda water scrubber ialahsekitar 400 mm H2O. Setiap perforated plate mempunyai 300 lubangdengan diameter setiap !ubang 3 mm. Faktor dek')ntaminasi water scubberuntuk partikel 3 -5 dan untuk gas Ru 50[1]. Gas buangan di da!am waterscrl.!bber didinginkan sampai suhu 28°C.

* High Efficiency Mist Elimf'1ator (HEME)Peralatan HEME mengandung fiber glass dan mempunyai efisiensi yangtinggi IJntuk dekontaminasi partikel. Faktor dekontaminasi HEME terhadappartikel lebih besar 100. Pressure drop pada HElv1E sekitar 200 -300 mmH2O. Setelah operasi, fiber glass dicuci atau dialiri dengan air melalui waterspray nozzle. Air yang mengalir turun dalam HEME mengandung partikel.Gas buangan dari HEME dipanaskan dengan pemanas, kemudian dialirkanke alat penyerap RU[1].

* Penyerap RutheniumLaju penyerapan Ru dari melter tergantung pada suhu dan komposisi LCA T.Penyerapan Ru ditekan dengan adanya bermacam-macam reduktan,

14

Page 5: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ... heater dan microwave

Hasi! Penelitian P2PLR Tahun 2002

seperti formaldehid, asam formiat, dan Quia karena hal ini akan menekanok3idasi Ru. Adanya gas inert akan mengurangi penguapan Ru. Padaproses suhu tinggi seperti vitrifikasi, Ru dalam gas buangan sebagai RUO4dan di atas suhu 800°C sebagai RUO3. Fraksi Ru dalam bentuk uap yangmeninggalkan melter sekitar 1 -15%. Untuk menyerap Ru dalam gasbuangan digunakan silica gel. Proses penyerapan dilakukan pada 65°C.Uap Ru diumpankan ke penyerap silica gel, dengan memanaskan gasbuang sebelum masuk ke alat penyerap Ru. Faktor dekontaminasi alatpenyerap Ru lebih dari 1000. Pressure drop penyerap Ru sekitar 600 mmH2O. Oleh karena silica gel padat, maka sangat sukar untuk rr.enganalisisRu. Dalam percobaan, sampling Ru yang menguap dilakukan denganpenyerap campuran larutan 6 N HCI + C2HsOH pada suhu GoC.Perbandingan volume HCI 6 t~ ! C2HsOH adalah 99. Analisis Ru dilakukandengan Induction Coupling Plasma Fluoresence Photometer.

* Filter HEPAFilter HEPA dapat digunakan sebagai langkah akhir pengolahan gasbuangan dalam vitrifikasi. Dari semua komponen filtrasi, filter HEPA adalahyang paling efektif untuk menangkap partikel kecil yang berukuran minimumsekitar 0,1 -0,3 ~. Faktor dekontaminasi filter HEPA untuk partikelberdiameter sarna, dipe!lgaruhi, oleh laju alir gas buangan, suhu, pressuredrop dar: relative humidity (Iembab. nisbi). Urrlur filter HEPA untukpenanganan gas ini belum diteliti. Faktor dekontaminasi filter HEPAterhadap partikel sekitgr 1000. Filter HEPA ini perlu untuk menjamindekontaminasi gas buargan yang akan dibuang melalui stack dan kemudianke lingkungan. Pressure drop filter HEPA sekitar 50 mm H20[1].

TRANSPORTASI CANISTERSistem transportasi canister ditunjukkan pada Gambar 2[1], Oar; gambar

tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :

Gambar 2. Sistem Transportasi Canister[1]

15

Page 6: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ... heater dan microwave

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

**

*

*

*

Transportasi canister kosong dengan transfer car, sampai dj bavvah melter.Oi bawah melter, canister dihubungkan dengan drain nozzle (Iubangpengeluaran gelas~limbah) dari melter. Berat canister kosong mula-muladiukur.Selanjutnya drain nozzle dibuka, sehingga lelehan gelas limbah mengalirdari melter ke dalam canister melalui nozzle yang dibuat dari inconel 690.Suhu nozzle sekitar 1000oC yang dipanaskan secara induksi. Laju alirlelehan geias-limbah tergantung viskositas dan viskositas tergantungkomposisi dan suhu. Berat geias-limbah dalam canister diukur terus-menerus. Jika berat gelas limbah dalam canister mencapai 295 -300 kg(volumenya 110 liter yaitu 93% volume canister), maka penuangan lelehangelas-iimbah dihentikan dengan cara mendinginkan drain nozzlemenggunakan pendingin udara dan menutupnya.Hubungan canister dengan drain nozzle melter dilepas. Dengan transfer carcanister dipindahkan ke tempat peralatan ias. Pengelasan tutup canisterdilakukan dengan peralatan las. Pendinginan canister dilakukan selama 24

jam.Canister diangkat dan dipindahkan dengan "crane" ke peralatandekontaminasi. Oekontaminasi dilakukan dengan air dan sikat kav'lat.Canister dipindahkan dengan "crane" ke peralatan inspeksi kontaminasipermukaan. Kontaminasi pada permukaan canister diuji dengan "smer tesf'dan kemudian diukur dengan detektor.Pengamatan secara visual dilakukan."Sealing inspection" (pengujian segel), canister yang berisi geias-limbah diujipada beberapa kondisi yang diperkir:akan di dalam fasilitas penyimpanansementara, sehingga canister akan dipanaskan sebelum "Sealinginspection" dilakukan. Aliran sistem "Sealing inspection" ditunjukkan padaGambar 2[1]. Canister dipanaskan pada suhu antara 350-400°C. Udara yangmelewati "bell jar' yang menutupi tutup canister diamati. Jika unsur radioaktiflepas dari canister melewati pori hasil las, Cs akail disaring dengan filterHEPA dan Ru diabsorpsi dengan kolom penyerap berisi campuran larutanHCI6 N dan etanol pada DoC. Aktivitas terserap diukur dengan detektor.Pengamatan dimensi, untuk menguji perubahan diameter dan tinggi.Pengamatan ini untuk menentukan canister dapat dimasukkan ke dalamlubang ditempat penyirnpanan sementara.Canister yang berisi geias-limbah selanjutnya dipindahkan ketempatpenyimpanan sementara dan disimpan selama 30-50 tahun, dengan sistempendingin untuk mencegah terjadinya devitrifikasi.

*

KESIMPULAN1. Sistem penanganan gas buangan berfungsi untuk menurunkan suhu,

menyerap gas dan partikel sehingga gas buangan yang keluar kelingkungan tidak memberikan dampak radiologis. Sistem peralatan inimeliputi air film cooler, submerged bed scrubber, venturi scrubber, waterscrubber, HEME, penyerap ruthenium, dan filter HEPA.

16

Page 7: ABSTRAK - Digilib-BATANdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · sementara canister selama 3D -50 tahun dengan sistem pendingin. ... heater dan microwave

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

2 Transportasi atau penanganan canister setelah pengisian dan penimbangangelas -limbah meliputi dekontaminasi, inspeksi kontaminasi permukaan,

pengamatan visual, sealing inspection, pengamatan dimensi danpenyimpanan sementara canister selama 30-50 tahun dengan sistem

pendingin.

DAFT AR PUST AKA1. Martono H., Characterization of Waste Glass and Treatment of High

Level Liquid Waste, Report at Tokai Work, PNC, 19882. International Atomic Energy Agency, Characteristic of Solidified High

Level Waste Products, Technical Report Series No.187, IAEA, Vienna,1979

3. International Atomic Energy Agency, Chemical Durability and RelatedProperties of Solidified High Level Waste Forms, Technical Report SeriesNo.257, IAEA, Vienna, 1985

4. International Atomic Energy Agency, Control of Semi volatileRadionuclides in Gaseous Effluents at Nuclear Facilities, TechnicalReport Series No.220, IAEA, Vienna, 1982

5. Klein M, Weyers C and Goossens WRA, Off Gas Cleaning of A LiquidWaste Vitrifier, Radioactive Waste Management, DOE Nuclear AirCleaning Conference, 1984

6. Klein M, Weyers C and Goossens WRA, Behavier of Ruthenium,Cesium and Antimony in High Temperature Processes For WasteConditioning, Radioactive Waste Management, DOE Nuclear Air CleaningConference, 1984

17