52 ISSN 0216 -3128 Sumijanto, dkk.

ANALISIS KENAIKAN pH AIR PENDINGIN SEKUNDERREAKTOR SERBAGUNA G.A. SIWABESSY

SumijantoP2TKN- 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. KenaikanpH air akan mellimbulkan masalah kerak, slime dull karosi material sistem pelldillgin sekullder yang padaakhirnya akall menggallggu kealldalall operasi reaktor. Fluktuasi kollselltrasi ioll karbollat dolI iollbikarbonat, konduktivitas listrik serlo total padatan ter/arut dalam sistem air sekunder digullakall untukmemprediksi penyebab kenaikan pH air. Dad basil analisis menunjukan bahwa kenaikall pH air pendinginsekunder disebabkan oleh dekomposisi termal ion bikarbonat yang terdapat dalam air menghasilkan ionkarbonat yang selanjutllya ioll karbonat terhidrolisis menghasilkan ion hidroksida. Menillgkatllya jumlahkarbon dioksida ter/arut dalam air pendingill sekunder dolI adanya lumut dalam kolam akall mempercepatkenaikan pH. Dalam sistem penukar pallas pH mengalami penurunan akibat adanya ionisasi asamkarbonat. Sedallgkan dalam kolam pH cenderung letup sebagai akibat aari pembelltukan endapanmagnesium hidroksida.

ABSTRACT

v"

ANALYSIS OF pH INCREATION OF SECONDARY WATER COOLANTGA.SIWABESSY MULTIPURPOSEREACTOR. Analysis of pH increation of secondary water coolant GA.Siwabessy Multipurpose Reactor hasbeen done. The pH increation of water would be scale problem occuring, slime and material corrosion ofsecondOlY cooling system, within finaly would be decreasing the reactor operation realibility. Thefluctuation of carbonate and bicarbonate ion, electrical conductivity and total desolate solid in thesecondary water system used to predict the water pH-increasing problem. From the analysis result shownthat secondary water coolant pH increasing caused by thermal decomposition of bicarbonate ion in waterand produced carbonate ion, in furthermore carbonate ion hydrolyzed and produces hydroxide ion. Theincreasing of amount of carbon dioxide desolate in secondary water coolant and the present of algae in thepool should be accelerated the pH incarnation. In the heat exchanger system, the pH littlest decreasing doesto carbonic acid ionization. While in the pool the pH tends constant as caused by deposition of magnesiumhydroxide.

PENDAHULUAN

Sistem pending in sekunder Reaktor SerbagunaG.A.Siwabessy (RSG-GAS) berfungsi untukmemindahkan panas dari sistem pending in

primer kelingkungan melalui menara pendingin.Pengendalian kualitas air pending in sekunderdilakukan dengan menggunakan bahan kimia yangditambahkan dalam air[l] Namun karena

pertimbangan teknis clan ekonomi maka saat inipenambahan bahan kimia tersebut tidak dilakukanclan selanjutnya pengendalian kualitas air dilakukansecara manual dengan teknik blow down.Permasalahan yang dihadapi adalah kenaikan pH

air pendingin sekunder selama operasi reaktor.Kenaikan pH ini hanya terjadi saat operasi reaktorsaja sedangkan saat reaktor tidak operasi pHkembali normal. Akibat kenaikan pH tersebut akanmempercepat pembentukan kerak, slime clan korosimaterial sistem pendingin sekunder yang padaakhirnya akan mempengaruhi keandalan operasi

reaktor. Kenaikan pH air pendingin sekunder eratkaitannya dengan alkalinitas air serta interaksispesi basil dekomposisi termal komponenalkalinitas dengan ion kalsium clan ion magnesiumyang terdapat dalam air selama operasi reaktor.Dalam makalah ini dibahas tentang penyebabnaiknya pH air pending in sekunder selama reaktorberoperasi. Manfaat yang diharapkan dari datapenelitian ini dapat digunakan sebagaipertimbangan dalam menentukan langkah yangtepat clan efisien guna menggantikan sistempengendalian kualitas air yang saat ini tidakdioperasikan.

TINJAUAN PUST AKA

Alkalinitas adalah besaran yang digunakanuntuk menyatakan kapasitas air untuk dinetralkandengan asam kuat. Alkalinitas air sebagian besardisebabkan oleh adanya ion karbonat (CO/-), ionbikarbonat (HCOj-) clan ion hidroksida (OR) yang

Proslding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar lImo Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATANYogyakarta, 8 Juli 2003

Sll11lijallto, dkk. ISSN 0216- 3128 53

bikarbonat (HCO3-)daDion hidroksida (OH-) yangterdapat dalam air. Penentuan alkalinitas airdilakukan dengan cara titrasi menggunakan asamkuatmenurutreaksiberikut[2] :

(1)

(2)

(3)

Karbon dioksida yang terlarut dalam airsebagai akibat daTi kontak langsung antara udaradengan air akan menghasilkan asam karbonat.Asam karbonat ini adalah asam lemah sehinggasebagian kecil daTi asam ini akan terionisasimenghasilkan ion karbonat clan ion bikarbonatmenurut reaksi kesetimbangan berikut [2]:

CO2 + H2O <=::::>H2CO3 <=::::>HCO3- + W (4)

Disamping hal tersebut sumber ionbikarbonat dalam air dapat berasal daTi garambikarbonat terlarut menurut reaksi berikut [3):

CO2 + Hp + MgCO3 <=::::> Mg(HCO3h <=::::>

Mg2++ 2HCO3" (5)

CO2 + H2O + CaCO3 <=::::>Ca(HCO3h <=::::>Ca2++ 2HCO3- (6)

Jika air mengalamai pemanasan maka ion

bikarbonat yang terdapat dalam air akan

terdekomposisi menghasilkan ion karbonat clan ionhidroksida menu rut reaksi berikut (2]:

2HCO3" CO/" + CO2 + Hp

CO/" + Hp 20H" + CO2

(7)

(8)

Ion karbonat daTi hasil reaksi (7) sebagian

akan terhidrolisa menghasilkan ion hidroksidamenurut reaksi (8). Jika dekomposisi termal ini

akan berlangsung tellls maka baik ion karbonat clanion hidroksida jumlahnya dalam air juga akan

meningkat sehingga suatu saat akan bereaksi

dengan ion kalsium clan ion magnesium yangterdapat dalam air menurut reaksi berikut [3):

CO/" + Ca2+ CaCO3 (9)

(10)20R + Mg2+ Mg(OHh

TATA KERJAFluktuasi parameter alkalinitas air pendingin

sekunder meliputi pH, konsentrasi ion bikarbonat,konsentrasi ion karbonat, konduktivitas listrik air

clan padatan terlarut selama operasi reaktor diikutidengan cara pengambilan sampel pacta titik-titik

tertentu. Pengambilan sampel tersebut dilakukanpacta waktu siang hari yang dibagi menjadi empatsiklus (siklus pertama jam 9.30 - 10.10, kedua10.40 - 11.45, ketiga 13.30 - 14.00 clankeempat14.20 - 14.45) dimana dalam masing-masing siklusacta empat titik pengambilan sampel yaitu : titik Isebelum penukar panas (HE), 2 sesudah penukarpanas, 3 setelah blower clan 4 pacta kolam sepertiditunjukan pactaGambar 1.

2

(1.

Gambar I. Skema titik pengambilan sampel airpendingin sekunder RSG-GAS

Parameter pH diukur dengan pH meter,daya hantar listrik dengan konduktometer, totalpadatan terlarut dengan TDS meter sedangkankonsentrasi ion bikarbonat clan ion karbonat

ditentukan dengan cara titrasi menggunakan larutanHCI 0,01 N dengan indikator PP clan MO.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Fluktuasi parameter alkalinitas air pendinginsekunder meliputi pH. konsentrasi ion bikarbonat,konsentrasi ion karbonat, konduktivitas listrik clan

total padatan terlarut masing-masing dalam empatsiklus ( A, B, C clan D ) dengan titik I sebe1umpemanas (HE), titik 2 sesudah HE, titik 3 pactablower clan titik 4 pacta kolam seperti ditunjukanpacta Grafik 1,2,3,4 clan 5 sebagai berikut :

8.35

8.3 ,-

8.25

8.2

8.15ABC 0

-+- 1 2 3 -*- 4

Grafik I. Perubahan pH air sekunder selama 4siklus

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

OR + H+ H2O

CO32- + H+ HCO3-

HCO3- + H+ Hp + CO2

S4 ISSN 0216 -3128a.Io

1220

1210

i1200

i 11901180

1170

1160ABC D

-+-1 _2 -.-3 --*-41

Grafik 2. Perubahan konduktifitas air sekunderselama 4 siklus

610

605600

595

590

585

580ABC D

--. ~- -. -_2 I. 3 _><4

Grafik 3. Perubahan TDS air sekunder selama 4siklus

35 -

30

25

20 -

15

ABC D I-='--1_2 -.-3----*-{j I=: -:-_=- -- - ..::.-==-=..::.-~_--1

Grafik 4. Perubahan ion bikarbonat dalam air -sekunder selama 4 siklus

185

165

145

125

105

ABC D

-+-1 _2 -'-3-~_-4J

Grafik 5. Perubahan ion karbonat dalam airsekunder selama 4 siklus

Sumijallto, dkk.

Area pertama (sebelum penukar panas (HE)menuju sesudah penukar panas )

Berdasarkan grafik 1 sid 5 maka secarakeseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder padaarea pertama adalah: pH turun, konduktivitasnaik, IDS naik, ion karbonat turun clan ionbikarbonat naik.

Kenaikan pH dalam area ini disebabkanoleh bertambahnya konsentrasi ion H+yang berasaldari ionisasi asam karbonat yang ada dalam airmenurut reaksi ( reaksi 4) sehingga konsentrasi ionbikarbonat pada area ini naik. Penurunankonsentrasi ion karbonat clan kenaikan TDS padaarea ini ion karbonat bereaksi dengan ion kalsiummembentuk padatan kalsium karbonat (reaksi 9)yang belum mengendap. Kenaikan konduktivitasdisebabkan oleh bertambahnya ion hidrogen clanion bikarbonat basil ionisasi asam karbonat.Ionisasi asam karbonat dalam area ini lebihdominan dibandingkan penggabungan ion kalsiumdaD ion karbonat, sehingga harga konduktivitasmenjadi naik.

Area kedua ( sesudah pellukar panas menujublower)

Berdasarkan grafik I sId 5 maka secarakeseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder padaarea kedua adalah: pH naik, konduktivitas naik,TDS naik, ion karbonat naik clan ion bikarbonatturun.

Dalam area kedua terjadi kenaikan pHcukup signifikan hal ini disebabkan oleh adanyareaksi hidrolissis ion karbonat dengan molekul airyang menghasilkan ion hidroksida menurut reaksi(reaksi 8). Distribusi ion karbonat diatas adalahbasil dari dekomposisi termal ion bikarbonat basilpemanasan selama melewati HE seperti ditunjukanpada reaksi (7). Dekomposisi ion bikarbonat inididukung oleh data pada Tabel 2. diatas dimanakonsentrasi ion bikarbonat mengalami penurunan.Pada data diatas konsentrasi ion karbonatmengalami kenaikan, dari data ini dapatdisimpulkan bahwa laju dekomposisi termal ionbikarbonat lebih besar dibandingkan laju hidrolisision karbonat. Konduktivitas mengalami kenaikanakibat bertambahnya distribusi ion hidroksida clanion karbonat dimana hidrolisis satu ion karbonatmenghasilkan dua ion hidroksida.

Area ketiga ( dari blower menuju kolam)

Berdasarkan grafik I sid 5 maka secarakeseluruhan fluktuasi alkalinitas air sekunder padaarea ketiga adalah: pH relatif tetap, konduktivitas

Presiding Pertemuan daD Presentasilimiah Penelitlan Dasar IImu Pengetahuan daD Teknologi NuklirP3TM-BATANYogyakarta, 8 Juli 2003

Sulllijanto, dkk. ISSN 0216 - 3128 55

Daile, IDS turun, ion karbonat turun clan ionbikarbonat naik.

Dalam area ini ini pH cenderung tetap,mengalami sedikit kenaikan clan penurunan pactasaat tertentu. Penurunan pH ini dilearenakanadanyaasam karbonat basil reaksi antara karbondioksidadaTi udara clan air, yang terionisasi menghasilkanion H+ menurut reaksi (4). Dugaan reaksi inididukung oleh data naiknya ion bikarbonat dalamarea llli.

Disamping reaksi (4) kenailean daDpenurunan pH juga dipengaruhi oleh reaksihidrolisis ion karbonat (reaksi 8) clan reaksipembentukan magnesium hidroksida (reaksilO).Jika laju reaksi reaksi (4) lebih dominan daTireaksihidrolisis ion karbonat clan reaksi pembentukanmagnesium hidroksida maka pH akan turun.Begitupun sebaliknya jika reaksi hidrolisis ionkarbonat clan reaksi pembentukan magnesiumhidroksida lebih dominan daTireaksi (4) pH akannaik.

Oalam area ini terjadi juga pemekatan airkarena acta sebagian air yang terbawa oleh udaraclan acta yang terevaporasi sehingga endapankalsium karbonat dim magnesium hidroksida mulaimengendap di kolam, hal ini didukung dengan datamenurunnya TOS clanion karbonat..

Turunnya Konduktivitas listrik dikarenakan harga KSP (Tetapan Hasil Kali Kelarutan)magnesium hidroksida clan kalsium karbonatmudah tercapai karena adanya pemekatan tersebut.

Area keempat ( daTi kolam menuju sebelumpelllallas (HE) )

Berdasarkan grafik 1 sId 5 maka secarakeseluruhan tluktuasi alkalinitas air sekunder pactaarea keempat adalah: pH naik, konduktivitasturun, TOS turun, ion karbonat naik clan ionbikarbonat turun.

Pactakolam, adanya aktivitas respirasi lumutsiang hari yang memerlukan karbon dioksidamenyebabkan pH naik. Hal ini dimungkinkankarena karbondioksida basil daTi reaksidekomposisi termal ion bikarbonat (reaksi 7) clanhidrolisis ion karbonat (reaksi 8) akan dimakanlumut di kolam sehingga reaksi dekompoisisi daDhidrolisis tersebut akan bergeser kekanan sehinggaion hidroksida yang dihasilkan juga semakinbanyak clan pH naik. Kemungkinan tersebutdidukung oleh menurunnya konsentrasi ionbikarbonat.

Laju konsentrasi ion karbonat bertambahakibat laju dari dekomposisi ion bikarbonat diataslebih besar daTi laju hidrolisis ion karbonat.Konduktivitas menurun daTi kolam menuju vivasebelum HE diakibatkan oleh pengendapanmagnesium hidroksida (reaksi 10) clan kalsiumkarbonat (reaksi 9) terjadi di kolam, pengendapanmagnesium hidroksida clan kalsium karbonat inijuga didukung oleh data IDS yang menurun.

KESIMPULAN

Dari basil analisis terhadap tluktuasikonsentrasi ion karbonat clan ion bikarbonat,konduktivitas listrik serta total padatan terlarutselama operasi reaktor dapat disimpulkan bahwa

1. Kenaikan pH air pendingin sekunderdisebabkan oleh dekomposisi termal ionbikarbonat yang terdapat dalam airmenghasilkan ion karbonat yang selanjutnya ionkarbonat terhidrolisis menghasilkan ionhidroksida.

2. Meningkatnya jumlah karbon dioksida terlarutdalam air pendingin sekunder clanadanya lumutdalam kolam akan mempercepat kenaikan pH.

3. Oalam sistem penukar panas, pH mengalamisedikit penurunan akibat adanya ionisasi asamkarbonat. Sedangkan dalam kolam, pHcenderung tetap sebagai akibat daTipembentukan endapan magnesium hidroksida.

UCAP AN TERIMA KASIH

Pacta kesempatan ini penulis mengucapkanbanyak terima kasih kepada :

I. Bapak Iman Kuntoro selaku Ka.P2TRR yangtelah memberikan kesempatan untuk melakukanpenelitian di RSG-GAS.

2. Ibu Oiyah Erlina Lestari, Setyo Budi Utomoclan karyawan P2TRR yang telah banyakmembantu terlaksananya penelitian ini.

3. Bapak Nurul Huda, Ino clan rekan-rekanP2TKN yang telah membantu dalam kegiatanlaboratorium kimia air.

4. Bapak Hanafi K, Bapak Sugeng P3LR yangtelah membantu analisa menggunakan AAS

Proslding Pertemuan dan Presentasillmiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

56 ISSN 0216 -3128 Sumijanto, dkk.

PUST AKA

1. ANONIMUS, Safety Analysis Report Rev 8,Multipurpose Reactor GA.Siwabessy Volume3, 1999. .

2. A.HARRIS, Seawater Chemistry And ScaleControl.

3. VERNON. L. SNOEYINK, Water Chemistry,John Wiley & Sons, 1980.

TANYAJAWAB

Sunarhadijoso

~ Faktor apa saja yang menyebabkan kenaikanpH pada air pendingin sekunder reaktorSerbaguna, mohon dijelaskan.

Sumijanto

. Dekomposisiterlllal ion H-CP3Hidrolisis ion CO3Adanya lumut di kolam (siang hari)CO2 fer/ana dalam air melalui Blower.

Sukmanto Dibyo~ mengatasi kenaikan airpHBagaimana

sekunder.

Sumijanto ~

. Perlu diatasi kesodakan air sekunder dengahneggunakan asam sulfat (H:;SO,J yang tepat,tidak berlebih.

- Hilangkan lumut, kurangi sinar matahariyang mengenai kolam.

- Kembangkan diairasi pada sistem sekunder.

Pratomo B.

~ Apakah sudah pemah terjadi kegagalan operasireaktor karena masalah air sekunder.

Sumijanto. Belum. Tetapi jika air sekunder tidak ditreatment dengan tepat maka, dapat dipastikanakan timbul masalah yairu kerak, korosi dankenaikan suhu air Primer.

Zainus Salimin

~ Bagaimana perubahan pH pada malam hari(operasi reaktor).

Sumijanto. Belum dilakukan analisis dimalam hari. Tetapi

menurut predeksi kami kenaikan pH padamalam hari akan lebih kedl karena lumut

pada malam hari tidak lIlengalamifotosintesis.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003