PE GGU AA FLOKULA Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O DA Ca(OH) 2 DALAM PEMEKATA RADIO UKLIDA Cs-137 DA Co-60

Transkripsi

1 PE GGU AA FLOKULA Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O DA Ca(OH) 2 DALAM PEMEKATA RADIO UKLIDA Cs-137 DA Co-60 Sudiyati, Sutoto Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN ABSTRAK PE GGU AA FLOKULA Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O DA Ca(OH) 2 DALAM PEMEKATA RADIO UKLIDA Cs-137 DA Co-60. Telah dilakukan pemekatan radionuklida Cs-137 dan Co-60 menggunakan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dan Ca(OH) 2. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan sensitivitas pengukuran spektrometri-γ. Dalam percobaan digunakan variasi konsentrasi flokulan dari 500 ppm ditambahkan ke dalam limbah simulasi dengan aktivitas Cs-137 = 193 Bq/l dan Co-60 = 14.5 Bq/l. Hasil flokulasi optimum kedua flokulan, yaitu 400 ppm kemudian dicoba pada sampel limbah cair asal PRSG. Hasil pemekatan pada larutan simulasi yang diperoleh Cs-137 dapat terflokulasi maksimum 88.9 % oleh flok Al(OH) 3 dan 90.9 % oleh flok CaCO 3, sedang Co-60 dapat terflokulasi maksimum 97.3 % oleh flok Al(OH) 3 dan 95.8 % oleh flok CaCO 3. Proses flokulasi radionuklida menggunakan dua jenis flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dan Ca(OH) 2 dapat diaplikasikan pada limbah cair lingkungan lainnya seperti limbah cair PBT dan ISSF. ABSTRACT THE USE OF Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O A D Ca(OH) 2 FLOCCULA T FOR CO CE TRATED OF RADIO UCLIDE Cs-137 A D Co-60. Concentrated radionuclide of Cs-137 and Co-60 has been done using Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O and Ca(OH) 2 flocculant. The aim of this study is to increase the sensitivity of measurement spectrometry-γ. Ιn this study, various concentration of flocculant from 500 ppm which added to simulated waste with Cs-137 = 193 Bq/l dan Co-60 = 14.5 Bq/l activities have been used. The optimum result of both flocculant, which is 400 ppm have been tried to liquid waste sample from PRSG. Concentrated result of simulation liquid was Cs-137 can 88.9% maximally flokulated by Al(OH) 3 flox and 95.8% by CaCO 3 flox. Radionuclide flokulation prasses using both flocculant, Al(OH) 3 dan CaCO 3 can applicated in other environtment waste water such as liquid waste PBT and ISSF. PE DAHULUA Limbah cair yang ditimbulkan dari operasi reaktor riset GA. Siwabeesy mengandung radionuklida Cs-137, Co-60 dan Zn-65 beraktivitas rendah ( 0.74, 14.4 dan 3.19) Bq/l. Penetapannya dilakukan secara langsung pada sampel limbah cair tersebut dengan metode spektrometri-γ. Salah satu jalur perpindahan (pathway) radionuklida ke tubuh manusia adalah melalui air. Konsentrasi tertinggi dari Cs- 137 pada tubuh manusia ditemukan pada otot, sedangkan yang terendah ditemukan pada tulang dan lemak. Paparan radiasi Cs- 137 dapat meningkatkan resiko kanker, bila paparannya sangat tinggi dapat menyebabkan kematian.[1]. Mengingat bahayanya limbah radioaktif tersebut, maka diperlukan pretreatment dalam melakukan analisis untuk meningkatkan sensifitas pengukuran spektrometri-γ. Salah satu tugas dari BKL-PTLR adalah membuat rekomendasi pembuangan limbah cair dari PRSG, berkaitan dengan hal tersebut adalah dalam melakukan analisis diperlukan pretreatment. Percobaan dilakukan dengan cara pemekatan terhadap sampel limbah cair, yaitu dengan 2 jenis flokulan, percobaan I menggunakan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dan percobaan II menggunakan flokulan lime : Ca(OH) 2. Selain kedua jenis flokulan tersebut fero sulfat (FeSO 4 ) juga dapat digunakan, namun faktor pemekatan lebih kecil, sehingga tidak dipilih.[2]. Flokulan alumunium sulfat atau Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dalam suasana basa (ph:8) akan membentuk flok berwarna putih dari Al(OH) 3 yang bersifat elektro positip. Endapan Al(OH) 3 menarik ion (OH) - dalam larutan yang selanjutnya awan negatif dari endapan tersebut menarik kation Cs-137 dan Co-60. Proses pemekatan terjadi dalam 2 tahap, tahap I yaitu tahap koagulasi atau pembentukan emulsi Al(OH) 3 dengan kondisi pengadukan kecepatan tinggi (rapid mixing) dan dilanjutkan dengan tahap II (flokulasi) dengan kondisi kecepatan pengadukan rendah, yaitu proses pembentukan flok atau padatan yang akan 73

2 terendapkan secara presipitasi dan tinggal dibagian bawah larutan. Untuk pembentukan flok yang sempurna diperlukan waktu dan pengaturan keasaman sehingga larutan bersifat basa. Proses koagulasi-flokulasi terjadi dengan selang waktu beberapa detik saja, selanjutnya dilakukan percobaan koagulasi-flokulasi dengan memvariasikan konsentrasi flokulan dan analisis hasilnya ditetapkan dengan metode spektrometri-γ. Pemekatan Cs-137 dan Co-60 dalam contoh lingkungan sebagai langkah pretreatment analisis radionuklida Cs-137 dan Co-60 diperlukan untuk meningkatkan ketelian dalam melakukan analisis, dengan mendapatkan konsentrasi aktivitas maksimum yang dapat dipekatkan oleh flokulan. Dalam penelitian ini dipelajari variasi konsentrasi penambahan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dan jenis flokulan lain yaitu lime : Ca(OH) 2 antara 500 ppm. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan sensifitas pengukuran terhadap sampel lingkungan dengan cara pemekatan dengan menggunakan 2 jenis flokulan, yaitu flokulan Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O dan lime:ca(oh) 2. Teknik ini diaplikasikan pada Limbah Cair Aktivitas Rendah (LCAR) dari Pusat Reaktor Serba Guna (PRSG), karena untuk melakukan pengukuran langsung (tanpa pemekatan) terhadap sampel tersebut diperlukan waktu yang relatif lama (8-24 jam). Selain disebabkan karena kandungan radionuklida Co-60 dan Cs-137 kecil (<15 Bq/l), juga disebabkan karena detektor yang digunakan mempunyai relative - efficiency rendah yaitu (10 %). Tahapan selanjutnya adalah memanfaatkan metode pemekatan tersebut untuk sampel lingkungan lain yang berbentuk cair seperti pada air PBT (Pembuangan Bak Terpadu), air kolam dan air kanal hubung pada ISSF (Interim Storage For Spent Fuel) karena jenis sampel tersebut ada kemungkinan mengandung radionuklida Co-60 dan Cs- 137 dengan jumlah yang relatif kecil, sehingga dengan menggunakan metode pemekatan ini kemudian dilakukan pengukuran dengan spektrometri-γ akan diperoleh hasil analisis yang lebih cepat dan mempunyai tingkat akurasi yang tinggi. TATA KERJA Bahan Larutan simulasi : akuades + sumber standar (hasil pengenceran sumber yang diperoleh dari PTKMR) dengan aktivitas hasil pengenceran = 193 Bq/l Cs-137 dan 14.5 Bq/l Co-60, NH 4 (OH) 6M, Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O, Ca(OH) 2, limbah cair dari PRSG, kertas lakmus (kertas ph). Metode Proses koagulasi-flokulasi [2] Peralatan yang digunakan : corong, batang pengaduk, kertas saring whatman 40, pengaduk magnit (stirer), timbangan analitis, alat cacah Spektrometer-γ. Ditentukan aktivitas jenis radionuklida Cs- 137 dan Co-60 dalam larutan simulasi dan juga ditentukan ph awal, kemudian dilakukan pemekatan kedua radionuklida tersebut melalui proses koagulasi-flokulasi dengan penambahan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O dan Ca(OH) 2 dengan cara sbb: Dimasukkan 50 ml larutan simulasi ke dalam beker gelas ukuran 250 ml, kemudian ditambahkan flokulan dengan variasi konsentrasi (; 200; 300; 400 dan 500 ppm). Kemudian ph larutan diatur sampai menjadi basa (ph=8.0) dengan menggunakan larutan NH 4 (OH) 6M, dilakukan pengadukan dengan kecepatan tinggi yaitu pada 700 rpm, diikuti dengan pengadukan lambat yaitu pada 250 rpm, selama 30 menit. Setelah itu dienapkan semalaman, kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring whatman 40. Dari tahapan di atas kemudian dilakukan aplikasi analisis terhadap Limbah Cair Aktivitas Rendah dari PRSG yang mengandung radionuklida Cs-137, Co-60 dan Zn-65. Filtrat dan flok yang diperoleh kemudian ditentukan aktivitas jenis radionuklida dengan menggunakan alat cacah spektrometer-γ. a. Perhitungan aktivitas [3] Perhitungan aktivitas Cs-137 dan Co- 60 secara otomatis dilakukan dengan memakai softwere Gamma-Trac. Secara teori dapat dijelaskan sebagai berikut : aktivitas Cs-137 dan Co-60 dalam larutan dihitung dengan menggunakan persamaan : 74

3 A ( Bq Ct Cb l )= ε VR Y /... (1) Dimana: A : aktivitas jenis contoh (Bq/l) C t : laju cacah total (cps) C b : laju cacah latar (cps) ε : efisiensi pencacahan pada energi tertentu V : volume contoh yang dianalisis (liter) R : kedapatulangan pada analisis contoh (%) Y : Kelimpahan energi gama (%) b. Perhitungan batas deteksi terendah pada tingkat kepercayaan 95% [3] nb LLD = 4,66... (2) ε T Y dimana : n b : laju cacah latar (cps) T : waktu cacah latar (detik) ε : efisiensi pencacahan pada energi tertentu (%) Y : kelimpahan energi gama (%) c. Perhitungan Faktor pemekatan (Fp) [4] Prosentase faktor pemekatan (Fp) dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : Fp = Kt/Ka x %...(3) Fp Kt Ka d. Flokulan [5] = Faktor pemekatan) = konsentrasi terendapkan = konsentrasi awal Al 3+ ; Cr 3+ dan Zn 2+ adalah ion-ion logam amfotir, sebagai bahan flokulan dipakai Al 3+ dari Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O, maka dalam melakukan pengaturan ph harus hatihati dalam melakukan penambahan larutan basa (NH 4 OH) atau melakukan penambahan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O. Karena jika dalam suasana asam Al 3+ bersifat basa dan dalam suasana basa bersifat asam. Al 3+ akan membentuk garam aluminat dengan rumus umum: MM (SO 4 ) 2.12H 2 O, dimana M adalah kation bermuatan (+1) : NH 4 + dan M adalah kation bermuatan (3+): AL 3+. Garam aluminat yang terbentuk adalah NH 4 {AL(SO 4 ) 2.12H 2 O. Dari 12 molekul H 2 O, 6 molekul H 2 O akan mengikat ion Al 3+ membentuk asam karena terbentuk {AL(H 2 O) 6 } 3+, dan 6 molekul H 2 O lainnya secara simetris berikatan dengan ion NH 4 +, tetapi tidak membentuk {NH 4 (H 2 O) 6 } +. Secara umum reaksi hidrolisa ion positip dapat ditulis : M + + H 2 O M(OH) + H +... (4) Al 3+ dengan air dalam suasana basa akan terbentuk flok atau koloid berwarna putih dari Al(OH) 3, Al H 2 O 3Al(OH) 3 + 9H+... (5) Koloid putih Dalam suasana asam Al 3+ dan terjadai reaksi hidrolisa sbb : Al 3+ + H 2 O H + + {Al(OH)} (6) Pada flokulasi dengan flokulan Ca(OH) 2 dalam suasana basa maka terbentuk Ca(CO 3 ). Sebagai pengatur ph digunakan larutan NH 4 (OH) 6M, seperti persamaan reaksi berikut : suasana basa - H 2 O + CO 2 (dari udara) HCO 3... (7) Ca 2+ +HCO 3 - Ca(CO 3 ) +H 2 O+CO 2 (8) Ca 2+ + HCO 3 - +OH - Ca(CO 3 ) +H 2 O (9) HASIL DA PEMBAHASA koloid putih Dari analisis terhadap larutan awal dengan menggunakan alat cacah spektrometer-γ, maka diperoleh hasil seperti disajikan pada Tabel 1. Dari percobaan ini diperoleh data besaran aktivitas radionuklida Cs-137 dan Co-60 yang terflokulasi (dalam flok) dan besaran aktivitas radionuklida Cs- 137 dan Co-60 yang tidak terflokulasi (dalam filtrat). Dari data tersebut kemudian ditentukan Faktor pemekatan (Fp) dengan rumus (3), maka diperoleh prosentase Faktor pemekatan (Fp) dari radionuklida Cs-137 dan Co-60 dengan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dan Ca(OH) 2. Hasil percobaan disajikan pada Tabel 2 dan Tabel 3. 75

4 Tabel 1. Data komposisi larutan awal. Jenis Radionuklida Co-60 Energi (KeV) Yield (%) Aktivitas, Bq/l ph awal T ½ Larutansi Larutan LCAR LCAR mulasi simulasi 5.26 Th 14,5 14,4 Cs Th 193 0,74 Zn ,5 5,7 Tabel 2. Prosentase faktor pemekatan (Fp) radionuklida Cs-137 dan Co-60 dengan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dengan variasi konsentrasi (percobaan I) o. Konsentrasi Aktivitas jenis, Bq/l Faktor pemekatan, R Al 2 (SO 4 ) 3, ppm filtrat flok (Fp), % 1 Cs Co Cs Co Cs Co Cs Co Cs Co Tabel 3. Prosentase faktor pemekatan (Fp) radionuklida Cs-137 dan Co-60 dengan flokulan Ca(OH) 2 dengan variasi konsentrasi (percobaan II) o. Konsentrasi Ca(OH) 2, ppm R Aktivitas jenis, Bq/l filtrat flok Faktor pemekatan, (Fp), % 1 Cs Co Cs Co Cs Co Cs Co Cs Co Dari Tabel 2. terlihat pada penambahan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O pada konsentrasi 400 ppm, diperoleh konsentrasi aktivitas yang terflokulasi mencapai maksimum yaitu Bq/l atau 88.9 % untuk Cs-137 dan Bq/l atau 97.3 % untuk Co-60. Pemekatan Co-60 mulai dari penambahan Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O dengan konsentrasi ppm sudah terflokulasi >90 % hal ini disebakan karena konsentrasi awal Co-60 yaitu 14.5 Bq/l, konsentrasi ini jauh lebih kecil dibanding dengan konsentrasi Cs-137 awal yaitu 193 Bq/l. Sedang pada Tabel 3. penambahan Ca(OH) 2 pada konsentrasi 400 ppm dicapai konsentrasi aktivitas terflokulasi maksimum yaitu Bq/l atau mencapai 90.9 % untuk Cs-137 dan Bq/l atau % untuk Co-60. Pemekatan Co-60 oleh flokulan Ca(OH) 2 pada konsentrasi mulai dari ppm sudah 76

5 mencapai 87.6 %. Sehingga flokulan Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O dan Ca(OH) 2 dapat digunakan sebagai bahan pemekatan radionuklida Cs-137 dan Co-60 dalam sampel. Perbandingan prosentase pemekatan Cs-137 dengan kedua jenis flokulan hampir sama yaitu 88.9 % untuk Ca(OH) 2 dan 90.9 % untuk Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O. Pemekatan Co- 60 juga hampir sama antara kedua jenis flokulan yaitu pemekatan maksimum pada penambahan 400 ppm Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O dan pada penambahan 400 ppm Ca(OH) 2. Perbedaan faktor pemekatan ini disebabkan oleh konsentrasi aktivitas Co-60 dalam larutan awal jauh lebih kecil yaitu 14.5 Bq/l dibandingkan dengan Cs-137 yaitu 193 Bq/l. Hubungan antara konsentrasi flokulan dengan aktivitas pemekatan Cs-137 dan Co-60 dari larutan dapat dilihat dalam Gambar 1 dan Gambar 2. Gambar 1 dan Gambar 2. menunjukkan bahwa besar aktivitas terflokulasi dipengaruhi oleh besar aktivitas jenis awal. Untuk Cs-137 aktivitas jenis awal = 193 Bq/l; sedang untuk Co-60 aktivitas jenis awal = 14.5 Bq/l, aktivitas terflokulasi secara maksimal pada penambahan flokulan 400 ppm. Hal ini dapat dijelaskan dengan perbedaan besar jari-jari atom.[5]. Jika ditinjau dari perbedaan besar jari-jari atom antara Co-60 dan Cs-137 adalah cukup signifikan. Radionuklida Co-60 mempunyai jari-jari atom lebih pendek = 0,116 nm, dengan inti atom = 27 + (dengan konfigurasi elektron : 2e - 8e - 8e - 8e - 1e - ) maka konfigurasi elektronnya juga lebih pendek dibanding dengan Cs-137 yang mempunyai inti atom 55 + (dengan konfigurasi elektron : 2e - 8e - 18e - 18e - 8e - 1e - ) dan mempunyai jari-jari atom lebih panjang = 0,235 nm, selain ukuran jari-jari atom sifat keelektropositifan Cs-137 terhadap air juga lebih besar, sehingga jumlah konsentrasi aktivitas Cs- 137 yang dapat terflokulasi jauh melebihi jumlah aktivitas Co-60, tetapi karena aktivitas jenis awal kecil maka Co-60 dapat terflokulasi hampir seluruhnya. Hal ini terlihat dari Gambar 1 dan Gambar 2, aktivitas terflokulasi Co-60 jauh lebih kecil dari pada aktivitas Cs-137 sesuai dengan tngkat aktivitas jenis awal A ktivitas terserap, Bq/l Konsentrasi Al2(SO4)3, ppm Cs-137 Co-60 Gambar 1. Grafik pemekatan Cs-137 dan Co-60 (Bq/l) dengan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O (ppm). 77

6 Aktivitas terserap, Bq/l Konsentrasi Ca(OH)2, ppm Cs-137 Co-60 Gambar 2. : Grafik pemekatan Cs-137 dan Co-60 (Bq/l) dengan flokulan Ca(OH) 2 (ppm) Pada perlakuan aplikasi pretreatment terhadap limbah cair dari PRSG yang mengandung Cs-137, Co-60, dan Zn-65 pada konsentrasi flokulan 400 ppm, maka diperoleh hasil seperti disajikan pada Tabel 4. sebagai berikut : Tabel 4. Prosentase faktor pemekatan (Fp) radionuklida Cs-137, Co-60 dan Zn-65 dengan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dan Ca(OH) 2. o. Flokulan : 400 ppm R Aktivitas jenis, Bq/l filtrat flok Faktor pemekatan, (Fp), % 1 Al 2 (SO 4 ) 3 Cs Co Zn Ca(OH) 2 Cs Co Zn Tabel 4 adalah hasil percobaan pada aplikasi terhadap limbah cair dari PRSG. Dengan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O, faktor pemekatan Cs-137 = %, Co-60 = %, dengan flokulan Ca(OH) 2, faktor pemekatan Cs-137 = %, Co-60 = %. Hasil ini lebih kecil dibanding faktor pemekatan pada larutan simulasi. Hal ini disebabkan karena larutan simulasi dibuat dari akuades ditambahkan sumber standar Cs-137 dan Co-60, tidak ada unsur pengganggu. Sedang pada limbah cair dari PRSG dimungkinkan ada unsur pengganggu yang memperkecil terbentuknya flok. Batas deteksi limit alat cacah spektrometer-γ yang digunakan, adalah : Co-60 = Bq/l; Cs-137 = Bq/l; dan Zn-65 = Bq/l. Hasil pengukuran aktivitas awal untuk Cs-137 = 0.74 Bq/l, Co-60 = 14.4 Bq/l dan Zn-65 = 3.19 Bq/l. Pengukuran aktivitas dalam filtrat untuk mengetahui radioaktivitas yang tersisa dalam sampel. Dari percobaan pretreatment analisis dengan pemekatan ini diperoleh peningkatan sensifitas pengukuran. KESIMPULA Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa dengan penggunaan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O dan Ca(OH) 2 diperoleh konsentrasi aktivitas terflokulasi Cs-137 lebih banyak dibanding dengan Co-60 dalam larutan simulasi dan limbah cair PRSG. Hasil flokulasi optimum kedua flokulan pada 400 ppm kemudian dicoba pada sampel limbah cair asal PRSG. Faktor pemekatan Cs-137 pada larutan simulasi yang diperoleh terflokulasi maksimum 88.9 % oleh flok Al(OH) 3 dan 90.9 % oleh flok CaCO 3, sedang Co-60 dapat terflokulasi maksimum 97.3 % oleh flok Al(OH) 3 dan 95.8 % oleh flok CaCO 3. Metode ini dapat diaplikasikan terhadap limbah cair dari PRSG yang mengandung radionuklida Cs-137, Co-60 dan Zn-65. Hasil pemekatan yang diperoleh % untuk Cs-137, % untuk Co- 60 dan % untuk Zn-65 dengan flokulan Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O. Sedang dengan flokulan lime : Ca(OH) % untuk Cs-137, 78

7 13.05 % untuk Co-60 dan % untuk Zn- 65. Metode pemekatan ini dapat digunakan untuk analisis sampel lingkungan yang lain, seperti sampel air PBT (Pembuangan Bak Terpadu), air kolam dan air kanal hubung ISSF (Interim Storage For Spent Fuel). DAFTAR PUSTAKA 1. A REPORT OF COMMITTEE 2 OF THE INTERNATIONAL COMMISSION ON RADIOLOGICAL PROTECTION, Annals of the ICRP, Limits for intakes of Radionuclides by Wokers, Pergamon press Oxford, NY, PT NUSANTARA WATER CENTER, Environmental Laboratory and Consultant, Jakarta, BATAN, Prosedur Analisis sampel radioaktivitas Lingkungan, Kep. Dirjen Batan No: 156/DJ/IV/98, JAPAN CHEMICAL ANALYSIS CENTER, Environmental Radioaktivity Analysis and Measurement, Course No.: Japan , F.Y DAVID R. LIDE, Crc Hand Book of Chemistry and Physics Editor in Chief 75 th Edition INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Treatment of low and intermediate level liquid Radioactive Waste, Technical Report Series No. 236, IAEA, Viena, INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Treatment of low and intermediate level liquid Radioactive Waste, Technical Report Series No. 337, IAEA, Viena,