Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN

Transkripsi

1 Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN MIGRASI RADIONUKLIDA DALAM NA TURAL BARRIER: SORPSI CADMIUM DAN MANGAN PADA TANAH PPTN SERPONG UNTUK SISTEM PENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF. Teddy Sumantri, Pratomo Sudiman Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, SATAN ABSTRAK MIGRASI RADIONUKLIDA DALAM NATURAL BARRIER : SORPSI CADMIUM DAN MANGAN PADA TANAH PPTN SERPONG UNTUK SISTEM PENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari interaksi radionuklida terlarut dalam air tanah dengan komponen yang dilaluinya sebagai bagian dari analisis keselamatan penyimpanan limbah. Cadmium dan mangan digunakan dalam penelitian ini, demikian pula tanah digunakan sebagai contoh diambil dari sekitar Interim Storage II PPTN Serpong. Metode catu dengan pengocokan diadopsi untuk mempelajari isoterm dan pengaruh karbonat terhadap migrasi. Hasil penelitian memperlihatkan koefisien distribusi (Kd) cadmium dan mangan pada migrasi radionuklida tersebut dalam air tanah. Adanya karbonat dalam fasa larutan meningkatkan koefisien distribusi ( Kd) Cadmium dan Mangan. Diharapkan hasil yang diperoleh dapat diaplikasikan dalam model migrasi radionukida, yang selanjutnya model tersebut dapat digunakan sebagai rekomendasi bagi penyusunan rancang bang un penyimpanan limbah sistem tanah dangkal dari calon tapak penyimpanan limbah di PPTN Serpong. ABSTRACT MIGRATION OF RADIONUCLIDE IN NATURAL BARRIER : SORPTION CADMIUM & MANGAN ON SOIL PPTN SERPONG OF RADIOACTIVE WASTE SYSTEM. This work was carried out in order to study the interaction of radionuclides dissolved in ground water with soil through pathway for safety analysis of radioactive waste system. Cadmium and Mangan was used for this study, as well as soil media from PPTN SERPONG. Simple batch experiment was adopted to study migration isotherm and influence of carbonate. The results have shown coefficient distribution(kd) which are favourable factors for slowing down radionuclides migration in ground water. The presence of carbonate in aqueous phase increased the distribution coefficient. It is hoped that the results could be applied in the radionuclide migration models and might be used as a recommendation for the site preparation of shallow-land burial facility at the PPTN SERPONG. PENDAHULUAN: Litbang migrasi radionuklida dalam berbagai bahan pad a sistem penyimpanan limbah radioaktif untuk menunjang kegiatan sistem penyimpanan limbah dekat permukaan. Dalam sistem tersebut dianut sistem penghalang ganda (multi barrier system), yaitu penghalang buatan (engineering barrier system) dan penghalang alami (natural barrier). Penghalang rekayasa terdiri atas limbah imobilisasi, wadah tahan korosi, bahan urug dan bahan penyangga, serta bangunan fasilitas penyimpanan. Sedangkan penghalang alami ialah berupa formasi geologi, lingkungan fasilitas penyimpanan. Aplikasi dari sistem ini dimaksudkan untuk menjaga agar paket-paket limbah yang ada di dalam fasilitas penyimpanan tak terjangkau oleh aliran air tanah yang mungkin menyusup ke dalam tempat penyimpanan. Ketika paket-paket limbah tersebut terjangkau oleh I~~.)..J

2 HasH Penelitian don Kegiatall PTLR TO/11m 2006 ISSN aliran air tanah, maka diharapkan sistem penghalang berlapis ini mampu menghambat radionuklida yang ikut hanyut bersama aliran air. Teknik penyimpanan dekat permukaan merupakan pilihan yang dikhususkan untuk limbah dengan aktivitas rendah dan sedang tanpa radionuklida Pada teknik ini, fasilitas penyimpanan diletakkan pada atau bawah umur panjang. permukaan tanah dengan kedalaman beberapa meter sampai puluhan meter di bawah permukaan tanah.. Tujuan penyimpanan limbah tersebut ialah mengisolasi radionuklida sebagai perlindungan bagi lingkungan hidup dari kontaminasi dan bahaya radiasi, untuk generasi saat ini dan yang akan datang. Dalam hal ini resiko potensial yang banyak dibicarakan, ialah berkaitan dengan skenario secara normal penyebaran radionuklida ke biosfir. setelah suatu periode pengungkungan [4,5]. Dihipotesakan bahwa terjadinya kerusakan penghalang rekayasa tersebut ialah akibat intrusi air tanah, yang menembus bahan penyangga dan bangunan fasilitas, korosi wadah limbah dan pelarutan isinya, diikuti pelepasan radionuklida ke geosfir, yaitu di lingkungan fasilitas. Penelitian ini difokuskan untuk mempelajari sifat transport radionuklida cadmium & mangan dalam barrier alami yaitu dengan menetapkan karakteristik migrasi radionuklida cadmium & mangan dalam tanah dari PPTN-SERPONG untuk sistem penyimpanan limbah dekat permukaan yang dievaluasi dalam kuantifikasi sorpsi yaitu dengan pengukuran koefisien distribusi yang didefinisikan sebagai ratio konsentrasi radionuklida pada padatan dan dalam larutan pada kondisi kesetimbangan Kd [Rn 1 [Rn 1 [ 1 ]. dalam kaitan ini Kd ialah koefisien distribusi, [Rn]s dan [Rn]1masing-masing ialah konsentrasi cadmium & mangan pada padatan dan dalam larutan, pada kondisi kesetimbangan. Nilai Kd tertentu untuk suatu radionuklida dan akan berbedabeda untuk setiap jenis media penyimpanan. Semakin besar nilai Kd suatu radionuklida maka semakin besar jumlah radionuklida terserap oleh media tersebut. Jadi dengan diperolehnya nilai Kd, maka dapat diperkirakan suatu radionuklida dapat terlepas ke lingkungan. potensi 134

3 HasH Penelitian dan Kegiatan PTLR Talwn 2006 fssn TAT A KERJA Bahan: Sam pel tanah, - Larutan standard Cadmium 1000 ppm. Asam Nitrat Pekat, - Larutan standard Mangan 1000 ppm Air Suling,( Aquadest). - Alkohol dan Na2C03 Alat: Botol polietilen 20 ml dan 300 ml, Neraca Analitik Metller, Nalgene Syringe alat gelas, Centrifuge. Atomic Absorption Spectrometer. Prosedur: 1. Penyediaan Sample Disampling tanah dari lokasi PPTN Serpong ( disekitar interim storage II), Sample tanah yang diperoleh dikeringkan terlebih dahulu dalam oven pada suhu 1200 C selama 1 jam,kemudian dihaluskan dan dikeringkan kembali untuk menghilangkan uap airnya dan disaring *dengan ukuran Mesh. Setelah itu sample ditimbang sebanyak 0.1 gram dan ditempatkan pad a vial plastic berukuran 20 ml ( vial sample A ). 2. Prosedur Penyiapan Bahan Kimia. a. Larutan Simulasi Cd2+ dan Mn.2+ Dibuat beberapa variasi konsentrasi Cd2+ & Mn2+ dengan memperperhatikan batas deteksi dari alat analisis Atomic Absorption Spektrometer yang akan digunakan. Larutan Cd2+ & Mn2+ standard ( 1000 ppm) diencerkan dengan air suling pad a alat gelas ( labu ukur ) sampai batas teranya. b. Simulasi kondisi larutan tanah ( Larutan Karbonat) Larutan Karbonat dibuat dengan melarutkan Na2C03 ( BM = 105,99 g/mol ) dalam air. Ditimbang Na2C03 sebanyak 0,3959 gram lalu dilarutkan dengan air suling dalam labu ukur 100 ml sampai batas tera. Konsentrasi larutan ini adalah 7,5 x 10-2 N. 3. Teknik Pengocokan. Pengocokan sederhana dilakukan untuk untuk mengontakan tanah dengan larutan yang mengandung radionuklida, model dalam vial 20 ml lalu dikocok dengan bantuan roller selama 6 hari. 4. Centrifugasi dan filtrasi. Setelah sample tanah melalui pengocokkan selama 6 hari, diangkat dan dicentrifugasi pad a kecepatan 2500 rpm selama 5 menit kemudian difiltrasi dengan Nalgene syringe filter ( ), beningan dipipet 10 ml dimasukan kedalam vial 20 ml. ( Botol B ). 135

4 Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006 ISSN Analisis unsur Cd2+ dan Mn.2+dengan menggunakan AAS. Contoh dalam vial 20m I hasil centifugasi dan filtrasi, masing-masing ditambah dengan 0.8 ml asam nitrat pekat dan siap untuk dianalisa dengan AAS 6. Analisa unsur dilakukan dengan AAS -BTPLR dengan kondisi pengukuran sebagai berikut : - Cd2+ : A = nm, Air + Acetylene - Mn2+ : A = nm, Air + Acetylene HASIL DAN PEMBAHASAN. Proses retardasi (penghambatan) transpor (migrasi) radionuklida melalui interaksi dengan fase padatan komponen batuan dikenal dengan sebutan sorpsi, maka percobaan isoterm sorpsi ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh konsentrasi cadmium dan mangan terhadap sorpsi pada tanah dengan konsentrasi cadmium dan mangan awal ppm. Kontak antara larutan yang mengandung cadmium dan mangan dengan sam pel dilakukan selama seminggu, yaitu waktu yang umumnya telah dicapai kesetimbangan. Pad a Gambar 1. Memperlihatkan koefisien distribusi mangan pada tanah tidak menunjukan kenaikan melainkan menunjukan nilai yang datar. Ini mungkin disebabkan kandungan mangan dari tanah PPTN Serpong cukup tinggi. 8.0E E E E+03 O.OE+OO O.OE+OO 2.0E E E-02 Gambar 1 : Kurva isoterm sorpsi Mangan pada tanah, konsentrasi Mangan pada tanah [Mn2+]s sebagai fungsi konsentrasi Mangan dalam larutan [Mn2+]1 136

5 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN ~ 800 I 2.0&03 t 0 O.OE+OO :: \. en "U E E E E-02 (Cd 2+)1 (ekll) Gambar 2 : Kurva isoterm sorpsi Cadmium pada tanah, konsentrasi Cadmium pada tanah [Cd2+]s sebagai fungsi konsentrasi Cadmium dalam larutan [Cd2+]1 Gambar 2. memperlihatkan koefisien distribusi cadmium [Cd2+] pada tanah menunjukan nilai yang lebih tinggi dari pad a koefisien distribusi untuk unsur mangan ( Mn2+). Ini berarti semakin banyak radionuklida cadmium terserap oleh media tanah PPTN Serpong dari pada radionuklida mangan I mu_ :::: '1 ~'-oj ~ 1000 o 1.0E E E E-0! 1.0E+OO [HC03 -] (N) Gambar 3. Pengaruh Penambahan Karbonat terhadap sorpsi pd Mangan [Mn2+] 137

6 Hasi/ Penelilian dan Kegiatan PTLR Tahrm 2006 ISSN '1.... '-' " J :. :. r ~ t 2000 o ~. O.OE+OO5.0E E E E E-03 ( HC03) Gambar 4. Pengaruh Penambahan Karbonat terhadap sorpsi pada Cadmium Percobaaan pengaruh karbonat, dilakukan untuk pendekatan terhadap komposisi air tanah untuk sorpsi mangan maupun cadmium pada tanah. Karbonat dipilih karena terdapat dalam hampir semua air tanah.. Koefisien distribusi (Kd) mangan dan cadmium dipengaruhi adanya Karbonat. dalam air tanah. Pada Gambar 3 dan Gambar 4 menunjukan kenaikan koefisien distribusi dengan adanya penambahan karbonat., yang meningkatkan sorpsi radionuklida oleh tanah tersebut. KESIMPULAN. Migrasi Cadmium dan Mangan pada tanah dari calon tapak penyimpanan limbah radioaktif PPTN-Serpong memperlihatkan koefisien distribusi( Kd) yang beragam. Adanya karbonat dalam fasa larutan, untuk simulasi kondisi air tanah, memberikan pengaruh pada kenaikan koefisien ditribusi. Dengan metode pengocokan sederhana, telah diperoleh data baru dan penting tentang sorpsi pada bahan alami, yang dapat disumbangkan untuk pengayaan 'bank data' tentang kelakuan radionuklida di geosfir. Selanjutnya setelah dibandingkan dengan data metode lain : metode dinamik dengan kolom dilaboratorium, maupun studi-studi dilapangan dan natural analog, diharapkan hasil ini dapat diaplikasikan dalam model-model migrasi untuk evaluasi penyimpanan limbah radioaktif. 138

7 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tall1ln2006 ISSN DAFT AR PUST AKA I. IAEA, "Radioactive Waste Management, An IAEA Source Book", Vienna (1992). 2. IAEA, "Rieview of Available Option for Low Level Radioactive Waste Disposal", IAEA TECDOC-661, Vienna, Jully IAEA, "Classification of Radioactive Waste", Safety Series No 11-G-1.1, Vienna, B.S. Jensen, "Migration phenomena of radionuclide into the geosphere", Harwood Acad.PubI.Chur.(1982). 5. I.G. McKinley, J.Hadermann: "Radionuclide sorption data base for Swiss safety assesement", NAGRA-CEDRA, TR 84-40, Wurenlingen-Switcherland (1985). 6. M.a. Mecherri, P. Budiman Sastrowardoyo, JC. Rouchaud, M. Fed 0roff, "Study of Neodymium Sorption on Orthose and Calcite for Radionuclide Migration Modelling in Groundwater", Radiochim.Acta 50,169 (1990). Lampiran 1. Isoterm Sorpsi Unsur Mn Variasi (ppm) K~/I Kd Massa (~) 139

8 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN Dengan Penambahan Pelarut HC03 Kode MassaKd V(~) 2927 (ml) HC K~II Lampiran 2. Isoterm Sorpsi Unsur Cadmium Cd2+ d Variasi Kd Bobot Sam pel ppm 200 kgii 500 (g)

9 Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahllll 2006 ISSN Dengan Penambahan HC V(g) BobotKd ( karbonat ml) 10 0ka/l Sam pel Lampiran 3. Tabel 4. Komposisi kimia tanah SP4 Kawasan PPT A Serpong No. CaO CuO Na20 Si02 MgO MnO Fe203 K20 AI203 CI- N03- P04- Nama Oksida Konsentrasi ppm % 8.91% 141

10 HasH Penelitian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006 ISSN Tabel 5. Komposisi PPTA Kimia air tanah sekitar SP Warna Turbidity Ca Kekerasan Mq Fe ph Konduktivitv Orqanik 1CI- N02 N03 NH4 S04 HC03 Mn CO og ms/cm ( 1.65 PtlCo) mg/i mq/i mq/l mg/l ( mg/si02 mq/i mq/l mq/i KMn04 ) 142