SORPSI TIMBAL PADA TUFAAN DARI CALON TAPAK PENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF DI SEMENANJUNG MURIA

Transkripsi

1 SORPSI TIMBAL PADA TUFAAN DARI CALON TAPAK PENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF DI SEMENANJUNG MURIA Teddy, Sumantri1, Sucipta" Ardi Muharini1 Pratomo Budiman Sastrowardoyo' Pusat Pen~embangan Pengelolaan Limbah Radioaktif-BATAN, Serpong Jur. Kimia, Fak MIPA, Universitas Pakuan Bogor ABSTRAK SORPSI TIMBAL PADA TUFAAN DARI CALON 'TAPAK PENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF 01 SEMENANJUNG MURIA. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari interaksi radionuklida terlarut dalam air tanah dengan komponen batuan yang dilaluinya sebagai bagian dari analisis keselamatan penyimpanan limbah. Timbal digunakan dalam penelitian ini, demikian pula tufaan digunakan sebagai contoh batuan dari calon tapak di Lemahabang Semenanjung Muria. Metode catu dengan pengocokan diadopsi untuk mempelajari isoterm sorpsi dan pengaruh karbonat terhadap sorpsi. HasH memperlihatkan bahwa afinitas sorpsi besar, koefisien distribusi (Kd=535 likg) dan kapasitas sorpsi (C.= eklkg ) tinggi yang diperoleh merupakan faktor favorable bagi retensi migrasi radionuklida dalam air tanah. Sorpsi timbal pad a tufaan mengikuti suatu aturan Freundlich yang menandakiln proses sorpsi terjadi pada lokasi yang beraneka. Adanya karbonat dalam fasa larutan meningkatkan serapan timba!. Diharapkan hasil yang diperoleh dapat diaplikasikan dalam model migrasi radionukida, yang selanjutnya model tersebut dapat digunakan sebagai rekomendasi bagi penyusunan rancang bangun penyimpanan limbah sistem tanah dangkal dari calon tapak penyimpanan limbah di Lemahabang Semenanjung Muria. ABSTRACT SORPTION OF LEAD ON TUFACEOUS FORMATION FIWM CANDIDATE SITE OF RADIOACTIVE WASTE DISPOSAL AT MURIA PENINSULA. This work was carried out in order to study the interaction of radionuclides dissolved in ground water with rock formation through which it passes for safety enalisys of radioactive waste disposal. Lead was used for this study, as well as tuffaceous media from candidate site at Lemahabang Muria Peninsula. Simple batch experiment was adopted to study the sorption isotherm and influence of carbonate. The results have shown that a high affinity, fast kinetic, high coefficient distribution (Kd = 535 UKg) and sorption capacities (C.= ek/kg) so obtained are favourable factors for slowing down radionuclides migration into ground water. The sorption of lead on the soil conforms the Freundlich law which indicates that the sorption process occured on the heterogeneous sites. The presence of carbonate in the aqueous phase increased the distribution coefficient. It is hoped that the results could be applied in the radionuclide migration models which in tum might be used to prepare a recommendation for the site preparation of shallow-land burial facility at the Lemahabang of Muria Peninsula. Kata Kunci: penyimpanan limbah, radioaktif, radionuklida, timbal, migrasi, sorpsi, isoterm sorpsi, koefisien distribusl PENDAHULUAN Telah disepakati di banyak negara bahwa penyimpanan limbah dekat permukaan merupakan opsi untuk limbah aktivitas rendah dan sedang[1.3j Sistem penyimpanan limbah tersebut meliputi susunan penghalang ganda, penghalang rekayasa dan penghalang alami. Penghalang rekayasa terdiri atas imobilisasi limbah, wadah tahan korosi, bahan urug dan bahan penyongga, serta bangunan fasilitos penyimpanan. Sedangkan penghalang alami ialah berupa formasi geologi, lingkungan fa~ilitas penyimpanan. Tujuan penyimpanan limbah terse but ialah mengisolasi radionuklida dalam limbah, sebagai perlindungan bagi fingkungan hidup dari potensi bahaya kontaminasi dan radiasi, baik untuk generasi saat ini maupun generasi yang akan datang. Dalam hal ini resiko potensial ialah berkaitan dengan pelepasan radionukfida ke biosfir. setelah suatu periode pengungkungan[4.5j Dihipotesakan bahwa kerusakan system penyimpanan berkaitan intrusi air tanah, yang menembus bahan buffer dan struktur fasilitas, korosi wadah limbah dan pelarutan isinya ke badan air tanah, diikuti pelepasan radionukklida ke geosfir. Sepanjang jalur transport radionuklida tersebut, terdapat dua fenomena yang mengontrol, yaitu hidrodinamika air tanah, dan interaksi radionuklida terlarut dalam air tanah dengan komponen batuan yang dilaluinya secara sorpsi. Baik secara langsung maupun tidak langsung proses 80rpsi akan memberikan kontribusl bagi retardasi migrasi radionuklida. Karena itu formasi batuan sekitar tapak penyimpanan limbah akan merupakan barier fundamental bagi penyebaran radionuklida. Untuk evaluasi jangka panjang perlu dipelajari evolusi penyebaran radionuklida dalam model-model migrasi. Dalam rangka program riptek penyimpanan limbah, penelitian ini dilakukan untuk memperkirakan kapasitas penghalang alami, yang hasilnya akan disumbangkan bagi pengkayaan data base tentang perilaku radionuklida di geosfir, untuk selanjutnya diharapkan dapat diaplikasiklan dalam model 160

2 migrasi radionuklida untuk pengkajian keselamatan penyimpanan limbah radioaktif sistem dekat permukaan. Metode catu dengan pengocokan sederhana diadopsi untuk mempelajari isoterm sorpsi timbal pada tufaan, serta pengaruh karbonat terhadap sorpsi tufaan. Timbal dipilih sebagai model radionuklida, yang salah satu nuklidanya terdapat dalam limbah, y~ng merupakan turunan dari rantai peluruhan uranium. Berkaitan dengan perilaku radionuklida di geosfir, berbagai penelitian telah dilakukan. Sebagian telah dipublikasikan, baik untuk calon tapak penyimpanan di PPTN Serpong maupun di Semenanjung Muria[5-9J TAT A KERJA. Bahan dan Alat Bahan utama yang digunakan meliputi sampel tufaan, larutan Pb ppm, NaHCOJ, dan HNOJ pekat (semuanya buatan Merck). Peralatan utama y;;lng digunakan meliputi alat SSA, serta botolbotol polyethylene, rollling shaker. Sam pel tufaan diambil dari Lemahabang Semenanjung Muria, yang setelah dikeringkan suhu 100 c, selama 2 jam. Kemudian digerus secara perlahan, lalu diayak dan diambil fraksi ukuran mesh. Metode Teknik percobaan yang dilakukan, ialah seperti yang telah banyak dilakukan, diantaranya dalam publikasi[10j Masingmasing fasa 0,1 9 padatan tufaan ditempatkan dalam botol polyethylene. Untuk percobaan isoterm sorpsi, larutan yang mengandung Pb2+ ditambahkan dalam jumlah yang bervariasi, dengan penambahan air hingga volume 15 ml, diperoleh konsentrasi 10 sid 3000 ppm. Dengan cara yang sama, untuk pengaruh karbonat ditambahkan larutan NaHC03 pada konsentrasl Pb ppm, hlngga diperoleh konsentrasi karbonat dalam larutan bervariasi 0 sid 0,02 N. Pengocokan fase padatan dan fase larutan dilakukan dengan bantuan alat mineralogical roller pada 276 rpm, selama 6 hari. Lalu pemisahan fasa padatan dan fasa cairan dilakukan dengan bantuan syringe micro-filter 0,45 11m.Ke dalam 10 ml filtrate ditambahkan 0,8 ml HN03 pekat, lalu diukur serapannya dengan bantuan SSA. Kemudian kuantifikasi sorpsi dilakukan dengan perigukuran koefisien distribusi, Kd, yaitu ratio konsentrasi radionuklida pad a padatan dan dalam larutan, pada kesetimbanganl5j. Kd = [pbl 1Pbf (1) dalam kaitan ini [PbJs dan [PbJI masingmasing ialah konsentrasi timbal pada padatan dan dalam larutan, pada kesetimbangan. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil percobaan isoterm sorpsi disajikan pada Gambar 1, sebagai variasi konsentrasi Timbal terserap pada tanah, [PbJs sebagai fungsi konsentrasi timbal dalam larutan, [PbJ" pada kesetimbangan. Tampak konsentrasi timbal terserap pada tanah, naik secara progresif sebagai fungsi konsentrasi dalam larutan, hingga dicapai suatu dataran yang dinyatakan sebagai kapasitas sorpsi (Ca), dan diperoleh Ca = 2.85 eq/kg. Penyajian dalam bentuk logaritmik, pada Gambar 2, diperlihatkan bentuk linier, yang menyatakan isoterm sorpsi mengikuti suatu aturan Freundlich. Hal tersebut dapat diintepretasikan afinitas sorpsi timbal pada tanah terjadi pada site sorpsi beraneka!11j. Secara matematis aturan Freundlich dapat ditulis sebagai[6j. atau dalam bentuk log logaritmik (2) log[pb], = log C. + n log!< + n log[pb], (3) dalam kaitan inj Ca dan K masing-masing ialah kapasitas sorpsi dan kesetimbangan sorpsi. Oari pengukuran kemiringan dan penentuan intercept ke sumbu asal, serta menggunakan nilai Ca, diperoleh exponen n = 0,75, serta tetapan kesetimbangan K = 2,89 I/eq. Untuk konsentrasi tlmbal dalam larutan yang rendah [PbJI = 10-6 ek/l, diperoleh suatu koefisien distribusi Kd = 535 I/kg. Harga-harga tersebut merupakan konstanta empiris, karena mekanisme sorpsi kemungkinan terjadi secara pertukaran ion antara ion timbal dalam larutan dan ion-ion exchangeable pada mineral-mineral penyusun batuan tufaan yang dipelajari. 161

3 4.0& FrO 1 c. =2, ck/kg 1.0& !."+i>0 O.OE+OO 2.5&03 5.0&03 7.5&03 1.0&02 2+ IPb II (ck/i) Gambar 1. Isoterm sorpsi timbal pada tufaan 1.0E+OO '-' 1.0&02I +- "'.0~-.... bj) ~-- ~4> 1.0&03 1.0&05 1.0& Fr03 1.0&02 2+!l'b II (ck/i) Gambar 2. Bentuk logarltmik isoterm sorpsi timbal pad a tufaan 162

4 ~ :t:... C ~ o Gambar 3. Pengaruh karbonat terhadap sorpsi timbaj pada tufaan Hasil percobaan pengaruh karbonat disajikan pad a Gambar 3 di atas. Pada gambar tersebut diperlihatkan adanya kenaikan secara eksponensial nilai koefisien distribusi, Kd, sebagai fungsi konsentrasi karbonat [HC03'] dalam (arutan. Dari fakta tersebut dapat dinyatakan bahwa adanya karbonaubikarbonat dalam larutan dapat meningkatkan sorpsi. Seperti. banyak diketahui bahwa nilai koefisien distribusi sangat tinggi pad a konsentrasi karbonat yang biasa ada dalam air tanah, yaitu sekitar 10' sid 10" N[4.5J. Tentang kebenaran hasil yang diperoleh, idealnya dilakukan perbandingan terhadap standar, namun standar untuk penelitian ini sangat jarang diperoleh. Karena itu biasanya pembandlngan dllakukan terhadap hasll antar laboratorium. Walaupun masih akan dijumpai beberapa kesulitan karena perbedaan karateristik data, kondisi percobaan dan penggunaan satuan yang digunaki,m(41 KESIMPULAN Sorpsi timbal pada tufaan dari calon tapak penyimpanan limbah radioaktif Semenanjung Muria memperlihatkan afinitas yang besar: yaitu kapasitas sorpsi Ca = eq/kg, dan suatu koefisien distribusi yang tinggi, Kd = 535 I/kg. Adanya karbonat dalam fasa larutan, meningkatkan koefisien ditribusi. Hal ini akan merupakan faktor pendukung tambahan. Dengan metode pengocokan sederhana, tefah diperoleh data baru dan penting tentang sorpsi pad a 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 di laboratorium, maupun studi-studi dilapangan dan analog natural, diharapkan hasil ini dapat diaplikasikan dalam model-model migrasi untuk evaluasi penyimpanan limbah radioaktif. UCAPAN TERIMA KASIH. Terima kasih disampaikan kepada Anita, Universitas Pakuan Bogor, atas partisipasinya dalam pelaksanaan kegiatan penelitian ini DAFTAR PUSTAKA 1. IAEA, "Radioactive Waste Management, An IAEA Source Book", Vienna (1992). 2. IAEA, "Review of Available Option for Low Level Radioactive Waste Disposal", (AEA TECDOC-661, Vienna, Jully

5 3. 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: "Radio-nuclide sorption data base for Swiss safety assesernent", NAGRA CEDRA, TR 84-40, Wurenlingen Switcherland (1985). 6. A.H.B. MARTIN, SOFY AN YATIM, PRATOMO BUDIMAN S., "Sorpsi Cesium pada Tanah sekitar Calon Tapak Penyimpanan Limbah Radioaktif System Tanah Dangkal Kawasan Serpong", Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelititan Dasar dan T eknologi Nuklir, PPNY BATAN Yogyakarta (1993). 7. A.H.B..MARTIN, PRATOMO BUDIMAN S., M. ILHAM PRATOPO, HENI SUSENO, "Pengaruh Karbonat & EDTA Terhadap Sorpsi Cesium pada Tanah Serpong", Prosiding Seminar Teknologi dan Keselamatan Reaktor, serta Fasilitas Nuklir, PRSG/PPTKR BATAN - Serpong (1994). 8. BUDI SETIAWAN, Sorpsi-Desorpsi Radiocesium pada Tanah Lemahabang, Prosiding Seminar Teknologi Pengelolaan Limbah II, PTPLR BATAN, Jakarta, 187 (1999) 9. TEDDY SUMANTRI, MENIK RAHMAWATI, SUCIPTA, PRATOMO BUDIMAN-S., Sorpsl kobalt pada tuffaan dari calon tapak penyimpanan limbah di Lemahabang Semenanjung Muria, Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, P3TM BATAN, 332 (2003). 10. M.O. MECHERRI, J.C. ROUCHAUD, M. FEDOROFF, PRATOMO BUDIMAN-S, "Study of Neodymium Sorption on Orthose and Calcite for Radionuclide Migration Modelling in Groundwater", Radiochim. Acta 50,169 (1990). 11. B.M.W. TRAPNELL, "Chemisorption", Butterworths Scientific Publ.(1955). 164