PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF (SR-90) DENGAN ARANG AKTIF LOKAL DENGAN METODE KOLOM Subiarto Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif ABSTRAK PENGOLAHAN LlMBAH RADIOAKTIF (SR-90) DENGAN ARANG AKTIF LOKAL DENGAN METODE KOLOM. Sebagai kelanjutan penelitian terdahulll, yakni pengambilan Sr- 90 dari limbah radioaktif dengan menggunakan arang aktif lokal secara catu, telah dilakukan pula hal yang sarna tapi dengan metode alir/kontinyu dengan menggunakan kolom. Karena kualitas kolom yang digunakan tidak terlalu bagus, maka ukuran serbuk arang aktif yang dipakai pada penelitian inipun tidak terlalu halus. Ukuran serbuk arang aktif yang digunakan dalam kolom adalah +40 mesh, dengan diameter kolom 1 cm dan tinggi kolom 7 cm. Laju aliran keluar kolom adalah 10 ml/10 menit. Pencacahan dilakukan dengan LSA (Liquid Scintillation Analyzer) yang ada di laboratorium. Hasil terbaik yang diperoleh lewat percobaan ini adalah efisiensi penyerapan sebesar 96,14%. ABSTRACT TREA TMENT OF LIQUID RADWASTE (SR-90) BY LOCALL Y ACTIVA TED CARBON WITH COLUMN/ CONTINUOUS METHOD. As the continuation from the previous experiment, Removal of Sr-90 from Liquid Radwaste by Locally Activated Carbon with Batch Method, another one have been done, i.e. the same experiment but with another method, Continuous/Column Method. Since the quality of the column used is not so good, the measure of activated carbon we used can not be so fine. The measures that we used in this experiment are +40 mesh, with column diameter 1 cm, and column height 7 cm. Output rate from the column is 10 ml110 minutes. The Counting is done by using LSA ( Liquid Scintillation Analyzer) that provided in our laboratory. The best result from this experiment is the sorbent efficiency as high as 96,14%. PENDAHULUAN Arang Aktif Percobaan pemisahan radionulklida Sr-90 dari lirnbah radioaktif cair menggunakan arang aktif dengan sistem catu ("batch") telah dilakukan pada tahun-tahun sebelumnya dengan hasil memuaskan. Arang aktif yang dipergunakan adalah arang aktif lokal yang terbuat dari tempurung keiapa, diproduksi oleh Sumihar Hutapea di Kalasan -Yogyakarta [1]. Percobaan kali ini adalah untuk mengetahui, pada metode kontinyu dengan menggunakan kolom, apakah hasilnya juga bisa bag us. Hal ini berkenaan dengan penggunaan arang aktif pada skala industri bila hendak digunakan untuk mengambil radionuklida tertentu dari limbah radioaktif cair sebelum proses lainnya dikenakan pada limbah tersebut. Arang aktif biasanya disebut karbon aktif yang dapat menyerap beberapa jenis zat di dalam cairan ataupun gas. Berarti arang aktif dapat digunakan sebagai bahan penjernih ataupun untuk menghilangkan bau busuk. Pada arang aktif terdapat banyak pori (zone) berukuran nand hingga mikrometer. Sedemikian banyaknya pori sehingga dalam satu gram arang aktif HasiJ PeneJitian Tahun 2000
""'" ~ bila semua dinding rongga pori direntangkan, mencapai ratusan hingga ribuan meter persegi. luas permukaannya dapat Gambar 1.Pori-pori didalam Arang Aktif Polikristal A. Zone atau pori antar kristal. B. Kristal kecil dan bidang-bidang kristal C. Atom karbon Oi dalam air yang tercemar, misalnya oleh amoniak NH3. sulfur hidrida HzS ataupun oleh unsur-unsur logam berat lainnya, bila digunakan arang aktif maka molekul zat pencemar tersebut ak~n terjaring dan terperangkap di dalam pori-pori atau zone-zone antar krista! arang aktif sehingga pad a akhirnya air menjadi bersih tanpa berbau. Arang yang atom-atomnya merupakan atom-atom karbon dapat berfungsi sebagai bahan penyerap, bila atom-atom arang tersebut dapat diubah dari bentuk amort menjadi bentuk poli kristal. Supaya terjadi arang aktif, proses aktivasi harus dilakukan, yaitu dengan pemanasan pada suhu tinggi. Oengan pemanasan tersebut, maka atom-atom karbon akan mengatur diri sedemikian rupa sehingga terjadi poli kristal. Rongga-rongga atau pori-pori (zone-zone) antar kristal berukuran nano hingga mikrometer. Proses aktivasi atau kristalisasi arang dari bentuk amort menjadi poli kristal dilakukan dalam tanur suhu tinggi.proses produksi ini merupakan proses fisika dan hasi! produksinya merupakan arang dengan karbon berkadar tinggi. Arang aktif dapat dibuat dari berbagai janis bahan, seperti : kertas, kulit padi, gambut, tulang, serbuk gergaji, kayu, biji kelapa sawit, batok kelapa, ubi kayu, tapioka dan sebagainya.[2] Hasi! Penelitian Tahun 2000 73
:1 Teori Adsorpsi Permukaan padatan yang kontak dengan suatu larutan cenderung untuk menghimpun lapisan dari molekul-molekul zat terlarut pad a permukaannya akibat ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan. Adsorpsi kimia menghasilkan pembentukan lapisan monomolekular adsorbat pada permukaan melalui gaya-gaya dari valensi sisa dari molekul-molekul pada permukaan. Adsorpsi fisika diakibatkan kondensasi molekular dalam kapiler-kapiler dari padatan. Secara umum, unsur-unsur dengan berat molekul yang lebih besar akan lebih mudah diadsorpsi. Terjadi pembentukan yang cepat sebuah kesetimbangan konsentrasi antar-muka, diikutl dengan difusi lambat ke dalam partikel-partikei karbon. Laju adsorpsi keseluruhan dikendalikan oleh kecepatan difusi dari molekul-molekul zat 'terlarut dalam pori-pori kapiler dari partikel karbon. Kecepatan itu berbanding terbalik dengan kuadrat diameter partikel, bertambah dengan kenaikan konsentrasi zat terlarut, bertambah dengan kenaikan temperatur dan berbanding terbalik dengan kenaikan berat molekul zat terlarut. [3] Morris dan Weber menemukan bahwa laju adsorpsi bervariasi seiring dengan akar pangkat dua dari waktu kontak dengan adsorben. Kecepatan ini juga meningkat dengan menurunnya ph sebab perubahan muatan pada permukaan karbon. Kapasitas adsorpsi dari karbon terhadap suatu zat terlarut tergantung pada dua-duanya, karbon dan zat terlarutnya. Kebanyakan limbah cair adalah kompleks dan bervariasi dalam hal kemampuan adsopsi dari campuran-campuran yang ada. Struktur molekul, kelarutan, dsb, semuanya berpengaruh terhadap kemampuan adsorpsi.[4] Derajat I kemungkinan adsorpsi akan terjadi dan menghasilkan hubungan kesetimbangan berkorelasi menurut hubungan empiris dari Freundlich, dan turunan Langmuir. Untuk penerapan praktis, isotherma Freundlich biasanya memberikan hubungan yang memuaskan. Isotherma Freundlich dinyatakan sebagai : x -= kg 11n M ) dimana : X = berat dari unsur yang diadsorpsi M = berat adsorben C = konsentrasi yang tersisa dalam larutan k dan n adalah konstanta yang tergantung pada temperatur, adsorben, dan unsur-unsur yang diserap. Persamaaan Langmuir didasarkan pada keseimbangan diantara kondensasi dan evaporasi dari molekul-molekul yarlg diadsorpsi, mengingat lapisan adsorpsi mono molekul. X M = abc 1 + ac (2) Hasil Peneli(ian Tahun 2000 74
Ini dapat direekspresikan dalam bentuk linear sebagai : 1 X/M 1 1 1 =-+-- b ab C (3) dimana : b = jumlah yang diserap untuk membentuk lapisan utuh pad a permukaan a = konstanta yang beliambah dengan kenaikan ukuran molekuler. TAT A KERJA Kolom yang ada dipasang pad a dudukan dan dilengkapi dengan pipa Saluran untuk menyalurkan cairan ke dan dari kolom. Untuk membantu proses pengaliran digunakan dua buah pompa peristaltik. Satu pompa untuk membantu mengalirkan cairan ke dalam pompa, satu pompa lagi untuk menghisap cairan dari dalam pompa ke dalam vial untuk dianalisa. Cairan limbah dibuat dari Sr CI2.6 H2O yang ditimbang dalam jumlah tertentu untuk mendapatkan cairan 0,1 N Sr yang kemudian ditetesi dengan cairan aktif Sr-90. Arang aktif ukuran + 40 mesh dimasukkan dengan corong ke dalam kolom berdiameter 1 cm sehingga tingginya mencapai 7 cm. Kedua buah pompa peristaltik di set kecepatannya dengan cara memutar angka yang terdapat dipompa itu secara manual sehingga laju keluar aliran dari pompa sebesar 10ml I 10 men it. Pencuplikan dilakukan setiap 60 menit. Beningan dari kolom masuk ke dalam vial-vial polietilen dianalisa dengan menggunakan LSA, dibandingkan dengan aktivitas awal untuk mendapatkan kapasitas penyerapan dari arang aktif yang digunakan sebagai adsorben dalam percobaan ini. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pencacahan dari beningan dan larutan awal limbah dapat dilihat pada Tabel1. Karena proses kontinyu dengan sistem kolom, ada sedikit kesulitan berhubung dengan pengaturan jam kerja yang 8 jam perhari, karena setelah kita mencuplik 8 kali @ 1 jam, kita terbentur waktu sore hari dan alat, karena tidak ada yang menunggu, terpaksa harus dimatikan, untuk kemudian besok paginya dilanjutkan mencuplik kembali. Demikian seterusnya. Walaupun demikian, dengan pendekatan interpolasi, diodapat hasil yang representatif seperti tercantum dalam tabel1 di atas. Dari fabel, diketahui Ao = 162.704 cpm, sedangkan hasil cuplikan terendah diperoleh setelah cuplikan ke 19, yaitu sebesar 6192,40 cpm. (A1). Hasil Penelitian Tahun 2000 75
Maka efisiensi penyerapan = AD-A1 x 100% AD 162.704-6192,40 = ~--=_. x 100 % = 96, 14 % Maka dari proses kolom penyerapan Sr-90 dengan arang aktif lokal ini didapat efisiensi penyerapan sebesar 96,14 %. Dengan metoda kolom ini, sebenarnya dapat juga diteliti waktu penggantian arang aktif karena sudah jenuh menyerap Sr-90. Barangkali dalam penelitian berikutnya, hal ini bisa dilakukan dengan kolom yang lebih bag us. Dengan kolom yang sekarang tersedia, sewaktu dilakukan variasi ukuran serbuk dengan ukuran yang sangat halus, kolom tidak sanggup lagi dilewati cairan, karena packingnya tertutup oleh serbuk-serbuk halus arang aktif. Hal ini akan dicoba diatasi dengan menambahkan glass-wool diatas packing, atau kalau belum bisa terpaksa dengan mengganti kolom dengan kolom buatan Fischer sesuai katalog. KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil penelitian ini, yang menghasilkan efisiensi penyerapan hampir sarna dengan pada proses batch, yaitu sebesar 96 %, maka jika kita hendak menerapkannya untuk skala industri, arang aktif ini patut dipertimbangkan untuk digunakan menyerap Sr-90 dari limbah radioaktif cairo Tentu setelah dilakukan penyempurnaan-penyempurnaan yang perlu pada sistem peralatannya. Hasil Pene/itian Tahun 2000 7R
DAFTAR PUSTAKA 1. Subiarto: Penyerapan Sf-gO dan Co-60 dari Limbah Radioaktif Cair dengan Arang AktifLokal, Uspen P2PLR -BATAN, Serpong,1999/2000. 2. PT. Indo Huna Charcoal: Superheated Activated Charcoal, Brosur, Yogyakarta. 3. Harry M. Freeman: Standarad Handbook of hazardous Waste Treatment and Disposal, Mc. Graw Hill Book Company, U.S.A., 1989. 4. Milton J. Rosen: Surfactants and Interfacial Phenomena, John Willey & Sons, U.S.A., 1989. Hasil Penelitian Tahun 2000 77