SORPSI TIMBAL PADA TUFAAN DARI CALON TAPAK PENYIMPANAN LlMBAHRADIOAKTIF 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

ABSTRAKSORPSI TIMBAL PADA TUFAAN DARI CALON 'TAPAK PENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF 01

SEMENANJUNG MURIA. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari interaksi radionuklida terlarut dalam air tanahdengan komponen batuan yang dilaluinya sebagai bagian dari analisis keselamatan penyimpanan limbah. Timbaldigunakan dalam penelitian ini, demikian pula tufaan digunakan sebagai contoh batuan dari calon tapak di LemahabangSemenanjung Muria. Metode catu dengan pengocokan diadopsi untuk mempelajari isoterm sorpsi dan pengaruhkarbonat terhadap sorpsi. HasH memperlihatkan bahwa afinitas sorpsi besar, koefisien distribusi (Kd=535 lIKg) dankapasitas sorpsi (C.= 0.285 eklKg ) tinggi yang diperoleh merupakan faktor favorable bagi retensi migrasi radionuklidadalam air tanah. Sorpsi timbal pad a tufaan mengikuti suatu aturan Freundlich yang menandakiln proses sorpsi terjadipada lokasi yang beraneka. Adanya karbonat dalam fasa larutan meningkatkan serapan timba!. Diharapkan hasil yangdiperoleh dapat diaplikasikan dalam model migrasi radionukida, yang selanjutnya model tersebut dapat digunakansebagai rekomendasi bagi penyusunan rancang bangun penyimpanan limbah sistem tanah dangkal dari calon tapakpenyimpanan limbah di Lemahabang Semenanjung Muria.

ABSTRACTSORPTION 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 radionuclidesdissolved 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. Simplebatch experiment was adopted to study the sorption isotherm and influence of carbonate. The results have shown that ahigh affinity, fast kinetic, high coefficient distribution (Kd = 535 UKg) and sorption capacities (C.= 0.285 ek/Kg) soobtained are favourable factors for slowing down radionuclides migration into ground water. The sorption of lead on thesoil conforms the Freundlich law which indicates that the sorption process occured on the heterogeneous sites. Thepresence of carbonate in the aqueous phase increased the distribution coefficient. It is hoped that the results could beapplied in the radionuclide migration models which in tum might be used to prepare a recommendation for the sitepreparation of shallow-land burial facility at the Lemahabang of Muria Peninsula.

Kata Kunci: penyimpanan limbah, radioaktif, radionuklida, timbal, migrasi, sorpsi, isoterm sorpsi, koefisien distribusl

PENDAHULUANTelah disepakati di banyak negara

bahwa penyimpanan limbah dekatpermukaan merupakan opsi untuk limbahaktivitas rendah dan sedang[1.3J• Sistempenyimpanan limbah tersebut meliputisusunan penghalang ganda, penghalangrekayasa dan penghalang alami. Penghalangrekayasa terdiri atas imobilisasi limbah,wadah tahan korosi, bahan urug dan bahanpenyongga, serta bangunan fasilitospenyimpanan. Sedangkan penghalang alamiialah berupa formasi geologi, lingkunganfa~ilitas penyimpanan.

Tujuan penyimpanan limbah terse butialah mengisolasi radionuklida dalam limbah,sebagai perlindungan bagi fingkungan hidupdari potensi bahaya kontaminasi dan radiasi,baik untuk generasi saat ini maupun generasiyang akan datang. Dalam hal ini resikopotensial ialah berkaitan dengan pelepasanradionukfida ke biosfir. setelah suatu periodepengungkungan[4.5J• Dihipotesakan bahwakerusakan system penyimpanan berkaitanintrusi air tanah, yang menembus bahan

160

buffer dan struktur fasilitas, korosi wadahlimbah dan pelarutan isinya ke badan airtanah, diikuti pelepasan radionukklida kegeosfir. Sepanjang jalur transportradionuklida tersebut, terdapat dua fenomenayang mengontrol, yaitu hidrodinamika airtanah, dan interaksi radionuklida terlarutdalam air tanah dengan komponen batuanyang dilaluinya secara sorpsi. Baik secaralangsung maupun tidak langsung proses80rpsi akan memberikan kontribusl bagiretardasi migrasi radionuklida. Karena ituformasi batuan sekitar tapak penyimpananlimbah akan merupakan barier fundamentalbagi penyebaran radionuklida. Untukevaluasi jangka panjang perlu dipelajarievolusi penyebaran radionuklida dalammodel-model migrasi.

Dalam rangka program riptekpenyimpanan limbah, penelitian ini dilakukanuntuk memperkirakan kapasitas penghalangalami, yang hasilnya akan disumbangkanbagi pengkayaan data base tentang perilakuradionuklida di geosfir, untuk selanjutnyadiharapkan dapat diaplikasiklan dalam model

migrasi radionuklida untuk pengkajiankeselamatan penyimpanan limbah radioaktifsistem dekat permukaan. Metode catudengan pengocokan sederhana diadopsiuntuk mempelajari isoterm sorpsi timbal padatufaan, serta pengaruh karbonat terhadapsorpsi tufaan. Timbal dipilih sebagai modelradionuklida, yang salah satu nuklidanyaterdapat dalam limbah, y~ng merupakanturunan dari rantai peluruhan uranium.Berkaitan dengan perilaku radionuklida digeosfir, berbagai penelitian telah dilakukan.Sebagian telah dipublikasikan, baik untukcalon tapak penyimpanan di PPTN Serpongmaupun di Semenanjung Muria[5-9J•

TAT A KERJA.Bahan dan Alat

Bahan utama yang digunakan meliputisampel tufaan, larutan Pb2+ 1000 ppm,NaHCOJ, dan HNOJ pekat (semuanyabuatan Merck). Peralatan utama y;;lngdigunakan meliputi alat SSA, serta botol­botol polyethylene, rollling shaker. Sam peltufaan diambil dari LemahabangSemenanjung Muria, yang setelahdikeringkan suhu 100 °c, selama 2 jam.Kemudian digerus secara perlahan, laludiayak dan diambil fraksi ukuran 60-90 mesh.

Metode

Teknik percobaan yang dilakukan, ialahseperti yang telah banyak dilakukan,diantaranya dalam publikasi[10J• Masing­masing fasa 0,1 9 padatan tufaanditempatkan dalam botol polyethylene. Untukpercobaan isoterm sorpsi, larutan yangmengandung Pb2+ ditambahkan dalamjumlah yang bervariasi, dengan penambahanair hingga volume 15 ml, diperolehkonsentrasi 10 sId 3000 ppm. Dengan carayang sama, untuk pengaruh karbonatditambahkan larutan NaHC03 padakonsentrasl Pb2+ 100 ppm, hlngga diperolehkonsentrasi karbonat dalam larutanbervariasi 0 sId 0,02 N.

Pengocokan fase padatan dan faselarutan dilakukan dengan bantuan alatmineralogical roller pada 276 rpm, selama 6hari. Lalu pemisahan fasa padatan dan fasacairan dilakukan dengan bantuan syringemicro-filter 0,45 11m.Ke dalam 10 ml filtrateditambahkan 0,8 ml HN03 pekat, lalu diukurserapannya dengan bantuan SSA. Kemudiankuantifikasi sorpsi dilakukan dengan

161

perigukuran koefisien distribusi, Kd, yaituratio konsentrasi radionuklida pad a padatandan dalam larutan, pada kesetimbanganl5J.

Kd = [pbl (1)1Pbf

dalam kaitan ini [PbJs dan [PbJI masing­masing ialah konsentrasi timbal padapadatan dan dalam larutan, padakesetimbangan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil percobaan isoterm sorpsi disajikanpada Gambar 1, sebagai variasi konsentrasiTimbal terserap pada tanah, [PbJs sebagaifungsi konsentrasi timbal dalam larutan, [PbJ"pada kesetimbangan. Tampak konsentrasitimbal terserap pada tanah, naik secaraprogresif sebagai fungsi konsentrasi dalamlarutan, hingga dicapai suatu dataran yangdinyatakan sebagai kapasitas sorpsi (Ca),dan diperoleh Ca = 2.85 eq/kg.

Penyajian dalam bentuk logaritmik, padaGambar 2, diperlihatkan bentuk linier, yangmenyatakan isoterm sorpsi mengikuti suatuaturan Freundlich. Hal tersebut dapatdiintepretasikan afinitas sorpsi timbal padatanah terjadi pada site sorpsi beraneka!11J.Secara matematis aturan Freundlich dapatditulis sebagai[6J.

(2)

atau dalam bentuk log logaritmik

log[Pb], = log C. + n log!< + n log[Pb], (3)

dalam kaitan inj Ca dan K masing-masingialah kapasitas sorpsi dan kesetimbangansorpsi. Oari pengukuran kemiringan danpenentuan intercept ke sumbu asal, sertamenggunakan nilai Ca, diperoleh exponenn = 0,75, serta tetapan kesetimbangan K =2,89 I/eq. Untuk konsentrasi tlmbal dalamlarutan yang rendah [PbJI = 10-6 ek/l,diperoleh suatu koefisien distribusiKd = 535 I/kg. Harga-harga tersebutmerupakan konstanta empiris, karenamekanisme sorpsi kemungkinan terjadisecara pertukaran ion antara ion timbaldalam larutan dan ion-ion exchangeablepada mineral-mineral penyusun batuantufaan yang dipelajari.

4.0&01

c. =2,8510-1 ck/kg

3.0 FrO 1

1.0&01

0.0 1!."+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&0 IbJ) ~--~4>

'-'+-"'.0~- 1.0&02

1.0&03

1.0&05 1.0&04 1.0 Fr03 1.0&02

2+!l'b II (ck/I)

Gambar 2. Bentuk logarltmik isoterm sorpsi timbal pad a tufaan

162

4000

10000

8000

~ 6000..:t:••.•..C~

2000

o

0.000 0.005 0.010

Gambar 3. Pengaruh karbonat terhadap sorpsi timbaJ pada tufaan

Hasil percobaan pengaruh karbonatdisajikan pad a Gambar 3 di atas. Padagambar tersebut diperlihatkan adanyakenaikan secara eksponensial nilai koefisiendistribusi, Kd, sebagai fungsi konsentrasikarbonat [HC03'] dalam (arutan. Dari faktatersebut dapat dinyatakan bahwa adanyakarbonaUbikarbonat dalam larutan dapatmeningkatkan sorpsi. Seperti. banyakdiketahui bahwa nilai koefisien distribusi

sangat tinggi pad a konsentrasi karbonat yangbiasa ada dalam air tanah, yaitu sekitar 10'sid 10" N[4.5J.

Tentang kebenaran hasil yang diperoleh,idealnya dilakukan perbandingan terhadapstandar, namun standar untuk penelitian inisangat jarang diperoleh. Karena itu biasanyapembandlngan dllakukan terhadap hasllantar laboratorium. Walaupun masih akandijumpai beberapa kesulitan karenaperbedaan karateristik data, kondisipercobaan dan penggunaan satuan yangdigunaki,m(41•

KESIMPULANSorpsi timbal pada tufaan dari calon

tapak penyimpanan limbah radioaktifSemenanjung Muria memperlihatkan afinitasyang besar: yaitu kapasitas sorpsi Ca = 0.285eq/kg, dan suatu koefisien distribusi yangtinggi, Kd = 535 I/kg. Adanya karbonat dalam

163

fasa larutan, meningkatkan koefisienditribusi. Hal ini akan merupakan faktorpendukung tambahan. Dengan metodepengocokan sederhana, tefah diperoleh databaru dan penting tentang sorpsi pad a bahanalami, yang dapat disumbangkan untukpengayaan 'bank data' tentang kelakuanradionuklida di geosfir. Selanjutnya setelahdibandingkan dengan data metode lain;metode dinamik . dengan kolom dilaboratorium, maupun studi-studi dilapangandan analog natural, diharapkan hasil ini dapatdiaplikasikan dalam model-model migrasiuntuk evaluasi penyimpanan limbahradioaktif.

UCAPAN TERIMA KASIH.Terima kasih disampaikan kepada Anita,

Universitas Pakuan Bogor, ataspartisipasinya dalam pelaksanaan kegiatanpenelitian ini

DAFTAR PUSTAKA

1. IAEA, "Radioactive Waste Management,An IAEA Source Book", Vienna (1992).

2. IAEA, "Review of Available Option forLow Level Radioactive Waste Disposal",(AEA TECDOC-661, Vienna, Jully 1992.

3. IAEA, "Classification of RadioactiveWaste, Safety Series No 11-G-1.1,Vienna, 1994.

4. B.S. JENSEN, "Migration phenomena ofradionuclide into the geosphere",Harwood Acad.PubI.Chur.(1982).

5. I.G. McKINLEY, J. HADERMANN:"Radio-nuclide sorption data base forSwiss safety assesernent", NAGRA­CEDRA, TR 84-40, Wurenlingen­Switcherland (1985).

6. A.H.B. MARTIN, SOFY AN YATIM,PRATOMO BUDIMAN S., "SorpsiCesium pada Tanah sekitar Calon TapakPenyimpanan Limbah Radioaktif SystemTanah Dangkal Kawasan Serpong",Prosiding Pertemuan dan PresentasiIImiah Penelititan Dasar dan TeknologiNuklir, PPNY BATAN Yogyakarta (1993).

7. A.H.B ..MARTIN, PRATOMO BUDIMAN­S., M. ILHAM PRATOPO, HENISUSENO, "Pengaruh Karbonat & EDTATerhadap Sorpsi Cesium pada TanahSerpong", Prosiding Seminar Teknologidan Keselamatan Reaktor, serta FasilitasNuklir, PRSG/PPTKR BATAN - Serpong(1994).

164

8. BUDI SETIAWAN, Sorpsi-DesorpsiRadiocesium pada Tanah Lemahabang,Prosiding Seminar TeknologiPengelolaan Limbah II, PTPLR BATAN,Jakarta, 187 (1999)

9. TEDDY SUMANTRI, MENIKRAHMAWATI, SUCIPTA, PRATOMOBUDIMAN-S., Sorpsl kobalt pada tuffaandari calon tapak penyimpanan limbah diLemahabang Semenanjung Muria,Prosiding Pertemuan dan PresentasiIImiah 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 onOrthose and Calcite for Radionuclide

Migration Modelling in Groundwater",Radiochim. Acta 50,169 (1990).

11. B.M.W. TRAPNELL, "Chemisorption",Butterworths Scientific Publ.(1955).