AKTIVITAS GAMMA DAN ADSORPSI RADIONUKLIDA PERAIRAN KALI CODE, YOGYAKARTA Tri Harningsih1, Narsito2, Agus Taftazani3 1 AAK Nasional, Surakarta, 57155 2 UGM, Yogyakarta, 55281 3 BATAN, Yogyakarta, 55231
[email protected]
Telah dilakukan penelitian mengenai hubungan antara aktivitas Gamma dan adsorpsi radionuklida perairan Kali Code, Yogyakarta. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui model adsorpsi yang mengendalikan distribusi radionuklida Ra-226, Pb-212, Pb-214, dan Ac-228 dan mengestimasi distribusi radionuklida dalam air dan sedimen berdasarkan pengukuran radioaktivitas gamma dan padatan tersuspensi. Pengambilan sampel berupa air dan sedimen dilakukan 11 titik lokasi dari hulu hingga hilir Kali Code, dimulai dari Turgo, Boyong, Ngentak, Ring Road Utara, Sardjito, Tukangan, Tungkak, Karangkajen, Ring Road Selatan, Ngoto, dan Pacar. Radionuklida dianalisis dengan menggunakan metode Spektrometri Gamma. Hasil analisis menunjukkan bahwa adsorpsi Ra-226 dan Ac-228 mengikuti model adsorpsi Freundlich, Pb-212 model adsorpsi partisi, dan Pb-214 mengikuti model adsorpsi Langmuir. Tidak adanya korelasi yang signifikan antara aktivitas radionuklida dan padatan tersuspensi, mengindikasikan bahwa radionuklida yang diteliti tidak dalam bentuk kationik melainkan dalam bentuk senyawa dengan polaritas rendah dan terdapat di dalam sedimen dalam jangka waktu yang cukup lama. Kata kunci: spektrometri gamma, padatan tersuspensi, polaritas
I. PENDAHULUAN Pencemaran radioaktivitas pada lingkungan, dapat terjadi melalui udara, tanah, dan air. Oleh karena itu masalah pengaturan dan pengawasan radioakivitas lingkungan perlu dilaksanakan dengan baik. Dua terminologi penting berkaitan dengan radiasi lingkungan adalah radiasi eksternal dan radiasi internal. Radiasi eksternal berhubungan dengan sumber radiasi di luar tubuh manusia yang berasal dari unsur-unsur radioaktif di dalam tanah, udara, dan air. Radiasi internal berhubungan dengan unsur-unsur radioaktif yang bersarang dalam tubuh manusia yang terdapat pada mata rantai makanan dari lingkungan yang tercemar radioaktif karena perlakuan medis (Aakrog, 1989). Radioaktivas menurut Beiser dan Arthur (2001) adalah pemancaran sinar-sinar radioaktif dari unsur radioaktif. Jenis radiasinya antara lain adalah sinar , sinar , sinar , sinar X, dan radiasi neutron. Radiasi radioaktif yang berasal dari radionuklida alam disebut radioaktivitas alam sedangkan radiasi yang berasal dari buatan manusia hasil reaksi inti disebut sebagai radioaktivitas buatan.
1
Pemanfaatan radionuklida pada saat ini sudah sangat luas penggunaannya, antara lain pemakaian untuk transmutasi genetika dalam proses pemuliaan tanaman di bidang pertanian serta pemanfaatannya untuk kepentingan militer (Taftazani, 1998). Keberadaan radionuklida menyebabkan lingkungan menerima konsekuensi ekologis berupa peningkatan radiasi latar yang pada gilirannya berdampak pada kualitas lingkungan dari aspek radioekologis. Sumber radiasi jatuhan global yang terpenting berasal dari uji coba nuklir di atmosfer sisa- sisa radioaktif yang masih tetap tersimpan di lingkungan dan memiliki umur paro panjang (Anonim 1, 2003). Air sungai memegang peranan penting bagi kehidupan manusia, baik digunakan sebagai sumber air minum, keperluan sehari-hari maupun untuk mengairi tanaman. Air digunakan untuk keperluan air minum dan irigasi lahan pertanian banyak mengandung radionuklida alam maka hal itu akan membahayakan makhluk hidup yang ada disekitarnya. Sehingga perlu dilakukan identifikasi kualitas lingkungan berupa kajian radioaktivitas pada suatu ekosistem yang berkaitan dengan paparan radiasi dan identifikasi serta pengukuran radioaktivitas radionuklida di lingkungan perairan, dalam hal ini berupa sampel sedimen dan air dari sungai Code. Penelitian ini menggunakan metode analisis radionuklida secara kualitatif dan kuantitatif, salah satunya dengan metode Spektrometri Gamma. Spektrometri Gamma mempunyai keunggulan antara lain dapat digunakan untuk menganalisis radionuklida secara serentak tanpa didahului pemisahan kimia yang rumit dan menghemat waktu pencacahan karena pengukuran puncak gamma dari tenaga rendah sampai dengan tenaga tinggi dapat dilakukan secara bersamaan. Penelitian ini memilih radionuklida Ra-226, Pb-212, Pb-214, dan Ac-228 karena radionuklida tersebut dikategorikan radionuklida yang berasal dari pelapukan batuan dan mineral, serta limbah industri, pertanian dan domestik yang keberadaannya di sungai dapat mengganggu kehidupan ekosistem Kali Code. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap aktivitas radionuklida di perairan antara lain: proses pencampuran, penyebaran dan interaksi dengan sedimen serta material biologis. Sedangkan penyebaran radionuklida dapat terjadi dari bentuk terlarut dalam badan air ke dalam sedimen melalui media padatan tersuspensi (Suspended Solid, SS), proses koagulasi dan selanjutnya mengendap di dasar sungai. Perpindahan radionuklida dalam air ke dalam sedimen satu arah terutama dapat melalui (1) partisi air-sedimen yaitu perpindahan radionuklida dari bentuk terlarut ke dalam sedimen dengan melalui proses adsorpsi oleh tanah di dasar sungai dan (2) perpindahan melalui adsorpsi oleh media padatan tersuspensi (SS) (Anonim 2, 2005). 2
II. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bidang Kimia dan Teknologi Proses Bahan,
Pusat
Teknologi
Akselerator
dan
Proses
Bahan
(PTAPB)
BATAN,
Babarsari,Yogyakarta. Rancangan penelitian ini digunakan prosedur preparasi dan analisis sampel mengikuti prosedur baku pemantauan lingkungan atau Environmental Monitoring Speciment Bank/EMBS (1995) dan metode Spektrometri Gamma dengan Detektor Ge(Li) dan MCA Ortec 7010. Subyek penelitian adalah sampel air dan sedimen sungai Code yang diambil masing-masing sebanyak 10 liter/lokasi untuk air dan 2 kg/lokasi untuk sedimen. Standar sumber radioisotop
152
Eu dan
137
Cs untuk kalibrasi spektrometer Gamma dan
standar sekunder sedimen marine dari IAEA no. 315. Pengambilan sampel dilakukan dari daerah hulu hingga hilir Kali Code, yaitu sampel diambil masing-masing tiga titik (daerah pinggir, tengah, pinggir) di setiap titik lokasi pengambilan. Hasil analisis sampel menggunakan metode Spektrometri Gamma menghasilkan data berupa aktivitas radionuklida dari sampel air dan sedimen. Selanjutnya analisis data dilakukan dengan menganalisis tingkat kesesuaian model adsorpsi yaitu model Partisi, model Freundlich, dan model Langmuir untuk radionuklida Ra-226, Pb-212, Pb-214, dan Ac-228 serta hubungan aktivitas radionuklida dalam sedimen dan konsentrasi SS melalui nilai R2 dari kurva regresi linear. III. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Pengambilan sampel air dan sedimen dilakukan pada 11 titik sampling dari lokasi DAS Kali Code, Yogyakarta yaitu mata air Turgo hingga Pacar. Gross gamma merupakan pencacahan radiasi gamma
secara total tanpa membedakan energi gamma yang satu
dengan yang lain. Pada gross gamma yang diukur adalah aktivitasnya, dimana menunjukkan jumlah peluruhan tiap satuan waktu tiap satuan volume atau berat. Aktivitas Gross Gamma Air
Gross Gamma Air,Bq/L
25 20 15 10 5 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Lokasi Sampling
Gambar 1. Profil Gross Gamma di Perairan Kali Code
3
11
Aktivitas Gross Gamma Sedimen
Gross Gamma,Bq/kg
0.1200 0.1000 0.0800 0.0600 0.0400 0.0200 0.0000 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Lokasi Sampling
Aktivitas Radionuklida,Bq/L
Gambar 2. Profil Gross Gamma di Sedimen Kali Code
10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Ra-226 Pb-214 Ac-228
Lokasi Sam pling
Pb-212 Tl-208 K-40
Aktivitas Radionuklida,Bq/kg
Gambar 3. Profil Radionuklida di Perairan Kali Code
0.0400 0.0350 0.0300 0.0250 0.0200 0.0150 0.0100 0.0050 0.0000 1
2
3
4
5
6
Lokasi Sam pling
7
8
9
10
Ra-226 Pb-214 Ac-228
11 Pb-212 Tl-208 K-40
Gambar 4. Profil Radionuklida di Sedimen Kali Code Berdasarkan data yang diperoleh dalam penelitian ini menunjukkan aktivitas radionuklida yang teramati termasuk rendah. Apabila distribusi radionuklida tersebut terjadi karena proses adsorpsi oleh sedimen di dasar sungai, maka pola distribusi radionuklida di sepanjang sungai dari lokasi pengambilan ke-1 hingga ke-11 harus memenuhi syarat model adsorpsi. Menurut Schnoor (1996), terdapat tiga model adsorpsi yang utama yaitu model partisi (KD), Freundlich dan Langmuir. Berdasarkan gambar 5, proses distribusi radionuklida Ra-226 mengikuti model Freundlich. Model adsorpsi Freundlich ini terlihat dengan harga koefisien determinasi (R 2 = 0,7974) paling besar bila dibandingkan dengan model Langmuir dan Partisi/ KD.
4
Ads orps i Kd 0.0250
Ra-226 sdm,mg/kg
Ra-226*air/Ra-226 sdm
Adsorpsi Langm uir 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0E+00
y = 57.657x + 1451 R2 = 0.5918 2E+01
4E+01
6E+01
0.0200 0.0150
y = 0.0002x + 0.0027 R2 = 0.7323
0.0100 0.0050 0.0000 0E+00
8E+01
2E+01
Ra-226*air,Bq/L
4E+01
6E+01
8E+01
Ra-226*air,Bq/L
Log Ra-226 sdm
Adsorpsi Freundliich 0 -0.5 0
0.5 1 y = 0.4815x - 2.7647 R2 = 0.7974
-1 -1.5
1.5
2
-2 -2.5 -3 -3.5 Log Ra-226*air
Gambar 5. Kurva Adsorpsi Langmuir, KD, Freundlich Ra-226 Berdasarkan gambar 6, proses distribusi radionuklida Pb-212 mengikuti model Partisi. Model adsorpsi Partisi/ KD ini terlihat dengan harga koefisien determinasi (R2 = 0,7785) paling besar bila dibandingkan dengan model Langmuir dan Freundlich. Adsorpsi Kd
Pb-212 sdm,Bq/kg
Pb-212 air/Pb-212sdm
Adsorpsi Langmuir 3500 3000 2500 2000 1500 1000
y = 26.039x + 877.34 R2 = 0.5625
500 0 0E+00
2E+01
4E+01
6E+01
8E+01
1E+02
0.0400 0.0300 0.0200 y = 0.0003x + 0.0076 R2 = 0.7785
0.0100 0.0000 0E+00
Pb-212* air,Bq/L
2E+01
4E+01
6E+01
8E+01
1E+02
Pb-212* air,Bq/L
Log Pb-212 sdm
Adsorpsi Freundlich
-0.5
0 -0.5 0 -1 -1.5
0.5
1
1.5
2
y = 0.39x - 2.3281 R2 = 0.494
-2 -2.5 -3 Log Pb-212* air
Gambar 6. Kurva Adsorpsi Langmuir, KD, Freundlich Pb-212 Berdasarkan gambar 7, proses distribusi radionuklida Pb-214 mengikuti model adsorpsi Langmuir. Model adsorpsi ini terlihat dengan harga koefisien determinasi (R 2 = 0,9891) yang paling besar bila dibandingkan dengan model Freundlich dan Partisi/ KD.
5
Adsorpsi Kd 3.5E-03
5E+15
3.0E-03
4E+15
Pb-214 sdm,Bq/kg
Pb-214*air/Pb-212 sdm
Adsorpsi Langmuir
y = 8E+07x + 7E+12 R2 = 0.9891
3E+15 2E+15 1E+15 0E+00 0E+00
2E+07
4E+07
2.5E-03
y = -9E-12x + 0.0004 R2 = 0.036
2.0E-03 1.5E-03 1.0E-03 5.0E-04 0.0E+00 0E+00 -5.0E-04
6E+07
Pb-214*air,Bq/L
2E+07
4E+07
6E+07
Pb-214*air,Bq/L
Log Pb-214 sedimen
Adsorpsi Freundlich 0 -1 0
-2
2
4
6
8
10
-2 -3
y = -0.68x - 2.5225 R2 = 0.8792
-4 -5 -6 -7 -8 -9
Log Pb-214*air
Gambar 7. Kurva Adsorpsi Langmuir, KD, Freundlich Pb-214 Berdasarkan gambar 8, proses distribusi radionuklida Ac-228 mengikuti model adsorpsi Freundlich Model adsorpsi ini terlihat dengan harga koefisien determinasi (R2 = 0,6617) yang paling besar bila dibandingkan dengan model Langmuir dan Partisi/ KD. Adsorpsi Langm uir
Ac-228 sedimen,Bq/kg
14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0.0000
Adsorpsi Kd
y = 2551.9x + 6657.3 R2 = 0.0932
0.5000
1.0000
1.5000
2.0000
0.003 0.002 0.002
y = 0.0003x + 0.0001 R2 = 0.0526
0.001 0.001 0.000 0.0000
0.5000
Ac-228*air,Bq/L
1.0000
1.5000
2.0000
Ac-228*air,Bq/L
Adsorpsi Freundlich
Log Ac-228 sedimen
0 -2
-1.5
-1
-0.5
y = 0.9954x - 3.731 R2 = 0.6617
-1
0
0.5
-2 -3 -4 -5 -6
Log Ac-228*air
Gambar 8. Kurva Adsorpsi Langmuir, KD, Freundlich Ac-228 Pada gambar 9, ditampilkan kurva hubungan antara SS dengan aktivitas radionuklida Ra-226, Pb-212, Pb-214, dan Ac-228 yang terdapat di dalam sedimen.
6
Aktivitas Ra-226,Bq/L
0.0250 0.0200
R2 = 0.8428
0.0150 0.0100 0.0050
2. 81 E
4. -0 6 58 E 5. 0 4 81 E 5. -0 5 22 E 7. 0 5 23 E 5. 0 4 86 E 8. -0 4 02 E 1. 0 4 99 E 2. -0 4 95 E 4. 0 4 40 E 9. -0 4 96 E -0 5
0.0000
TSS,m g/L
0.0400
Aktivitas Pb-212,Bq/L
0.0350 0.0300
R2 = 0.7308
0.0250 0.0200 0.0150 0.0100 0.0050 0.0000 3E-06 5E-04 6E-05 5E-05 7E-04 6E-04 8E-04 2E-04 3E-04 4E-04 1E-04 TSS,m g/L
0.00350000
Aktivitas Pb-214,Bq/L
0.00300000 0.00250000 0.00200000 0.00150000
R2 = 0.2487
0.00100000 0.00050000 0.00000000 -0.00050000 -0.00100000
3E06
5E04
6E05
5E05
7E04
6E04
8E04
2E04
3E04
4E04
1E04
TSS,m g/L
Aktivitas Ac-228,Bq/L
0.00250000 0.00200000 0.00150000 0.00100000
R2 = 0.2303
0.00050000 0.00000000 -0.00050000
3E06
5E04
6E05
5E05
7E04
6E04
8E04
2E04
3E04
4E04
1E04
TSS,mg/L
Gambar 9. Profil SS-Aktivitas Radionuklida dalam Sedimen Dari gambar 9 diperoleh harga koefisien determinasi (R2) untuk Ra-226, Pb-212, Pb-214,dan Ac-228 masing-masing sebesar 0,8428 ; 0,7308; 0,2487 dan 0,2303. Harga koefisien determinasi dari Ra-226, Pb-212, Pb-214, dan Ac-228 kurang dari 0,9, maka hubungan SS dengan keempat radionuklida tersebut tidak cukup signifikan. Akibatnya distribusi keempat radionuklida diatas ke dalam sedimen dipastikan tidak terjadi melalui media SS, tetapi langsung dari air menuju ke sedimen. 7
Kation-kation yang berukuran relatif besar hidratnya lemah sehingga bukan merupakan pembentuk kompleks yang baik dan kurang begitu bagus jika berikatan dengan SS karena R2 < 0,9. Tidak adanya korelasi yang signifikan antara konsentrasi radionuklida dengan SS mengindikasikan bahwa radionuklida yang ada tidak dalam bentuk kationik melainkan dalam bentuk senyawa dengan polaritas rendah dan lebih suka berikatan dengan sedimen daripada SS.
IV. SIMPULAN DAN SARAN SIMPULAN Distribusi radionuklida dari air ke dalam sedimen Kali Code melibatkan adsorpsi. Ra-226 dan Ac-228 mengikuti model adsorpsi Freundlich, Pb-212 model adsorpsi partisi, dan Pb-214 model adsorpsi Langmuir. Tidak adanya korelasi yang signifikan antara konsentrasi radionuklida dan konsentrasi suspended solid (SS) mengindikasikan bahwa radionuklida yang ada tidak dalam bentuk kationik melainkan dalam bentuk senyawa dengan polaritas rendah. Perpindahan radionuklida Ra-226, Pb-212, Pb-214, Tl-208, Ac228, dan K-40 dari badan air-sedimen melibatkan SS dengan nilai hubungan linear antara SS dengan konsentrasi radionuklida di sedimen 0,6046 < R2 < 0,7933. SARAN Perlu dikembangkan pemodelan yang memungkinkan estimasi langsung distribusi radionuklida yang lainnya melalui aktivitas radionuklida.
V. DAFTAR PUSTAKA 1. Aakrog, A, 1989, The Radiology Impact of the Chernobyl Debris Compared with that from Nuclear Weapons Fall Out, Journal of Environmental Radioactivity 6, p 151-162. 2. Adamson, A.W., dan Gast, A.P., 1997, Physical Chemistry of Surface, 6th edition, John Willey & Sons, Inc., New York. 3. Anonim 1, 2003, “Guidance for Environmental Background Analysis”., vol.II.sediment, NFECS user guide UG-2054-ENV, Naval Facilities Engineering Command, Washington DC 20374-5065. 4. ________ 2, 2003, 2004, 2005, Laporan Monitoring Kualitas Air, Balai PSDA Progo,Opak, Oyo dan Code. 5. Beiser, Arthur, 2001, Konsep Fisika Modern, Erlangga, Jakarta, Hal 522. 6. Goegoen.C and Domini.J, 2003, Partitioning of Trace Metals between Particulate, Colloidal and Trully Dissolved Fractions in Polluted River: The Upper Vistula River (poland), Applied Geochemistry, vol 18, p.457-470.
8
7. IAEA, 2004, Sediment Distribution Coeeficient and Concentration Factors for Biota in The Marine Environment, Technical Reports Series No. 422, Vienna, Austria. 8. Linnik.P.N, 2003, Complexation as The Most Important Factor in The Fate and Transport of Heavy Metals in The Dnier Water Bodies, Anal.bioanal.Chem., 376: p.405-412. 9. Okta Elviana, 2004, Pengukuran Radioaktivitas Gross-α, Gross-β, dan Identifikasi Radionuklida Pemancar γ pada Sampel Air dan Sediman dari Sungai Bawah Tanah Bribin Gunung Kidul Yogyakarta, Skripsi, FMIPA UII. 10. Oscik, J., 1982, Adsorption, Ellis Horwood Limited, England. 11. Rate, A.W., Robertson, A., Borg.A., 2000, Distribution of Heavy Metals in NearShore Sediments of The Swan River Estuary, Western Australia, Water, Air and Soil pollution, 124, p.155-168. 12. Schnoor.J., 1996, Environmental modeling, John Wiley & Son Inc, New York. 13. Taftazani A, K. T Basuki., Sumining, D. P Sasongko., Kusminarto, 1998, Faktor Distribusi dan Bioakumulasi Radionuklida Dalam Sedimen dan Kerang di Perairan Pantai Semarang, Prosiding Semnas VII Kimia dalam Industri dan Lingkungan.
9
