DENITRIFIKASI LIMBAH RADIOAKTIF CAIR YANG MENGANDUNG ASAM NITRAT DENGAN PROSES BIOOKSIDASI

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah IX Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

ISSN 1410-6086

DENITRIFIKASI LIMBAH RADIOAKTIF CAIR YANG MENGANDUNG ASAM NITRAT DENGAN PROSES BIOOKSIDASI Zainus Salimin, Jaka Rachmadetin Pusat Teknologi Limbah Radioaktif – BATAN ABSTRAK DENITRIFIKASI LIMBAH RADIOAKTIF CAIR YANG MENGANDUNG ASAM NITRAT DENGAN PROSES BIOOKSIDASI. Limbah radioaktif cair aktivitas rendah 10-4 Ci/m3 yang mengandung asam nitrat 10 % berat ditimbulkan dari proses penghilangan kerak evaporator dan limbah asam nitrat (2-3) N dari pengambilan kembali uranium dalam gagalan fabrikasi bahan bakar. Limbah tersebut termasuk bahan berbahaya, beracun dan radioaktif yang kadarnya melebihi baku mutunya untuk dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu, asam nitratnya harus diuraikan dan unsur radioaktifnya diendapkan. Proses biooksidasi limbah radioaktif cair simulasi yang mengandung asam nitrat 2,5% atau 25000 ppm dan aktivitas uranium 10-4 Ci/m3 atau 3700 Bq/l dengan campuran bakteri mutan bacillus sp, pseudomonas sp, aeromonas sp, dan arthrobacter sp untuk denitrifikasi asam nitrat dan pengendapan uranium telah dilakukan. Bakteri yang diberi nutrisi dan aerasi memerlukan waktu aklimatisasi 82 jam dalam limbah di mana deviasi nilai efisiensi penguraian nitrat dan penyisihan uranium masing-masing kurang dari 10%. Waktu proses 88 jam dapat menurunkan kadar nitrat menjadi 18,75 ppm yang telah memenuhi nilai baku mutunya (20 ppm) dengan efisiensi penguraian nitrat 99,29%. Kadar uranium dalam beningan sebesar 817 Bq/l (nilai baku mutunya 1000 Bq/l) dicapai selama waktu proses 464 jam atau 19 hari. Kata kunci: limbah radioaktif cair, asam nitrat, denitrifikasi ABSTRACT DENITRIFICATION OF LIQUID RADIOACTIVE WASTE CONTANING NITRIC ACID BY BIOOXIDATION PROCESS. Low level liquid radioactive waste of 10-4 Ci/m3 containing nitric acid of 10 % by weight is generated from descalling activity of evaporator, and nitric acid waste of (2-3) N from uranium recovery of the nuclear fuel fabrication failure. This waste is classified as the toxic-dangerous and radioactive materials, so the nitric acid must be degraded and the radionuclides must be precipitated. The denitrification by biooxidation process of simulation liquid radioactive waste containining nitric acid of 2,5 % (25000 ppm) and uranium activity of 10-4 Ci/m3 (3700 Bq/l) using the mixture of aerobic mutant bacteria of bacillus sp, pseudomonas sp, aeromonas sp, and arthrobacter sp for nitric acid degradation and uranium precipitation has been performed. The bacteria giving nutrient and aeration needs the acclimatitation period of 82 hours on the liquid waste in which deviation value of the efficiencies of nitric acid degradation and uranium elimination be inferior to 10 %. On the process period of 88 hours, the nitric acid decreases to the value of 18,75 ppm and the period of 464 hours (19 days) is needed for decreasing the uranium concentration of 817,08 Bq/l, conforming its standard quality for releasing to the environment (nitric acid concentration of 20 ppm and uranium activity of 1000 Bq/l). Key words: liquid radioactive waste, nitric acid, denitrification

PENDAHULUAN Limbah radioaktif cair aktivitas rendah yang mengandung asam nitrat ditimbulkan dari kegiatan penghilangan kerak pada evaporator dan pengambilan kembali uranium dari gagalan fabrikasi bahan bakar nuklir. Proses pengolahan limbah radioaktif cair berpelarut air dari kegiatan nuklir dilakukan melalui pemekatan larutan dengan proses evaporasi. Air duapkan sehingga larutan menjadi pekat sebagai konsentrat di mana seluruh unsur radioaktif terpekatkan di dalam konsentrat. Uap airnya diembunkan menjadi destilat yang tidak terkontaminasi, di dalam evaporator, limbah cair pada titik didihnya mengalir melewati bagian dalam tube dan

steam pemanas dalam shell. Limbah cair terpekatkan sehingga kandungan garamnya meningkat. Untuk garam-garam kesadahan tetap seperti garam sulfat dan klorida dari kalsium, magnesium dan silikat, pada suhu tinggi kelarutannya turun. Kondisi tersebut menyebabkan terbentuknya deposit kerak (scale) pada dinding bagian dalam tube yang merupakan tahanan transfer panas, kerak penghambat proses transfer panas dari steam ke limbah cair, sehingga kerak tersebut harus dihilangkan dari permukaan dinding bagian dalam tube evaporator. Kerak dihilangkan dengan perendaman dinding bagian dalam tube tersebut dengan asam nitrat 10 % supaya kerak lepas, rontok atau larut [1,2]. Asam nitrat tersebut setelah digunakan 8-10 kali akan menjadi limbah 149


cair aktivitas rendah 10-4 Ci/m3 dengan jumlah 2 m3/tahun. Dalam kegiatan fabrikasi bahan bakar nuklir, bila elemen bakar yang dihasilkan tidak lolos uji kualitas maka gagalan operasi fabrikasi tersebut diproses ulang untuk pengambilan kembali uraniumnya. Pellet bahan bakar diambil dari kelongsongnya, kemudian dilarutkan dalam asam nitrat, selanjutnya dilakukan proses ekstraksi untuk pengambilan uraniumnya. Dari kegiatan pengambilan kembali uranium dalam gagalan fabrikasi tersebut menimbulkan limbah asam nitrat 2-3 N dengan jumlah 400 liter/tahun aktivitas 10-4 Ci/m3 yang mengandung amonium nitrat dan aluminium nitrat konsentrasi rendah [3]. Limbah asam nitrat tersebut termasuk limbah bahan berbahaya beracun (B3) dan radioaktif yang kadarnya melebihi baku mutunya untuk dilepas ke lingkungan, sehingga limbah harus diolah. Pengolahan limbah asam nitrat tersebut melalui proses evaporasi langsung tidak dapat dilakukan karena akan beresiko merusak evaporator Zat organik + Sel + O2 + Nutrisi Sel + O2 + N + P

ISSN 1410-6086

dan menimbulkan gas yang menyebabkan kerusakan operasi anal. Oleh karena itu, asam nitratnya harus diuraikan dan unsur radioaktifnya diendapkan. Proses denitrifikasi limbah asam nitrat kadar 2,5 % (25000 ppm) aktivitas 10-4 Ci/m3 (3700 Bq/l) dengan campuran bakteri yang mengandung spesies pseudomonas dipelajari untuk mencari alternatif proses pengolahan limbah radioaktif cair yang mengandung asam nitrat. Teori Prinsip biooksidasi Bila dalam larutan terdapat zat organik yang merupakan bahan beracun dan berbahaya yang memberi nilai BOD dan COD tinggi, bakteri aerob yang diberi aerasi dan nutrisi akan tumbuh berkembang biak memakan zat organik tersebut sehingga terurai menjadi CO2 dan H2O sehingga nilai BOD dan COD nya menjadi turun. Reaksi penguraian zat organik oleh bakteri (sel) mengikuti persamaan 1 dan 2 [4, 5, 6] :

Sel baru + CO2 + H2O + Residu selular tahan urai.......... (1)

CO2 + H2O + Residu selular tahan urai ………………….......… (2)

Tabel 1. Nutrisi yang dibutuhkan untuk oksidasi biokimia dalam jumlah yang kecil (bentuk ion) [4]. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

150

Jenis Nutrisi Mn Cu Zn Mo Se Mg Co Ca Na K Fe CO3

Kadar mg/mg BOD 10x10-5 14,6x10-5 16x10-5 43x10-5 14x10-10 30x10-4 13x10-5 62x10-4 5x10-5 45x10-4 12x10-3 27x10-4


ISSN 1410-6086

Gambar 1. Tipe-tipe lumpur aktif [4]

Sel baru dan residu selular tahan urai membentuk biomassa yang mampu melakukan biosorpsi unsur radioaktif dan logam berat. Nutrisi adalah komponen yang dibutuhkan bakteri untuk metabolisme zat organik, terdiri dari nutrisi minor dan nutrisi pokok. Nutrisi minor adalah nutrisi yang dibutuhkan dalam jumlah yang kecil seperti ditunjukkan pada Tabel 1, yang biasanya telah ada dalam jumlah yang cukup dalam air. Nutrisi pokok adalah nutrisi yang diperlukan oleh bakteri untuk menghilangkan BOD secara efektif yang berupa N dan P. Di dalam prakteknya nutrisi tersebut diberikan pada kuantita BOD : N : P = 100 : 5 :1 [4].

Biomassa atau lumpur aktif yang terbentuk mempunyai 3 bentuk yaitu filamentous bulking, non bulking, dan pin point seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Lumpur jenis filamentous bulking merupakan lumpur bentuk filamen sambung menyambung, yang mudah menyebabkan tersumbatnya sistem resirkulasi dan peralatan aerasi. Lumpur filamen terbentuk dari air limbah yang mengandung glukosa, sakarosa, laktosa dan bahan sejenis. Kekurangan oksigen terlarut dalam air limbah pada konsentrasi oksigen < 0,1 mg/l juga menyebabkan terbentuknya lumpur filamen.

Gambar 2. Hubungan oksigen terlarut dengan rasio F/M pada flok aerobik [4] Proses Denitrifikasi

151


Denitrifikasi merupakan proses reduksi nitrat menjadi nitrit dan kemudian diubah menjadi gas nitrogen. Proses denitrifikasi umumnya terjadi dalam keadaan anoksik (tanpa oksigen) namun ada beberapa bakteri yang dapat menguraikan asam nitrat dalam keadaan oksik atau aerob, karena bakteri yang dipakai adalah bakteri aerob, menghabiskan BOD/COD, menghasilkan alkalinitas dan sel baru. Nitrit dan nitrat berfungsi sebagai akseptor elektron, sedangkan organik karbon (substrat) sebagai donor elektron. Nitrat direduksi oleh bakteri aerob pseudomonas menjadi N2, kemudian nitrogen dapat dilepaskan dari air limbah dalam bentuk gas. Persamaan reaksi berdasarkan tahapannya

ISSN 1410-6086

seperti yang diperlihatkan pada persamaan 3,4 dan 5 [4]. Reaksi 3 merupakan reaksi tahapan awal yang dilanjutkan dengan reaksi 4, dan reaksi 5 merupakan resultan dari reaksi 3 dan 4. Reaksi 5 bila dituliskan secara lengkap seperti reaksi 1 menjadi persamaan 6. Substrat merupakan zat organik yang terkandung dalam limbah, namun bila kadar zat organik rendah maka urea sebagai sumber N dapat menggantikan substrat untuk berlangsungnya reaksi 6.

NO3- + substrat → NO2- + CO2 + H2O …………………………………........…………......... (3) NO2- + substrat → N2 + CO2 + H2O + OH- ……………………................……………… (4) NO3- + substrat → N2 + CO2 + H2O + OH- …………........................................................ (5) NO3- + substrat + sel + O2 + nutrisi → sel baru + N2 + CO2 + H2O + OH+ residu selular tahan urai ................................. Kecepatan denitrifikasi pada kondisi aerob akan tergantung pada fraksi anaerob pada flok biologi dan ketersediaan substrat karbon (dalam hal ini dipakai urea). Pada persamaan tersebut nilai RDN berharga nol bila DO = 1 mg/l. Denitrifikasi berjalan sesuai dengan proses degradasi zat organik. Bila larutan limbah tidak mengandung zat organik, bakteri aerob yang diberi aerasi dapat berfungsi mendenitrifikasi asam nitrat bila bakteri telah beradaptasi dan menggunakan oksigen dan nutrisi untuk sumber energi dan beregenerasi. Bila suplai oksigen dalam larutan dengan aerasi telah setimbang dengan kebutuhan oksigen untuk bakteri maka kecepatan denitrifikasi naik [5]. Jenis bakteri yang dipakai adalah Achromobacter, Aerobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Flavobacterium, Lactobacterium, Mikrococcus, Proteus, Pseudomonas, dan Spirillum nitrifir. Contoh bakteri yang digunakan dalam proses denitrifikasi dapat dilihat pada Tabel 2 . SGB

152

Percobaan ini menggunakan bakteri (Super Growth Bacteria) yang

(6)

merupakan sekumpulan bakteri mutan aerob yang terdiri dari 4 jenis bakteri antara lain Bacillus sp, Pseudomonas sp, Aeromonas sp, Arthrobacter sp dalam bentuk cair. Berdasarkan uraian mengenai bakteri denitrifikasi oleh maka pada proses denitrifikasi bakteri pada SGB yang bekerja menguraikan asam nitrat dan mengabsorpsi uranium adalah jenis bakteri bacillus sp dan pseudomonas sp [4,5,6]. Bakteri bacillus sp merupakan bakteri Gram + , aerob atau fakultatif anaerob, berbentuk batang dan lurus, berukuran 0,5 – 2,5 x 1,2 – 1 µm, bergerak dengan flagela peritrik, mampu membentuk endospora dan bermetabolisme chemoorganothrophs dengan fermentasi dan pernafasan. Bakteri pseudomonas sp merupakan bakteri Gram - , aerob, berbentuk batang atau lengkung, berukuran 0,5 – 1,0 x 1,5 – 5,0 µm, bergerak dengan satu atau beberapa flagela polar, tidak berspora, dan bermetabolisme chemoorganothrophs dengan pernafasan [7].


ISSN 1410-6086

Tabel 2. Reaksi Denitrifikasi Dan Reaksi Reduksi Nitrat Lainnya Dan Bakteri Yang Digunakan Dalam Proses Tersebut [4,5] Reaksi yang terjadi NO3NO2NO3-

N 20

NO3-

N2

NO2N 2O NO3-

N2 N2 NH3

Bakteri yang digunakan Thiobacillus thiparus, Lysobacter antibioticum Achromobacter (Corynebacterium) nephrii, Aquaspirillum itersonii, Pseudomonas Paracocus denitrificans, Thiobacillus denitrificans, Rhodopseudomonas sphaeroides, Alcaligenes eutropha, Hyphomicrobium, Pseudomonas dan halobacterium Neisseria dan spesies Flavobacterium Vibrio succinogenes Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Klebsiella aerogenes

Proses biosorpsi unsur radioaktif dan logam berat oleh biomassa Mikroorganisme dapat mengakumulasi unsur radioaktif dan logam berat dari lingkungan eksternalnya. Jumlah zat yang terakumulasi bervariasi, mekanisme akumulasinya dapat terjadi melalui proses fisika, kimia, dan biologi termasuk adsorpsi, presipitasi, pembentukan kompleks dan fenomena transfer massa. Sel hidup dan mati yang dihasilkan sel mikroba seperti penyusun dinding sel, pigmen, polisakarida, logam yang berikatan dengan protein, dan

residu selular tahan urai, mampu menghilangkan unsur radioaktif dan logam berat dari larutan [5,8]. Tabel 3 menunjukkan komponen sel bakteri, masingmasing komponen dapat berfungsi melakukan penjerapan unsur radioaktif dan logam berat. Penghilangan unsur radioaktif dan logam berat dari larutan dengan material biologi, khususnya melalui interaksi tidak langsung fisika-kimia sering disebut biosorpsi. Walaupun sebenarnya semua material biologi mempunyai sifat biosorpsi, sebagian besar kerja selama ini ditujukan untuk sistem mikroba.

Tabel 3. Deskripsi Komponen Sel Bakteri [6]. No 1

Komponen Sel Dinding sel

2

Membran sel

3

Sitoplasma

4

Cytoplasmic inclusions

5

6

Deoxyribonucl eic acid (DNA) Psasmid DNA

7

Ribosomes

8

Flagella

9

Fimbriae and pili

Fungsi Menyediakan kekuatan untuk menjaga bentuk sel dan melindungi membran sel. Beberapa bakteri dapat menghasilkan lapisan polysaccharide lengket dibagian luar dinding sel yang disebut lapisan kapsul atau lumpur Mengontrol pelaluan nutrisi dan zat organik terlarut kedalam sel, matrial limbah dan hasil samping metabolisme keluar sel Berisi material dalam sel untuk melaksanakan fungsi sel, termasuk air, nutrisi, enzim, ribosomes, dan molekul organik kecil Berisi material dalam penampungan yang menyediakan karbon, nutrisi, atau energi. Material tersebut dapat berupa deposit karbohidrat seperti polyhydroxybutyrate (PHB) atau glycogen, polyposphates, lipids, dan sulfur granulars. Molekul dua helai berbentuk heliks yang mengandung informasi genetika yang menentukan sifat dasar sel protein dan enzim yang di produksi. Molekul DNA bentuk bundar kecil yang juga dapat menentukan karakteristik genetika bakteri Partikel dalam sitoplasma yang terdiri dari ribonucleic acid (RNA), dan protein, merupakan lokasi dimana protein di produksi Berkerangka bulu protein yang memanjang dari membran sitoplasma, yang menentukan mobilitas bakteri melalui rotasi pada kecepatan yang tinggi Berkerangka bulu protein pendek yang memungkinkan bakteri lengket pada permukaan pili memungkinkan bakteri lengket satu sama lain

153


Proses biosorpsi dan fenomena terkait adalah penting karena penghilangan racun kuat, logam berat dan unsur radioaktif dari limbah cair dapat menghasilkan detoksifikasi, sehingga pelepasan buangan cair dapat berlangsung secara aman. Selanjutnya pengolahan yang tepat dari biomassa yang termuati dapat memungkinkan pengambilan kembali elemen berharga untuk resirkulasi atau proses selanjutnya. Keberhasilan proses denitrifikasi limbah radioaktif yang mengandung asam nitrat mengacu pada baku mutunya, berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 51/MENLH/10/1995 Tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri untuk asam nitratnya [9]. Sedangkan baku mutu konsentrasi uranium mengacu pada UndangUndang Republik Indonesia No. 10/1997 Tentang Ketenaganukliran [10]. METODE Bahan yang digunakan Bahan-bahan yang digunakan meliputi asam nitrat konsentrasi 65%, uranil nitrat heksahidrat (UO2(NO)3.6H2O) atau (UNH), urea kadar N 46%, trisuper fosfat (TSP) kadar P 46%, dan campuran bakteri mutan bacillus sp, pseudomonas sp, aeromonas sp, dan arthrobacter sp. Tata Kerja Limbah radioaktif cair simulasi yang mengandung asam nitrat 2,5% berat atau 25000 ppm aktivitas uranium 10-4 Ci/m3 dibuat melalui pelarutan 0,6328 g UNH dan 28,5 ml HNO3 65% dengan 1 l akuades. Limbah cair simulasi sebanyak 20 l dimasukkan ke dalam reaktor oksidasi yang diaerasi dengan aerator sehingga memberikan konsentrasi oksigen terlarut 2,5 mg/l. Nutrisi urea dan TSP dengan menggunakan rasio BOD : N : P = 100 : 5 : 1 masing-masing sebanyak 201 mg dan 40,2 mg dimasukkan ke dalam limbah cair tersebut. Sebanyak 10 ml larutan bakteri dimasukkan ke dalam larutan dalam reaktor tersebut, aerasi larutan terus dilakukan. Setiap 8 jam sekali (dianggap 1 hari percobaan) sampel beningan diambil untuk dianalisa kadar nitrat dan uraniumnya, selanjutnya efisiensi pengurangan nitrat dan efisiensi pemisahan uranium dihitung. Waktu aklimatisasi (adaptasi) bakteri dalam limbah diidentifikasi melalui evaluasi deviasi nilai efisiensi penguraian asam nitrat

154

ISSN 1410-6086

dan penyisihan uranium yang masingmasing berharga kurang dari 10 %. Waktu proses dihitung setelah waktu adaptasi dicapai. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam percobaan ini nutrisi minor seperti ditunjukkan pada Tabel 1 tidak diberikan kepada limbah yang diolah, keberadaannya dianggap telah ada di dalam larutan, berasal dari air yang digunakan. Nutrisi yang diberikan hanya N dan P yang berasal dari urea dan super fosfat pada rasio BOD : N : P = 100 : 5 : 1. Limbah yang diolah mengandung asam nitrat saja, tidak ada kandungan zat organik dalam limbah tersebut. Dalam perhitungan kebutuhan nutrisi N dan P, nilai BOD diambil 100 agar ketersediaan urea cukup untuk pengganti substrat yang dimakan bakteri sehingga denitrifikasi dapat berlangsung. Setelah limbah diaerasi, kandungan DO 2,5 ppm, nilai tersebut sudah dapat menghindari terbentuknya lumpur filament dan lumpur non-bulking yang terbentuk sesuai dengan Gambar 1. Melalui penggunaan Gambar 2 pada nilai DO 2,5 ppm diperoleh F/M sebesar 0,4. Pada jumlah volume limbah 20 l di mana nilai F adalah 100 mg/l x 2000 mg atau 2000 mg maka nilai M sebesar 5 ml (densitas larutan bakteri adalah 0,996 g/ml). Larutan bakteri yang digunakan 10 ml, nilai tersebut diambil sebanyak 2 kali dari nilai perhitungan agar denitrifikasi berjalan dengan kecepatan tinggi. Reaksi denitrifikasi ditunjukkan melalui persamaan 6, denitrifikasi berangsung paralel dengan reaksi biooksidasi zat organik yang reaksi individualnya ditunjukkan melalui persamaan 1. Reaksi denitrifikasi sempurna menjadi gas nitrogen, seperti ditunjukkan pada Tabel 2 dapat menggunakan bakteri bacillus dan pseudomonas. Biomassa bakteri yang mempunyai komponen-komponen seperti ditunjukkan pada Tabel 3 dapat melakukan biosorpsi unsur radioaktif dan logam berat. Bakteri yang diberi nutrisi dan aerasi memerlukan waktu adaptasi 82 jam dalam limbah asam nitrat 25000 ppm di mana deviasi nilai efisiensi penguraian nitrat dan penyisihan uranium berharga kurang dari 10 %. Data waktu pengamatan terhadap penguraian nitrat dan penyisihan uranium


ditunjukkan pada Tabel 4, terlihat bahwa penurunan kadar nitrat dan uranium dalam beningan memberikan nilai yang signifikan pada hari ke 5. Hal tersebut menunjukkan bahwa bakteri telah berhasil menggunakan aerasi dan nutrisi sebagai sumber energi dan beregenerasi, di mana bakteri memakan substrat yang ada sehingga secara paralel denitrifikasi terjadi. Bakteri hidup dan mati membentuk koloni biomassa yang melakukan biosorpsi uranium sehingga konsentrasinya dalam beningan tersebut turun. Keberhasilan adaptasi ditandai dengan efisiensi penguraian nitrat dan penyisihan uranium yang relatif konstan dengan nilai deviasi kurang dari 10 %. Hasil proses denitrifikasi ditunjukkan pada Gambar 3 yang merupakan hubungan waktu proses terhadap konsentrasi nitrat dalam beningan. Gambar

ISSN 1410-6086

3 menunjukkan bahwa semakin lama waktu proses memberikan konsentrasi asam nitrat semakin kecil, hal tersebut dikarenakan semakin lama waktu proses koloni biomassa yang terbentuk semakin banyak di mana kebutuhan oksigennya semakin banyak. Suplai oksigen yang diberikan melalui aerasi jumlahnya konstan, maka kadar oksigen terlarut atau DO semakin kecil. Melalui analisis persamaan 7 maka kecepatan denitrifikasi semakin besar karena DO yang kecil. Kadar asam nitrat dalam beningan pada waktu proses 88 jam berharga 18,75 mg/l lebih kecil dari nilai baku mutunya sebesar 20 mg/l sesuai Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. Kep51/MENLH/10/1995 tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri. Untuk waktu proses 464 jam kadar asam nitrat dalam beningan mencapai 8,44 mg/l.

Tabel 4. Konsentrasi Nitrat dan Uranium Pada Aklimatisasi Untuk Bakteri Konsentrasi (ppm) Nitrat Uranium 25000 300 13827,23 273,96 8273,18 251,47 2819,89 226,19 962,17 202,42 592,4 197,31 327,72 179,42 192,29 168,4 58,33 139,56 37,24 122,73

Waktu (hari) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Nitrat 43,80 66,37 88,54 96,09 97,59 98,67 99,22 99,76 99,85

Efisiensi (%) Uranium 8,68 16,18 24,60 32,53 34,23 40,19 43,87 53,48 59,09

konsentrasi nitrat (mg/l)

25 20

konsentra si nitrat pada bakteri SGB 102

15 10 5

80 88 96 104 272 288 296 312 416 424 432 440 448 456 464

0 waktu proses (jam) Gambar 3. Hubungan Antara Waktu Proses dan Konsentrasi HNO3 Pada Proses Denitrifikasi dengan Penambahan Bakteri.

155


Hasil percobaan biosorbsi uranium pada biomassa ditunjukkan pada Gambar 4, yang menunjukkan hubungan waktu proses terhadap aktivitas uranium dalam beningan. Pada Gambar 4 terlihat bahwa semakin lama waktu proses nilai aktivitas uranium dalam beningan semakin kecil. Hal tersebut dikarenakan semakin lama waktu proses maka koloni biomassa bakteri yang terdiri dari sel hidup dan sel mati (residu selular tahan urai) sesuai reaksi 1 dan 2 semakin banyak. Biomassa bakteri yang komponennya seperti ditunjukkan pada Tabel 3 dapat menjerap uranium yang ada dalam limbah sehingga biosorbsi terjadi. Pada Gambar 4 terlihat bahwa kurva penurunan aktivitas uranium dalam beningan terhadap waktu proses mempunyai slope yang datar. Hal tersebut dikarenakan tidak ada kandungan zat organik sebagai makanan bakteri dalam limbah. Pertumbuhan dan regenerasi bakteri hanya berlangsung dari nutrisi khususnya urea sebagai pengganti substrat. Pertambahan jumlah biomassa relatif sedikit terhadap waktu, sehingga pertambahan jumlah uranium yang terjerap dan terendapkan sedikit juga. Kondisi tersebut menghasilkan perubahan penurunan konsentrasi uranium yang kecil terhadap waktu proses. Waktu proses 464 jam memberikan nilai aktivitas uranium dalam beningan berharga 871 Bq/l, lebih kecil dari

ISSN 1410-6086

nilai baku mutunya 1000 Bq/l sesuai Keputusan Kepala Badan Pengawas Tenaga Nuklir No.02/Ka-BAPETEN/V-99 tentang Baku Mutu Radioaktivitas di Lingkungan. KESIMPULAN Asam nitrat dalam limbah cair diuraikan menjadi gas nitrogen melalui proses denitrifikasi, yang berlangsung secara paralel dengan degradasi zat organik (substrat) secara proses biooksidasi dengan menggunakan bakteri aerob yang diberi aerasi dan diberi nutrisi. Urea sebagai sumber nutrisi N dapat berfungsi sebagai pengganti substrat sehingga denitrifikasi berlangsung. Proses denitrifikasi limbah radioaktif cair simulasi yang mengandung asam nitrat 2,5% berat (atau 25000 ppm) dan aktivitas uranium 10-4 Ci/m3 (atau ekivalen kadar uranium 300 ppm) dengan menggunakan campuran bakteri bacillus sp, pseudomonas sp, aeromonas sp, dan arthrobacter sp dapat menurunkan kadar nitrat dan uranium dalam beningan masingmasing menjadi 18,75 ppm selama waktu 88 jam dan 871 Bq/l butuh waktu 464 jam yang telah memenuhi baku mutunya. Pada waktu proses 464 jam kadar nitrat turun menjadi 8,44 mg/l. Baku mutu untuk kadar nitrat dan uranium masing-masing berharga 20 ppm dan 1000 Bq/l.

Chart Title 4000 3000 2000 1000 0 0

80 88 96 104 272 288 296 312 416 424 432 440 448 456 464 aktivitas uranium (Bq/l)

Gambar 4.

156

baku mutu 1000 Bq/l

Hubungan antara aktivitas uranium dengan waktu proses pada proses biosorpsi dengan bakteri.


DAFTAR PUSTAKA 1. ZAINUS SALIMIN, “Problem Solving of Evaporator Operation on the Treatment of radioactive Liquid Waste in Serpong Nuclear Facilities”, Presented Paper at the symposium on Waste Management and Environmental restoration at Tucson, Arizona, USA, February 27 – March 2, 2000. 2. ZAINUS SALIMIN, “Identifikasi Tahanan Transer panas Deposit Kerak Pada Evaporator Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif Serpong”, Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, Yogyakarta, 25-26 Juli 2000. 3. ZAINUS SALIMIN, “Treatment Process of Chemical Radioactive Liquid Waste in Serpong Nuclear Facilities”, Proceeding of the 7th International Conference on Radioactive Waste Management and Environmental Remediation, Nagoya, Japan, September 26-30, 1999. 4. WILLIAM WESLEY ECKENFELDER, “Industrial Water Pollution Control”, Third Edition, McGraw-Hill, 2000.

ISSN 1410-6086

5. FRY J.C., et. All, “Microbia Control of Pollution”, Proceeding of Forty Eighth Symposium of the society for General Microbiology, the University of Cordiff, 1992. 6. TCHOBANOGLOUS G, et, all, “Waste Water Engineering, Treatment and Reuse”, Fourth Edition, Mc Graw Hill Company, Inc, 2002. 7. HANEL L.B.H, “Biological Treatment of Sewage by Activated Sludge Process, Theory and Operation”, 3th Ed, John Wiley & Sons, New York, 1979. 8. MCKINNEY RE., “Advance in Biological Waste Treatment”, Perg. Pr, New York, 1963. 9. KLH, “Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 51/MENLH/10/1995 Tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri”, Kementrian Lingkungan Hidup, Jakarta, 2009. 10. BAPETEN, “Undang-Undang Republik Indonesia No. 10/1997 Tentang Ketenaganukliran”, Badan Pengawas Tenaga Nuklir, Jakarta, 2009.

157


158

ISSN 1410-6086

DENITRIFIKASI LIMBAH RADIOAKTIF CAIR YANG MENGANDUNG ASAM NITRAT DENGAN PROSES BIOOKSIDASI

Recommend Documents