Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
ISSN 0852 - 2979
MIGRASI RADIONUKLIDA DALAM NA TURAL BARRIER: SORPSI CADMIUM DAN MANGAN PADA TANAH PPTN SERPONG UNTUK SISTEM PENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF. Teddy Sumantri, Pratomo Sudiman Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, SATAN ABSTRAK MIGRASI RADIONUKLIDA DALAM NATURAL BARRIER : SORPSI CADMIUM DAN MANGAN PADA TANAH PPTN SERPONG UNTUK SISTEM PENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari interaksi radionuklida terlarut dalam air tanah dengan komponen yang dilaluinya sebagai bagian dari analisis keselamatan penyimpanan limbah. Cadmium dan mangan digunakan dalam penelitian ini, demikian pula tanah digunakan sebagai contoh diambil dari sekitar Interim Storage II PPTN Serpong . Metode catu dengan pengocokan diadopsi untuk mempelajari isoterm dan pengaruh karbonat terhadap migrasi. Hasil penelitian memperlihatkan koefisien distribusi (Kd) cadmium dan mangan pada migrasi radionuklida tersebut dalam air tanah. Adanya karbonat dalam fasa larutan meningkatkan koefisien distribusi ( Kd) Cadmium dan Mangan. Diharapkan hasil yang diperoleh dapat diaplikasikan dalam model migrasi radionukida, yang selanjutnya model tersebut dapat digunakan sebagai rekomendasi bagi penyusunan rancang bang un penyimpanan limbah sistem tanah dangkal dari calon tapak penyimpanan limbah di PPTN Serpong. ABSTRACT MIGRATION OF RADIONUCLIDE IN NATURAL BARRIER : SORPTION CADMIUM & MANGAN ON SOIL PPTN SERPONG OF RADIOACTIVE WASTE SYSTEM. This work was carried out in order to study the interaction of radionuclides dissolved in ground water with soil through pathway for safety analysis of radioactive waste system. Cadmium and Mangan was used for this study, as well as soil media from PPTN SERPONG. Simple batch experiment was adopted to study migration isotherm and influence of carbonate. The results have shown coefficient distribution(Kd) which are favourable factors for slowing down radionuclides migration in ground water. The presence of carbonate in aqueous phase increased the distribution coefficient. It is hoped that the results could be applied in the radionuclide migration models and might be used as a recommendation for the site preparation of shallow-land burial facility at the PPTNSERPONG.
PENDAHULUAN: Litbang penyimpanan
migrasi
radionuklida
limbah radioaktif
limbah
dekat
permukaan.
ganda
(multi
barrier
limbah imobilisasi, bangunan formasi
fasilitas geologi,
berbagai
untuk menunjang
Dalam
system),
system) dan penghalang
dalam
sistem
yaitu
kegiatan
tersebut
penghalang
dianut buatan
alami (natural barrier). Penghalang
bahan
pad a
sistem
penyimpanan
sistem
sistem
penghalang
(engineering
barrier
rekayasa terdiri atas
wadah tahan korosi, bahan urug dan bahan penyangga, penyimpanan. lingkungan
Sedangkan
fasilitas
penyimpanan.
dimaksudkan
untuk menjaga agar paket-paket
penyimpanan
tak terjangkau
dalam tempat penyimpanan.
penghalang
alami
Aplikasi
I~~ .)..J
ialah berupa
dari
sistem
ini
limbah yang ada di dalam fasilitas
oleh aliran air tanah yang mungkin Ketika paket-paket
serta
menyusup
limbah tersebut terjangkau
ke oleh
HasH Penelitian
don Kegiatall
ISSN 0852 - 2979
PTLR TO/11m 2006
aliran air tanah, maka diharapkan sistem penghalang berlapis ini mampu menghambat
radionuklida
yang
ikut hanyut
bersama
aliran
air.
penyimpanan dekat permukaan merupakan pilihan yang dikhususkan
Teknik untuk
limbah dengan aktivitas rendah dan sedang tanpa radionuklida umur panjang. Pada teknik ini, fasilitas penyimpanan diletakkan pada atau bawah permukaan tanah
dengan kedalaman beberapa meter sampai puluhan meter di bawah
permukaan tanah .. Tujuan penyimpanan limbah tersebut ialah mengisolasi radionuklida sebagai perlindungan bagi lingkungan hidup dari kontaminasi dan bahaya radiasi, untuk generasi saat ini dan yang akan datang. Dalam hal ini resiko potensial yang banyak dibicarakan, ialah berkaitan dengan skenario secara normal penyebaran radionuklida
ke
biosfir.
setelah
suatu
periode
pengungkungan
[4,5].
Dihipotesakan bahwa terjadinya kerusakan penghalang rekayasa tersebut ialah akibat intrusi air tanah, yang menembus bahan penyangga dan bangunan fasilitas, korosi wadah limbah dan pelarutan isinya, diikuti pelepasan radionuklida ke geosfir, yaitu di lingkungan fasilitas. Penelitian ini difokuskan untuk mempelajari sifat transport radionuklida cadmium
&
mangan dalam barrier alami yaitu dengan menetapkan karakteristik
migrasi radionuklida cadmium & mangan dalam tanah dari PPTN-SERPONG untuk sistem penyimpanan limbah dekat permukaan yang dievaluasi dalam kuantifikasi
sorpsi
yaitu
dengan
pengukuran
koefisien
distribusi
yang
didefinisikan sebagai ratio konsentrasi radionuklida pada padatan dan dalam larutan pada kondisi kesetimbangan
Kd
[Rn
1
[ 1 ].
1
[Rn
dalam kaitan ini Kd ialah koefisien distribusi, [Rn]s dan [Rn]1masing-masing ialah konsentrasi cadmium
&
mangan pada padatan dan dalam larutan, pada kondisi
kesetimbangan. Nilai Kd tertentu untuk suatu radionuklida beda untuk setiap jenis media penyimpanan. radionuklida
maka semakin besar jumlah
dan akan berbeda-
Semakin besar nilai Kd suatu
radionuklida terserap oleh media
tersebut. Jadi dengan diperolehnya nilai Kd, maka dapat diperkirakan potensi suatu radionuklida dapat terlepas ke lingkungan.
134
fSSN 0852 - 2979
HasH Penelitian dan Kegiatan PTLR Talwn 2006
TAT A KERJA Bahan: Sam pel tanah,
- Larutan standard Cadmium
1000 ppm.
Asam Nitrat Pekat,
- Larutan standard Mangan 1000 ppm
Air Suling,( Aquadest).
- Alkohol dan Na2C03
Alat: Botol polietilen 20 ml dan 300 ml, Neraca Analitik Metller, Nalgene Syringe alat gelas, Centrifuge. Atomic Absorption
Spectrometer.
Prosedur: 1. Penyediaan Sample Disampling tanah dari lokasi PPTN Serpong Sample tanah yang diperoleh dikeringkan terlebih 1200 C selama 1 jam ,kemudian dihaluskan menghilangkan uap airnya dan disaring *dengan itu sample ditimbang sebanyak 0.1 gram dan berukuran 20 ml ( vial sample A ).
( disekitar interim storage II), dahulu dalam oven pada suhu dan dikeringkan kembali untuk ukuran 80- 100 Mesh. Setelah ditempatkan pad a vial plastic
2. Prosedur Penyiapan Bahan Kimia. a. Larutan Simulasi Cd2+ dan Mn.2+ Dibuat beberapa variasi konsentrasi Cd2+ & Mn2+ dengan memperperhatikan batas deteksi dari alat analisis Atomic Absorption Spektrometer yang akan Cd2+ & Mn2+ standard ( 1000 ppm) diencerkan digunakan. Larutan dengan air suling pad a alat gelas ( labu ukur ) sampai batas teranya. b. Simulasi kondisi larutan tanah ( Larutan Karbonat) Larutan Karbonat dibuat dengan melarutkan Na2C03 ( BM = 105,99 g/mol ) dalam air. Ditimbang Na2C03 sebanyak 0,3959 gram lalu dilarutkan dengan air suling dalam labu ukur 100 ml sampai batas tera. Konsentrasi larutan ini adalah 7,5 x 10 -2 N.
3. Teknik Pengocokan. Pengocokan sederhana dilakukan untuk untuk mengontakan tanah dengan larutan yang mengandung radionuklida, model dalam vial 20 ml lalu dikocok dengan bantuan roller selama 6 hari.
4. Centrifugasi
dan filtrasi.
Setelah sample tanah melalui pengocokkan selama 6 hari, diangkat dan dicentrifugasi pad a kecepatan 2500 rpm selama 5 menit kemudian difiltrasi dengan Nalgene syringe filter ( 191- 2045 ), beningan dipipet 10 ml dimasukan kedalam vial 20 ml. ( Botol B ).
135
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006
5. Analisis unsur Cd2+ dan Mn.2+dengan menggunakan AAS. Contoh vial 20m I hasil centifugasi dan filtrasi, masing-masing ditambah dengan asam nitrat pekat dan siap untuk dianalisa dengan AAS
dalam 0.8 ml
6. Analisa unsur dilakukan dengan AAS -BTPLR dengan kondisi pengukuran sebagai berikut : - Cd2+ : A = 228.8 nm , Air + Acetylene - Mn2+ : A = 279.5 nm , Air + Acetylene
HASIL DAN PEMBAHASAN. Proses retardasi
(penghambatan)
transpor
interaksi dengan fase padatan komponen maka
percobaan
konsentrasi konsentrasi yang
cadmium cadmium
mengandung
seminggu,
disebabkan
sorpsi
dan
melalui
batuan dikenal dengan sebutan sorpsi,
ini dilakukan
mangan
radionuklida
untuk
terhadap
mempelajari
sorpsi
pada
pengaruh
tanah
dengan
dan mangan awal 10 - 1000 ppm. Kontak antara larutan cadmium
dan mangan
dengan
sam pel dilakukan
selama
yaitu waktu yang umumnya telah dicapai kesetimbangan.
Pad a Gambar menunjukan
isoterm
(migrasi)
1. Memperlihatkan kenaikan
kandungan
melainkan
koefisien distribusi menunjukan
mangan
nilai yang
pada tanah tidak
datar.
Ini mungkin
mangan dari tanah PPTN Serpong cukup tinggi.
8.0E+03 6.0E+03 4.0E+03 2.0E+03 O.OE+OO O.OE+OO
2.0E-02
4.0E-02
Gambar 1 : Kurva isoterm sorpsi Mangan pada tanah, tanah
[Mn2+]s sebagai fungsi konsentrasi
[Mn2+]1
136
6.0E-02
konsentrasi Mangan pada Mangan dalam larutan
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
.
t
--• • 1\.2.0&03•
6000 ~ 800 II "U O.OE+OO ::. 400 200 en
•
6.0E-03
4.0E-03
8.0E-03
1.0E-02
(Cd 2+)1 (ekll)
Gambar 2 : Kurva isoterm sorpsi Cadmium pada tanah, konsentrasi Cadmium pada tanah [Cd2+]s sebagai fungsi konsentrasi Cadmium dalam larutan [Cd2+]1
Gambar
2. memperlihatkan
menunjukan
nilai yang
koefisien
lebih tinggi
distribusi
cadmium
dari pad a koefisien
mangan ( Mn2+). Ini berarti semakin banyak
radionuklida
media tanah PPTN Serpong dari pada radionuklida
[Cd2+] pada tanah
distribusi cadmium
untuk
unsur
terserap oleh
mangan.
1---------------------------.-------3000 ---------.---mu_
I
::::- 2000 .•..•.
0'1
~ '-oJ
~
1000
o 1.0E-04
1.0E-03
1.0E-02
1.0E-0!
1.0E+OO
[HC03 -] (N)
Gambar 3. Pengaruh
Penambahan
Karbonat terhadap sorpsi pd Mangan [Mn2+]
137
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelilian dan Kegiatan PTLR Tahrm 2006
0'1
...J '-'
.•.....•
:.£
8000
"
:.£ ..•.•...
6000 4000 10000
r
•••
~
t
2000
•
~
.
o O.OE+OO5.0E-04
1.0E-03 1.5E-03 2.0E-03
2.5E-03
( HC03)
Gambar 4. Pengaruh Penambahan Karbonat terhadap sorpsi pada Cadmium
Percobaaan
pengaruh karbonat, dilakukan
untuk pendekatan terhadap
komposisi air tanah untuk sorpsi mangan maupun cadmium
pada tanah.
Karbonat dipilih karena terdapat dalam hampir semua air tanah .. Koefisien distribusi (Kd) mangan dan cadmium dipengaruhi adanya Karbonat. dalam air tanah. Pada Gambar 3 dan Gambar 4 menunjukan kenaikan koefisien distribusi dengan adanya penambahan karbonat., yang meningkatkan sorpsi radionuklida oleh tanah tersebut. KESIMPULAN.
Migrasi Cadmium dan Mangan pada tanah dari calon tapak penyimpanan limbah radioaktif PPTN-Serpong
memperlihatkan koefisien distribusi( Kd) yang
beragam. Adanya karbonat dalam fasa larutan, untuk simulasi kondisi air tanah, memberikan
pengaruh
pada kenaikan koefisien ditribusi.
Dengan
metode
pengocokan sederhana, telah diperoleh data baru dan penting tentang sorpsi pada 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 dilaboratorium, maupun studi-studi dilapangan dan natural analog, diharapkan hasil ini dapat diaplikasikan dalam model-model migrasi untuk evaluasi penyimpanan limbah radioaktif.
138
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tall1ln2006
DAFT AR PUST AKA I. 2. 3. 4. 5.
6.
IAEA, "Radioactive Waste Management, An IAEA Source Book", Vienna (1992). IAEA, "Rieview of Available Option for Low Level Radioactive Waste Disposal", IAEA TECDOC-661, Vienna, Jully 1992. IAEA, "Classification of Radioactive Waste", Safety Series No 11-G-1.1, Vienna, 1994. B.S. Jensen, "Migration phenomena of radionuclide into the geosphere", Harwood Acad.PubI.Chur.(1982). I.G. McKinley, J.Hadermann: "Radionuclide sorption data base for Swiss safety assesement", NAGRA-CEDRA, TR 84-40, Wurenlingen-Switcherland (1985). M.a. Mecherri, P. Budiman Sastrowardoyo, JC. Rouchaud, M. Fed 0 roff, "Study of Neodymium Sorption on Orthose and Calcite for Radionuclide Migration Modelling in Groundwater", Radiochim.Acta 50,169 (1990).
Lampiran 1. Isoterm Sorpsi Unsur Mn2+ 100 50 20 200 -40 -2 50 20 -11 0.1020 -42 500 -17 -6 (~) 1000 Variasi 7155 -47 10 167 170 0.1000 100 630 0.1001 -24 0.1009 0.1003 0.1006 97 105 0.1022 0.1004 500 0.1002 0.1019 1000 Kd (ppm) K~/I Massa
139
1 Cd
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Dengan Penambahan Kode
Pelarut HC03
MassaKd 2927 1923 1142 1615 292 201 265 10 617 319 511 0.1008 0.1002 10 2 10 4.1003 2 0 193 176 4 98 97 73 90 0.1001 0.1006 0.1009 0.1018 0 0.1004 0.1003 0.1020 0.1013 .1009 (ml) V(~) HC03 K~II
Lampiran 2. Isoterm Sorpsi Unsur Cadmium Cd2+ Sam pel
100 0.1019 0.1002 0.1001 0.1005 0.1000 0.1 0.1 1000 200 500 200 50 10 004 006 009 72.7 82.5 11.4 665 391 703 523 498 540 120 134 192 Variasi Kd Bobot 0.1002 0.1006 20 534 ppm (g) kg II
140
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahllll 2006
Dengan Penambahan HC03 4771 1026 4 0.1005 0.1004 0.1001 4 2 2801 8873 0.1015 10 2590 1286 625 Bobot Kd 0.1001 0.1018 554.0 2 664 0.1002 0.1006 0 537.3 523 (karbonat ml) V (g) ka/l Sam pel
Lampiran 3. Tabel 4. Komposisi kimia tanah SP4 Kawasan PPT A Serpong.
CIP04N03Na20 CuO K20 Fe203 MnO Si02 AI203 Nama Oksida 63.1 Konsentrasi 35.1 ppm 77.8 95.4 MgO No.CaO 681 ppm 171.6ppm 170.1 ppm 70.7 2154 ppm
8.91% 13.71 % 20.24%
12 10 7 8 6 5 11 9 1
141
ISSN 0852 - 2979
HasH Penelitian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006
Tabel 5. Komposisi Kimia air tanah sekitar SP4 PPTA N02 Warna N03 Ca Kekerasan Fe NH4 S04 CO2 Mn pH HC03 Konduktivitv Mq Orqanik 1CITurbidity
45 mS/Cm oG 6.00 2.26 8.02 1.00 103.00 25.53 mq/l mq/l mq/I KMn04 0.07 2.25 16.41 mg/I mq/I mq/l 0.60 25 (1.65 PtlCo) 32.00 7.60 9.78 mg/l mQ/I 5.00 (mq/I mg/Si02 )
17 4 16 15 11 12 14 10 13 58 7 9 6 3 2
142
