IMOBILISASI LIMBAH SLUDGE RADIOAKTIF DARI DEKOMISIONING FASILITAS PEMURNIAN ASAM FOSFAT DENGAN MATRIKS CAMPURAN BITUMEN DAN PASIR

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

ISSN 1410-6086

IMOBILISASI LIMBAH SLUDGE RADIOAKTIF DARI DEKOMISIONING FASILITAS PEMURNIAN ASAM FOSFAT DENGAN MATRIKS CAMPURAN BITUMEN DAN PASIR Mirawaty, Gunandjar Pusat Teknologi Limbah Radioaktif – BATAN ABSTRAK IMOBILISASI LIMBAH SLUDGE RADIOAKTIF DARI DEKOMISIONING FASILITAS PEMURNIAN ASAM FOSFAT DENGAN CAMPURAN MATRIKS BITUMEN DAN PASIR. Kegiatan dekomisioning fasilitas Pemurnian Asam Fosfat Petrokimia Gresik (PAF-PKG) menimbulkan limbah radioaktif cair yang mengandung uranium. Limbah tersebut diolah dengan proses biooksidasi menggunakan bakteri untuk reduksi volume limbah menjadi limbah sludge radioaktif yang mengandung uranium dengan klasifikasi limbah alfa umur panjang yang harus diimobilisasi melalui proses pemadatan. Penelitian ini bertujuan untuk imobilisasi limbah sludge radioaktif melalui proses pemadatan menggunakan campuran bitumen dan pasir sebagai bahan matriks. Proses imobilisasi dilakukan pada suhu 150- 175 oC selama 30 menit dengan cara mencampurkan limbah sludge radioaktif yang telah diabukan dengan campuran bitumen dan pasir, kemudian campuran tersebut dimasukkan dalam cetakan dan dikeringkan selama 7 hari pada suhu kamar. Tingkat muat limbah (waste loading) dalam blok limbah divariasi antara 10 – 70 % berat, dan komposisi campuran matrik bitumen dengan pasir divariasi antara 30 – 100 % bitumen. Kualitas blok limbah hasil imobilisasi ditentukan dengan pengujian densitas, kuat tekan, dan laju pelindian. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kualitas optimum blok limbah hasil imobilisasi diperoleh pada tingkat muat limbah 40% berat, komposisi matrik 50% bitumen, dengan harga densitas 1, 7 g/cm3, kuat tekan 1,2 kN/cm2, dan laju pelindian 3,93 x 10-3 g/cm2.hari. Kualitas blok limbah hasil imobilisasi dengan matrik bitumen tersebut sesuai dengan persyaratan dari IAEA. Kata kunci : bitumen, dekomisioning fasilitas nuklir, imobilisasi limbah sludge radioaktif, limbah alfa. ABSTRACT THE IMMOBILIZATION OF RADIOACTIVE WASTE SLUDGE FROM DECOMMISSIONING OF PHOSPHORIC ACID PURIFICATION FACILITY USING MATRIX MIXTURE OF BITUMEN AND SAND. The decommissioning of Phosphoric Acid Purification - Petrokimia Gresik (PAP-PKG) facility generates radioactive liquid waste containing uranium. The waste was treated by bio-oxidation process using bacteria for volume reduction of the waste to become radioactive sludge waste where contains uranium including long-lived alpha waste classification, that must be immobilized by solidification process. Object at the research is to immobilize the radioactive sludge waste by solidification using mixture of bitumen and sand as matrix material. Immobilization process was carried-out at temperature of 150-175 oC during 30 minutes by mix the radioactive sludge waste after ashing with mixture of bitumen and sand, and then the mixture is filled into the moulder and it is dryed with curing time 7 days at room temperature. Waste loading in the waste block are 10 – 70 % weight, and matrix composition of bitumen-sand between 30-100 % weight bitumen. The quality of the waste blocks produced from imobilization process are determinated by tests of density, pressing strength, and leaching-rate. The test results showed that the optimum quality of waste block is obtained at the waste loading 40% weight, with values of density 1, 7 g/cm3, pressing strength 1,2 kN/cm2, and leaching-rate 3,93 x10-3 g/cm2.day. The quality of the waste block producted by immobilization process using matrix mixture of bitumen and sand conform to the requirement from IAEA. Keywords: bitumen, decommissioning of nuclear facility, immobilization of radioactive sludge waste, alpha waste.

171


PENDAHULUAN Kegiatan dekomisioning fasilitas Pemurnian Asam Fosfat- Petrokimia Gresik (PAF – PKG) menimbulkan limbah radioaktif cair organik yang mengandung Uranium, campuran solven D2EHPA [di(2ethyl hexyl phosphoric acid] (C16H35O4P), TOPO (triocthylphosphine oxide) (C24H51OP), dan kerosen serta air, yang mempunyai volume 371 m3, pH 3,48; Chemical Oxygen Demand (COD) 31.500 ppm, dan Biologycal Oxygen Demand (BOD) 2.200 ppm, serta aktivitas alfa dan beta berturut-turut 1200 dan 2600 Bq/liter[1]. Limbah tersebut merupakan limbah bahan berbahaya dan beracun (B3) yang radioaktif dengan kandungan radionuklida uranium (U-238) dan anak luruhnya seperti Pb-210, Po-210, Ra-226, Th-234, U-234, Th-230, dan lain lain[2]. Dari kegiatan dekomisioning tersebut mempunyai potensi bahaya radiasi interna yaitu masuknya partikulat atau debu radiokatif ke dalam tubuh pekerja. Limbah yang dihasilkan dari kegiatan dekomisioning mengandung Uranium dan anak luruhnya merupakan radionuklida pemancar alfa. Radionuklida tersebut mempunyai sifat daya rusak besar sehingga jika masuk dalam tubuh akan menimbulkan kerusakan pada jaringan biologi, juga mempunyai sifat radiotoksisitas sangat tinggi. Untuk menghindari resiko pencemaran lingkungan, limbah tersebut diolah dengan proses biooksidasi yang sebelumnya dilakukan penetralan larutan dengan NaOH, kemudian ditambahkan campuran bakteri aerob yang terdiri dari bacillus sp., aeromonas sp., pseudomonas sp., dan arthobacter sp. yang mempunyai kemampuan menyerap Uranium dan logam lain seperti pada Tabel 1. Campuran bakteri

172

ISSN 1410-6086

dan limbah yang telah dinetralkan diaerasi dan diberi nutrisi N dan P pada nisbah BOD : N : P = 100 : 5 : 1. Bakteri akan hidup dan berkembang biak, memakan dan menguraikan zat organik menjadi air dan CO2. Koloni bakteri yang tumbuh dan atau mati membentuk biomassa terflokulasi yang melakukan biosorpsi unsur radioaktif dalam limbah, selanjutnya karena gaya gravitasi terpresipitasi sehingga diperoleh lumpur (sludge) aktif dan beningan. Beningan yang dihasilkan telah memenuhi baku mutu dengan nilai COD sebesar 51 ppm (baku mutu 100 ppm), BOD sebesar 22 ppm (baku mutu 50 ppm), dan aktivitas < 1000 Bq/liter (baku mutu 1000 Bq/liter). Hasil lumpur aktif beraktivitas alfa pada harga 0,4 ≤ α ≤ 40,2 Bq/liter, dan beta pada nilai 1173 ≤ β ≤ 4100 Bq/liter, kadar padatan total 40-50 % berat [3]. Sludge yang masih mengandung radionuklida harus diisolasi dari kontak manusia sampai radioktifitasnya menjadi tingkat yang rendah. Isolasi sludge limbah radioaktif dapat dilakukan melalui proses imobilisasi (solidifikasi) dengan suatu bahan matriks seperti semen, bitumen dan plastik polimer, sehingga diperoleh limbah radiokatif yang terkungkung dan terisolasi didalam blok hasil imobilisasi. Limbah sludge radioaktif dari dekomisioning fasilitas PAF-PKG termasuk limbah alfa umur panjang (mengandung U-alam) dengan umur paro U-238 = 4,5 x 109 tahun. Berdasarkan jenis dan kualifikasi limbah tersebut, maka pada penelitian ini akan dilakukan imobilisasi menggunakan bahan matriks bitumen. Bitumen yang sering digunakan adalah bitumen padat maupun bitumen alam, karena bitumen padat mudah dan aman dalam penanganannya, saat akan dicampur dengan limbah, pelelehannya mudah dilakukan.


ISSN 1410-6086

Tabel 1. Beberapa contoh akumulasi logam berat dan unsur radioaktif oleh mikroba [4] Organisme Bakteri Streptococcus sp. S. viridochromogenes Thiobacillus ferrooxidans Bacillus cereus Zooglea sp.

Citrobacter sp.

Pseudomonas aeruginosa Kultur campuran Kultur campuran Bacillus sp.

Ganggang Chlorella vulgaris Chlorella regularis C. regularis Jamur Phoma sp. Penicillium sp. Rhizopus arrhizus

Aspergillus niger Ragi Saccharomyces cereviseae

Ragi (14 strains)

Unsur

Uptake (% bobot kering)

Uranium Uranium Perak Cadmium Kobal Tembaga Nikel Uranium Timbal Kadmium Uranium Uranium Tembaga Perak Timbal Tembaga Seng Kadmium Perak

2-14 30 25 4-9 25 34 13 44 34-40 40 90 15 30 32 60,1 15,2 13,7 21,4 8,6

Emas Uranium Uranium Mangan

10 15 0,4 0,8

Perak Uranium Tembaga Kadmium Timbal Uranium Thorium Perak Raksa Thorium Uranium

2 8-17 1,6 3 10,4 19,5 11,6-18,5 5,4 5,6 18,5 21,5

Uranium Thorium Seng Perak

10-15 12 0,5 0,05-1

173


TEORI Bitumen atau bitumen merupakan material alam yang terdiri dari senyawa hidrokarbon yang bersifat melekat (adhesive), berwarna hitam atau coklat tua. Pada temperatur ruang berbentuk padat sampai agak padat, jika dipanaskan sampai temperatur tentu dapat menjadi lunak / cair sehingga dapat membungkus partikel agregat. Jika temperatur mulai turun, bitumen akan mengeras dan mengikat agregat pada tempatnya (sifat termoplastis). Bitumen mempunyai sifat adhesi (lengket) dan kohesi (melawan tarikan), tahan terhadap air dan mempunyai sifat kimia yang stabil, tidak terpengaruh oleh asam dan basa. Sifat-sifat bitumen yang biasa digunakan untuk penentuan kualitasnya antara lain : titik pelunakan (softening point), viskositas, ductility, dan kekerasan. Bitumen terdiri dari senyawa hidro karbon baik alifatik maupun aromatik yang mempunyai berat molekul besar dengan jumlah atom C tiap molekulnya lebih dari 25. Bitumen dikelompokkan berdasarkan cara mendapatkannya yaitu Bitumen alam (bitumen gunung, bitumen danau) dan bitumen buatan (bitumen minyak dan tar)[5]. Secara umum komposisi dari bitumen terdiri dari asphaltenes dan maltenes. Asphaltenes merupakan material berwarna hitam atau coklat tua larut dalam heptanes sedangkan maltenes merupakan cairan kental terdiri dari resin dan minyak, larut dalam heptanes. Bitumen secara kimia terdiri dari aromat, parafin dan olefin, sedangkan kandungan bitumen secara fisik terdiri dari asphaltenes, maltenes, resin. Pada bitmen buatan, maltene lebih dominan (lebih banyak), sehingga bentuknya semi padat, sedangkan bitumen alam kebanyakan mengandung asphaltene saja, sehingga bentuknya cenderung padat [6]. Sifat dasar dari bitumen seperti ditunjukkan pada Tabel 2. Berdasarkan bentuknya, bitumen dibagi ke dalam 3 golongan yaitu bitumen padat, emulsi, dan cair. Bitumen padat adalah bitumen yang pada suhu ruang berbentuk padat dan dalam keadaan panas berbentuk cair. Bitumen emulsi merupakan suatu campuran bitumen dengan air dan bahan pengemulsi. Sedangkan bitumen cair adalah bitumen yang pada suhu ruang berbentuk cair dan merupakan campuran bitumen keras dengan bahan pencair dari

174

ISSN 1410-6086

hasil penyulingan minyak bumi, dapat dilarutkan dalam zat pelarut yang berupa nafta, kerosin, atau minyak gas [6]. Tabel 2. Sifat Dasar Bitumen [6] No 1 2

Sifat Warna Bentuk

Bitumen/aspal Coklat - hitam Cair - padat Larut

4

Dalam CS2/CCl4 Dalam Air

5

Bau

Berbau

6

Aromat

Ada yang bergandengan

3

Tidak larut

Imobilisasi limbah radioaktif melalui imobilisasi (solidifikasi) bertujuan agar radionuklida terkungkung dan tertahan dalam bahan matriks sehingga radionuklida tersebut tidak mudah lepas ke lingkungan. Bitumen dapat digunakan sebagai matriks solidifikasi limbah radioaktif aktivitas rendah dan sedang. Berdasarkan kepekaan matriks bitumen terhadap peruraian oleh radiasi, batas atas dari aktivitas limbah sebelum disolidifikasi adalah 50 Ci/liter atau 1,85 x 1012 Bq/liter untuk limbah hasil proses yang mengandung unsur radioaktif hasil fisi. Dalam prakteknya tingkat aktivitas limbah kurang dari 1 Ci/liter atau 3,7 x 1010 Bq/liter [1]. Limbah tersebut dapat berupa konsentrat hasil evaporasi dan lumpur hasil pengolahan secara kimia yang mengandung 50% berat padatan. Adanya garam pengoksidasi di dalam limbah akan menyebabkan kenaikan viskositas hasil imobilisasi. Proses bituminasi dilakukan pada suhu 150 – 230 oC [6]. Bitumen mempunyai ketahanan kimia yang tinggi (tidak larut dalam air), ketahanan fisik terhadap panas dan ketahanan terhadap radiasi kurang baik. Hal ini perlu diperhatikan untuk bitumen adalah suhu bakar dan efek radiasi yang mengakibatkan radiolisis, terbentuknya gas serta terjadinya radikal bebas. Kebaikan dan kekurangan bitumen untuk imobilisasi limbah dibandingkan semen dan plastik ditunjukkan pada Tabel 3. Berdasarkan Tabel 3 tersebut, bitumen adalah bahan matriks yang direkomendasikan untuk limbah radioaktif alfa umur panjang, hal ini sesuai dengan jenis limbah sludge dari dekomisioning Fasilitas PAF-PKG, sedang matriks semen (beton) hanya sesuai untuk limbah aktivitas


rendah umur pendek. Alternatif lain imobilisasi limbah alfa tersebut dengan

ISSN 1410-6086

bahan matriks polimer yang dari segi bahan lebih mahal dibandingkan dengan bitumen.

Tabel 3. Perbandingan Bahan Solidifikasi ditinjau dari Kebaikan dan Kerugiannya[8,9,10] Bahan Solidifikasi Karakteristik Yang Ditinjau

Bitumen

Semen

Termoseting Plastik

Kekakuan/kekerasan sesudah pembekuan/pendinginan

Diperlukan sebuah penampungan

Baik

Baik

Penimbunan

Diperlukan sebuah kontainer

Memungkinkan langsung

Memungkinkan langsung

Buruk

3 kN/cm2

10 kN/cm2

Ya

Tidak

tidak

Ketahanan terhadap kompresi Kemungkinan perubahan bentuk Ketahanan terhadap kondisi atmosfir Berat jenis pada 25 ºC

Baik

Keretakan mungkin

1,2 g/cm3

Peralatan konvensional

Peralatan konvensional

Proses dingin

Proses dingin

Tidak mungkin

Tidak mungkin

Padat : 20 – 40 % Cair : 4 – 20 %

Maksimum 70 %

Lemah

Tidak terpengaruh

10 – 10 rad pH menentukan sifat dari hasil solidifikasi, nitrat dan nitrit tidak diperkenankan

Sangat tahan pH menentukan sifat dari hasil, tidak dapat dipersatukan dengan garam tertentu (SO4)

5 x 109 rad Tidak dapat dipersatukan dengan garamgaram tertentu (C2O4=, NO2)

Terbakar

Baik

Rusak sebagian

Klsifikasi limbah

Aktivitas rendah atau sedang, umur panjang, aktivitasnya dapat diabaikan setelah 300 tahun

Aktivitas rendah atau sedang, umur pendek, aktivitasnya dapat diabaikan setelah 300 tahun

Radiasi yang dipancarkan

alfa

gamma

Pemasukan limbah Pengambilan kembali sesudah solidifikasi

Berat limbah yang dimasukan Ketahanan terhadap mikroorganisme Ketahanan terhadap radiasi

Keharmonisan pencampuran

Ketahanan terhadap api (dalam 30 menit pada 700 ºC – 900 ºC)

0,9 – 1,1 g/cm Pemanasan tangki penampungan bitumen, timbul uap. Perlu perlindungan terhadap kebakaran Proses panas Memungkinkan dengan menggunakan pelarut Maksimum 50 % tergantung kandungan bahan dalam limbah Tidak terpengaruh 8

9

3

Baik

1,7 – 3,0 g/cm

Penanganan

3

Aktivitas rendah, umur pendek atau aktivitas rendah/sedang , umur panjang, aktivitasnya dapat diabaikan setelah 300 tahun alfa/beta-gamma

175


TATA KERJA 1.

Bahan

Bahan yang digunakan sebagai limbah yaitu sludge aktif hasil proses bioksidasi limbah cair organik dari pemurnian asam fosfat- Petrokimia Gresik (PAF – PKG), bitumen (RC pen. 70/80) dari Pertamina-Cilacap, pasir (ukuran 60 mesh), Uranil Nitrat heksahidrat (UNH), HNO3, NaOH, Na2CO3, H2O2, dan aquadest. 2.

Alat

Alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain Kompor listrik (Hot Plate), Timbangan digital, Jangka Sorong, Tungku pemanas (Furnace), Oven, Alat uji tekan Bullocks, Alat ekstraksi Soxhlet, Spektrofotometer UV-Vis. 3. a.

Metode Penyiapan limbah

Ditimbang 100g limbah sludge radioaktif (dari dekomisionong fasilitas PAF-PKG) masih mengandung cairan sehingga diperlukan pembakaran untuk menghilangkan kadar air dan solven. Langkah awal dilakukan pembakaran menggunakan etanol untuk menghilangkan impuritas organik dalam sludge. Selanjutnya sludge tersebut ditimbang di cawan porselin kemudian dimasukkan ke dalam tungku pemanas pada suhu 500oC selama 60 menit. Abu limbah ditumbuk menjadi serbuk limbah dengan ukuran 200 mesh. Dari proses pembakaran ini dapat ditentukan prosentase berat kering limbah (abu). b.

Analisis uranium dalam limbah

Dibuat larutan sampel dengan melarutkan 1 g abu limbah radioaktif dengan larutan HNO3 0,1 N dan dipanaskan hingga larut dan diencerkan dengan aquades sampai 25 ml. Kemudian dilakukan preparasi larutan sampel dan larutan standar uranium (larutan UNH) dengan pereaksi peroksida basa untuk analisis uranium dengan metode spektrofotometri UV-Vis pada panjang gelombang 400 nm. c.

Imobilisasi limbah sludge dengan bahan matriks bitumen

Proses imobilisasi dilakukan dengan mencampur abu limbah (hasil pembakaran sludge limbah radioaktif) dengan bahan matriks campuran bitumen (RC 70/80 grade 5) dan pasir (ukuran 200

176

ISSN 1410-6086

mesh). Proses imobilisasi dilakukan dengan pemanasan pada titik leleh matriks bitumen 150-175oC sambil diaduk selama 30 menit sampai homogen. Hasil adonan (limbah, pasir, dan bitumen) yang terbentuk pasta dituangkan ke dalam cetakan pipa PVC (diameter 3 cm, tinggi 4 cm). Kemudian dikeringkan dalam waktu pengeringan (curing time) selama 7 hari pada suhu ruangan sehingga terbentuk blok yang padat dan keras. Pada proses imobilisasi digunakan campuran matrik bitumen dan pasir dengan kandungan bitumen 30% hingga 100%, tingkat muat limbah kering (waste loading) 10-40%. Setelah proses pengeringan, blok limbah hasil imobilisasi dikeluarkan dari cetakannya dan siap untuk dilakukan uji karakteristik. d.

Uji karakteristik hasil imobilisasi

Uji karakteristik blok limbah hasil proses imobilisasi dilakukan dengan pengukuran densitas, pengujian kuat tekan, dan pengujian laju pelindian. Pengukuran densitas Pengukuran densitas dilakukan dengan mengukur volume dan berat contoh blok limbah, densitas dihitung dengan persamaan : ρ=m/v

............................................ (1)

Pada persamaan (1) : ρ = densitas (g/cm3), m = berat contoh (g), v = volume contoh (cm3). Pengujian kuat tekan Uji kuat tekan dilakukan dengan alat uji tekan Bullocks. Kekuatan tekan contoh blok limbah dihitung dengan persamaan : σ = P / A ................................................. (2) Pada persamaa (2) : σ = kekuatan tekan (kN/cm2), P = tekanan maksimum (kN) yang ditandai terjadinya perubahan bentuk blok limbah, A = luas permukaan (cm2). Pengujian Laju pelindian Pengujian laju pelindian dilakukan menggunakan alat soxhlet dengan metode yang dikembangkan oleh Japan Industrual Standard (JIS) [11] yaitu laju pelindian dipercepat dalam medium air. Pelindian dilakukan dengan suhu 50oC dengan waktu pelindian selama 4 jam. Contoh blok limbah dimasukkan ke dalam alat soxhlet kemudian

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

direfluks, selanjutnya air pelindian di analisis dengan spektrofotometer UV-Vis UV dengan pereaksi peroksida basa pada panjang 400 nm. Laju pelindian dihitung dengan persamaan : ........................... (3) Pada persamaan (3) : L = laju pelindian (g/cm2.hari), Wo = berat sampel mula-mula (g), Wt = berat sampel setelah dilindih selama t (g), A = luas permukaan (cm2), t = waktu pelindian (hari). Untuk laju pelindian uranium maka (Wo – Wt) merupakan jumlah uranium yang terlindih selama t hari (g). HASIL DAN PEMBAHASAN Limbah sludge dari hasil proses oksidasi biokimia limbah radioaktif cair organik dari dekomisioning PAF – PKG, dianalisis kandungan uranium dengan spektrofofmeter UV-Vis. Vis. Kurva kalibrasi konsentrasi uranium terhadap absorbansi ditunjukkan pada Gambar 1.

ISSN 1410-6086

Dengan menggunakan kurva kalibrasi larutan standar uranium seperti pada Gambar 1, didapatkan persamaan garis linier y = 0,0051 x + 0,0062; R2 = 0,9969. Dari analisis limbah sludge tersebut setelah dikalikan faktor pengenceran diperoleh konsentrasi uranium dalam limbah 263,73 mg/L. Menurut Keputusan Kepala Bapeten No.02/Ka.Bapeten/V No.02/Ka.Bapeten/V-99, konsentrasi tertinggi yang diizinkan dalam air lingkungan adalah 1 x 103 Bq/liter baik untuk U235, U238 dan Th232, dan untuk Ualam batas tersebut setara dengan 97,952 mg U/liter (dibawah 100 ppm). Kandungan uranium dalam limbah sludge sebesar 263,73 mg/L memiliki aktivitas uranium sebesar 7,27 x 10-5 Ci/m3. Hal ini berarti bahwa aktivitas uranium tersebut masih di bawah batas limbah aktivitas rendah sebesar 1 Ci/m3. Oleh karena itu limbah sludge yang berasal dari pabrik pemurnian asam fosfat PT. Petrokimia Gresik termasuk kategori limbah aktivitas rendah umur panjang p sehingga proses imobilisasi yang sesuai dengan menggunakan bahan matriks bitumen atau bitumen untuk mengungkung kandungan uranium dan anak luruhnya.

Gambar 1.. Kurva kalibrasi konsentrasi uranium terhadap absorbansi dari larutan uranium standar menggunakan pereaksi peroksida basa pada panjang gelombang 400 nm

177


ISSN 1410-6086

imobilisasi dilepas dari cetakan dan dilakukan karakteristik kualitas blok limbah.

Imobilisasi Sebelum imobilisasi dilakukan, limbah sludge dari hasil proses oksidasi biokimia limbah radioaktif cair organik dari dekomisioning PAF – PKG diabukan dengan pembakaran menggunakan furnace pada suhu 500oC selama 60 menit, hal ini dilakukan untuk menghilangkan kadar air dan solven dalam limbah. Setelah diabukan, abu limbah ditumbuk untuk mendapatkan semua butiran serbuk limbah halus dengan ukuran 200 mesh.

Karakterisasi Blok Limbah-bitumen Hasil Imobilisasi a.

Densitas

Uji densitas dilakukan dengan mengukur berat dan volume (tinggi dan diameter) dari hasil imobilisasi limbahbitumen. Hasil pengukuran yang dilakukan dengan variasi tingkat muat limbah dan variasi bitumen yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan 3.

Proses imobilisasi dilakukan dengan pemanasan pada titik leleh bitumen 150 - 230oC. Limbah dicampur bitumen dengan komposisi tingkat muat (waste loading) 10-40 %, diaduk sambil dipanaskan sampai tercampur homogen. Kemudian campuran limbah-bitumen/bitumen dimasukkan ke dalam cetakan, dikeringkan sampai mengeras selama 7 hari. Proses imobilisasi dilakukan juga menggunakan campuran matrik bitumen dan pasir dengan variasi 30-100% bitumen. Blok limbah hasil

Pada gambar 2 menunjukkan bahwa pengaruh penambahan % tingkat muat limbah terhadap densitas blok limbahbitumen tidak menunjukkan perubahan yang signifikan. Densitas blok limbah lebih dipengaruhi oleh prosentasi matrik bitumen, makin rendah prosentasi matrik bitumen yang berarti prosentasi pasir makin besar maka densitas blok limbah makin besar

Densitas (ρ), gr/cm3

Grafik Hubungan Antara Tingkat muat limbah (%) VS Densitas (g/cm3) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Variasi Bitumen 30 % Variasi Bitumen 40 % Variasi Bitumen 50 % Variasi Bitumen 60 % Variasi Bitumen 70 % Variasi Bitumen 80 % Variasi Bitumen 100 % 0

10

20

30

40

50

Tingkat muat limbah (%) Gambar 2. Grafik hubungan variasi tingkat muat limbah dengan densitas blok limbah untuk berbagai variasi bitumen

.

178


ISSN 1410-6086

Grafik Hubungan Antara Variasi Bitumen (%) VS Densitas (g/cm3)

Densitas (ρ), gr/cm3

2 1,5

tingkat muat limbah 10 %

1


0,5


0 0

50

100

150


Variasi Bitumen (%) Gambar 3. Grafik hubungan variasi bitumen dengan densitas blok limbah untuk berbagai tingkat muat limbah (waste loading) Pada Gambar 3 menunjukkan bahwa pengaruh variasi % bitumen terhadap densitas blok limbah-bitumen menunjukkan perubahan densitas yang makin kecil dengan naiknya prosentasi bitumen yang berarti prosentasi pasir makin besar. Hal ini menunjukkan bahwa dalam pencampuran limbah dengan bitumen terjadi perubahan densitas yang sangat dipengaruhi oleh perubahan komposisi pasir karena densitas pasir lebih tinggi dibandingkan dengan bitumen dan abu limbah. b.

Kuat Tekan

Hasil uji kuat tekan limbah-bitumen yang dilakukan dengan variasi tingkat muat limbah dan variasi bitumen dapat dilihat pada gambar 4 dan 5.

Pada Gambar 4 menunjukkan bahwa dengan penambahan % tingkat muat limbah, kuat tekan blok limbah-bitumen meningkat, tetapi hal ini kuat tekan maksimum hanya sampai pada tingkat muat limbah 40%. Berdasar hasil percobaan apabila tingkat muat limbah ≥ 50% ternyata blok limbah rapuh dan mudah pecah sehingga tidak terbentuk blok limbah padat dan kompak. Hal ini menunjukkan bahwa bahan matrik bitumen-pasir (30-100% bitumen) mempunyai kapasitas yang hanya mampu untuk membentuk ikatan yang kuat dengan agregat abu limbah pada tingkat muat limbah < 50%, lebih dari itu agregat abu limbah terlepas dan membentuk ronggarongga sehingga rapuh dan mudah pecah.

Kuat Tekan (σr), kN/cm2

Grafik Hubungan Antara Tingkat muat limbah (%) VS Kuat Tekan (kN/cm2) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Variasi Bitumen 30 % Variasi Bitumen 40 % Variasi Bitumen 50 % Variasi Bitumen 60 % Variasi Bitumen 70 % Variasi Bitumen 80 % 0

10

20

30

40

50

Variasi Bitumen 100 %

Tingkat muat limbah (%) Gambar 4. Grafik hubungan variasi tingkat muat limbah dengan kuat Tekan Blok limbah untuk berbagai variasi bitumen 179


ISSN 1410-6086

Kuat Tekan (σ), kN/cm2

Grafik Hubungan Antara Variasi Bitumen (%) VS Kuat Tekan (kN/cm2) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Tingkat muat limbah 10 % Tingkat muat limbah 20 % Tingkat muat limbah 30 % 0

50

100

150

Tingkat muat limbah 40 %

Variasi Bitumen (%) Gambar 5. Grafik hubungan variasi bitumen dengan kuat tekan blok limbah untuk berbagai tingkat muat limbah (waste loading)

Pada gambar 5 menunjukkan bahwa pengaruh variasi % bitumen terhadap kuat tekan blok limbah-bitumen menurun, kemudian pada kandungan matrik bitumen 50% terbentuk puncak kurva dan setelah itu menurun tajam. Hal ini disebabkan karena kekerasan bitumen tergantung dari viscositasnya (kekentalannya). Bitumen pada proses pencampuran dengan agregat (limbah dalam bentuk abu) dipanaskan dan dicampur menghasilkan limbah yang dikungkung oleh bitumen. Pada proses curing time terjadi oksidasi yang mengakibatkan bitumen menjadi keras (viskositas bertambah tinggi). Imobilisasi dengan matrik bitumen merupakan campuran dari material bitumen, pasir dan agregat limbah yang bereaksi secara kimia dan mengeras memberikan solidifikasi berupa blok limbah padat, kompak dan kuat pada komposisi tertentu yang merupakan material komposit. Penggunaan pasir di dalam matrik bitumen tersebut untuk meningkatkan kekuatan dan kerapatan blok limbah hasil imobilisasi, karena pasir mempunyai kekerasan dan kerapatan yang lebih besar dari komponen lain dalam komposit blok limbah tersebut. Bitumen mempunyai sifat elastis yaitu mudah berubah bentuk (deformasi) bila terkena panas atau tekanan dan tidak pecah, maka pengukuran kuat tekan blok limbah dilakukan sampai terjadinya perubahan bentuk saja. Pada Gambar 5 tersebut

180

menunjukkkan bahwa makin tinggi komposisi bitumen berarti sifat elastis blok limbah hasil imobilisasi makin besar sedang komponen pasir makin rendah berarti kuat tekannya makin rendah. c.

Laju pelindian

Laju pelindian dilakuan untuk mengetahui kecepatan pelepasan radionuklida hasil imobilisasi limbahbitumen dan untuk mengetahui kualitas blok limbah dalam mencegah potensi terlepasnya radionuklida ke lingkungan. Laju pelindian dilakukan dengan metode yang dikembangkan JIS pada suhu rendah, hal ini dikarenakan laju pelindian pada suhu 100oC hasil imobilisasi limbah-bitumen mengalami deformasi atau perubahan bentuk. Oleh karena itu laju pelindian dilakukan pada temperatur 50oC selama 4 jam. Hasil uji laju pelindian dengan variasi tingkat muat limbah dan variasi bitumen dapat dilihat pada gambar 6 dan 7. Padat gambar 6 dan 7 menunjukkan bahwa dengan penambahan % tingkat muat limbah dan % bitumen, laju pelindian semakin menurun. Hal ini menunjukkan bitumen mampu mengikat limbah, sehingga radionuklida yang terkandung dalam blok limbah-bitumen masih terkungkung. Laju pelindian hasil imobilisasi limbah-bitumen dari hasil penelitian ini sangat rendah sehingga kemungkinan radioaktif ikut lepas ke lingkungan sangat kecil.


ISSN 1410-6086

Laju Pelindihan (L), g/cm2.hari

Grafik Hubungan antara Tingkat muat limbah (%) VS Laju Pelindihan (g/cm2.hari) 0,05 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0

Variasi Bitumen 30% Variasi Bitumen 40% Variasi Bitumen 50% Variasi Bitumenl 60% Variasi Bitumen 70% Variasi Bitumen 80% 0

20

40

Variasi Bitumen 100%

60

Tingkat muat limbah (%) Gambar 6. Grafik hubungan antara variasi tingkat muat limbah dengan laju pelindian uranium

Laju Pelindihan (L), g/cm2.hari

Grafik Hubungan antara Variasi Bitumen (%) VS Laju Pelindihan (g/cm2.hari) 0,05 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0

Tingkat muat limbah 10% Tingkat muat limbah 20%

0

50

100

150

Variasi BItumen (%) Gambar 7. Grafik hubungan antara variasi bitumen dengan laju pelindian uranium

Untuk tingkat muat limbah 20-40% pada variasi bitumen 30-100% menunjukkan bahwa laju pelindian uranium di bawah 5 x 10-3 g/cm2.hari dan tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Pada tingkat muat limbah (waste loading) 40%, harga laju pelindian uranium 3,93 x 10-3 g/cm2.hari, harga ini sesuai dengan laju pelindian untuk blok semen/beton yang harganya antara 1,7 x 10-1 – 2,5 x 10-4 g/cm2.hari (yang dipersyaratkan IAEA) dan lebih rendah dari laju pelindian pada gelas borosilikat yang harganya antara 1-10-1 g/cm2.hari [13,14].

KESIMPULAN Pada penelitian ini untuk melakukan imobilisasi lumpur aktif dari proses biooksidasi limbah cair organik dari dekomisioning fasilitas PAF-PKG, limbah diabukan terlebih dulu, dan proses bituminasi dilakukan pada suhu 150-175oC selama 30 menit. Kemudian dimasukkan ke dalam cetakan dikeringkan selama 7 hari. Dari hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kualitas optimum blok limbah-bitumen dengan tingkat muat limbah 40% berat dan

181


komposisi matrik 50% bitumen. Pada tingkat muat limbah dan komposisi matrik bitumen tersebut mempunyai nilai densitas 1,7 g/cm3, kuat tekan 1,2 kN/cm2 dan laju pelindian 3.93 x 10-3 g/cm2.hari. Kualitas blok limbah hasil imobilisasi dengan matrik bitumen tersebut sesuai dengan persyaratan dari IAEA.

DAFTAR PUSTAKA 1. SALIMIN Z., GUNANDJAR, Solidifikasi Sludge Aktif Hasil Proses Biooksidasi Limbah Radioaktif Cair Organik Dari Pemurnian Asam Fosfat Menggunakan Bahan Matrik Bitumen, Prosiding Seminar Teknologi Pengelolaan Limbah VIII, Serpong, Tangerang, 2009. 2. MANSON BENEDICT, et.al, Nuclear Chemical Engineering, Second Edition, McGraw-Hill Book Company, New York., 1981. 3. SALIMIN Z., GUNANDJAR, dan ACHMAD ZAID, Pengolahan Limbah Radioaktif Cair Organik Dari Kegiatan Dekomisioning Fasilitas Pemurnian Asam Fosfat Petrokimia Gresik Melalui Proses Oksidasi Biokimia, Prosiding Seminar Nasional Teknologi Lingkungan VI, ITS, Surabaya, 10 November 2009. 4. GADD, G.M, Microbial control of heavy metal pollution, forty-eight symposium of the society for general microbiology, held at the university of cardiff, March 1992 5. SALIMIN Z., HERLAN, DAN WATI, Pemadatan Sludge Hasil Proses Biooksidasi Limbah Organik dari Pemurnian Asam Fosfat Menggunakan Bahan Matriks Resin Epoksi, Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VII, Kawasan

182

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

ISSN 1410-6086

Puspiptek Serpong, Tangerang, Banten, 2009. http://leosentosa0.files.wordpress.com/ 2010/03/5-aspal.ppt, 3 November 2010. MARTONO H., WATI, Pengaruh Kondisi Penyimpanan Dan Air Tanah Terhadap Laju Pelindian Radionuklida Dari Hasil Solidifikasi, Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VI, PTLRBATAN, Tangerang, 2009. IAEA, Characterization of Radioactive Waste Forms and Packages, Technical report Series No. 383, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1997. SALIMIN, Z., dan WALMAN, E., Immobilisasi Limbah Radioaktif Pemancar Alfa Dengan Matriks Plastik Polimer Epoksi, Prosiding Seminar Nasional II Plastik dan Lingkungan, Yogyakarta, 30 Juni 1998. TAILLARD, D., Treatment et Conditionement des Dechets Solid de Faible et Moyenne Activity, Communaute Europeennes, 1998. MARTONO H., Characterization of Waste Glass and Treatment of High Level LIquid Waste, Report at Tokai Works, PNC, Japan. Keputusan Kepala Badan Pengawas Tenaga Nuklir No. 02/Ka. Bapeten/V99 tentang Baku Tingkat Radioaktivitas di Lingkungan, 1999. RINGWOOD, A.E. OVERSBY, V.M., Leach Testing of Synroc and Glass Samples at 85oC and 200oC, Nuclear Chem. Waste Management, 1980. GUNANDJAR, Pengujian Laju Pelindian Synroc Hasil Imobilisasi Limbah Radioaktif Cair Aktivitas Tinggi, Prosiding Seminar Nasional XVII, Yogyakarta, 2008.

IMOBILISASI LIMBAH SLUDGE RADIOAKTIF DARI DEKOMISIONING FASILITAS PEMURNIAN ASAM FOSFAT DENGAN MATRIKS CAMPURAN BITUMEN DAN PASIR

Recommend Documents