39 Prosiding Pertenutan dun Presentasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta. 25-27 April 1995
xvi
MANF AA T RAD IASI DALAM IND USTRI, UN GKUN GAN, DAN KES EHA T AN MAS YARAKA T Nazly Hilmy PAIR-BATAN,J/. Cinere,PasarJum'at,KotakPos43KEYr.JakartaSelatan
ABSTRAK MANFAAT RADIASI DALAM INDUSTR/, LINGKUNGAN DAN KESEHATAN MASYARAKAT.. Makalah ini mengupas pemakaian radiasi sinor gamma, berkas elektron don sinor X untuk industri, lingkungan don kesehatan masyarakat di negara maju maupun di Indonesia. Pada soot ini (1995) telah dioperasikan 160 buah iradiator sinor gamma di 45 Negara maju maupun berkembang, serlo 280 buah mesin berkas elektron terutama di negara maju seperti Jepang, Amerika Serikat don Perancis untuk menunjang Industri don kesehatan masyarakat.Indonesia telah mengoperasikan duo buah iradiator sinor gamma don duo buah mesin berkas elektron untukpenelitian don pengembangan yang dioperasikan oleh BATAN serlo satu buah iradiator sinor gamma untuk industriyang dioperasikan olehperusahaan swasta. Penelitian don Pengembangan manfaat radiasi untuk dour ulang limbah padat, cair don gas sedang dikembangkan oleh Badon Tenaga Atom Internasional (IAEA) don BATAN guna menunjang program pelestarian lingkungan don pertanian berkelanjutan.
ABSTRACT UTILIZATION OF RADIATION FOR INDUSTRIAL PURPOSES, ENVIRONMENTAL PROTECTION AND PUBLIC HEALTH. Thispaper describes utilization of gamma-rays, electron beam and X-rays in industry, environment andpublic health in developed countries and in Indonesia. At present (1995),160 of Gamma Irradiators in 45 countries around the world and 280 of Electron Beam Machines mostly in Japan. United States of Americaand French have been operated to support industrial development. Two Gamma Irradiators and two Electron Beam Machines have been operated by BATAN for research and development and one of Gamma Iradiator is operatedfor industrial purposes by aprivate company in Jakarta. To support environmentally sustainable development, International Atomic Energy Agency (IAEA) as well as BATAN increase their activities in recycling of liquid and solid waste as well as flue gas by using radiation tachnology.
PENDAHULUAN
T
eknik nuklir yaitu teknik yang mempergunakan radiasi atau radioisotop serta sifat lainnya telah banyak dikenal clandimanfaatkan secara luas dalam berbagai bidang di Indonesia untuk kesejahteraan masyarakat tanpa mengabaikan segi keselamatan clan kelestarian lingkungan, misalnya di bidang kedokteran clan kesehatan lingkungan, industri, pertanian clan petemakan. Pada saat ini sedang dikaji pemakaian teknik tersebut untuk pelestarian lingkungan clan energi. Badan Tenaga Atom Intemasional (IAEA) yang dibentuk tahun 1957 adalah salah satu badan yang memperkenalkan secara luas penggunaan radiasi clan radioisotop dalam penelitian daD pengembangan di berbagai bidang. Pada tahun 1992 UNDP/RCAJIAEA telah mendirikan proyek penelitian RAS/92/073 untuk negara Asia clan PasifIk dengan ju~ul "The Use of Isotopes and
NazlyHilmy
Radiation to Strengthen Technology and Support Environmentally Sustainable Development", dim ana Indonesia turnt berperan aktif. Di Indonesia penelitian daD pengembangan ini umumnya dilaksanakan di pusat-pusat penelitian dibawah Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN). Ditinjau dari sifat radiasi itu sendiri beberapa manfaat dapat diambil antara lain: I. Sifat dapat membunuh mikroba atau organisma lainnya sehingga dapat digunakan untuk mensterilkan alat kedokteran, bahan baku obat clan kosmetika, memperpanjang masa sirnpan komoditi pangan, membunuh mikroba patogen pangan untuk menghindarkan penyakit serta membunuh organisma patogen dari limbah untuk dapat digunakan kembali secara aman. 2. Mempercepat reaksi kimia untuk membuat produk barn atau menguraikan produk yang tidak diinginkan.
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan don Presentasi l/miah PPNY-BATAN Yogyakarta, 25-27 April 1995
3. Dapat mengubah sifat DNA dari organisma hidup yang digunakan untuk membuat mutan tanaman atau mutan mikro-organisma barn dengan sifat yang diinginkan, menunda pertunasan clanlain sebagainya. 4. Kekuatan radiasi akan berubah kalau melewati bahan, sifat ini banyak digunakan untuk inspeksi uji tidak merusak yang menunjang industri atau sebagai perunut dibidang industri, kedokteran clanpertanian. 5. Sumber radiasi yang dipancarkan oleh setiap isotop mempunyai waktu paroh yang berbeda, sifat ini dapat digunakan antara lain untuk menentukan umur bahan. Dalam makalah ini akan dibicarakan manfaat radiasi clanradioisotop di bidang industri, kesehatan clanlingkungan.
SUMBER RADIASI YANG DIGUNAKAN Sinar gamma Umumnya hanya dua macam sumberradiasi gamma yang digunakan dalam industri yaitu sinar gamma dad kobal-60 dengan waktu paruh 5,26 tahun, energi kuantum 1,17 clan 1,33 MeV serta sesium-137 dengan waktu paruh 30 tahun energi kuantum 0,66 MeV. Fasilitas yang mempunyai sumber tersebut dinamakan Fasilitas Irradiator. Disamping kedua jenis radioisotop tersebut digunakan juga isotop lainnya sebagai perunut dahlin industri, kedokteran clanpertanian. Berkas elektron Berkas elektron ini dihasilkan oleh mesin yang disebut mesin berkas elektron, pactaumumnya mempunyai energi antara 200 keV clan 10MeV. Sinar-X (Bremsstrahlung) Sinar inijuga dihasilkan oleh mesin sinar-X dengan energi tertentu atau akibat benturan berkas elektron dengan suatu target yang terdiri dari metal. Sifat sinar-X hampir sarna dengan sinar gamma. Ketigajenis sinar tersebut saling menunjang dalam pemakaian di industri karena sifatnya yang berbeda seperti terlihat pacta Tabel 1. Tergantung dari tujuan pemakaian, pengusaha dapat memilih antara Mesin berkas elektron atau Fasilitas iradiator gamma.
ISSN 0216-3128
xvii
Tabel1.
Perbandingan sifat berkas elektron dengan sinar gamma
Teknik Berkas Elektron
Sinar gamma
Efek pada organisma
Sarna
Sarna
Kapasitas
Tinggi
Rendah
Kecepatan dosis
Tinggi
Rendah
Kerusakan bahan
Rendah
Lebih tinggi
Penetrasi
Rendah
Tinggi
Keseragarnan dosis
Tinggi
Rendah
EkoDomi daD Sosial Berkas Elektron
Sinar gamma
pemasarakatan
mudah
lebih susah
modal awal
relatif mahal
relatif mahal
konveyer
mahal
murah
biaya proses
murah
relatifmahal
densitas bahan
rendah «0,2)
tinggi (>0,2)
batch
besar
keci!
MANFAAT RADIASI DALAM INDUSTRI Pacta saat ini (1994) di 45 negara telah dioperasikan 160 irradiator sinar gamma yang telah digunakan secara komersial untuk mensterilkan alat kedokteran, bahan pengemas, bahan baku obat atau untuk membunuh mikroba pathogen clanmikroba pembusuk yang dikandung bahan pangan, kosmetika clan bahan bakunya sehingga bahan tersebut dapat dipakai dengan aman clan dapat disimpan lebih lama. Sekitar 280 mesin berkas elektron telah dioperasikan dibeberapanegara maju seperti Jepang, Amerika Serikat, Perancis clan Canada untuk industri kabel, pelapisan permukaan kayu, logam, kertas clan keramik serta untuk penelitian clan pengembangan pembuatan produk barn dengan nilai tambah yang tinggi. Indonesia telah mengoperasikan dua mesin berkas elektron clan tiga fasilitas iradiator sinar gamma yang digunakan untuk penelitian clan pengembangan serta untuk layanan iradiasi untuk industri. Sumber radiasi lainnya seperti neutronjuga telah digunakan untuk analisis kimia dengan teknik pengaktifan neutron clan untuk uji tidak merusak, sedangkan
NazlyHilmy
xviii
sumber radiasi sinar-X clansurnber radiasi gamma lainnya seperti 1921r, telah digunakan eecara rutin untuk menunjang industri di Indonesia. Radioisotop sebagai surnber radiasi dapat memancarkan radiasi dengan waktu paro yang berbeda untuk setiap isotop. Identitas radioisotop tidak berubah walaupun sudah mengalami proses kimia maupun fisika sehingga dapat digunakan sebagai perunut dalam bidang industri, kesehatan clanpertanian. Secara umum dapat dijelaskan pemanfaatan radiasi dalam industri yang didasarkan kepada sifat membunuh mikroba clan organisma lainnya yang dikandung berbagai komoditi untuk tujuan sterilisasi atau menurunkan kandungan mikroba, sebagai berikut: Alat kedokteran sekali pakai. Alat laboratorium (sarung tangan, pinset, pakaian, dB). Ghat clan bahan baku obat (obat illata, talkum amilurn, dB). Jaringan biologi (tulang, amnion, kulit dll). Bahan pangallo Kosmetika clanproduk kesehatan lainnya. Bahan pengemas untuk berbagai pemakaian. Dosis radiasi yang digunakan sangat bergantung kepada jurnlah clan jenis kandungan mikroba dari bahan yang akan diiradiasi. Umurnnya dosis radiasi yang dipakai berkisar antara 5 sampai dengan 25 kGy. Pemakaian teknologi radiasi dalam industri memperlihatkan kenaikan yang nyata dari tahun ke tahun. Diperkirakan 40 sampai 50% dad alat kedokteran sekali pakai akan disterilkan dengan radiasi pada tahun 2000. Pemakaian dalam industri yang didasarkan pada proses curing clan ikatan silang dapat dijelaskan sebagai berikut: Pelapisan permukaan (kayu, kertas, keramik clanlogam) Ikatan silang untuk membuat tubing clankabel dengan sifat tertentu Vulkanisasi lateks alam Pembuatan thermoplastik-elastomer Pembuatan bahan biokompatibel (pembalut sintetis, bahan alat kedokteran) Imobilisasi bahan biofungsi Besamya dosis radiasi yang digunakan sangat bergantung kepada jenis bahan clankualitas bahan yang akan dihasilkan. Pada saat ini BATAN telah mengoperasikan dua buah iradiator sinar gamma dengan sumber kobal-60 sebesar 70 clan 100 kCi clan dua buah
NazlyHilmy
Prosiding Pertemuan don Presentasi Ilmjah PPNY-BATAN Yogyakarta, 15-17 April 1995
mesin berkas elektron dengan energi 300 kev clan 2 Mev gun a penelitian clan pengembangan clan satu iradiator sinar gamma yang dioperasikan oleh perusahaan swasta untuk industri.
MANFAAT RADIASI UNTUK LINGKUNGAN DAN KESEHATAN MASYARAKAT Limbah mempunyai pengaruh negatif terhadap lingkungan clankesehatan karena lirnbah baik berbentuk cair, padat atau gas mengandung mikroba patogen, paras it, virus, logam berat, senyawa baracun organik atau anorganik. Namun limbah juga mempunyai pengaruh positif karena masih mengandung bahan dengan nilai nutrisi yang tinggi (N, P clan "trace element") yang dapat dirnanfaatkan kembali sebagai makanan tambahan untuk temak, memperbaiki kondisi tanah selia dapat dipakai kembali sebagai pupuk alam menggantikan sebagian dari peranan pupuk buatan. Proses pemakaian kembali limbah dengan allan akan menunjang pertanian berkelanjutan. Manfaat radiasi untuk lingkungan clan kesehatan masyarakat terutama didasarkan kepada sifat radiasi sinar gamma clanberkas elektron yang dapat mengeliminasi (menghilangkan atau membunuh) mikroba patogen, parasit clan virus, menguraikan senyawa organik beracun, menghilangkan ball busuk sehingga dapat mengubah lirnbah menjadi senyawa yang berguna untuk menyelamatkan lingkungan clan memperbaiki kesehatan masyarakat. Penanggulangan lirnbah dengan perlakuan radiasi adalah suatu teknologi pilihan untuk lingkungan clankesehatan masyarakat. Teknologi tersebut akan sangat bermanfaat untuk negara berkembang yang masih kekurangan sarana pengolahan lirnbah clan sarana pelestarian lingkungan. Pada saat ini sedang dikembangkan teknologi radia3i dengan berkas elektron disamping teknologi yang sudah ada misalnya metoda fisika, kimia clan biologi sebagai tara altematif untuk mengelirninasi flue gas yaitu gas buangan seperti SO2clanNOx yang berasal dari pembakaran bahan bakar fosil misalnya minyak bumi clanbarn bara. Gas buangan terse but disamping senyawaan polutan lainnya seperti HCI, H2S selia senyawa organik mudah menguap (volatile organic compound) dapat menirnbulkan hujan asam yang sangat merusak lahan pertanian. Keuntungan pemakaian teknologi radiasi antara lain: selektif, tidak meninggalkan residu, tidak menimbulkan
ISSN 0216-3128
Prosiding Perlemuan dan Presentasi IImiah PPNY-BATAN Yogyakarla, 15-17 Apri/1995
xix
polusi barn, cepat clanefisien. Kerugiannya antara lain investasi awal tinggi clan efisiensi pemakaian sangat bergantung kepada kesinambungan penggunaan. Reaksi gas buangan dengan berkas elektron dikombinasi dengan gas NH3 clan HzO akan menghasilkan persenyawaan (NH4)zS04 clan (NH4)NOs yang dapat digunakan sebagai bahan dasar pupuk. Reaksi utama dalam proses tersebut sebagai berikut: Nz, Oz, HzO-OH,
'0, HOz
SO. + 'OH + '0 + H2O _H2SO4
I lO-3S II lO-5S
NO. + 'OH + '0 + HzO_HzN03 Hzs04+ NH3 + HzO -
-
(NH4)zS04, III lOotS
(NtL)z S04 + NH3 + HzO + HN03
(NtL)z SOz
.
2NtLN03
Reaksi tersebut berjalan sangat cepat. IAEA telah membangun clan mengoperasikan sebuah mesin berkas elektron percontohan dengan energi 10 MeV arus 50 mA di Polandia untuk memproses gas buangan. Proyek tersebut berjalan dengan baik dengan menghasilkan bahan pupuk yang berkualitas sebagai basil sampingan. Bagan dari proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 1. Instalasi tersebut dapat mengolah gas huang sebesar 270000 Nm3 per jam.
Pusat Aplikasi Isotop clanRadiasi telah melakukan penelitian clanpengembangan pemakaian teknologi radiasi pada limbah hewan, limbah manusia, limbah kelapa sawit untuk dipakai kembali secara aman guna makanan tambahan ikan clan juga sebagai media tanaman jamur dengan basil yang memuaskan. Gambar 2 memperlihatkan bagan dari proses iradiasi limbah kelapa sawit. Dosis radiasi sebesar 4 kGy telah dapat menghilangkan kontaminasi E. coli, fecal Streptococcus, Pseudomonas sp, Salmonella sp clan Enterobacteriaceae serta kontaminasi jamur clan khamir dad kotoran hewan clan limbah rumah tangga yang diperiksa. Penelitian clan pengembangan efek radiasi sinar gamma clansinar UV terhadap polutan organik dalam bentuk limbah cair seperti limbah zat warna, limbah pestisida, senyawa phenol, benzene clan cyanida sedang dilaksanakan dengan basil sementara yang cukup meyakinkan,penelitian akan dilanjutkan dengan menggunakan radiasi berkas elektron untuk memilih tara yang paling efektif, efisien clanlebih mudah ditangani jika diaplikasikan dalam mengolah limbah industri. Pemakaian kembali limbah iradiasiterutama ditujukan untuk melindungi kesehatan masyarakat disamping melestarikan lingkungan dalam menunjang pertanian berkelanjutan. Dalam menghadapi era globalisasi, era pertanian
-Flae a...
CaIIodOf
0..<
.....
. . . . . ... .
ltaek
tlae..-" 'm Yo. .!!l Lp JWD. JIb ' 1DoIa'O."""DO;""~'
:aIIJMIs
Gambar 1. Mekanisme pengolahan gas huang dengan berkas elektron (CHMIELEWSKI, 1993)
Limbah cair clan padat yang terdiri dad limbah rumah tangga, limbah hewan, industri clan pertanian lainnya dengan kandungan senyawa beracun dalam jumlah yang tidak membahayakan tetapi sarat dengan kandungan mikroba patogen, dapat dikonversikan kembali dengan aman sebagai makanan temak. Badan Tenaga Atom Nasional,
ISSN 0216-3128
berkelanjutan clan untuk melindungi kesehatan masyarakat, aplikasi teknologi radiasi pada limbah untuk dapat dimanfaatkan kembali secara aman haruslah diperhitungkan sebagai salah satu teknologi altematif
NazlyHilmy
Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta, 15-17 April 1995
xx
Inocul.tlon or useful .1croor~anls..
Empty fr~lt bunc~ P.18 press Uber
1$.
Irradlation
B
.-::-,. .:
;":
~ ~V1.
~ p I/o ,
.
1011
2.
Skema
was~.sl .
perbaikan
mutu
p."~"\1rlu.tlon \5-10\«07)
limbah
c)
!An.1.8al
.~:::.
1. Secara teknik, teknologi radiasi sudah mapan untuk dipakai dalam industri, pelestarian lingkungan dan melindungi kesehatan masyarakat. 2. Secara ekonomi, perhitungan yang cermat serta kondisi setempat harus dikaji secara mendalam sebelum investasi. 3. Secara sosial, pemasyarakatan mesin berkas elektron lebih mudah diterima dibandingkan iradiator sinar gamma. 4. Prospek dari pemakaian radiasi untuk melestarikan lingkungan dalam menunjang era globalisasi sangat cerah.
DAFT AR PUST AKA 1. MACHI, S., "New trends in industrial applications of electron beam machine", Proc. of the Workshop on Utilization of Electron Beam Machine (Sueo Machi) JAERIM, 90-194, Tokyo (1990) 15. 2. CHMIELEWSKI,-G., "An Enabling Technology for Environment Protection and Public Health", IAEA Scientific Meeting, Vienna,Austria (1990). 3. KUME,T., "Application of Radiation to Agroresources", Proceeding of the Workshops on The Utilization of Electron Beam, Jaeri-M 90-194,Tokyo(1990). 4. SCOT, B., Alstrom, irradiation of municipal sludge for agricultural use, Radiat. Phys. Chern., Vol. 25, No. 1-3 (1985) 1-10. 5. VYSOTSKAYA, N.A., and SHEVCHNK, L.G., Physico-chemiCal aspects of sewage
iradiasi (KUME,
tudS!
T17
:"'::-
I'.r..n~.tlon
kelapa sawit dengan
KESIMPULAN
NazlyHilmy
-"A.P- ~.;.-;
.
pal.
.
Gambar
C)
.
.
IMusbroolu .
.
I
T.,1990)
ionizing radiation treatments, Radiat. Phys. Chern., 285 - 6 (1986) 581. 6. HILMY, N., SUWlRMA, S., HARSOJO and SUHADI, F., Mirobiological and physicochemical studies on irradiated dewatered sludge, Atom Indonesia, 13 1 (1987) 1. 7. HILMY, N., HARSOJO, and SUWIRMA, S., Combined treatment of solar energy and gamma irradiation to eliminate pathogenic bacteria in dewatered sludge, Atom Indonesia 13 2 (1987) 15. 8. HARSOJO,ANDINI,L.S.,HILMY,N.,and SUWIRMA, S., Radiation disinfection of manure for animal feed suplement, Atom Indonesia 152 (1989) 13. 9. HARSOJO, HILMY, N., and SUWIRMA, S., Radiation disinfection of liquid sewage sludge for safe reutilization, Atom Indonesia 18 1 (1992) 1. 10.JEAN F. SWINWORD, The Canadian Commercial Demonstration Sludge Irradiator Project, Nordion Int. Inc.,Ontario, Canada (1990). 11.THOMAS E. BATTS, Stella Mott, Evaluation of Irradiated Composted Sewage Sludge for Crop Production, Nordion Int. Inc., Ontario, Canada (1992). 12.WATANABE, H., and TAKEHISA, M., Rad. Phys. Chern. 24 1 (1984) 41. 13.GARCIA, l.W., BLESSIN, C.W., INGLETT, G.E., and CARLSON, RO., J. Agr. Food Chern. 22 6 (1974) 810 14.1. GARY YEAGER, and O'BRIEN, R T., Proc. of Cone. Water Pollution Control Federation, Detroit (1981).
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan dun Presentasi IImiah PPNY-BATAN Yogyakarta, 15-17 April 1995
15.LESSEL, T., SUESS, A., and SCHURMAAN, Go, "New investigation at the sludge irradiation plant in Geiselbullach", Radiation for Control Environmental Pollution, ESNA, BRNO (1978)77. 16. STARK, Ho, ROSOPULO, A., HENKELMANN, R., and HAHN, M., "Chemical analysis in sewage sludge after different treatment", Radiation for Pollution Abatement, ESNA, Munich (1976) 231.
ISSN 0216-3128
xxi
17.SMITH, G.So,KIESLING,H.E., RAY, E.E., ORCASBERRO, Ro, TRUJILLO, P., HERBEL, C.H., and SIVINSKI,J.S., "Dried irradiated sewage solids as supplemental feed for cattle", Irradiation of Organic Wastes for the Purpose of Animal Food, ESNA, Hanover (1979) 2. 18.WEBB, S.J., Canad. J. Microbiol. 7 (1961) 607.
NazlyHilmy
