ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF CAIR DENGAN CARA SORPSI SIRKULER BERT AHAP
Sugeng Pumomo, Suryantoro, Hanafi K., Mardini Pusat Teknologi Limbah Radioaktif ABSTRAK PENGOLAHAN LIMBAH RADlOAKTIF CAIR DENGAN CARA SORPSI SIRKULER BERT AHAP. Telah dilakukan percobaan pengolahan limbah radioaktif cair dengan cara sorpsi sirkuler bertahap menggunakan 20 I gram zeolite yang ditempatkan dalam kolom berdiameter 3 cm. Lapisan zeolite mengisi kolom setinggi 18,5 cm. Umpan limbah berupa larutan Sr 2 glmL dengan laju aliI' 0, I m LIdet. Sorpsi Sr oleh zeolite diamati dengan menganalisis umpan dan beningan yang diperoleh menggunakan spektrofotmeter serapan atom. Hasil percobaan menunjukkan bahwa dengan 16 kali mengumpan ulang beningan melalui kolom, 88% Sr dapat terserap oleh zeolite. Hal ini merupakan capaian penyerapan yang cukup berarti bila dibandingkan perlakuan dengan sekali perlaluan melalui kolom dan diharapkan dapat dilanjutkan dengan percobaan yang lebih mendekati kondisi pengolahan yang sebenarnya. ABSTRACT RADIOACTIVE
WASTE TREATMENT
BY GRADUALLY
CIRCULAR
SORPTION.
The
experiment of radioactive waste treatment by gradually circular sorption has been done by 20 I g zeolite in 3 cm diameter column. Zeolite lining till up 18.5 cm colum. Feed waste is 2 g/mL Sr by tlowrate 0, I mLls. Monitoring of Sr sorption in zeolite are conducted by atomic absorption spectrophotometry analysis of feed waste and its effluent. The result show that 88% Sr have been sorbed in zeolite by 16 time repeatedly feeding the effluent. This is a significant achievement appeal to one through waste feeding to the column and expected to be continued by the experiment which close to real condition of treatment.
PENDAHULUAN Pemberlakuan
tarif pengolahan
Tahun 2005) mengakibatkan
perubahan
limbah yang ditimbulkannya. dikeJola
tanpa harus terkena
radioaktif
memenuhi
perlu
makalah
sorpsi membutuhkan Disamping
jauh kolom
dipilih
sorpsi yang optimum
sorpsi
penyerapan
Dalam
manajemen
Banyak
pengolahan proses
yang
yang sesuai
percobaan,
kembali
memungkinkan
pengolahan
yang
dengan
berulang-ulang
sebagai
yang cukup berarti.
174
yang diperoleh sorben
limbah biaya
efektif
dipilih.
pada proses sorpsi.
karakteristik
selama
dan
dapat
serta Oalam Proses
satu unit peralatan.
limbah
efluen lil11bah dengan tingkat beningan
asupan
untuk
Untuk menekan
ekonol11is
lil11bah yang didasarkan
dan l11enghasilkan
diul11pankan
nuklir dalam penanganan
lil11bah cair tersebut
kOl11ponen bantu untuk berfungsi
sorben
pelaksanaan
instalasi
2001 dan PP No. 77
Maka sejak tahun 2001 jumJah
proses
pengolahan
relatif sedikit
itu dapat
menllfun.
alternatif
percobaan
(PP No.6 Tahun
atau bahkan tidak ada sama sekali.
keselamatan.
ini diuraikan
kebijakan
biaya pengolahan.
diupayakan
persyaratan
radioaktif
Oi sisi lain karakteristik
cair ke PTLR sangat sedikit
pengolahan
dicapai
limbah
ul11pan sehingga radioaktivitas
yang
sebagai
keluaran
dari
masih
menunjukkan
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahul1 2006
TINJAUAN PUSTAKA Sorpsi
aclalah
terjacli perpinclahan solut
proses
pemisahan
zat terlarut
(solut)
an tar fase tergantung
Afinitas
tersebut
serta perpinclahan tersebut
muatan
Ditinjau
pengikatan
keclalam sorben,
kontaminan
solven
hiclrogen,
konsentrasi
pacla permukaan
sorpsi
persamaan
solut
tersebut. kimia,
clan gay a Coulomb), clari faktor-faktor
cenclerung clibeclakan
sorben
Pemisahan
solut clan konsentrasi
renclah (Iiofobik) proses
tersebut
clari sifat-sifat
Gabungan
tentang
menjacli aclsorpsi; bilamana
clistribusi
aktivitas
solut
muclah cliserap.
clan absorpsi;
cli antara rase solven clan fase sorben clengan koefisien
VI' v2 =molar
terhaclap
fungsi
ligan clengan ion logam.
et. AI. mengajukan
(sorben).
gaya Van cler Waals
pacla sorben,
berlangsung Weber
clan sorben
non linier antara
sorbat
Pacla peristiwa
ke penyerap
clan merupakan
yang clengan kelarutan
clari lokasi pengikatan
climana proses
relatif
(ikatan
hubungan
Sorbat/solut
(solven)
molekuler
clan perubahan
clapat menunjukkan
yang terserap.
masuk
fenomena
elektrostatik
fase clari zat terlarut.
clari pelarut
pacla afinitas
merupakan
fisika, clan mekanisme
antar
sorbat
sorbat ataupun
(K):
volum untuk fasa solven clan fasa sorben
J;,1; = koefisien aktivitas untuk rasa solven clan fa sa sorben Pertukaran disebut
ion dapat dipandang
sebagai
elektrostatik
sorpsi
ionik
antar ion di dalam
ditentukan
bagain
dalam)
manakala
dalam
sedemikian
bahan diseimbangkan lebih
kuat
afinitasnya
akan
sehingga
kapasitas semakin
sorben
dari proses sorpsi dan dapat adanya
setelah
sorben.
bahan
menarik
atom atau ion
ion-ion
netralitas
muatan
atom-atom
logam
dengan
ion dapat
at au
at au di terjadi
utama
yang
listrik,
pada permukaan
muatan.
menyusun
Ion dengan
ikatan
yang
lebih
afinitas lemah
molekul bahan.
bahan
ha\tls
lepasnya
pertukaran
oleh ion-ion bebas yang berlawanan
tukar
tarik
yang akan terjadi; adsorpsi
Sifat
terdapat
untuk mempertahankan
menggantikan
gaya
exchangeable ion (pada daerah permukaan
molekul
molekul
dalam struktur
Kemampuan sebagai
struktur
struktur
sehingga
karena
larutan dengan
oleh kedudukan
dalam
berlangsung
(exchangeable ion). Peristiwa
yang dapat dipertukarkan absorpsi
yang
sebagai subkatagori
dalam
kation, serbuk
mengikat
KTK. suatu
Barga bahan
175
atau
mempertukarkan
KTK akan
ditentukan mempunyai
kation oleh KTK
dinyatakan
luas permukaan semakin
besar.
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelilian dan Kegialan PTLR Tahull 2006
Tanah liat (clay) mempunyai KTK lebih tinggi dari kebanyakan partikel anorganik lain karena luas pelmukaannya yang sangat besar dan mempunyai sisi muatan negatif. Luas permukaan koloidal clay sekurang-kurangnya clay
bervariasi
menurut
keadaan
smectite/montmorillonite berkompetisi
80-150,
1000 x luas permukaan pasir kasar. KTK
mineraloginya;
palygorskite/attapulgite
ke sisi pertukaran dan menggantikan
disebut selektivitas pertukaran
kaolinite
ion.
3-15,
20-30
illite
10-40,
meq/1 OOg, Ion-ion
kation yang telah terikat, hal ini
Kation pengganti
umumnya Na, Ca,
Afinitas
penggantian tergantung muatan listrik, radius hidrasi, dan konfigurasi molekuker.
Secara
umum kation-kation divalen lebih kuat diadsorpsi dari ion-ion mono val en dan lon-Ion yang lebih kecil cenderung menggantikan kation-kation lebih besar. Urutan Cu2+
penggantian
kation:
< A13+ < Fe3+ < Th4+.
penggantian
lebih rendah
yang lebih kuat. mengganti
Urutan
ini tidak
berlaku
seperti Na+ pada konsentrasi
KTK juga sangat
ion-ion
< Li+ < K+ < Rb+ < Cs+ < Mg2+ < Ca2+ < Ba2+ <
Na+
logam,
bila
diperngaruhi pH
mutlak.
Kation
dengan
tinggi dapat menggantikan
oleh pH, pad a pH di bawah
meningkat
ion
H+
kurang
resisten
kekuatan
kation-kation
netral
ion H+ siap
untuk
melakukan
penggantian.
Zeolite Zeolite
meq/IOOg dengan penapis
mayoritas
molekuler.
penggantian modernite
ion.
Ion-ion Lima
digunakan
terkontaminasi pemurnian
caged structure.
mempunyai
limbah industri.
berupa Ca2+, Na2+.
logam yang
lewat akan dijerat
secara
air peri kanan,
penukaran
ion pengganti
macam
radioaktif,
Kapasitas
zeolite
luas
di alam;
dalam
penghilangan penyerap
relatif
tinggi
Caged structure berfungsi dan ditangkap
chabazite,
pengolahan
limbah
ammonium
dari
kontaminan
Sangat baik mengadsorpsi
analite,
kation
efluen
erionite
pemurnian
pengolahan
logam-logam
sebagai
mekanisme
clipnotilolite,
termasuk
gas dan adsorpsi
dengan
± 250
dan
air yang air
limbah,
berat dalam
air
arsen, timbal dan cadmium.
Penapis Molekulel' Penapis memisahkan ukuran. kaca/gelas
molekuler
adalah
komponen-komponen
Hal ini dikemukakan
suat material
yang mempunyai
dari suatu campuran oleh McBain
yang didasari
pad a 1932.
porus, arang porus, karbon aktif dan sebagainya.
176
sifat adsorpsi
penapis
selektif
oleh perbedaan
molekuler
temasuk
dapat
bentuk dan tanah
liat,
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Zeolite
adalah
yang banyak, stilbite
disusun
ditemukan
Cronstedt
da tampak
mendidih.
Formula
lain, non logam
tidak
dan kation
ortanik
struktur.
bersifat
Zeolite
sedangkan
dimana zeolite
penapis
struktur
rangka
dai Si04
mineral berasal
n, biasanya dapat
Kerangka
berupa
tersebut
air
pada
yang berarti
batu
M menunjukkan
kation
yang
I atau II meskipun
muatan sangkar
pertama,
melepas
Yunani
ion golongan
mempunyai
silang terbuka zeolite
cepat
dari bahasa
menyeimbangkan
dapat
rantai
dan AI04•
M2/nO.Ah03.XSi02.yH20.
negatif
atau
logam
yang ditimbulkan
saluran
dengan
ukuran
terisi oleh air.
Si4+ dan AI3+, ion lain dapat juga
perlu
kerangka.
Nama
valensi
dengan
sudut tetrahedral 1756
zeolite:
yang biasanya
Selain 1111
mendidih.
dengan
AI dalam
berbeda-beda
pad a
empiris
dapat dipertukarkan
aluminosilkat
oleh pembagian
pemanasan
adanya
suatu kristal
isoelektronik
aluminosilikat molekuler
terdapat
dengan
Si4+ dan
menunjukkan
lain bersifat
dalam kerangka AI3+, tetapi
muatan
negatif
zeolite.
harus
Unsure-unsur
dapat
pada
struktur
anionic
sangat
menglsl
SISI
kerangkanya
netral.
Sifat Zeolite Zeolite pertukaran molekul
ukuran dalam
berlangsung
kation
larutan,
kation
yang
zeolite
pembukaan
kerangka
diameter Jika terbllka
menempati nng.
dari
kation
dalam
dengan
dimensi
dihantarkan dan sifat-sifat
lain.
besar/lebar
kosong
molekuIer
sehingga
dan tak punya kapasitas
pertukaran
struktur zeolite. stabilitas,
Oalam beberapa
atau memperbesar
kelakuan
kasus penyerahan
terbukanya
ukuran perubahan
Jika ion tersebut
hanya
molekul
menyeilllbangkan dan hanya
polar
mllatan
mempllnyai
blltuh Ca2+ separuh
kerangka
tukar kation.
177
diganti yang
kerangka
dari zeolite dan tidak Illengurangi murni
perubahan
pori.
netral
dengan sangat
pori-pori.
Contoh:
struktur
zeolite Na +.
pori-pori
menunjukkan
Na+ untuk
K+ yang lebih
kecil
dari jllmlah
diameter
sifat
konsentrasi
(umumnya
dan karakteristik
dengan
molekul-
tergantung:
temperatur,
pelarut
Kation
pori efektif yang lebih kecil dari yang diharapkan
8 ring anggota.
menurun
kation,
larutan,
dalam kristal yang akan menentukan
Ca2+ digunakan lebih
dan muatan
kuat.
dengan
pada zeolite
dalam solven organic)
zeolite katalitik
pertukarankation
atau kecil akan menurunkan
mempunyai
pori
bagian
Penapis
hidrfobik
anhydrous),
dalam
aktivitas
lebih besar
melllbentuk
efektif
atau
dalam larutan air, beberapa
dan selektifita,
diadsorp.
Kelakuan
terkait
kerangka
local yang kuat dan berinteraksi
air.
(hidrous anion
mempunyai
elektrostatik
seperti
kation
Lokasi kation tersebut
besar,
medan
tinggi
Pertukaran adsorpsi
ratio Sil AI rendah
menjadikan polaritas
kation, kation
dengan
efektif
derajat
yang
akan
pori-pori Ion-ion
ini
dengan tinggi
8
sifat
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelilian dan Kegialan PTLR Tahun 2006
Penerapan mengkombinasi panas
tinggi
keasaman
silicon
alkilasi
dengan
dan
mempunyai
sisi asam
mengkatalisis
berbagai
penapia
bentuk
molekuler.
sedang
terhadap
Reaktifitas
diakibatkan
dimana
molekul-molekul
dan struktur
molekuler.
Selektivitas
bentuk
selektifitas
bentuk
transisi,
memainkan
dalam
saluran
reaktan
atau
regular
difusi
produk
mengarah
pad a reaksi sekunder.
tak
jika
perlu
katalis
antara
atom
menginduksi
molekuler
AIP04
dengan
adanya
selektifitas
bentuk
dalam
pandangan
Selekivitas
pada keadaan
local di sekeliling transisi
terlalu
mendorong transisi.
dari katalis
penapis
beberapa
reaktan
bentuk prodllk terjadi
meninggalkan transisi
sisi aktif.
sampai
keadaan
terbatas
cepat
ukuran
dan sangkar
dari difusivitas
secara
dalam katalisis
sam a dalam
dari saluran
merupakan
dapat
keadaan
reaktan,
molekuler
dalam kristal.
Bentuk selektivitas
dari lingkungan
tertentu
muatan
disebabkan
spesies-spesies
menghasilkan
manakala
molekul
penapis
produk
dan berdifusi
reaksi
cracking,
sebagai
perat sangat penting
yang berbeda
yang tak dapat lewat secara efektif
mekanisme
seperti
atom aluminium
termasuk
berbeda,
yang tinggi
efek kinetik yang timbul
dengan
Zeolite
dan kestabilan
zeolite
seimbangan
tampak
ukuran
Kristalinitas
lambat
besar
silicon murni dan penapis
keasaman
dan sangkar
yang
selektifitas
oleh ketidak
katalis.
hidrokarbon
lemah
bentuklkeadaan
reaktan-reaktan
sebagai
luar kristal.
atau rupa,
Saluran
reaksi
dan
Tambahan
adalah
luas permukaan
Setiap kerangka
asam yang aktif.
produk atau selektifitas
difusi
tajam,
kerangka.
Bronstedt
molekuler
dan selektivitas
ikatan OH pada permukaan Selektifitas
dari penapis
isomerisasi.
dalam
sisi potensial
terminal
tinggi
sisi aktif yang
dan aluminium
terjadinya
penting
dan telah digunakan
hidrocracking, ditentukan
yang sangat
kristal,
terbatas
Tetapan
besar/banyak
dan
adalah
kecepatan untuk
suatu untllk
membentuk
secara slap.
PENUKAR ION ALAMIAH Pad a 1756 Baron
Cronstedt
sebagai
ion
penukar
alllminosilikat
dengan
aluminosilikat
mempunyai
dengan
zeolite
berfungsi
termasuk Si04
bila dihadapkan sebagai
montmorillonite,
dimana
tiga dimensi.
jaring
zeolite,
kandungan
formula
alkali tanah yang kehilangan digantikan
menemukan
umum
komponen
utama (M,2+,
muatan negatif
antikation
clothrates glauconite,
tiap atom oksigen
yang diseimbangkan
dan penapis
berbagi
Struktur
dan talc.
dua tetrahedral Si.
178
berfungsi
natium/kalium Rangka
inert
kisi kristal sehingga
dapat
yang porus juga menjadikan
Material
Semuanya
dapat
oleh ion logam alkali atau
daripada
molekular.
diantara
AI dan logam lain dapat mengganti
atau
M22+)O;Ab03.nSi02.ml-hO.
berlebihan.
kaoline,
liat yang
calsium/magnesium
ikatan pada fractur dan channel dengan
tanah
penukar
mempunyai sehingga
ion yang
lain
rantai tetrahedra
menghasilkan
jarring
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Peneli/iall dan Kegia/an PTLR Tahlll1 2006
TAT A KERJA A.
PENYIAPAN
BAHAN
SORB EN (ZEOLITE)
I.
Contoh
zeolite digerus dengan lumpang akik kemudia
2.
Hasil ayakan -25 +50 mesh dikeringkan
3.
Setelah
dingin,
zeolite
kering
diayak bertingkat.
4 jam dalam oven 110°C.
ditimbang
201 gram,
dimasukkan
dalam
kolom
sorpsl. 4. B.
Kolom dirangkaidengan
PENYIAPAN I.
2.
3.
LARUTAN
Ditimbang
labu reservoar
UMPAN
menggunakan
statif.
Sr DAN PERCOBAAN
XX gram Sr(N03)2,
dilarutkan
dengan
SORPSI akuades
liter, diencerkan
sampai tanda tera.
Larutan
Sr dimasukkan
dalam labu reservoar, terendam
umpan
kolom
sampai
lapisan
zeolite
mUdet
dengan
mengatur
Efluen
(keluaran
pembukaan
kolom)
ditampung
dalam
umpan
dialirkan
dan laju alir efluen
tap labu reservoar sampai
tuntas,
labu takar
keluar
1,0
ke dalam kolom
0, I
dan tap kolom.
dicuplik
10,0 mL (loop
I)
untuk analisis dan lapisan zeolite dibilas dengan 200 mL akuades. 4.
5.
C.
Efluen (pada langkah 3) dimasukkan
kembali
percobaan
sorpsi dengan
langkah 2-3 (sebagai
Pcrcobaan
sorpsi dilakukan
ANALISIS I.
bcrulang-ulang
loop 2).
hingga 20 loop.
Cupl ikan etluen
(loop
konsentrasi
Di lakukan
1-20) diencerkan
dengan
akuades
ANALISIS
anal isis konsentrasi
I.
KONSENTRASI
hingga
sesuai
dengan
pengukuran. Sr menggunakan
Spektrofotometer
HASIL A.
dan dilakukan
CUPLIKAN
rentang 2.
mengulang
dalam labu reservoar
Sr DALAM
UMPAN
DATA STAN OAR Sr I
6,0 0,355 0,625 5,0 4,0 0,275 3,02,0 7,0 Konsentrasi 0,433 0,486 8,0 0,589 0,181 Absorbansi
179
DAN EFLUEN.
Serapan Atom.
II. .
ISSN 0852 - 2979
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
2.
DATA UMP AN DAN EFLUEN 1.256 Absorbansi 2Konsentrasi 50 100 0,933 1,076 1,230 0,290 0,241 0,184 0,164 0,087 0,386 0,365 0,644 0,052 1,433 0,853 1,446 0,066 0,517 0,559 1,431 Factor pengenceran 0,065 (ppm)
Loop
9. 8. 12. 14. 16. 10. . 19. 20. 13. 15. 17.
3.
DATA STANDAR Sr
II
4,0 8,0 0,267 0,197 0,148 0,349 0,097 Konsentrasi 0,240 6,0 3,0 5,0 7,0 2,0 0,33 ] Absorbansi
3. Loop
I.
DATA UMPAN DAN EFLUEN II
Abs. 1.256 Abs.Konstr (FP=XX) 0,933 0,5888 0,853 0,702 0,2439 0,3968 1,230 1,431 2403,52 1,]66 4038,42 0,908 0,189 0,252 0,78700,517 0,6525 0,3394 0,559 0,644 1,433 3129,36 2650,17 1247,82 595,97 0,606 0,490 0,5650 0,4739 1,076 2065,27 1656,54 0,459 0,886 3051,85 1547,32 0,772 0,374 0,7419 0,2251 817,95 (Konstr ppm) (pplll ) ],446 2:Sr(Z)/ 2:Sr(Z)/ 2:Sr(U) 2:Sr(U)
LSr.u LSrZ
180
/SSN 0852 - 2979
Hasi/ Pene/itian dan Kegiatan PTLR Tahzln 2006
0,8815 0,047 0,059 0,8742 0,045 0,039 0,035 0,066 0,087 0,184458,56 0,164 137,92 95,64 0,117 0,089 0,85410,365 0,85850,241 342,28 249,62 226,01 0,8827 0,8861 0,052 53,36 88,59 67,45 II.0,8884 0,8878 0,150 0,084 0,036 0,81420,386 0,83670,290 0,065 56,88
PEMBAHASAN Larutan
umpan
atas pertimbangan
yang dipakai
praktis
dalam percobaan
berkenaan
dengan
Kadar Sr dalam eflllen yang telah melewati loop.
Ratio kadar Sr dalam
mencapai
harga
XX) tampak
> XX.
bahwa
pada tahap-tahap
menurlln.
Prosentase
Sr terserap
percobaan
ini menllnjllkkan
limit deteksi
dan setelah
optimal
sampai
dilakllkan
radioaktivitas
relatif tinggi
penelitian
sebenarnya.
Untuk
lanjllt c1engan c1esain percobaan
yang sebenarnya.
181
yang digunakan.
menllrun
kolom,
dari loop ke
pada loop I sid XX
dan selanjutnya
pad a loop XX dengan
bahwa proses sorpsi sirkuler bertahap
limbah
hal didasarkan
I sid 20) atall kllrva sorpsi (GambaI'
membllktikan
capaian
berangsur
XX.
c1apat meningkatkan
sorpsi clan c1iharapkan pola yang sama juga berlakll untuk konsentrasi tingkat
analisis
berangsllr
melewati
tahap sorpsi (loop awal lajll sorpsi
Sr 2 gram/L,
instrumen
kolom sorpsi tampak
Iarutan sebeillm
Oari rangkaian
mengandllng
Hasil
efektivitas
lImpan yang renclah sesllai hal
tersebllt
yang lebih menclekati
kiranya
perlu
konclisi pengolahan
