Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
ISSN 1410-6086
PERAN HOST ROCK SEBAGAI PENGHALANG MIGRASI RADIONUKLIDA DARI FASILITAS PENYIMPANAN LESTARI LIMBAH RADIOAKTIF Budi Setiawan Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
ABSTRAK PERAN HOST ROCK SEBAGAI PENGHALANG MIGRASI RADIONUKLIDA DARI FASILITAS PENYIMPANAN LESTARI LIMBAH RADIOAKTIF. Host rock (tanah) pada sistem penyimpanan akhir limbah radioaktif merupakan penghalang alami terhadap migrasi radionuklida dari fasilitas penyimpanan akhir ke lingkungan. Dalam perannya itu, aliran air tanah sebagai media transport radionuklida akan dihambat oleh host rock dan radionuklida yang ada di aliran air tanah akan berinteraksi dan diserap oleh host rock. Tujuan pengkajian ini adalah mereview beberapa peran host rock dalam menghambat transport radionuklida yang ada di air tanah dalam kaitannya dengan aspek keselamatan penyimpanan limbah radioaktif . Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa peningkatan bulk density of host rock akan meningkatkan proses penghambatan aliran air tanah yang berarti menurunkan derajat transport radionuklida ke lingkungan. Adanya mekanisme sorpsi radionuklida oleh host rock akan menurunkan sebaran radionuklida ke lingkungan, reversibilitas sorpsi juga ditunjukkan dalam makalah ini. Semakin tingginya proses penghambatan dan sorpsi radionuklida oleh host rock diprediksi akan meningkatkan tingkat keselamatan fasilitas penyimpanan akhir limbah radioaktif. ABSTRACT THE ROLES OF HOST ROCK AS A BARRIER OF RADIONUCLIDE MIGRATION FROM A RADWASTE DISPOSAL FACILITY. Host rock on a radwaste disposal system is a natural barrier to the migration of radionuclides from the facility into environment. In its role, groundwater flow as a medium of radionuclides transport will be retarded by host rock and the radionuclides in graoundwater also interact and are sorbed by host rock. Objective of the paper is to review some roles of host rock to retard radionuclides transport in groundwater related to radwaste disposal safety aspects. The results showed that increasing in bulk density of host rock will increase the retardation process of groundwater flow which decreasing radionuclides transport into the environment. Existence of radionuclides sorption mechanism by host rock will decrease of radionuclides release into environment, and sorption reversibility of radionuclide is also showed in the paper. Increasing in retardation and radionuclides sorption process by host rock were predicted increase in degree of safety of radwaste disposal.
Penyimpanan akhir limbah radioaktif merupakan sistem terintegrasi fasilitas penyimpanan limbah radioaktif yang tersusun atas 2 sistem penghalang (barrier): alami (natural barrier) dan buatan (engineered barrier). Host rock yang merupakan tanah lokasi tempat PA-LRA berada merupakan sistem penghalang alami terhadap adanya kemungkinan adanya migrasi/transport radionuklida (RN), selain itu diharapkan dapat berperan pula sebagai pengontrol aliran air tanah yang menuju ke arah fasilitas PALRA [1]. Dalam skenario penyebaran radionuklida ke lingkungan, segera setelah penutupan (closure) fasilitas penyimpanan maka air tanah akan masuk (penetrate) ke dalam fasilitas penyimpanan dengan melewati media-media penghalang buatan. Pada jangka waktu yang lama air tanah tersebut akan melakukan kontak dengan paket-paket limbah yang berisi radionuklida. Beberapa radionuklida akan terlarut dan kemudian terbawa bersama aliran air tanah ke
PENDAHULUAN Adanya kegiatan pemanfaatan iptek nuklir dan bahan radioaktif selama ini serta adanya rencana introduksi PLTN dalam waktu dekat -yang merupakan salah satu prioritas kegiatan di BATAN- diperkirakan akan menimbulkan limbah radioaktif (LRA) dalam jumlah yang cukup besar yang harus dikelola dengan baik dan benar agar kegiatan ini tidak mencemari lingkungan hidup. Dari serangkaian aktifitas pengelolaan LRA yang bermacam-macam seperti pengklasifikasian limbah, conditioning, pengolahan, imobilisasi sampai pewadahan limbah kedalam paket limbah maka akhir kegiatan tersebut akan bermuara pada kegiatan penyimpanan akhir LRA (PA-LRA). Adanya fasilitas PA-LRA ini diharapkan akan memberikan kepastian rasa aman pada masyarakat terhadap aspek keselamatan pengelolaan limbah radioaktif (LRA).
283
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
lingkungan. Tanah sebagai host dari fasilitas penyimpanan akan berperan sebagai media penghalang alami yang menghambat penyebaran radionuklida tersebut ke lingkungan. Dari pemaparan diatas terlihat bahwa tanah/host rock memegang peranan yang penting pada sistem penyimpanan limbah radioaktif.
ISSN 1410-6086
penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Pengukuran permeabilitas host rock dilakukan secara pengukuran kolom (D'Arcy) [4], dimana laju alir air tanah diukur secara gravitasi di dalam kolom yang dilakukan di laboratorium. Sedangkan pengukuran sorpsidesorpsi dilakuka secara catu/batch, dimana tanah sebagai sampel dari host rock dikontakkan dengan larutan yang mengandung RN. Dalam hal ini digunakan tanah dari Lemahabang, pasir kuarsa dari Bangka dan bentonit dari Trenggalek, sedangkan RN yang digunakan adalah Cs137. Setelah pengontakkan dalam waktu tertentu, fase cair dan padatnya dipisahkan dengan alat pemusing. 1 ml fase cairnya kemudian di cacah dengan menggunakan alat liquid scintillation spectrometry (LSC). Beberapa peralatan yang telah digunakan pada studi ini adalah roller pengocok yang dapat dikontrol kecepatannya -buatan sendiri, pemusing merk MARATHON 21 K FISHER SCIENTIFIC, LSC merk Tri-carb 1600 TR PACKARD-CANBERRA.
Fungsi lain dari host rock adalah menyerap adanya RN di air tanah [1], dengan perannya yang seperti ini diperkirakan bahwa pemilihan host rock yang baik akan mampu menurunkan tingkat penyebaran RN dari fasilitas PA-LRA ke lingkungan bersama dengan aliran air tanah. Di fasilitas PA-LRA ini paket LRA disimpan secara lestari dan diisolasi dalam jangka waktu yang lama dengan baik, benar dan aman. Hal ini dimaksudkan untuk menjamin keselamatan lingkungan dan masyarakat dalam waktu yang lama. Tingkat keselamatan fasilitas PALRA dapat diperoleh dari kondisi site yang cocok sebagai host dari fasilitas tersebut dengan syarat mampu mengisolasi paket LRA dengan baik sehingga tingkat penyebaran RN menjadi minimal [2,3]. Kedua fungsi dari host rock akan dikaji dalam makalah ini. Tujuan pengkajian ini adalah mereview beberapa peran host rock dalam menghambat transport radionuklida yang ada di air tanah dalam kaitannya dengan aspek keselamatan penyimpanan limbah radioaktif.
PEMBAHASAN Hasil pengukuran permeabilitas contoh tanah ditujukkan pada Gambar 1, dimana pada pengukuran 2 minggu pertama terjadi penurunan permeabilitas cukup tajam dari beberapa contoh tanah yang diukur. Hal ini kemungkinan disebabkan terjadinya reposisi dari butiran tanah yang ada dalam kolom, terutama pada saat air memasuki kolom dan berinteraksi dengan tanah selain menyebabkan adanya reposisi juga dapat menyebabkan adanya serapan air oleh butiran tanah yang membuat terjadinya penggembungan (swelling) tanah. Peristiwa swelling tanah host rock dapat menyebabkan jarak antar butir dari tanah menjadi lebih dekat dan mempersempit ruang inter partikel tanah. Gabungan kedua proses alami ini telah menyebabkan menurunnya sifat kelulusan air tanah dari kolom percobaan yang berisi tanah. Pada akhir percobaan nilai permeabilitas tanah host rock menjadi sekitar Semakin rendahnya nilai 10-5 m/s. permeabilitas contoh tanah host rock menunjukkan semakin sulitnya air untuk menembus kolom percobaan. Semakin sulitnya air menembus kolom tanah dapat dianalogikan dengan semakin tertundanya air tanah mengalir di dalam tanah untuk menjangkau paket limbah yang disimpan di fasilitas PA-LRA. Hal ini akan membuat semakin minimnya kemungkinan LRA terlarut oleh air tanah dan lepas ke
Pengkajian dilakukan dengan mengevaluasi parameter permeabilitas, kinetika, isoterm sorpsi dan desorpsi radionuklida. Proses penghambatan migrasi RN secara sorpsi umumnya didefinisikan sebagai nilai koefisien distribusi (Kd), dimana Kd merupakan perbandingan banyaknya konsentrasi RN terserap di padatan dengan yang ada tersisa di larutan. Semakin besar RN terserap di padatan maka semakin minim RN tersisa di larutan. Hal ini menyebabkan RN akan tertahan dan terhambat di host rock. Dari informasi Kd yang diperoleh selanjutnya dapat dievaluasi potensi releasenya RN ke lingkungan. Data yang didapat dari penelitian ini akan disumbangkan pada kegiatan pengkajian keselamatan lingkungan tempat penyimpanan limbah radioaktif dimasa yang akan datang. METODE Pengkajian tentang peran host rock sebagai penghambat penyebaran RN dari fasilitas ke lingkungan dilaksanakan melalui studi pustaka terhadap beberapa hasil
284
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
lingkungan. Nilai permeabilitas terendah diperoleh pada batuan bentonit. Bentonit bila dirasa perlu biasanya digunakan sebagai bahan penyangga pada fasilitas PA-LRA untuk meningkatkan kemampuan penghambatan migrasi RN oleh penghalang alami/host rock [5]. 0
Log permeabilitas (m/s)
-1
pasir
-2 -3 -4
tanah
-5
bentonit
-6 -7 -8 0
5
10
15
20
25
30
35
t (hari)
Gambar 1. Pengukuran permeabilitas beberapa contoh tanah/host rock
Log Cs = Log Ca + n Log K + n Log Cl
Adanya penggantian larutan yang dianalogikan sebagai ”gangguan” karena penambahan volume larutan telah menyebabkan terjadinya pelepasan sebagian RN/Cs-137 yang telah tersorpsi di contoh host rock, hasil percobaan ini ditunjukkan pada Gambar 4. Pelepasan RN yang cukup cepat diawal kontak fase cair-padat terlihat pada kontak 24 jam pertama, dimana banyak RN yang terlepas dari contoh host rock yang kemudian berangsur host rock melakukan penyerapan kembali RN (resorption) untuk membentuk kesetimbangan sorpsi yang baru. Menurunnya grafik Kd telah menandai adanya proses pelepasan RN dari tanah ke larutan, dan kesetimbangan baru telah ditandai dengan mendatarnya grafik Kd yang terjadi. Proses ini terbentuk setelah pengontakkan padat-cair berlangsung selama 24 jam lebih. Kondisi seperti ini dapat ditemukan pada penelitian yang dilakukan oleh ERTEN [7] yang menggunakan lempung Rasadiye sebagai bahan penelitiannya. Dari
Kd (ml/g)
4000
2000
0 60
80
(2)
dimana CS dan Cl adalah banyaknya RN yang ada di larutan dan padatan, sedangkan Ca dan K masing-masing disebut sebagai kapasitas dan konstanta kesetimbangan sorpsi, kemiringan kurva diperoleh 0,509. Dengan menggunakan persamaan (4) akan diperoleh nilai K = 6,87 x 10-4 meq/ml.
6000
40
(1)
atau dalam bentuk logaritmik, persamaan menjadi,
8000
20
Dari hasil kinetika sorpsi RN ke tanah kemudian dapat diketahui hasil isoterm sorpsinya, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Hasil isoterm sorpsi disajikan dalam bentuk logarikmik, terlihat bila grafik akan terus menaik selama konsentrasi RN masih dapat diserap oleh tanah sampai mencapai kondisi/konsentrasi tertentu. Hal ini disebabkan karena site sorpsi di tanah masih “kosong” sehingga masih mampu menerima sejumlah konsentrasi RN yang datang. Grafik kemudian mendatar pada kondisi konsentrasi yang lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa site sorpsi tanah telah “penuh”, dan kondisi grafik yang mendatar ini dipilih sebagai kapasitas sorpsi RN oleh tanah yaitu sekitar 6,92 x 10-4 meq/g. Grafik sorpsi berupa garis lurus, dimana hal ini menandakan bahwa proses sorpsi yang terjadi telah mengikuti aturan Freundlich dengan persamaan, CS = Ca(K.Cl)n
Hasil kinetika sorpsi RN oleh tanah host rock yang diekspresikan pada nilai Kd ditunjukkan pada Gambar 2. Sebagai sampel host rock telah digunakan tanah yang berasal dari Lemahabang [6], dimana koefisien distribusi RN Cs-137 oleh tanah mencapai nilai konstan setelah mengalami waktu kontak 2 hari, dengan nilai Kd 4500 dan 4900 ml/g masing-masing pada kondisi pH larutan 7 dan 12. Sehingga dapat dikatakan bahwa radiocesium relatif cepat tersorpsi pada contoh tanah terutama bila dibandingkan dengan sorpsi RN yang sama oleh batuan bentonit yang umumnya digunakan sebagai bahan penyangga (buffer material) atau bahan isian (backfill material) pada sistem PA-LRA.
0
ISSN 1410-6086
100
t (jam)
Gambar 2. Kinetika sorpsi Cs-137 ke tanah
285
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
hasil percobaan kinetika sorpsi dan desorpsi radionuklida menunjukkan bahwa RN dapat tersorpsi dengan cepat atau lambat karena pengaruh kapasitas sorpsi dari host rock tersebut, semakin besar kapasitas sorpsinya membuat interaksi RN dengan host rock semakin lambat dan semakin sulit RN lepas kembali ke larutan. Mudahnya RN lepas kembali ke larutan pada percobaan ini diperkirakan karena mekanisme sorpsi yang terjadi di tanah adalah proses sorpsi yang sederhana [8].
sangat cocok untuk digunakan sebagai site fasilitas PA-LRA yang ada di Pulau Jawa yang mempunyai kondisi curah hujan yang tinggi [11]. Semakin tingginya proses penghambatan dan sorpsi radionuklida oleh host rock diprediksi akan meningkatkan tingkat keselamatan fasilitas penyimpanan akhir limbah radioaktif. KESIMPULAN Dari pengkajian ini terlihat bahwa host rock yang baik itu bila dapat berperan sebagai penghambat aliran air tanah di sekitar fasilitas PA-LRA dan mampu menyerap adanya RN yang ada di air tanah. Rendahnya permeabilitas host rock dapat menyebabkan tertundanya kontak antara air tanah dengan paket limbah, yang mengakibatkan minimalisasi release RN ke lingkungan. Besarnya kapasitas sorpsi akan menyebabkan banyak RN dapat diserap oleh host rock, hal ini juga akan menyebabkan minimnya RN berada di larutan/ air tanah yang juga membuat RN terisolasi di host rock. Meningkatnya proses penghambatan dan sorpsi radionuklida oleh host rock akan menaikkan tingkat keselamatan suatu fasilitas penyimpanan akhir limbah radioaktif.
0
Log Cs (mol/g)
-2
-4
-6
-8 -12
-10
-8
-6
-4
-2
ISSN 1410-6086
0
Log Cl (mol/ml)
Gambar 3. Isoterm sorpsi RN di tanah
DAFTAR PUSTAKA 8000
1.
6000 Kd (ml/g)
2. 4000
3. 2000
0
4. 0
20
40
60
80
100
t (jam)
5.
Gambar 1. Kinetika desorpsi RN dari tanah Secara keseluruhan dari uraian diatas dapat dilihat pentingnya peran host rock yaitu sebagai penghambat adanya aliran air tanah ke fasilitas PA-LRA dan mempunyai kemampuan sorpsi RN yang baik akan membantu peran penghambat migrasi RN dari fasilitas ke lingkungan. Host rock yang mampu berperan seperti itu biasanya tanah lokasi yang mempunyai nilai hidrolik konduktivitas yang rendah seperti lempung (clay) [9,10], dimana host rock jenis ini
6.
7.
286
N. CHAPMAN and IG. Mc KINLEY, The Geological Disposal of Nuclear Waste, John Wiley & Sons, Chichester (1985) IAEA, Safety Guide, Siting of Near Surface Disposal Facilities, SS no. 111G-3.1, Int. Atomic Energy Agency, Vienna (1994). IAEA, Safety Guide, Siting of Geological Disposal Facilities, SS no. 111-G-4.1, Int. Atomic Energy Agency, Vienna (1994). LH. SHIRLEY., Petunjuk Praktis Geoteknik dan Mekanika Tanah, Nova, Bandung (1987) DG. BROOKIN, Geochem. Aspect of Radioactive Waste Disposal, SpringerVerlag, N.Y (1984). B. SETIAWAN, Karakteristik Sorpsi Tanah Zone C Lemahabang Terhadap Radiocesium, Prosid. Seminar Nasional Kimia, Himpunan Kimia Indonesia, ISBN 978-979-8768-06-4, Univ. Indonesia-Depok 7-8 Agustus 2007. HM. ERTEN et.al., Sorption of cesium and strontium on montmorillonite and kaolinite, Radiochim. Acta 44/45, (1988), 147.
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
8.
9.
RM. CORNEL and S. AKSOYOGLU, Simultaneous determination of the cation exchange capacity and the sum of the exchangeable cation on MARL, Clay Mineral 26, (1991), 567. FG. BELL, Engineering Properties of Soil and Rocks, Butterworths, London (1983).
ISSN 1410-6086
10. IS. ROXBURGH, Geology of High Level Nucl. Waste Disposal, Chapman and Hall, N.Y (1987). 11. DEPDAGRI, Peta Curah Hujan Tahunan, skala 1:2.500.000, Dir.Tata Guna Tanah, Dirjen Agraria-Depdagri, September 1981.
287
