migrasi radionuklida dalam sorpsi cadmium dan mangan pada tanah...
TRANSCRIPT
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 SudimanPusat Teknologi Limbah Radioaktif, SATAN
ABSTRAKMIGRASI RADIONUKLIDA DALAM NATURAL BARRIER :
SORPSI CADMIUM DAN MANGAN PADA TANAH PPTN SERPONG UNTUK SISTEMPENYIMPANAN LlMBAH RADIOAKTIF. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajariinteraksi radionuklida terlarut dalam air tanah dengan komponen yang dilaluinya sebagaibagian dari analisis keselamatan penyimpanan limbah. Cadmium dan mangandigunakan dalam penelitian ini, demikian pula tanah digunakan sebagai contoh diambildari sekitar Interim Storage II PPTN Serpong . Metode catu dengan pengocokan diadopsiuntuk mempelajari isoterm dan pengaruh karbonat terhadap migrasi. Hasil penelitianmemperlihatkan koefisien distribusi (Kd) cadmium dan mangan pada migrasiradionuklida tersebut dalam air tanah. Adanya karbonat dalam fasa larutan meningkatkankoefisien distribusi ( Kd) Cadmium dan Mangan. Diharapkan hasil yang diperoleh dapatdiaplikasikan dalam model migrasi radionukida, yang selanjutnya model tersebut dapatdigunakan sebagai rekomendasi bagi penyusunan rancang bangun penyimpanan limbahsistem tanah dangkal dari calon tapak penyimpanan limbah di PPTN Serpong.
ABSTRACTMIGRATION OF RADIONUCLIDE IN NATURAL BARRIER : SORPTION
CADMIUM & MANGAN ON SOIL PPTN SERPONG OF RADIOACTIVE WASTESYSTEM. This work was carried out in order to study the interaction of radionuclidesdissolved in ground water with soil through pathway for safety analysis of radioactivewaste system. Cadmium and Mangan was used for this study, as well as soil media fromPPTN SERPONG. Simple batch experiment was adopted to study migration isotherm andinfluence of carbonate. The results have shown coefficient distribution(Kd) which arefavourable factors for slowing down radionuclides migration in ground water. Thepresence of carbonate in aqueous phase increased the distribution coefficient. It is hopedthat the results could be applied in the radionuclide migration models and might be usedas a recommendation for the site preparation of shallow-land burial facility at the PPTNSERPONG.
PENDAHULUAN:
Litbang migrasi radionuklida dalam berbagai bahan pad a sistem
penyimpanan limbah radioaktif untuk menunjang kegiatan sistem penyimpanan
limbah dekat permukaan. Dalam sistem tersebut dianut sistem penghalang
ganda (multi barrier system), yaitu penghalang buatan (engineering barrier
system) dan penghalang alami (natural barrier). Penghalang rekayasa terdiri atas
limbah imobilisasi, wadah tahan korosi, bahan urug dan bahan penyangga, serta
bangunan fasilitas penyimpanan. Sedangkan penghalang alami ialah berupa
formasi geologi, lingkungan fasilitas penyimpanan. Aplikasi dari sistem ini
dimaksudkan untuk menjaga agar paket-paket limbah yang ada di dalam fasilitas
penyimpanan tak terjangkau oleh aliran air tanah yang mungkin menyusup ke
dalam tempat penyimpanan. Ketika paket-paket limbah tersebut terjangkau oleh
I~~.)..J
HasH Penelitian don Kegiatall PTLR TO/11m 2006 ISSN 0852 - 2979
aliran air tanah, maka diharapkan sistem penghalang berlapis ini mampu
menghambat radionuklida yang ikut hanyut bersama aliran air. Teknik
penyimpanan dekat permukaan merupakan pilihan yang dikhususkan 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[Rn 1 [ 1 ].
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 dan akan berbeda
beda untuk setiap jenis media penyimpanan. Semakin besar nilai Kd suatu
radionuklida maka semakin besar jumlah radionuklida terserap oleh media
tersebut. Jadi dengan diperolehnya nilai Kd, maka dapat diperkirakan potensi
suatu radionuklida dapat terlepas ke lingkungan.
134
HasH Penelitian dan Kegiatan PTLR Talwn 2006
TATA 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.
fSSN 0852 - 2979
Prosedur:
1. Penyediaan SampleDisampling tanah dari lokasi PPTN Serpong ( disekitar interim storage II),Sample tanah yang diperoleh dikeringkan terlebih dahulu dalam oven pada suhu1200 C selama 1 jam ,kemudian dihaluskan dan dikeringkan kembali untukmenghilangkan uap airnya dan disaring *dengan ukuran 80- 100 Mesh. Setelahitu sample ditimbang sebanyak 0.1 gram dan ditempatkan pad a vial plasticberukuran 20 ml ( vial sample A ).
2. Prosedur Penyiapan Bahan Kimia.a. Larutan Simulasi Cd2+ dan Mn.2+
Dibuat beberapa variasi konsentrasi Cd2+ & Mn2+ dengan memperperhatikanbatas deteksi dari alat analisis Atomic Absorption Spektrometer yang akandigunakan. Larutan Cd2+ & Mn2+ standard ( 1000 ppm) diencerkandengan 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 denganair suling dalam labu ukur 100 ml sampai batas tera. Konsentrasi larutan iniadalah 7,5 x 10 -2 N.
3. Teknik Pengocokan.Pengocokan sederhana dilakukan untuk untuk mengontakan tanah denganlarutan yang mengandung radionuklida, model dalam vial 20 ml lalu dikocokdengan bantuan roller selama 6 hari.
4. Centrifugasi dan filtrasi.Setelah sample tanah melalui pengocokkan selama 6 hari, diangkat dandicentrifugasi pad a kecepatan 2500 rpm selama 5 menit kemudian difiltrasidengan Nalgene syringe filter ( 191- 2045 ), beningan dipipet 10 ml dimasukankedalam vial 20 ml. ( Botol B ).
135
Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852 - 2979
5. Analisis unsur Cd2+ dan Mn.2+dengan menggunakan AAS. Contoh dalamvial 20m I hasil centifugasi dan filtrasi, masing-masing ditambah dengan 0.8 mlasam nitrat pekat dan siap untuk dianalisa dengan AAS
6. Analisa unsur dilakukan dengan AAS -BTPLR dengan kondisi pengukuransebagai berikut : - Cd2+ : A = 228.8 nm , Air + Acetylene
- Mn2+ : A = 279.5 nm , Air + Acetylene
HASIL DAN PEMBAHASAN.
Proses retardasi (penghambatan) transpor (migrasi) radionuklida melalui
interaksi dengan fase padatan komponen batuan dikenal dengan sebutan sorpsi,
maka percobaan isoterm sorpsi ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh
konsentrasi cadmium dan mangan terhadap sorpsi pada tanah dengan
konsentrasi cadmium dan mangan awal 10 - 1000 ppm. Kontak antara larutan
yang mengandung cadmium dan mangan dengan sam pel dilakukan selama
seminggu, yaitu waktu yang umumnya telah dicapai kesetimbangan.
Pad a Gambar 1. Memperlihatkan koefisien distribusi mangan pada tanah tidak
menunjukan kenaikan melainkan menunjukan nilai yang datar. Ini mungkin
disebabkan kandungan 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 6.0E-02
Gambar 1 : Kurva isoterm sorpsi Mangan pada tanah, konsentrasi Mangan padatanah [Mn2+]s sebagai fungsi konsentrasi Mangan dalam larutan[Mn2+]1
136
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
800I• •. 600
en::. 400 1\."U~
200I
- ---••t 0O.OE+OO
2.0&03
•
4.0E-03 6.0E-03 8.0E-03 1.0E-02
ISSN 0852 - 2979
(Cd 2+)1 (ekll)
Gambar 2 : Kurva isoterm sorpsi Cadmium pada tanah, konsentrasi Cadmiumpada tanah [Cd2+]s sebagai fungsi konsentrasi Cadmium dalamlarutan [Cd2+]1
Gambar 2. memperlihatkan koefisien distribusi cadmium [Cd2+] pada tanah
menunjukan nilai yang lebih tinggi dari pad a koefisien distribusi untuk unsur
mangan ( Mn2+). Ini berarti semakin banyak radionuklida cadmium terserap oleh
media tanah PPTN Serpong dari pada radionuklida mangan.
1--------- ---------.-----------------------.--------mu_I 3000
::::- 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
Hasi/ Penelilian dan Kegiatan PTLR Tahrm 2006
10000 t•8000 •
.•.....•
r...J..•.•... 6000
•
0'1
:.£~
'-' " 4000:.£
2000~ .•
o
O.OE+OO5.0E-04 1.0E-03 1.5E-03 2.0E-03 2.5E-03
( HC03)
ISSN 0852 - 2979
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
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tall1ln2006 ISSN 0852 - 2979
DAFT AR PUST AKA
I. IAEA, "Radioactive Waste Management, An IAEA Source Book", Vienna(1992).
2. IAEA, "Rieview of Available Option for Low Level Radioactive WasteDisposal", IAEA TECDOC-661, Vienna, Jully 1992.
3. IAEA, "Classification of Radioactive Waste", Safety Series No 11-G-1.1,Vienna, 1994.
4. B.S. Jensen, "Migration phenomena of radionuclide into the geosphere",Harwood Acad.PubI.Chur.(1982).
5. I.G. McKinley, J.Hadermann: "Radionuclide sorption data base for Swisssafety assesement", NAGRA-CEDRA, TR 84-40, Wurenlingen-Switcherland(1985).
6. M.a. Mecherri, P. Budiman Sastrowardoyo, JC. Rouchaud, M. Fed 0roff,"Study of Neodymium Sorption on Orthose and Calcite for RadionuclideMigration Modelling in Groundwater", Radiochim.Acta 50,169 (1990).
Lampiran 1.Isoterm Sorpsi Unsur Mn2+
MassaKdVariasiKode contoh
(~)K~/I(ppm)
MnStp-01
0.100371551000
MnSrp-02
0.1000-471000
MnSrp-03
0.1019-6500
MnSrp-04
0.1002-17500
MnSrp-05
0.1004-42200
MnSrp-06
0.1006-40200
MnSrp-07
0.1009-24100
MnSrp-08
0.1001630100
MnSrp-09
0.1001-250
MnSrp-10
0.1022-1150
MnSrp-11
0.102010520
MnSrp-12
0.10039720
MnSrp-13
0.100316710
MnSrp-14
0.100017010
139
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Dengan Penambahan Pelarut HC03
KodeMassaKdV HC03
contoh(~)K~II(ml)
MnSrp-11
0.1020970
MnSrp-12
0.1003900
MnSrp-15
0.1013982
MnSrp-16
0.1004732
MnSrp-17
0.10041764
MnSrp-18
0.10091934
MnSrp-19
0.100326510
MnSrp-20
0.100231910
MnSrp-21
0.10025112
MnSrp-22
0.10096172
MnSrp-23
0.100816154
MnSrp-24
0.100111424
MnSrp-25
0.1006192310
MnSrp-26
0.1001292710
MnSrp-27
0.10182012
MnSrp-28
0.10092922
Lampiran 2.Isoterm Sorpsi Unsur Cadmium Cd2+
Sam pelBobotKdVariasi
Cd
(g)kgIIppm1
0.10195341000
2
0.10016651000
3
0.100272.7500
4
0.1 00411.4500
5
0.100282.5200
6
0.1005120200
7
0.1000391100
8
0.1000703100
9
0.100013450
10
0.1 00619250
11
0.100252320
12
0.100252320
13
0.100654010
14
0.1 00949810
140
ISSN 0852 - 2979
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahllll 2006
Dengan Penambahan HC03
Sam pelBobotKdV karbonat
Cd
(g) ka/l( ml)
11
0.1002 5230
12
0.1002 5230
15
0.1006 537.32
16
0.1001 554.02
17
0.1018 6644
18
0.1001 6254
19
0.1015 102610
20
0.1005 128610
21
0.1005 25902
22
0.1001 28012
23
0.1005 88734
24
0.1004 47714
Lampiran 3.
Tabel 4. Komposisi kimia tanah SP4 KawasanPPT A Serpong.
No. Nama Oksida Konsentrasi
1
AI203 13.71 %2
Si02 20.24%3
Fe203 8.91%4
MnO 2154 ppm5
K20 77.8 ppm6
CuO 171.6ppm7
MgO 70.7 ppm8
CaO 681 ppm9
Na20 170.1 ppm10
CI- 35.1 ppm11
N03- 63.1 ppm12
P04- 95.4 ppm
141
ISSN 0852 - 2979
HasH Penelitian dan Kegialan PTLR Tahlln 2006
Tabel 5. Komposisi Kimia air tanah sekitar SP4PPTA
1Warna 25 ( PtlCo)2
Turbidity 5.00 ( mg/Si02 )3
Konduktivitv 45 mS/Cm4
Orqanik 25.53 mq/l KMn045
Kekerasan oG 1.656
pH 6.007
Ca 8.02 mq/I8
Mq 2.26 mq/l9
Fe 2.25 mq/I10
Mn 16.41 mq/l11
HC03 32.00 mQ/I12
S04 7.60 mg/I13
CI- 9.78 mg/l14
CO2 103.00 mq/I15
NH4 1.00 mq/l16
N02 0.07 mg/I17
N03 0.60 mg/I
142
ISSN 0852 - 2979