Prosiding Seminar NasionalTeknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086 Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK *) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN 211 PENGARUH UKURAN BUTIR KOLOID TERHADAPDEPOSISI KOLOID PADA TANAHSEKITAR FASILITAS PENYIMPANAN LESTARI LIMBAH RADIOAKTIF Heru Sriwahyuni, Suryantoro *) ABSTRAKPENGARUHUKURANBUTIRKOLOIDTERHADAPDEPOSISIKOLOID PADATANAHSEKITARFASILITASPENYIMPANANLESTARILIMBAH RADIOAKTIF. Telah dilakukankajianpengaruh ukuran butir koloid terhadap deposisinya pada tanah sekitar fasilitas penyimpanan lestari limbah . Fasilitas penyimpanan lestari limbah radioaktif dalamjangkalamaakanterdegradasisehinggakemampuanpengungkungannyaterhadaplimbah radioaktif menurun atau gagal. Hasil degradasi tersebut dapat berupa material-material halus yang berfasekoloidyangsangatmudahbergerak.Disampingitudidalamairtanahjugaterdapat partikelkoloidalamidenganukuranbutiryangberagamdanmempunyaikecepatanpergerakan hampirsamadengankecepatanaliranairtanah.Keduajeniskoloidtersebutdapatmengadsorpsi nuklida-nuklidayangbermobilitasrendahmaupuntinggisehinggamempercepattransportnya dengankecepatansepertialiranairtanah.Secarafisiklapisantanahterdiridaributiran-butiran hasilpelapukandaribatuanyangbersifatsepertisaringanhalus.Ukuranbutirkoloiddialam bervariasidenganordenanometerhinggamikrometer.Mekanismefiltrasidapatterjadipada ukurankoloidyangbesarsehinggamobilitasnyaterhenti,sedangkanukurankoloidyangkecil akan lolos.Kata Kunci:koloid, penyimpanan lestari, limbah radioaktif ABSTRACTTHEEFFECTOFCOLLOIDSIZEONITSDEPOSITIONONSOIL SOROUNDINGRADIOACTIVEWASTEDISPOSALFACILITY.Assessmentontheeffectof colloidsizeonitsdepositiononsoilhasbeenconducted.ARadioactivewastedisposalfacility degrades for long periods, furthermore its ability to isolate waste decreases or fail. The degraded facilitycanbefinematerials,whichformasmobilecolloids.Whereasnaturalcolloids,which migrate close to or same as ground water flows are abundant and may vary in sizes. Both of sort colloidsmayadsorbnuclides,whichhavesloworfastmobilityandacceleratethenuclides transportasfastasgroundwaterflows.Physicallysoillayersthatmayactionasfinefilters composeoffinegrainsgeneratedfromrocksdegradation.Thesizesofcolloidsmayvaryin nanometeruptomicrometerrangeorder.Filtrationmechanismoccursforbiggercolloids stopping their mobility, for smaller colloids compared to bigger soil pores their mobility could not be stopped.Keywords: colloid,disposal,radioakctive waste PENDAHULUANDidalamairtanah,transport koloidyangmampumengadsordsiion-ion aktinidasangatperludipelajariterutama dikaitkandenganunjukkerjadarisistem penyimpananlimbahradioaktif.Didalam airtanah,koloidberperanmenjadifaseke tiga yang mempunyai fase bukan larutan dan jugabukanpadatan.Faseinidapat meningkatkanjumlahaktinidayangdapat bermigrasikeaquifer [1-4].Transportkoloid inidapatdihambatdenganfiltrasi.Karena ukurannyayangrelatifbesardibandingkan denganlarutan,makakoloidmempunyai sifatyangsangatberbedadenganunsur terlarut.Makauntukmempelajaritransport koloidpengkajianharusdifokuskanpada migrasikoloid,terutamapadamekanisme filtrasiyagbertujuanuntukmenghambat migrasikoloid,sehinggadapatmenurunkan angkaketidakpastiandidalamsistem penyimpanan lestari limbah radioaktif.Mekanismefiltrasitelahbanyak dipelajari misalnya pada pengolahan air dan transportdarikontaminankoloiddalamair tanah.Padatransportkoloid,yang mempunyai ukuran lebih kecil dibandingkan denganpathwayhanyaakanterhentijika Prosiding Seminar NasionalTeknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086 Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK 212 gayatarikmenarikmendominasidanketika bertumbukanpadapermukaan.Fenomena inidisebutdeposisi.Apakahmaterialitu nantinyamenempelatautidaktergantung interaksiantarapartikeldanpermukaan. Interaksiinidapatdijelaskandenganteori stabilitaskoloidDerjaguin-Landauand Vervey-Overbeek (DLVO) [5]. Effisiensi dari deposisi koloid dapat dihitung dengan persamaankonveksi difusi. Persamaantersebutdiselesaikandengan pendekatan (aproksimasi) terhadapkeadaan koloiddansolidpadatanbermuatansejenis. Kondisi seperti ini nampak pada lingkungan hampirsemualingkunganairsubsurface. Penelitianmenunjukkanefisiensiyang diperoleh melalui percobaan beberapa order lebihtinggidaripadahargayangdihitung. Perbedaaninidijelaskandenganadanya kekasaranpermukaanpadakolektordan permukaan koloid.TEORIMobilitaskoloiddipengaruhioleh perubahankimialarutanyangmengubah interaksigaya-gayaantarapermukaan koloid dan butiran aquifer. Gaya antar muka ituterdiridarigayatarikmenarikLondon-vanderWaalsdangayatolakmenolak (repulsi).Hasilnettodariinteraksikedua gayapermukaantersebutdijelaskandengan teoriDLVO.Agarkoloiddapatbergerak perubahankimialarutanharus menghasilkangayarepulsipadapermukaan koloiddanbutiranyanglebihbesardari gaya tarik menariknya[5].Energi potensial total, tot (kurva garis kontinyu),adalahjumlahdari(1)energi potensialdoublelayer(lapisanganda),dl, (2)energipotensialvanderWaals,vdW,dan (3)energipotensialborn,Bom,merupakan energi repulsi berjarak pendek. Kurva energi potensialtotalmempunyaisumurantarik menarikdalampadajarakpemisahanyang sangatpendek,(min1),energirepulsibarrier, (max1),dansumurantarikmenarikdangkal padajarakpemisahanyanglebihbesar. (min2),energipotensialdinyatakandalamkB T.TeoriDLVOmenjelaskaninteraksi antaragayatarikmenarikdangayarepulsi antarapermukaankoloiddanpermukaan butiran denganfungsi energipotensial antar muka. Energi potensial antar muka dibentuk olehpenjumlahanantaraLondon-vander Waalsdanenergipotensialrepulsidalam fungsijarakantarakoloiddanbutiran interaksiinidijelaskanpadaGambar1di atas.Energipotensialdoublelayerterjadi darioverlapingdifusawanion(double layers)yangterakumulasididekat permukaanbermuatanuntukmengimbangi muatanpermukaan.Jikapermukaanyang berinteraksibermuatansejenismakaenergi potensialdoublelayerakantolak-menolak. Jikamuatanpermukaannyabertolak belakangenerginyaakantarikmenarik. Kesemuanyadapatdiformulasikanbahwa energi potensial double layersangatsensitif terhadap variasi dari [5] :1.Potensial permukaan koloid dan kolektor2.Kekuatan ion larutan3.Ukuran butir koloid Gambar 1. Energi potential DLVO sebagai fungsi jarak pemisahan antara koloid dan kolektor [5]. Prosiding Seminar NasionalTeknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086 Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK 213 WATER FLOW STATIONARY PARTICLE CONTAMINANT BOUND TO MOBILE PARTICLE MOBILE PARTICLE CONTAMINANT BOUND TO STATIONARY PARTICLE CONTAMINANT IN SOLUTION Gambar 2. Ilustrasi transpor radionuklida di dalam air tanah (koloid yang bergerak berpotensimempercepat transport radionuklida)[7]. KEBERADAAN KOLOID DALAM AIR TANAHMcCarthydanDegueldre menyimpulkanbahwakoloidterdapat melimpahdalamairtanahdanberada dimana-mana[6].Koloidterdeteksidalam berbagaisampelairtanahyang dikumpulkandariberbagaimacammacam aquiferdenganformasigeologiyang bervariasi.Dalamlaporannya,McCarthy danDegueldremengamatibahwa kelimpahruahankoloiddipicuoleh perubahanhidrogeokimiadalamsistem aquifer,terutamapadakegiatan penyimpananlestarilimbahradioaktif[6]. Studi menunjukkan perubahan kimia larutan mengakibatkanpeningkataninteraksi repulsiantarakoloiddankolektorsehingga memobilitasi koloid[6].Gangguanjugapadahidrolikaquifer dapatmeningkatkantimbulnyakoloid, contohnyakecepatanaliranyangtinggi melaluiretakanbatuan,infiltrasiolehhujan deraspeningkatanlajupemompaanselama pengambilansampeldanlain-lain. Gangguan-gangguanituakanmeningkatkan konsentrasi koloid dalam air tanah. PERCEPATAN TRANSPORT KOLOIDDidalamairtanahsebagianbesar fasekoloidbersifatsebagaisorbenyang efektifterhadapkontaminanyang berkelarutanrendahkarenakoloid mempunyaiukuranyangkecildanluas permukaanyangbesar.Koloidanorganik banyakterdapatdalamairtanahseperti tanahliat,oksida-oksidalogam,karbonat-karbonatyangsangatefektifmengadsorpsi radionuklidadanlogam-logamdengancara pertukaraniondanreaksikomplekpada permukaannya.Jikaasosiasikoloiddengan kontaminantidakkuatmakaadanyakoloid tidak menjamin adanya transpor kontaminan yangdiembanolehkoloidterjadi[6].Gambar2menggambarkanmekanisme transporkoloidyangmungkinterjadidi dalam air tanah.PENGARUH UKURAN BUTIR TERHADAP DEPOSISIDidalamaquiferukuranpori pathwaysangatberagamdemikianhalnya denganukurankoloidnya.Koloiddengan ukuranbutiryangbesarmisalnya2000nm akanterfiltrasidalamukuranporipathway yanglebihkecil,danataupadaukuranpori pathwayyanglebihbesardanterjadi Prosiding Seminar NasionalTeknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086 Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK 214 penumpukankoloidakibatinteraksidouble layeryangmempersempitporipathway sehinggamobilitaskoloidselanjutnya terhambat.Secarateoripengaruhukuran butirkoloiddapatditerangkandengan persamaan sebagai berikut[7] :T=v+E (1) dimana T = energi interaksi total, v = energi interaksi van der Waals, E = energi interaksi electrical double layer. Selamaukurankoloidlebihkecildari ukurankolektor,interaksidarikoloiddan butirandapatdiasumsikanbahwakolektor sebagaiinfiniteplanedankoloidsebagai partikel sferis. Selanjutnya interaksi van der Waals dapat dinyatakan sebagai[7]:(((

|||

\|p pp pv+ hh++ ha+haA= 2aln2a 6 (2) AadalahkonstantaHamaker,apjari-jari partikel,hjarakpisahantaradua permukaan.Energipotensial(Electrical DoubleLayer)EDLuntukpermukaanbola danplaneinfinitdiformulasikansebagaiberikut [7]: ( )pp2222pE+ ha+ + [ + nkT= 2a22212 1 212{ }] ) ( +h) (h) ( +x 2 exp 1 lnexp 1exp 1ln )` (3) dimana, 2 dan adalah:2=2e2nkT(4) =ekT(5) karaktern,e,,,dansubscript1,2 berturut-turutadalahdensitasbulkion, muatanelektronelementer,konstanta dielektrikair,potensialpermukaandan indikasi dari partikel dan kolektor.Daripersamaan-persamaandiatas dapatdiketahuiadanyahubunganantara ukuranpartikelkoloiddenganenergi potensialnya. Semakin besar ukuran partikel gayatarikmenarikvanderWaalssemakin tinggisehinggakoloidbertendensiuntuk membentukagregat,sedangkansemakin kecilukurankoloidgayatarikmenarik semakinkecildangayatolakmenolak semakinbesarsehinggakoloidberadapada kondisistabildanmampubermigrasisesuai dengan kecepatan air tanah.CALONTAPAKPOTENSIALPENYIMPANANLESTARILIMBAH RADIOAKTIFKegiatanpenyiapantapakuntuk penyimpananLRdiP.Jawadansekitarnya inisebenarnyatelahdimulaisejaklama, dimanakegiatanterdahulutelahdilakukan padasejumlahwilayahyangditunjukoleh BATAN.Sepertikegiatan:(1).Surveidi KepulauanKarimunjawa(1989-1990) ,yaitu diPulauGenting,menunjukkanbasaltic lavahostrock,dandiPulauParang, menunjukkanbasalticlavahostrock , )(2)SurveidiKepulauanMasalembu (1989-1990),yaitudiPulauMasalembu, menunjukkanandesiticlavahostrock,di Pulau Masakambing, menunjukkan andesitic lavahostrock,dandiPulauKeramaian, menunjukkanandesiticlavaandsandstone hostrocks,(3)EvaluasidatasekunderPPTNSerpong(19902005) ,menunjukkan volcanic host rocks (tuff, conglomeratic tuff, tuffaceoussandstone),(4)Surveidi SemenanjungMuria(1990-2005), menunjukkan volcanic host rocks[8-11]. Untukmelengkapistudihostrock fasilitasdisposallimbahradioaktifmaka batuanlempungperlupulauntuk diintroduksikan sebagai salah satu calon host rockdisposallimbahradioaktifkarena termasukjenisbatuanyangjugatelah dipakaiuntuklokasidisposallimbah radioaktifdinegaralain[12-13]. Selanjutnya padatahun2006secaraselintastelah dilakukanstudipustakadanpengecekan singkatkelapangandenganhasil diperolehnyabeberapawilayahyang menariksepertiKarawang,Subang, Majalengka,Tambakrogo,Tubandan Madura. Darijenisbatuanpadacalontapak potensialpenyimpananlestarilimbah radioaktifyangtelahdisurvey, Prosiding Seminar NasionalTeknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086 Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK 215 kebolehjadian timbulnya koloid yang berasal darimaterialalamisangatbesar.Contohnya batuantuff,conglomeratictuff,tuffaceous sandstone,lempungsangatberpotensiuntuk membentuk koloid alami yang nantinya akan mempercepattransporradionuklidadari fasilitaspenyimpananlestarilimbah radioaktif ke biosfir. Selaindarijenisbatuan,curahhujan yangtinggidenganperiodedanperubahan intensitasmerupakankeadaanalamiyang akanmempengaruhikestabilanbatuan sehinggapembentukankoloidalamidapat terjadidenganpopulasidanukuranyang bervariasi. KESIMPULANPada sistem penyimpanan lestari baik yangberupapenyimpananpadatanah dangkaldanformasigeologidalam(deep geological),kehadirankoloiddapat mempercepattransporradionuklidake biosfir.Aktinida yang tidak mudah berpindah (immobile),akandapatbermigrasidengan sangatcepatsepertikecepatanairtanahbila diembanolehkoloid.Untukituperlu dilakukankajianyanglebihmendalam tentangtransporradionuklidayang dipercepat oleh adanya koloid.Secara teori pergerakan koloid sangat dipengaruhiolehukuranbutirnya.Halini dapatdilihatdaripersamaanDLVOyang menyatakanbahwagayavanderWaals sangat dipengaruhi oleh radius dari koloid.Berdasarkanstuditapakpotensial penyimpananlestarilimbahradioaktif kebolehjadiantimbulnyakoloidalamidari batuan sekitar tapak sangat besar. PUSTAKA 1.PENROSEW.R.,POLZERW.L., ESSINGTONE.H.,NELSOND.M., andORLANDINIK.A.,Colloid-FacilitatedTransportofStrongly Sorbing Contaminants in Natural Porous Media:ALaboratoryColumnStudy.J. Sci. Technol., 30 P. 3118-3123 (1996) . 2.MAGARITZM.,AMIELA.J., RONEND.,WELLSM.C., DistributionsofMetalsinapolluted aquifer:Acomparisonofaquifer suspendedmaterialtofinesedimentsof theadjacentenvironment.J.Contam. Hydrol., 5 (1990) 333. 3.AMRHEINC.,MOSHERP.A.,and STRONGJ.E.,Colloid-assisted transportoftracemetalsinroadside soilsreceivingdeicingsalts.SoilSci. Soc. Am. J., 57 P. 1212-1217 (1993). 4.GROLIMUNDD.,BORKOVECM., BARMETLLERK.,andSTICHERH., ColloidFacilitatedTransportin NaturalPorousMediaEnviron.Sci. Technol. 1996, 30, 3118-3123.5.RYANJ.N.,andELIMELECHM., ColloidsandSurfaces,A: PhysicochemicalandEngineering Aspects 107 (1996) 1-56.6.McCarthy,JF,andC.DEGUELDRE, Samplingandcharacterizationof colloids and particles in groundwater for studyingtheirroleincontaminant transport,inEnvironmentalParticles, vol.2,editedbyJ.BuffleandHPvan Leeuwen,chap.6,pp.247315,Lewis, Boca Raton, Fla., 1993.7.CHINJU H., NAGASAKI S., TANAKA S.,SAKAMOTOY.,TAKEBES.And OGAWAH.,Effectofflowfieldon colloiddepositioninfiltrationprocess ofpolystyrenelatexparticlesthrough columnspackedglassbeads.Journal ofNuclearScienceandTechnology, Vol.38,No.8,p.645-654(August 2001).8.ITB,PreliminarySiteInvestigationfor RadioactiveWasteRepositories (MasalembuIslands),ITB-Bandung 1989. 9.ITB, Preliminary Survey at Genting and ParangIslandsforThelocationof RadioactiveWasteRepository,ITB-Bandung 1990. 10.SUCIPTO,EvaluasiPendahuluan GeologiLingkunganUntukCalon Lokasi Penyimpanan Limbah Radioaktif PLTNDaerahMuriaBagianUtara, Pros. Seminar Teknol. dan Keselamatan PLTN,PPTKR/PRSG-BATAN, Serpong, DBBL2-1 (1995).11.SUCIPTO,PemilihanTapak PenyimpananLimbahRadioaktifdi KawasanPUSPIPTEKSerpong, J.Teknol. Pengelolaan Limbah Vol.9(2), p.28 (Des. 2006). 12.www.world-nuclear.org/info/inf94.html, NuclearPowerinBelgium(August 2007). 13.www.uic.com.au/nip28.htm,Nuclear PowerinFrance,BriefingPaper28 (Dec 2007). Prosiding Seminar NasionalTeknologi Pengelolaan Limbah VIII Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN ISSN 1410-6086 Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK 216