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