328 ISSN 0216 - 3128 Teddy Sumantri, dkk.

KOBALT PADA TUFAAN DARI CALONLEMAHABANG

SORPSIPENYIMPANAN LIMBAHNANJUNG MURIA

DITAPAKSEME-

PENDAHULUAN

Tujuan penyimpanan limbah terse but ialahisolasi radionuklida dalam limbah, sebagaiperlindungan bagi lingkungan hidup clarikontaminasi dan bahaya radiasi, pada generasi saatini dan yang akan datang. Dalam hal ini resikopotensial yang banyak clibiearakan, ialah berkaitandengan skenario secara normal penyebaranradionuklida ke biosfir. setclah suatu peri ode

T elah disepakati dibanyak negara bahwapenyimpanan limbah dekat permukaanmerupakan opsi untuk limbah aktivitas rendah dansedang [1-3]. System penyimpanan limbah tersebutmeliputi susunan penghalang gancla, penghalangrekayasa dan penghalang alami. Penghalangrekayasa terdiri atas imobilisasi limbah, wadahtahan korosi, bahan urug dan bahan penyangga,serta bangunan fasilitas penyimpanan. Sedangkanpenghalang alami ialah berupa formasi geologi,lingkungan fasilitas penyimpanan.

Teddy Sumantri, Menik Rahmawati, Sucipta, Pratomo Budiman SastrowardoyoPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioakti( BATAN, Serpong

ABSTRAK

SORPSI KOBALT PADA TUFAAN DARI CALON TAPAK PENYIMPANAN LIMBAH DI LEMAHABANG SEMENANJUNG MURIA. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari interaksi radionuklida

ter/anll dalam air tanah dengan komponen batuan yang dilaluinya sebagai bagian dari analisis keselamatanpenyimpanan limbah. Kobalt digunakan dalam penelitian ini. demikian pula tufaan digunakan sebagaicontoh batuan dari calon tapak £Ii Lemahabang Semenanjllllg Muria. Metode catu dengan pengocokandiadopsi untuk mempelajari isoterm sorpsi dan pengamh karbonatterhadap so/psi. Hasilmemperlihatkanafinitas sorpsi yang besar, koefisien distribusi dan kapasitas sorpsi yang tinggi yang mempakan faktorfavorable bagi retensi migrasi radionuklida dalam air tanah. SO/psi kobalt pada tufaan mengikuti suatuaturan Freundlich yang menandakan proses sorpsi te/jadi pada lokasi yang beraneka. Adanya karbonatdalam fasa larutan meningkatkan serapan kobalt. Diharapkan Illlsil )'ang diperoleh dapat diaplikasikandalam model migrasi radionukida, yang selanjutnya modeltersebut dapat digunakan sebagai rekomendasibagi penyusllllan rancang bangun penyimpanan limbah sistem lanah dangkal da"; calon tapak penyimpananlimbah £IiLemalwbang Semenanjllllg Muria.

ABSTRACT

SORPTION OF COBALT ON TUFACEOUS FORMATION FROM CANDIDATE SITE OF WASTEDISPOSAL AT LEMAHABANG MURIA PENINSULA. This work was carried out in order to study the

interaction of radionue/ides dissolved in ground water with rock formation through which it passesfor safetyanalis)'s of radioactive waste disposal. Cobalt was used for this sllldy. as well as tuffaceous media ji-omcandidate site at Lemahabang Muria Peninsula. Simple batch experiment was adopted to study sorptionisotherm and influence of carbonate. The results have shown a high affinity. fast kinetics, high coefficientdistribution and sorption capacities which are favourable factors for slowing down radionue/ides migrationin ground water. The sorption of cobalt on the soil conform the Freundlich law which indicates that sorptionprocess occured on the heterogen site. The presence of carbonate in aqueous phase increased thedistribution coefficient. It is hoped that the results could be applied in the radionue/ide migration models andmight be used as a recommandation for the site preparation of shallow-land burial facility at theLemahabang of Muria Peninsula.

pengungkungan [4,5]. Dihipotesakan bahwaterjadinya kerusakan penghalang rekayasa tersebutialah akibat intrusi air tanah, yang menembusbahan penyangga dan bangunan fasilitas, korosiwadah limbah dan pelarutan isinya, diikutipelepasan radionukklida ke geosifir, yaitu dilingkungan fasilitas. Sepanjang jalur migrasinya,dua fenomena yang mengontrol penyebaranradionuklida terse but ialah hidrodinamika air tanah,dan interaksi radionuklida terlarut dalam air tanah

dengan komponen batuan yang dilaluinya secarasorpsi. Langsung atau tidak langsung proses sorpsiakan memberikan kontribusi bagi retardasi migrasiradionuklida. Karena itu formasi batuan sekitar

tapak penyimpanan limbah akan merupakan barierfundamental bagi penyebaran radionuklida. Untukevaluasi jangka panjang perlu dipelajari evolusipenyebaran radionuklida dalam model-modelmigrasi. Penelitian 1111 dilaksanakan untukmemperkirakan kapasitas penghalang alami, yanghasilnya akan disumbangkan bagi pengkayaan data!Jose tentang perilaku radionuklida di geosfir, untuk

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Teddy Sumalltri, dkk ISSN 0216 - 3128 329

(1)

selanjutnya diaplikasiklan dalam model migrasiradionuklioda dalam pengkajian keselarnatanpenyimpanan limbah radioaktif sistem dekatpermukaan. Metode eatu dengan pengoeokansederhana diadopsi untuk mempelajari isotermsorpsi kobalt pada tufaan, serta pengaruh karbonatterhadap sorpsi tufaan. sebagai eontoh penghalangalami, yang diperoleh dari sekitar ealon tapakpenyimpanan limbah di Lernahabang SemenanjungMuria. Kobalt dipilih sebagai model radionuklida,yang salah satu nuklidanya, kobalt-60, banyakterdapat dalam limbah sebagai "hasil samping" darikegiatan di bidang kedokteran, industri dan riset.

Dalam penelitian ini kuantifikasi sorpsidilakukan dengan pengukuran koefisien distribusi,yaitu yang didefinisikan sebagai ratio konsentrasiradionuklida pada padatan dan dalam larutan, padakesetimbangan [5].

Kd = [Col[Co1

Dalam kaitan ini Kd ialah koefisien

distribusi, [Co], dan [Co]\ rnasing2 ialahkonsentrasi kobalt pada padatan dan dalam larutan,pada kesetimbangan.

Pengukuran-pengukuran dimulai dengankondisi yang paling sederhana, dengan penggunaanair mumi untuk studi kinetika dan isoterm sorpsi.Hasil yang diperoleh diharapkan dapatdiaplikasikan dalam model-model migrasi radio­nuklida, yang selanjutnya dapat disumbangkansebagai rekomendasi bagi penyu-sunan raneangbangun penyimpanan limbah radioaktif sistemtanah dangkal di Lemahabang Semenanjung Muria.

TAT A KERJA

Balrall dall Alat

penelitian dan dipublikasikan, diantaranya ialahseperti dalam publikasi [6-7], dan telah banyakdilakukan di P2PLR-BATAN [8-10]. Masing­masing fasa 0,1 g padatan tufaan ditempatkandalam botol polyethylene. Untuk pereobaan isotermsorpsi, larutan yang mengandung Co2+

ditambahkan dalam jumlah yang bervariasi, yangdengan penambahan air hingga volume 15 ml,diperoleh konsentrasi 10 sid 3000 ppm. Denganeara yang sarna, untuk pengaruh karbonatditambahkan larutan NaHC03 pada konsentrasiCo2+ 100 ppm, hingga diperoleh konsentrasikarbonat dalam larutan bervariasi 0 sid 0,02 N.

Pengoeokan dilakukan dengan bantuan alatroll/ing shaker pada 276 rpm, selarna 6 hari. Lalupemisahan fasa padatan dan fasa eairan dilakukandengan bantuan syringe micro-filter 0,45 Jlm. Kedalam filtrat, pada volume 10 ml, ditambahkanHN03pekat. Dan diukur serapannya denganbantuan SSA

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil percobaan isoterm sorpsi disajikanpada Gambar I, sebagai variasi konsentrasi kobaltterserap pada tanah, [Co], sebagai fungsikonsentrasi kobalt dalam larutan, [Co]" padakesetimbangan. Tampak konsentrasi kobalt terse rappada tanah, naik seeara progresif sebagai fungsikonsentrasi dalam larutan, hingga dieapai suatudataran yang dinyatakan sebagai kapasitas sorpsi(C.), dan diperoleh C. = 2.26 eq/kg.

3.0

oC. = 2,261 eklL

+­N~

~ 1.0

(2)

Gambar 1. /soteml sorpsi kobalt pada tufaan.

Penyajian dalam bentuk logaritmik, padaGambar 2, diperlihatkan bentuk linier, yangmenyatakan isoterm sorpsi mengikuti suatu aturanFreundlich. Hal terse but dapat diintepretasikanafinitas sorpsi kobalt pad a tanah terjadi pada sitesorpsi beraneka [11]. Seeara matematis aturanFreundlich dapat ditulis sebagai [6].

Bahan utama yang digunakan meliputisampel tufaan, Co(N03h, NaHC03, dan HN03

pekat. Peralatan utama yang digunankan meliputialat SSA, serta botol2 polyethylene, syringe micro­filter 0,45 Jlm, roll/ing shaker.

Sampel tufaan diambil dari LemahabangSemenanjung Muria, yang setelah dikeringkan suhu100°C, selarna 2 jam. digerus seeara perlahan, laludiayak dan diambil fraksi ukuran 60-90 mesh.

Pereaksi-pereaksi yang disediakan meliputilarutan kobalt pada konsentrasi 0, IN, dan larutankarbonat (bikarbonat) 0,03 N.

Cara Kelja

Teknik percobaan yang dilakukan, ialahseperti yang telah banyak dilakukan dalam berbagai

0.0

O.OE+OO 2.0E-02 4.0E-02 6.0E-02

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

330 ISSN 0216 - 3128 Teddy Sumantri, dkk.

atau dalam bentuk logaritmik :

log(Col = logC. + n.1ogK + n.1og(Col (3)

percobaan, penggunaan satuan yang digunakan,dll[4] ..

5000

4000

o~ 3000

~..,::( 2000

0.0150.005 0.01

1000

dalam kaitan ini Ca dan K masing-masing ialahkapasitas sorpsi dan kesetimbangan sorpsi. Daripengukuran kemiringan diperoleh n = 0,77.Penentuan intercept pada sumbu asal, sertamenggunakan nilai Ca diatas, diperoleh tetapankesetimbangan K = 1,60 1/eq. Selanjutnya, dariperhitungan menggunakan persamaan (3), untukkonsentrasi kobalt dalam larutan yang rendah [Co],= 10-6 ek/1, dipero1eh koefisien distribusi Kd =1000 1/kg. Harga-harga tersebut merupakankonstanta empiris, karena mekanisme sorpsikemungkinan terjadi secara pertukaran ion antaraion kobalt dalam larutan dan ion-ion exchangeablepada mineral2 penyusun batuan tuffan yangdipelajari.

10,00 Gambar 3. Pengaruh karbonat terhadap sorpsikobalt pada tufaan.

~ 1,00S ~CQU 0,10

Untuk dapat diaplikasikan dalam modelmigrasi, data yang diperoleh dengan metode iniperlu dibandingkan dengan hasil metode lain;metode dinamik dilaboratorium, studi-studidilapangan maupun analog natural, yaitu denganmaksud akan diperoleh hasil yang lebihkomprehensif.

Gambar 2. Belltllk logaritmik isoterm sorpsikobalt pada tufaan.

Hasil percobaan pengaruh karbonatdisajikan pad a Gambar 3. Pada gambar tersebutdiperlihatkan adanya kenaikan secara eksponensialnilai koefisien distribusi, Kd, sebagai fungsikonsentrasi karbonat [HCO)-] dalam larutan. Darifakta tersebut dapat dinyatakan bahwa adanyakarbonatlbikarbonat dalam larutan dapatmeningkatkan sorpsi. Seperti banyak diketahuibahwa nilai koefisien distribusi sangat tinggi padakonsentrasi karbonat yang biasa ada dalam airtanah, yaitu sekitar 10-2 sid 10-1 N [4.5).

Tcntang kcbcnaran hasil yang dipcroleh,idcalnya dilakukan perbandingan terhadap standar,Namun standar untuk pcnelitian ini sangat jarangdiperoleh. Karena itu biasanya pembandingandilakukan terhadap hasil antar laboratorium.Walaupun masih akan dijumpai beberapa kesulitankarcna pcrbcdaan karatcristik data, kondisi

0,01

I,OF..-05 I,OF..-04 I,OE-03 I,OF..-02 I,OE-OI

ICoHI, (ek/L)

KESIMPULAN

Sorpsi kobalt pada tufaan dari calon tapak

penyimpanan limbah radioaktif LemahabangSemenanjung Muria memperlihatkan afinitas yang

besar: kapasitas sorpsi dan koefisien distribusi yangtinggi (Co = 2,261 eq/kg dan Kd = 1010 1/kg) yang

merupakan faktor favorabel bagi retensi migrasiradionuklida dalam air tanah. Adanya karbonatdalam fasa larutan, untuk simulasi kondisi air

tanah, membcrikan kenaikan koefisien ditribusi.

Hal ini akan merupakan faktor pendukungtambahan. Dengan metode pengocokan sederhana,

telah diperoleh data baru dan penting tentang sorpsipada bahan alami, yang dapat disumbangkan untuk

pengayaan 'bank data' tentang kelakuanradionuklida di geosfir. Selanjutnya setelahdibandingkan dengan data metode lain; metodedinamik dengan kolom dilaboratorium, maupun

studi-studi dilapangan dan analog natural,

diharapkan hasil ini dapat diaplikasikan dalammodel-model migrasi untuk evaluasi penyimpananlimbah radioaktif.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, B Juli 2003

Teddy Sumantri, dkk ISSN 0216 - 3128 331

PUST AKA

1. IAEA, "Radioactive Waste Management, AnIAEA Source Book", Vienna (1992).

2. IAEA, "Rieview of Available Option for LowLevel Radioactive Waste Disposal", IAEATECDOC-661, Vienna, Jully 1992.

3. IAEA, "Classification of Radioactive Waste",Safety Series No 11-G-1.l, Vienna, 1994.

4. B.S. JENSEN, "Migration phenomena ofradionuc1ide into the geosphere", HarwoodAcad.Publ.Chur.( 1982).

5. I.G. MCKINLEY, J.HADERMANN:"Radionuclide sorption data base for Swisssafety assesement", NAGRA-CEDRA, TR 84­40, Wurenlingen-Switcherland (1985).

6. M.O. MECHERRI, P. BUDIMANSASTROW ARDOYO, Je. ROUCHAUD, M.FEDOROFF, "Study of Neodymium Sorptionon Orthose and Calcite for Radionuc1ide

Migration Modelling in Groundwater",Radiochim.Acta 50,169 (1990).

7. ARB. MARTIN, SOFYAN YATIM, P.BUDIMAN SASTROW ARDOYO, "SorpsiCesium pada Tanah sekitar Calon TapakPenyimpanan Limbah Radioaktif SystemTanah Dangkal Kawasan Serpong", ProsidingPertemuan dan Presentasi Ilmiah

Penelititan Dasar dan Teknologi Nuklir,PPNY BATAN Yogyakarta (1993).

8. DEW1 SUS1LOWATI, MARWOTO, ARB.MARTIN, P. BUDIMAN SASTROW AR­DOYO, "Sorpsi Cesium Pada LempungSayati", Prosiding Seminar Teknologi dan

Keselamatan Reaktor, serta FasilitasNuklir, PRSGIPPTKR BATAN - Serpong(1994).

9. P. BUDIMAN SASTROWARDOYO, "Penga­ruh Karbonat dan EDT A terhadap SorpsiNeodimium Kalsit", Prosiding Seminar Sainsdan Teknologi Nuklir, PPTN BATAN ­Bandung (1994).

10.ARB. MARTIN, P. BUDIMAN SASTRO­WARDOYO, M. ILHAM PRATOPO, HENISUSENO, "Pengaruh Karbonat dan EDTATerhadap Sorpsi Cesium pada Tanah Serpong",Prosiding Seminar Teknologi danKeselamatan Reaktor, serta FasilitasNuklir, PRSGIPPTKR BATAN - Serpong(1994).

11.B.M.W. TRAPNELL,M.A.,Phd., "Chemi­sorption", Butterworths Scientific Publ.(1955).

TANYAJAWAB

Sinta

Mengapa digunakan Co-60

Teddy Sumantri

Cobalt dipilih karena salah satunuklidanya Co-60, banyak dalam limbahsebagai hasi/ samping dari kegiatan dibidang kedokteran industri dan riset.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi limiah Penelitian Dasar limu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003