Sigma Epsilon ISSN 0853-9103

Vol.13 No. 4 November 2009

95

STUDI PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF CAIR DENGAN TEKNOLOGI MEMBRAN

Oleh

Tri Harjanto Pusat Pengembangan Perangkat Nuklir - BATAN

ABSTRAK

STUDI PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF CAIR DENGAN TEKNOLOGI MEMBRAN. Pemanfaatan teknologi nuklir menghasilkan limbah radioaktif yang harus dikelola supaya tidak mencemari lingkungan dan masyarakat, diantaranya dengan teknologi membran, khususnya untuk pengolahan limbah radioaktif cair. Studi ini akan membahas teknologi membran untuk mereduksi limbah radioaktif cair supaya volumenya menjadi kecil sehingga memudahkan pengelolaan selanjutnya. Proses pengolahan limbah dengan membran bekerja dengan cara pemisahan patikel pengotor termasuk partikel radioaktif berdasarkan besarnya diameter partikel, atom-atom maupun ion-ion radioaktif yang terlarut bersama air. Pemisahan air dengan partikel radioaktif ini berdasarkan diameter parikel yang terlarut. Partikel yang terlarut dapat berukuran mikrometer, ultrameter maupun nanometer, untuk pemisahan partikel mikro dengan membran mikrofiltrasi, untuk memisahkan partikel ultra dengan membran ultrafiltrasi sedang yang berukuran nano dengan membran nanofiltrasi dan ion-ion dapat dipisahkan dengan membran sistem Reverse Osmosis (RO).

Kata kunci: Limbah radioaktif, pengolahan, teknologi membran

ABSTRACT

STUDY ON PROCESSING OF LIQUID RADIOACTIVE WASTE USING MEMBRANE TECHNOLOGY. Nuclear technology utilization produces radioactive waste that must be managed so that it will not pollute the environment and society, using membrane technology, especially for liquid radioactive waste processing. This study will discuss membrane technology that reduces liquid radioactive waste so that its volume will be smaller and easier to be managed. Waste processing using membrane works by separation particle pollutant belongs to radioactive particle based on particle diameter magnitude, also ion radioactive that dissolved with water. Water separation with this radioactive particle is based on diameter particle that is dissolved. Particle that dissolved having size in micrometer, ultrameter also nanometer. To separate micro particle uses membrane microfiltrasi, to sparate ultra particle uses membrane ultrafiltrasi, to sparate nano particle uses nanofiltrasi and ion detachable with system membrane Revers Osmosis (RO).

Keywords: Radioactive waste, processing, membrane technology

PENDAHULUAN

Pemanfaatan teknologi nuklir di Indonesia telah berkembang dengan pesat, dan mencakup bebagai bidang, akibatnya banyak limbah radioaktif yang ditimbulkan. Bidang yang menghasilkan limbah radioaktif ini diantaranya dari kegiatan pengoperasian reaktor riset, pemanfaatan sumber radiasi dan bahan radioaktif dalam bidang industri, biologi dan pertanian, kedokteran dan penelitian serta dari berbagai proses indusrti yang menggunakan bahan yang mengandung radionuklida alam (Naturally Occurring Radioactive Material / NORM) dan dari kolam irradiasi. Sedangkan di negara-negara maju, limbah radioaktif juga ditimbulkan dari pengoperasian Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) dan kegiatan daur-ulang bahan bakar nuklir (BBN) bekas dan dekomisioning instalasi / fasilitas nuklir. Pengelolaan limbah radioaktif dilaksanakan untuk

mencegah timbulnya bahaya radiasi terhadap pekerja, anggota masyarakat dan lingkungan hidup.

Oleh karena itu pengelolaan limbah radioaktif perlu perhatian serius mencakup pengumpulan, pengelompokan, pengolahan, pengangkutan, penyimpanan sementara dan penyimpanan lestari dan pembuangan limbah (disposal)[1]. Dalam U.U. No. 10/1997 pasal 23 ayat (2). Gambar 1[1] menunjukkan skema pengolahan bahan radioaktif di instalasi pengolahan limbah radioaktif. Pengelompokan limbah radioaktif berdasarkan aktivitasnya diklasifikasikan dalam jenis limbah radioaktif tingkat rendah (LTR), tingkat sedang (LTS) dan tingkat tinggi (LTT). Di P2PLR, berdasarkan bentuknya limbah radioaktif dikelompokkan ke dalam limbah cair (organik, anorganik), limbah padat (terkompaksi/tidak terkompaksi, terbakar/tidak terbakar) dan limbah semi cair (resin). Berdasarkan aktivitasnya dikelompokkan menjadi limbah aktivitas rendah (10-6 Ci/m3 < LTR < 10-3 Ci/m3), limbah aktivitas

Sigma Epsilon ISSN 0853-9103

Vol.13 No. 4 November 2009

96

sedang (10-3 Ci/m3 < LTS < 104 Ci/m3) dan limbah aktivitas tinggi (LTT > 104 Ci/m3).

Gambar 1. Skema pengelolaan limbah radioaktif [1]

METODOLOGI

Sumber limbah radioaktif berasal dari berbagai proses operasi diantaranya adalah[2] :

- Pengoperasian reaktor nuklir pada PLTN dapat

mengeluarkan unsur-unsur radioaktif melalui proses fisi maupun aktivasi. Unsur-unsur tersebut dapat berada dalam bentuk padat, cair maupun gas.

- Ada berbagai macam bahan struktur yang digunakan dalam teras reaktor, antara lain adalah kelongsong bahan bakar. Bahan kelongsong ini dapat mengalami proses aktivasi oleh netron hasil fisi didalam teras sehingga bahan yang semula tidak radioaktif berubah sifatnya menjadi radioaktif sehingga mampu memancarkan radiasi.

- Korosi bahan struktur yang teraktivasi akan terlarut dalam air pendingin primer. Beberapa bahan struktur yang digunakan dalam teras reaktor seringkali di buat dari baja tahan karat, zircaloy, inconel, carbon steel, tembaga alloy dan lain-lain bergantung pada jenis reaktor. Aktivasi netron terhadap bahan-bahan tersebut dapat menghasilkan zat radioaktif seperti Mn-54, Mn-56, Co-58, Co-60, dan Fe-59. Aktivasi netron dapat juga terjadi pada gas-gas yang terlarut dalam air pendingin primer.

- Beberapa zat radioaktif hasil fisi serta unsur-unsur hasil aktivasi memiliki umur paruh yang panjang sehingga perlu juga mendapat perhatian dalam penanganan.

- Kebocoran kelongsong bahan bakar dan proses korosi bahan struktur dapat mengakibatkan terlarutnya unsur-unsur hasil fisi dan aktivasi kedalam air pendingin primer. Namun air ini tetap tersimpan rapat dalam tangki reaktor dan tidak akan terjadi kontak langsung dengan air pendingin sekunder. Oleh sebab itu, terlepasnya zat radioaktif ke dalam air pendingin primer tidak akan menyebabkan keluarnya zat radioaktif dari tangki reaktor.

- Pengoperasian irradiator. - Limbah rumah sakit yang menggunakan

radiofarmaka. Berdasarkan alur proses pengolahan limbah

Gambar 1 maka mereduksi volume harus dilakukan, diantaranya adalah dengan teknologi pemisahan yaitu filtrasi berbasis membran. Limbah yang telah mengalami reduksi volume selanjutnya dikondisioning dalam matrik beton, aspal, gelas, keramik, sindrok, dan matrik lainnya, agar zat radioaktif yang terkandung terikat dalam matrik sehingga tidak mudah terlindi dalam kurun waktu yang relatif lama (ratusan / ribuan tahun). Pengolahan limbah ini bertujuan agar setelah ratusan / ribuan tahun sistem disposal ditutup (closure), hanya sebagian kecil radionuklida waktu-paruh (T1/2) panjang yang sampai ke lingkungan hidup (biosphere), sehingga dampak radiologi yang ditimbulkannya minimal dan jauh di bawah NBD yang ditolerir untuk anggota masyarakat.

HASIL DAN DISKUSI

Selama dasa warsa terakhir ini perkembangan teknologi membran begitu pesat, baik dalam riset material maupun aplikasinya. Membran bekerja berdasarkan pemisahan antara molekul yang lebih besar dengan yang lebih kecil sesuai besarnya pori-pori membran, dimana radius diameter dari masing-masing molekul atau senyawa telah dapat diketahui secara terukur. Data ini sangat berguna dalam teknologi membran, karena dengan mengetahui diameter zat atau senyawa yang akan kita ambil atau pisahkan dengan mudah kita bisa mencari pori-pori membran yang sesuai. Sekarang ini ada 5 jenis membran berdasarkan spectrum pemisahannya, yaitu : - Penyaringan partikel (particle filtration),

dengan ukuran pori-pori membrane yang digunakan paling kecil mendekati 1 mikron (10-6 meter), partikel ini terbagi kepada dua, yaitu makro partikel dengan ukuran sampai 20 mikron yang masih bisa dilihat dengan mata telanjang, sedang mikro partikel mempunyai ukuran mendekati 1 mikron, yang harus

Sigma Epsilon ISSN 0853-9103

Vol.13 No. 4 November 2009

97

menggunakan alat bantu mikroskop untuk melihatnya.

- Micro filtration, membran yang dapat memisahkan partikel dengan diamater dari 3 0,05 mikron, yang hanya bisa dilihat menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).

- Ultra filtration, dimana range diameter yang bisa disaring oleh membran berkisar dari 0,15 0,0014 mikron, yang hanya bisa dilihat menggunakan SEM.

- Nano filtration, bisa menyaring molekul atau atom dengan range dari 0,0015 0,0008 mikron, juga hanya bisa diamati dengan menggunakan SEM.

- Yang terakhir inilah teknologi yang disebut dengan membran Riverse Osmosis (RO), dikenal juga dengan hyper filtration, proses ini yang banyak digunakan untuk menyaring air untuk kebutuhan air minum, range dari membran ini berkisar dari 0,001- 0 mikron. Sedang material dari membran sendiri berkembang sangat cepat mengikuti keperluan dan sumber daya masing-masing negara yang memproduksinya, ada yang berasal dari polimer, keramik, karbon, zeolit, dan logam. Gambar 2 menggambarkan perbandingan besarnya ukuran partikel dengan ukuran pori membran[3].

Gambar 2. Perbandingan bakteri, virus dan subtilis dengan pori-pori ultra filtrasi[3]

Banyak sekali jenis membran yang sudah

diterapkan dan berhasil dalam mengurangi cost operasi dan efesiensi penggunaan energi. Membran untuk mereduksi limbah radioaktif cair, membran untuk palm oil industry, seperti produksi Free Fatty Acid (FFA) dari palm fresh fruit branc, palm kernel oil filtration, zero waste effluent didalam industri CPO, biogas purification, membrane distillation untuk berbagai proses pemisahan didalam industri minyak bumi dan gas. Membran ultra filtration memiliki ukuran pori yang lebih besar

dibandingkan dengan Reverse Osmosis. Koloid, padatan terlarut, molekul organik dengan berat molekul yang tinggi tidak dapat melalui ultra filtration. Teknologi ini beroperasi pada tekanan 0,2 - 1,4 MPa. Hal ini dimungkinkan karena tekanan osmotik koloid dan molekul organik berada dalam jumlah yang sedikit. Ukuran pori ultra filtration berada pada range 0,001 - 0,01 mikron. Ultra filtration sering digunakan untuk menyingkirkan aktivitas alfa dari uap limbah. Limbah aktinida dalam bentuk koloid atau pseudo-colloidal pada uap limbah radioaktif dapat disingkirkan secara efektif oleh ultra filtration dan dapat digunakan untuk menyingkirkan ion logam terlarut dari larutan dilute aqueous apabila sebelumnya ion tersebut mendapat perlakukan awal untuk pembentukkan partikel padatan (IAEA, 2004)[4]. Gambar 3. Menunjukkan ilustrasi berbagai ukuran membran dan ukuran porinya 3 - 0,05 mikron, 0,15 - 0,0014 mikron, 0,0015 0,0008 mikron, 0,0015 0,0008 mikron.

Gambar 3. Ilustrasi kerja membran Dengan mengetahui jenis dan ukuran

partikel yang terdapat dalam cairan, maka diameter partikel membran dapat dipilih, apakah digunakan jenis membran micro filtrasi, ultra filtrasi, nano filtrasi atau RO. Semakin kecil pori membran semakin tinggi tekanan yang diperlukan sehingga energi yang diperlukan juga semakin besar. Sebagai gambaran untuk membran mikro dan ultra cukup diperlukan tekanan 1 sampai 2 bar, untuk nano tekanan pompa yang diperlukan 5 sampai 10 bar, sedangkan untuk membran RO tekanan bisa 10 sampai 80 bar. Perbedaan cara kerja membran filtrasi dengan filtrasi konvensional adalah sebagai berikut seperti pada Gambar 4. Aliran dilewatkan pada filter, kemudian partikel tertahan oleh filter bahkan partikel masuk kedalamnya, semakin lama partikel semakin menumpuk dan akhirnya buntu dan tidak dapat digunakan lagi atau dibersihkan. Proses pemisahan partikel pada sistem membran dapat dilihat seperti dalam Gambar 5 dimana aliran

Sigma Epsilon ISSN 0853-9103

Vol.13 No. 4 November 2009

98

tetap mengalir dipermukaan membran dan partikel ikut aliran tersebut, kemudian sebagian air yang bersih terpisah melewati pori-pori membran, sisanya yang masih bercampur limbah tetap mengikuti aliran. Partikel yang diameternya lebih besar dari pori-pori membran tidak mampu menembus lapisan tipis pada membran dan mengikuti aliran sisa, sedangkan yang lolos pori-pori dia akan mengikuti aliran hasil maksudnya partikel tidak berhenti pada pori-pori membran, sehingga sistem membran ini tidak mudah mampet.

Gambar 4. Ilustrasi filtrasi konvensional

Gambar 5. Ilustrasi pemisahan partikel limbah dengan air

Pada kurun waktu tertentu permukaan

membran akan menjadi pengotor yang menempel pada dinding membran, seperti pada Gambar 6. Untuk menghilangkan pengotor yang menempel tersebut dilakukan aliran balik atau backwash, tetapi pada membran RO tidak bisa dengan backwash tetapi dengan penggelontoran. Supaya partikel tidak mudah menempel pada dinding membran maka kecepatan aliran diperbesar dengan tekanan rendah. Hal ini tidak harus aliran inputan besar tetapi cukup pada proses aliran filtrasi yang merupakan aliran putaran, seperti pada Gambar 7.

Gambar 6. Ilustrasi partikel pengotor pada dinding membran

Gambar 7. Diagram aliran putar

Dari teori tersebut diatas dapat diperoleh

informasi yang cukup untuk penggunaan membran dalam mengolah radioaktif cair. Terutama untuk mereduksi volume yang besar seperti pada limbah kolam reaktor, kolam irradiasi, tampungan limbah dekontaminasi dan lain-lain, yang volumenya mencapai ribuan liter. Hal tersebut jika tidak direduksi volumenya menyulitkan pengangkutan untuk diolah di pusat pengolahan limbah. Untuk memilih jenis membran serta ukuran membran perlu dianalisa terlebih dahulu unsur yang terkandung dalam limbah cair tersebut. Dari pengamatan jenis unsur yang terkandung maka dapat diketahui diameter unsur pengotornya, sehingga dapat ditentukan apakah menggunakan membran mikro, ultra, nano, atau RO membran. Selanjutnya dibuat disain sistem untuk menentukan debit aliran, tekanan yang diperlukan, dan daya pompa jumlah modul membran dan ukurannya. Untuk lebih ekonomis penggunaan sistem membran ini, modul membran dapat dibuat mobile sehingga sistem dapat dipindah-pindahkan sesuai kebutuhan. Dengan penggunaan modul membran sistem yang mobile ini tentu menjadi sangat ekonomis. Reduksi volume tergantung dari jenis limbahnya, untuk limbah yang tidak kental maka dengan membran ultra dapat direduksi hingga menjadi 10 %.

KESIMPULAN

Secara teoritis penggunaan membran untuk pengolahan limbah radioaktif cair dimungkinkan, terutama untuk mereduksi volume, bahkan untuk volume yang besar menjadi lebih ekonomis dan dapat dipindah-pindahkan dengan mudah.

Sigma Epsilon ISSN 0853-9103

Vol.13 No. 4 November 2009

99

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih kami sampaikan kepada Redaksi Majalah Ilmiah Sigma Epsilon yang telah membantu dalam perbaikan makalah ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. LUBIS, E., Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah, Vol.6, No.2, ISSN: 1410-9565, PTPLR-BATAN, Desember 2003.

2. SOFYAN, H., Teknik Pengukungan Limbah Nuklir, Buletin ALARA PSPKR-BATAN, 1998.

3. CLEVER, M., JORD, F., KNAUF, R., Process Water Production from River Water by Ultrafiltration and Reverse Osmosis, Axiva GmbH, Geb. G811, Industriepark Hochst, D 65926 Frankfurt, E-mail: knauf@axia.com, Universitat Bremen, Stahlwerke Bremen GmbH.

4. ANONYMOUS, Aplication of Membrane Technologies for Liquid Radioactive Waste Processing, Technical Report Series No.431, International Atomic Energy Agency, 2004.

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

/Description > /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ > /FormElements false /GenerateStructure true /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles true /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /NA /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /LeaveUntagged /UseDocumentBleed false >> ]>> setdistillerparams> setpagedevice