Prosiding Pcrtcmuan dan Prcsetttasi Ilmiah
PPNY-BATAN Yogyakaria, 2S-27April 1995 Buku II
ID0200094
341PENGARUH PENAMBAHAN GARAM KALSIUM KARBONAT
TERHADAP PROSES PENGENDAPAN LBVIBAH YANG
MENGANDUNG KONTAMBSfAN Am FASE AIR
Isman M.T., Endro K., SukosronoFPNY-BATAN, Jl. Babarsari, P.O. Box 1008, Yo&akaria 55010
ABSTRAK
PENGARUH PENAMBAHAN GARAM KALSJUM KARBONAT TERHADAP PROSES PENCENDAPAN LIMBAH YANG MENGAKDUNG KONTAMINAN Am FASE AIR. Telah dilakukan penelitian untuk mereduksi volume limbah cair yang mengandung kontaminan nuklida Amerecium . Reduksi volume dilakukan dengan menambahkan koagulan kalsium karbonal (CaCOj). Penelitian dilakukan dengan menambahkan koagulan CaCOi ke dalam limbahyangielah diaturpH-nya, kemudian dengan memakai alatjar test dilakukan pengadukan cepat selatna 5 menil dan pengadukan iambat 30 menit, maka akan terbenlukflok dan beningan. Flokyang lerjadi akan mengikat radionuklida yang ada dalatn limbah. Variabelyang diteliti, yaitu: konsentrasi CaCO}, pH'limbah, kecepatan pengadukan cepat dan kecepatanpengadukan lambat. Variabelkonsentrasi CaCOiyangditelili dimulaidari 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800. 900, 1000 sampai dengan 1500 ppm. Variabel pHyang diteliti adalah pH = 7, 8,9, 10, 11, 12, 13. Variabel kecepatan pengadukan cepat yang diteliti adalah 100, 150, 200, 250, 300 rpm. Variabel kecepatan pengadukan lambat yang diteliti adalah 20, 30, 40, 50 rpm. Hasil terbaik diperoleh pada konsentrasi CaCOi 600 ppm, pH =10, kecepatan pengadukan cepat 175 rpm dan kecepatan pengadukan lambat 20 rpm . Pada kondisi ini diperoleh harga faktor dekontaminasi (FD) = 125, efesiensi pemisahan = 99,2%, serta aktivitas Hmbah turun dari 2x10~
iiCi/ml.
menjadi 1,6x10'
ABSTRACT
THE INFLUENCE OF TPJCALSIUM PHOSPHAT SALT ADDITION ON THE PRECIPITATION PROCESS OF THE LIOUID WASTE CONTAINING Am CONTAMINANT. The investigation ofliquid waste volume containing o/Amerecium nuclide contaminant was experimentalty carry out. Tke reduction ofvolume was done by adding CaCOi coagulant. The experimental was done by adding the coagulant of CaCOi to the waste wilh its preadjusted pH, then by ulilizing thejar-lest equipment was carried oul the jast stirring speed for 5 minutes and the gentle agitation for 30 minules, iherefore its floc and the
supernatant will be formed. TKe resulled floc will trap radionuclide in wasle, The variables that was investigated were: the concentration ofCaCOi, pH ofthe waste.Jlash mixing rate, gentle agitation rale. The investigaiion CaCOs concentration wds variedfrom 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, to ISOOppm. The investigation pH'v/as variedfrom pH'= 7,8, 9, 10, 11, 12, to 13. The investigation flash mixing rate was varied from 100, 150, 200, 250, to 300 rpm. The investigation gentle agitation
variabk was variedfrom 20, 30, 40, to50rpm. The best result which was represenied by decontamination factor (DF) was obtainedfrom CaCOi concentration of600ppm, andpH = 10, andgentle agitation rate
of20 rpm, flash mixing rate of 175 rpm. At this condition will be resulted decontamination factor = 125 and separation efflciency — 99,2% and activity ofthe wasle decrease from 2x10' \xCi/ml to 1,6x10' \iCi/ml. ' •
PENDAHULUAN
L
imbah radioaktif timbul akibat adanya operasi fasilitas nuklir, yang berdasarkan bentuk fisiknya dibedakan menjadi limbah radioaktif bentuk padat, cair dan gas. Radionuklida yang ada dalam limbah cair dapat berada dalam bentuk ion-ion, padatan (suspensi) dan koloid. Adapunmaksud pengolahan limbah radioaktif cair adalah untuk mendekontaminasi adanya radionuklida tersebut ataupun untuk pengambilan kembali unsur/senyawa yang bermanfaat. Disamping itu dengan dilakukan pengolahan limbah cair, m e m u n g k i n k a n membuapg residu yang aktivitasnya telah memenuhi persyaratan standar lingkungan. Beberapa macam teknik yang dapat digunakan untuk mengolah limbah radioaktif cair
342 Buku II
Prosiding Perlcmuan dan Presentasi Ilndah PPNY-BATAN Yo&vakarta, 25-27Aprii 1995
adalah dengan cara evaporasi, pengoiahan secara kimia, pengolahan dengan penukar ion.<li2)
Pengolahan secara kimia dengan tnetode flokulasi dan koagulasi mempunyai beberapa keunggulan, yaitu : proses reiatif mudah, sederhana dan biayanya murah. Selain itu pengoiahan secara kimia mampu mengolah iimbah radioaktif cair dengan keasaman yang rendah, kandungan garam yang relatif tinggi dan bermacam-macam radionuklida. Dengan keunggulan ini, maka pengolahan secara kimia mutlak diperlukan sebelum dilakukan pengoiahan secara evaporasi ataupun secara penukar ion.(1'2"3)
Dalam pengolahan secara kimia, radionuklida umumnya terjadi dalam bentuk terhidrat karena adanya perubahan bentuk yang tidak larut akibat adanya penambahan anion atau kation yang sesuai. Penggunaan pengemban yang sesuai sering dilakukan untuk mendapatkan hasil lebih baik. Banyak macam reagen yang dapat dipergunakan da!am pengolahan secara kimia, reagen yang dipergunakan disesuaikan dengan radionukllida yang ada di dalamnya. Salah satu macam reagen yang dapat dipergunakan dalam pengolahan secara kimia adalah karbonat, dengan reaksi koagulasi yang terjadi adalah :
Ca2 CO3 CaCO3
Dari reaksi ini, dapat menurunkan aktivitas nuklida pemancar . Proses koagulasi dan flokulasi yang mengacu dari terbentuknya reaksi tersebut biasa disebut dengan proses soda kapur, disamping itu proses soda kapur juga sering dipergunakan untuk menghilangkan kesadahan air.(4iS'6)
Pada penelitian ini, diamati pengendapan limbah cair fase air yang mengandung kontaminan radionuklida ameresium. Tujuari penelitian adalah untuk mengetahui kondisi yang paling baik untuk pengendapan limbah yang mengandung ameresium dan harga efesien pemisahannya menggunakan koagulan karbonat. Ameresium. adalah radionuklida pemancar , dengan dilakukan koagulasi menggunakan karbonat terhadap limbah yang mengandung kontaminan ameresium dan uranium diharapkan mendapatkan hasil yang baik.
TATAKERJA
Alat: l.JarTest 2. Gelas beaker 3. Kertas saring 4. Pipetefendrof6. Pencacah , a/B Canberra 7. Lampu pemanas 8. pH meter 9. Pipet tetes.
5. Planset 10. Timbangan elektronik. Bahan :
1. CaCO3
2. Limbah Am241 , aktivitas ± 2x10's \iCUml 3. NaOH
4. Akuades Cara Kerja:
Untuk mengetahui pengaruh garam CaCO3 terhadap proses pengendapan limbah cair yang mengandung kontaminan Uranium, dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut:
Diambil cuplikan limbah 300 ml yang telah diaturpH-nya= 10, dimasukkandalamSbuahgelas beker volume 100 ml yang telah diberi nomer 1,2, 3,4,5 masing-masing 50 ml. Di dalam gelas beker yang telah berisi limbah tersebut. selanjutnya dimasukkan koagulan CaCO3 sedemikian rupa sehingga konsentrasi CaCO3dalam larutan menjadi 50 ppm (untuk gelas beker nomer 1), 100 ppm (untuk gelas beker nomer 1), 200 ppm (untuk gelas beker nomer 1), 300 ppm (untuk gelas beker notner 1), 400 ppm (untuk gelas beker nomer 1). Dengan memakai jar test kemudian dilakukan pengadukan cepat dengan kecepatan 150 rpm selama 5 menit dan pengadukan lambat dengan kecepatan 20 rpm selama 30 menit. Setelah pengadukan dihentikan, maka akan terbentuk suspensi padatan yang selanjutnya akan mengenap dan terpisah dari beningannya. Beningan yang terjadi dicuplik, untuk dilakukan pencacahan dengan memakai alat cacah , a/13 Canberra. Dari data hasil pericacahan ini, dapat dihitung besarnya harga Faktor Dekontaminasi (FD), yaitu perbandingan aktivitas sebelum dilakukan pengolahan dengan aktivitas sesudah dilakukan pengolahan.
Setelah diperoleh jumlah koagulan yang optimum, selanjutnya kondisi ini digunakan untuk menentukan pH limbah yang optimum dengan cara yang identik. Variasi harga pH yang dilakukan dalam penelitian yaitu pH= 7, 8,9, 10, 11, 12, dan 13. Dari hasil ini selanjutnya bisa ditentukan pH limbah yang optimum.
Setelah diperoleh kondisi jumlah koagulan, pH Iimbah optimum, selanjutnya kondisi ini digunakan untuk menentukan kondisi kecepatan pengadukan cepat yang optimum dengan cara yang identik. Variasi kecepatan pengadukan cepat dilakukan pada kecepatan 100, 150, 200,250, 300 rpm. Dari hasil ini selanjutnya bisa ditentukan kecepatan pengadukan cepat yang optimum.
Setelah diperoleh kondisi jum/ah koagulan optimum, pH limbah optimum dan kecepatan pengadukan cepat optimum selanjutnya kondisi ini
Prosiding Pertemuan dan Prcsentasi llmiah
PPNY-BATAN Yogyakarta, 2S-27 April 1995 Buku II 343
digunakan untuk menentukan kondisi kecepatan pengadukan lambat yang optimum dengan cara yang identik . Variasi kecepatan pengadukan lambat pada kecepatan 20, 30, 40.. 50 rpm. Dari hasil ini selanjutnya bisa ditentukan kecepatan pengadukan lambat yang optimum.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Penambahan CaCOsHasil percobaan untuk mengetahui penambahan garam CaCCb dapat dilihat dalam tabel 1.
Tabel 1. Pengaruh konsentrasi CaCO3 terhadap faktor dekontaminasi. (Kondisi percobaan pH=9, Kecepatan pengadukan cepat 100 rpm, kecepatan pengadukan lambat 20 rpm.) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [Ca3(PO4)2] (ppm) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 Faktor Dekontatninasi (FD) 8 16 13 15 23 43 39 28 60 53 33 Efisiensi Pemisahan (%) 87,5 93,7 92,3 93,3 95,7 97,7 97,4 96,4 98,3 98,1 97,0 [liiidii Pmintn (t) 100 300 S00 100 900 1100 1300 1500 (0it(ili(SiCiC03 Ipju]
Gambarl. Grafik hubungan antara konsenirasi CaCOi yang ditambahkan terhadap efesiensi penusahan
Jika diperhatikan hasil percobaan pada tabei 1., nampak bahwa semakin tinggi konsentrasi yang ditambahkan maka faktor dekontaminasi yang diperoleh semakin tinggi. Hal ini. membuktikan bahwa koagulan sangat berpengaruh dalam proses pengendapan Am. Koagulan berpengaruh dalam pembentukan sintetis polimer yang akan mempengaruhi pembentukan destabilisasi koloid. Pada penambahan jumlah koagulan sampai dengan 500 ppm harga faktor dekontaminasi yang diperoleh masih relatif rendah. Hal ini disebabkan karena jumlah koagulan yang yang ditambahkan belum cukup untuk mengendapkan kontaminan Am. Untuk jumlah koagulan yang ditambahkan terlalu banyak, maka sintetis polimer yang terbentuk semakin banyak sehingga partikel koloid yang sudah tidak stabil berubah menjadi stabil. Koloid-koloid yang stabil tidak bisa mengendap. Dari hasil percobaan yang tertera pada tabel 1, dapat dikatakan bahwa jumlah koagulan yang ditambahkan sebanyak 600 ppm adalah kondisi yang cukup baik untuk mengedapkan kontaminan Am.
Pengaruh pH
Hasil percobaan pengaruh pH dapat dilihat pada tabei 2. di bawah. Dari tabel tersebut tampak bahwa pH sangat berpengaruh dalam proses pengendapan Am. Am mempunyai sifat bahwa pada keasaman rendah cenderung terhidrolisa membentuk Am(OH)4 dan mengendap. Bertitik tolak dari dari sifat ini, maka untuk pH semakin tinggi mengakibatkaa jumlah ion OH' yang ada dalam larutan semakin tinggi sehingga hasil konsentrasi antara ion OH" dengan ion Am dalam larutan semakin tinggi. Akibatnya jumlah Am yang ikut terendapkan semakin banyak.
Tabel 2. Pengaruh pH Limbah Terhadap Faktor Dekontaminasi. (Kondisi percobaan konsentrasi Ca3(PO4)2 sebesar 600 ppm, kecepatan pengadukan cepat 100 rpm, kecepatan pengadukan latnbat 20 rpm.) No 1 2 3 4 5 6 pH Limbah 7 8 9 10 11 12 Faldor Dekontaminasi (FD) 28 18 34 68 27 • 94 Efisicnsi Pcmisahan (%) 96,4 94,4;- ,. 97,1 98,8 96,3 98,9
344 Buku 11
Prositling Pcrtnmuan dan Prescntasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta, 25-27April 1995
Dari percobaan dapat dikatakan bahwa pH yang optimum untuk mengendapkan adanya kontaminan Am dalam cair adalah pada ± pH=10. Untuk pH yang terlalu tinggi akan menyulitkan proses dikaitkan dengan faktor keselamatan.
Efisiiitifiiiiiili
) 10 II pH Limbth
Gantbar 2. Grafik hubungan antara pH terhadap efesiensi pentisahan
Pengaruh Kecepatan Pengadukan Cepat. Hasil percobaan untuk mengetahui pengaruh kecepatan pengadukan cepat terhadap faktor dekontaminasi dapat dilihat dalam tabel 3.
Tabel3. Pengaruh Kecepatan Pengadukan Cepat Tsrhadap Faktor Dekontami-nasi. (Kondisi percobaan konsentrasi Ca3(PO4)2 sebesar 600 ppm, pH=I0, kecepatan pengadukan lambat 20 rpm.) No 1 2 3 4 5 6 7 8 Kec. Pengadukan cepat . (rpm) 75 100 125 150 175 200 250 300 Faktor Dekontaminasi (FD) 62 68 75 75 107 68 50 50 Efisiensi jj Pemisahan 1
i
!!
<%) i
98,4 1 98,5 1 98,7 | 98,7 ; 99 98,5 98 98Dari tabel 3 tersebut di atas tampak bahwa kecenderungan harga faktor dekontaminasi yang diperoleh mula-mula naik kemudian turun dengan naiknya kecepatan pengadukan. Hal ini kemungkinan disebabkan karena untuk kecepatan pengadukan yang terlalu kecil akan tnenyebabkan dispersi koagulan yang ditambahkan tidak merata sehingga terjadi pengendapan yang terlokalisir dan
harga faktordekontaminasi yangdiperoleh menjadi rendah. Untuk kecepatan pengadukan yang terlalu cepat, kemungkinan menyebabkan reaksi- reaksi kimia dan kimia-fisis yang terjadi kurang sempurna sehingga faktor dekontaminasi yang diperoleh menjadi rendah.
Gambar 3. Grafik hubungan antara kecepatan pengadukan cepat terhadap efesiensi pemisahan Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa kondisi dengan kecepatan pengadukan cepat yang cocok untuk mengendapkan kontaminan Am dalam limbah fase cair adalah ±175 rpm.
Pengaruh Kecepatan Pengadukan Lambat Hasil percobaan untuk mengetahui pengaruh kecepatan pengadukan lambat dapat dilihat dalam tabel 4 di bawah. Dari tabel tersebut tampak bahwa semakin tinggi kecepatan pengadukan, maka harga faktor dekontaminasi yang diperoleh cenderung untuk turun. Kecepatan pengadukan lambat berpengaruh dalam pembentukan flok setelah terjadi proses koagulasi. Formasi flok terbentuk karena partikel-partikel koloid yang sudah tidak stabil saling bergabung satu sama lain yang selanjutnya akan mengendap. Bergabungnya partikel-partikel koloid yang sudah tidak stabil terjadi karena adanya proses pengadukan iambat. Dari keadaan yang demikian maka proses pengadukan Iambat sangat berpengaruh dalam proses. Untuk pengadukanyang terlalu cepat, kemungkinan dapat menyebabkan pecahnya partikel koloid yang sudah tidak stabil menjadi partikel koloid stabil atau dengan pengadukan yang terlalu cepat kemungkinan juga dapat menyebabkan pecahnya gabungan antar partikel koloid tidak stabil yang sudah siap untuk mengendap.
Dari data yang diperoleh dapat dikatakan bahwa kpndisi kecepatan pengadukan lambat optimum terjadi pada kecepatan 20 rpm.
Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah
PPNY-BATAN Yogyakarta, 2S-27April 1995 Buku II 345
Tabel 4. Pengaruh Kecepatan Pengadukan LambatTerhadap Fak-torDekontami-nasi. (Kondisi percobaan konsentrasi Ca3(PO4)2 sebesar 600 ppm, pH=10, kecepatan pengadukan cepat 175 rpm.)
No 1 2 3 4 Kec. Pcngadukan cepat (rpm) 20 30 40 50 Faktor Dekontaminasi (FD) 125 125 68 83 Efisiensi Pemisahan (%) 99,2 99,2 98,5 9S,5 99.4Efisieisi FtaiiiUi (%l 30 <0 50 KttepiUi PnsiJiUi linbih |rpm]
Gambar 4. Grafik hubungan antara kecepaian pengadukan iambat terhadap efesiensi pemisahan
KESIMPULAN
Dari hasil percobaan dan pembahasan di atas dapat diambil kesimpulan bahwa :
1. Koagulan CaCO3 cukup baik digunakan untuk mengendapkan limbah cair yang mengandung kontaminan Am.
2. Kondisi-kondisi yang digunakan untuk proses pengendapan Am terjadi pada jumlah koagulan yang ditambahkan sebanyak 600 ppm, pH = 10, kecepatan pengadukan cepat sebesar 175 rpm, kecepatan pengadukan lambat sebesar 20 rpm. Pada kondisi akan diperoleh faktor dekontaminasi sebesar 125 dengan efesiensi pemisahan sebesar 99,2%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan banyak terima kepada
Bapak Sunardi teknikan pelaksanaan penelitian. Semoga dengan segala amal baiknya tersebut dapat menerima balasan dari Allah Swt. Amin.
DAFTAR PUSTAKA
1. CHAUVET, ?., DIPPEL, T., "Chemical Precipitation, Advanced Management Methods for Medium Active Liquid Waste", Radioactive Waste, CEN and AERE, 198!. 2. SUROTO R.., "Diktat Kuliah Pengolahan
Sampah Radioaktif', Bagian TeknikNuklir, UGM.
3. TECHNICAL REPORTS SERIiiS NO. 89, "Chemical Treatment of Radioactive Waste", International Atomic Energy Agency, Vienna, 1968.
4. IAEA, "Management pf Low & Intermediate Level Radioactive Waste", Vienna, 1989.
5. KAUFMAN, J., N E S B I T T , B . , J . , GOLDMAN.I.M., ELIASEN.R., "The Removal of Radioactive Anions by Water Treatment", Technical Infomiation Service, Oak Ridge, Tennessee, 1951.
6. BENEDICT, M., PIGFORD, T.H. and LEVI H.W., "Nuclear Chemical Engineering, Second Edition", McGraw Hill Book Company, 1981.
TANYA JAWAB
NN1. Pada variabel pengadukan cepat hanya dengan beda 1% faktor pemisahan apa dianggap ini berbeda ? . ,,
2. FD yang ditayangkan' dengan satuan %, tetapi diakhir abstrak tidak menggunakan %.
3. Pada akhir penayangan ditulis pengendapan Am. Pengertian pengendapan menyangkut hasil kali kelarutan, sedangkan koagulasi- flokulasi dlgunakan kopresitcsi saja karena konsentrasi kecil.
Isman Mulyadi
1. Kalau dilihat dari harga efi.sien pcmisahan,
memang tidak kelihatan perbedaan kecepatan pengadukan (hanya 1%). Tetapi jika dilihat dari harga FD (faktor dekontaminasi) yang diperoleh disini sangat jelas perbedaannya.
346 Buku U
Prosiding Perlemuan dan Presentasi lltniah PPNY-BATAN Yogyakarta, 25-27April 1995
—
Ao 100% = 1 1
-FD = faktor dekontaminasi E = operasi pemisahan Ao = aktivitas muia-muia A l = aktivitas setetah pengolahan
2. Harga FD yang saya tayangkan, kelihatannya tidak memakai satuan %, demikian pada tayangan akhir(kesimpulan). Suryantoro
1. Mohon dijelaskan maksimalnya bahwa CaCOi dapat memirunkan aktivitas (dalatn daftar Pustaka).
2. Mohon dijelctskan peristiwa kontaminasi Am terhadap limbah hasil olah ulang.
Isman Mulyadi
1. Adanya kontaminan dalam Iimbah dapat mengenap dengan beberapa cara, yaitu a. Pengenapan secara langsung
b. Terperangkap di dalam flak
c. Ternetralisir muatan koloid sehingga bisa menempel dalam lapisan difiisi dalam flok CaCOj
2. Mekanisme proses olah ulang pertama-tama dilakukan "de clading" kemudian dilanjutkan dengan pelarutan. Proses selanjutnya adalah ekstraksi. Dalam proses ekstraksi tidak mungkin setiap unsur dapat terekstrak secara sempuma. Demikian juga untuk unsiir aktinida juga tidak mungkin dapat terekstrak secara keseluruhan. Akibat dati proses ini akan timbul dua kelompok, yaitu kelompok mayor aktinida (bisa disebut sebagai limbah TRU) & kelompok minor aktinida. Pada kelompok minor aktinida inilah Am berada.
