IMOBILISASI KONSENTRAT LIMBAH CAIR AKTIVITAS RENDAH SHELL NOMOR 17 A
Bahdir Johan, Tri Salyo, Kuat Heriyanto, Tarmusid, Suparno, Sarjono, Syarip Unus, Bambang Sugito
Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK
IMOBILISASI KONSENTRAT LIMBAH CAIR AKTIVITAS RENDAH NOMOR SHELL 17 A. Telah dilakukan imobilisasi konsentrat LCAR yang mengandung 137CS, 56Mn, 60Co dan 89Sr menggunakan matrik semen Portland type I dan pasir. Uji kualitas hasil imobilisasi meliputi
densitas, kuat tekan dan uji lindi. Benda uji dibuat dengan cara mengambil adonan semen dari dalam shell 950 liter nomor 17A, dicetak menjadi bentuk silinder dengan diameter 50 mm dan tinggi 50 mm. Densitas diukur dengan cara menimbang dan mengukur volume benda uji, kuat tekan dengan alat buatan “Paul Weber” dan media pelindi dugunakan air bebas mineral. Diperoleh hasil densitas ρ = (2,40 ± 0,01) g.cm-3, Kuat Tekan Γ = (29,10 ± 0,19) N.mm-2, dan laju lindi Rn = 1,40 x 10-2 sampai dengan 3,50 x 10-3 g.cm-2.hari-1. Paparan dosis pada kontak permukaan Do=0,015 mrem.jam-1 dan pada jarak 1 meter D1 = 0,014 mrem.jam-1. Laju dosis
diluar interim storage Dout = 0,016 sampai dengan 0,0135 mrem.jam-1. Berdasarkan hasil kajian
ini kualitas blok beton hasil imobilisasi konsentrat LCAR dalam shell 950 liter nomor 17A telah memenuhi standar Kualitas IAEA.
ABSTRACT
IMMOBILIZATION OF LOW LEVEL LIQUID WASTE CONCENTRATE IN THE SHELL NUMBER 17A. the immobilization of concentrate containing 137Cs, 56Mn, 60Co and 89Sr in the Portland cement type I and sand matrix has been done. The quality test comprised density, compression strength and leaching test. Samples were made by molding the mixed pasta taken from shell number 17 A into plastic cylinders (50 mm in diameter, 50 mm in high). Density was determined by weighing and volume measuring, compression strength was determined using Paul Weber and the leach media was demineralized water. The result were 2.40+ 0.01 g.cm-3 in
density, 29.10+0.19 N.mm-2 in compression strength, and 1.40x10-2 to 3.50x10-3 g.cm-2.day-1. The contact radioactive dosage of shell number 17A was 0.015 mrem.h-1 and 1 m distance was 0.014 mrem.h-1. The dosage rate outer the interim storage facility was 0.016 mrem.h-1 to 0.0135
mrem.h-1. according to the assessment of the quality, the immobilized waste has been full fill
the IAEA quality standard.
PENDAHULUAN
Limbah cair aktivitas rendah (LCAR) di Reaktor Serba Guna GA Siwabessy (RSG GAS)berasal dari limpahan air kolam , buangan air pada saat venting pendingin utama, air bekas dekontaminasi dan kondensasi sistem ventilasi. Perkiraan volume limbah cair aktivitas rendah per tahun berjumlah 1105,50 m3 dengan aktivitas ≤ 10-2Ci.m-3. Limbah tersebut ditampung dalam
dua buah tangki penampung KBB 01 dan KBB 02 dengan kapasitas volume masing-masing tangki 20,0 m3[1].
Untuk melakukan pengelolaan limbah terpadu, limbah cair dari RSG-GAS dikirim dan diserahkan kepada Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif (IPLR). Proses pengiriman dan penyerahan limbah ini dilakukan apabila tangki penampung LCAR telah penuh dan petugas pengelola limbah di RSG-GAS
mengajukan permohonan kepada petugas pengangkutan di IPLR untuk memindahkan LCAR tersebut ke tangki penampungan di IPLR. Selanjutnya Sub Bidang Pengangkutan dari Bidang Pengolahan Limbah Radiokatif (BPLR- P2PLR) mengangkut limbah tersebut dengan menggunakan truk khusus untuk pengangkutan limbah cair.
Pada proses pengangkutan limbah, dosis ekivalen transporter yang mengangkut limbah niklir harus memenuhi persyaratan laju dosis pada permukaan kontak < 10 mrem.per.jam, laju dosis didalam kabin pengemudi < 0,75 mrem.per.jam[2].
Apabila limbah yang diangkut dari RSG-GAS telah sampai di IPLR, petugas pengangkut limbah melaporkan kepada petugas Sub Bidang Operasi Evaporasi untuk memasukan limbah cair ke dalam tangki penampung R 22001A atau R 22001B atau R22001D di ruang 3.B.01. dengan volume masing-masing 50,0 m3. Untuk memudahkan pengolahannya, limbah cair terlebuh dahulu direduksi volume dengan metode evaporasi. Sebelum di evaporasi terlebih dahulu dilakukan analisis di laboratorium.
Apabila LCAR telah memenuhi syarat untuk diproses, pihak laboratorium akan merekomendasikan agar dilakukan proses evaporasioleh Sub Bidang Pengolahan Limbah Cair di ruang 4.B.01. yang dikendalikan secara otomatis dari panel kontrol diruang 2.0.13.
Karakteristik limbah cair yang dapat di evaporasi[3] adalah kadar ekstark kering ≤ 5,0 gram.liter-1, aktvitas spesifik 1,0 x 10-6 < A ≤ 10-2 Ci.m-3, tidak
mengandung bahan organik pH ≥ 7, kandungan klorida dibawah 0,10 gram.liter-1.
Dari proses evaporasi diperoleh hasil berupa konsentrat yang ditampung dalam tangki R 2204. Apabila tangki R 22004 telah terisi penuh, konsentrat dialirkan ke tangki R 33001 yang terletak di ruang 4.1.01. Selain konsentrat dari hasil proses evaporasi diperoleh pula destilat yang ditempatkan dalam tangki R 2206A dan R 2206B. Destilat ini dapat langsung dibuang ke lingkungan apabila telah memenuhi syarat dan memperoleh rekomendasi pembuangan dari Bidang Keselamatan Kerja dan Lingkungan (BKKL)-P2PLR.
Agar konsentrat (LCAR) yang dihasilkan dari proses evaporasi dapat
dikelola dengan mudah ,maka konsentrat dengan aktivitas spesifik A< 1,0 Ci.m3, tidak mengandung radionuklida pemancar α, dan mempunyai pH 6 – 7 harus diimobilisasi[4].
Pada makalah ini akan dijelaskan hasil uji kualitas proses imobilisasi dengan metode sementasi menggunakan semen Portland tipe I.
TATA KERJA Bahan
Untuk setiap shell 950 liter dapat diimobilisasi 266 liter konsentrat LCAR menggunakan matrik semen sebanyak 600 Kg dan Pasir 450 Kg. Untuk uji kualitas blok beton hasil imobilisasi konsentrat LCAR dibuat 13 buah cuplikan
blok beton berbentuk silinder dengan diameter 50 mm, tinggi 50 mm diperlukan 3000 gram adonan semen dan air pelindi sebanyak 1 liter.
Alat
Untuk imobilisasi konsentrat LCAR diperlukan shell beton 950 liter yang berkualitas baik dan peralatan sementasi dan alat untuk uji kualitas (pot polietilen, alat uji tekan dan perlengkapan uji lindi, alat cacah MCA).
Metoda
∗ Imobilisasi konsentrat menggunakan matriks semen dan pasir
Dilakukan pengukurab konsentrat sebanyak 266 liter dimasukkan ke dalam shell beton 950 liter nomor 15 A. Ke dalam shell yang telah diisi konsentrat ditambahkan campuran beton kering yang terdiri dari 600 Kg Semen dan 450 Kg Pasir. Campuran konsentrat, semen dan pasir diaduk secara otomatis selama 1 jam, kemudian shell ditutup.
∗ Membuat benda uji blok beton
Diambil 3000 gram adonan semen dari shell 950 liter nomor 17A di Stasion I diruang 4.0.01. Adonan semen dicetak menjadi berbentuk silinder dengan mengggunakan pot polietilen dengan diameter 50 mm dan tinggi 50 mm sebanyak 13 buah (10 buah untuk uji densitas dan uji tekan , 3 buah untuk uji lindi).
∗ Uji kualitas blok beton hasil imobilisasi
Sebelum dilakukan uji kualitas, benda uji (13 benda uji) didiamkan selama 28 hari agar reakssi hidratasi dapat berlangsung secara sempuna, dan dilakukan pengukuran paparan pada kontak permukaan sheel 950 liter nomor 17 A dan pada jarak 1 meter dari kontak dan diluar interim storage.
Setelah reaksi hidratasi berlangsung sempurna, dilakukan uji densitas blok beton dengan cara menimbang dan mengukur volume benda uji ( 10 benda uji ). Selanjutnya benda uji yang telah diukur densitasnya tersebut dugunakan kembali untuk dilakukan uji kuat tekan dengan menggunkan alat uji tekan buatan “Paul Weber”. Untuk tiga benda uji lain yang tidak digunakan dalam uji densitas dan uji kuat tekan, dilakuykan uji lindi dengan menggunakan air bebas mineral sebagai media pelindi. Perlakukan terhadap media pelindi adalah dengan mengukur aktivitas awalnya (Ao) dan aktivitas media lindi pada hari ke 1 sampai hari ke 28. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bahan matrik yang digunakan pada proses sementasi di IPLR adalah semen Portland type I yang penyusun utamanya terdiri dari 50% Trikalsium Silikat (C3S), 3CaO.SiO2, 24% Dikalsium Silikat (C2S), 2 CaO.SiO2, 11%.
Trikalsium Aluminat ( C3A), 3CaO.Al2O3, 8% Tetrakalsium Aluminof (C4.A.F).
Hasil proses sementasi adalah blok beton yang ditempatkan dalam shell beton bervolume 950 liter sebagai wadah[6].
Untuk menjamin kualitas blok beton yang mengungkung konsentrat dalam wadah shell 950 liter tidak mudah terlepas ke lingkungan, blok beton hasil imobilisasi limbah harus diuji melalui uji kualitas.
Kualitas blok beton hasil sementasi yang memenuhi standar IAEA harus mempunyai densitas (ρ) = 1,70 s.d. 2,50 gram.cm-3, Kuat tekan (Γ) = 20,0 s.d.
50,0 N.mm-2, Laju Lindi (Rn) = 1,70 x 10-1 s.d. 2,50 x 10-4 gram. Cm-2.hari-1, laju dosis pada permukaan kontak , 200 mrem.jam-1, laju dosis pada jarak 1 meter dari permukaan kontak < 10 mrem.jam-1, laju dosis diluar inter storage ,0,50 mrem.jam-1[7].
Faktor yang sangat berpengaruh terhadap kualitas blok beton hasil imobilisasi konsentrat adalah reaksi hidrasi yang terjadi antara semen dengan air. Reaksi hidrasi ini merupakan fungsi kehalusan partikal semen, jumlah molekul air yang ditambahkan, aditif dan temperatur.
Reaksi hidrasi antara semen dan air[5] dapat dijabarkan sebagai berikut : 2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO. 2SiO2.3H2O + 3 Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO. 2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O
3CaO.Al2O3.Fe2O3 + 17H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O12H2O + CaO.Fe2O3 5H2O
Komponen yang sangat menentukan kekuatan mekanis pada semen portland adalah C3S, makin tinggi kandungan C3S, makin tinggi kekuatan mekanik blok
beton hasil imobilisasi konsentrat.
Salah satu pengujian yang dilakukan terhadap blok beton adalah uji lindi yang digunakan untuk mengetahui kecepatan terlepasnya suatu unsur radioaktif dalam blok beton ke media cair (Rn). Harga laju lindi (Rn) dapat diperoleh melalui persamaan[6] : ) hari . cm . g ( t. S G Fn Rn= −2 −1 (1)
dengan Rn = laju lindi (gram. Cm-2.hari-1); Fn = friksi terlindi=An/Ao; An = aktivitas cuplikan pengukuran ke n (µCi.cm-3), Ao = aktivitas awal cuplikan
(µCi.cm-3), G = berat cuplikan (gram), S = luas permukaan cuplikan (cm2);
Tn = waktu pengukuran cuplikan ke n hari (hari).
Telah diimobilisasi konsentrat limbah cair sebanyak 266 liter menggunakan semen sebanyak 600 kg dan pasir 450 kg, dengan perbandingan air/semen (A/S) 0,35 dan perbandingan pasir /semen (P/S) 0,75.
Dari tigabelas benda uji berbentuk silinder dengan diameter 50 mm dan tinggi 50 mm yang telah didiamkan selam 28 hari, sepuluh diantaranya dilakukan uji densitas dan uji kuat tekan dan tiga benda uji lainnya dilakukan uji lindi. Laju dosis paparan serta paparan dosis diluar “interm storage “ diukur langsung sesaat setelah proses imobilisasi selesai.
Dari pengukuran laju dosis diperoleh data laju dosis pada kontak permukaan Do = 0,015 mrem.jam-1, laju dosis paparan pada jarak 1 meter dari kontak
permukaan D1 = 0,014 mrem.jam-1. Range laju dosis diluar gedung interm
storage yang terukur adalah sebesar Dout = 0,016 mrem.jam-1 sampai dengan
0,135 mrem.jam-1. Data tersebut telah memenuhi kriteria yang ditetapkan dalam
standar IAEA.
Dari pengujian yang dilakukan terhadap sepuluh benda uji yaitu pada uji densitas diperoleh berat rata benda uji adalah 235,84 gram, volume rata-rata 98,21 cm3 (Tabel 1). Dari hasil tersebut dapat dihitung densitas benda uji sebesar 2,40 g.cm-3 dan simpangan baku σ = 0,01. Dengan demikian, densitas
blok beton hasil imobilisasi dalam shell 950 liter nomor 17 A secara umum dapat ditulis sebesar ρ = (2,40 ± 0,01) g.cm-3.
Tabel 1. Data Densitas Cuplikan Blok Beton Dalam Shell 950 Liter Nomor 17A
Setelah dilakukan uji densitas, selanjutnya sepuluh benda uji tersebut dugunakan kembali untuk uji tekan. Dari Uji tekan yang dilakukan diperoleh hasil kuat tekan rata-rata Γ = 29,10 N.mm-2 dengan simpangan baku σ = 0,19
(Tabel 2).
Harga densitas serta kuat tekan blok beton hasil pengujian, apabila dibandingkan dengan standar densitas dan kuat tekan dari IAEA, maka kedua hasil pengujian tersebut telah memenuhi kriteria yang ditetapkan.
Uji lindi dilakukan terhadap tiga benda uji yang tidak digunakan dalam uji densitas maupun uji kuat tekan. Dari uji lindi yang dilakukan selama 28 hari dengan pelaksanaan pengujian adalah pada hari ke-1 sampai hari ke-7, hari ke-14 dan hari ke-28.
Dari urutan pengujian yang dilakukan diperoleh data fraksi terlindi (Fn) seperti ditampilkan pada Tabel 3.
Dengan memasukkan data fraksi terlindi yang diperoleh dalam persamaan (1), maka dapat dihitung laju lindi (Rn) pada hari ke-1 sampai ke-7, laju lindi ke-14 dan laju lindi hari ke-28 seperti ditampilkan pada Tabel 3.
Tabel 2. Data Kuat Tekan Cuplikan Blok Beton Dalam Shell 950 Liter Nomor 17A
Tabel 3. Data Laju Lindi Cuplikan Blok Beton Dalam Shell 950 Liter Nomor 17 A
Dari grafik laju lindi fungsi waktu dapat laju lindi minimum (Rmin) = 3,50 x
10-2.hari-1. Pada hari ke-1 sampai hari ke-7 laju lindi turun dengan tajam apabila
dibandingkan dengan laju lindi maksimum (R maks) sebesar 1,40 x 10-2 g.cm-2..hari-1. Penurunan laju lindi tidak terlalu tajam setelah hari ke-7
sampai dengan hari ke-14. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil uji kualitas yang dieroleh, diketahui bahwa blok beton yang dibuat dari campuran semen Pordland dan pasir Cisadane dapat digunakan sebagai imubilisator konsentrat aktivitas rendah, karena mempunyai densitas(ρ) = 2,40 ± 0,011 g.cm-3, kuat tekan (Γ) = 29,29 .± 22 N.mm-2, dan laju
lindi (Rn) =(14,20 – 3,60) x 10-3 g.cm-2.hari-1, laju dosis paparan pada kontak
permukaan (D0) = 0,015 mrem.jam-1 dan pada jarak 1 m (D1) =
0,014 rem.jam-1, serta diluar “interim storage” (Dout) = (0,0135 – 0,016)
mrem.jam-1, kesemuanya telah memenuhi kriteria standar yang ditetapkan IAEA.
DAFTAR PUSTAKA
1. ALIM T., dkk., ”Penanganan Limbah RSG GAS Selama Lima Tahun Pertama Operasi”, Seminar Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir, Serpong, 9 –11 Pebruari 1993
2. STEGMAIER. W., “Interim Storage Untreated and Condisioned Waste”, International Training Karlshure, 1989
3. BATAN-TECHNICATOME, “System Note Liquid Waste Treatment by Evaporation”, WSPG 220 NTA 9001, Technicatome, Paris, 1986
4. BATAN-TECHNICATOME, “Routine Laboratory”, WSPG 530 NTA 0002, Tachnicatome, Paris, 1896
5. JOHAN B., SALIMIN Z., “Pengaruh Aditif Abu Batu Bara Pada Sementasi Limbah Yang Mengandung Asam Borat”, Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, P3TM, Yogyakarta, 14 – 15 Juli 1999
6. SAMLUNG der VERTRAGE ANLASSLISCH des 7, “Project Wieder auf Abtailung”, KfK, FRD, 1998
7. HAUSER. W., “Packaging of Low and Medium Level Waste”, IAEA, International Training, Karlsruhe, 1989
