PENGOLAHAN
LIMBAH RESIN BEKAS
DENGAN METODE SEMENTASI
Bambang Sugito, Budiyono, Djoko Purwanto
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATANbbsugito@batan.go.id
ABSTRAK
PENGOLAHAN LIMBAH RESIN BEKAS DENGAN METODE SEMENTASI : Telah dilakukan pengolahan limbah resin bekas yang ditimbulkan dari pemumian air reaktor dengan metode sementasi. Resin bekas adalah resin yang sudah jenuh akibat digunakan untuk menangkap ion-ion aktif pada proses pemumian air pendingin reactor, disamping itu juga resin bekas yang berasal dari proses pengolahan limbah radioaktif cair. Limbah tersebut diimobiJisasi melalui proses pemadatan menggunakan matriks semen, agar mudah dalam penyimpanan, monitoring serta menjamin keseJamatan pekerja dan lingkungan. Resin bekas dimasukkan dalam shell beton 950 I diimobilisasi menggunakan semen Portland tipe 1 dan pasir dengan perbandingan 600 kg semen dan 400 kg pasir. Pengambilan sampel ad on an campuran resin bekas, semen dan pasir diperlukan untuk mengetahui kuat tekan dan densitas hasil adonan tersebut. Sebelum dibawa ke fasilitas penyimpanan sementara shell beton diberi label yang berisi an tara lain: paparan radiasi permukaan, paparan radiasi pada jarak 1m, asal limbah dan tanggal proses. Selama tahun 2015 telah diolah sebanyak 1565,7 I resin bekas menggunakan 6 shell beton 950 I. Hasil pengukuran paparan pada jarak I m dan kontak permukaan setelah sementasi masih jauh lebih keci] dari yang dipersyaratkan IAEA.
Kata kunci : imobilisasi limbah radioaktif, semen, beton mix ABSTRACT
TREATMENT OF SPENT RESIN WASTE BY CEMENTATION: Treatmen of spent resin waste by cementation have been done. Spent resin is a resin that is already saturated due to be used to capture the active ions in the reactor coolant water purification process. additionally also spent resin derived from the processing of liquid radioactive waste. The waste is immobilized through the solidification process using cement matrix, for easy storage, monitoring and ensuring the safety of workers and the environment. Spent resin waste put in the concrete shell 950 I,than it was added cement of type 1 Portland and sand in the ratio of 600 kg of cement and 400 kg sand. Sampling of dough from the mixture of spent resin waste, cement and sand is required to determine the compressive strength and density of the dough results. Before being taken to a temporary storage facility, concrete shell was labelled that contains among othe r: the surface radiation exposure, radiation exposure at a distance of 1m, waste origin and date of the procesings. During the year 2015 as many as 1565,7 Ispent resin waste have been processed using the 6concrete shell 950 I.The measurements results of exposure at a distance of 1 m and the contact surface after cementation is still much smaller than that required by the IAEA.
Keywords: immobilization of radioactive waste, cement, betonmix
PENDAHULUAN
Limbah radioaktif adalah zat radioaktif dan bahan serta peralatan yang terkena zat radioaktif atau menjadi radioaktif karena pengoperasian instalasi nuklir, yang tidak dapat digunakan lagi [1]. Pusat Teknologi Limbah Radioaktif (PTLR) adalah unit organisasi di bawah Badan Tenaga Nuklir Nasional (BAT AN) yang bertugas melaksanakan penelitian dan pengembangan teknologi pengelolaan limbah radioaktif dalam rangka mendukung pengembangan industri nuklir dan aplikasi iptek nuklir dalam berbagai bidang pembangunan. PTLR juga merupakan pelaksana pengelolaan limbah radioaktif dari seluruh wilayah Indonesia.
Kegiatan beroperasinya Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) akan menyebabkan air pendingin primer reaktor akan menjadi aktif. Unsur radioaktiftersebut timbul akibat reaksi fisi pada batang bahan bakar reaktor yang sebagian akan tertahan oleh kelongsong, sebagian terlepas secara difusi menembus dinding kelongsong dan masuk kedalam sirkulasi air pendingin primer, selain itu unsur radioaktif dapat terjadi akibat reaksi aktivasi yang terjadi pada air pendingin primer. Untuk menurunkan aktifasi, air pendingin disirkulasi melalui resin penukar kation dan anion,
Resin penukar kation mengandung kation yang dapat dipertukarkan, Sedangkan resin penukar anion mengandung anion yang dapat dipertukarkan. Resin adalah senyawa hidrokarbon terpolimerisasi sampai tingkat yang tinggi yang mengandung ikatan-ikatan hubung silang (crosslinking) serta gugusan yang mengandung ion-ion yang dapat dipertukarkan. Pada periode tertentu akibat pengikatan radionuklida yang terjadi terus menerus oleh resin, maka resin akan menjadi jenuh sehingga diperlakukan sebagai limbah
Bambang Sugito, Budiyono, Djoko P: Pengolahan Limbah Resin Bekas ...
-radioaktif semi eair. Dari beroperasinya Reaktor Serba Guna, resin yang ditimbulkan per tahun sebanyak ± 5200 liter resin bekas. Agar limbah resin tidak membahayakan manusia dan lingkungan dilakukan imobilisasi resin didalam Shell beton 950 1. Metode yang digunakan dalam imobilisasi adalah menggunakan eampuran aditif, semen, pasir dan air sebagai matriks pengungkungnya.
Karakteristik resin bekas yang dapat diimobilisasi menggunakan matriks pengungkung adalah : a) Aktivitas spesifik AS 1,0 Ci.m-3
b) Tidak mengandung radionuklida pemanear a c) pH 6 - 7
Untuk maksud tersebut sudah dilakukan penelitian guna menentukan optimasi perbandingan aditif, semen, pasir, air dan resin sehingga kualitas blok semen memenuhi standar. Pada sementasi limbah resin, digunakan semen portland tipe 1 yang penyusun utamanya terdiri dari eampuran kalsium silikat yaitu :
a) Dikalsium silikat (C2S) 2CaO.Si02 = 24% b) Trikalsium silikat (C3S) 3CaO.Si02 = 50% c) Trikalsium aluminat (C3.A) 3CaO.AI203 = 11%
d) Tetrakalsium alumino ferit
I
Tetrakalsium aluminof (C4.A.F) 4CaO.A1203Fe203 = 8% e) Kandungan Lain = 7%Dari Norme Internasional ISO 40 [6] dan dalam buku Hause. W, "Pachaging of low and Medium Level Waste", IAEA, International Training, Karlsruhe, 1989 [7].
Kualitas blok beton hasil sementasi harus memenuhi standar : 1. Densitas
=
1,7 - 2,5 gram.em-32. Kuat Tekan = 20 - 50 N.mm-2
3. Laju Lindi (Rn) = 1,70 x 10-1 - 2,50 x 10-4 gram.em-2.hari"·1 4. Laju dosis pada permukaan kontak
<
200 mrem.jam-I5. Laju dosis padajarak 1 m dari permukaan kontak 10 mrem.jam-l 6. Laju dosis di luar interim storage
<
0,50 mrem.jam-lDASAR TEORI
Proses sementasi (imobilisasi dengan semen) adalah merubah bentuk limbah menjadi bentuk padat untuk mengurangi kemampuan pindahl migrasi dari radionuklida karena proses alamiah selama penyimpanan dan pembuangan. Kualitas blok beton hasi1limbah olahan ditunjukkan dengan parameter uji densitas, uji kuat tekan dan uji pelindihan. Kualitas blok beton yang baik harus memenuhi standar IAEA (International Atomic Energy Agency) yaitu :
Densitas: 1,70 - 2,50 g.em-3
Kuat tekan blok beton yang telah berumur 28 hari: 20,0 - 50,0 N.mm-2
Laju lindih radionuklida terimobilisasi dalam beton : 1,70. 10-1- 2,50. 10-4 g.em-2.hari"1 Semakin besar densitas maka akan semakin besar daya tahan terhadap radiasi, pengukuran densitas dilakukan dengan penimbangan dan pengukuran dimensi eontoh blok beton hasil limbah olahan, dengan persamaan :
p= m/V --- --- ( 1) dengan: p = beratjenis (g/em3)
m = massa (g) V
=
volume (em3)Kuat tekan sampel diukur menggunakan alat tekan" Paul Weber" dengan eara memberi tekanan maksimum yang dapat ditahan oleh sampel blok beton limbah olahan sampai haneur. Kuat tekan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
(J = P maksl A ---(2) dengan : 34 (J P maks
A
= kuat tekan (N/mm2)= tekanan maksimal saat sampel peeah = luas penampang sampel (mm2)
Laju pelindihan merupakan variabel yang menyatakan kecepatan pelepasan suatu radionuklida yang terimobilisasi sebagai akibat kontak dengan air atau larutan pelindih lainnya. Laju lindih tergantung dari komposisi blok beton, geometri dan homogenitasnya.
Laju pelindihan dapat ditentukan dengan persamaan :
At
xMo
---(3)
R
=
---Ao x S xt dengan R = laju pelindihan (g/cm2 hari)
At = aktivitas yang terlindih selama t hari , Mo = massa awal sampel (g),
Ao = aktivitas awal sampel (~ei), S
=
luas permukaan sampel (m2)t = waktu lindih (hari)
Untuk kelancaran proses pengolahan limbah tersebut diperlukan shell beton 950 I, semen portland tipe I, pasir dan aditif beton mix. Selain itu peralatan proses unit sementasi juga harus dicek dan dilakukan perawatan untuk menjamin kelancaran proses pengolahan tersebut. Pada sa at proses sementasi hal utama yang memerlukan perhatian adalah faktor keselamatan, baik keselamatan radiasi maupun non radiasi. Potensi bahaya radiasi yang sangat perlu mendapat perhatian adalah ketika pemindahan resin bekas dari tangki pve ke tangki penampung resin bekas R 22003, karena pengisian dilakukan secara manual, sehingga petugas radiasi harus menggunakan pakaian kerja secara lengkap, yaitu jas lab, sepatu kerja, sarung tangan karet, penutup kepala, masker dan kaca mata. Potensi bahaya yang kedua adalah saat pengambilan cuplikan untuk membuat benda uji dari hasil olahan. Uap yang keluar dari campuran resin, air , pasir dan semen akan terhirup karena posisi pengambilan sampel harus naik ketangga dimulut shell beton 950 I.Hal ini harus diantisipasi dengan peralatan yang lengkap. Potensi bahaya non radiasi yang berbahaya adalah debu semen, ini terjadi ketika pengisisan semen ke silo semen, sebelum ditimbang dan dimasukkan ke Mixer. Partikel debu semen yang sangat halus masih bisa menembus masker, ini bisa dibuktikan setiap selesai proses pengisian semen pekerja radiasi akan menemukan debu semen disekitar hidung. Hal ini bisa dikurangi resikonya dengan bekeIja secara bergantian[8].
TAT A KERJA Bahan
Bahan yang digunakan adalah : semen portland type I, pasir, beton mix, limbah resin bekas dari Reaktor GA. Siwabessy.
Perala tan
Peralatan yang digunakan adalah : Shell beton 950
I,
forklift, kunci ring / pas 19, palu, sendok semen dan peralatan yang sejenis.Metode Kegiatan
Pengolahan limbah resin bekas dilakukan dengan cara sementasi di dalam shell beton 950 liter. Sebelum proses pengolahan limbah semi cair dilaksanakan, lebih dahulu dilakukan pengecekan seluruh perala tan agar tidak ada gangguan selama proses pengolahan limbah berlangsung. Dilakukan juga pembersihan tool holder unit sementasi dari bekas adonan semen, pasir dan limbah yang sudah mengering. Pengecekan kondisi peralatan penimbangan material beton kering (Mixer M331 06) juga dilakukan, telah dilakukan perbaikan pada pneumatic valve mixer. Perbaikan kebocoran pada hidrolik dumper mixer sistem hidrolik yang mengendalikan gerakan membuka dan menutup dumper timbangan sudah dilakukan perbaikan. Setelah dipastikan seluruh peralatan proses berfungsi baik maka proses pengolahan siap dilaksanakan.
Sebelum sementasi limbah resin bekas, resin bekas yang ada di tangki penampung R33002 akan ditakar di tangki penakar sebanyak 260 I, selanjutnya resin bekas akan dialirkan ke shell beton 950 liter yang telah disiapkan di ruang hot cell. (Gambar I).
Bambang Sugito, Budiyono, Djoko P: Pengolahan Limbah Resin Bekas ...
Gambar 1. Tangki Penakar Resin Bekas
Semen dan pasir dimasukkan kedalam silo secara manual, persediaan pasir dan semen dipastikan cukup untuk mengolah limbah sebanyak 6 buah shell yang telah disiapkan. Proses pencampuran resin, pasir, semen dan air dilakukan di dalam ruang Hot Cell RA.O.Ol. Pengadukan adonan dilakukan dengan cara menghidupkan meja putar sehingga shell beton berputar secara konstan. Tool Holder (pengaduk) diturunkan, dan kedalaman pengaduk diatur sehingga limbah, semen, pasir dan air menjadi adonan yang homogen. Setelah adonan menjadi homogen, Tool Holder dinaikkan dan motor penggetar dihidupkan agar adonan yang menempel pada pengaduk turun ke shell beton. Trolley dijalankan keluar ruang Hot Cell dan dilakukan pengambilan cuplikan untuk uji tekan, densitas dan lindih. Langkah akhir penyempurnaan proses sementasi adalah dengan menge'seal' tutup shell beton dengan adonan pasir dan semen sehingga shell beton menjadi tertutup permanen[ 1]. Sebelum disimpan di Interim Storage shell beton diberi nomor dan dipasang label yang berisi antara lain asal limbah, paparan kontak dan pada jarak 1 meter serta tanggal pengolahan
HASIL DAN PEMBAHASAN
Jumlah limbah resin bekas yang berasal dari PRSG sebanyak 2.300 liter ditampung di tangki penampung resin bekas R 33002. Sebelum ditampung di tangki R 33002, resin bekas PRSG diangkut menggunakan fork
lift
dan ditampung dalam tangkipve
dengan kapasitas 3000 liter. Resin dari PRSG bentuknya padatan atau kadar aimya rendah maka untuk memindahkan resin bekas terse but perlu ditambah air. Pemindahan resin bekas dari tangkipve
ke tangki penampungan R 33002 menggunakan pompa submersible. Karena menggunakan pompa medianya adalah cairan, sehingga ketika air tersedot butiran resin akan terbawa masuk ke tangki R22003, air yang tertampung di tangki R 22003 akan kembali ketangkipve,
agar butiran resin tidak kembali ke tangkipve
maka tangki R22003 di pasang filter. Proses ini berlangsung terus sampai resin yang di tangkipve
habis. Setelah tangkipve
kosong, tangki dikembalikan lagi ke PRSG untuk diisi limbah resin bekas berikutnya.Karena operasi reaktor berlangsung rutin maka limbah resin bekas yang ditimbulkannya akan dikirim secara rutin ke PTLR, sehingga limbah resin bekas yang ada di tangki R22003 PTLR perlu segera diolah, dirubah bentuknya menjadi bentuk solid sehingga risiko dalam penyimpanan dapat dikurangi.
Secara umum penambahan kandungan limbah mengakibatkan penurunan densitas beton limbah secara linier. hal ini menunjukkan bahwa interaksi ikatan antara resin dan semen merupakan interaksi ikatan fisika.
Penambahan aditif mampu meningkatkan densitas beton limbah olahan sebesar 10,34%. Penambahan aditif beton mix menurunkan viskositas campuran beton, resin dan air sehingga campuran menjadi lebih homogen.
-+-
Tanpa aditif --- Dengan adit if 0.4 0.35E
0.3 E ~ 0.25 ; 0.2 ..If::{!
-
0.15 III ~ 0.1 0.05 o o 10 20 30 40 50 60Kandungan Limbah (% berat)
Gambar 2. Grafik pengaruh kandungan resin bekas terhadap kuat tekan beton-limbah[4]
Hasil analisis Gambar 2 disimpulkan bahwa semakin tinggi kandungan resin mengakibatkan penurunan kuat tekan baik untuk beton limbah olahan tanpa aditif dan dengan aditif. Penambahan aditif meningkatkan kuat tekan beton limbah olahan dikarenakan aditif mampu meningkatkan homogenitas dari beton limbah olahan sehingga ikatan beton limbah olahan menjadi lebih sempurna[4],[5]. Pada gambar 2 hanya menampilkan perbedaan kuat tekan yang mengunakan beton mix lebih tinggi kuat tekannya di banding yang tidak menggunakan beton mix.
Tabel menunjukkan pada tahun 2015 resin bekas PRSG dan resin bekas hasil proses penukar ion, telah diolah sejumlah 1565,7 liter, sisanya akan diolah tahun berikutnya. Untuk itu PTLR harus mempersiapkan wadah limbah atau shell beton 950 liter untuk mengolah resin PRSG yang masih tersisa pada tahun 2015
Tabell. Hasil Pengolahan Resin Bekas Triwulan II Tahun 2015
1
2 3 99 C 100 C 101 C 3Juni2015 8Juni2015 9Juni2015 260 260 260 Jumlah limbah 770Jumlah resin bekas yang diolah pada triwulan II berasal dari PRSG sebanyak 770 1yang diolah dalam tiga buah shell beton 9501 dan diberi nomor 99C, lOOC dan lOlC.
Tabel2. Hasil Pengukuran Paparan Radiasi setelah diolah
1
2 3 99 C 100 C 101C 400 400 400 600 600 600 2 2 2 240 150 160 14,7 9,07 6,8 7,02 4,12 1,74Bambang Sugito, Budiyono, Djoko P: Pengolahan Limbah Resin Bekas ...
Sedangkan pada triwulan III diolah sebanyak 785,7 I resin bekas dengan rincian sebagai berikut, shell nomor 102C dan 103C berasal dari hasil proses pengolahan limbah radioaktif cair dengan metode penukar ion yaitu sebanyak 525,7 I dan shell nomor 104C berasal dari PRSG sebanyak 260 I, lebih jelasnya bisa dilihat pada Tabel 3 dibawah ini :
Tabel3. Hasil Pengolahan Resin Bekas Triwulan III Tahun 2015
No
No ShellTanggallimbah jumlah Pengolahan (liter) 1 102 C24 Agustus 2015259,7 2 103 C26 Agustus 2015266 3 104 C27 Agustus 2015260 Jumlah limbah 785,7
Tabel 4. Hasil Pengukuran Paparan Radiasi setelah diolah
No
bahan pengolahan
Paparan (I!Sv/jam)
No Semen
Additif Shell Pasir (kg)(kg)Permukaan(liter)Air (liter)Jarak 1 m
1 102 C4002,851,056002212 2 103 C40050,03600-10010,14 3 104 C40050,03600-9110,14
Tabel 4. memperlihatkan bahwa paparan radiasi permukaan maupun pada jarak I meter pada tiap shell bervariasi, tetapi tidak terlalu berbeda jauh, yang tertinggi hanya pada shell nomer 103C dan 104C. Terlihat jelas bahwa paparan radiasi pada permukaan dan jarak I meter pada limbah hasil olahan masih dalam batas yang diijinkan, sehingga lebih aman bagi pekerja masyarakat dan lingkungan.
Gambar 3. Shell beton 950 I hasil olahan siap disimpan di IS
Proses imobilisasi resin bekas dilaksanakan di Gedung 50 PTLR dan limbah hasil olahan disimpan di Gedung Interim Storage nomor 52, seperti terlihat pada Gambar no.3 shell beton 950 I sedang diangkut untuk di simpan di IS 2.
KESIMPULAN
Pengolahan limbah resin bekas dari PRSG dan resin bekas hasil dari proses pengolahan limbah radioaktif cair dengan metode penukar ion berjumlah 1565,7 liter yang dikemas dalam 6 buah shell beton 950 liter. Imobilisasi limbah resin menggunakan matriks semen telah selesai dilakukan dalam 3 buah shell beton 950 I dan diberi nomar 99C, loOC, lOlC, lO2C, lO3C dan lO4C. Imobilisasi telah sesuai dengan Prosedur Kerja dan Instruksi Kerja yang tersedia, hasil pengukuran paparan pada jarak 1 m setelah di sementasi dalam shell beton 950 I masih dibawah yang dipersyaratkan IAEA yaitu 2.5 x lO'2mSv/jam. Hasil olahan limbah resin bekas PRSG telah disimpan di Interim Storage. Hasil pengukuran paparan radiasi setelah proses sementasi pada jarak 1m adalah 1,05 - 10, 14 ~Sv/jam. Shell beton ini lebih mudah didalam penataan dan juga dalam hal monitoring, sehingga keamanan personil dan lingkungan semakin terjamin.
UCAP AN TERIMA KASIH
Terima kasih kami sampaikan kepada rekan-rekan di Sub Bidang Pengelolaan Limbah Radioaktif khususnya di kelompok pengelolaan limbah radioaktif cair dan semi cair dalam proses pengolahan limbah resin bekas selama tahun 2015.
DAFT AR PUST AKA
[1.] BAT AN-TECHNICATOME, System Note" Solid, Semi Solid, Liquid waste Treatment", WSPG 330 NSN 9001, Paris, 1986
[2.] Juklak dan Protap Pengoperasian Unit Sementasi, BPLR-P2PLR, Serpong 1990
[3.] BAHDIR JOHAN," Teknik dan Standar Uji Produk Sementasi Limbah Radioaktif," PTLR -BATAN, Serpong 1997/1998
[4.] AYI MUZIYAWATI, SURYANTORO, MARDINI, DARMAWAN AJI." Pengaruh Kandungan Limbah Tanah dari PT. TASUMA Terhadap Kekuatan Fisika dan Kimia Beton Limbah," PTLR, Serpong 2005
[5.] SRIW AHYUNI HERU, SURY ANTORO, NURUL EFRI E.,Optimasi Kandungan Resin Bekas dan Bahan Aditif untuk Ketahanan Fisika Kimi Beton Limbah Pada Kondisi Lingkungan Penyimpanan Lestari, PTLR-BATAN, 2009.
[6.] Norme International ISO 40
[7.] House W., "Pachaging of Low and Medium Level Waste", IAEA International Training, Karlsruhe, 1989.
![Gambar 2. Grafik pengaruh kandungan resin bekas terhadap kuat tekan beton-limbah[4]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4163719.3082649/5.918.28.891.0.1233/gambar-grafik-pengaruh-kandungan-resin-bekas-tekan-limbah.webp)
