-
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:
[email protected], 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