Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR T ahun 2017 ISSN 0852-2979

PENGOLAHAN LIMBAH RADIOAKTIF RESIN BEKASDENGAN METODE SEMENT ASI

Mas Udi, Bambang Sugito, Yayat BernadiPusat Teknologi Limbah Radioaktif-BA T AN

Kawasan PUSPIPTEK Serpong- I 53 I 0masud i@batan.go.id

ABSTRAK

PENGOLAHAN LlMBAH RADIOAKTIF RESIN BEKAS DENGAN METODE SEl\IENTASI : Telah

dilakukan pengolahan limbah radioaktif resin bekas yang ditimbulkan dari pemurnian air reaktor dengan metodesementasi. Resin bekas adalah resin yang sudah jenuh akibat digunakan untuk menangkap ion-ion aktif padaproses pemurnian air pendingin reaktoL disamping itu juga resin bekas yang berasal dari proses pengolahanlimbah radioaktif caiL Limbah tersebut diimobilisasi melalui proses pemadatan menggunakan matriks semen,agar mudah dalam penyimpanan, monitoring serta menjamin keselamatan pekel:ia dan lingkungan. Resin bekasdimasukkan dalam shell beton 950 I diimobilisasi menggunakan semen Portland tipe I dan pasir denganperbandingan 600 kg semen dan 400 kg pasiL Pengambilan sampel adonan campuran resin bekas, semen danpasir diperlukan untuk mengetahui kuat tekan dan densitas hasil ad on an tersebut. Sebelum dibawa ke fasilitas

penyimpanan sementara shell beton diberi label yang berisi antara lain : paparan radiasi permukaan, paparanradiasi pada jarak 1m, asal limbah dan tanggal proses. Selama tahun 2017 telah diolah sebanyak 2080 I resinbekas menggunakan 8 shell bet on 950 1. Basil pengukuranpaparan pada jarak 1 m dan kontak permukaan setelahsementasi masih jauh lebih kecil dari yang dipersyaratkan IAEA.

Kata kunci : imobilisasi limbah radioaktif. sementasi. shell beton. resin bekas

ABSTRACT

TREATJlvfENT OF SPENT RESIN RADIOACTIVE WASTE BY CE1vIENTATlON: Treatment of spent resin wasteby cementation have been done. Spent resin is a resin that is already saturated due to be used to capture theactive ions in the reactor coolant water purification process. additionally also spent resin derived from theprocessing of liquid radioactive ·waste. The waste is immobilized through the solidification process using cementmatrix, for easy storage. monitoring and ensuring the safety of workers and the environment. Spent resin wasteput in the concrete shell 950 I, than it was added cement of type I Portland and sand in the ratio of 600 kg ofcement and 400 kg sand. Sampling of dough ji-om the mixture of spent resin waste, cement and sand is requiredto determine the compressive strength and density of the dough results. Before being taken to a temporarystorage facility, concrete shell was labelled that contains among other: the surface radiation exposure, radiationexposure at a distance of 1m, 'waste origin and date of the procesings. During year 2017 as many as 2080 litresspent resin waste have been processed using the 8 concrete shells 950 I. Ex:posure rate of concrete shells at I mand the contact surface distance after cementation is still much smaller than required by the IAEA.

Keywords: immobilization of radioactive waste, cementation, concrete shell, spent resin

PENDAHULUAN

Limbah radioaktif adalah zat radioaktif dan bahan serta peralatan yang terkena zat radioaktifatau menjadi radioaktif karena pengoperasian instalasi nuklir, yang tidak dapat digunakan lagi [I].Pusat Teknologi Limbah Radioaktif (PTLR) adalah unit organisasi di bawah Badan Tenaga NuklirNasional (BAT AN) yang bertugas melaksanakan peneJitian dan pengembangan teknologi pengelolaanlimbah radioaktif dalam rangka mendukung pengembangan industri nuklir dan aplikasi iptek nuklirdalam berbagai bidang pembangunan. PTLR juga merupakan pelaksana pengelolaan limbah radioaktifdari seluruh wilayah Indonesia.

Kegiatan operasi Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy (RSG-GAS) akan menyebabkan airpendingin primer reaktor menjadi aktif. Unsur radioaktiftersebut timbul akibat reaksi fisi pada batangbahan bakar reaktor yang sebagian akan tertahan o]eh kelongsong, sebagian terlepas secara difusimenembus dinding kelongsong dan masuk kedalam sirkulasi air pendingin primer, selain itu unsurradioaktif dapat terjadi akibat reaksi aktivasi yang terjadi pada air pendingin primer. Untukmenurunkan aktivasi, air pendingin disirkulasi melalui resin penukar kat ion dan anion,

Resin penukar kation mengandung kation yang dapat dipertukarkan, sedangkan resin penukaranion mengandung anion yang dapat dipertukarkan. Resin adalah senyawa hidrokarbon

terpolimerisasi sampai tingkat yang tinggi yang mengandung ikatan-ikatan hubung silang

15

Mas Udi, Bambang Sugito, Yayat Bernadi : Pengolahan Limbah Radioaktif Resin Bekas ...

(crosslinking) serta gugusan yang mengandung ion-ion yang dapat dipertukarkan. Pad a periodetertentu akibat pengikatan radionuklida yang teljadi terus menerus oleh resin, maka resin akanmenjadi jenuh sehingga diperlakukan sebagai limbah radioaktif semi cairo Dari beroperasinya ReaktorSerba Guna, resin yang ditimbulkan per tahun sebanyak ± 5200 liter resin bekas. Agar limbah resintidak membahayakan manusia dan lingkungan dilakukan imobilisasi resin didalam Shell beton 950 I.Metode yang digunakan dalam imobilisasi adalah menggunakan campuran aditif, semen, pasir dan airsebagai matriks pengungkungnya.

Karakteristik resin bekas yang dapat diimobilisasi menggunakan matriks pengungkung adalah :-3

a) Aktivitas spesifik A:S 1,0 Ci.mb) Tidak mengandung radionuklida pemancar ac) pH 6-7

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, komposisi matriks pengungkung adalah semen600 kg, pasir sebanyak 400 kguntuk limbah resin bekas sebanyak 260 liter. Pad a proses sementasilimbah resin, digunakan semen portland tipe I yang penyusun utamanya terdiri dari campuran kalsiumsilikat 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 / Tetrakalsium aluminof(C4.A.F) 4CaO.A1203Fe203 = 8%e) Kandungan Lain = 7%

Limbah resin bekas yang berasal dari PRSG di tampung di tangki penampung resin bekas R33002. Resin dari PRSG bentuknya padatan atau kadar airnya rendah maka untuk memindahkan resinbekas terse but perlu ditambah air. Pemindahan resin bekas dari tangki PYC ke tangki penampunganR 33002 menggunakan pompa submersible, media yang digunakan adalah cairan, sehingga ketika airtersedot but iran resin akan terbawa masuk ke tangki R22003, air yang tertampung di tangki R 22003akan kembali ke tangki PYC, agar but iran resin tidak kembali ke tangki PYC maka tangki R22003dipasang filter. Proses ini berlangsung terus sampai resin yang di tangki PYC habis. Setelah tangkiPYC kosong, tangki dikembalikan lagi ke PRSG untuk diisi limbah radioaktifresin bekas berikutnya.

Karena operasi reaktor berlangsung rutin maka limbah resin bekas yang ditimbulkannyasecara rutin dikirim ke PTLR, sehingga limbah resin bekas yang ada di tangki R22003 PTLR perlusegera diolah, dirubah bentuknya menjadi bentuk solid sehingga risiko dalam penyimpanan dapatdikurangi.

Dasar Teori

Proses sementasi (imobilisasi dengan semen) adalah merubah bentuk limbah menjadi bent ukpadat untuk mengurangi kemampuan pindah/ migrasi dari radionuklida karena proses alamiah selamapenyimpanan dan pembuangan. Kualitas blok beton hasil limbah olahan ditunjukkan denganparameter uji densitas, uji kuat tekan dan uji pelindihan. Kualitas blok beton yang baik hamsmemenuhi standar IAEA (international Atomic Energy Agency) yaitu :

Densitas: 1,70 - 2,50 g.cm·3Kuat tekan blok beton yang telah berumur 28 hari : 20,0 - 50,0 N.mm·2Laju lindih radionuklida terimobilisasi dalam beton : 1,70. 10,1- 2,50 .10-4 g.cm·2.hari,1,ILaju dosis pada permukaan kontak < 200 mrem.jam

·1

Laju dosis pada jarak 1 m dari permukaan kontak 10 mrem.jam·1

Laju dosis di Iuar interim storage < 0,50 mrem.jam

Semakin besar densitas maka akan

densitas dilakukan dengan penimbanganolahan, dengan persamaan :

p = m/Y

dengan: p = berat jenis (g/cm3)

16

semakin besar daya tahan terhadap radiasi, pengukurandan pengukuran dimensi contoh blok beton hasil limbah

(I)

Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017

m = massa (g)V = volume (em3)

ISSN 0852-2979

Kuat tekan sampel diukur menggunakan alat tekan" Paul Weber" dengan eara memberitekanan maksimum yang dapat ditahan oleh sampel blok beton limbah olahan sampai haneuL Kuattekan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

dengan :

cr = P maks/ A

cr = kuat tekan (N/mm2)

P maks = tekanan maksimal saat sampel peeaho

A = luas penampang sampel (mm-)

(2)

Laju pelindihan merupakan variabel yang menyatakan keeepatan pelepasan suaturildionuklida yang terimobilisasi sebagai akibat kontak dengan air atau larutan pelindih lainnya. Lajulindih tergantung dari komposisi blok beton. geometri dan homogenitasnya. Laju pelindihan dapatditentukan dengan persamaan :

dengan

TATA KERJA

AtxMoR = -------------------

Ao x S x t

R = laju pclindihan (glem2 hari)At = aktivitas yang terlindih selama t hari ,Mo = massa awal sampel (g),Ao = aktivitas awal sampel (/lCi).

o

S = luas permukaan sampel (nnt = waktu lindih (hari)

(3)

Bahan, Pcralatan, dan Waktu Pclaksanaan

Bahan yang digunakan adalah : semen portland type I, pasir. limbah radioaktif resin bekasdari Reaktor GA. Siwabessy.

Peralatan yang digunakan adalah : Shell beton 950 l.forkliJi. kunci ring / pas 19. palu. sendokscmen dan peralatan yang sejenis.

Kegiatan sementasi limbah radioaktif resin bekas dilaksanakan pada pengolahan limbahradioaktif tahun 2017 pada Triwulan II dan Triwulan IV.

Mctodc Kcgiatan

Pengolahan limbah resin bekas dilakukan dengan cara sementasi di dalam shell beton 950liter. Proses ini dilaksanakan di mang Hot Cell sementasi. Sebelum proses pengolahan limbah semicair dilaksanakan. lebih dahulu dilakukan pengecekan selumh peralatan agar tidak ada gangguanselama proses pengolahan limbah berlangsung. Dilakukan juga pembersihan tool holder unitsementasi dari bekas adonan semen. pasir dan limbah yang sudah mengering. Pengecekan kondisiperalatan penimbangan material beton kering (Mixer M33106) juga dilakukan. Setelah dipastikanseluruh peralatan proses berfungsi baik maka proses pengolahan siap dilaksanakan.

Sebelum proses sementasi, limbah radioaktif resin bekas yang ada di tangki penampungR33002 ditakar di pot penakar sebanyak 260 I, alur proses penakaran bisa dilihat pada gambar 1.

17

Mas Udi, Bambang Sugito, Yayat Bernadi : Pengolahan Limbah Radioaktif Resin Bekas ...

Gambar I. Alur proses penakaran resin bekas

Selanjutnya resin bekas akan dialirkan ke shell beton 950 liter yang telah disiapkan di ruang hot cell.(Gambar 2).

Gambar 2. Shell beton siap diisi Rcsin Bckas

Semen dan pasir dimasukkan ke dalam silo secara manual, persediaan pasir dan semendipastikan cukup untuk mengolah limbah sebanyak delapan buah shell yang telah disiapkan. Prosespencampuran resin. pasir, semen dan air dilakukan di dalam mang Hot Cell RA.O.Ol. Pengadukanadonan dilakukan dengan cara mengh.idupkan meja putar sehingga shell beton berputar secarakonstan. Tool Holder (pengaduk) ditumnkan. dan kedalaman pengaduk diatur sehingga limbaltsemen. pasir dan air meI1jadi adonan yang hOlIlOgen. Sctelah adonan menjadi homogen. Tool Holderdinaikkan dan motor penggetar dihidupkan agar adonan yang menempel pada pengaduk turun keshell beton. Trolley dijalankan keluar mang Hot Cell dan dilakukan pengambilan cuplikan untuk ujitekan. densitas dan lindih. Langkah akhir penyempurnaan proses sementasi adalah denganmenge'sear tutup shell beton dengan adonan pasir dan semen sehingga shell beton menjadi tertutuppermanen[4]. Sebelum disimpan di Interim Storage shell beton diberi nomor dan dipasang label yangberisi antara lain asallimbah, paparan kontak dan padajarak Imeter serta tanggal pengolahan

18

Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017

HASIL DAN PEMBAHASAN

ISSN OS52-2979

Tabel I menUl~ukkan pada tahun 2017 resin bekas PRSG dan resin bekas hasil prosespcnukar ion telah diolah sejumlah 2080 liter, sisanya akan diolah tahun berikutnya. Untuk itu PTLRhams mempersiapkan wadah limbah atau shell beton 950 liter untuk mengolah resin PRSG yangmasih tersisa pada tahun 20 IS

Tabell. Hasil Pengolahan Resin Bekas Selama Tahun 2017

NoNo Shell TanggaI

jumlah limbah

Pengolahan

(liter)

1

108C 9 Mei 2017 260

2

109C 10 Mei 2017 260

3

110C 16 Mei 2017 260

4

111 C 17 Mei 2017 260

S

112C27 September 2017 260

6

113 C27 September 2017 260

7

114C2 Nopember 2017 260

8

11SC7 Nopember 2017 260

Jumlah limbah

2080

Jumlah resin bekas yang diolah selama tahun 2017 berasal dari PRSG sebanyak 2080 I yang diolahdalam delapan buah shell beton 950 I dan diberi nomor lOSe. 109e. llOe. 111e. 112C, 113C, 1I4Cdan 115e.

19

Mas Udi, Bambang Sugito, Yayat Bernadi : Pengolahan Limbah Radioaktif Resin Bekas ...

Tabel 2. Hasil pen!:,'1Ikuranpaparan radiasi limbah hasil olahan

No

No Shellbahan pengolahan

Paparan (j,lSvjjam)

Pasir (kg)

Semen (kg)Air (liter)PermukaanJarak 1 m

1

108C 4006001554,750,49

2

109 C 4006001654,980,51

3

110C 4006001563,750,40

4

111C 40060016510,400,79

5

112C4006001573,050,60

6

113C4006001652,850,61

7

114C4006001604,791,84

8

115 C4006001655,331,72

Tabel 2 memperlihatkan bahwa papamn radiasi pennukaan maupun pada jarak I meter padatiap shell bervariasi, tetapi tidak terlalu berbeda jaulL yang tertinggi hanya pada shell nomer IIIC.Terlihat bahwa papamn radiasi pada permukaan dan jardk I meter pada limbah hasil olahan masihdalam batas yang diijinkan, seh.ingga lebih aman bagi pekerja masyarakat dan lingkungaIL

Untuk kelancaran proses pengolahan limbah tersebut diperlukan shell beton 950 I, semenport/and tipe I dan pasir. Selain itu peralatan proses unit sementasi juga hams dicek dan dilakukanpemwatan untuk ll1enjall1in kelancamn proses pengolahan tersebut. Pada saat proses sementasi halutama yang mell1erlukan perhatian adalah faktor keselamatart baik keselamatan radiasi ll1aupun nonmdiasi. Potensi bahaya radiasi yang sangat perlu mendapat perhatian adalah ketika pell1indahan resinbekas dari tangki pye ke tangki penampung resin bekas R 22003, karena pengisian dilakukan secaramanual. sehingga petugas radiasi hams meng!:,'1Ilmkanpakaian kerja secara lengkap. yaitu jas lab,sepatu kerja, samng tangan karet. penutup kepala, masker dan kaca mata. Potensi bahaya yang keduaadalah saat pengall1bilan cuplikan untuk membuat benda uji dari hasil olahan. Uap yang keluar daricampumn resin. air, pasir dan semen akan terhirup karena posisi pengambilan sampel Imms naik kctangga di mulut shell beton 950 1. Hal ini hams diantisipasi dengan pemlatan yang lengkap.

Potensi bahaya non radiasi yang berbahaya adalah debu semen, ini terjadi ketika pengisiansemen ke silo semen, sebelum ditimbang dan dimasukkan ke "fixer. Partikel debu semen yang sangatImlus masih bisa menembus nmsker, ini bisa dibuktikan setiap selesai proses pengisian semen pekeI:iamdiasi akan menemukan debu semen di sekitar hidung. Hal ini bisa dikurangi resikonya denganbekerja secara bergantian.

20

Prosiding Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2017 ISSN 0852-2979

Gambar 3. Shell beton 950 I hasil olahan siap disimpan di IS I

Dengan pengolahan limbah radioaktif resin bekas dalam shell beton 950 liter akan menjaminkeselamatan dan keamanan bagi pekeIja, masyarakat dan lingkungan. Proses imobilisasi resin bekasdilaksanakan di Gedung 50 PTLR dan limbah hasil olahan disimpan di Gedung Interim StorageGedung nomor 52, seperti terlihat pada Gambar 3, shell beton 950 I yang sudah siap diangkut untukdisimpan di Gedung IS I.

KESIMPULAN

Pengolahan limbah resin bekas dari PRSG dan resin bekas hasil dari proses pengolahanlimbah radioaktif cair dengan metode pcnukar ion berjumlah 2080 liter yang diimobilisasi ke dalamdelapan buah shell beton 950 liter. Limbah hasil olahan dalam delapan buah shell beton 950 I diberinomor lOSe. 109e. 1l0e. lIle. 112e. 113e. 1I4C dan 1I5e. Hasil pengukuran paparan pada jarakI m setelah di sementasi dalam shell beton 950 I adalah 0.40 - I.S4 /lSv/jam masih dibawah yangdipersyaratkan IAEA yaitu 2.5 x 10-2 mSv/jam. Hasil olahan limbah resin bekas PRSG disimpan diGedung Interim Storage 1 (IS 1).

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih kami sampaikan kepada rckan-rekan di Bidang Pengelolaan Limbah khususnyadi Sub Bidang Pengelolaan Limbah Radioaktif dalam proses pengolahan limbah resin bekas selamatahun 2017.

DAFT AR PUST AKA

[I] PP no 61 talmn 2013 tentang pengelolaan limbah radioaktif.[2] Nonne IntemationallSO 40

[3] Housc W.. "Pachaging of Low and Medium Lcvcl Wastc".IAEA International Training.Karlsruhe. 1989.

[4] BATAN-TECHNICATOME. System Note" Solid, Scmi Solid. Liquid waste Treatment",WSPG 330 NSN 9001. Paris, 1986

[5] BAHDIR JOHAN:' Teknik dan Standar Uji Produk Sementasi Limbah RadioaktiC' PTLR­BAT AN. Serpong 1997/1998

[6] AYI MUZIYAWATL SURYANTORO. MARDINL DARMAWAN All." PengaruhKandungan Limbah Tanah dari PT. TASUMA Terhadap Kekuatan Fisika dan Kimia BetonLimball" PTLR. Serpong 2005

21

Mas Udi, Bambang Sugito, Yayat Bernadi : Pengolahan Limbah Radioaktif Resin Bekas...

22