View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Hasi! Pene!i1ian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 /SSN 0852 - 2979
LlMBAH RADIOAKTIF PADAT YANG DITIMBULKANDARI OPERASI PUSAT LlSTRIK TENAGA NUKLIR (PLTN)
Wati
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif, SATAN
ABSTRAKLlMBAH RADIOAKTIF PADAT YANG DITIMBULKAN DARI OPERASI PUSAT LlSTRIK
TENAGA NUKLIR (PL TN). Telah dipelajari tentang berbagai limbah radioaktif padat dari operasiPLTN. Jumlah dan karakteristik limbah yang dihasilkan pada operasi PLTN tergantung pada tipe,daya, dan kondisi operasinya. Jumlah limbah padat yang ditimbulkan dari operasi PLTN 1000Mwe dalam setahun adalah sekitar 1200 m3 atau 300 - 400 drum 200 I. Radionuklidaradionuklida penyusun limbah terse but tidak ada yang mempunyai umur paruh lebih dari 30tahun.
ABSTRACTSOLID WASTE RADIOACTIVE ARISINGS FROM NUCLEAR POWER PLANTS (NPP)
OPERATIONS. All kinds of solid waste radioactive from NPP operations have been studied. Theamounts and characteristics of wastes produced in a NPP operations depend on the type, thepower, and the operating conditions of it's. The annual produced of solid waste from operation ofNPP 1000 Mwe about 1200 m3 or 300-400 drum 200 I. The half life in it's radionuclide maximum
is 30 years.
PENDAHULUAN
Adanya rencana memasukkan energi nuklir dalam sistem pemasok energi
nasional melalui pembangunan Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PL TN) maka akan
mulailah era industri nuklir di Indonesia. Sebagaimana industri lainnya, industri nuklir
juga menimbulkan sejumlah limbah yang terkontaminasi dengan zat radioaktif dalam
batas yang dapat menimbulkan potensi dampak radiologi bagi lingkungan dan
kesehatan masyarakat. Sesuai dengan azas keselamatan yang dianut oleh teknologi
nuklir maka limbah radioaktif ini harus dikelola dengan baik untuk melindungi
lingkungan dan masyarakat dari potensi dampak radiologi yang dapat ditimbulkan.
Reaktor yang dioperasikan di dunia hingga saat ini, yang menggunakan pendingin air
digolongkan menjadi dua, yaitu Reactor air ringan (Light Water Reactor/LWR)
menggunakan pending in H20 dan reaktor air berat (Heavy Water Reactor/HWR)
menggunakan pendingin DlO. Reaktor yang menggunakan pendingin air ringan
terdapat 2 jenis reaktor daya, yaitu reaktor air tekan ( Pressure Water Reactor/PWR)
dan reaktor air mendidih (Boiling Water Reactor/BWR). Keduanya menggunakan bahan
bakar uranium yang diperkaya hingga sekitar 3% U23S.
Berbagai jenis limbah padat yang mengandung zat radioaktif secara garis besar
diklasifikasikan menjadi dua yaitu limbah basah (wet solid waste) dan kering (dry solid
waste). Klasifikasi limbah radioaktif pad at digunakan untuk memudahkan pengelolaan
lebih lanjut. Asal utama limbah radioaktif pad at dapat dikategorikan menjadi 3 yaitu :
296
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
nuclear power plant (NPP), daur bahan bakar nuklir dan limbah radioaktif dari
laboratorium penunjang. Studi ini dititikberatkan pada limbah yang ditimbulkan dari NPP
dan daur bahan bakar nuklir yang jumlahnya cukup signifikan.
KATEGORISASI LlMBAH RADIOAKTIF PADAT
Berdasarkan tingkat radiasinya, limbah radioaktif padat terbagi menjadi dua,
yaitu: limbah radioaktif padat tingkat rendah-sedang dan limbah radioaktif padat tingkat
tinggi. Limbah radioaktif padat tingkat rendah-sedang, yaitu limbah yang terdiri dari
bahan yang terkontaminasi seperti kertas, sarung tangan, dan alat-alat laboratorium
nuklir yang kontak langsung (terkontaminasi). Limbah radioaktif padat tingkat tinggi,
yaitu limbah yang terdiri dari bahan-bahan sisa perlengkapan pabrik proses olah ulang,
terutama bekas selongsong elemen bahan bakar nuklir yang diolah ulang dan dari
laboratorium yang menggunakan radionuklida dengan aktivitas tinggi [I]. Bermacam
macam sistem klasifikasi digunakan untuk mengkategorisasikan limbah radioaktif pad at
tingkat rendah-sedang. Sistem klasifikasi ini biasanya didasarkan pad a aktivitas spesifik,
laju dosis ataupun radioaktivitas. Sistem klasifikasi yang lain mungkin berupa asal
limbah, sifat fisika kimianya, tipe radiasinya, dan waktu paroh radionuklidanya. Masing
masing sistem klasifikasi ini mempunyai keuntungan dan kerugian tergantung dari
maksud dan dasar yang digunakan. Salah satu dasar untuk mengklasifikaskan limbah
yang biasa dikenal dan diterima oleh umum adalah didasarkan pada cara
pembuangannya atau cara pengolahannya. Untuk maksud pembuangan, limbah
radioaktif padat aktivitas rendah-sedang secara umum dikategorikan seperti terlihat
pada Tabel 1 sebagai berikut :
Tabel 1. Kategorisasi limbah radioaktif padat aktivitas rendah-sedang[ 1 ]
Kategori limbahKarakteristik
- Tingkat rendah berumur panjang
- Beta gamma rendah- Mengandung alpha- Radiotoksisitas rendah- Tingkat sedang berumur panjang
- Bet gamma sedangMengandung alphaRadiotoksisitas sedangTingkat rendah berumur pendek
Beta gamma rendah- Tidak mengandung alpha- Radiotoksisitas rendah- Tingkat sedang berumur pendek
- Beta gamma sedang- Tidak mengandung alphaRadiotoksisitas sedang
297
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
Sedangkan untuk maksud pengolahannya limbah radioaktif padat dapat dikategorikan
menjadi :
a. Limbah radioaktif padat terbakar/terkompaksi.
- Tidak mengandung alpha
- Mengandung alpha
b. Limbah radioaktif padat tak terbakar, terkompaksi
- Tidak mengandung alpha
- Mengandung alpha
c. Limbah radioaktif padat tak terbakar dan tak terkompaksi
- Tidak mengandung alpha
- Mengandung alpha
d. Limbah padat khusus Material terirradiasi yang mempunyai ukuran besar. Macam
macam material yang diiradiasi dalam teras reaktor akan selalu berganti-ganti dan
akhirnya akan menjadi limbah, sebagai contoh : bahan bakar bekas, batang kendali,
in-core detector dan grafit slurry , tetapi kebanyakan dari limbah ini tergolong
aktivitas tingkat tinggi.
Berdasarkan Eurochemic Decomisioning batasan secara kuantitatif untuk limbah
radioaktif padat aktivitas rendah-sedang adalah :
Tabel 2. Batasan secara kuantitatif untuk limbah aktivitas rendah-sedang [2]
Waste level SpeciesQuantitatif Limits
Aktivitas rendah (LLW)
Beta/Gamma140GBq/m
Alpha140MBq/m
Laju dosis permukaan
2 mSv/jamAktivitas sedang (ILW)
Beta/Gamma20.000 GBq/m~Ipha
8.000 Gbq/mLaju dosis permukaan
2,5 Sv/jam
Limbah yang mempunyai aktivitas di atas ambang batas aktivitas ILW sudah
tentu termasuk kategori limbah aktivitas tinggi (HLW). Limbah radioaktif pad at terbakar
tetapi tidak mengandung alpha yang ditimbulkan dari instalasi nuklir jumlahnya cukup
besar, biasanya berupa : PVC dan kantongkantong polyethylene, protective clothing
(macam-macam plastik, tekstil, barang dari kulit, celulose, karet, neoprene, dsb), bahan
pembungkus (kardus, kertas, plastik, kayu) bahan pembersih (kain bekas, tisue) dan
filter (celulose tekstil dengan fiber glass atau filter mineral dengan kerangka kayu, dsb).
298
Hasi/ Peneli/iall dan Kegia/all PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
Limbah radioaktif padat terbakar yang mengandung alpha pada umumnya ditimbulkan
dari proses olah ulang (pelepasan U/Pu, penyulingan Pu), pencampuran oksida (UOZ
Pu02) dalam instalasi fabrikasi bahan bakar dan dari pusat-pusat penelitian yang
bekerja dengan elemen transuranium. Jenis limbah ini sebenarnya sam a dengan limbah
radioaktif yang tidak mengandung alpha, tetapi limbah ini banyak mengandung bahan
yang korosif serta memerlukan fasilitas penahan alpha sehingga memerlukan teknik
pengelolaan yang khusus.
Limbah radioaktif padat tak terbakar dan tidak mengandung alpha umumnya
berupa logam, barang pecah belah, konstruksi material penyekat/insulasi, filter metalik,
frame HEPA filter, beton, batu-batuan dan alat-alat perlengkapan mekanik lainnya yang
terkontaminasi. Jenis limbah ini biasanya dianggap sebagai limbah radioaktif alpha,
apabila limbah-limbah terse but terkontaminasi alpha dan berasal dari daerah aktif
tempat ekstraksi uranium, plutonium dan dari bagian konversi instalasi proses olah
ulang atau dari deretan glove box pada instalasi fabrikasi bahan bakar. Limbah serupa
timbul di tempat penelitian dan pengembangan yang bekerja dengan material fissile
(pembelahan). Tritium sebagai kontaminan juga terdapat pada kebanyakan limbah
padat yang ditimbulkan dari industri nuklir. Kondisioning dari limbah-limbah ini biasanya
memerlukan teknik khusus karena tritium dalam bentuk oksida dapat bergerak dan
bertukar dengan air.
LlMBAH PADAT DARI NPP
Bahan bakar bekas tidak termasuk dalam bahasan ini, limbah ini tergolong
aktivitas tingkat tinggi (HLW). Dalam makalah ini pembahasan difokuskan pada limbah
aktivitas rendah-sedang (LLW/ILW). LLW/ILW dihasilkan selama reaktor beroperasi
rutin. Meskipun LLW/ILW biasanya mengandung radioaktivitas/m3 relatif kecil, tetapi
dalam jumlah volume keseluruhan relatif besar sehingga menyulitkan pembuangan.
A. Alur Timbulnya Limbah
Alur timbulnya limbah radioaktif pad at dari NPP seperti terlihat pad a Gambar 1 a
dan Ib [3]. Ada 5 sistem yang potensial menimbulkan limbah yaitu primary coolant clean
up system, liquid waste processing system, off-gas and ventilation system dan general
power plant operation system. Karakteristik limbah untuk masing-masing sistem
ditampilkan pad a Tabel 3 dan 4. Tabel 3 untuk reaktor PWR 1300 MW(e)
memperlihatkan bahwa karakteristik limbah yang ditimbulkan dari masing-masing sistem
berbeda. Aktivitas spesifik tertinggi adalah limbah dari general power plant operation
299
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
system (batang kendali) sebesar 3 x 103 Ci/m3 kemudian diikuti limbah dari primary
coolant clean up system yaitu wet ionexchange resins sebesar 102 - 5 x IOz Ci/m3 dan
filter cartridges sebesar 5 x 10' - 5 x IOz Ci/m3. Limbah dari sistem yang lain mempunyai
aktivitas spesifik antara 10-2 - 1 Ci/m3. Tabel 4 untuk reaktor BWR 1300 MW(e) juga
memperlihatkan bahwa karakteristik limbah yang ditimbulkan dari masing-masing sistem
berbeda. Aktivitas spesifik tertinggi adalah limbah dari general power plant operation
system (batang kendali) sebesar 6 x 104 Ci/m3 kemudian diikuti limbah dari off-gas and
ventilation system sebesar 3 - 15 Cilm3. Tabel 3 dan 4 memperlihatkan bahwa tipe
reactor berpengaruh terhadap karakteristik limbah yang ditimbulkan (limbah dari sistem
yang sam a mempunyai aktifitas spesifik yang berbeda)
Tabel 2. Batasan secara kuantitatif untuk limbah aktivitas rendah-sedang [2]
Waste level SpeciesQuantitatif LimitsAktivitas rendah (LLW)
Beta/Gamma40 GBq/mJAlpha
40 MBq/m3Laju dosis
2 mSv/jampermukaanAktivitas sedanq (ILW)
Beta/Gamma20.000 GBq/m3Alpha
8.000 Gbq/mJLaju dosis
2,5 Sv/jampermukaan
TABLE 3. KAR.A.KTERISTIK LIMBAH PWR 1300 MW(e).
System
Pnmary cDolant dean up
liquid waste processing
OfT-gas ond ventilation
General power plant
operation
Nature of waste
Wet ion.cxchangc resins
Filter cartridges
E n!porator concentrates,
sJudges, resins
HEPA filters
Ch:m;oaJ filters
Poper. rags, clothing
Discarded hardware components
Comrol rods (onJy after one year of
ope-ration): start up neutron sources;
fuel dement components and spacers
300
SpeCific aClivity
{Ciirrr>
10'-5X10<
5 X 10'_5 X 10'
10-' - 1
10-' 1
10-' -I
2 X 10-' -2 X 10-'
10-'-10'
3 X 10'
Hasil Penelilian dan Kegialan PTLR Tahzm 2006/SSN 0852 - 2979
~A't'OIJ' \'W"~n:s
lIr-x, ',i ."(
,-;d--, IG;f ..H
-_._------_.~ ~-------~ 'G"':it~
----L-Jco••o"•••\ro,:
l.lliV'O W••••T£$ nt:UUIA'NC.NQ flH\T~rc." "IIhN •••••ae.••••(NT
Fig. Typical flow pattern of radioactive wastes in a PWR system (reproduced from Rep. ERDA-76.43)
:s,OLIO WASTE:>.
CONIA.NING M4,,)~Of' "'HI.i. A Af.)H ..)AC'ltVI-ly ANO'''f.O'.JI,HNG :'HI!"~AND S1()"A~t'
1w ••••TtiH
JAC"! IVA'T"OCOOLANT .---
Af.)O'T.~.~~~
-';}'-'\.IUVIO YV ••••• STCi
lRE.ATfVI£NT !,;V$l"f:M5 -------.-.-----------
LIOUID WASl'F.g Hft.:II.JlfHNGNO f-UH'IHEf; MANAt;;I:;M(,..1
Fig flow pattern of radioactive wastes in a BWR system (reproduced from Rep. ERDA-76.43)
Gambar 1.a. Diagram alir limbah radioaktif yang ada pada system PWR (atas) dan
BWR (bawah)
301
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006
PRIM;'''''' ~10\,)10
CO:::>:.h~ CL~ UP
c O!.::r.: NS;' TE
CLE.;"'1 UP
E::::N>M~NT
LEJ.-"-"GES
FLO:::; ?RAINS
EVAPC><i.~7::>RCONDENSERWATER
DEMINER",-,Z::;O
WATER
WET S::J.I::J
WAS-:-"
LIQUIDS RFO,-/I"I>';::; NO
FURTHEr<. TREATM"",
RINSING ANDDECONT AMINA TINe;LlOUID'S .
LABOP'.t.TO;:Y DRAINS
LAUNDRY AND
PERSONNEL SHOwERS
LIQUID WASTE
PROCESSiNG
-IOEWATERED SLUDGEEVAPORATOR CONCENTR.ION EXCHANGE RE.SINS
FUEL POOL FIL TEP.SA~O OEMINERALI;:A.TION ?ESINS
OISCARDED HARDVJt.RE
AND CO>..IPONENTS
HEPA Fil T!: RES
CHARCOAL AOSOR9ERS
CERAMIC FILTERS
COMPACTiON
,NON·COMBVSTIB •..E
SOllC WASTE
tT REA TME NT "-NOCOND'TIOP-lING
ISSN 0852 - 2979
MAIN CONDENSER Oi"FGASES
PRIMARY COOLANTDEGASSING
Off GASES (TANK VEN'iS
SEALS. TURBINE G:.m:::Sr-T,
GASE S REOUIRING NO
FURTHER TREJ..TMEt,rr
Gambar 1. Alur Timbulnya Limbah NPP
302
Hasi/ Pene/itian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
B. Jumlah dan Komposisi Limbah
Akumulasi total LLW dari power plants seluruh dunia pad a tahun 1990 adalah
360.000 m3. Total ILW sebanyak 28.000 m3/tahun. Sampai tahun 2005 jumlah ini
mengalami kenaikan kurang lebih sebanyak 50 %. Jumlah limbah radioaktif padat yang
ditimbulkan tiap tahun dari operasi PLTN 1000/900 Mwe adalah sekitar 1200 m3
(Gambar 2).
Jumlah limbah pad at yang ditimbulkan tergantung dari tipe reaktor dan kondisi
operasi. Estimasi jumlah total dari limbah padat berkisar antara 100 drum/tahun - 400
drum/tahun dengan 10 % nya berisi ILW.
Tabel 5. Limbah radioaktif padat LLW/ILW dari operasi PWR [5]
Volume tiap tahun (m3)
Volume limbah sebelum50 m' 'solidified liquid)
diolah pertahun375 m (combustible rag, poly-sheet, wood)
12 m3 (rubber, spent charcoal)30m 335 m3 (incombustible air filter)10 pc (incombustible liquid filter)4 m3 (incombustibleinsulation)Pengolahan
Evaporasi(treatment and conditioning)
1nsenerasi
KompaksiSementasiVolume akhir pertahun300-400 drum 200 L
Pada umumnya LLW/ILW terkontaminasi radionuklida seperti 1-131, Cs-137, Cs
134, Ce-144, Ru-106, Zr-Nb-95, Co-60, Co-58, Fe-59, Mn-54, Cr-51, Ni-63, dan H-3.
Dalam hal ini, produk fisi yang paling menyusahkan untuk jangka pendek adalah 1-131
(8 hari, gamma 0,4 Mev) dan Cs-134 (2 tahun, gamma 0,6 Mev). Untuk limbah yang
berumur lebih panjang beberapa tahun prod uk fisi yang dominan adalah Cs-137 (30
tahun, gamma 0,6 Mev). Produk aktivasi yang paling menyusahkan untuk jangka
pendek adalah Fe-59 (45 hari, gamma 1,1 Mev). Sesudah itu nuklida yang paling
dominan adalah Co-60 (5,2 tahun, gamma 1,3 Mev). Sesudah disimpan selama 30
tahun atau lebih nuklida sisa yang dominan kemungkinan Ni-63 (92 tahun, beta, no
gamma). Komposisi jenis radionuklida dalam LLW/ILW dari masing-masing tipe reaktor
seperti terlihat dalam table 6:
303
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
Tabel 6. Komposisi jenis radionuklida dalam LLW/ILW
ISSN 0852 - 2979
Tipe reaktor RadionuklidaPWR
Co-5820%Cs-137
11 %1-131
17%BWR
Co-6030%Cs-137
13 %1-131
3 %, sedikit Na-24 dan Zn-65PHWR
Co-606%Cs-137
13 %1-131
14%Cr-51
7%
Zr-9515 %
Nb
24%
DAFTAR PUSTAKA
1. IAEA, "Treatment of Low and Intermediate Level Solid Radioactive Wastes",
Technical Reports Series No. 223, IAEA, Vienna, 1983.
2. Decommissioning of Nuclear Facilities, NEA/OECD, Paris, 1991.
3. IAEA, "Guide to The Safe Handling of Radioactive Wastes at Nuclear Power Plants",
Technical Reports Series No. 198, IAEA, Vienna, 1983.
4. S. Ronodirjo, Concept of Ultimate Disposal for NPP Radwaste in Indonesia, 1990.
5. NEWJEC, Feasibility Study of The First Nuclear Power Plants at Muria Peninsula
Region, "Waste Management and Decomisioning", NEWJEC Inc., 1996.
304
Recommended