KEPELBAGAIAN NISBAH U/ U DALAM JUMLAH PEPEJAL TERAMPAI DI KUALA SELANGOR Kepelbagaian Nisbah U/ U dalam Jumlah Pepejal Terampai di Kuala Selangor Khairul Nizam Mohd Ramli & Che Abd. Rahim Mohamed Program Sains Laut, Pusat Pengajian Sains Sekitaran dan Sumber Alam, Fakulti Sains dan Teknologi, Universiti Kebangsaan Malaysia, 43600 Bangi, Selangor E-mail: carmohd @ pkrisc.cc.ukm.my ABSTRAK Kajian ini dijalankan bagi mengenalpasti kepelbagaian nisbah U/ U yang wujud di dalam jumlah pepejal terampai (TSS) pada lapan stesen yang berbeza di Kuala Selangor. Prosedur kajian ini melibatkan proses persampelan, pemendakan, resin penukaran anion, pemendakan elektrik dan teknik pengiraaan alfa spektrometer. Nisbah U/ U adalah paling tinggi di Stesen 8 ( U/ U = 2.98) dan Stesen 2 ( U/ U = 3.34) pada persampelan pertama. Manakala pada persampelan kedua julat nisbah U/ U adalah lebih luas iaitu di antara 1.29 (Stesen 4) hingga 11.57 (Stesen 6). Ini disebabkan berlakunya pergerakan U bersama-sama mikroorganisma di dalam fasa terampai dan berlaku proses penurunan U(VI) kepada U(IV) yang akan memendakkan uranium daripada air ke dalam sedimen. ABSTRACT This study has been made to identify the variability of U/ U ratio in the total suspended solid (TSS) at eight different stations at Kuala Selangor. The analytical procedures include sampling, precipitation, anion exchange, electrodeposition and alpha counting using alpha spectrometer. The U/ U ratio value is highest at Station 8 ( U/ U = 2.98) and Station 2 ( U/ U = 3.34) in first sampling. While in second sampling the range of U/ U ratio value is between 1.29 (Station 4) and 11.57 (Station 6). This is due to the mobalization of U by microorganisms in the suspended phase and the reduction of U(VI) to U(IV) which will deposite the uranium from water to the sediment. Kata kunci: Radionuklid; nisbah U/ U; jumlah pepejal terampai; kolum penukaran anion; alfa spektrometer 99 99
EKOSISTEM MARIN MALAYSIA: PELUANG & PENYELIDIKAN TERKINI Pendahuluan Uranium semula jadi mempunyai tiga isotop utama iaitu U, 235 U dan U. Isotop uranium U ialah anak di dalam siri penguraian U. Dalam keadaan keseimbangan sekular, nilai nisbah U/ U ialah satu. Ini kerana U lebih mudah bergerak berbanding U di dalam medium akueus. Oleh sebab itu nisbah U/ U di dalam air sungai adalah melebihi satu. Didapati nisbah U/ U ini tidak konstan di dalam kebanyakan sistem sungai. Perubahan ini disebabkan oleh perubahan aktiviti isotop uranium terutamanya aktiviti U. Contohnya nisbah U/ U yang didapati dari sistem Sungai Ganga-Brahmaputra di India dengan julat nisbah di antara 1.16 hingga 1.84 (Butts & Moore 1988). Julat nisbah ini adalah jauh lebih tinggi daripada nisbah keseimbangan U/ U iaitu 1.05 yang diperolehi di sepanjang sungai di India (Bhat & Krishnaswami 1964). Keadaan ini disebabkan oleh kelimpahan kandungan isotop uranium U di dalam air sungai yang berasal dari bahan-bahan luluhawa. Kajian terhadap kandungan uranium di dalam sistem marin dijalankan untuk melihat perubahan dan kepelbagaian nisbah U/ U yang wujud. Kepelbagaian nisbah U/ U ditentukan mengikut perubahan arus pasang-surut yang berlaku. Bahan dan Kaedah Kajian ini dijalankan di Kuala Selangor, Selangor (Rajah 1). Kawasan ini terletak di bahagian barat daya Selangor dan merupakan kawasan perkampungan nelayan. Kuala Selangor adalah kawasan muara bagi Sungai Selangor yang mengalir ke Selat Melaka. Sungai ini mengalir melalui beberapa kampung seperti Kampung Tanjung Siam Bahau, Kampung Masjid Lama, Kampung Kuantan, Kampung Belimbing dan Kampung Permatang. Kawasan kajian merangkumi tiga kawasan utama iaitu sungai, muara dan laut. Corak kawasan kajian ini adalah mengikut perubahan saliniti air dari air tawar ke air masin. Sebanyak lapan stesen telah ditetapkan bermula dari Kampung Bukit Belimbing. Koordinat bagi setiap stesen seperti ditunjukkan dalam Jadual 1. Aktiviti persampelan telah dilakukan sebanyak dua kali iaitu pada 28 September 2002 dan 15 Januari 2003. Sampel air diambil pada dua masa yang berbeza iaitu pada waktu air pasang dan air surut. Sebanyak 5L sampel air dituras melalui kertas turas 0.45µm Millipore filter bagi mengasingkan jumlah pepejal terampai (TSS) daripada sampel air. Kemudian sampel jumlah pepejal terampai (TSS) dibiarkan kering sebelum ditimbang beratnya. Sampel ini dicernakan dengan asid hidroklorik 9M dan dipanaskan selama dua jam. Seterusnya sample diempar diempar dan ditulenkan melalui kolum penukaran anion kromatografi. Proses ini dilakukan bagi menghasilkan larutan tulen uranium. Resin penukaran anion Dowex Ag-1x 8 (200 mesh) digunakan sebagai kolum dalam keadaan klorid (Cl - ). Seterusnya, larutan tulen uranium dikeringkan di dalam bikar sehingga pelarutnya kering. Langkah seterusnya ialah pemendakan elektrik bagi menyediakan sampel uranium untuk proses pembilangan aktiviti oleh spektrometer alfa. Sampel uranium dimendak di atas cakera anti karat pada arus 1A dengan voltan 20V selama 2 jam. 100 100
KEPELBAGAIAN NISBAH U/ U DALAM JUMLAH PEPEJAL TERAMPAI DI KUALA SELANGOR Selat Melaka RAJAH 1: Lokasi Setiap Stesen Kajian di Kuala Selangor, Selangor JADUAL 1: Koordinat Setiap Stesen Kajian di Kuala Selangor, Selangor Stesen Koordinat 1 03 0 23' 17 N 101 0 17' 47 E 2 03 0 22' 54 N 101 0 16' 47 E 3 03 0 21' 41 N 101 0 16' 19 E 4 03 0 21' 06 N 101 0 15' 24 E 5 03 0 20' 07 N 101 0 15' 17 E 6 03 0 21' 16 N 101 0 14' 38 E 7 03 0 21' 16 N 101 0 14' 08 E 8 03 0 19' 43 N 101 0 13' 32 E Selain daripada sampel air dan jumlah pepejal terampai (TSS), sampel sedimen juga diambil daripada beberapa stesen yang telah dipilih. Ia dijadikan sebagai data sokongan kepada hasil yang akan diperolehi nanti. Kaedah analisisnya adalah sama seperti analisis sampel jumlah pepejal terampai (TSS). Hasil Aktiviti isotop-isotop uranium dan nisbahnya daripada sampel jumlah pepejal terampai pada dua masa persampelan yang berbeza ditunjukkan dalam Jadual 2. Persampelan pertama (KS1) dilakukan pada akhir bulan September dan persampelan kedua (KS2) dilakuakan pada pertengahan bulan Januari pada tahun yang berikutnya. Aktiviti 101 101
EKOSISTEM MARIN MALAYSIA: PELUANG & PENYELIDIKAN TERKINI persampelan kedua dilakukan pada keadaan air mati. Aktiviti persampelan dilakukan pada dua keadaan yang berbeza iaitu pada ketika air pasang yang ditandakan dengan (P) dan pada ketika air surut (S) pada Jadual 2. JADUAL 2: Aktiviti Iisotop Uranium di dalam Jumlah Pepejal Terampai (TSS) di Kuala Selangor Stesen KS 1 KS 2 U/ U U/ U St.1(P) 11.0468 ± 20.8060 ± 1.88 - - - 1.7679 2.5216 St.1(S) 9.4023 ± 13.8094 ± 1.47 - - - 1.9985 2.6023 St.2(P) 78.0045 ± 79.7990 ± 1.02 7.4421 ± 11.1382 ± 1.50 12.742 13.1122 0.7948 1.0218 St.2(S) 1.0883 ± 3.6375 ± 3.34 8.4158 ± 38.5407 ± 4.58 0.2049 0.4052 1.5669 3.5447 St.3(P) 8.1539 ± 9.0985 ± 1.12 8.8146 ± 17.9139 ± 2.03 0.2524 0.2763 0.9231 1.4055 St.3(S) 33.1125 ± 33.8908 ± 1.02 7.7472 ± 10.3186 ± 1.33 1.4926 1.5324 1.1892 1.4349 St.4(P) 8.8906 ± 15.0833 ± 1.70 20.2104 ± 29.5525 ± 1.46 0.4561 0.6250 1.5173 1.9184 St.4(S) 0.3367 ± 0.6394 ± 1.90 9.7045 ± 12.5048 ± 1.29 0.0225 0.0329 0.531 0.6353 St.5(P) 4.5031 ± 4.7032 ± 1.04 25.7171 ± 40.2438 ± 1.56 0.8762 0.9159 2.4098 3.2091 St.5(S) 0.6162 ± 0.7751 ± 1.26 14.9661 ± 28.8366 ± 1.93 0.0258 0.0305 1.3662 2.0466 St.6(P) 7.3557 ± 14.0292 ± 1.91 3.6517 ± 42.2601 ± 11.57 0.6574 0.9549 0.7526 2.8119 St.6(S) 1.0816 ± 1.2900 ± 1.19 11.1296 ± 18.1033 ± 1.63 0.2675 0.319 0.8529 1.1553 St.7(P) - - - 3.5270 ± 20.0917 ± 5.70 0.6162 1.5649 St.7(S) 10.519 ± 11.4761 ± 1.09 4.4378 ± 16.0897 ± 3.63 0.5637 0.6104 0.5973 1.2024 St.8(P) 23.0261 ± 68.6017 ± 2.98 2.7884 ± 29.4009 ± 10.54 2.3478 4.2448 0.6134 2.1005 St.8(S) 59.9588 ± 64.4521 ± 1.07 2.0776 ± 14.8941 ± 7.17 2.3986 2.566 0.4922 2.1005 Nota: (P) - mewakili keadaan air pasang dan (S) mewakili keadaan air surut 102 102
KEPELBAGAIAN NISBAH U/ U DALAM JUMLAH PEPEJAL TERAMPAI DI KUALA SELANGOR Pada persampelan pertama (KS1), aktiviti kedua-dua isotop uranium didapati paling tinggi di Stesen 2 semasa air pasang ( U = 78.0045 dpm/g dan U = 79.7990 dpm/g) dan Stesen 8 semasa air surut ( U = 59.9588 dpm/g dan U = 64.4521 dpm/g). Aktiviti kedua-dua isotop ini paling rendah pada Stesen 5 semasa air pasang ( U = 4.5031 dpm/ g dan U = 4.7032 dpm/g) dan Stesen 4 semasa air surut ( U = 0.3367 dpm/g dan U = 0.6394 dpm/g). Manakala nisbah U/ U adalah paling tinggi di Stesen 8 semasa air pasang ( U/ U = 2.98) dan Stesen 2 semasa air surut ( U/ U = 3.34). Nisbah U/ U adalah paling rendah di Stesen 2 semasa air pasang ( U/ U = 1.02) dan Stesen 3 semasa air surut ( U/ U = 1.02). Pada persampelan kedua (KS2), aktiviti isotop U didapati paling tinggi di Stesen 5 semasa air pasang (25.7171 dpm/g) dan semasa air surut (14.9661 dpm/g). Bagi isotop U, aktivitinya paling tinggi di Stesen 6 semasa air pasang (42.2601 dpm/g) dan stesen 2 semasa air surut (38.5407 dpm/g). Aktiviti isotop U adalah paling rendah di Stesen 8 semasa air pasang (2.7884 dpm/g) dan Stesen 8 semasa air surut (2.0776 dpm/g). Manakala isotop U didapati paling rendah di Stesen 2 semasa air pasang (11.1382 dpm/g) dan Stesen 3 semasa air surut (10.3186 dpm/g). Julat nisbah U/ U semasa air pasang ialah di antara 1.29 (Stesen 4) hingga 11.57 (Stesen 6), manakala semasa air surut julat nisbahnya pula ialah dari 1.33 (Stesen 3) sehingga 7.17 (Stesen 8). Jadual 3 dan 4 menunjukkan aktiviti isotop uranium di dalam sampel air dan sedimen pada stesen tertentu. Didapati purata nisbah U/ U di dalam air ialah 1.04 iaitu lebih tinggi daripada purata nisbah U/ U di dalam sedimen (0.92). Perbezaan ini disebabkan oleh perbezaan purata aktiviti isotop uranium yang jauh lebih tinggi di dalam air ( U = 19.7272 dpm/5l dan U = 19.2705 dpm/5l) berbanding sedimen ( U = 4.1738 dpm/ 5L dan U = 4.5585 dpm/5l. Keputusan daripada ketiga-tiga sampel menunjukkan bahawa nisbah U/ U adalah tinggi di dalam jumlah pepejal terampai (TSS) berbanding di dalam sampel air dan sedimen. JADUAL 3: Aktiviti Isotop Uranium di dalam Air di Kuala Selangor Sampel U (dpm/5l) U (dpm/5l) U/ U St.1(S) 15.4548 ± 1.1796 17.0054 ± 1.2771 1.10 St.2(P) 25.4826 ± 4.3077 24.6855 ± 4.2631 0.97 St.4(P) 16.874 ± 2.567 17.4908 ± 2.6704 1.04 Purata 19.2705 ± 2.9486 19.7272 ± 2.9929 1.04 JADUAL 4: Aktiviti Isotop Uranium di dalam Sedimen di Kuala Selangor Sampel U/ U KS1 Sed. St.4 3.4143 ± 0.8508 2.8418 ± 0.7655 0.83 KS1 Sed. St.5 8.6139 ± 2.1015 6.9224 ± 1.792 0.80 KS1 Sed. St.6 4.9652 ± 2.5154 5.0010 ± 2.5613 1.00 KS1 Sed. St.7 4.1142 ± 1.9425 4.7368 ± 2.1723 1.15 KS1 Sed. St.8 1.6851 ± 0.5130 1.3669 ± 0.4626 0.81 Purata 4.5585 ± 0.6202 4.1738 ± 0.6116 0.92 103 103
EKOSISTEM MARIN MALAYSIA: PELUANG & PENYELIDIKAN TERKINI Perbincangan Kepelbagaian Nisbah U/ U Nisbah U/ U adalah tinggi semasa air pasang berbanding air surut di Stesen 1, 3, 6 dan 8 (Rajah 2). Perbezaan yang ketara ialah di Stesen 8 dengan nisbah U/ U ialah 2.98 semasa air pasang dan 1.07 semasa air surut. Keadaan yang sama juga berlaku pada persampelan kedua (KS2). Contohya di Stesen 6 yang mempunyai nisbah U/ U yang ketara iaitu 11.57 semasa air pasang dan 1.63 semasa air surut. Namun keadaan yang sebaliknya berlaku di Stesen 2 pada persampelan pertama (KS1) dan kedua (KS2). Contohnya pada persampelan pertama (KS1) dengan nisbah U/ U ialah 3.34 pada waktu air surut dan 1.02 pada waktu air pasang. Begitu juga dengan Stesen 5. Kepelbagaian nisbah U/ U di dalam TSS (KS1) Kepelbagaian nisbah U/ U di dalam TSS (KS2) RAJAH 2: Kepelbagaian Nisbah U/ U di dalam Jumlah Pepejal Terampai pada Persampelan Pertama (KS1) dan Persampelan Kedua (KS2) 104 104
KEPELBAGAIAN NISBAH U/ U DALAM JUMLAH PEPEJAL TERAMPAI DI KUALA SELANGOR Nisbah U/ U adalah berbeza di antara waktu air pasang dan air surut di stesen yang sama (Rajah 3). Contohnya Stesen 2 pada persampelan pertama, di mana nisbah U/ U adalah 3.34 pada waktu air surut dan 1.02 di waktu air pasang. Begitu juga nisbah U/ U di Stesen 6 pada persampelan kedua yang mana semasa air pasang nisbahnya 11.57 dan 1.63 semasa air surut. Ini menggambarkan bahawa isotop uranium U adalah tinggi dalam fasa terampai semasa air surut dan berasal dari sumber detritus. Isotop ini juga bergerak bersama-sama mikroorganisma (Premuzic et al. 1991; Stranberg et al. 1981), dan mengikut arus air. Mikroorganisma penurun Fe(III) akan mendapatkan tenaga untuk pertumbuhan daripada penurunan U(VI) kepada U(IV) (Lovely et al. 1991). Kemudian mikroorganisma penurun U(VI) akan memendakkan uranium daripada air ke dalam sedimen (Gorby & Lovely 1992). Corak taburan nisbah U/ U pada persampelan pertama semasa air surut adalah semakin menurun apabila menghala ke laut, di mana nisbah U/ U ialah 3.34 pada Stesen 2 dan nilai nisbahnya menurun apabila menghala ke laut hingga 1.07 pada Stesen 8. Ini disebabkan aktiviti uranium ( U) adalah tinggi di kawasan yang mempunyai pengaruh paya bakau berbanding dengan kawasan pinggir pantai (Mohamed et al. 1998). Tetapi berbeza pula pada persampelan kedua (KS2), di mana corak taburan nisbahnya semakin meningkat apabila menghala ke laut dengan nisbah U/ U ialah 1.33 pada Stesen 3 dan meningkat sehingga 7.17 pada Stesen 8. Ini mungkin mempunyai kaitan dengan kemasukan air sungai ke laut. Namun tingkahlaku uranium di kawasan pinggir pantai terutamanya di estuari masih belum lagi diketahui dengan jelas. Taburan nisbah U/ U di dalam TSS (KS1) Taburan nisbah U/ U di dalam TSS (KS2) Nisbah 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 air pasang air surut 1 2 3 4 5 6 7 8 Stesen Nisbah 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 air pasang air surut 1 2 3 4 5 6 7 8 Stesen RAJAH 3: Taburan Nisbah U/ U di dalam Jumlah Pepejal Terampai pada Persampelan Pertama (KS1) dan Persampelan Kedua (KS2) Kesimpulan Berdasarkan hasil daripada kajian radiokimia ini, dapat disimpulkan bahawa nisbah U/ U di dalam sampel jumlah pepejal terampai (TSS) adalah melebihi nisbah di dalam sampel air (1.04) dan sedimen (0.92). Ini disebabkan kandungan U adalah tinggi dalam fasa terampai. Isotop U bergerak bersama-sama mikroorganisma dan berlaku proses penurunan U(VI) kepada U(IV) yang akan memendakkan uranium daripada air ke dalam sedimen. 105 105
EKOSISTEM MARIN MALAYSIA: PELUANG & PENYELIDIKAN TERKINI Penghargaan Ucapan terima kasih kepada Dr. Zaharuddin Ahmad di atas bantuannya dari segi alatan. Terima kasih kepada pihak Universiti Kebangsaan Malaysia Bangi di atas bantuan kewangan melalui IRPA (kod: 09-02-02-0045-EA141). Juga kepada En. Mohamad Effendi dan En. Fauzi yang banyak membantu di lapangan. Ikhlas juga kepada pelajarpelajar di bawah seliaan Dr. Che Abd. Rahim Mohamed di atas segala bantuan dan kerjasama yang diberikan. Rujukan Bhat, S. G. & Krishnaswami, S. 1969. Isotopes of uranium and radium in the India river. Proc. Ind. Acad. Sci., 70: 1-17. Butts, J. L. & Moore, W. S. 1988. Uranium removal in the Ganga-Brahmaputra mixing zone (Abstr.). Eos, 69:1255. Gorby, Y. A. & D. R. Lovley. 1992. Enzymatic uranium precipitation. Environ. Sci. Technol. 26: 205-207. Lovley, D. R., Phillips, E.J., Gorby, Y. A. & Landa, E. R. 1991. Microbial reduction of uranium. Nature, 350: 413-416. Mohamed, C.A.R, Ahmad, Z., Rais, A. M. & Ishak, K. 1998. Kandungan uranium tabii Sungai Tengi, Selangor. Malaysian Journal of Analytical Sciences, 5: 73-76. Premuzic, E. T., Lin, M., Zhu, H. L. &. Gremme, A. M. 1991. Selectivity in metal uptake by stationary phase microbial populations. Arch. Environ. Toxicol., 20: -240. Stranberg, G. W., Shumate II, S. E. & Parrott, J. R. Jr. 1981. Microbial cells as biosorbans for heavy metal: Accumulation of uranium by Saccharomyces cerevisiae and Pseudomonas aeruginosa. Appl. Environ. Microbial., 41: 237-245. 106 106