PENGELOLAAN AIR ASAM TAMBANG MELALUI RAWA BUATAN BERBASIS BAHAN IN SITU DI PERTAMBANGAN BATU BARAA

Transkripsi

1 PENGELOLAAN AIR ASAM TAMBANG MELALUI RAWA BUATAN BERBASIS BAHAN IN SITU DI PERTAMBANGAN BATU BARAA (Studi Kasus di Site Pertambangan Sambarata, PT. Berau Coal, Kabupaten Berau, Provinsi Kalimantan Timur) APONG SANDRAWATI SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2012

2 Hak Cipta milik IPB, Tahun 2012 Hak Cipta dilindungi Undang-undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar Institut Pertanian Bogor. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin dari IPB.

3 PENGELOLAAN AIR ASAM TAMBANG MELALUI RAWA BUATAN BERBASIS BAHAN IN SITU DI PERTAMBANGAN BATU BARA (Studi Kasus di Site Pertambangan Sambarata, PT. Berau Coal, Kabupaten Berau, Provinsi Kalimantan Timur) APONG SANDRAWATI Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Agroteknologi Tanah SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

4 Penguji Luar Komisi Prof. Dr. Ir. Sudarsono, M.Sc

5 Judul Tesis : Pengelolaan Air Asam Tambang Melalui Rawa Buatan Berbasis Bahan In Situ di Pertambangan Batu Bara (Studi Kasus di Site Pertambangan Sambarata PT. Berau Coal, Kabupaten Berau, Provinsi Kalimantan Timur) Nama : Apong Sandrawati NRP : A Disetujui, Komisi Pembimbing Dr. Ir. Darmawan, M.Sc Ketua Dr. Ir. Dyah Tjahyandari S, M.Appl.Sc Anggota Dr. Ir. Gunawan Djajakirana, M.Sc Anggota Diketahui, Ketua Program Studi/Mayor Agroteknologi Tanah Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Suwardi, M.Agr Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr Tanggal Ujian : 9 Pebruari 2012 Tanggal Lulus : 27 April 2012

6 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sumedang pada tanggal 6 April Penulis merupakan anak pertama dari Bapak Eman Sulaeman dan Ibu Sunarsih. Penulis memulai pendidikan formal di SDN 1 Situraja pada tahun 1987 dan SLTPN 1 Situraja pada tahun Penulis menyelesaikan pendidikan SMU di SMUN 1 Situraja pada tahun Di tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan di Program Studi Ilmu Tanah, Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penulis menyelesaikan studi S1 dan lulus sebagai Sarjana Pertanian pada tahun Tahun 2006 penulis diterima sebagai Calon Pegawai Negeri Sipil di Fakultas Pertanian, Universitas Padjadjaran, dan menjadi staf pengajar pada Program Studi Ilmu Tanah (sekarang Program Studi Agroteknologi Pertanian) hingga sekarang.

7 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan ke khadirat ALLAH SWT atas rahmat dan segala karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis dengan judul Pengelolaan Air Asam Tambang Melalui Rawa Buatan Berbasis Bahan In Situ di Pertambangan Batu Bara (Studi Kasus di Site Pertambangan Sambarata, PT. Berau Coal, Kabupaten Berau, Provinsi Kalimantan Timur). Tesis ini disusun berdasarkan hasil penelitian penulis yang dilakukan selama kurang lebih satu tahun, yang terdiri dari penelitian lapangan dan analisis laboratorium. Penulis menyampaikan terimakasih dan penghargaan yang sebesarbesarnya kepada Dr Ir Darmawan, M.Sc, Dr Ir Gunawan Djajakirana, M.Sc, dan Dr Ir Dyah Tjahyandari Suryaningtyas, M.Appl.Sc, selaku dosen-dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan motivasi selama penelitian dan penulisan tesis. Semua pelajaran yang Bapak dan Ibu berikan akan menjadi bekal yang berharga buat penulis untuk berkarya yang lebih baik di masa depan. Terimakasih dan penghargaan yang besar-besarnya penulis sampaikan kepada Prof Dr Ir Sudarsono, M.Sc selaku penguji yang telah memberikan saran dan masukan sehingga menjadikan tesis ini lebih baik. Besar rasa terimakasih penulis juga sampaikan kepada Dr Ir Suwardi M.Agr atas apresiasi yang diberikan terhadap hasil penulisan tesis ini. Terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada segenap pimpinan dan staf PT. Berau Coal atas dukungan dan fasilitas yang diberikan selama penelitian. Terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Ir Agus Darmawan dan Ir Sujatmiko atas dukungan dan arahan selama pengajuan penelitian. Terimakasih juga penulis sampaikan kepada Junianto S, Desi A, dan Mei Yu atas bantuannya selama proses editing penulisan tesis. Penulis menyadari semua usaha ini tidak akan berjalan dengan baik tanpa do a yang tidak putus-putus dari kedua orang tua penulis. Pada akhirnya penulis sampaikan terimakasih kepada kedua orang tua dan kepada berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Bogor, April 2012 Penulis

8 ABSTRACT APONG SANDRAWATI. Acid Mine Drainage Treatment by Artificial Wetland Based on In Situ Material in Coal Mining (Case Study in Sambarata Mining Site, PT. Berau Coal, Berau District, East Kalimantan Province). Under direction DARMAWAN, DYAH TJAHTANDARI SURYANINGTYAS, and GUNAWAN DJAJAKIRANA. Acid mine drainage (AMD) is the main problem in open pit mining due to extremely low ph and high solubility of metals. Metal solubility can be reduced biochemically in an anaerobic condition. Wetland is typical ecosystem having anaerobic conditions and characterized by low potential redox (Eh). Low Eh can be achieved if the wetland has enough quantities of organic matter. This research was aimed to design an artificial wetland that was constructed using locally available materials, and test it for AMD treatment, to identify AMD remediation process within artificial wetland, and to identify biomass production of artificial wetland plants. An artificial wetland of m 2 has been constructed. It s composed of two organic walls, two growing ponds, and one collecting pond. Each component separated by a dike. Each organic wall was placed next to growing pond that were planted by Typha sp. and Cyperus sp. Collecting pond was planted by Eichornia crassipes. Artificial wetland was incubated until redox potential (Eh) of inundated water was less than 100 mv. Operation of artificial wetland started after incubation was done. Result showed that during incubation Eh of inundated water has decreased to below 100 mv after 5 days. Reduction and precipitation has occured during AMD remediation process. Sulphate, iron and manganese were accumulated in the root of each plant. Typha sp. has better growth rate than other plants and potentially to produce a higher biomass. Key word: acid mine drainage, artificial wetland, reductive, organic wall.

9 RINGKASAN APONG SANDRAWATI. Pengelolaan Air Asam Tambang Melalui Rawa Buatan Berbasis Bahan In Situ di Pertambangan Batu Bara (Studi Kasus di Site Pertambangan Sambarata, PT. Berau Coal, Kabupaten Berau, Provinsi Kalimantan Timur). Di bawah bimbingan DARMAWAN, DYAH TJAHYANDARI SURYANINGTYAS, dan GUNAWAN DJAJAKIRANA. Permasalahan utama akibat penambangan terbuka pada tambang batubara adalah timbulnya air asam tambang (AAT) yang mempunyai nilai ph sangat rendah dan konsentrasi logam terlarut yang tinggi. Air asam tambang ini jika tidak dikelola akan menjadi bahan pencemar yang dapat membahayakan organisme perairan. Salah satu teknik pengelolaan AAT adalah dengan passive treatment, antara lain dapat dilakukan pada rawa buatan. Aplikasi rawa buatan untuk pengelolaan AAT harus memperhatikan ketersediaan bahan-bahan yang akan digunakan pada konstruksi rawa buatan. Penelitian ini bertujuan untuk: merancang rawa buatan berbasis bahan-bahan in situ dalam memperbaiki kualitas air asam tambang, mengidentifikasi proses perbaikan kualitas air dalam sebuah sistem rawa buatan, dan melakukan identifikasi terhadap produksi biomassa yang dapat dihasilkan dari rawa buatan. Konstruksi rawa buatan dibuat seluas m 2, terdiri dari: dua organic wall, tiga kolam pertumbuhan, yang dibatasi oleh tanggul. Organic wall dibuat menyerupai parit yang diisi dengan bahan organik segar. Kolam pertumbuhan satu ditanami dengan Typha sp, kolam pertumbuhan dua dengan Cyperus sp, dan kolam pertumbuhan tiga ditumbuhkan Eceng Gondok (Echornia crassipes). Proses konstruksi terdiri dari: penimbunan area genangan, konstruksi komponen rawa, pengisian, dan perapihan komponen rawa. Setelah konstruksi selesai, rawa buatan diinkubasi sampai nilai potensial redoks air genangan <100 mv, dalam 10 hari. Setelah inkubasi selesai, rawa buatan dioperasikan secara kontinyu. Hasil pengamatan selama tahap pengoperasian secara kontinyu menunjukkan bahwa rawa buatan dengan komponen organic wall yang reduktif, efektif menaikan ph dan menurunkan konsentrasi besi, mangan, dan sulfat terlarut, sehingga berada di bawah ambang baku mutu. Hasil analisis terhadap substrat, menunjukkan bahwa sulfat, besi dan mangan diendapkan pada substrat dengan jumlah yang tergantung kepada ph. Analisis juga dilakukan terhadap konsentrasi sulfat, besi dan mangan pada tanaman. Hasil analisis menunjukkan bahwa tanaman mengakumulasi sulfat, besi dan mangan pada bagian akar dengan jumlah yang jauh lebih tinggi dibandingkan pada daun. Berdasarkan hasil pengukuran terhadap produktivitas tanaman, Typha sp direkomendasikan sebagai tanaman yang paling adaptif terhadap genangan AAT dan dapat menghasilkan biomassa yang lebih tinggi dari produksi optimumnya.

10 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 3 Hipotesis Penelitian... 4 TINJAUAN PUSTAKA Air Asam Tambang... 5 Pengelolaan Air Asam Tambang... 6 Rawa Buatan... 7 Tumbuhan Rawa... 9 Reduksi dan Potensial Redoks Reduksi Sulfat Stabilitas Besi dalam Larutan Stabilitas Mangan dalam Larutan Peran Bahan Organik dalam Remediasi Air Asam Tambang BAHAN DAN METODE Lokasi dan Waktu Bahan dan Alat Penelitian Metode Penelitian Survei Pendahuluan Rancangan Rawa Buatan Konstruksi Rawa Buatan Inkubasi Anaerob Penanaman Pengoperasian Sistem Rawa Secara Kontinyu Pengambilan Contoh dan Pengukuran Analisis dan Penyajian Data 25

11 xiii DESKRIPSI KEADAAN LOKASI PENELITIAN Lokasi Penelitian Karakteristik Air Asam Tambang Karakteristik Bahan In situ Lumpur Batu Gamping Bahan Organik HASIL DAN PEMBAHASAN Proses Konstruksi Rawa Buatan Penimbunan Area Genangan Konstruksi dan Pengisian Komponen Rawa Penanaman Hasil Inkubasi Anaerob Hasil Pengukuran Kualitas AAT pada Tahap Pengoperasian Kontinyu. 38 Reduksi Sulfat, Besi, dan Mangan Efisiensi Reduksi Reduksi Sulfat Reduksi Besi Reduksi Mangan Hasil Pengukuran terhadap ph, Konsentrasi Besi, Mangan dan Sulfat pada Substrat ph Substrat Konsentrasi Besi Konsentrasi Mangan Konsentrasi Sulfat Konsentrasi Sulfur, Besi dan Mangan pada Tanaman Produktivitas Tanaman KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 57

12 DAFTAR TABEL Nomor Teks Halaman 1. Metode pengukuran contoh Karakteristik OB dari disposal berdasarkan uji NAG Karakteristik air asam tambang di lokasi penelitian Karakteristik kimia lumpur Hasil uji NAG terhadap OB untuk bahan timbunan Distribusi bahan yang digunakan pada pengisian rawa buatan Rekapitulasi jumlah bibit tanaman yang digunakan Kriteria baku mutu air limbah kegiatan penambangan batubara Hasil pengukuran kualitas air pada tahap pengoperasian secara kontinyu Nilai efisiensi reduksi dari besi, mangan, dan sulfat selama pengoperasian rawa buatan secara kontinyu Konsentrasi total sulfur, besi dan mangan pada akar dan daun tanaman contoh Konsentrasi normal dari unsur hara esensial pada tanaman (berdasarkan Bohn et al., 1979) Produktivitas tanaman (hasil panen ubinan). 50

13 DAFTAR GAMBAR Nomor Teks Halaman 1. Strategi pengelolaan AAT secara abiotik dan biotik (Johnson dan Hallberg, 2005) Skema penampang melintang rawa buatan aerobik dan anaerobik (aliran permukaan) (modifikasi dari Skousen et al., 1998) Stabilitas besi dalam bentuk terlarut dan padatan yang merupakan fungsi dari ph dan Eh pada tekanan udara 1 atm dan suhu 25 o C (Elder, 1985 dalam Brooke, 2011) Diagram Eh-pH untuk pasangan redoks Mn(IV) dan Mn(II) Proses mikrobiologi yang mengakibatkan reduksi sulfat dalam sebuah substrat karbon organik (Logan et al., 2005) Layout konstruksi rawa buatan di lokasi penelitian Penampang melintang konstruksi tanggul, parit dan kolam Komposisi bahan pengisi pada komponen rawa buatan Lokasi pengambilan contoh air, substrat, dan tanaman Peta situasi lokasi penelitian Hasil pengukuran potensi redoks (Eh) pada setiap komponen rawa selama inkubasi anaerob Hasil pengukuran konsentrasi sulfat dan Eh pada contoh air di setiap komponen rawa (a) organic wall satu; (b) kolam pertumbuhan satu; (c) organic wall dua; (d) kolam pertumbuhan dua Hasil pengukuran ph pada setiap komponen rawa selama inkubasi anaerob Hubungan antara konsentrasi sulfat terlarut dan ph pada contoh air selama pengoperasian rawa buatan secara kontinyu Hubungan konsentrasi Fe 2+ dan ph contoh air selama pengoperasian rawa buatan secara kontinyu Hubungan konsentrasi Mn 2+ dan ph contoh air selama pengoperasian rawa buatan secara kontinyu Hasil pengukuran ph(h 2 O) contoh substrat sebelum dan sesudah treatment AAT Hasil pengukuran konsentrasi Fe 2+ pada contoh substrat sebelum dan sesudah treatment AAT Hasil pengukuran konsentrasi Mn 2+ contoh substrat sebelum dan sesudah treatment AAT Hasil pengukuran konsentrasi sulfat dalam contoh substrat sebelum dan sesudah treatment AAT... 47

14 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Teks Halaman 1. Prosedur uji asam basa dan Net Acid Generation (Badan Standardisasi Nasional, 2001) Hasil analisis uji asam basa dan NAG terhadap material overburden Prosedur daya netralisasi dan penetapan secara CaCO 3 (Balai Penelitian Tanah, 2005) Hasil analisis daya netralisasi batu gamping asal Suaran Foto-foto lokasi penelitian Hasil pengukuran ph selama inkubasi anaerob Hasil pengukuran potensial redoks (Eh) selama inkubasi anaerob Hasil pengukuran konsentrasi sulfat terlarut selama inkubasi Hasil pengukuran ph pada rawa buatan selama pengoperasian secara kontinyu Hasil pengukuran konsentrasi sulfat terlarut pada rawa buatan selama pengoperasian secara kontinyu Hasil pengukuran konsentrasi besi terlarut pada rawa buatan selama pengoperasian secara kontinyu Hasil pengukuran konsentrasi mangan terlarut pada rawa buatan selama pengoperasian secara kontinyu Hasil pengukuran ph, konsentrasi sulfat, besi, dan mangan pada substrat Hasil pengukuran konsentrasi sulfur, besi, dan mangan pada tanaman... 74

15 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Air asam tambang (AAT) atau acid mine drainage (AMD) merupakan salah satu permasalahan penting di lokasi penambangan batu bara yang dilakukan secara terbuka (open pit mining). Proses penambangan batu bara secara terbuka dilakukan dengan mengupas lapisan tanah dan batuan penutup (overburden) hingga ditemukan singkapan batu bara. Salah satu sumber AAT adalah air yang berasal dari unit pengelolaan overburden yang mengandung mineral sulfida, seperti Pirit (FeS 2 ) yang tersingkap dan bereaksi dengan oksigen di udara maupun dalam air (Holmstrom, 2000 dalam Nyquist dan Greger, 2009). Karakteristik AAT tidak dapat dipisahkan dari nilai ph yang sangat rendah, di beberapa tempat ditemukan ph air mencapai 2,9. Nilai ph yang sangat rendah (2,0 4,0) dapat memacu pelarutan logam-logam (termasuk logam berat jika ada). Oleh karena itu, air yang terkontaminasi dengan AAT biasanya mengandung logam dalam konsentrasi tinggi yang dapat meracuni organisme perairan (Kimmel, 1983 dalam Jenning et al., 2008). Secara garis besar, pengelolaan AAT dapat dilakukan dengan teknik perlakuan aktif (active treatment) dan perlakuan pasif (passive treatment). Perlakuan aktif dilakukan dengan menambahkan bahan-bahan alkalin, seperti kapur (CaCO 3 ) untuk meningkatkan ph dan menurunkan kelarutan logam berat. Sedangkan perlakuan pasif, pada prinsipnya membiarkan reaksi kimia dan biologi berlangsung secara alami (Ziemkiewicz et al., 1994), teknik ini dapat dilakukan pada rawa buatan. Sejauh ini, metode active treatment lebih banyak digunakan dalam pengelolaan AAT, antara lain dengan kapur. Karena itu, metode ini dinilai sangat efektif untuk pengelolaan AAT dengan kandungan logam berat tinggi (Coulton et al., 2003). Namun, pengelolaan secara aktif ini selain memerlukan biaya yang tinggi juga menghasilkan endapan atau sludge sebagai hasil sampingannya. Sludge dari kolam pengendapan harus dibuang secara berkala agar proses pengelolaan AAT tidak terganggu.

16 2 Teknik passive treatment dapat memberikan keuntungan dengan adanya proses kimia dan biologi yang dilakukan secara alami. Idealnya, pada passive treatment tidak membutuhkan input yang konstan terhadap bahan kimia dan hanya memerlukan sedikit pemeliharaan (Younger, 2000). Rawa buatan merupakan salah satu teknik passive treatment yang telah banyak diaplikasikan dalam upaya memperbaiki kualitas air. Namun, konsep ideal mengenai rawa buatan yang efektif dalam pengelolaan air asam tambang belum tersedia. Pada prinsipnya meningkatkan ph dan menurunkan kelarutan logam ataupun bahan pencemar lainnya dapat dilakukan secara biokimia pada lingkungan anaerob. Kondisi anaerob merupakan kondisi di mana kadar oksigen terlarut sangat rendah, yang ditandai dengan nilai potensial redoks (Eh) yang rendah (reduksi). Pada kondisi ini Mn 4+, Fe 3+, SO 2-4 akan tereduksi menurut urutan termodinamis. Intensitas proses reduksi tergantung dari jumlah bahan organik yang mudah terurai, semakin tinggi kandungan bahan organik, semakin besar intensitas reduksinya (Sanchez, 1976). Rawa buatan untuk pengelolaan AAT awalnya merupakan sistem lahan basah berukuran kecil (kurang dari 1 hektar) yang ditanami dengan Typha sp. Dasar pemikiran penelitian ini adalah tanaman Typha sp. merupakan tanaman yang mampu menyerap logam-logam yang menjadi bahan pencemar utama pada AAT. Namun, berdasarkan hasil-hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa Typha sp. hanya mampu mengakumulasi logam (bahan pencemar) dalam jumlah kecil (Stark et al., 1990, Sencindiver dan Bhumbla, 1998 dalam Watzlaf et al., 2004). Upaya meningkatkan efektivitas rawa buatan dalam pengelolaan AAT juga dilakukan oleh Hedin et al. (1994) dengan menambahkan batu gamping ke dalam sistem rawa buatan yang dikenal dengan anoxic limestone drains (ALD). Pada sitem ini, AAT dialirkan pada saluran yang dilapisi oleh batu gamping sebelum dialirkan ke sistem rawa buatan, namun sistem ini hanya efektif untuk pengelolaan AAT dengan ph kurang dari 4,5. Penelitian lain adalah dengan memanfaatkan berbagai jenis bahan organik sebagai komponen dalam rawa buatan. Percobaan ini dilakukan oleh Munawar (2007) dengan menguji coba berbagai bahan organik sebagai substrat padat pada dasar rawa berukuran 4 meter x 4 meter, hasil penelitian menunjukkan bahwa secara umum pemberian berbagai

17 3 jenis bahan organik dapat memperbaiki kualitas AAT. Namun, penelitian ini perlu dikaji lebih lanjut pada skala lapang, terutama mengenai ketersediaan bahanbahan yang akan digunakan dalam konstruksi rawa buatan. Faktor lain yang perlu diperhatikan dalam konstruksi rawa buatan adalah substrat padat. Selain sebagai media tumbuh, substrat padat juga merupakan media tempat kontak antara mikroorganisme pendegradasi dengan bahan pencemar. Jenis substrat padat mempengaruhi daya lalu air limbah (porositas), proses filtrasi padatan tersuspensi, dan proses adsorpsi bahan pencemar (Sim, 2003). Kapasitas sedimen dalam menjerap dan mengikat bahan kontaminan tergantung kepada: kandungan bahan organik, kandungan besi dan mangan, kandungan karbonat sebagai buffer ph seperti halnya mineral liat (Calmano et al., 1990, Förstner, 1995, Salomons dan Brils, 2004, dalam Nguyen, 2008). Pemilihan jenis substrat juga harus disesuaikan dengan ketersediaan di lokasi. Hasil-hasil penelitian di atas menjadi dasar pertimbangan dalam membuat rancangan rawa buatan pada skala lapangan. Optimalisasi bahan konstruksi rawa buatan dapat dilakukan dengan memanfaatkan bahan-bahan in situ seperti sisa tanaman dan lumpur endapan AAT yang tersedia di lokasi pertambangan. Bahanbahan tersebut belum banyak diperhatikan padahal bahan-bahan ini sangat potensial sebagai komponen dalam rawa buatan untuk pengelolaan AAT. Tanaman merupakan salah satu komponen rawa buatan yang harus diperhitungkan sebagai penghasil biomassa yang dapat digunakan untuk kepentingan lain. Informasi mengenai kualitas dan produktivitas tanaman sangat penting sebagai pertimbangan kelayakan penggunaan biomassa tanaman tersebut untuk kepentingan tertentu. Tujuan Penelitian 1. Menguji konstruksi rawa buatan berbasis bahan-bahan in situ dalam pengelolaan air asam tambang 2. Mengidentifikasi proses perbaikan kualitas air dalam sebuah sistem rawa buatan 3. Melakukan identifikasi terhadap produksi biomassa yang dapat dihasilkan dari rawa buatan.

18 4 Hipotesis Penelitian 1. Rancangan rawa buatan yang dibuat menyerupai rawa alami dengan penggunaan bahan organik sebagai komponen utama dapat menjadi alternatif pengelolaan air asam tambang. 2. Penambahan bahan organik dapat mempercepat kondisi reduksi pada rawa buatan, pada kondisi ini terjadi: peningkatan ph air asam tambang, reduksi sulfat, penurunan konsentrasi sulfat, dan logam-logam berat yang terlarut dalam air. 3. Pengaturan tata letak tanaman rawa sesuai dengan habitat alaminya dapat meningkatkan produktivitas tanaman. Tanaman ini dapat dipanen dan digunakan sebagai tambahan sumber bahan organik pada rawa buatan.

19 TINJAUAN PUSTAKA Air Asam Tambang Air asam tambang atau acid mine drainage (AMD) merupakan cairan (air limpasan) yang terbentuk akibat oksidasi mineral-mineral sulfida yang menghasilkan asam sulfat. Mineral sulfida tersebut di antaranya pirit dan markasit (FeS 2 ), kalkopirit (CuFeS 2 ), dan arsenopirit (FeAsS) (Skousen et al., 1998). Di lokasi pertambangan batu bara mineral sulfida yang umum dijumpai adalah pirit dan markasit (FeS 2 ). Mineral ini ketersediaannya cukup signifikan di dalam lapisan batu bara, overburden, dan interburden. Sehingga, pirit merupakan penghasil air asam tambang utama di lokasi pertambangan batu bara (Salomons, 1995, ICARD, 1997, dalam Nguyen, 2008). Watzlaf et al. (2004) menyatakan bahwa oksidasi pirit (FeS 2 ) akan membentuk ion ferro (Fe 2+ ), sulfat, dan beberapa proton pembentuk keasaman, sehingga kondisi lingkungan menjadi asam. Stumm dan Morgan (1981) menguraikan reaksi oksidasi pirit (FeS 2 ) dalam reaksi berikut: FeS 2(s) + 3,5 O 2 + H 2 O Fe SO H + (1) Fe ,25 O 2 + H + Fe ,5 H 2 O (2) FeS 2(s) +14 Fe H 2 O 15 Fe SO H + (3) Fe H 2 O 2 Fe(OH) 3(s) + 3 H + (4) Pada reaksi (1) pirit (FeS 2 ) dioksidasi membentuk besi ferro (Fe 2+ ), sulfat (SO 2-4 ) dan beberapa proton penyebab kemasaman (H + ), sehingga lingkungan menjadi lebih masam. Menurut Higgins dan Hard (2003) pada ph air yang cukup masam bakteri-bakteri acidophilic yang merupakan pengoksidasi besi dan sulfat yang dapat mempercepat proses oksidasi pirit akan tumbuh pesat (reaksi 1). Thiobacillus ferrooxidans merupakan salah satu contoh dari bakteri tersebut. Bakteri pengoksidasi besi seperti Thiobacillus ferrooxidan mempercepat proses oksidasi pirit melalui dua mekanisme, yaitu: oksidasi langsung melalui persamaan reaksi (1), dan secara tidak langsung, di mana terlebih dahulu Fe 2+ dioksidasi menjadi Fe 3+ (reaksi 2) yang akan mengoksidasi pirit secara abiotik (reaksi 3). Selanjutnya, reaksi (4) akan berlangsung jika ph air mencapai > 2,8.

20 6 Dalam reaksi ini, Fe 3+ akan dihidrolisis dan membentuk endapan besi hidroksida (Fe(OH) 3 ) yang disebut yellow boy (Watzlaf et al., 2004). Selain besi (Fe) Watzlaf et al. (2004) menyebutkan bahwa mineral lain yang dapat menyumbangkan kemasaman pada AAT adalah mineral-mineral yang mengandung alumunium (Al). Alumunium ini dapat terhidrolisis dan menghasilkan H + melalui reaksi berikut: Al H 2 O Al(OH) 3 + 3H + (5) Air yang terkontaminasi dengan AAT biasanya mengandung logam dalam konsentrasi yang tinggi yang dapat meracuni organisme perairan. Nilai ph air yang rendah (2,0 4,5) merupakan tingkatan beracun bagi beberapa kehidupan perairan (Kimmel, 1983, Hill, 1974, dalam Jenning et al., 2008). Pengelolaan Air Asam Tambang Air asam tambang dari kegiatan penambangan batu bara dan mineral merupakan masalah yang pelik dan memakan banyak biaya dalam penanganannya (US-EPA, 1994). Penambangan batu bara menyebabkan terjadinya oksidasi pirit dan mineral sulfida lainnya menghasilkan air asam tambang dengan kandungan besi, mangan, dan alumunium dalam konsentrasi tinggi (Watzlaf et al., 2004). Pengelolaan air asam tambang pada intinya bertujuan untuk meningkatkan ph dan menghilangkan logam terlarut (Skousen et al., 1998). Pengelolaan AAT dapat dilakukan secara abiotik dan biotik (Gambar 1) pada sistem aktif dan pasif. Dasar pertimbangan penggunaan metode ini adalah jenis AAT yang akan dikelola (Johnson dan Hallberg, 2005). Metode yang paling banyak digunakan dalam pengelolaan AAT adalah dengan abiotik sistem aktif atau banyak dikenal dengan active treatment yang dilakukan dengan penambahan bahan kimia penetral. Metode ini sangat efektif untuk pengelolaan AAT dengan kandungan logam berat tinggi (Coulton et al., 2003). Namun, kelemahan pengelolaan secara aktif ini adalah memerlukan biaya yang tinggi dan menghasilkan sludge sebagai hasil sampingannya. Sludge ini akan mengandung polutan-polutan termasuk logam berat sesuai dengan komposisi yang ada pada AAT yang dikelola (Johnson dan Hallberg, 2005).

21 7 Abiotic Sistem aktif ; aerasi dan penambahan kapur Sistem pasif ; seperti anoxic REMEDIASI AAT Biotic Sistem aktif Bioreaktor off-line sulfidogenic Rawa Buatan Aerobik Sistem pasif Reaktor/ Rawa buatan Permeable reactive barriers Biorektor packet bed ironoxidation Gambar 1 Strategi pengelolaan AAT secara abiotik dan biotik (Johnson dan Hallberg, 2005) Sejak 30 tahun yang lalu, konsep pengelolaan AAT dengan metode passive treatment telah dikembangkan dari mulai skala percobaan sampai kepada aplikasinya di lapang pada ratusan tempat di seluruh dunia (Younger, 2000). Hasil akhir dari passive treatment adalah meningkatkan proses ameliorasi secara alami, sehingga teknik ini harus dilakukan dalam suatu sistem dan bukan secara langsung pada badan air (seperti sungai dan danau). Rawa Buatan Rawa adalah suatu daerah yang terendam oleh air permukaan atau air tanah dalam suatu periode tertentu yang memungkinkan terjadinya kondisi jenuh air pada tanah tersebut. Karakteristik dan fungsi rawa dapat dibedakan dari posisi dalam suatu bentang lahan, iklim, hidrologi, vegetasi, dan tanahnya (Reddy dan DeLaune, 2008). Rawa buatan adalah suatu sistem yang dibangun dan dirancang menyerupai rawa alami untuk keperluan pengolahan air tercemar. Proses pengolahan air tercemar pada rawa buatan merupakan suatu proses alamiah yang melibatkan tumbuhan air, sedimen, dan mikroorganisme, dengan matahari sebagai sumber energi (Vymazal, 2008).

22 8 Pembangunan rawa buatan di sekitar tambang bertujuan untuk menampung limpahan air hujan yang menghanyutkan tanah-tanah galian beserta senyawa logam-belerang (seperti pirit) yang dapat berpotensi menjadi asam tambang. Bila tanah dan batuan di sekitarnya tidak dapat menetralisir asam, maka asam-asam beserta dengan toksistas logam (bila ada) dapat dinetralisir di rawa buatan tersebut (Khiatuddin, 2003). Novotny dan Olem (1994) menguraikan proses-proses yang terjadi di dalam rawa buatan secara lengkap yang meliputi proses fisik, fisika-kimia, dan biokimia. Proses-proses fisik terdiri dari sedimentasi, filtrasi padatan tersuspensi oleh sedimen dan tumbuhan air, serta pemanasan dan volatilisasi. Proses fisikakimia terdiri dari proses adsorpsi bahan pencemar oleh tumbuhan air, sedimen, dan substrat organik. Proses biokimia terdiri dari proses penguraian zat tercemar oleh bakteri yang menempel pada permukaan substrat/sedimen, perakaran tumbuhan, dan serasah (bahan organik). Keberhasilan rawa buatan dalam menghasilkan kualitas air yang bagus tergantung dari sifat kimia air yang dikelola, kapasitas mengalirkan air, dan desain dari rawa buatan (Hedin et al., 1994). Sistem pengelolaan limbah dipengaruhi oleh konstruksi rawa buatan. Secara umum, konstruksi rawa buatan untuk pengelolaan AAT dapat dikelompokkan menjadi rawa buatan aerobik dan anaerobik (Gambar 2). Rawa Buatan Aerobik Rawa Buatan Anaerobik (Aliran Permukaan) Air limbah Air Air ±15 cm ±15 cm Air Air Substrat (tanah) cm { cm { Bahan Organik Batu Gamping Keterangan : : Perpindahan polutan secara difusi Air limbah } { Gambar 2 Skema penampang melintang rawa buatan aerobik dan anaerobik (aliran permukaan) (modifikasi dari Skousen et al., 1998)

23 9 Rawa buatan aerobik merupakan rawa yang ditanami dengan Typha sp. atau jenis tanaman lain pada kedalaman kurang 30 cm, sedangkan pada rawa buatan anaerobik, tanaman-tanaman tersebut ditanam pada kedalaman lebih dari 30 cm. Selain itu, pada rawa buatan aerobik sedimen (substrat) terdiri dari tanah dan liat, sementara pada rawa buatan anaerobik, substrat terdiri dari campuran tanah dan berbagai macam bahan organik seperti gambut, kompos, serbuk gergaji, kotoran ternak, jerami dan sebagainya yang dicampur dengan batu gamping (Skousen et al., 1998). Sistem lahan basah anaerobik menggunakan komposisi reaktif material berupa kompos, serasah daun, dan serbuk gergaji, yang ditambahkan lumpur aktif yang akan menstimulasi pertumbuhan bakteri pereduksi sulfat untuk meningkatkan alkalinitas dan menyisihkan logam dalam bentuk endapan sulfida (Benner et al., 1997 dalam Henny, 2009). Tumbuhan Rawa Tumbuhan air pada lahan basah mempunyai beberapa fungsi atau manfaat penting, seperti (1) konsolidasi substrat: akar tanaman memegang substrat bersama-sama dan meningkatkan waktu tinggal air dalam wetland; (2) stimulasi proses jasad renik: tanaman menyediakan tapak untuk menempelnya mikroba, mengeluarkan oksigen dari akarnya, dan menyediakan sumber bahan organik untuk mikroba heterotrof; (3) habitat satwa liar: tanaman memasok pakan dan perlindungan bagi hewan; (4) estetika: wetland dengan pertanamannya lebih enak dipandang mata; (5) akumulasi logam (Skousen et al., 1998). Keberadaan tumbuhan dengan sistem perakarannya mampu menyokong pertumbuhan mikroba dalam sistem yang juga akan mendegradasi senyawasenyawa logam berat (Kadlec dan Knight, 1996 dalam Henny, 2009). Dalam sistem rawa buatan untuk pengelolaan AAT secara aerobik tanaman Typha sp. dan Phragmites sp. lebih banyak digunakan, namun peran langsung dari kedua tanaman ini dalam memperbaiki kualitas air masih dipertanyakan (Johnson dan Hallberg, 2005). Tumbuhan rawa mempunyai kemampuan untuk menyerap > 0,5 % berat kering dari kadar unsur alami tersebut dalam jaringan (Zayed et al., 1998 dalam Yang dan Ye, 2009).

24 10 Reduksi dan Potensial Redoks Reduksi adalah perolehan elektron, sedangkan oksidasi adalah kehilangan elektron. Reaksi oksidasi biasanya berkaitan erat dengan kondisi tanah berdrainase baik. Di lain pihak, reduksi berhubungan dengan kondisi drainase buruk atau apabila terdapat air berlebih. Proses reduksi yang umumnya berlaku pada kondisi anaerob menghasilkan reduksi beberapa unsur hara. Akibat reduksi ini, besi direduksi menjadi Fe 2+ dan mangan menjadi Mn 2+ (Tan, 1992). Reduksi dapat terjadi jika ada bahan organik, tidak ada pasokan oksigen, dan adanya mikroorganisme anaerob dalam lingkungan yang sesuai untuk pertumbuhannya (Wang dan Hagan, 1981). Intensitas reduksi tergantung kepada jumlah bahan organik yang mudah terurai dan suhu tanah. Semakin tinggi kandungan bahan organik, semakin tinggi intensitas reduksinya. Potensial redoks merupakan parameter yang berguna untuk mengukur intensitas reduksi pada tanah dan mengidentifikasi reaksi utama yang terjadi (Sanchez, 1976). Potensial redoks mempengaruhi: 1) konsentrasi oksigen, 2) ph, 3) ketersediaan P dan Si, 4) konsentrasi Fe 2+, Mn 2+, Cu +, dan SO 2-4 secara langsung, 5) pembentukan asamasam organik, sulfida organik, dan hidrogen sulfida (De Datta, 1981). Potensial redoks secara kuantitatif mengukur kecenderungan untuk mengoksidasi atau mereduksi bahan-bahan yang rentan (Faulkner dan Patrick, 1992). Potensial redoks (Eh) diukur sebagai perbedaan potensial antara elektrode platina dan standar elektrode hidrogen yang dinyatakan dalam satuan milivolt (mv). Redoks potensial juga dapat dinyatakan dalam pe (-log aktivitas elektron) yang nilainya setara dengan mol/l. Namun, dalam literatur ilmu tanah, Eh lebih banyak digunakan dalam menyatakan hubungan redoks (Lindsay, 1979). Reduksi Sulfat Pada sistem rawa alami, belerang atau sulfur (S) sangat berperan dalam proses biogeokimia yang meliputi reduksi sulfat, pembentukkan pirit, siklus logam, dan emisi gas (Reddy dan DeLaune, 2008). Reduksi sulfat adalah proses mikrobiologi di mana sulfat direduksi menjadi sulfida. Oleh karena itu, reduksi sulfat tidak lepas dari peranan bakteri pereduksi sulfat (Widdel, 1988 dalam Drury, 2006).

25 11 Bakteri pereduksi sulfat dicirikan oleh respirasi anaerobik dengan menggunakan sulfat sebagai pusat penerima elektron. Greben et al. (2005) menggambarkan bahwa reduksi sulfat dapat terjadi melalui proses berikut : 2C 2 H 5 OH + SO 2-4 2CH 3 COOH + S H 2 O (6) Reduksi sulfat merupakan penyebab utama dalam netralisasi ph dan pengurangan sulfat dan logam beracun (Machemer dan Wilderman, 1992, McIntire et al., 1990, dalam Drury, 2006). Bakteri pereduksi sulfat menghasilkan kira-kira 2 mol alkalinitas per satu mol sulfat yang direduksi, jumlah mol yang dihasilkan akan sangat beragam tergantung kepada struktur donor elektron. Produksi alkalinitas dapat dilihat pada contoh reaksi (7) di mana asetat sebagai donor elektron. 2CH 3 COO SO 4 + H H 2 S + 2HCO 3 (7) Satu mol sulfida akan dihasilkan dari satu mol sulfat pada proses reduksi sulfat, sulfida ini akan mengendapkan logam berat dengan membentuk logam sulfida dengan kelarutan rendah. M 2+ + H 2 S MS + 2H + (8) Pada konsentrasi sulfat mg/l, reduksi sulfat dapat berjalan sangat cepat. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh: (i) sulfida yang dihasilkan dari reduksi sulfat lebih toksik terhadap bakteri metanogenik yang merupakan kompetitor utama bagi bakteri pereduksi sulfat dalam menggunakan donor elektron, (ii) peningkatan konsentrasi sulfida menyebabkan terjadinya peningkatan thermodynamic driving force reduksi sulfat yang diakibatkan oleh menurunnya potensial redoks (Greben et al., 2005). Stabilitas Besi dalam Larutan Stabilitas besi dalam larutan merupakan fungsi dari ph dan potensial redoks (Eh) hal ini dapat dilihat pada Gambar 3. Potensial redoks dan ph digunakan untuk menetapkan hubungan stabilitas antara mineral-mineral oksida besi dan hidroksida besi. Ferri (Fe 3+ ) dalam kondisi tereduksi akan menghasilkan ferro (Fe 2+ ), hal ini terjadi pada potensial redoks kurang dari 770 mv (Lindsay, 1979).

26 12 Gambar 3 Stabilitas besi dalam bentuk terlarut dan padatan yang merupakan fungsi dari ph dan Eh pada tekanan udara 1 atm dan suhu 25 o C (Elder, 1985 dalam Brooke, 2011). Besi ferri (Fe 3+ ) berada dalam kondisi teroksidasi dan membentuk Fe(OH) 3, sedangkan besi ferro (Fe 2+ ) berada dalam kondisi tereduksi dan membentuk FeCO 3 dan Fe(OH) 2. Besi mengendap pada kisaran ph 4,0-12,0 dalam bentuk Fe(OH) 3, FeCO 3, dan Fe(OH) 2 (Evangelou, 1998). Menurut Brinkman (1978), Fe 2+ tidak semua tinggal dalam larutan, melainkan menggantikan kation-kation yang dapat dipertukarkan, yang sebagian tercuci yakni ion monovalen dan divalen. Pada sistem rawa dengan kandungan bahan organik tinggi, memungkinkan terjadi pembentukan kompleks antara logam terlarut dengan bahan organik terlarut (dissolved organic matter) yang banyak ditemukan pada kondisi redoks yang rendah. Kompleks yang terbentuk antara Fe 2+ dengan bahan organik terlarut dapat membawa Fe 2+ tetap terlarut selama beberapa hari walaupun pada kondisi aerobik (Reddy dan DeLaune, 2008).

27 13 Stabilitas Mangan dalam Larutan Seperti halnya besi, stabilitas mangan pada larutan juga merupakan fungsi dari ph dan potensial redoks (Eh), hal ini dijelaskan pada Gambar 4. Pada kondisi anaerob, mangan bervalensi tinggi (Mn 4+ dan Mn 3+ ) tereduksi menjadi Mn 2+. Reduksi Mn 4+ mendahului Fe 3+, karena Mn 4+ lebih mudah larut daripada Fe 3+ (Ponnamperuma, 1965) Potensial Redoks (mv) Mn 2+ H 2 O H 2 O 2 H 2 O MnO 2 Mn 2 O 3 Mn 3 O 4 MnCO 3 Mn(OH) ph Gambar 4 Diagram Eh ph untuk pasangan redoks Mn(IV) dan Mn(II) Pada kondisi tereduksi Mn 2+ akan membentuk MnCO 3 dan Mn(OH) 2, MnCO 3 sangat stabil pada kisaran ph 7,5-11,2. Selain itu, pengendapan mangan dipengaruhi oleh konsentrasi Fe. Hal ini dikarenakan besi ferro (Fe 2+ ) dapat bereaksi dengan mangan oksida (MnO 2 ) yang tidak larut, mengikuti reaksi di bawah ini: MnO 2 + 4H + + 2Fe 2+ Mn Fe 3+ +2H 2 O (9) Fe H 2 O Fe(OH) 3 + 3H + (10) Reaksi di atas menunjukkan Fe 2+ terlarut dapat mereduksi mangan oksida ke dalam bentuk Mn 2+ yang larut (Stumm dan Morgan, 1981).

28 14 Konsentrasi mangan terlarut dalam air berada pada kisaran µg/l. Konsentrasi mangan pada badan-badan air jarang yang melebihi µg/l, dan biasanya kurang dari 200 µg/l. Pada tanah mangan berada pada konsentrasi kurang dari 1 mg/kg sampai 4000 mg/kg (per berat kering tanah), dengan konsentrasi rata-rata mg/kg (Howe et al., 2005). Peran Bahan Organik dalam Remediasi Air Asam Tambang Kapasitas sedimen dalam menjerap dan mengikat bahan kontaminan tergantung kepada: kandungan bahan organik, kandungan besi dan mangan, kandungan karbonat sebagai buffer ph seperti halnya mineral liat. Pada sistem rawa, mobilisasi logam dipengaruhi oleh mekanisme faktor percepatan dan hambatan. Faktor percepatan meliputi pengaruh dari ph yang rendah dan perubahan kondisi redoks, kompleks organik dan anorganik, dan transformasi yang dimediasi oleh mikroorganisme. Degradasi bahan organik dalam sedimen dapat juga menjadi kekuatan pendorong untuk mempercepat interaksi antara sedimen dan logam (Calmano et al., 1990, Förstner, 1995, Salomons dan Brils, 2004, dalam Nguyen, 2008). Pada kondisi tergenang, kenaikan nilai ph dapat disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu: (i) adanya pelepasan ion-ion hidroksil yang akan mengikat ion H +, dengan demikian ion kemasamam akan berkurang; dan (ii) pemberian bahan organik, yang mempunyai peran sebagai kapasitas penyangga (buffering capacity) sehingga dapat meningkatkan atau menurunkan ph lingkungannya (Stevenson, 1982). Faktor pembatas biologis dalam pengelolaan air asam tambang adalah tingkat dekomposisi bahan organik, yang digunakan sebagai sumber karbon (Waybrant et al., 1998 dalam Johnson dan Halberg, 2005). Kandungan protein, karbohidrat, dan lemak pada bahan organik memiliki korelasi positif terhadap kapasitas bahan tersebut sebagai donor elektron dalam proses reduksi sulfat, sedangkan kandungan lignin berkorelasi negatif (Coetser et al., 2006).

29 15 Bakteri pereduksi sulfat biasanya mengandalkan senyawa karbon sederhana sebagai asam organik atau alkohol untuk menyediakan donor elektron pada reduksi sulfat, walaupun sebagian dapat menggunakan hidrogen (Gambar 5) (Logan et al., 2005). Selulosa Cellulolysis Collobiose Cellobiohydrolysis Glukosa Fermentasi Laktat H 2 CO 2 CO 2 Asetat metanogenesis CH 4 Reduksi Sulfat CO 2 SO 4 2- H 2 S M 2- MS (s) Gambar 5 Proses mikrobiologi yang mengakibatkan reduksi sulfat dalam sebuah substrat karbon organik (Logan et al., 2005).

30 16 Metode Penelitian Survei Pendahuluan Kegiatan survei dilakukan untuk mendapatkan gambaran umum lokasi penelitian. Informasi yang dikumpulkan pada tahap ini adalah karakteristik air asam tambang, ketersediaan lahan untuk konstruksi rawa buatan, bahan-bahan in situ yang dapat digunakan dalam pembuatan rawa buatan, dan jenis tanaman yang tersedia di sekitar lokasi penelitian. Rancangan rawa buatan Rancangan rawa buatan dibuat berdasarkan hasil survei pendahuluan. Rawa buatan dirancang menyerupai kolam-kolam yang saling menyambung yang terdiri dari dua organic wall dan tiga kolam pertumbuhan yang batasi dengan tanggul (Gambar 6). a. Organic wall Organic wall merupakan tumpukan bahan organik segar yang ditempatkan pada parit dengan kedalaman ± 0,6 meter dan lebar 1 meter, dengan panjang disesuaikan dengan lokasi. Organic wall berfungsi sebagai area yang dapat mempercepat kondisi reduktif pada rawa buatan. b. Kolam Pertumbuhan Kolam pertumbuhan (KP) merupakan area yang ditanami dengan tanaman rawa. Kolam pertumbuhan dibuat dalam ukuran yang berbeda. Perbedaan ukuran merupakan penyesuaian terhadap bentuk lokasi yang ada dan fungsi kolam. Kolam pertama ditanami dengan Ekor Kucing (Typha sp.), kolam kedua ditanami dengan Darendeng (Cyperus sp.), dan pada kolam terakhir ditumbuhkan Eceng Gondok (Eichornia crassipes). c. Tanggul Setiap komponen rawa buatan dibatasi oleh tanggul berupa tumbukan material overburden yang disusun dengan lebar permukaan 1 meter. Untuk memperkecil kemiringan tanggul dan bahaya longsoran material, tanggul dibuat bertingkat dengan lebar teras (bench) 0,5 meter (Gambar 7).

31 17 Sediment pond Area Genangan AAT 28 m Inlet Keterangan : Tanggul Pipa Organic Wall Hutan Sekat kolam Pintu Air (overflow) 7 m 8 m 22 m KP 1 KP 2 KP 3 8 m 2 m Area Genangan AAT 23 m 7m 4m Outlet Settling pond Gambar 6 Layout konstruksi rawa buatan di lokasi penelitian Organic wall dan kolam dihubungkan dengan pipa paralon PVC berdiameter 4 inchi (±10 sentimeter) yang dipasang di bawah tanggul (Gambar 7). Pipa juga dipasang pada pintu air di inlet, sedangkan di outlet saluran berupa parit tidak dipasangi pipa. 1 m 1 m 3 m 0,5 m 0.5 m 1 m 1 m 1 m 3 m 0,2 m 1 m 1 m Tanggul Parit Kolam Gambar 7 Penampang melintang konstruksi tanggul, parit dan kolam

32 18 Konstruksi Rawa Buatan Proses pembangunan rawa buatan terdiri atas beberapa tahap kegiatan yang dilakukan secara berurutan, yaitu: a. Penimbunan Area Genangan Penimbunan dilakukan terhadap area genangan untuk memperoleh lahan yang kering, sebagai dasar bagi konstruksi rawa buatan. Kegiatan penimbunan sepenuhnya dilakukan dengan menggunakan excavator PC 200. Bahan timbunan berupa material overburden (OB) yang tidak berpotensi menghasilkan kemasaman atau Non Acid Formation (NAF). Penimbunan dilakukan dengan mengeruk lumpur dari area genangan sampai diperoleh dasar keras. Lumpur ditranslokasi ke tempat penampungan sementara yang lokasinya tidak jauh dari lokasi konstruksi. Material OB dimasukkan ke dalam rawa sambil dimampatkan. Hal ini dilakukan setahap demi setahap sampai diperoleh luasan area timbunan yang diinginkan. b. Perhitungan Elevasi Perhitungan elevasi dilakukan untuk menentukan titik inlet dan outlet. Titik outlet rawa buatan yang harus dibuat lebih tinggi atau minimal sejajar dengan daerah sekitarnya. Berdasarkan perhitungan diperoleh beda tinggi antara inlet dan outlet yang digunakan untuk menetapkan letak dan ketinggian masingmasing pintu air di setiap komponen rawa buatan. c. Konstruksi Komponen Rawa Konstruksi bangunan rawa diawali dengan pembuatan tanggul pembatas antara area yang sudah ditimbun dengan area genangan AAT untuk mencegah adanya aliran air ke dalam area yang sudah ditimbun. Konstruksi komponen rawa buatan diawali dengan pembuatan parit satu untuk penempatan organic wall satu, komponen ini merupakan yang paling dekat dengan titik inlet. Pembuatan parit untuk penempatan organic wall dilakukan dengan menggali permukaan timbunan sampai kedalaman 0,6 meter. Material hasil penggalian digunakan untuk pembuatan tanggul pembatas. Konstruksi kolam pertumbuhan juga dibuat dengan menggali sampai kedalaman 0,5 meter (untuk kolam pertumbuhan satu), 0,2 meter untuk kolam pertumbuhan dua, dan 0,5 meter untuk kolam pertumbuhan tiga.

33 19 d. Pengisian Komponen Rawa Pada tahap ini dilakukan pengisian rawa dengan material pengisi, yang terdiri dari: batu gamping, lumpur AAT, bahan organik segar dan bahan organik yang sudah dikeringkan. Pengisian komponen rawa dilakukan setelah konstruksi masing-masing komponen selesai. Komposisi bahan pengisi untuk masing-masing komponen rawa buatan dapat dilihat pada Gambar 8. Organic Wall satu Kolam Pertumbuhan satu Organic Wall dua Kolam Pertumbuhan dua Kolam Pertumbuhan tiga 50 cm 20cm 50cm 20cm 10cm 60cm 30cm 30cm 30cm 20cm 10cm 10cm 40cm Keterangan : Pipa Permukaan air Bahan organik segar Lumpur endapan AAT Batu kapur (CaCO 3 ) Bahan organik kering Lumpur endapan settling pond Gambar 8 Komposisi bahan pengisi pada komponen rawa buatan e. Perapihan Konstruksi Rawa Pada tahap ini dilakukan perapihan terhadap tanggul, meliputi pemeriksaan kondisi tanggul dan perbaikan terhadap tanggul yang berpotensi rusak. Upaya pencegahan kerusakan tanggul terutama pada tanggul terluar dilakukan dengan pemasangan siring atau pelapisan tanggul terluar dengan menggunakan kayu ulin (Eusideroxylon zwageri). Pada tahap ini juga dilakukan pemasangan pipa PVC berdiameter 4 inchi sebagai penghubung antar komponen termasuk pada pintu masuk dari titik inlet ke rawa buatan. Pipa dilengkapi dengan pintu air sederhana sehingga sewaktu-waktu dapat ditutup dan dibuka.

34 20 Inkubasi Anaerob Inkubasi dilakukan dengan menggenangi seluruh area rawa buatan dalam sistem tertutup. Inkubasi dilakukan dua kali yaitu dengan air hujan dan AAT. Penggenangan dengan air hujan dilakukan untuk meratakan permukaan substrat padat sebelum penanaman. Sedangkan inkubasi berikutnya dilakukan setelah rawa buatan lengkap, di mana kolam pertumbuhan telah selesai ditanami. Inkubasi ini dilakukan sampai diperoleh kondisi rawa buatan yang reduktif di bawah cekaman AAT. Selama proses inkubasi dilakukan pemantauan terhadap nilai potensial redoks (Eh), ph dan konsentrasi sulfat yang terlarut dalam air. Potensial redoks merupakan parameter utama untuk mengukur intensitas reduksi, dan mengidentifikasi reaksi utama yang terjadi (Sanchez 1976). Inkubasi anaerob dilakukan sampai rawa buatan dinyatakan dalam keadaan tereduksi. Mengacu kepada Patrick dan Mahapatra (1968), nilai Eh untuk keadaan tereduksi adalah kurang dari +100 mv. Pada kondisi tereduksi, ph air genangan akan stabil pada nilai 6 sampai 7. Penanaman Penanaman dilakukan setelah rawa buatan diinkubasi dengan air hujan selama beberapa hari. Kolam pertumbuhan pertama ditanami dengan tumbuhan ekor kucing (Typha sp.) dengan jarak tanam 75 sentimeter x 75 sentimeter, kolam pertumbuhan dua ditanami dengan Darendeng (Cyperus sp.) dengan jarak tanam 30 sentimeter x 30 sentimeter, dan pada kolam pertumbuhan tiga ditumbuhkan Eceng Gondok (Eichhornia crassipes) yang disebar langsung di atas kolam. Pengoperasian Sistem Rawa Secara Kontinyu Pengoperasian secara kontinyu dilakukan setelah tahap inkubasi anaerob dengan AAT selesai. Sebelum pengoperasian, air genangan dari dalam rawa buatan dialirkan melalui titik outlet. Pengoperasian dilakukan dengan mengalirkan AAT masuk ke sistem rawa melalui titik inlet dan keluar dari titik outlet. Debit AAT dikontrol melalui pintu air di inlet. Monitoring kualitas air dilakukan dua hari sekali pada titik-titik pengamatan yang telah ditentukan (Gambar 9).

35 21 Pengambilan contoh dan Pengukuran Contoh yang diambil dan dilakukan pengukuran meliputi contoh: material overburden, air, substrat padat, dan tanaman. Masing-masing contoh yang telah diambil kemudian dianalisis di laboratorium, metode pengukuran contoh dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Metode pengukuran contoh Jenis Contoh Parameter Analisis Metode Pengukuran Overburden Potensi kemasaman NAG-test Air ph dan Eh Elektroda Sulfat terlarut Turbidimetri Fe dan Mn terlarut AAS Substrat padat ph Elektroda Sulfat Turbidimetri Fe dan Mn terlarut AAS Tanaman Produktivitas Berat biomassa ubinan Total Sulfur Turbidimetri Fe dan Mn Total AAS a. Contoh Material Overburden Pengambilan contoh dilakukan terhadap material overburden (OB) pada disposal yang menjadi penyebab timbulnya AAT di lokasi penelitian dan material OB yang digunakan untuk penimbunan area genangan. Contoh OB dari disposal diambil secara komposit dengan dua kali ulangan pada disposal yang paling dekat dengan lokasi penelitian, sementara contoh OB untuk penimbunan diambil secara komposit pada tumpukan material yang telah ditranslokasi dari pit tambang aktif ke lokasi penelitian. Analisis dilakukan terhadap potensi OB dalam memproduksi asam secara kuantitatif yang ditetapkan dengan uji net acid generation (NAG-test). Prosedur analisis dapat dilihat pada Lampiran 1.

36 22 b. Contoh Air Pengambilan contoh air dilakukan pada saat rawa buatan diinkubasi dengan AAT dan pada tahap pengoperasian sistem rawa secara kontinyu. Pengamatan karakteristik air pada tahap inkubasi dilakukan setiap hari selama 10 hari. Awal inkubasi dihitung pada 2 minggu setelah penanaman. Pengamatan pada tahap pengoperasian rawa secara kontinyu dilakukan dua hari sekali selama 3 minggu yang dihitung dari satu hari setelah inkubasi selesai. Gambar 9 menggambarkan posisi titik pengambilan contoh air pada setiap komponen rawa buatan. Contoh air diambil pada kedalaman ± 10 centimeter yang dilakukan secara komposit dari tepi dan tengah. Contoh air dikemas pada botol sample ± 600 ml, kemudian disimpan dalam lemari pendingin dengan suhu ± 4 o C sampai contoh dianalisis. Penetapan ph dan Eh air dilakukan langsung di lapang (on site) dengan menggunakan ph dan Eh meter. Analisa kadar sulfat terlarut dilakukan dengan metode turbidimetri, yang diukur dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 435 nm. Penetapan kadar besi dan mangan dilakukan dengan menggunakan AAS. c. Contoh Substrat Padat Contoh substrat padat diambil sebelum inkubasi dan sesudah pengoperasian rawa buatan secara kontinyu. Contoh sedimen diambil sebelum inkubasi dan sesudah pengoperasian secara kontinyu. Pengambilan contoh sedimen pada parit dilakukan dengan komposit. Contoh sedimen di kolam, diambil dari daerah perakaran tanaman yang dijadikan contoh (Gambar 9). Contoh diambil sebanyak ± 1 kilogram dan dikemas tertutup pada plastik sample. Sifat substrat padat yang dianalisis yaitu: ph, total sulfur (sebagai sulfat), dan konsentrasi besi dan mangan terlarut. Penetapan ph substrat dilakukan terhadap ph aktual (ph H 2 O) yang diukur dengan ph meter. Penetapan total sulfur dilakukan terhadap ekstraktan contoh menggunakan KH 2 PO 4 (500 ppm P), pengukuran total sulfur dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 420 nm. Penetapan konsentrasi besi dan mangan dilakukan terhadap ekstraktan contoh dengan pelarut HCl 0,05 N yang diukur dengan AAS.