PENENTUAN KONTAMINASI LIMBAH CAIR DENGAN METODE GEOLISTRIK

Transkripsi

1 J. Sains MIPA, Desember 2007, Vol. 13, No. 3, Hal.: ISSN ABSTRACT PENENTUAN KONTAMINASI LIMBAH CAIR DENGAN METODE GEOLISTRIK Sri Cahyo Wahyono* dan Nurma Sari Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Jl. A Yani Km 35,8 Banjarbaru fisikaunlam@yahoo.com Diterima 23 Januari 2007, perbaikan 24 Januari 2008, disetujui untuk diterbitkan 25 Januari 2008 The research area was done at Basic Science Laboratory Lambung Mangkurat University, about the spread of liquid waste contamination. This liquid waste was estimated from chemical liquid residue. The data acquisition was carried out on 17September 2006 in good weather. The measurement method based on the soil/rock electrical property withpole- Pole configuration at 8 x 8 areas. The inversion result is vertical cross section under surface area with clay and silt soil contains liquid and mud. The resistivity values obtained were in the range of 0,29-10,63 Ωm with 0 12,3 depth. The Spread of liquid waste was estimated up to 6 away to x direction and 8 away to y direction. The depth spreading was 7 from surface with resistivity values of 0,29 3,00 Ωm. Keywords: liquid waste, geoelectrical methods, resistivity, Pole-Pole configuration 1. PENDAHULUAN Mangkurat Banjarbaru merupakan gabungan dari Laboratorium Dasar Kimia, Biologi dan Fisika. Untuk pemakaiannya Laboratorium Dasar MIPA digunakan praktikum dan penelitian baik mahasiswa maupun dosen. Limbah kimia sisa praktikum di Laboratorium Dasar MIPA sampai saat ini masih belum dinetralkan terlebih dahulu sebelum dibuang ke bak penampungan. Saat pembuangan limbah cair tersebut masih melalui saluran pembuangan/selokan, adapun selokan pada kondisi saat ini retak-retak dan bahkan sudah hancur dan dipastikan limbah cair tersebut sebelum sampai ke bak penampungan ada yang meresap ke tanah. Sehingga tanah bawah permukaan sekitar Laboratorium Dasar MIPA diduga tercemar dan akan mempengaruhi organisme yang hidup di tempat tersebut. Penelitian ini merupakan kajian pendahuluan tentang penyebaran limbah cair melalui lapisan bawah permukaan tanah. Pada penelitian ini akan dilakukan pemetaan rinci tentang struktur lapisan bawah permukaan tanah, karakteristik fisik lapisan tanah dan kondisi geohidrologi daerah Laboratorium Dasar MIPA dan sekitarnya. Kajian ini, yang secara terpadu akan menerapkan metode geofisika eksplorasi 1), diharapkan dapat mendelineasi struktur lapisan akuifer penting dan mengetahui karakteristik para-para utama yang berperan dalam penyebaran limbah cair di bawah permukaan tanah. Metode geofisika adalah teknik aplikasi yang banyak dipakai untuk memperoleh gambaran karakteristik fisis tanah/batuan pada permukaan dan bawah permukaan suatu daerah 2). Distribusi tersebut dapat diasosiasikan dengan kondisi geologi lokal daerah tersebut 3). Aplikasi metode geolistrik untuk mendeteksi penyebaran limbah cair TPA sampah adalah pencemaran pada air tanah 4). Besarnya nilai resistivitas berhubungan langsung dengan kuantitas pencemaran minyak pada media pasir yang diukur pada skala laboratorium 5). Penerapan metode geofisika dalam penyebaran pencemaran limbah cair melalui lapisan batuan 6). Penerapan geolistrik dalam pemetaan pencemaran limbah padat pada studi kasus di Malaysia 7, 8). Penerapan teknik geolistrik dalam pemetaan intrusi air laut pada bawah permukaan di Kuala Selangor 9). Penentuan daerah pencemaran hidrokarbon berdasarkan karakteristik kelistrikan bumi 11). Pemetaan potensi redox dalam lapisan akuifer yang diindikasikan adanya biodegradasi dari materi organik dan konsentrasi dari komponen aktif redox berdasarkan konduktivitas listrik 10). E Q E I A q B II Gambar 1. Muatan q pada medan listrik E berpindah dari A ke B melalui lintasan I dan II 2007 FMIPA Universitas Lampung 183

2 Sri Cahyo Wahyono dan Nurma Sari Penentuan Kontaminasi Limbah Cair Struktur lapisan bawah permukaan ini dapat memberikan gambaran kondisi hidrogeologis dan jenis tanah/batuan berdasarkan nilai resistivitas yang terukur 11). Gambaran/citra yang dihasilkan dengan inversi least-squares berdasarkan sifat kelistrikan bumi 12) tersebut akan didukung dengan tabel hubungan antara nilai resistivitas dengan jenis tanah/batuan 13). Energi potensial suatu benda adalah kemampuan benda tersebut melakukan kerja. Apabila terdapat suatu muatan q yang berada dalam medan listrik E yang berasal dari muatan q, maka besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan q ke titik B melewati lintasan I adalah sama dengan jumlah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan q dari titik A ke titik B melewati lintasan II seperti Gambar 1 2). Batuan merupakan suatu materi yang mempunyai sifatsifat kelistrikan. Mineral-mineral yang dikandung batuan dan struktur pembentuknya mengakibatkan batuan bersifat konduktif terhadap arus listrik. Sifat ini merupakan karakteristik dari batuan tersebut apabila dialirkan arus listrik kedalamnya. Sifat listrik ini dapat berasal dari alam dan yang berasal dengan menginjeksikan arus listrik kedalamnya sehingga terjadi ketidakseimbangan muatan didalamnya 2). Potensial alam ini merupakan proses elektrokimia maupun proses mekanik. Dalam proses ini terjadi karena adanya air tanah yang berfungsi sebagai faktor penyeimbang dari semua peristiwa tersebut di dalam tanah. Berasosiasi sebagai pelapukan mineral pada kandungan sulfida, perbedaan sifat dasar batuan dengan kandungan mineralnya yang akan saling kontak pada kegiatan bioelektrik, gradien termal dan tekanan potensial diri ini dapat dibagi menjadi 4 kelompok 11), yaitu: 1. Potensial elektrokinetik Potensial ini terjadi apabila larutan memiliki resistivitas listrik dan viskositas yang bekerja pada kapiler atau medium yang berpori. Potensial ini secara umum tidak terlalu penting, tetapi efek dari aliran ini dapat menjadi penyebab terjadinya anomali. 2. Potensial difusi Potensial difusi ini disebabkan oleh terjadinya perbedaan variasi ion dalam larutan yang memiliki konsentrasi yang berbeda. 3. Potensial nernst Apabila dua elektroda logam yang identik dimasukkan ke dalam larutan yang homogen, maka akan terjadi potensial antara kedua elektroda tersebut. Namun bila konsentrasi kedua larutan ini diubah, maka akan timbul beda potensial. Beda potensial yang timbul tersebut dinamakan potensial nernst. 4. Potensial mineralisasi Potensial mineralisasi ini terjadi apabila dua elektroda logam berbeda dimasukkan ke dalam larutan yang bersifat homogen. Potensial ini memiliki harga yang paling besar dibandingkan dengan jenis potensial yang lainnya. Biasanya potensial ini timbul pada daerah yang mengandung banyak sulfida dan grafit. Jadi potensial potensial listrik dapat ditimbulkan karena adanya suatu larutan yang mengalir melalui medium berpori dengan sifat kapilernya, pada daerah yang banyak mengandung sulfida, grafit dan magnetik dan apabila elektroda dimasukkan ke dalam larutan homogen sehingga terjadi ketidakseimbangan serta terjadi karena adanya dua larutan yang berbeda konsentrasinya sehingga ion-ion yang ada didalamnya bergerak untuk mencapai keseimbangan 2). Batuan yang memiliki sifat konduktor ini disebabkan karena adanya ikatan kovalen antar ion pada batuan tersebut. Sifat konduktif pada batuan mineral ini dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok 11), yaitu: 1. Konduksi elektronik Konduksi ini merupakan bentuk normal dari aliran dalam batuan karena mempunyai banyak elektron bebas. Sebagai contohnya, batuan yang banyak mengandung logam. 2. Konduksi elektrolitik Konduksi ini dapat ditemukan pada batuan yang mempunyai sifat porositas tertinggi sehingga dengan mudah terisi oleh larutan elektrolit. Arus dapat mengalir karena adanya sifat elektrolit larutan yang mengisi poripori tersebut. Namun konduksi jenis ini bersifat lambat bila dibandingkan dengan konduksi elektronik. 3. Konduksi dielektrik Konduksi ini terjadi pada batuan bersifat dielektrik. Sebenarnya batuan tersebut sangat sedikit sekali mempunyai elektron babas atau bahkan tidak sama sekali. Tetapi karena adanya pengaruh medan listrik dari luar, maka elektron-elektron tersebut terganggu kedudukannya sehingga menimbulkan polarisasi potensial dari jenis ini juga tergantung pada konstanta dielektrik pada batuan yang bersangkutan. Mengingat keadaan bumi sesungguhnya adalah dalam bentuk dimensi tiga, maka perlu adanya suatu metode resistivitas yang mampu memberikan penggambaran bawah permukaan dalam tiga dimensi. Resistivitas dua dimensi belum mampu menggambarkan informasi FMIPA Universitas Lampung

3 J. Sains MIPA, Desember 2007, Vol. 13, No. 3 Permukaan Permukaan Permukaan ρ 1 ρ 1 ρ 1 ρ 2 ρ 3 ρ 3 ρ 2 ρ 2 ρ 3 Model 1 Dimensi Model 2 Dimensi Model 3 Dimensi Gambar 2. Model interpretasi pengukuran resistivitas H 1 ρ 1 ρ 1,2 H 2 ρ 2 H 3 ρ 3 ρ 3 Gambar 3. Dasar pengukuran resistivitas resistivitas yang representatif untuk menggambarkan kondisi bawah permukaan yang sesungguhnya karena hasil pengolahan resistivitas 2D hanya berupa penampang vertikal yang hanya menunjukkan penyebaran resistivitas secara vertikal saja. Berbeda dengan metode resistivitas 3D yang mampu menggambarkan distribusi resistivitas dalam bentuk 3D. Hasil pengolahan data resistivitas 3D memberikan informasi penyebaran nilai resistivitas bawah permukaan tidak hanya secara vertikal namun juga penyebaran lateral dari resistivitas bawah permukaan. Gambar 2. memberikan ilustrasi perbedaan penggambaran resistivitas bawah permukaan dalam bentuk dimensi satu, dimensi dua dan dimensi tiga. Dalam kenyataan bumi terdiri dari bermacam-macam lapisan dengan ρ yang berbeda-beda, sehingga potensial yang terukur juga berlainan nilainya. Hal ini memberikan nilai resistivitas yang terukur tidak untuk satu lapisan. Oleh karena itu dinamakan resistivitas semu. Permasalahan di atas lebih terlihat dengan jelas pada Gambar 3 2). Bumi terlihat mempunyai kondisi yang berlapis dengan nilai resistivitas yang berbeda. Resistivitas semu merupakan nilai resisitivitas efektif untuk pelapisan yang ada. Jadi nilai resistivitas yang terukur bukan nilai resistivitas untuk lapisan satu. Persamaan resistivitas semu dapat dinyatakan dengan rumus pokok 11) seperti pada Persamaan (1). V ρ s = K (1) I dengan ρs = resistivitas semu V = tegangan listrik K = faktor geometri I = arus listrik 2. METODE PENELITIAN Pada proses akusisi data lapangan menggunakan konfigurasi pole-pole dengan teknik cross-diagonal survey yang biasa digunakan untuk survei resistivitas 3D. Pada konfigurasi pole-pole, elektroda C1 dan P1 bersifat lebih dinamis daripada elektroda C2 dan P2 karena pengukuran dengan menggunakan konfigurasi ini sebenarnya hanya elektroda C1 dan P1 saja yang bergerak. Letak elektroda C2 dan P2 diletakkan sejauh 10 kali dari panjang spasi antar elektroda C1 dan P1 (sepanjang 2 ), yakni 20 (Gambar 4). Pada petak pengukuran yang berbentuk segi empat, disusun sebuah kombinasi elektroda 5 x 5 (25 elektroda), 5 elektroda sepanjang sumbu-x dan 5 elektroda sepanjang sumbu-y (Gambar 5). Spasi antar elektroda sebesar 2 baik dalam arah sumbu-x maupun dalam arah sumbu-y. Penelitian ini pengukuran lapangan dilakukan di sekitar Mangkurat, Banjarbaru, tepatnya di samping Laboratorium Kimia Dasar dan di dekat saluran pembuangan/selokan yang rusak serta diperkirakan larutan kimia sisa kegiatan praktikum dan penelitian mengalir melalui saluran pembuangan/selokan tersebut (Gambar 6) FMIPA Universitas Lampung 185

4 Sri Cahyo Wahyono dan Nurma Sari Penentuan Kontaminasi Limbah Cair C 1 X Y 12 D 13 2 m..... X Gambar 4. Pengukuran pertama dalam teknik Cross Diagonal Survey Y Gambar 5. Blok survei resistivitas 3D dengan kombinasi 5x5 elektrode pembuangan Gudang Laboratorium Kimia Bengkel Logam selokan rusak selokan Bengkel Kayu Lokasi Penelitian Gambar 6. Bagan lokasi penelitian di Laboratorium Dasar MIPA 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Hasil penelitian kontaminasi limbah cair di sekitar Mangkurat Banjarbaru adalah berupa kontur tahanan jenis suatu materi yang berupa tanah/batuan pada bawah permukaan bumi. Hasil tersebut didapatkan dari pengukuran lapangan pada tanggal 17 September 2006 dan posisi azimut pada titik awal pengukuran ini adalah 03 o 26 37,7 LS dan 114 o 50 31,0 BT. Data yang diukur di lapangan adalah nilai arus yang diinjeksikan dan tegangan yang terukur. Sehingga didapatkan nilai resistivitas tiap titik pengukuran dengan mengalikan faktor geometrinya. Sehingga mendapatkan kontur perbedaan warna berdasarkan nilai resistivitasnya. Hasil kontur tersebut dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 7. merupakan suatu lapisan penampang yang mempunyai kedalaman tertentu dari 0 12,3. Lapisan yang mengandung limbah cair pada umumnya sangat konduktif atau mempunyai resistivitas yang kecil sekitar 0 3 Ohm.m dibandingkan lapisan disekitarnya 1). Adapun nilai resistivitas dalam gambar kontur tersebut terbagi dalam 7 (tujuh) warna dari biru tua sampai ungu tua yang mempunyai nilai resistivitas dari 0,29 10,63 Ohm.m. Warna kontur yang diduga tercemar oleh limbah cair adalah dari biru tua hingga coklat muda. Pada Gambar 7. terlihat ada 6 (enam) penampang yang masing-masing mewakili kedalaman tertentu, yaitu : 1. penampang pertama pada kedalaman 0,00 1,40 2. penampang kedua pada kedalaman 1,40 3,01 3. penampang ketiga pada kedalaman 3,01 4,06 4. penampang keempat pada kedalaman 4,06 6,99 5. penampang kelima pada kedalaman 6,99 9,44 6. penampang keenam pada kedalaman 9,44 12, FMIPA Universitas Lampung

5 J. Sains MIPA, Desember 2007, Vol. 13, No. 3 Hasil dari penelitian tentang interpretasi bawah permukaan di sekitar Laboratorium Dasar MIPA Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru dengan metode geolistrik adalah barupa kontur resistivitas suatu materi yang berupa tanah/batuan pada bawah permukaan bumi. Data yang diukur di lapangan adalah nilai arus yang diinjeksikan dengan tegangan yang terukur. Sehingga didapatkan nilai resistivitas tersebut kemudian diolah dengan software Res3Div. 12), sehingga mendapatkan kontur perbedaan warna berdasarkan nilai resistivitasnya. Res3Dinv. merupakan perangkat lunak yang digunakan mengolah data yang didapatkan dari akusisi lapangan. Pemodelan 3D dilakukan dengan menggunakan program inversi. Program inversi ini menggambarkan dan membagi keadaan bawah permukaan dalam bentuk penampang 3D. Program inversi ini juga menentukan nilai resistivitas semu terukur dan terhitung 7). Pada gambar penampang semu yang dihasilkan dari hasil pengukuran, hasil perhitungan dan hasil inversi kemudian diklasifikasikan jenis tanah/batuannya berdasarkan nilai resistivitasnya. Klasifikasi tersebut menggunakan tabel referensi Hunt 13). Hasil klasifikasi dapat dituliskan berdasarkan penampang semu sesuai tahapan pada saat pengolahan data dengan software Res3Div. 12) Pembahasan Distribusi resistivitas yang digambarkan dengan citra warna dengan jenis-jenis tanah/batuannya, baik pada penampang vertikal maupun horisontal. Bahasan akan meliputi susunan lapisan tanah/batuan, yaitu antara variasi harga resistivitas dengan jenis-jenis tanah/batuan, seperti terlihat pada Tabel 1. Gambar 7. Penampang harga resistivitas semu dari hasil inversi Tabel 1. Harga resistivitas tanah/batuan 13) Jenis Tanah/Batuan Harga Resistivitas (Ohm.) Tanah lempungan, basah lembek 1,5 3,0 Lempung lanauan & tanah lanauan basah lembek 3 15 Tanah lanauan, pasiran Batuan dasar berkekar terisi tanah lembab Pasir kerikil terdapat lapisan lanau ± 300 Batuan dasar terisi tanah kering Batuan dasar tak lapuk > FMIPA Universitas Lampung 187

6 Sri Cahyo Wahyono dan Nurma Sari Penentuan Kontaminasi Limbah Cair 8,00 y lapisan yang diduga tercemari limbah cair 1,04 3,01 4,06 6,99 9, x z 8,00 Gambar 8. Kontur resistivitas setelah disusun berlapis Pada lapisan yang tercemari oleh limbar cair yang berasal dari larutan kimia sisa praktikum di Mangkurat diduga telah menyebar sejauh 6 pada arah x dan 8 pada arah y yang terjadi pada penampang pertama dengan kedalaman dari permukaan hingga 1,40. Kedalaman penyebaran limbah mencapai 7 dari permukaan tanah dan terlihat pada penampang keempat (warna coklat muda). Limbah cair yang menyebar di sekitar Laboratorium Dasar MIPA Universitas Lambung Mangkurat terpusat pada titik (0,0) (Gambar 8), karena pada daerah tersebut ada saluran pembuangan/selokan yang fungsinya untuk mengalirkan larutan kimia sisa praktikum. Kondisi saluran pembuangan/selokan tersebut sudah rusak dan larutan yang mengalir melalui saluran pembuangan/selokan akan merembes ke daerah sekitarnya sebelum sampai ke pembuangan limbah. Keadaan tersebut karena aktivitas Laboratorium Dasar MIPA Universitas Lambung Mangkurat masih relatif sedikit, kalau nantinya aktivitas Laboratorium tersebut meningkat, maka penyebaran limbah cair tersebut akan meluas dan semakin dalam sesuai sifat lapisan yang ada di bawah permukaan. 4. KESIMPULAN Penelitian tentang penentuan kontaminasi limbah cair dengan metode geolistrik di sekitar Laboratorium Dasar MIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru dapat disimpulkan sebagai berikut: (1) Penyebaran limbah cair di sekitar Laboratorium Dasar FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru diduga sampai sejauh 6 pada arah x, dan 8 pada arah y serta mencapai kedalaman 7 dari permukaan tanah dengan nilai resistivitas 0,29 3,00 Ohm.m. (2) Lapisan tanah/batuan pada sekitar Laboratorium Dasar FMIPA Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru mempunyai nilai resistivitas 0,29 10,63 Ohm.m sehingga dapat digolongkan jenis tanah/batuan di sekitar laboratorium tersebut didominasi oleh tanah lempungan dan tanah lanauan yang mengandung fluida cair serta bersifat lembek. UCAPAN TERIMA KASIH Dengan selesainya penelitian ini kami ucapkan terima kasih kepada Forum HEDS yang telah membiayai penelitian ini serta Totok Wianto dan Ori Minarto dalam pengambilan data lapangan. DAFTAR PUSTAKA 1. Reynold, J. M An Introduction and Environmental Geophysics, John Wiley and Sons Ltd. New York. 2. Hendrajaya, L. dan Arif, I Geolistrik Tahanan Jenis. Laboratorium Fisika Bumi. Jurusan Fisika. FMIPA-ITB. Bandung. 3. Fetter, C. W Applied Hydrogeology. Macmillan Pub. Co. 4. Bahri, A. S. dan Syamsuddin Aplikasi metode potensial diri dan tahanan jenis untuk mendeteksi penyebaran polutan bawah permukaan: studi kasus TPA Keputih Sukolilo Surabaya. Prosiding Seminar Nasional Insentif Ekonomi dan Lingkungan dalam Pembangunan Berkelanjutan. Puslit KLH. LP-ITS. Surabaya. 5. Peterkova, J Laboratory measured functional relations between electric resistivity and FMIPA Universitas Lampung

7 J. Sains MIPA, Desember 2007, Vol. 13, No. 3 content of oil contamination in sand. EGRSE Journal. 10(1-2): Barta, J Application of geophysical methods in search for contaminated rock environment and in realization of following rescue methods. EGRSE Journal, 10(1-2): Samsudin, A. R., Hamzah, U., Yacoob, W. Z. W., Rahim, B. E. A. and Yeansze, L Application of geophysical method to delineate contamination in waste disposal site of Ampar Tenang, Dengkil Selangor. Bulletin of the Geological Society of Malaysia, 45: Samsudin, A. R., Rahim, B. E. A., Yacob, W. Z. W. and Hamzah, U Mapping of contamination plumes at municipal solid waste disposal sites using geoelectrical imaging technique: case studies in Malaysia. Journal of Spatial Hydrology, 6(2): Hamzah, U., Samsudin, A. R. dan Malim, E. P Pemetaan kemasinan air bawah tanah di Kuala Selangor dengan teknik geoelektrik. Prosiding Seminar IRPA RMK-7. Pusat Pengurusan Penyelidikan.UKM, 2: Naudet, V., Revil, A., Rizzo, E., Bottero, J. Y. and Begassat, P Groundwater redox conditions and conductivity in a contaminant plume from geoelectrical investivigations. Hidrology & Earth System Science, 8(1): Telford, W. M., Geldart, L. P. and Sheriff, R. E Applied Geophysics 2 nd Ed.. Cambridge University Press. USA. 12. Loke, M. H. and Barker, R. D Rapid Least- Squares Inversion of Apparent Resistivity Pseudosection by A Quasi-Newton Method. Geophysical Prospecting Press. Inc. Orlando- Florida. 13. Hunt, R. E Geotechnical Engineering Investigation Manual. McGraw Hill. New York. 14. Rodriguez, D., Omar, Shevnin, V. and Valdes, J. O Geoelectrical characterization of a site with hydrocarbon contamination as a result of pipeline leakage. Geofisica Internacional Journal, 45(1): FMIPA Universitas Lampung 189