UNIVERSITAS INDONESIA PARAMETER KONSTITUEN LOGAM DALAM LEACHATE DAN PENGARUHNYA DALAM ASPEK GEOTEKNIK

Transkripsi

1 UNIVERSITAS INDONESIA PARAMETER KONSTITUEN LOGAM DALAM LEACHATE DAN PENGARUHNYA DALAM ASPEK GEOTEKNIK Disusun untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Geoteknik Lingkungan oleh: Fadhilaa Muhammad LT FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KONSENTRASI GEOTEKNIK 2015

2 1. LATAR BELAKANG Masalah utama yang dijumpai dalam aplikasi penimbunan/pengurugan sampah atau limbah padat lainnya ke dalam tanah adalah kemungkinan pencemaran air tanah oleh lindi, terutama di daerah yang curah hujan dan muka air tanahnya tinggi. Timbulan (debit) lindi serta kualitasnya yang keluar dari timbunan sampah sangat berfluktuasi karena bergantung pada curah hujan serta karakter sampah yang ditimbun. Kaitan antara banyaknya hujan dan timbulan lindi perlu ditentukan bila hendak merancang kapasitas penanganan lindi, demikian juga beban cemaran lindi yang akan digunakan dalam perancangan. (Damanhuri, 2008) Didasarkan atas komponen limbah padat yang ditimbun, maka kemungkinan terlepasnya komponen-komponen pencemar dari sebuah landfill adalah sebagai berikut: a. Komponen sisa makanan (organik), kayu dan kertas: Dapat terbilas dalam lindi: CO 2, asam organik, fenol, N-NH 4, N-NO 2, N-NO 3, SO 4, fosfat, karbonat dsb. Sebagai protoplasma mikrobial: C, NH 4, P dan K Muncul ke atmosfer sebagai: CO 2, CH 4, volatil berantai pendek dari asam lemak, NH 3, H 2 S, merkaptan, dsb. b. Komponen plastik dan karet: Plastik tidak terdegradasi Karet sintesis praktis tidak terdegradasi Karet alamiah terdegradasi secara lambat c. Kain dan tekstil: Materi-materi sintesis : sulit terdegrasi Sebagai biomassa: NH 4, S, C, P dan K Terlarut dalam lindi: CO 2, asam-asam organik, fosfat, N-NH 4, N-NO 2, N-NO 3 Muncul sebagai gas: CO 2, CH 4, asam-asam volatil, NH 3, H 2 S, merkaptan dsb d. Komponen logam: Berbentuk oksida logam, termasuk logam berat, seperti: Al 2 O 3, Al(OH) 3, CrO 2, Cr 2 O 3, HgO, dsb. Dapat terlarut dalam lindi : senyawa sulfat dari Ca, Mg, senyawa bikarbonat dari Fe, Ca, Mg serta senyawa oksida dari Sn, Zn, Cu dan seterusnya. 2. TIMBULAN LINDI Lindi adalah limbah cair yang timbul akibat masuknya air eksternal ke dalam timbunan sampah, melarutkan dan membilas materi-materi terlarut, termasuk juga materi organik hasil proses dekomposisi biologis. Dari sana dapat diramalkan bahwa kuantitas dan kualitas lindi akan sangat bervariasi dan berfluktuasi (Lihat gambar 1). Dapat dikatakan bahwa kuantitas lindi yang dihasilkan akan banyak tergantung pada masuknya air dari luar, sebagian besar dari air hujan, disamping dipengaruhi oleh aspek operasional yang diterapkan seperti aplikasi tanah penutup, kemiringan permukaan, kondisi iklim, dan sebagainya. Kemampuan tanah dan sampah untuk menahan uap air dan kemudian menguapkannya bila memungkinkan, menyebabkan perhitungan timbulan lindi agak rumit untuk diprakirakan. Dalam kaitannya dengan perancangan prasarana sebuah landfill, paling tidak terdapat dua besaran debit lindi yang dibutuhkan dari sebuah lahan urug, yaitu: Geoteknik lingkungan 2

3 Guna perancangan saluran penangkap dan pengumpul lindi, yang mempunyai skala waktu dalam orde yang kecil (biasanya skala jam), artinya saluran tersebut hendaknya mampu menampung lindi maksimum yang terjadi pada waktu tersebut. Guna perancangan pengolahan lindi, yang biasanya mempunyai orde dalam skala hari, dikenal sebagai debit rata-rata harian. Gambar 1. Skema terjadinya lindi (Vesilind, 2002, dalam Damanhuri, 2008) Rancangan praktis yang sering digunakan di Indonesia untuk perancangan antara lain adalah: a. Debit pengumpul lindi: Dihitung dari rata-rata hujan maksimum harian dari data beberapa tahun Assumsi bahwa curah hujan akan terpusat selama 4 jam sebanyak 90 % b. Debit pengolah lindi: dihitung dari rata-rata hujan maksimum bulanan, dari data beberapa tahun, atau dihitung dari neraca air, kemudian diambil perkolasi kumulasi bulanan yang maksimum. Produksi lindi bervariasi tergantung pada kondisi tahapan pengoperasian landfill, yaitu: a. Dalam tahap pengoperasian (terbuka sebagian): dalam tahapan ini, bagian-bagian yang belum ditutup tanah penutup akhir, baik lahan yang sudah dipersiapkan maupun sampah yang hanya ditutup tanah penutup harian, akan meresapkan sejumlah air hujan yang lebih besar. b. Setelah pengoperasian selesai (tertutup seluruhnya): dalam kondisi ini sampah telah dilapisi tanah penutup akhir. Tanah penutup akhir berfungsi untuk mengurangi infiltrasi air hujan, sehingga produksi juga akan berkurang. 3. KUALITAS LINDI Kualitas lindi akan tergantung dari beberapa hal, seperti variasi dan proporsi komponen sampah yang ditimbun, curah hujan dan musim, umur timbunan, pola operasional, waktu dilakukannya sampling. Tipikal kualitas lindi di luar negeri tercantum dalam Tabel.1, terlihat bahwa lindi tersebut mempunyai karakter yang khas, yaitu: lindi dari landfill yang muda bersifat asam, berkandungan organik yang tinggi, mempunyai ion-ion terlarut yang juga tinggi serta rasio BOD/COD relatif tinggi Geoteknik lingkungan 3

4 lindi dari landfill yang sudah tua sudah mendekati netral, mempunyai kandungan karbon organik dan mineral yang relatif menurun serta rasio BOD/COD relatif menurun. lindi landfill sampah kota yang berumur di atas 10 tahunpun ternyata mempunyai BOD dan COD yang tetap relatif tinggi. Tabel 1. Rentang Kualitas Lindi (Damanhuri, 2008) Pemantauan lindi di beberapa TPA telah dilakukan di Indonesia sejak tahun Beberapa rekapitulasi hasil dari pemantauan tersebut tersaji dalam tabel-tabel di bawah ini. Tabel 2. merupakan kualitas lindi dari beberapa TPA di Indonesia. Berdasarkan hasil analisa lindi tersebut dapat disimpulkan bahwa kekhasan lindi sampah Indonesia adalah berkarakter tidak asam dan mempunyai nilai COD yang tinggi. Walapun pengambilan sampling pada TPA tersebut tidak dilakukan pada saat yang bersamaan, namun hasil yang didapat dapat menggambarkan permasalahan yang ada. Dapat dikatakan bahwa kandungan karbon organik (dinyatakan dalam COD) yang terkandung melebihi baku mutu efluen limbah cair yang berlaku, yang menyiratkan bahwa penanganan lindi merupakan suatu keharusan bila akan dilepas ke lingkungan. Terlihat pula bahwa terdapat variasi yang cukup besar antara sebuah TPA dengan TPA yang lain, bahkan dalam sebuah TPA itu sendiri terdapat variasi yang cukup besar. Tabel 2. Gambaran variasi kualitas lindi dari beberapa TPA di Indonesia (Damanhuri, 2008) Geoteknik lingkungan 4

5 4. PARAMETER LINDI DAN PENGARUH TERHADAP ASPEK GEOTEKNIK Dalam melakukan analisa modeling menggunakan EPACMTP (EPA's Composite Model for Leachate Migration with Transformation Products) dipelukan input data berupa parameter konstituen-spesifik lindi. Masukan data tersebut dapat dibagi menjadi 3 (tiga) kategori: 1) Masukan parameter umum dan konstitutif, seperti berat molekular, difusi molekular, dan peraturan standar air minum. 2) Masukan parameter spesifik konstituen organik, untuk mendeskripsikan tendensi konstituen dalam berdegradasi, dan untuk menghitung mutu konstituen dalam menyerap komponen organik. 3) Masukan parameter konstituen logam geokimia non-linear, untuk mendeskripsikan pergerakan konstituen logam di dalam tanah. EPAMCTP model mensimulasikan pergerakan konstituen limbah dengan menggunakan properti dari setiap parameter di dalam tanah. Tabel 3. Parameter konstituen Limbah Cair (EPA, 2003) Geoteknik lingkungan 5

6 Tabel 3. Parameter konstituen Limbah Cair (EPA, 2003) (lanjutan) Dalam makalah ini, pembahasan materi akan dibatasi pada parameter konstituen logam non-linear, yang terdiri dari Nomor Identifikasi Logam, kandungan hidroksida besi (FeOH) tingkat keasaman tanah dan air tanah (ph), dan konsentrasi asam organik. a. Nomor Identifikasi Logam Di bawah permukaan tanah, konstituen logam dapat mengalami reaksi dengan air, dimana logam dapat terikat dengan komponen hidroksida air. Perbandingan antara konsentrasi logam terserap dengan konsentrasi logam pada fase bebas dinyatakan dengan Koefisien Partisi (K d ). Penggunaan K d dalam model transport EPACMTP mengasumsikan bahwa kesetimbangan lokal diantara larutan sedang terjadi, yang berarti bahwa tingkat reaksi penyerapan relatif cepat. Nilai K d secara empiris dapat digunakan dalam pergerakan logam dengan menggunakan linear isotherm. Data K d dikompilasi dari survey literatur terbaru atau dari ph-based isotherm. Korelasi antara jenis logam dengan koefisien partisi (K d ) diperlihatkan dalam tabel.4. Tabel 4. Korelasi unsur logam dengan nilai Kd (Loux, et all 1990 dalam EPA, 2003) Geoteknik lingkungan 6

7 Nomor Identifikasi Logam (metal ID) menyatakan nomor yang ditujukan kepada setiap jenis logam untuk memudahkan spesifikasi jenis logam saat dimodelkan. Logam kontaminan yang nilai Kd nya telah dihitung meliputi Arsenik (As), Antimon (Sb), Barium (Ba), Berilium (Be), Kadmium (Cd), Kobalt (Co), tembaga (Cu), Kromium (Cr), Fluoride (F), Raksa (Hg), Mangan (Mn), Molibdenum (Mo), Timbal (Pb), Nikel (Ni), Selenium (Se), Perak (Ag), Tallium (Tl), Vanadium (V), dan seng (Zn). Nomor identifikasi untuk setiap jenis logam diperlihatkan pada tabel. 5. Tabel 5. Nomor Identifikasi Logam (EPA, 2003) b. Derajat Keasaman (ph) tanah dan lapisan akuifer Derajat Keasaman (ph) adalah besaran tingkat keasaman atau kebasaan dari lapisan air tanah. ph dihitung pada skala 0 sampai 14, dimana ph 7 menyatakan tingkat yang netral. Nilai yang lebih kecil dari 7 disebut asam, dan harga lebih tinggi dari 7 menyatakan sifat basa. Tabel sebaran empiris nilai ph pada tanah diperlihatkan dalam tabel.6. Tabel 6. Sebaran tanah dan ph akuifer (EPA, 2003) Geoteknik lingkungan 7

8 c. Kandungan Hidroksida Besi (FeO x ) Hidroksida Besi (FeO x ) merepresentasikan adsorben dominan untuk serapan logam di sistem lingkungan, dan merupakan variabel yang digunakan ahli geokimia untuk menghitung isotherm penyerapan non-linear, walaupun bahan penyerap lain seperti mineral lempung, mineral karbonat, alumunium hidros, mangan oksida dan silica dapat menyerap logam di bawah permukaan, menghitung FeOx dan material organik tertetu dirasa cukup untuk mendapatkan nilai yang realistis dalam permodelan transport mineral dalam aliran air bawah permukaan. Tabel sebaran fraksi FeO x diperlihatkan dalam tabel.7. Tabel 7. Sebaran fraksi besi hidroksida (EPA, 2003) d. Material Organik Lindi (Leachate Organic Material/LOM) Selain kontaminan logam, leachate yang dihasilkan dari landfill juga banyak mengandung material organik. Material organik ini dapat terdiri dari berbagai jenis senyawa, termasuk di dalamnya asam organik yang merupakan hasil dari pemecahan substansi organik yang lebih kompleks. Pengaruh material organik dalam penyerapan logam dapat dipresentasikan dengan menggunakan nilai distribusi tetap yang diperlihatkan dalam tabel.8. Tabel 8. Sebaran Material Organik Lindi (EPA, 2003) e. Persentase Material Organik (%OM) Kuantitas dan sifat material organik tertentu yang dapat menarik logam (adsorben) sangatlah penting dalam menentukan sejauh mana konstituen partikel dapat terbawa di dalam air. Material organik partikulat yang ada di dalam zona tak-jenuh (direpresentasikan sebagai %OM) adalah adsorben dominan yang diperhitungkan sebagai permodelan transport logam. Geoteknik lingkungan 8

9 Tabel 9. Sebaran Persentase Material Organik pada lapis tanah tak-jenuh (EPA, 2003) f. Fraksi Karbon Organik (f oc ) Jumlah material organik partikulat di lapisan tanah jenuh air (saturated soil) dapat direpresentasikan sebagai Fraksi Karbon Organik (f oc ). Tabel 10. Sebaran Fraksi Karbon Organik (foc)pada lapis tanah tak-jenuh (EPA, 2003) Parameter konstituen logam dan sebaran kumulatif dari fraksi organik yang telah dijelaskan di atas merupakan parameter kuantitatif dari tingkat polutan pada lindi yang berbahaya bagi lingkungan biotik dan abiotik. Jenis logam tertentu memiliki tingkat toksisitas yang sangat tinggi (seperti Arsen [As], Merkuri [Hg], dan Timbal [Pb]). Juga dapat merusak stabilitas struktur lapisan liner akibat ph yang rendah. Dampak lain dari material ikatan senyawa logam-organik adalah terbentuknya endapan lumpur di dalam drainase lindi yang pada akhirnya dapat mengakibatkan penyumbatan saluran. (George. M., Beena K.S., 2011). Pada tabel.10. diperlihatkan konsentrasi parameter logam di dalam leachate dan di air tanah pada suatu landfill di West Tennessee. Konsentrasi logam di dalam air tanah sangat sedikit yang dapat dideteksi, Geoteknik lingkungan 9

10 Tabel 11. Konsentrasi logam pada leachate dan air tanah (Johnson, 2011) 5. PENANGANAN LINDI (LEACHATE) DI LANDFILL Penanganan lindi yang dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain: a. Memanfaatkan sifat-sifat hidrolis dengan pengaturan air tanah sehingga aliran lindi tidak menuju ke arah air tanah. Pengaturan hidrolis dilakukan dengan membuat tembok penghalang (barrier) sekeliling landfill sehingga air tanah sekitarnya lebih tinggi dibanding air tanah di bawah landfill. Barrier tersebut dapat dibangun dari soil bentonite atau dengan steel sheetpile. b. Mengisolasi lahan-urug tersebut agar air eksternal tidak masuk dan lindinya tidak ke luar, misalnya pada landfill bahan berbahaya dengan menggunkan liner dari geomembran. c. Mencari lahan yang mempunyai tanah dasar dengan kemampuan baik untuk menetralisir cemaran. d. Mengembalikan lindi (resirkulasi) ke arah timbunan sampah. e. Mengalirkan lindi menuju pengolah air buangan domestik. f. Mengolah lindi dengan pengolahan sendiri. Di negara maju biasanya masalah lindi ini ditangani dengan diolah seperti halnya air limbah biasa. Beberapa jenis pengolahan yang biasa digunakan adalah: a. pengolahan kimia fisika, biasanya koagulasi-flokulasi-pengendapan. b. pengolahan secara aerobik: proses lumpur aktif, kolam stabilisasi atau kolam aerasi. c. pengolahan secara anaerobik, biasanya kolam stabilisasi. d. pemanfaatan sifat-sifat sorpsi seperti karbon aktif. 6. MONITORING PENCEMARAN LINDI TERHADAP AIR TANAH Lapisan air di bawah permukaan tanah dapat terkontaminasi oleh polutan lindi yang melewati lapisan liner. Tingkat penyebaran leakage dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut: a) Kondisi hidrogeologi, seperti jenis tanah, ketebalan lapisan tanah, kedalaman muka air tanah, tingkat presipitasi, kegempaan dan permeabilitas tanah. b) Desain landfill, meliputi jenis liner, ketebalan liner, drainase lindi, masa layan landfill, penampungan dan pengolahan lindi. Geoteknik lingkungan 10

11 Kontaminasi air tanah oleh lindi dapat terjadi akibat rusaknya lapisan liner, baik akibat kesalahan desain maupun akibat bencana alam (force majeur). Sebagai langkah pencegahan terhadap pencemaran tersebut, perlu dilakukan pemantauan terhadap kualitas air tanah di sekitar lokasi landfill. Gambar 2. Ilustrasi leakage pada sebuah landfill (Johnson, 2011) Pemantauan dapat dilakukan dengan membuat dan memeriksa kualitas air di sumur pantau yang dibuat pada jarak tertentu dari lokasi landfill. Pada Gambar 3. diperlihatkan ilustrasi penempatan sumur pantau pada suatu landfill. Sedangkan gambar.4 memperlihatkan kondisi sumur pantau dengan perawatan yang ideal, dilengkapi dengan penutup beton, casing pelindung dan label nama. Gambar 3. Penempatan sumur pantau pada suatu landfill (Johnson, 2011) Geoteknik lingkungan 11

12 Gambar 4. Penempatan sumur pantau pada suatu landfill (Johnson, 2011) Pemeriksaan kualitas dari pada sumur pantau dilakukan secara berkala. Hasil pemeriksaan tingkat kontaminasi sumur pantau di landfill yang terletak di Western Tenessee, AS diperlihatkan pada tabel 11. Gambar. 4 memperlihatkan trend pergerakan kuantitas polutan berupa Natrium (Na), Chlor (Cl), Kalsium (Ca), dan Ammonia (NH4) dari tahun Tabel 11. Indikator konsentrasi Leachate dan Air Tanah Tennessee tahun 1999 (Johnson, 2011) Geoteknik lingkungan 12

13 Gambar 4. Grafik konsentrasi komponen Leachate Tennessee tahun (Johnson, 2011) 7. KESIMPULAN Dari tulisan di atas dapat disimpulkan bahwa: 1. Komponen lindi terdiri dari air, material organik, dan material anorganik (logam dan non-logam). 2. Komponen logam dalam lindi dapat terlarut dan dapat terbawa ke dalam lapisan air tanah. Transport konstituen lindi dapat dimodelkan dengan EPAMCTP dengan menyesuaikan properti dari parameter konstituen lindi. 3. Lapisan air di bawah permukaan tanah dapat terkontaminasi oleh polutan lindi yang melewati lapisan liner, pemantauan leakage dilakukan dengan membuat sumur pantau di lokasi sekitar landfill. REFERENSI 1. Damanhuri, Pengelolaan Leachate (Lindi), Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung. 2. George. M., Beena K.S., Geotechnical characteristics of leachate-contaminated lateritic Soil, Proseeding of Indian Geotechnical Conference. Kochi. 3. Rowe, et al Laboratory Determination of Diffusion and Distribution Coefficients of Contaminants using Undisturbed Clayey Soil. 4. Johnson, Groundwater Monitoring and Effective Parameter Selection, 1 st Annual Lanfill Operator Conference, Waste Management New York. 5. US Environmental Protection Agency, EPA s Composite Model for Leachate Migration with Transformation Products (EPACMTP), Parameter/Data Background Document. Washington D.C. 6. US Environmental Protection Agency, EPA s Composite Model for Leachate Migration with Transformation Products (EPACMTP), Waste and Constituent Parameters. Washington D.C. Geoteknik lingkungan 13