BAB III REMEDIASI AIR TANAH PDF

Preview

Summary

BAB III REMEDIASI AIR TANAH Tujuan utama dari remediasi air tanah adalah :  Mencegah penyebaran air tanah terkontaminasi pada tingkat yang tidak diharapkan  Mencegah pergerakan kontaminan  Meminimisasikan kontaminasi air tanah lebih lanjut hasil dari perlindian dari tanah atau NAPL  Mengembalika...

Description

BAB III

REMEDIASI AIR TANAH

Tujuan utama dari remediasi air tanah adalah : 



 

Mencegah penyebaran air tanah terkontaminasi pada tingkat yang tidak diharapkan Mencegah pergerakan kontaminan Meminimisasikan kontaminasi air tanah lebih lanjut hasil dari perlindian dari tanah atau NAPL Mengembalikan air tanah ke penggunaan yang menguntungkan

Gambar 3.1 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Remediasi Air Tanah Keterbatasan teknis kontrol restorasi sumber dan air tanah dapat terjadi bila ditemukan keberadaan DNAPL atau adanya kondisi hidrogeologis tertentu. Aliran air tanah terkontaminasi dapat diremediasi melalui beberapa cara, bergantung dari jenis kontaminan, kondisi hidrogeologis, tujuan pembersihan, dan persyaratan peraturan lingkungan. Remediasi air tanah dapat dilakukan, antara lain melalui ; pengurangan konsentrasi alamiah, berupa biodegradasi, disperse, pengenceran, penyerapan, volatilisasi, dan atau stabilisasi kimia dan biokimia kontaminan sampai pengurangan toksisitas kontaminan, mobilisasi volume hingga tingkat aman bagi manusia dan lingkungan. Bila digunakan pengurangan konsentrasi alamiah, mutlak diperlukan adanya pengawasan kualitas secara regular sehingga tidak terjadi ancaman-ancaman baru

 Pengolahan in situ atau pengolahan di tempat. Misalnya berupa pemberian nutrisi dan oksigen pada aquifer untuk merangsang biodegradasi kontaminan, injeksi udara untuk menguapkan senyawa volatile dari air tanah, atau dapat digunakan penghalang fisik pada aliran air tanah melalui sebuah sel pengolahan seperti pada dinding besi reaktif

 Pengurungan. Pembatas fisik atau gradient hidrolik yang disebabkan oleh sumur pompa dapat digunakan untuk mengurung plume dan mencegah penyebaran kontaminan

 Ekstraksi dan pengolahan. Air tanah terkontaminasi dan atau NAPL dapat disisihkan dari aquifer, dioleh, dan dibuang melalui pemompaan

 Teknologi pengolahan seringkali tumpang tindih dan tidak mudah didefinisikan secara tepat jenis pengolahan yang dilakukan. Klasifikasinya seringkali didasarkan pada sifat-sifat kontaminan. Pengolahan dapat dilakukan dengan cara memisahkan kontaminan dari air tanah, melumpuhkan atau memusnahkan kontaminan. Untuk selanjutnya, kontaminan dapat diolah lebih lanjut, dibuang atau digunakan kembali.

3.1 PENGHALANG FISIK Penghalang vertikal digunakan untuk mengurung air tanah atau mengarahkan alirannya dan sering digunakan dengan mengelilingi sebuah area. Air tanah dapat dipompa dari dalam area untuk mencegah area diisi oleh air (efek bath-tube). Sebuah penutup tak tembus air kadang digunakan di seluruh area untuk meminimkan jumlah air yang harus dipompa. Jenis penghalang fisik ini umumnya berupa dinding slurry dan lembaran tanam, yang biasanya ditanam dengan kedalaman 2 sampai 3 feet.

3.2 EKSTRAKSI AIR TANAH

3.2.1 Sumur-Sumur Ekstraksi

Desain sumuran ekstraksi tergantung pada sifat aquifer, tujuan sistem dan ukuran volume. Sifat aquifer menentukan berapa banyak air yang harus dipompa dari tiap sumuran. Penempatan sumuran dan jumlah total air yang dipompa tergantung dari sistem dan ukuran plume. Sumuran dapat dibangun secara vertikal ataupun horisontal dengan komponen utama berupa casing, saringan, filter pack, pelindung serta pompa. Air tanah mengalir melalui saringan berupa pipa PVC atau pipa stainless steel. Hal yang diperhatikan adalah bahwa total luas lubang harus cukup besar agar kecepatan airnya cukup besar untuk mengatasi headlossnya. Panjang saringan tergantung pada tipe, stratafikasi, ketebalan aquifer dan penampang yang tersedia. Ukuran casingnya disesuaikan dengan pompa yang akan dipakai, umumnya berdiameter lebih besar atau sama dengan 4 inchi. Filter pack umumnya berupa pasir kasar atau medium gravel halus yang mengelilingi saringan dan casing. Pompa yang digunakan untuk mengekstraksi air tanah adalah pompa pneumatik dan pompa submersible, yang ukurannya ditentukan sesuai dengan energi tekanan yang diperlukan.Desain dan operasi suatu sistem ekstraksi air tanah melibatkan banyak pertimbangan disamping pertimbangan teori, antara lain: Unit pengolahan air tanah biasanya mempunyai debit berukuran kecil, peralatan yang terlalu besar akan meningkatkan biaya modal dan mempengaruhi efektifitas, sedangkan peralatan yang terlalu kecil akan menghambat remediasi Debit pemompaan dilakukan dengan asumsi kondisi equlibrium, yang tidak selalu terjadi. Jumlah air yang lebih besar daripada perkiraan akan terpompa saat air di daerah pengaruh dipompa. Selama jangka waktu pemompaan yang lama, kondisi water table akan berubahubah sebagai hasil dari pengendapan Gerakan penurunan muka air tanah dapat mempengaruhi struktur dan sifat tanah di sekitarnya. Seperti pengendapan tanah, berkurangnya konsolidasi tanah, bahkan dapat mempengaruhi struktur pondasi bangunan serta memutuskan aliran air untuk makanan tanaman

3.2.2 Sistem Titik-Titik Sumur

Air tanah dapat dipompa menggunakan sistem dengan beberapa titik sumur yang dihubungkan dengan satu pompa di bagian permukaan tanah, dibandingkan dengan menggunakan pompa untuk tiap sumur. Pengaturan debit dilakukan dengan menggunakan katup di tiap ujung atas masing-masing sumur. Pengaturan ini disebut tuning. Jarak tiap sumur biasanya 3-10 feet, dengan kedalaman 15-28 feet. Debit pemompaan biasanya 0,1-25 gpm/sumur.

Sistem ini biasanya dipakai dalam pekerjaan konstruksi, dan jarang digunakan untuk pekerjaan remediasi jangka waktu lama. Hal ini disebabkan oleh kedalamannya yang dangkal dan debit pemompaan yang rendah.

3. 2.3 Parit Penghalang

Penggunaan parit dapat dilakukan untuk mengumpulkan air tanah tercemar. Di tanah yang permeabel, parit digali sampai tanah kedap dan diberi pipa berlubang-lubang agar air tercemar dapat masuk, kemudian di bagian ujung pipa dilengkapi dengan pompa yang mengalirkan air tanah ke unit pengolahan. Pipa ini diletakkan berpotongan arah dengan aliran air tercemar. Skema parit penghalang dapat ditunjukkan pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 Skema Parit Penghalang

3.2.4 Efisiensi Remediasi Pompa dan Olah

Data tinggi muka air menunjukkan efektifitas pengontrolan gradien hidrolis sistem pemompaan. Kadar pencemar di air tanah dimonitor untuk menentukan apakah plume telah dicapai dan menunjukkan kemajuan usaha remediasi yang dilakukan. Beberapa faktor yang menghalangi penggunaan sistem pompa dan olah, antara lain: Sistem ekstraksi tidak dapat secara efektif mengsirkulasikan air tanah di aquifer tercemar bila material aquifer berupa tanah yang sangat heterogen dengan kadar material permeabilitas rendah atau sedang. Kemampuan menyisihkan massa kontaminan dibatasi oleh keberlanjutan sumber kontaminasi. Sumber-sumber ini berupa kontaminan perlindian dari tanah tak jenuh, kontaminasi absorpsi padatan aquifer, atau NAPL. DNAPL adalah sumber pencemar kontinyu yang bermasalah Desain sistem ekstraksi dapat saja tidak mencukupi atau sesuai. Sistem mungkin saja terlalu kecil karena karakterisasi data awal yang tidak tepat. Dalam beberapa kasus, kondisi alamiah mempersulit perancangan sistem yang dapat mengatur gradien air tanah. Kondisi alamiah inilah yang meliputi debit air tanah yang terlalu besar, atau material aquifer yang terlalu heterogen.

3.2.5 Peningkatan

Sistem pompa dan olah dapat ditingkatkan dengan pengolahan in situ atau variasisasi komponen-komponen sistemnya untuk meningkatkan performa. Sebagai contoh, dapat dibuat sumur ekstraksi tambahan untuk memperluas luas bidang tangkapan sistem, atau sumur injeksi tambahan untuk meningkatkan pengontrolan gradien. Pengontrolan gradien dapat dilakukan dengan penambahan sebuah pengahalang vertikal, seperti dinding slurry atau penanaman lembaran. Pemompaan pulsa dapat dilakukan untuk meningkatkan performa sistem sumur ekstraksi pada saat kinerjanya menurun. Dengan melakukan variasi terhadap laju kecepatan pompa pada tiap-tiap sumur (pemompaan adaptif), aliran yang menuju ke zona stagnan di antara sumur-sumur ekstraksi dapat ditingkatkan. Peningkatan sistem pompa dan olah lainnya yang dapat dilakukan adalah mengganti permeabilitas material aquifer. Pecahan-pecahan batu dapat meningkatkan hidrolis dan pnematik material aquifer. Surfaktan juga dapat digunakan untuk meningkatkan kelarutan kontaminan organik sehingga dapat meningkatkan optimasi remedisi air tanah.

3.3 PENGALIRAN AIR TANAH

Tingkat dan jenis pengolahan yang diperlukan untuk air tanah yang diekstraksi tergantung pada ke mana air tanah akan dialirkan, yaitu : Air permukaan. Air tanah dapat saja dibuang ke aliran danau, laut atau sungai. Batasan buangan ini sering didasarkan pada kadar polutan yang dapat dibuang ke air tanpa membahayakan kehidupan air Air tanah. Air tanah yang sudah diolah dapat pula diinjeksikan kembali ke aquifer melalui sumur injeksi, parit, atau rekahan lahan. Gradien hidrolis yang dihasilkan injeksi ini dapat digunalan untuk mengatur atau menangkap migrasi air tanah. Injeksi kembali juga dapat digunakan untuk membnatu pencucian tanah dan atau air tanah tercemar. Injeksi kembali ini memerlukan ijin Pengolah domestik. Air tanah terolah maupun tidak, dapat disalurkan ke unit pengolah limbah domestik setempat. Namun harus memenuhi syarat-syarat program pre-treatment unit tersebut Pengolah limbah industri. Remediasi air tanah yang sering terjadi di area industri di mana terdapat unit pengolah air limbah industri. Sehingga air tanah yang terekstraksi dapat langsung disalurkan ke unit pengolah limbah ini, walau harus memenuhi prasyarat unit pengolahan ini.

3.4 PENGOLAHAN AIR TANAH

Teknologi pengolahan air tanah dapat memisahkan kontaminan dari air, immobilisasi kontaminan, atau menghancurkannya. Dua jenis pengolahan yang pertama akan menghasilkan residu yang memerlukan pengolahan lebih lanjut untuk menghancurkan kontaminan atau membenamkannya, Analisis spesifik telah dikembangkan untuk karakterisasi air untuk diolah. Beberapa parameter kritis yang diteliti meliputi BOD, COD, TOC, alkalinitas, pH, kesadahan (Kalsium dan Magnesium), Besi dan Mangan, TDS, TSS, P dan N.

1. Teknologi Imobilisasi Teknologi imobilisasi bertujuan untuk memisahkan polutan yang terlarut dari pelarutnya dengan menambahkan bahan-bahan kimia atau mengubah sifat pelarutnya. Bentuk tidak larut kontaminan didapatkan antara lain dengan cara ; mengubah pH larutan, melakukan oksidasi atau menambahkan bahan kimia untuk membantu terjadinya proses pengendapan di bak pengendap atau proses filtrasi di unit filter. Derajat pengolahan tergantung dari ; bahan kimia yang ditambahkan, jenis endapan yang dibentuk, dan pH. Jenis dan konsentrasi bahan kimia yang akan ditambahkan ditentukan dari

jar test yang dilakukan selama studi kelayakan. Pada umumnya, teknologi immobilisasi memanfaatkan pengendapan hidroksida dan sulfida untuk menghilangkan logam dari air. Pada pengendapan hidroksida, bahan-bahan kimia seperti; CaO, NaOH, atau Mg (OH)2 ditambahkan pada air yang akan diolah untuk menyesuaikan pH dan mengendapkan logam kontaminan sebagai hidroksida. Reaksi pengendapan yang terjadi adalah sebagai berikut: Mn+ + nNaOH  M(OH )n + nNa+ 2. Teknologi Separasi / Pemisahan Teknologi separasi /pemisahan bertujuan untuk memisahkan kontaminan dari air tanah berdasarkan densitas, volatilitas, atau kemampuan kontaminan terserap dalam padatan

a. Sedimentasi dan Penanganan Lumpur Sedimentasi bertujuan untuk memisahkan padatan dari air dengan pengendapan gravitasi. Proses ini biasanya hanya mengikuti proses flokulasi dan koagulasi untuk memisahkan logam atau padatan dari air. Proses ini biasanya membutuhkan bak pengendap baik yang berbentuk rectangular maupun circular. Padatan yang mengendap akan dikeringkan terlebih dahulu sebelum dibuang. Pengeringan biasanya menggunakan press filter press, belt filter press, centrifuge, atau bak pengering lumpur b. Filtrasi Biasanya unit filtrasi berada setelah unit sedimentasi, yang berguna untuk menyisihkan padatan yang tersisa. Filter biasanya digolongkan sebagai filter gravitasi atau bertekanan serta berdasarkan jenis media penyaringnya. Media filter biasanya berupa pasir, media campuran, dan cartridge atau kantong filter. Media fpasir dan media campuran biasanya ditujukan untuk pengolahan air minum Mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi biasanya digunakan untuk menghilangkan partikel yang sangat kecil dari air dengan menggunakan tekanan melalui membran atau material lain yang mengandung pori yang sangat kecil. c. Pemisahan minyak-air dengan DAF Mengingat bahwa LNAPL dapat dipisahkan dari sebuah aquifer dengan menggunakan pompa skimmer, atau dapat di recover dari air tanah menggunakan pompa fluida. Bila LNAPL dan air tanah direcover bersama, mereka dapat dipisahkan di atas tanah. LNAPL dan air dapat dipisahkan dengan gravitasi karena perbedaan densitas keduanya. 1 jenis proses yang umum digunakan adalah pemisahan sederhana menggunakan gravitasi dan dissolved air flotation (DAF).

Pemisahan gravitasi dilakukan dengan menyimpan air terkontaminasi di dalam tangki di mana minyak dan material lainnya dengan spesifik gravitasi kurang dari atau sama adengan air yang melayang ke permukaan. Fase organik dipisahkan untuk insenerasi atau di di recover. Padatan dari influen dapat terbagi atas; fase organik, tinggal dalam air, atau mengendap dalam tangki. Bahan kimia, seperti polimer atau garam-garam dapat ditambahkan untuk memecah emulsi minyak-air. Emulsi juga dapat terpecah dengan menurunkan pH. DAF juga digunakan untuk menyisihkan LNAPL dengan menjenuhkan air dengan udara bertekanan. Saat tekanan berkurang, udara keluar dari larutan sebagai gelembung dan naik ke permukaan tangki. Lapisan melayang ini disapu untuk resirkulasi atau insenerasi. DAF dapat digunakan selain pemisahan secara gravitasi bila LNAPL mempunyai Spesifik gravity mirip dengan air. d. Air Stripping Air stripping merujuk pada perubahan fase kontaminan dari cair ke gas yang terjadi saat air yang mengandung senyawa organik volatil (VOC) direaksikan dengan udara. Dengan kata lain, kontaminan dihembuskan dari air ke udara. Air stripping efektif menyisihkan VOC seperti hidrokarbon ringan, benzene dan senyawa mudah menguap serta chlorinated etylen. Senyawa yang mudah bercampr atau tidak mudah menguap akan sulit untuk disisihkan. Pengolahan ini tergantung pada mudah laritnya atau kelarutan senyawa kontaminan, desai striper, dan efisiensi operasional. Dua Jenis stripper yang sering dipakai adalah packed tower dan tray strippers. Demikian juga tangki aerasi atau desain lainnya. e. Adsorpsi Karbon Saat ini adsorpsi menggunakan karbon banyak digunakan untuk memisahkan senyawa organik dan beberapa senyawa anorganik dari air tanah yang tercemar. Kontaminan tertarik dan tertahan di permukaan partikel karbon aktif. Senyawa yang dapat diolah meliputi senyawa organik seperti, VOC, BTEX, hidrokarbon petrolium (TPH), polynuclear aromatic hidroaron (PAHs) dan PCBs. Pengolahan ini biasanya efektif untuk senyawa organik yang non polar atau kelarutan rendah atau mempunyai berat molekul tinggi. Karbon aktif banyak digunakan untuk menyisihkan senyawa organik, logam berat dan anorganik lainnya. Umumnya karbon aktif terbuat dari batubara, arang kayu dan kelapa yang mempengaruhi performanya. Dalam pengolahan air tanah, biasa digunakan karbon aktif dengan 2 bentuk yaitu butiran (Granular Activated Carbon, GAC) dan serbuk (Powedered Activated Carbon). f. Ion Exchange

Pengolahan ini umumnya digunakan untuk menyisihkan ion-ion logam dari air. Saat dikontakkan dengan air tercemar, beberapa mineral dan resin sintesis yang digunakan akan menukar ion-ionnya dengan ion-ion yang ada di dalam air. Ion exchange juga digunakan untuk menyisihkan kesadahan atau logam berat dari air. Dapat pula digunakan untuk menyisihkan senyawa anorganik seperti sulfat. Ion exchange pada umumnya digunakan sebagai pelengkap, bukan sebagai pengolah utama. Resin kationik biasanya digunakan untuk meyisihkan kontaminan bermuatan positif, demikian pula sebaliknya untuk resin anionik. Secara tipikal, resin ion exchange ditempatkan pada sebuah kolom, kemudian air tercemar dialirkan dari atas ke bawah atau dari bawah ke atas dengan kecepatan tertentu. Ukuran kolom ini dirancang sesuai dengan kecepatan aliran air, kapasitas tukar ion resin dan berapa waktu yang diperluka untuk pelaksanaan regenerasi resin. Regenerasi dilakukan bila kapasitas tukar ion resin hampir mendekati nol. Regnerasi resin kationik dilakukan dengan menggunakan asam kuat, sementara larutan basa digunakan untuk regenerasi resin anionik.

g. Reverse Osmosis Reverse Osmosis (RO) memisahkan kontaminan organik dari air dengan memaksa air murni melalui sebuah membran semipermeabel dengan tekanan. Kontaminan tidak akan melewati membran. Proses pengolahan menghasilkan air bersih dan air limbah yang mengandung kontaminana terkonsentrasi. Membran dapat dibuat dari cellulosa asetat, aromatic plyamides atau palisan komposit tipis. Kemampuan RO dalam penyisihan adalah 50-99% senyawa anorganik dalam satu tahap.

3. Teknologi Destruksi Teknologi destruksi didasarkan pada struktur senyawa kimia yang dapat didestruksi dengan proses oksidasi biologis, oksidasi kimia atau reduksi.

a. Pengolahan Biologis Air tanah tercemar dapat diolah dalam sebuah bioreaktor untuk menghilangkan kontaminan organik dan beberapa kontaminan non organik. Senyawa yang dapat diolah secara biologis antara lain; amoni, nitrat, keton, alkohol, fenol, hidrokarbon (TPH), monoaromatik (BTEX) dan PAH, sianida dan pada situasi tertentu PCE dan TCE. Logam akan tersisihkan karena terserap di massa organik. Pengolahan biologis dapat saja berupa pengolahan aerobik maupun anaerobik. Pengolahan aerobik memerlukan oksigen sebagai akseptor oksigen dalam reaksi redoks.

Kontaminan teroksidasi membentuk karbonioksida, amonia, sel mikroba dan produk lainnya. Pengolahan anarobik tidak memerlukan oksigen, mikroorganisme menggunakan elektron akseptor selain oksigen, yaitu; nitrat, sulfat dan karbondioksida untuk mengoksidasi senyawa organik. b. Oksidasi Kimia Oksidasi kimia menggunakan peroksida atau ozon untuk mendegradasi kontaminan organik di air tanah. Penggunaan mandiri oksidan kimia sering mempunyai hambatan kinetik. Sinar ultraviolet sering digunakan dengan oksidan kimia untuk memenuhi keterbatasan kinetik dan menigkatkan degredasi organik. Oksidasi kimia dapat digunakan juga untuk meghancurkan senyawa kimia dengan ikatan rangkap seperti; PCE, TCE, PTEX, fenol, PAH dan sianida. Perancangan pengolahan ini harus mempertimbangkan hal-hal sebagai berikut: Tipe dan jenis reagent (peroksida, ozone atau peroksida plus ozone) Panjang gelombang dan intensitas sinar UV serta jumlah lampu Penggunaan katalis Waktu tinggal Selain penggunaan reagen-regen di atas terdapat penggunaan reagen Fenton yang berupa ion Fe dan hidrogen peroksida, di mana Fe digunakan sebagai katalis selama reaks oksidasi. Reaksi Fe dan peroksida menghasilkan radikal bebas hidrogen oksigen (HO*) yangd apat mengokaisdasi senyawa organik. Reagen Fenton juga telah digunakan untuk mengolah air tanah dan residu NAPL secara in-situ

PENGOLAHAN IN-SITU

Pengolahan kontaminan air tanah di tempat menawarkan banyak keuntungan dibandingkan jika dibandingkan dengan sistem pompa dan olah. Pada sistem pompa dan olah, diperlukan biaya yang mahal untuk membawa air tanah ke permukaan dan mengalirkan air melalui sebuah uruturutan unit pengolahan. Pilihan pembuangan air olahan juga seringkali terbatas. Walaupun demikian, pengolahan in-situ juga mempunyai batasan-batasan. Transfer massa reagent dan kontaminan terbatas karena permeabilitas tanah yang heterogen atau rendah. Proses-proses in-situ dapat menjadi sulit diatur dan dimonitor. Oleh karena adanya beberapa potensi keuntungan dalam pengolahan in-situ, pembahasan berikut ini hanya akan memfokuskan pada beberapa bentuk pengolahan in-situ antara lain; pengolahan alamiah dan air sparging.

1. Pengolahan Alamiah Pengolahan alamiah membicarakan proses-proses fisik, kimia dan biologis yang bekerja untuk menurunkan konsentrasi kontaminan dalam akuifer. Kontaminan organik dapat dihidrolisis atau biodegradasi. Adveksi, dispersi dan dilusi dari...