50 1 BAB V PEMBAHASAN V.1. Interpretasi Hasil Pencampuran Abu Batubara dan OB-CS Pencampuran abu batubara dan OB-CS yang bersifat PAF (Tabel IV.13) dilakukan dengan 3 variasi, yaitu: variasi ukuran butir OB-CS (kasar dan halus), jenis abu batubara (FA BJS, BA BB dan BA BJS) serta perubahan komposisi massa abu batubara pada massa OB-CS konstan (ratio 2:1, 1:1 dan 0,5:1). Pengaruh dari variasi tersebut dapat diketahui dari kualitas fisik air lindian, kandungan logam terlarut dan kandungan sulfat dalam air lindian. V.1.1. Pengaruh Ukuran Butir OB-CS Terhadap Kualitas Air Lindian Variasi ukuran butir OB-CS yang dicampur dengan komposisi dan abu batubara yang sama berpengaruh terhadap besar luas permukaan. Semakin halus OB-CS yang digunakan dalam campuran, maka luas permukaannya semakin besar. Luas permukaan yang besar akan memudahkan sampel OB-CS bereaksi, khusunya mineral pirit lebih mudah untuk teroksidasi. Mineral lempung, seperti kaolinit, muskovit dan montmorilonit yang ada pada sampel OB-CS akan lebih mudah terlibat dalam reaksi pertukaran ion dan menurunkan sedikit keasaman. Luas permukaan OB-CS kasar dan OB-CS halus dengan massa sampel 400 gram yang digunakan dalam pencampuran adalah 1136,46 mm 2 dan 4624,51 mm 2 . OB-CS berbutir halus (1,7-0,425 mm) memiliki luas permukaan 4 kali lebih besar dibandingkan OB-CS berbutir kasar (8- 1,7 mm). Berdasarkan hasil uji kualitas fisik air lindian sesuai Gambar IV.5, Tabel VI.16 dan Tabel V.1 terlihat bahwa campuran FA BJS dengan OB-CS kasar maupun halus, tidak terjadi perbedaan yang signifikan dari segi nilai pH. Hal serupa juga terjadi pada campuran dengan menggunakan abu batubara yang lain, baik dengan BA BB maupun BA BJS. Hal ini karena material OB-CS yang dicampur termasuk jenis claystone, sehingga ketika terlindi air destilat lama kelamaan permukaannya akan cenderung sama. Awalnya pencampuran dengan OB-CS kasar menghasilkan pH air 51 lindian yang lebih tinggi, selisihnya antara 0,03-0,73. Setelah masuk siklus 3 harian hingga siklus 2 mingguan pencampuran dengan OB-CS halus menghasilkan pH air lindian yang lebih tinggi, selisihnya antara 0,05-0,53. Hal ini terjadi karena awalnya mineral pirit yang ada pada OB-CS halus lebih mudah teroksidasi dibandingkan dengan OB-CS kasar. Setelah pelindian yang terus menerus menyebabkan OB-CS kasar menjadi cenderung sama permukaannya dengan OB-CS halus sehingga menyimpan potensi pirit yang lebih banyak untuk teroksidasi. Selain itu terjadi juga penurunan nilai pH untuk semua campuran antara 0,05-0,61 akibat kandungan dan kelarutan alkalinitasnya cenderung berkurang. Campuran FA BJS, BA BB dan BA BJS dengan OB-CS halus maupun OB-CS kasar memiliki perbedaan nilai TDS dan EC. Nilai TDS yang tinggi pada campuran OB-CS halus-FA BJS/BA BB/BA BJS menunjukan bahwa air lindian memiliki kandungan logam tinggi dan akan menjadi beban lingkungan. Campuran dengan OB-CS halus lebih tinggi nilai TDS dan EC akibat luas permukaannya lebih besar sehingga lebih tinggi kelarutannya. Nilai pH dari campuran OB-CS kasar maupun halus dengan FA BJS ratio 1:2 masih berada dalam range baku mutu sesuai Kepmen LH No. 113 Tahun 2003, yaitu pH antara 6-9 sedangkan air lindian hasil campuran dengan abu yang lain cenderung berada dibawah baku mutu. Tabel V.1. Kualitas Fisik Air Lindian Variasi Ukuran Butir OB-CS Kode Range pH ORP rata-rata (mV) TDS rata-rata (ppm) EC rata-rata (μS/cm) OH-FA BJS (1:2) 6,5 - 8,4 -51 544 816 OK-FA BJS (1:2) 7 - 8,8 -59 447 673 OH-BA BB (1:2) 4,4 – 5,7 104 545 821 OK-BA BB (1:2) 4,1 – 5,4 112 382 573 OH-BA BJS (1:2) 3,3 – 5,2 138 394 593 OK-BA BJS (1:2) 3,7 – 5,1 133 350 526 52 Perbandingan luas permukaan OB-CS kasar dan OB-CS halus (1:4) menghasilkan perbedaan nilai TDS antara 39–213 ppm. Untuk menghasilkan air lindian dengan TDS yang rendah (< 200 ppm) pada ratio campuran 1:0,5, maka harus menggunakan OB-CS minimal dengan ukuran 24,45 mm. Jika ratio campuran (OB-CS:abu) adalah 1:2, minimal ukuran butir OB-CS 15,03 mm. Sedangkan jika campuran 1:1, minimal ukuran butir OB-CS untuk menghasilkan nilai TDS < 200 ppm adalah 16,84 mm. Perbandingan kualitas kimiawi air lindian campuran OB-CS kasar-FA BJS (OK-FA BJS) dengan OB-CS halus-FA BJS (OH-FA BJS) sesuai Tabel IV.19 dan Gambar V.1, terlihat bahwa kandungan sulfat dari air lindian campuran OB-CS berbutir kasar lebih tinggi dari campuran OB-CS berbutir halus. Kandungan sulfat dipengaruhi jumlah mineral pirit yang teroksidasi, pada campuran OK-FA BJS (OB-CS kasar) jumlah transfer mol pirit lebih tinggi, yaitu 8,99 x 10 -5 mol sedangkan campuran OH- FA BJS (OB-CS halus) transfer molnya hanya 3,89 x 10 -5 mol. Seiring waktu jumlah pirit yang teroksidasi terus menurun, ditandai dengan hasil analisis PHREEQC pada hari ke-27, jumlah pirit yang teroksidasi untuk campuran OK-FA BJS dan OH-FA BJS berturut-turut hanya 6,96 x 10 -5 mol dan 1,43 x 10 -5 mol. Produk utama dari pelapukan pirit adalah sulfat dalam bentuk asam sulfat sesuai persamaan reaksi berikut ini: 4FeS 2 + 15O2 + 14H2O 4Fe(OH)3 + 8H2SO4 Kandungan sulfat juga dipengaruhi oleh hasil dari pelarutan gipsum yang ada dalam sampel OB-CS sesuai hasil uji XRD (Tabel IV.8). Gipsum (CaSO 4.2H2O) adalah basa lemah dengan pKa 7,3 dan kelarutannya dalam air pada suhu 20 o C sebesar 0,24 g/100 mL. Kelarutannya pada suhu tinggi menjadi lebih tinggi, dimana suhu ruangan selama uji kinetik berada diantara 30-35 o C. Berdasarkan hasil analisis PHREEQC, gipsum terlibat dalam proses pelarutan (transfer mol positif), baik pada campuran OB-CS kasar maupun OB-CS halus dengan FA BJS. Jumlah transfer mol gipsum semakin berkurang seiring dengan waktu untuk kedua jenis campuran. Campuran OH-FA BJS terjadi penurunan kelarutan gipsum dari 6,72 x 10 -4 mol (hari ke-12) 53 menjadi 1,36 x 10 -4 mol (hari ke-27) sedangkan campuran OK-FA BJS penurunannya dari 4,35 x 10 -4 mol menjadi 3,18 x 10 -4 mol. Gambar V.1. Kandungan sulfat campuran FA BJS dan OB-CS halus dan kasar Kandungan logam berdasarkan Tabel IV.19 menunjukan bahwa logam-logam yang membawa sifat asiditas seperti Fe dan Mn kelarutannya sangat rendah dibawah 0,5 ppm, baik untuk pengujian minggu ke-2 maupun minggu ke-4. Logam lain yang kecenderungannya sama adalah Al, dimana logam ini berperan sebagai buffering capacity. Rendahnya kelarutan ketiga logam tersebut dalam air lindian disebabkan pH air lindian cenderung netral antara 7–8 (campuran OB-CS - FA BJS ratio 1:2). Logam Fe, Mn dan Al cenderung memiliki kelarutan yang tinggi pada larutan yang asam. Sebaliknya logam-logam pembawa sifat alkalinitas seperti Na, K, Mg dan Ca kelarutannya lebih tinggi, antara 0,5-39 ppm. Hasil ini sesuai dengan yang dilaporkan oleh Salomon dan Stigliani (1995) dalam Suryaningtyas (2006), dimana ion-ion Ca, Mg, K dan Na lebih banyak terlarut di atas pH 6, sebaliknya ion-ion Fe, Mn, Zn, Cu, Co, dan Al terlarut pada pH di bawah 6. Pengaruh ukuran butir OB-CS kasar dan halus sesuai Tabel IV.19 menunjukan kelarutan Al, Fe, dan Ca lebih besar pada campuran OB-CS halus sedangkan kelarutan logam lain yang juga diuji, seperti Mn, Mg, Na dan K lebih besar pada 0 100 200 300 400 500 7 8 9 OH-FA BJS (1:2) OK-FA BJS (1:2) OH-FA BJS (1:2) OK-FA BJS (1:2) 23-Agt-16 23-Agt-16 07-Sep-16 07-Sep-16 Konsentrasi (ppm) pH Campuran-Tanggal Pengukuran Sulfat pH 54 campuran OB-CS kasar. Jumlah logam Ca dipengaruhi transfer mol gipsum sedangkan jumlah logam Mg dipengaruhi transfer mol periclase yang larut. Kelarutannya seiring waktu juga semakin berkurang disebabkan oleh jumlah logam dalam sampel terus berkurang akibat dari proses pelindian yang terus menerus. Kandungan logam Fe dan Mn dari hasil pengujian campuran berdasarkan variasi ukuran butir, masih berada dalam range baku mutu, yaitu konsentrasinya < 0,5 ppm. Sesuai Kepmen LH No. 113 tahun 2003 tentang baku mutu air limbah kegiatan pertambangan batubara, Fe total maksimal 7 ppm dan Mn total maksimal 4 ppm. Berdasarkan hasil uji kandungan logam terlarut, Ca merupakan logam yang paling tinggi kelarutannya (7-39 ppm) sedangkan kelarutan Na, Mg dan K cenderung hampir sama antara 0,5-4 ppm. Konsentrasi masing-masing logam pembawa alkalinitas dalam air lindian berkorelasi dengan banyaknya unsur tersebut dalam abu batubara yang digunakan dalam pencampuran. FA BJS memiliki urutan kandungan logam (Gambar V.2), yaitu: Ca > Mg > K > Na sedangkan OB-CS urutan kandungan logamnya adalah K > Mg > Na > Ca. Gambar V.2. Kandungan logam dalam sampel hasil uji ICP-MS 0 1 2 3 4 5 6 BA BB BA BJS FA BJS OB-CS FA BB % Berat Sampel Mg Na K Ca Mn Fe 55 Urutan besar kandungan logam pembawa alkalinitas dari OB-CS (Gambar V.2) berlawanan dengan hasil pengujian logam terlarut air lindian, hal ini disebabkan kelarutan mineral atau oksida abu batubara (FA BJS) lebih cepat bila dibandingkan kelarutan OB-CS. Kelarutan dipengaruhi besar ukuran butir, dimana FA BJS memiliki ukuran butir yang lebih kecil dibandingkan OB-CS sehingga luas permukaan FA BJS lebih besar. Dalam campuran 400 gram OB-CS halus dan 800 gram FA BJS, perbandingan luas permukaannya adalah 4.624,51 mm 2 dan 86.281,02 mm 2 atau 1:19. V.1.2. Pengaruh Penambahan Abu Batubara Terhadap Kualitas Air Lindian Variasi komposisi massa abu batubara pada pencampuran dengan OB-CS (massa yang konstan) berpengaruh terhadap kandungan alkalinitas. Semakin besar ratio abu batubara maka kapasitas alkalinitasnya juga semakin tinggi. Ratio pencampuran abu batubara dengan OB-CS dibuat dalam 3 variasi, yaitu ratio 2:1, 1:1 dan 0,5:1. Tabel V.2. Kualitas Fisik Air Lindian Variasi Ratio FA BJS:OB-CS Kode Ratio Range pH ORP rata- rata (mV) TDS rata- rata (ppm) EC rata-rata (μ S/cm) OH-FA BJS (1:2) 1:2 6,5 - 8,4 -51 552 829 OH-FA BJS (1:1) 1:1 4,3 - 7,8 -18 656 991 OH-FA BJS (1:0,5) 1:0,5 4,1 - 5,8 113 753 1130 Berdasarkan kualitas fisik air lindian hasil pencampuran OB-CS halus dengan FA BJS sesuai Gambar IV.5, Tabel IV.16 dan Tabel V.2 memperlihatkan semakin besar ratio abu batubara (FA BJS) maka nilai pH lebih tinggi, ORP lebih rendah, nilai TDS dan EC lebih rendah dibandingkan dengan ratio abu batubara yang kecil. Hal yang sama juga terjadi pada pencampuran dengan menggunakan abu batubara jenis BA BB dan BA BJS. Penambahan abu batubara pada massa OB-CS konstan akan menaikan nilai NPR. Berdasarkan Tabel IV.14, campuran OB-CS dan FA BJS dengan ratio 1:2, 1:1 dan 1:0,5 memiliki nilai NPR berturut-turut: 0,74; 0,45 dan 0,26. Semakin tinggi nilai NPR, maka potensi untuk membangkitkan asam semakin kecil. Ratio 1:2 56 memperlihatkan pH yang memenuhi baku mutu sedangkan ratio 1:1 selama 90 hari pelindian menghasilkan pH di atas 6, tetapi setelahnya cenderung turun di bawah 6. Hal ini disebabkan mineral pembawa alkalinitas semakin berkurang akibat pelarutan dan pelindian, sebaliknya mineral pirit bereaksinya lebih lambat sehingga cenderung konstan pengaruhnya terhadap kualitas air lindian. Kandungan logam dari 2 titik pengujian, yaitu minggu ke-2 dan ke-4 umumnya mengalami penurunan konsentrasi, kecuali Fe. Berkurangnya konsentrasi logam Al, Mn, K, Na, Mg dan Ca berkorelasi dengan waktu pelindian. Sampel yang sama dilindi dengan air destilat lama kelamaan kandungan logamnya akan berkurang. Hal ini karena mineral atau oksida yang mengandung logam akan larut dan terbawa dalam fase bergerak selanjutnya tertampung sebagai air lindian. Campuran dengan massa abu batubara yang banyak atau nilai NPR tinggi kelarutan logamnya rendah. Sebaliknya campuran dengan ratio abu batubara yang sedikit (1:0,5) memiliki kelarutan logam yang tinggi. Pengaruh pH yang rendah menjadikan kelarutan logam tinggi pada ratio 1:0,5 (OB-CS:FA BJS). pH yang rendah maka konsentrasi H + (ukurannya kecil) tinggi sehingga dapat masuk dan memecah ikatan dalam mineral yang menyebabkan logam-logamnya menjadi terlarut. Logam yang kelarutannya tinggi pada ratio abu batubara yang sedikit meliputi: Mn, K, Mg, Na, dan Ca. Logam Fe dan Al kelarutannya cenderung tidak teratur. Kandungan logam Mn untuk ratio 1:0,5 (Tabel IV.19) pada pengujian minggu ke-2 berada di atas baku mutu, yaitu 10,24 ppm, sehingga perlu ditreatmen untuk mengurangi dampak lingkungan. Kandungan sulfat pada ratio abu batubara yang rendah (ratio 1:0,5) lebih tinggi kandungan sulfatnya dan cenderung mengalami penurunan seiring waktu pelindian (Gambar V.3), kecuali campuran OB-CS dan FA BJS dengan ratio 1:2 cenderung lebih tinggi. Hal ini karena campuran OB-CS dengan abu batubara yang banyak, kandungan oksida pembawa alkalinitasnya tinggi sehingga mampu menetralkan keasaman yang dibawa oleh OB-CS. Selain itu, kelarutan mineral pirit dan gipsum 57 pada akhirnya berkurang sehingga kandungan sulfat juga cenderung turun. Pada campuran ratio 1:0,5 laju pelapukan pirit lebih tinggi karena pH air lindian cenderung bersifat asam, dimana suasana asam merupakan lingkungan pelapukan pirit yang optimum. Gambar V.3. Kandungan sulfat campuran OB-CS dengan ratio abu batubara berbeda Berdasarkan hasil analisis kualitas fisik dan kimiawi air lindian, ratio pencampuran OB-CS-FA BJS untuk menghasilkan air lindian (pH 6–9) sesuai baku mutu lingkungan kegiatan pertambangan batubara ratio minimalnya adalah 1:1,13. Pencampuran OB-CS dengan FA BJS untuk menghasilkan air lindian dengan pH > 6, nilai NPR > 0,5. Jika pencampuran OB-CS menggunakan BA BB, maka ratio OB-CS kasar/halus:BA BB minimal adalah 1:5,7. Pencampuran OB-CS dengan BA BB untuk menghasilkan air lindian dengan pH > 6, nilai NPR campuran > 0,49. Jika pencampuran OB-CS menggunakan BA BJS, maka ratio OB-CS kasar/halus:BA BJS minimal adalah 1:6,9. Pencampuran OB-CS dengan BA BJS untuk menghasilkan air lindian dengan pH > 6, nilai NPR campuran > 0,36. Pencampuran OB-CS dengan BA BB maupun BA BJS, kandungan logam Mn diawal pelindian cenderung tinggi, tetapi setelah minggu ke-4 sudah mulai memenuhi baku mutu. 100 150 200 250 300 350 400 450 3 4 5 6 7 8 OH-FA BJS (1:2) OH-FA BJS (1:1) OH-FA BJS (1:0,5) OH-FA BJS (1:2) OH-FA BJS (1:1) OH-FA BJS (1:0,5) 23-Agt-16 23-Agt-16 23-Agt-16 07-Sep-16 07-Sep-16 07-Sep-16 Konsentrasi (ppm) pH Campuran-Tanggal pengujian Sulfat pH 58 Campuran FA BJS dengan OB-CS berbutir halus dan kasar untuk ratio 2:1 nilai NAPP 3,99 kg H 2SO4/ton (NPR 0,74). Secara teoritis harusnya campuran memiliki pH asam (< 7), tetapi faktualnya pH campuran cenderung > 7 (antara 6,51-8,78). Hal ini menunjukan kapasitas alkalinitas dari FA BJS melampauhi espektasi dari pengujian statik. Kondisi ini disebabkan FA BJS memiliki nilai MPA 8,58 kg H 2SO4/ton atau total sulfur 0,28%, kemungkinan sulfurnya bukan sulfur sulfida tetapi sulfur sulfat atau organik. Pencampuran OB-CS-FA BJS ratio 1:1 dan 1:0,5, nilai NAPP 10,27 kg H 2SO4/ton (NPR 0,45) dan 16,54 kg H2SO4/ton (NPR 0,26). Secara teoritis keduanya harusnya bersifat asam, tetapi faktualnya pH campuran ratio 1:1 awalnya > 7 setelah 67 hari penyiraman pH campuran menjadi di bawah 7 dan terakhir penyiraman (setelah 205 hari) pH menjadi 5,26. Jika dibandingkan dengan hasil uji kinetik kolom kontrol OB-CS (pH kontrolnya 2,08-3,88) dan FA BJS (pH kontrolnya 8,08-10,31), harusnya ketiga campuran tersebut memiliki pH antara 5,15- 7,18, faktualnya pH campuran untuk 3 komposisi tersebut antara 4,09-8,78. Campuran OB-CS berbutir halus maupun kasar dengan BA BB untuk ratio 1:2 nilai NAPP 8,98 kg H 2SO4/ton (NPR 0,22) sesuai Tabel IV.14.