J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 3, Hal.: 267 - 272 ISSN 1978-1873
SURVEI CROSS DIAGONAL KONFIGURASI POLE-POLE UNTUK ANALISIS
PENYEBARAN LIMBAH CAIR PADA MEDIA PADAT
Nandi Haerudin* dan Karyanto
Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Lampung Jl. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung 35145 Alamat untuk surat menyurat e-mail: Nandithea@yahoo.com
Diterima 28 Agustus 2007, perbaikan 10 Desember 2007, disetujui untuk diterbitkan 27 Desember 2007
ABSTRACT
This research was done to detect and look for the spreading pattern of the liquid waste seeping in the solid media as anticipation for ground water contamination. The research is represent of the laboratory research scale, and then it will be able to conduct at a field scale. The location is in Laboratory of Geophysics; Physics department in Faculty of Mathematics and Natural Sciences; Lampung University. Appliance used by a set of resistivitymeter equipments NAINURA NRD 22S. The substance is a glass basin, solid media ( soil, sand, clay), and liquid polutan ( factory waste). The earth was assumed in a few coat in glass basin and it was filled by sand, clay and soil, then polutan was injected from the top of surface. above its surface is made grid of measurement point as much 49 point with the formation 7x7 and distance every point is 10 cm. Configuraton used a pole-pole configuration. Interpretation of the model result that in a vertical model, polutan disseminate to all direction but laed to the point of hypodermic polutan. Spreading of the polutan seeping has seen at all of sounding point. From horizontal model, distribution of polutan most in gravel clay layer with the deepness 0,07 - 0,15 m.
Keywords: liquid waste, resistivitymeter, pole-pole configuration, distribution of pollutant
1. PENDAHULUAN
Limbah cair merupakan sampah cair dari suatu lingkungan masyarakat dan terutama terdiri dari air yang telah dipergunakan 0,1% berupa benda-benda padat yang terdiri dari zat organik dan bukan organik1). Limbah cair dapat berasal dari sisa kegiatan rumah tangga maupun industri yang mengandung berbagai zat berbahaya seperti kandungan logam berat. Apabila tidak ditangani dengan baik maka limbah tersebut dapat meresap ke dalam tanah dan mencemari air tanah.
Banyak terjadi kasus pencemaran air tanah di sekitar Tempat Pembuangan Akhir limbah. Hal ini terjadi kemungkinan karena kebocoran pada tempat pembuangan akhir dari limbah yang menyebabkan rembesan limbah cair. Untuk mengetahui apakah air tanah tercemar atau tidak, dapat dilakukan dengan pemeriksaan kualitas air secara kimia dan fisika. Selain itu sangat penting untuk mendeteksi dan mengontrol rembesan limbah tersebut, terutama pada tempat pembuangan akhir limbah seperti penampungan sampah maupun penampungan limbah dari industri. Dengan mengetahui adanya rembesan limbah cair maka dapat membantu upaya pencegahan agar limbah tidak mencemari air tanah. Pengontrolan terhadap rembesan ini sulit dilakukan karena selain faktor biaya yang besar juga umumnya limbah tersebut larut dalam air tanah.
Sebagai salah satu alternatif dalam mengamati kemungkinan adanya rembesan limbah cair dalam media padat (tanah) adalah dengan melakukan pengukuran geolistrik tahanan jenis 3 dimensi (3D). Hal ini dilakukan untuk mendapatkan pola penyebaran rembesan limbah tersebut ke arah horizontal (x dan y) serta ke arah vertikal (z/kedalaman). Prinsip metode ini adalah menginjeksikan arus listrik dari permukaan media padat dan kemudian mengukur beda potensial yang terjadi untuk setiap jarak tertentu, sehingga dapat ditentukan variasi harga hambatan jenis masing-masing lapisan media di bawah titik ukur. Maka jika lapisan media mengandung suatu limbah akan dapat dibedakan dengan lapisan yang tidak mengandung limbah, sehingga dapat juga dicari pola penyebaran limbah tersebut.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendeteksi dan mencari pola penyebaran rembesan limbah cair dalam media padat sebagai antisipasi terhadap pencemaran air tanah yang merupakan salah satu kebutuhan masyarakat luas. Penelitian yang telah dilakukan ini adalah merupakan penelitian dalam skala laboratorium, maka pada tahap selanjutnya akan dapat mendasari untuk dilakukan pada skala lapangan. Kontribusi yang penting dari penelitian ini adalah dapat
Nandi Haerudin dan Karyanto Survei Cross Diagonal Konfigurasi Pole-Pole
memetakan penyebaran limbah, sehingga metode yang digunakan dapat digunakan sebagai alat pemantau (monitoring) penyebaran limbah. Bagi bidang lingkungan dan industri dapat digunakan untuk mengatasi dan merencanakan pembuangan limbah sisa pabrik.
1.1. Geolistrik Tahanan Jenis 3 Dimensi
Metode tahanan jenis 3 dimensi akan memberikan informasi sebaran tahanan jenis bawah permukaan dalam arah vertikal yaitu penggambaran sebaran tahanan jenis ke arah kedalaman dan horizontal yang akan menggambarkan sebaran harga tahanan jenis ke arah mendatar (2 arah). Pengukuran untuk survei 3 dimensi berupa susunan beberapa elektroda yang berupa petak berbentuk persegi baik bujur sangkar atau dapat juga persegi panjang2). Dalam teknik pengambilan datanya terdapat dua teknik pengukuran, yaitu: complete data set survey dan cross diagonal survey. Cara yang pertama merupakan teknik pengambilan data lengkap pada tiap elektrodanya dan membutuhkan waktu lama. Sedangkan cross diagonal survey merupakan teknik yang lebih singkat dari teknik sebelumnya sehingga membutuhkan waktu lebih singkat. Pada teknik ini pengukuran hanya dilakukan sepanjang sumbu x dan sumbu y serta sumbu diagonal membentuk sudut 45 pada petak lintasan.
1.2. Dua Sumber Titik Arus Listrik di Permukaan
Bila jarak antara dua elektroda arus tidak terlalu besar, potensial di setiap titik dekat permukaan akan dipengaruhi oleh kedua elektroda arus tersebut. Ekuipotensial yang dihasilkan dari kedua titik sumber ini bersifat lebih kompleks dibandingkan sumber arus tunggal, akan tetapi pada daerah dekat sumber arus bentuknya mendekati bola. Bila dibuat penampang melalui sumber C1 dan C2, maka terlihat pola distribusi bidang ekuipotensial seperti Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Arah Penjalaran Arus dengan Dua Titik Injeksi di Permukaan
Perubahan potensial sangat drastis pada daerah dekat sumber arus, sedangkan pada daerah antara C1 dan C2 gradien potensial kecil dan mendekati linier. Dari alasan ini, pengukuran potensial paling baik dilakukan pada daerah diantara C1 dan C2 yang mempunyai gradien potensial linier. Untuk menentukan perbedaan potensial antara dua titik yang ditimbulkan oleh sumber arus listrik C1 dan C2, maka dua elektroda potensial misalnya P1 dan P2 ditempatkan di dekat sumber seperti pada Gambar 2 di bawah ini
Gambar.2. Dua Titik Sumber Arus dan Dua Elektroda Potensial di Permukaan Tanah Homogen Isotropik 3,4). Maka potensial pada titik P1 yang disebabkan elektroda C1 adalah:
1 1 11
r
A
V
(1)
J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 3 dimana
2
1I
A
Sedangkan potensial pada titik P1 karena elektroda C2 diperoleh:
2 2 12
r
A
V
(2) dimana
2
2I
A
Arus pada kedua elektroda C1 dan C2 adalah sama tetapi arahnya berlawanan sehingga
A
2A
1, dengan demikian potensial total pada titik P1 dapat dituliskan sebagai:2 1 12 11
1
1
2
r
r
I
V
V
(3) Dengan cara yang sama diperoleh potensial pada titik P2 yaitu:
4 3 22 21
1
1
2
r
r
I
V
V
(4) Hasil akhirnya, diperoleh perbedaan potensial antara titik
P
1 danP
2yaitu:4 3 2 1
1
1
1
1
2
r
r
r
r
I
V
(5)
Susunan seperti ini berkaitan dengan empat elektroda yang terbentang secara normal digunakan dalam pekerjaan medan resistivitas.
2. METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Geofisika Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Alat yang digunakan adalah satu set peralatan resistivitymeter NAINURA NRD 22S beserta perlengkapannya. Bahan yang digunakan adalah bak kaca, media padat (tanah, pasir, lempung), polutan cair (limbah pabrik).
Sebelum dilaksanakan pengukuran, yang perlu dipersiapkan adalah memodelkan bumi dalam beberapa lapisan di dalam bak kaca yang diisi pasir, lempung dan tanah urug dan dari atas permukaan diinjeksikan polutan/limbah. Kemudian di atas permukaannya dibuat grid titik-titik pengukuran sebanyak 49 titik dengan formasi 7x7 dan jarak antartitiknya adalah 10 cm, seperti pada Gambar 3. Dalam penelitian ini dipergunakan 49 titik elektroda, dengan jarak antartitik 10 cm. Konfigurasi yang digunakan adalah konfigurasi pole-pole. Harga tahanan jenis semu yang terukur adalah:
a=2 a V/I
dengan V adalah beda potensial yang terukur (volt) I adalah arus listrik yang diinjeksikan (ampere)
a adalah jarak antara elektroda arus C1 dan elektroda potensial P1
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
+ x x x x 15 16 17 18 19 20 21 x x x x x x x 22 23 24 25 26 27 28 x x x x x x x 29 30 31 32 33 34 35 x x x x x x x 36 37 38 38 40 41 42 x x x x x x x 43 44 45 46 47 48 49
Nandi Haerudin dan Karyanto Survei Cross Diagonal Konfigurasi Pole-Pole
x x x x x x x
Gambar 3. Konfigurasi Elektroda Pole-Pole Geolistrik Tahanan Jenis 3D Untuk Cross Diagonal Survey5. Sebagai catatan bahwa pengukuran potensial hanya dilakukan pada elektroda-elektroda potensial yang bernomor indeks lebih tinggi dari nomor indeks elektroda arusnya.
Pengolahan data dilakukan dengan tahap-tahap sebagai berikut: 1. Perhitungan tahanan jenis semu tiap titik ukur.
2. Pembuatan peta isoresistivitas pada tiap kedalaman secara horizontal dan tiap blok daerah secara vertikal. 3. Melakukan pemodelan inversi berdasarkan harga-harga tahanan jenis semu yang terukur untuk
menggambarkan keadaan bawah permukaan daerah yang diteliti (bawah bak kaca) yang diharapkan dapat mendeteksi dan mencari pola penyebaran polutan/limbah yang diinjeksikan6.
Analisis dilakukan terhadap hasil pemodelan inversi untuk menentukan pola penyebaran polutan/limbah berdasarkan harga-harga tahanan jenis lapisan di bawah titik ukur.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Volume polutan yang diinjeksikan adalah 2 liter dan diinjeksikan pada titik ukur ke 25 (SP 25). Pengukuran potensial dan arus dilakukan 3 jam setelah proses injeksi polutan. Karena grid pengukuran adalah 7x7 dan menggunakan complete data set survey maka jumlah data yang didapat sebanyak 1176 buah.
Gambar 4. Model Penampang Lintang (vertikal) Tiap Blok/Lintasan
Model hasil inversi yang didapatkan dengan menggunakan program Res3dinv terbagi atas 2 model yaitu model lapisan tiap kedalaman yang ditentukan secara horizontal dan model penampang lintang (cross section) tiap blok/lintasan yang ditentukan secara vertikal berdasarkan data-data terukur yang menggambarkan model bumi berlapis yang direpresentasikan oleh harga-harga tahanan jenis lapisannya, seperti ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5. Dari hasil pemodelan secara inversi (ke belakang), daerah penelitian dibagi dalam blok-blok yang dipotong secara vertikal yang diperlihatkan menjadi 6 penampang lintang dengan lebar tiap bloknya adalah 0,1 meter (Gambar 4). Keenam penampang lintang tersebut adalah sebagai berikut:
- Penampang 1 (titik ukur 1 7 dan 8 - 14) mempunyai arah sumbu x sejauh 0,6 meter sumbu y 0 0,1 meter dan sumbu z (kedalaman) 0,69 meter.
- Penampang 2 (titik ukur 8 14 dan 15 - 21) dengan arah sumbu x sejauh 0,6 meter, sumbu y sejauh 0,1 0,2 meter dan sumbu z sampai kedalaman 0,69 meter.
- Penampang 3 (titik ukur 15 21 dan 22 28) dengan arah sumbu x sejauh 0,6 meter, sumbu y 0,2 0,3 meter dan sumbu z samapai kedalaman 0,69 meter.
J. Sains MIPA, Edisi Khusus Tahun 2007, Vol. 13, No. 3
- Penampang 4 (titik 22 28 dan 29 35) dengan arah sumbu x 0,6 meter, sumbu y sejauh 0,3 0,4 meter dan sumbu z sampai kedalaman 0,69 meter.
- Penampang 5 (titik ukur 29 35 dan 36 42) dengan arah sumbu x sejauh 0,6 meter, sumbu y sejauh 0,4 0,5 meter dan sumbu z sampai kedalaman 0,69 meter.
- Penampang 6 (titik ukur 36 42 dan 43 49) dengan arah sumbu x sejauh 0,6 meter, sumbu y sejauh 0,5 0,6 meter dan sumbu z dengan kedalaman sampai 0,69 meter.
Penampang vertikal (Gambar 4) memperlihatkan peta penyebaran polutan (limbah cair) yang menyebar dari titik ukur 25. Keberadaan rembesan polutan ditunjukkan oleh tanda panah. Polutan menyebar hanya secara horizontal ke segala arah sampai jarak 0,3 meter dari titik injeksi polutan (titik ukur 25) pada lapisan lempung kerikil yang berada di kedalaman sekitar 0,09 0,21 meter.
Gambar 5. Model Lapisan Tiap Kedalaman Secara Horizontal
Pada penampang model horizontal (Gambar 5) terlihat bahwa distribusi polutan terpusat pada kedalaman 0,07 0,15 meter pada lapisan lempung kerikil. Hal ini disebabkan oleh perbedaan besar butir dan densitas lapisan lempung yang sangat memungkinkan terciptanya rongga, sehingga polutan akan lebih mudah untuk mengalir di dalam lapisan tersebut. Dari hasil pengolahan data dan pemodelan yang dibuat diketahui bahwa penyebaran polutan dalam hal ini limbah cair cenderung menyebar ke arah horizontal (mendatar). Hal ini terjadi selain karena faktor injeksi polutan yang kurang dalam dan volume polutan terbatas (2 liter) juga karena injeksi polutan tepat di lapisan dengan perbedaan butir yang signifikan (lempung kerikil), sehingga polutan akan terkonsentrasi di lapisan tersebut.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil interpretasi terhadap model, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: (1) Dari model vertikal, terlihat bahwa polutan menyebar ke segala arah namun menuju ke arah titik injeksi polutan. Penyebaran rembesan polutan terlihat pada semua titik ukur (sounding point). Dari model horizontal, nampak bahwa distribusi polutan terpusat pada lapisan lempung kerikil dengan kedalaman 0,07 0,15 meter; (2) Metode geolistrik tahanan jenis 3D dapat dipergunakan untuk mengidentifikasi penyebaran limbah cair.
DAFTAR PUSTAKA
Nandi Haerudin dan Karyanto Survei Cross Diagonal Konfigurasi Pole-Pole
2. Loke.M.H., 1999, RES3DINV ver. 2.0. for Windows 3.1, 95 & NT ; Rapid 3D Resistivity & IP Inversion Using the Least-squares Method. Geophysical Prospecting (www.abem.se)
3. Telford, W.M., Geldart, L.P., and Sheriff, R.E., 1990, Applied Geophysics, 2nd Edition, Cambridge University Press, New York.
4. Reynold, J.M., 1998, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, John Wiley and sons Inc., New York.
5. Loke, M.H., and Barker, R.D., 1996, Practical Techniques For 3D Resistivity Surveys and Data Inversion, Geophysical Prospecting, .4: 499 523.
6. Park, S.K., 1998, Fluid Migration in The Vadose Zone from 3D Inversion of Resistivity Data, Geophysics, 63: 41 61.
