PENGOLAHAN AIR ASAM TAMBANG DENGAN
MENGGUNAKAN MEMBRAN KERAMIK BERBAHAN
TANAH LIAT, TEPUNG JAGUNG DAN SERBUK BESI
Subriyer Nasir
*, Marlis Purba, Otto Sihombing
*Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662
Email: subriyer@yahoo.com
Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui bagaimana kualitas air asam tambang setelah diolah dengan menggunakan membran keramik berbahan tanah liat , tepung jagung dan serbuk besi. Variabel tekanan yang digunakan 28, 30 dan 32 psi . Variabel waktu yang digunakan 15 , 30 ,45 dan 60 menit. Parameter yang diukur dalam mengolah air asam tambang yaitu pH , EC, TDS, Fe , Mn dan Sulfat. Dari hasil penelitian untuk komposisi membran (82,5 % tanah liat : 15 % tepung jagung : 2,5 % serbuk besi) didapat persentase penurunan Fe tertinggi 98,76 % pada tekanan 30 psi dan waktu 45 menit) dengan fluks permeat terbaik sebesar 509,55 (L/m2 . jam). Untuk komposisi membran (85 % tanah liat : 12,5 % tepung jagung : 2,5 % serbuk besi) menit). Persentase penurunan Mn tertinggi sebesar 60,21 % pada tekanan 28 psi dan waktu 60 menit) dan persentase penurunan Sulfat tertinggi sebesar 96,08 % pada tekanan 30 psi dan waktu 60 menit.
Kata kunci : air asam tambang, tanah liat, membran keramik, serbuk besi
Abstract
The purpose of this research was determining the quality of acid mine water treatment by using ceramic’s
membrane made from clay, cornstarch, and iron powder. Pressure variables used 28, 30 and 32 psi. Variable time used 15, 30, 45 and 60 minutes. Parameters measured were pH, EC, TDS, Fe, Mn and Sulphate . Result showed the composition of membrane (82,5 % clay :15 % corn starch : 2,5 % iron powder) gave the highest percentage reduction of Fe as 98,76 % at operating pressure of 30 psi and 45 minutes of operating time with the best permeate flux of 509,55 (L/m2 . hrs). For the composition of membrane (85 % clay : 12,5 % corn starch : 2,5 % iron powder) showed the best increase of pH as 50,89% at operating pressure of 32 psi and 60 minutes. The highest percentage reduction of both Mn and Sulphate was 60,21 % at 28 psi and 60 min and 96,08% at operating pressure of 30 psi at 60 minutes respectively.
Keywords : acid mine, ceramic membranes ,clay ,iron powder
1. PENDAHULUAN
Air asam tambang atau dalam bahasa asing disebut Acid Mine Drainage merupakan air yang terbentuk di lokasi penambangan dengan nilai pH yang rendah (pH < 4). Nilai pH yang rendah pada air asam tambang menyebabkan mudahnya logam-logam tertentu larut dalam air.
Hal ini jika tidak ditangani dengan baik ,pada konsentrasi tertentu akan membahayakan lingkungan, sebab hasil oksida sulfida oleh
media air akan terangkut sehingga mencemari lokasi di sekitarnya.
Adapun dampak negatif dari air asam tambang tersebut adalah :
1.Masyarakat di sekitar wilayah tambang 2.Biota perairan
3.Kualitas air tanah
4.Terhadap bangunan dan alat tambang
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 20, Agustus 2014 Page | 23 dilakukan adalah dengan menggunakan
membran keramik. Yaitu membran yang digunakan terbuat dari campuran tanah liat , tepung jagung dan serbuk besi .
a. Air Asam Tambang
Air asam tambang (AAT) atau dalam bahasa asing acid mine drainage (AMD) , atau
acid rock drainage (ARD). Dalam industri
pertambangan batubara disebut dengan coal
mine drainage (CMD) merupakan air yang
terbentuk akibat kegiatan pertambangan terbuka maupun tertutup (bawah tanah) dimana terjadi reaksi antara air, oksigen, dan batuan-batuan yang mengandung mineral-mineral sulfida sehingga menyebabkan terjadinya air asam tambang.
b. Pembentukan dan Karakteristik Air Asam Tambang
Air asam tambang timbul apabila mineral-mineral sulfida yang terkandung dalam batuan pada saat penambangan berlangsung, bereaksi dengan air dan oksigen. Oksidasi pirit (FeS2) akan membentuk ion ferro (Fe2+), sulfat, dan beberapa proton pembentuk keasaman, sehingga kondisi lingkungan menjadi asam.
Reaksi Pembentukan Air Asam Tambang 4 Fe + 15 O2 + 14H2O 4 Fe hidroksida. Warna kekuningan yang mengendap di dasar saluran tambang atau pada dinding kolam pengendapan lumpur merupakan gambaran visual dari endapan besi hidroksida
(Yellowboy). Di dalam reaksi umum
pembentukan air asam tambang terjadi empat reaksi pada pirit yang menghasilkan ion-ion hidrogen yang apabila berikatan dengan ion-ion negatif dapat membentuk asam.
Adapun karakteristik kimia dari air asam tambang yaitu:
1) pH rendah (nilainya berkisar antara 1,5 hingga 4).
2) Konsentrasi logam dapat larut tinggi (seperti besi, aluminium, mangan, kadmium, tembaga, timah, seng, arsenik dan merkuri).
3) Nilai keasaman : 50-15.000 mg/L dan konduktivitas listrik umumnya antara 1000-20.000 µS/cm.
4) Konsentrasi yang rendah dari oksigen terlarut (< 6 mg/L).
5) Tingkat kekeruhan (turbiditas) atau total padatan tersuspensi yang rendah
c. Sumber-sumber Air Asam Tambang
Air asam tambang dapat terjadi pada kegiatan penambangan baik itu tambang terbuka maupun tambang dalam, umumnya keadaan ini terjadi karena unsur sulfur yang terdapat di dalam batuan teroksidasi secara alamiah didukung juga dengan curah hujan yang tinggi semakin mempercepat perubahan oksida sulfur menjadi asam. Sumber-sumber air asam tambang berasal dari kegiatan sebagai berikut :
1. Air dari tambang terbuka
2. Air dari pengolahan batuan buangan 3. Air dari lokasi penimbunan batuan 4. Air dari unit pengolahan limbah tailing
d. Kandungan logam yang terdapat pada Air Asam Tambang
Pada pertambangan batubara, kandungan logam yang dimaksud dalam Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 113 Tahun 2003 yaitu besi dan mangan.
1. Besi
Keberadaan besi pada kerak bumi menempati posisi keempat terbesar. Besi ditemukan dalam bentuk kation ferro (Fe2+) dan ferri (Fe3+). Pada perairan alami dengan pH sekitar 7 dan kadar oksigen terlarut yang cukup, ion ferro yang bersifat mudah larut dioksidasi menjadi ion
ferri. Pada oksidasi ini terjadi pelepasan
elektron. Sebaliknya , pada reduksi ferri
menjadi ferro terjadi penangkapan elektron. 2. Mangan
Tabel 1. Baku Mutu Air Limbah Kegiatan Penambangan Batubara
Parameter Satuan Kadar Maksimum
Sumber : Surat Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No 113 tahun 2003
e. Media Penyaring Air Asam Tambang
1. Pasir Silika 2. Spons membran 3. Karbon aktif 4. Membran keramik
Untuk pengolahan air asam tambang digunakan membran keramik dengan komposisi:
Tabel 2. Komposisi Membran Keramik Membran
1.Tanah Liat (lempung)
Tanah liat merupakan bahan dasar yang dipakai dalam pembuatan keramik, dimana kegunaannya sangat menguntungkan bagi manusia karena bahannya yang mudah didapat dan pemakaiannya yang sangat luas
.
2. Tepung Jagung
Tepung jagung tersusun dari jaringan serat-serat selulosa yang halus yang berguna sebagai pembentuk pori pada membran.
3. Serbuk Besi
Besi adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Salah satu kelemahan yang dijumpai adalah sifat membran yang rapuh dan mudah patah (brittle) Untuk memperkuat struktur keramik yang dibuat Nasir et al (2011) menambahkan konsentrasi serbuk besi.
f. Faktor yang mempengaruhi kinerja membran
Fluks atau permeabilitas sering disebut juga sebagai kecepatan permeat adalah ukuran kecepatan suatu spesi melewati membran persatuan luas dan waktu dengan gradien tekanan sebagai gaya pendorong. Faktor yang mempengaruhi permeabilitas adalah jumlah dan ukuran pori, interaksi antara membran dan larutan umpan, viskositas larutan serta tekanan dari luar. Fluks (Jv) dirumus sebagai berikut :
Jv = V
2. METODOLOGI PENELITIAN
Gambar 1. Bagan Proses Penelitian
a. Pembuatan Membran keramik
Tahap-tahap pembuatan membran yang digunakan untuk proses utama adalah:
1. Tanah liat diiris tipis-tipis, lalu dijemur untuk menguapkan kandungan airnya selama dua hari, lalu ditumbuk dan diayak
menjadi tepung dengan ukuran 500 μm.
2. Jagung dihaluskan hingga menjadi tepung
jagung lalu diayak dengan ukuran 500 μm.
3. Serbuk besi diayak dengan ukuran 500 μm. 4. Campurkan sampai rata tanah liat, tepung
jagung dan serbuk besi dengan perbandingan
Pengolahan Data
Analisa Permeat (pH, TDS, EC,
Kadar Mn, Fe dan Sulfat )
Proses Penyaringan dengan
membran Keramik tepung jagung
Analisa Sampel Awal (pH, TDS,
EC, Kadar Mn , Fe dan Sulfat)
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 20, Agustus 2014 Page | 25 membran dan sambil diaduk rata.
6. Adonan membran dicetak dengan cetakan membran.
7. Adonan dikeluarkan dari cetakan membran, kemudian dikeringkan pada temperatur kamar selama 7 hari.
8. Membran dibakar pada suhu 9000C selama 9 jam.
b. Proses Filtrasi
Pompa Pressure Gauges
Flowmeter
Pasir Silika Spons
Membran Karbon Aktif
Membran Tepung Jagung
Ember Air asam tambang
Gambar 2. Rangkaian Alat Penelitian
Air Asam Tambang di tampung pada tangki berkapasitas 250 liter dan dialirkan dengan pompa sentrifugal melewati rangkaian alat. Aliran air yang melalui rangkaian alat tampung pada ember penampungan untuk kemudian di ukur volumenya menggunakan beker gelas setiap rentang waktu 15 menit, 30 menit, 45 menit, dan 60 menit.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada pembahasan ini di uraikan hasil penelitian berupa nilai fluks terhadap waktu, pH , EC , TDS, persentase penurunan Fe , Mn dan
Gambar 3(a) memperlihatkan fluks tertinggi dicapai sebesar 509,55 (L/ m2 . jam) pada tekanan 32 psi dengan waktu proses 15 menit. Angka ini menunjukkan efektivitas dari pori-pori membran yang terbentuk dari tepung jagung dibandingkan dengan Gambar (b) yang memperlihatkan bahwa fluks permeat tertinggi hanya 277,93 (L/m2. jam) pada tekanan 32 psi dan waktu proses 15 menit .Sedangkan untuk perbandingan fluks yang terkecil ditemukan pada tekanan yang paling rendah yaitu 28 psi pada Gambar (a) bernilai 83,38 (L/m2. Jam) dan Gambar (b) bernilai 48,63 (L/m2. jam) . Hal ini menunjukkan bahwa tekanan berbanding lurus dengan nilai fluks permeat. Tetapi berbanding terbalik dengan waktu dimana terjadi penurunan nilai fluks permeat seiring dengan meningkatnya waktu dikarenakan adanya fouling (penyumbatan pada membran).
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 20, Agustus 2014 Page | 26 permeat air asam tambang pada membran
Gambar 4(a) dan (b) memperlihatkan kecenderungan penurunan nilai EC permeat seiring dengan meningkatnya waktu operasi. Hal ini disebabkan adanya absorpsi ion-ion terlarut oleh membran keramik. Gambar (a) memperlihatkan nilai terendah EC permeat
3200 (μs/cm) ada pada tekanan 32 psi dengan
waktu proses 60 menit. Pada data awal nilai EC
adalah 3870 (μs/cm), sehingga efektifitas
penyerapan nilai EC permeat sebesar 17,31 %. Sedangkan pada Gambar (b) memperlihatkan
nilai terendah EC permeat 3180 (μs/cm) pada
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 20, Agustus 2014 Page | 27 permeat air asam tambang pada membran
Gambar (a) dan (b) memperlihatkan kecenderungan kenaikan nilai pH artinya adanya kenaikan tingkat keasaman pada air asam tambang oleh penyerapan membran keramik. Gambar (a) memperlihatkan nilai tertinggi pH permeat sebesar 5,85 ada pada tekanan 32 psi dengan waktu proses 60 menit. Efisiensi kenaikan pH permeat mencapai 48,85 %. Gambar (b) memperlihatkan nilai tertinggi pH permeat 5,93 pada tekanan dan waktu operasi yang sama. Sehingga efisiensi terbaik kenaikan pH permeat sebesar 50,89 %.
e.Persentase penurunan Mn
Gambar 7. Persentase penurunan Mn permeat air asam tambang pada membran
0
f.Persentase Penurunan Fe
Gambar 8. Persentase penurunan Fe permeat air asam tambang pada membran
Gambar (a) memperlihatkan nilai terendah penurunan kadar Fe yaitu 1,08 % pada kondisi tekanan 28 psi dan waktu proses 15 menit sedangkan nilai penurunan kadar Fe tertinggi yaitu 98,76 % pada kondisi tekanan 30 psi dan waktu proses 45 menit. Gambar (b) memperlihatkan nilai terendah penurunan kadar Fe yaitu 76,50 % pada kondisi 28 psi dan waktu proses 15 menit sedangkan nilai tertinggi penurunan kadar Fe yaitu 95,05 % pada kondisi tekanan 28 psi dan waktu proses 60 menit. Penurunanan kandungan Fe terbaik mencapai 0,01 mg/L. Berdasarkan Surat Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No 113 tahun 2003 tentang kadar maksimum Fe dalam limbah pengolahan batu bara adalah 7 mg/L.
g.Persentase penurunan Sulfat
Gambar 9. Persentase penurunan Sulfat permeat air asam tambang pada membran
Gambar (a) memperlihatkan nilai terendah penurunan sulfat yaitu 88,50 % pada kondisi tekanan 30 psi dan waktu proses 15 menit sedangkan untuk nilai penurunan tertinggi sulfat yaitu 94,57 % pada kondisi tekanan 32 psi danwaktu proses 45 menit. Gambar 4.7 (b) memperlihatkan nilai terendah penurunan sulfat yaitu 64,21 % pada kondisi tekanan 32 psi dan waktu proses 60 menit sedangkan untuk nilai penurunan tertinggi sulfat yaitu 98,92 % pada kondisi tekanan 32 psi dan waktu proses 30 menit. Data sampel awal kadar sulfat 1340,9 mg/L, terjadi penurunan yang cukup signifikan pada proses penyerapan terbaik dimana kadar sulfat menjadi 72,8 mg/L. Hal ini disebabkan membran keramik dapat menurunkan kandungan sulfat dengan baik.
Jurnal Teknik Kimia No. 3, Vol. 20, Agustus 2014 Page | 29
4. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Perbandingan komposisi terbaik membran untuk parameter fluks , EC, TDS, pH, kadar
2.Ada dua komposisi membran yang tidak dapat digunakan yaitu (77,5 % Tanah liat : 20 % Tepung Jagung: 2,5 % Serbuk besi) dan (80 % Tanah liat : 17,5 % Tepung Jagung: 2,5 % Serbuk besi) karena membran tidak mampu menahan tekanan yang diberikan sehingga membran menjadi pecah.
DAFTAR PUSTAKA
Baiquni Hendry (eds). 2007. Praktek Unggulan
Berkelanjutan Untuk Industri
Pertambangan : Mengelola Drainase Asam
dan Logam. Jakarta : Global Village
Translations Pty Ltd.
Cynthia, Henni . 2010. Pengolahan Air Asam
Tambang Menggunakan Sistem “Passive Treatment”, Pusat Penelitian Limnologi-LIPI.
Gautama, Rudy Sayoga. 2012. Pengelolaan Air
Asam Tambang. Forum Pengelola
Lingkungan Pertambangan Mineral & Batubara, Bandung.
Hartaty, Amelin., Sulaiman D., 2013. Pengaruh koagulan Poly Aluminium Chloride dan
Sodium Alginate Terhadap Kuailtas Air
Bersih yang dihasilkan Pada Pengolahan
Air Sungai Musi dan Air Rawa Sakatiga dengan Membran Keramik. [Riset]. Program Studi Teknik Kimia Universitas Sriwijaya.
Mulder, M. (1996). Basic Principle Of
Membrane Technology. Netherlands:
Kluwer Academic Publisher.
Nasir, S., Budi T., 2011, Pengolahan Air
Limbah Hasil Proses Laundry
Menggunakan Filter Keramik Berbahan
Campuran Tanah Liat Alam Dan Zeolit,
Laporan Penelitian Hibah Kompetitif 2011. Universitas Sriwijaya: Palembang.
Pabby, Anil K., S. S. H. Rizvi, A. M. Sastre. 2009. Handbook Of Membrane Separations Chemical, Pharmaceutical,
Food, And Biotechnological
Applications. CRC Press Taylor &
Francis Group: New York.
Rahadiansyah. 2013. Pengelolaan Limbah Air Asam Tambang Di PT. Bukit Asam (Persero), Tbk. Unit Pertambangan
Tanjung Enim. [Laporan Tugas Akhir];
Program Keahlian Teknik dan Manajemen Lingkungan Institut Pertanian Bogor
Suarni. 2002. Karakteristik sifat fisik dan komposisi kimia biji jagung beberapa varietas. Hasil Penelitian Balitsereal Maros. 12 p.
Suarni. 2005. Karakteristik fisikokimia dan amilograf tepung jagung sebagai bahan pangan. Prosiding Seminar dan Lokakarya Nasional Jagung. Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan. Makassar, 29-30 Sepetember 2005. p. 440-444.
Surat Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No 113 tahun 2003 tentang Air Limbah batu bara.
Tim Penyusun Buku KLH. 2008. Pedoman
Teknis Pengelolaan Air Limbah
Tambang Batubara Terbuka.
Undang-undang Republik Indonesia Nomor 4 Tahun 2009 tentang Pertambangan Mineral dan Batubara.
USEPA.2004. Impact of Acid Mine Drainage, A
study Case . Washington, DC.
Widowati, S., S. Santosa, dan Suarni. 2005. Mutu gizi dan sifat fungsional jagung. Prosiding Seminar dan Lokakarya Nasional Jagung. Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan. Makassar, 29-30 September 2005. p. 343-350.
Yang Gordon , Ching Ming . 2007. Effects of starch addition on characteristics of
tubular porous ceramic membrane
substrates.
Yolansyah, Ezmir. 2006. Kajian Pengelolaan Air Asam Tambang Dengan Metode Successive Alkalinitas Producing System di Timbunan Backfilling Muara Tiga Besar
Selatan PT. Bukit Asam. [Skripsi]. Program
