JURNAL GEOFISIKA GEOFISIKA 2007/2 2007/2
Leachate) Identifikasi Mineral Magnetik pada Lindi ( Leachate
Estevanus Kristian Huliselan dan Satria Bijaksana Kelompok Keahlian Fisika Sistem Kompleks, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung, Jalan Jalan Ganesha 10, Bandung 40132, Indonesia. email:
[email protected],
[email protected] Abstrak
Variasi jenis dan kandungan mineral magnetik pada lindi belum pernah diteliti sebelumnya. Mineral-mineral magnetik pada lindi mungkin berasal dari sampah atau dari lapisan tanah penutup di sekitar tempat pembuangan akhir (TPA). Pada penelitian ini, dilakukan identifikasi mineral magnetik pada lindi yang berasal dari TPA) Jelekong di luar kota Bandung. Conto lindi dianalisa melalui pengukuran suseptibilitas magnetik, pengukuran saturasi IRM ( Isothermal Isothermal Remanent Magnetization), dan pengukuran peluruhan ARM ( Anhysteretic Anhysteretic Remanent Magnetization). Mineral magnetik pada lindi selanjutnya diekstraksi secara magnetik dan dianalisa dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope) dan XRD ( X-ray diffraction). Hasil analisa menunjukan bahwa mineral magnetik yang terkandung pada lindi adalah magnetite (Fe3O4) yang berukuran cukup besar dan memiliki domain jamak (multidomain, MD). Selain itu, bulir-bulir mineral magnetik lindi cenderung berbentuk bulat atau flamboid sehingga diyakini berasal dari sumber-sumber sumber-sumber yang bersifat bersifat anthropogenic seperti sampah. Abstract
Variation in quantity and composition of magnetic minerals in leachate has never been studied before. Magnetic minerals in leachate could be originated from the solid wastes or from the covering clays or soils near the municipal solid waste disposal site. In this research, we have identified the magnetic minerals in leachate from Jelekong Disposal Site near Bandung. Leachate L eachate samples were analysed using magnetic measurements such as magnetic susceptibility, saturation of IRM (Isothermal Remanent Magnetization, and decay curve of ARM (Anhysteretic Remanent Magnetization). Magnetic minerals were then magnetically extracted and were then analysed using SEM (Scanning Electron Microscope) dan XRD (X-ray diffraction). The results show that the main magnetic mineral in leachate is coarse grained magnetite (Fe 3O4). The magnetic grains in leachate are spherules or framboid in shape indicating their anthropogenic origin.
1. Pendahuluan Pendahuluan
Dalam satu dekade terakhir, metoda sifat magnetik batuan (rock magnetic methods) telah banyak digunakan dalam kajian tentang pencemar atau polutan lingkungan. Tujuan dari kajian seperti ini, umumnya adalah untuk mengidentifikasi mineral magnetik yang dominan pada pencemar dan menghubungkannya dengan sumber atau mekanisme pencemaran. Sebagai contoh, penelitian yang dilakukan oleh Yoshida dkk. (2003) terhadap kompos tanah pertanian yang berasal dari Tempat Pembuangan Akhir (TPA) di Mornag, Tunisia, menunjukkan bahwa mineral ferrimagnetik yang berperan dalam percemaran tanah adalah magnetite (Fe3O4) dan maghemite (γFe2O3). Sementara itu, Kapička dkk. (2003) berhasil mengidentifikasi pencemaran akibat aktifitas industri di Taman Nasional Republik Ceko. Penelitian ini menunjukan bahwa mineral magnetik yang dikandung polutan pada 160 sampel tanah adalah magnetite. Penelitian lain yang dilakukan oleh Urbat dkk. (2004) juga mengidentifikasi magnetite adalah mineral
8
magnetik pembawa pencemaran udara pada 56 sampel pinus nigra di Jerman. Selain mengidentifikasi mineral magnetik pada pencemar, sejumlah penelitian juga berusaha mengidentifikasi bentuk dan ukuran bulir (grain sizes and shapes) dari mineral tersebut. Bentuk dan ukuran bulir ikut mempengaruhi sifat magnetik dari pencemar. Jordanova dkk. (2006) mengungkapkan bahwa bentuk bulir magnetik dari pencemar akibat aktifitas pembangkit tenaga listrik dan kegiatan industri logam pada debu terbang adalah spherules (bulatan-bulatan seperti bola). Bulir magnetik berbentuk spherules berukuran besar (39 µm hingga 1.5 mm) juga ditemui pada pencemar di sungai Danube (Jordanova dkk., 2004). Bulir berukuran tersebut seyogyanya bersifat domain jamak (multi-domain, MD). Bulir-bulir magnetik pada pencemar juga dapat berukuran lebih kecil, seperti halnya yang ditemukan pada debu terbang di Bulgaria (Veneva dkk., 2004), dimana bulir-bulir pencemar berukuran domain tunggal (singledomain, SD) dan domain tunggal semu ( pseudosingle-domain, PSD).
JURNAL GEOFISIKA 2007/2
Mineral magnetik sebenarnya selalu ada secara alamiah pada batuan, tanah, atau endapan sedimen, meskipun secara kuantitatif kelimpahannya cukup kecil yaitu sekitar 0.1 % dari massa total batuan atau endapan (Bijaksana, 2002). Mineral magnetik ini memiliki sifat, jenis dan morfologi yang beragam yang bergantung pada sumbernya. Pada kasus pencemaran, perlu dilakukan identifikasi apakah mineral magnetik berasal dari sumbersumber alamiah atau dari proses pencemaran. Dalam penelitian ini, akan diidentifikasi mineral magnetik pada lindi (leachate) yang berasal dari tempat pembuangan akhir (TPA) Jelekong di Bandung. Lindi merupakan suatu cairan yang berwarna kuning, coklat atau hitam (Zouboulis, dkk., 2004) dan timbul akibat proses dekomposisi karena masuknya air, baik itu berupa air hujan ataupun air tanah, kedalam tumpukan sampah (Christensen, dkk., 2001). Cairan ini muncul baik d i tempat penampungan sampah terbuka ataupun yang disertai lapisan tanah penutup (Aziz, dkk., 2007). Lindi terdiri dari berbagai senyawa yang kompleks. Kompleksitas ini terjadi tidak saja akibat variasi senyawa organik dan anorganik yang dikandung oleh sampah, tetapi juga karena pengaruh lapisan penutup serta kondisi hidrogeologi pada daerah TPA. Sejauh ini, belum ada penelitian tentang mineral magnetik pada lindi. Karena itu dalam penelitian ini akan dilakukan identifikasi mineral magnetik pada lindi untuk menentukan jenis mineral, morfologi serta sumber mineral magnetik yang dikandung lindi.
Gambar 1. Lokasi TPA Jelekong.
2. Metodologi Penelitian
Conto lindi pada penelitian ini diambil dari endapan lindi yang berasal dari TPA Jelekong di Kecamatan Ciparay, Kabupaten Bandung (Gambar 1). TPA yang berjarak kurang lebih 19 km dari pusat kota Bandung ini mulai digunakan tahun 1991 dan mempunyai luas penimbunan sampah adalah 10 hektar dengan tinggi optimum timbunan rata-rata ± 15 meter. Pengambilan conto endapan lindi sebanyak 12 conto pada 3 kolam lindi (Gambar 2) yang dilakukan pada bulan September 2005 dengan menggunakan alat corer yang didesain dengan menggunakan pipa PVC sehingga endapan lindi pada dasar kolam dapat diperoleh. Penamaan conto dilakukan menurut kode posisi dan kolam, misalnya conto C2 berarti conto 2 pada kolam C. Di laboratorium, conto-conto yang telah diperoleh kemudian dimasukan kedalam wadah (holder ) plastik yang berbentuk silinder yang bervolume 10 ml. Pada proses ini selalu dijaga agar sifat kemagnetan endapan tidak terganggu dan penamaan conto dilakukan menurut kode posisi atau kedudukan.
Gambar 2. Lokasi pengambilan conto di tiga kolam lindi, masing-masing kolam ( pool) A, B, dan C.
Conto yang telah dimasukan kedalam holder kemudian menjalani serangkaian pengukuran magnetik, diantaranya pengukuran suseptibilitas magnetik (low field or DC magnetic susceptibility ), pengukuran dan peluruhan ARM (anhysteretic remanent magnetization), serta pengukuran IRM (isothermal remanent magnetization). Pengukuran suseptibilitas magnetik pada conto memberikan indikasi tentang seberapa magnetik conto tersebut. Jika pengukuran suseptibilitas magnetik digabungkan antara pengukuran intensitas ARM maka dapat diketahui ukuran bulir-bulir magnetik pada conto. Ukuran bulir-bulir magnetik juga dapat diketahui dari pola peluruhan ARM. Sementara itu pengukuran nilai saturasi IRM dapat mengindikasikan jenis mineral magnetik pada conto.
9
JURNAL GEOFISIKA 2007/2
Pengukuran suseptibilitas magnetik dilakukan dengan magnetic susceptibility meter merek Bartington tipe MS2 dengan sensor MS2B. Sementara itu, ARM diberikan pada conto melalui pemberian medan magnetik bolak balik (alternating magnetic field ) yang meluruh serta medan magnetik searah yang kecil. Pemberian ARM dilakukan dengan alat Molspin AF (alternating field ) demagnetizer dengan intensitas puncak maksimum sebesar 100 mT. Intensitas ARM diukur dengan alat Minispin magnetometer. Selanjutnya peluruhan ARM dilakukan dengan memberikan medan demagnetisasi pada conto. Demanetisasi dilakukan hingga intensitas ARM tinggal tersisa 5% dari intensitas ARM mula-mula. Conto juga diberi IRM melalui ekspose terhadap medan magnetik yang kuat dan intensitasnya terus ditambah hingga mencapai 0.8 T. Intensitas medan magnetik yang tinggi tersebut diberikan melalui alat elektromagnet merek Weiss. Sebagaimana intensitas ARM, intensitas IRM juga diukur dengan menggunakan Minispin magnetometer . Selain pengukuran-pengukuran magnetik, dilakukan juga analisa melalui peralatan SEM (Scanning Electron Microscopy) yang dilengkapi dengan kemampuan EDS ( Energy Dispersion Spectroscope). Untuk itu dilakukan separasi mineral magnetik pada lindi dengan menggunakan pelarut ethanol dan sebatang magnet yang kuat. Bulir-bulir magnetik yang dihasilkan dari proses separasi magnetik ini kemudian dianalisa pada SEM model Jeol JSM-6360LA di Laboratorium Geologi Kuarter, Pusat Survey Geologi (PSG), Bandung. Analisa SEM difokuskan pada moda BSE (backscattering electron) karena pada moda ini bulir-bulir oksida besi menunjukkan penampakan yang sangat konstras dibanding mineral-mineral lainnya. Sejumlah bulir yang diduga oksida besi dianalisa lebih lanjut dengan EDS. Bulir-bulir hasil separasi magnetik juga dianalisa dengan difraksi sinar X (XRD, X-ray diffraction), untuk melihat komposisi mineralnya. Analisa ini dilakukan dengan menggunakan X-Ray Shimadzu XRD-7000 Maxima-X dengan target CuK α yang dioperasikan pada tegangan 40 kV di Laboratorium Pusat Pengembangan Teknologi Mineral (PPTM), Bandung. 3. Hasil dan Diskusi
Hasil pengukuran mineral magnetik lindi yang berasal dari TPA Jelekong menunjukan bahwa kandungan mineral magnetiknya adalah magnetite (Fe3O4). Penentuan mineral ini dibuktikan dengan hasil interpretasi kurva saturasi IRM pada ke 12 conto yang berada pada tiga kolam (Gambar 3). Kurva IRM menunjukan bahwa lindi mudah tersaturasi dengan medan magnetik yang relatif
10
rendah sekitar 200-300 mT. Perilaku mineral magnetik dengan harga saturasi yang rendah ini mengindikasikan koersifitas magnetik yang rendah. Rendahnya nilai saturasi dan koersifitas ini mengindikasikan bahwa jenis mineral magnetik yang dikandung lindi adalah mineral ferrimagnetik seperti magnetite (Fe3O4). Beberapa penelitian sebelumnya menunjukan bahwa magnetite tersaturasi pada rentang 100 hingga 300 mT, sedangkan hematite (αFe2O3) pada sekitar 800 mT (Butler, 1992).
Gambar 3. Kurva saturasi IRM
Gambar 4 menunjukkan kurva peluruhan ARM dari ke 12 conto lindi. Menurut Urbat dkk. (2004), ARM sangat sensitif dalam menentukan partikel ferrimagnetik meskipun dalam ukuran yang sangat halus. Kestabilan mineral magnetik bergantung pada ukuran bulir. Beberapa eksperimen menunjukkan perbedaan respon berbagai ukuran mineral magnetik terhadap peluruhan ARM ini (Dunlop dan Ozdemir, 1997). Pola peluruhan intensitas ARM terhadap medan magnetisasi untuk setiap ukuran bulir tertentu sangat spesifik yang umumnya ditandai dengan nilai MDF (median destructive field ), yaitu nilai medan demagnetisasi yang diperlukan untuk menurunkan intensitas ARM hingga menjadi setengahnya. Makin kecil MDF maka makin tidak stabil mineral magnetik itu atau sebaliknya (Moskowitz, 1991). Berdasarkan kurva peluruhan ARM, mineral magnetik lindi ternyata tidak begitu stabil. Intensitas ARM berkurang secara cukup drastis pada medan demagnetisasi yang relatif rendah. Ini berarti bahwa mineral magnetite yang berada dalam lindi didominasi oleh bulir-bulir berukuran besar atau multi-domain. Selain dari peluruhan ARM, distribusi ukuran bulir juga dapat diduga melalui plot suseptibilitas magnetik versus suseptibilitas atau intensitas ARM. Plot serupa ini dipopulerkan oleh King dkk. (1982) sehingga kerap disebut sebagai King’s plot . Gambar 5
JURNAL GEOFISIKA 2007/2
menunjukkan hasil plot bagi ke 12 conto yang menunjukkan bahwa sebagian besar conto cenderung berukuran kecil di bawah 1µm.
fasa dari mineral magnetik secara lebih pasti, dilakukan perhitungan terhadap nilai indeks x, dengan mengasumsikan bahwa mineral magnetik dimaksud merupakan bagian dari deret (solid solution series) titanomagnetite dengan rumus kimia (Fe3- xTi xO4), dan anggota ujung (end members) magnetite (Fe3O4, x = 0) dan ulvöspinel (Fe2TiO4, x = 1) (Tauxe, 2007). Nilai x dapat diperoleh melalui data persentase komposisi mineral masing-masing unsur pada spektra EDS. Hasil perhitungan persentase komposisi masingmasing unsur yang ada pada spektra EDS, diperoleh nilai x = 0.42. Keberadaan nilai indeks x ini, membuktikan bahwa mineral magnetik titanium besi-oksida adalah Fe2.58Ti0.42O4. Dengan demikian diketahui bahwa selain magnetite juga ada mineral oksida besi titanium lain yang terkandung di dalam bulir-bulir.
Gambar 4. Kurva Peluruhan ARM
Gambar 7 menunjukkan hasil analisa difraksi sinar X terhadap bulir-bulir hasil ekstraksi magnetik. Menurut Tahiri dkk. (2007) difraksi sinar X dapat digunakan untuk menggambarkan fase kristal melalui bentuk atau pola-pola difraksi. Pola-pola difraksi yang dipantulkan saat conto dikenakan sinar X menunjukkan bahwa mineral utama pada bulir-bulir hasil ekstraksi pada lindi adalah magnetite. Hasil-hasil di atas, seperti kurva saturasi IRM, EDS, dan XRD, menguatkan indikasi bahwa mineral magnetik yang mendominasi lindi adalah magnetite yang juga merupakan mineral magnetik utama pada pencemar-pencemar lainnya. Bentuk bulir magnetik pada lindi cenderung bulat (spherules) atau framboid yang mengindikasikan bahwa bulir-bulir magnetik tersebut dihasilkan oleh proses anthropogenic, artinya mineral magnetik pada lindi berasal dari sampah dan bukan dari lempung penutup sampah atau bahan alamiah lainnya.
Gambar 5. Identifikasi ukuran bulir magnetite dengan metoda King Plot
Sementara itu, analisa SEM (Gambar 6) menunjukkan bahwa sebagian besar bulir magnetik hasil ekstraksi berupa fragmen-fragmen, yang besar kemungkinan merupakan bagian dari sebuah framboid yaitu struktur semacam delima, dimana bulir-bulir magnetik terkumpul bersama menyerupai biji-biji delima. Struktur semacam ini lazim dijumpai pada mineral-mineral magnetik yang berasal dari aktivitas manusia (anthropogenic). Hasil analisa EDS terhadap sejumlah bulir menunjukkan bahwa bulir-bulir tersebut adalah oksida besi (81.30% massa). Untuk menentukan
Menurut Pontoh (2003), lindi dapat melarutkan batuan karena kadar organik yang tinggi sehingga mampu melunakan batuan. Dengan sifat seperti itu, lindi dapat melarutkan seluruh materi sampah baik organik maupun anorganik. Sejalan dengan proses ini, mineral-mineral magnetik yang terkandung dalam sampah akan terlepas kemudian dipindahkan ke kolam penampungan bersama lindi. Salah satu pertanyaan yang belum cukup tuntas terjawab adalah mengenai ukuran bulir-bulir magnetik. Secara visual melalui pengamatan SEM, terbukti bahwa mineral-mineral magnetik berukuran cukup besar antara 1 hingga 3µm. Hal ini juga diperkuat oleh interpretasi dari kurva peluruhan ARM yang menunjukkan bahwa minera magnetik pada lindi cenderung tidak memiliki stabilitas yang tinggi sehingga cenderung memiliki
11
JURNAL GEOFISIKA 2007/2
domain jamak (multi-domain). Namun demikian hasil dari King’s plot menunjukkan bahwa mineral magnetik cenderung berukuran lebih kecil dari 0.1 µm. Hal ini sangat mungkin diakibatkan karena mineral magnetik berasal dari sumber
anthropogenic yang memiliki perilaku berbeda dengan magnetite yang murni. Garis-garis pada King’s plot diberikan oleh mineral magnetite murni yang diproduksi secara sintetis.
Gambar 6. SEM dan Spektra EDS lindi dari conto C2.
Gambar 7. Spektra X-Ray lindi dari conto C2.
12
JURNAL GEOFISIKA 2007/2
4. Kesimpulan
Karakteristik mineral magnetik pada lindi sangat ditentukan oleh sumber dan mekanisme pembentukannya. Karakteristik ini diidentifikasi melalui pengukuran jenis mineral dan morfologi magnetik. Melalui pengukuran kurva saturasi IRM yang dikombinasikan dengan pengamatan melalui EDS dan XRD, diketahui bahwa mineral magnetik pada lindi, sebagai salah satu pencemar lingkungan, adalah magnetite (Fe3O4). Selain itu, hasil analisa morfologi dengan SEM pada moda BSE menunjukan bahwa mineral-mineral magnetik pada lindi cenderung berbentuk bulat (spherules) atau framboid sehingga diyakini berasal dari sumbersumber anthropogenic. Dengan demikian, berdasarkan karakteristik dan morfologi mineral magnetik ini, diketahui bahwa sumber utama pencemar pada lindi berasal dari sampah padat yang ditimbun di TPA. Ucapan Terima Kasih
Penelitian ini didanai oleh Hibah Pascasarjana dari Direktorat Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional, Republik Indonesia. Terima kasih disampaikan kepada Hamdi Rifai, Simon Siregar dan Iriwi Sinon yang telah membantu dalam proses pengambilan conto di lapangan serta kepada Muhammad Irvan yang banyak membantu dalam proses pengukuran. Daftar Pustaka
Aziz, H. A., S. Alias., M. N. Adlan., F.A.H. Asaari and. Zahari, M. S., 2007, Colour Removal from Landfill Leachate by Coagulation and Flocculation Processes. Bioresource Technology, v. 98, p 218-220. Bijaksana, S., 2002, Analisa Mineral Magnetik dalam Masalah Lingkungan, Journal Geofisika , v. 1, p 19-27. Butler, R.F., 1992, Paleomagnetism, Blackwell, Oxford, p 319. Christensen, T.H., Kjeldsen, P., Bjerg, P.L., Jensen, D.L., Christensen, J.B., Baun, A., Albrechtsen, H.-J and Heron. G., 2001, Biogeochemistry of Landfill Leachate Plumes, Applied Geochemistry, v. 16, p 659-718.
Jordanova, D., Jordanova, N., and Hoffmann, V., 2006, Magnetic Mineralogy and Grain-Size Dependence of Hysteresis Parameters of Single Spherules from Industrial Waste Products, Physics of The Earth and Planetary Interiors, v. 154, p 255-265. Kapička, A., Jordanova, N., Petrovský, E., and Podrázský, V., 2003, Magnetic Study of Weakly Contaminated Forest Soils, Water, Air, and Soil Pollution, v. 148, p 1-4. King, J., Banerjee, S.K., Marvin, J., and Ozdemir, O., 1982, A Comparison of Different Magnetic Methods for Determining the Relative Grain Size of Magnetite in Natural Material: Some Result from Lake Sediment, Earth Planetary Science Letter, v. 59, p 404-419. Moskowitz, B.M., 1991, Hitchhiker’s Guide to Magnetism, Environmental Magnetism Workshop, p 1-40. Pontoh, M.S., 2003, Pengaruh Polutan Lindi Terhadap Resistivitas Tanah, Tugas Akhir Sarjana, Institut Teknologi Bandung, p. 49. Tahiri, S., Albizane, A., Messaoudi, A., Azzi, M., Bennazha, J., Younssi, S. A., and Bouhria, M., 2007, Thermal Behaviour of Chrome Shavings and of Sludges Recovered after Digestion of Tanned Solid Wastes with Calcium Hydroxide, Waste Management, v.27, p 89-95. Tauxe, L., 2007, “Lectures in Paleomagnetism” http://earthref.org/MAGIC/books/Tauxe/2007/ lecture6.pdf. Urbat, M., Lehndorff, E., and Schwark, L., 2004, Biomonitoring of Air Quality in the Cologne Conurbation Using Pine Needles as a Passive Sampler–Part I: Magnetic Properties, Atmospheric Environment, v. 38, p 3781-3792. Veneva, L., Hoffmann, V., Jordanova, D., Jordanova, N., and Fehr, Th., 2004, Rock Magnetic, Mineralogical and Microstructural Characterization of Fly Ashes from Bulgarian Power Plants and the Nearby Anthropogenic Soils, Physics and Chemistry of the Earth, v. 29, p 1011-1023.
Dunlop, D.J., and O. Ozdemir, 1997, Rock Magnetism: Fundamental and Frontiers, Cambridge University Press, p 573.
Yoshida, M., Jedidi, N., Hamdi, H., Ayari, F., and Hassen, A., 20003, Magnetic Susceptibility Variation of MSW Compost-Amended Soil: In Situ Method for Monitoring Heavy Metal Contamination, Waste Management Research, v.21, p155-160.
Jordanova, D., Hoffmann, V., Fehr, K.T., 2004, Mineral magnetic characterization of anthropogenic magnetic phase in Danube River sediments (Bulgarian part). Earth and Planetary Science Letters, v. 221, p 71-89.
Zouboulis, A.I., Chai, X.-L., and Katsoyiannis, I.A., 2004, The Application of Bioflocculant for the Removal of Humic Acids from Stabilized Landfill Leachates. Journal of Environmental Management, v. 70, p 35–41.
13
