APLIKASIISOTOP SULFUR-34 DAN OKSIGEN-18 DALAM SULFAT UNTUK STUDI PANAS BUMI DAN AIR TANAH

Aplikasi isotop Sulfur-34 dan Oksigen-18 dalam Sulfat... (Ora. Evaristin Puji Indiyati)

APLIKASIISOTOP SULFUR-34 DAN OKSIGEN-18 DALAM SULFAT UNTUK STUDI PANAS BUMI DAN AIR TANAH Evaristin Puji Indiyati Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi, SATAN, Jakarta e-mail: [email protected]

ABSTRAK APLIKASI ISOTOP SULFUR-34 DAN OKSIGEN-18 DALAM SULFAT UNTUK STUDI PANASBUMI DAN AIR TANAH. Isotop sulfur-34 dalam senyawa sulfat dan gas hidrogen sulfida telah digunakan sebagai geotermometer reservoir panasbumi di Sibayak - Sumatera. Isotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam senyawa sulfat telah digunakan untuk merunut sumber sulfat pada beberapa manifestasi permukaan panasbumi di Sumatera. Kedua isotop tersebut juga telah digunakan untuk mengetahui adanya kontribusi air lindi dari Tempat Pengolahan Akhir (TPA) Bantar Gebang - Bekasi terhadap air tanah dangkal di sekitarnya. Metode yang digunakan adalah injeksi gas S02 ke dalam alat spektrometer massa untuk penentuan rasio isotop sulfur-34 terhadap sulfur-32 (nilai 0 34S) dan injeksi gas CO2 untuk pengukuran rasio isotop oksigen-18 terhadap oksigen-16 (nilai 0180). Gas S02 diperoleh dari oksidasi Ag2S dengan CU20 sedangkan gas C02 diperoleh dari reduksi BaS04 dengan grafit (C). Suhu reservoir lapangan panas bumi Sibayak diperkirakan sekitar 434°C - 479°C berdasarkan distribusi isotop sulphur-34 dalam dan H2S. Umumnya, nilai OCDT 34S dan OSMOW 180 dalam senyawa sulfat pada contoh mata air panas di Sumatera menunjukkan adanya kemungkinan percampuran dua sumber sulfat utama yaitu dari fumarol dan reservoir. Fumarola mempunyai nilai OCDT 34S yang dipermiskin sebesar -0,150/00dan 1,800/00sedangkan reservoir mempunyai nilai OCDT 34S yang diperkaya sebesar 16,80/00hingga 18,13%0. Berdasarkan nilai 0 34S dan konsentrasi sulfat maka air lindi diindikasikan telah mencampuri air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang - Bekasi. Kondisi yang lebih jenuh pada air lindi daripada air tanah dangkal ditunjukkan dengan penurunan nilai 0 180 dalam senyawa sulfat.

sol-

Kata kunci: Air tanah, panas bumi, isotop alam,sulfur-34,

oksigen-18,

sulfat.

ABSTRACT APLICATION OF SULPHUR-34 AND OXYGEN-18 ISOTOPES IN SULPHATE TO STUDY THE GEOTHERMAL AND GROUNDWATER. Sulphur-34 isotope in dissolved sulphate and hydrogen sulphide gas has been used to measure the temperature of reservoir in Sibayak geothermal field. Sulphur-34 and oxygen-18 isotopes in dissolved sulphate have been used to trace sulphate origins for some surface manifestations in Sumatera. Both isotopes have been used to investigate whether leachate water from Bantar Gebang sanitary landfill has contributed toward shallow groundwater. A method to determine isotope ratio of sulphur-34 to sulphur-32 (0 34S value) is by injection of S02 gas to mass spectrometer whereas isotope ratio of oxygen-18 to oxygen-16 (0 180 value) is obtained by injection of CO2 gas. S02 gas was extracted from oxidation of Ag2S with Cu20 whereas C02 gas was extracted from reduction of BaS04 with graphite (C). The temperature of Sibayak geothermal reservoir is around 434°C to 479°C according to its sulphur-34 isotope distribution in and H2S. Generally, the o 34S and 0 180 values of dissolved sulphates from hot springs indicated a possibility of mixture between two major sulphate sources those are fumaroles and reservoirs. Fumaroles have a depleted value of OCDT 34S about -0,150/00 and 1,800100 whereas reservoir has an enriched value of OCDT 34S from 16,80/00to 18,130/00.Based on 0 34S value and sulphate content, leachate water might has contributed to shallow groundwater in the vicinities of Bantar Gebang landfill. A more saturated condition in leachate water was indicated by the depletion of 0 180 value in dissolved sulphate.

sol-

Keywords:

Ground water, geothermal,

natural isotopes, sulphur-34, oxygen-18, sulphates

65

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti

BABJ

ISSN 2087-8079

PENDAHULUAN

Isotop sulfur-34 merupakan salah satu isotop alam yang mulai diteliti vanasl kelimpahannya di alam sejak tahun 1949. Penelitian pertama dilakukan oleh Thode [1-2] tentang komposisi isotop sulfur-34 dalam senyawa sulfat terlarut pad a air laut. Penelitian air alam dengan menggunakan parameter isotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam senyawa sulfat telah banyak dilakukan seperti yang dilakukan oleh E. Schroll pada air danau [3], C.T Johnson pada air tanah [4], A. Longinelli pada air sungai [5] dan B.W Robinson pada air panasbumi [6]. Oi Indonesia, isotop ini mulai dikembangkan pad a tahun 1993 oleh Kelompok Hidrologi-Bidang Kebumian dan Lingkungan - Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan RadiasiBATAN. Isotop ini melengkapi beberapa isotop alam lain seperti oksigen-18, deuterium dan karbon-13 yang telah lebih dahulu diterapkan dalam bidang hidrologi. Penelitian dengan menggunakan parameter isotop sulfur-34 di bidang hidrologi mulai berkembang setelah alat spektrometer massa Delta S beserta alat preparasinya yaitu alur penyiapan sulfida (sulphide preparation line) dan alur penyiapan sulfat (sulphate preparation line) dipasang. Oalam penelitian di bidang hidrologi, isotop sulfur-34 digunakan untuk merunut sumber atau asal senyawa sulfat terlarut dalam air tanah. Penggunaan isotop sulfur-34 bersama dengan oksigen-18 dalam senyawa sulfat dapat memberikan informasi tentang proses fisik maupun kimia yang mempengaruhi komposisi kedua isotop tersebut. Ada empat mekanisme yang dapat diidentifikasikan yaitu proses percampuran dua air tanah dengan komposisi isotop dalam senyawa sulfat berbeda, kristalisasi mineral sulfat, adsorpsi senyawa sulfat oleh sedimen dan reaksi redoks sulfur [7]. Oalam studi pencemaran air tanah, kedua isotop ini dapat digunakan untuk merunut sumber sulfat di lokasi sanitary landfill [8]. Oalam bidang panasbumi, isotop sulfur-34 dalam kesetimbangan antara senyawa sulfat dan sulfida, maupun sulfat dan air dapat digunakan untuk studi geotermometer suatu lapangan panasbumi. Penerapan isotop sulfur-34 bersama dengan oksigen-18 dalam senyawa sulfat dapat digunakan untuk menentukan sumber sulfur suatu manifestasi air permukaan dan reservoir panasbumi [6]. Penerapan kedua isotop ini di bidang hidrologi di Indonesia masih sangat terbatas karena merupakan teknologi terbaru. Oi bidang panasbumi, isotop ini telah digunakan untuk menentukan suhu suatu reservoir dan sumber sulfat pada beberapa manifestasi di Sumatera dan Kotamobagu-Sulawesi Utara, Kamojang-Jawa Barat [9-11]. Oi bidang hidrologi, isotop ini juga telah digunakan untuk merunut sumber sulfat pad a air tanah dangkal di sekitar Tempat pembuangan Akhir (TPA) Bantar Gebang-Bekasi [12]. Kedua isotop ini juga digunakan untuk mengetahui karakteristik senyawa sulfat pad a air sungai Ciliwung [13] dan air tanah dangkal di daerah Karawang [14]. Makalah ilmiah ini merupakan kumpulan beberapa penelitian yang menerapkan isotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam senyawa sulfat terlarut dan sulfur-34 dalam gas H2S. Tujuan penelitian isotop sulfur-34 dalam gas hidrogen sulfida dan senyawa sulfat terlarut di daerah Sibayak adalah untuk menentukan suhu reservoir panasbumi. Sebelum sumber panasbumi dieksploitasi untuk pembangkit tenaga listrik, salah satu kegiatan yang penting dilakukan adalah menentukan suhu reservoirnya. Suhu reservoir panasbumi yang disyaratkan adalah lebih tinggi dari 150°C [15]. Tujuan penelitian isotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam senyawa sulfat terlarut di beberapa manifestasi permukaan sistem panasbumi di Sumatera adalah untuk menentukan asal-usul senyawa sulfat. Hal ini perlu dilakukan untuk mengetahui apakah senyawa sulfat tersebut berasal dari sumber magmatik atau berasal dari fluida dalam (deep fluid) atau telah mengalami percampuran dengan asam sulfat yang berasal dari permukaan. Apabila senyawa sulfat manifestasi tersebut berasal dari fluida dalam maka dapat diperkirakan suhu reservoirnya sehingga ada kemungkinan untuk melanjutkan tahap eksplorasi sistem panasbumi [16]. Tujuan penelitian isotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam senyawa sulfat terlarut pada air tanah dangkal di sekitar Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Bantar Gebang - Bekasi adalah untuk merunut sumber sulfat. Hal ini perlu dilakukan karena munculnya keluhan dari penduduk sekitar akan beberapa penyakit seperti infeksi kulit, diare, disentri dan infeksi saluran pernafasan atas [17]. Selain itu, penelitian terhadap kualitas air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang dinilai sangat buruk [18]. Oengan penelitian ini, masyarakat sekitar TPA Bantar Gebang mendapatkan informasi akan bahaya kontaminasi air lindi pada air tanah.

66

Aplikasi isotop Sulfur-34 dan Oksigen-18 da/am Su/fat... (Ora. Evaristin Puji /ndiyati)

Pada umumnya perlakuan awal yang diperlukan adalah mengubah cuplikan asal menjadi senyawa perak sulfida (Ag2S) atau barium sulfat (BaS04)' Kedua senyawa ini sesuai untuk proses ekstraksi yang selanjutnya menjadi gas sulfur dioksida (S02) atau gas karbondioksida (C02) untuk analisis spektrometer massa. Metode yang digunakan untuk memperoleh gas CO2 adalah reduksi BaS04 dengan menggunakan grafit (C) pada suhu sekitar 1200°C dalam kondisi vakum. Dalam reaksi ini selain gas CO2 dihasilkan juga gas CO. Pad a tegangan tinggi, gas CO dioksidasi menjadi gas CO2 [19]. Gas CO2 diinjeksikan ke sEektrometer massa untuk mendapatkan rasio isotop oksigen-18 terhadap oksigen-16 (nilai 0 1 0). Metode yang digunakan untuk memperoleh gas S02 yaitu oksidasi Ag2S dengan tembaga I oksida (CU20) pada suhu sekitar 1000 °c dalam kondisi vakum [20]. Gas ini diinjeksikan ke spektrometer massa untuk memperoleh rasio isotop sulfur-34 terhadap sulfur32 (nilai 0 34S).

BAB II TINJAUAN PUST AKA

2.1.

Senyawa Sulfur

Sulfur (S) merupakan suatu unsur non logam dengan berat molekul 32,066 dan nomor atom 16, dalam tabel periodik terdapat pada golongan VI dan periode 3. Sulfur terdistribusi secara luas di hidrosfer, litosfer, biosfer dan atmosfer bumi. Pad a kondisi pengoksidasi, sulfat (SO/-~ merupakan senyawa sulfur yang dominan sedangkan pada kondisi pereduksi, sulfida (S -) dan HS- merupakan senyawa sulfur yang dominan. Sulfur sebagai senyawa sulfida terdapat dalam deposit mineral logam yang terasosiasi dengan batuan beku, batuan sedimen dan batuan metamorf. Pada biosfer, air laut, batuan evaporit dan bahan organik seperti minyak mentah dan batubara, senyawa sulfur yang dominan adalah sulfat. Dalam sedimen laut, senyawa sulfur dapat berbentuk sebagai sulfida maupun sulfat. Elemental sulfur ditemukan sebagai endapan sulfur akibat kegiatan vulkanik yakni dari gas-gas yang diemisikan dari kawah aktif solfatar atau dari sumber air panas yang mengandung sulfur atau dari sedimen di dasar danau.

TREES MOSSES

"' ••.

LITHOSPHERE

LICHENS

-

Gambar 1. Siklus global sulfur di alam [21J Sulfur terikat dalam berbagai tingkat oksidasi dari sulfida ke sulfur elemental, atau ke sulfat dengan tingkat valensi dari -2 hingga +6. Sulfur juga terdapat pad a hampir semua lingkungan alam dan pada setiap skala suhu dalam lapisan bumi. Dari kenyataan tersebut,

67

ISSN 2087-8079


maka senyawa sulfur sangat menarik dalam studi geokimia terutama dari sudut pandang fraksinasi isotopnya [21,22]. Siklus sulfur di alam terdiri dari beberapa prases dan sub siklus di dalamnya. Gambar 1 memperlihatkan siklus sulfur secara global dengan dua sub siklus yaitu mikrabial dan makanan hewan tingkat tinggi [21]. 2.1.1.

Iso top Sulfur Sulfur mempunyai empat isotop stabil dengan kelimpahan sebagai berikut: 32S = 95 02 % 33S = 0'75 % 34S = 4'21 % 36S = 0:02 %

Unsur sulfur juga mempunyai beberapa isotop sulfur buatan (artificial) dengan waktu para pendek yang bersifat radioaktif. Salah satu isotop sulfur buatan dengan waktu para paling panjang adalah 35S dengan waktu para 87 hari dan biasanya digunakan dalam percobaan perunut sulfur. Oari keempat isotop sulfur stabil tersebut, kelimpahan isotop 34S adalah yang terbanyak kedua setelah 32S. Oleh karena itu dalam banyak studi, umumnya kedua isotop tersebut yang dipelajari [2,21]. Komposisi isotop sulfur dinyatakan dalam notasi o 34Sdalam bagian per seribu (%0 atau permill) yang didifinisikan sebagai:

(348/

o'~ =

)

/32 S

.

- e48/

r';':, %8)

/32 slandar

) S,,," ,", X 103

(1)

Istilah pengkayaan (enrichment) atau pemiskinan (depletion) mengacu pada standar yang digunakan. Umumnya standar pengukuran isotop sulfur yang digunakan adalah sulfur dalam senyawa troilite (FeS) dari batuan besi meteorit Canyon Diablo (COT). Batuan ini mempunyai rasio kelimpahan isotop 34Sf32S sebesar 22,22. Pemilihan standar ini adalah dianggap tepat karena nilai 0 34S batuan troilite dari meteorit tersebut mendekati nilai rata-rata skala nilai 0 34S contoh materi sulfur dari permukaan bumi (terrestrial). Selain itu komposisi isotop sulfur dalam batuan beku (igneous rocks) sangat sama dengan batuan meteorit. Hal ini mengandung konsekuensi bahwa nilai 0 34S suatu contoh sulfur dari terrestrial dipakai sebagai suatu ukuran perubahan yang terjadi pada komposisi isotop sulfur sejak awal terbentuknya bumi [21,22].

..

-,

rI I .' . I' . ," J],"I r -., ~.•• , t] •• , •• '~••• h·Wb!'''''W.r0··.rf;i''o/i·W?(:0,:,-:-:.'-:,;,'1 vulkanik batuan sedirnen

rneteorit ' •••• _ ,r .• _•..•.~

I

• 'I' ~'- ••' ." ' ••

',_. ",

o

+20

' •.•••.•• - ••• ' • ,-

"

air laut sekarang batuan evaporit deposit Pb, Zn H"S (Devonian, Alberta) ~ rninyak burni udara air pennukaan batubara tanah

-40

-20

8345 LiIJorganik Gambar

2.

Variasi nilai

<534 S

+40

(%0)

,SoD sulfat ,302

dari beberapa bahan alam [21]

Sejak penelitian pertama yang dilakukan oleh Thode pada tahun 1949, variasi kelimpahan isotop sulfur di alam telah banyak ditemukan. Oiketahui sulfat terberat (heaviest

68

Aplikasi isotop Sulfur-34 dan Oksigen-18 da/am Su/fat ... (Ora. Evaristin Puji /ndiyati)

sulfates) mempunyai nilai b 34S adalah lebih dari +90%0 sedangkan sulfida terringan (lightest sulphides) mempunyai nilai b 34Ssekitar -65%0 [2]. Gambar 2 memperlihatkan variasi nilai b 34S dari beberapa bahan alam. Sulfida primer yang jauh terpendam dalam perut bumi, deposit magmatik dan batuan karbon at mempunyai skala nilai b 34S sempit dan dekat dengan standar trailite. Batuan dan gas vulkanik mempunyai skala nilai b 34S yang lebih lebar karena adanya proses pertukaran isotop dan sumber sulfur lain selain sulfida primer [21]. Nilai b 34S senyawa sulfat dalam air laut saat ini adalah seragam dan konstan yaitu +20%0 kecuali dekat dengan pertemuan air sungai. Udara dan air mempunyai skala b 34S yang lebih luas karena input senyawa sulfur bermacam-macam baik dari sumber alam maupun kegiatan man usia. Adanya proses fraksinasi isotop oleh aktivitas mikroba turut mempengaruhi nilai b 34S. Oerajat fraksinasi tersebut tergantung pada kandungan nutrisi sulfur, kecepatan metabolik, dan organisme yang terlibat [2,8,21]. 2.1.1.1. Mekanisme Fraksinasi Isotop Sulfur Ada dua jenis reaksi yang mengakibatkan terjadinya fraksinasi isotop sulfur di alam, yaitu: 1. Reaksi reduksi ion sulfat menjadi hidrogen sulfida oleh aktivitas bakteri anaerobik. 2. Reaksi pertukaran isotop sulfur antara ion, antara molekul, dan antara padatan yang mengandung sulfur, yaitu antara sulfat dan sulfida atau antara sulfida-sulfida itu sendiri. (a) Oari kedua jenis reaksi terse but, reaksi yang pertama adalah sumber utama variasi komposisi isotop sulfur di alam. Bakteri anaerobik pereduksi sulfat berasal dari genera Desulfovibrio dan Desulfatomaculum. Bakteri Desulfovibrio desulfuricans umumnya tinggal dalam deposit sedimen laut dan danau. Bakteri ini memperoleh energi untuk pertumbuhan dengan penggabungan oksidasi gas hidrogen pada kondisi anaerobik dan bahan-bahan organik. Bakteri ini akan memisahkan oksigen dari ion sulfat dan melepaskan gas H2S yang diperkaya dalam isotop 32S relatif terhadap sulfat. Tingkat fraksinasi isotop sulfur tergantung pada tahap pengontrol kecepatan reaksi. Selain tergantung pad a lingkungan, kecepatan reduksi sulfat juga sangat tergantung pad a konsentrasi sulfat dan elektron donor. Oalam sistem anorganik, tingkat fraksinasi isotop selama reduksi sulfat menjadi hidrogen sulfida disebabkan oleh perbedaan kecepatan pemutusan ikatan S---O. Ikatan 32S 0 lebih mudah diputuskan daripada ikatan 34S 0 sehingga H2S pertama yang dihasilkan dari reduksi S042akan diperkaya 32S sekitar 22%0 atau nilai b 34S dipermiskin (depleted) relatif terhadap sulfat. Sebaliknya nilai b 34Sdalam residu sulfat akan semakin diperkaya (enriched) dengan semakin menurunnya konsentrasi sulfat [2,21]. Reduksi sulfat oleh bakteri melalui dua tahapan yaitu masuknya sulfat ke dalam sel dan pemutusan ikatan S-O, seperti digambarkan pada skema berikut:

L r

ATP

AP5

makanan

:7

5032-

t

(2)

1

II

IV

III

I

ATP = Adenosin tripospat, APS = Adenosin-5'-Posposulfat Pad a umumnya tahap pengontrol kecepatan reaksi adalah proses ke-II dimana pertama kali terjadi pemutusan ikatan S---O. Proses ini menghasilkan perubahan besar dalam komposisi isotop sulfur sedangkan proses ke-I menghasilkan sedikit pertukaran isotop. Faktor fraksinasi dari reduksi sulfat pada suhu 25°C: 32S04 2-(aq) + H2 34S (g) a [SO/- -- H2S) =

--:;-7 ~

(34SP2S) SO/-

34S042-(aq) + H2 32S (g) = 1,075

(34S/32S)H2S

69

(

3)

(4)

ISSN 2087-8079


(b) Pada suhu lingkungan yang tinggi (>250°C), proses reduksi sulfat menjadi gas hidrogen sulfida tidak lagi disebabkan oleh aktivitas bakteri tetapi lebih disebabkan oleh unsur logam pereduksi seperti Fe2+ dalam batuan. Mekanisme ini terutama terjadi pada lingkungan dimana sirkulasi air melewati batuan vulkanik panas. Pertukaran isotop antara sulfat dan sulfida akan menyebabkan pengkayaan isotop 34S pad a senyawa dengan tingkat oksidasi sulfur paling tinggi. Pertukaran isotop sulfur antara senyawa sulfida logam yang berbeda menimbulkan sedikit variasi komposisi isotop sulfur. Pengkayaan isotop 34S terjadi pada senyawa sulfida dengan ikatan paling kuat [2]. 2.1.2.

Isotop Oksigen

Oksigen merupakan unsur yang kelimpahannya paling banyak di bumi. Senyawa yang mengandung oksigen terdapat dalam setiap fasa yaitu gas, cair dan padatan. Beberapa senyawa yang mengandung oksigen adalah air, sulfat, pospat, silikat dan karbonat. Karena kelimpahan di alam cukup besar dan umumnya stabil terhadap suhu maka oksigen merupakan salah satu unsur yang menarik dalam geokimia isotop. Oksigen mempunyai tiga isotop stabil dengan kelimpahan sebagai berikut: 160 = 99,763 % 170 = 00375% 180 = 0:1995 % Oari ketiga isotop tersebut, umumnya yang digunakan untuk pengukuran isotop oksigen adalah rasio 180 terhadap 160. Hal ini disebabkan kelimpahan kedua isotop tersebut cukup besar. Komposisi isotop oksigen dinyatakan dalam notasi 0 180 dalam bagian per seribu (%0) yang didifinisikan sebagai [2, 8, 22]:

-(18;{60)standar ----------------x

o 180 = (18;{60)clIPlikan

(18;{6 0) stan

3

10

(5)

dar

Standar internasional yang digunakan untuk pengukuran rasio isotop 180/160 dalam air adalah rata-rata air laut yang disingkat dengan SMOW (Standard Mean Ocean Water). dalam cuplikan padatan digunakan standar Untuk pengukuran rasio isotop 180/160 internasional POB yaitu dari fosil Balemnitella american a dari formasi Cretaceous Pee Dee di Carolina Selatan. Konversi standar POB ke SMOW adalah [8,19]: C

o SMOW

18

0 (% 00) = 1,04143

x

C0

PDB

18

3.

0 + 41,4

(6)

Fraksinasi isotop oksigen mengakibatkan adanya variasi rasio isotop 180/160 dari berbagai bahan alam. Variasi tersebut telah mencapai nilai 0 180 sebesar 100%0. Gambar 3 memperlihatkan diagram variasi nilai 0 180 yang terjadi secara alami pada berbagai bahan alam [2].

o

air laut

~l';%';:~1batuan

metamorf

~::1;:f0j batuan t3

batuan basalt

~

40

I 30

I 20

granit

materi Juar (batuan meteorit angkasa dan bulan)

I 10

I 0

I -10

o 180

I -20

I -30

I -40

I -50

I

I

-60

-70

(%0)

Gambar 3. Variasi nilai 0180 dari beberapa bahan alam [2J

70


2.1.2.1. Mekanisme Fraksinasi Isotop Oksigen Fraksinasi isotop oksigen dalam senyawa sulfur di alam disebabkan oleh reaksi pertukaran isotop oksigen antara sulfat dan air dalam kesetimbangan, dan efek kinetik. Pada umumnya reaksi pertukaran isotop oksigen antara S042- dan H20 berjalan sangat lambat. Pada kondisi tertentu seperti di daerah panasbumi diperkirakan telah terjadi kesetimbangan isotop antara kedua senyawa tersebut. Reaksi kesetimbangan isotop oksigen adalah sebagai: 1,4

(S 180/-)

+ H2 160

.••

•

1,4

(S 160/)

+ H2 180.

(7)

Kecepatan reaksi pertukaran isotop ini tergantung pada suhu dan pH. Pada kondisi semakin asam dan semakin tinggi suhu lingkungan maka kecepatan reaksi semakin meningkat [7,22]. Efek kinetik yang mempengaruhi terjadinya fraksinasi isotop oksigen adalah reduksi senyawa sulfat dan oksidasi senyawa sulfida. Seperti halnya pada isotop sulfur, proses reduksi senyawa sulfat akan menyebabkan pengkayaan isotop 180 pada residu senyawa sulfat. Reaksi reduksi sulfat lebih memilih ion sulfat yang mengandung 160 daripada 180. Hal ini disebabkan oleh ikatan S 180 lebih kuat daripada ikatan S 160 sehingga ikatan S 180 tidak mudah diputuskan oleh aktivitas bakteri pereduksi sulfat. Fraksinasi isotop oksigen selama oksidasi sulfida menjadi sulfat oleh oksigen melalui dua tahapan. Reaksi pertama yaitu oksidasi sulfida menjadi sulfit. S2- + H20 + O2

•

sot.

(8)

Untuk menghasilkan senyawa sulfit, molekul oksigen yang terlibat berasal dari oksigen dari air dan oksigen dari gas oksigen. Karena efek kinetik maka isotop yang lebih ringan yaitu 160 akan dikonsumsi lebih dulu daripada isotop 180 untuk membentuk senyawa sulfit. Reaksi kedua yaitu oksidasi sulfit menjadi sulfat.

sot

+

Y2

O2

•

SO/-.

(9)

Reaksi kedua berjalan sangat lambat dibandingkan dengan reaksi pertama tetapi dengan adanya logam maka reaksi tersebut dapat lebih cepat [22]. 2.2.

Panasbumi

Magma yang terakumulasi di dalam perut gunung api memiliki suhu sekitar 700°C hingga 1600°C. Magma memberikan panasnya kepada batuan sekitarnya sehingga merubah struktur dan sifat batuan tersebut. Sambil melepaskan panas, magma juga melepaskan gasgas (degassing magma) yang sebagian besar mengandung uap air, CO2, S02, H2S dan HC!. Oi sisi lain, air hujan yang meresap ke dalam tanah (meteoric water recharge) akan berinteraksi dengan batuan panas (water-rock interaction) menjadi air panas atau uap (fluida) bertekanan tinggi. Gambar 4 menjelaskan proses pembentukan gas dan ftuida panasbumi serta terjadinya jenis air panasbumi pada sistem vulkanik [23]. Gas dan uap dari magma naik, sebagian masuk ke dalam sistem reservoir panasbumi dan sebagian naik ke permukaan bercampur dengan air tanah. Konsentrasi gas dalam reservoir dikontrol oleh berbagai reaksi kesetimbangan pada suhu reservoir. Absorbsi gas tersebut ke dalam air tanah dalam dan pendinginan akan menyebabkan pembentukan asam, oksidasi dan fluida yang reaktif. Fluida tersebut dapat tereduksi dan ternetralkan melalui interaksi dengan batuan, dimana kation dari batuan terlarut ke dalam fluida. Fluida ini akan mendesak dan mendorong batuan sekitarnya atau menerobos celah-celah antar batuan untuk melepaskan tekanannya ke permukaan bumi. Manifestasi fluida ke permukaan bumi berupa uap panas (fumarole), telaga air panas (hot spring) atau sebagai lumpur panas (mud pots) seperti terlihat pada Gambar 5. Uap panas (fumarole) terjadi akibat proses pendidihan fluida seiring berkurangnya tekanan. Gas terlarut dalam fluida tersebut akan terlepas kembali dan masuk ke dalam fasa uap menuju permukaan. Kondensasi uap ke dalam air tanah dapat membentuk telaga air panas (hot spring). Akibat adanya proses oksidasi gas H2S di permukaan maka telaga tersebut banyak mengandung asam sulfat (acid sulfate spring). Fluida residual di kedalaman yang kaya akan klorida akan mengalir secara lateral dan bercampur air tanah kemudian keluar sebagai telaga air yang banyak mengandung klorida (chloride spring). Apabila fluida panas tersebut tidak dapat keluar ke permukaan bumi karena tidak tersedia celah atau terhalang oleh lapisan kedap air (impermeable), maka fluida panas akan tetap terperangkap

71

ISSN 2087-8079


di dalam. Lokasi tempat fluida tersebut terperangkap disebut sebagai reservoir panasbumi. Reservoir ini menyimpan potensi panasbumi sebagai sumber energi [23,24]. Beberapa persyaratan kondisi reservoir untuk dapat dikembangkan sebagai pembangkit tenaga listrik adalah: (a) Mempunyai suhu tinggi (>150°C) dan entalpi tinggi (>150 kal/g) (b) Kedalaman reservoir tidak lebih dari 3 km (c) Mempunyai volume reservoir (>5km3) (d) Mempunyai permeabilitas yang sesuai untuk memastikan kecukupan produksi fluida pada tiap sumur. (e) Mempunyai lapisan impermeabel di atas reservoir untuk mencegah kehilangan fluida ke permukaan [15].

zona uap + kondensasi zona pendidihan (dua fasa)

reaksi batuan-air

~

en-asem sulfat

~

en-bikarbonat

1:::3

zona dua fasa

Gambar 4. Proses pembentukan gas dan fluida dalam sistem panasbumi [23]

Gambar 5. Contoh manifestasi permukaan dari sistem panasbumi [24]

72

Aplikasi isotop Sulfur-34 dan Oksigen-18 dalam Sulfat. .. (Ora. Evaristin Puji Indiyati)

2.2.1.

Oaerah Panasbumi di Sumatera

Di bagian tengah pulau Sumatera sepanjang 1700 km terdapat zona patahan Sumatera (Sumatera fault zone) yakni garis yang menghubungkan deretan gunung api. Sepanjang zona ini terdapat 11 gunung api aktif (active volcanoes), 5 gunung api yang mengeluarkan gas (degassing volcanoes) dan 1 kaldera yakni danau Toba seperti terlihat pad a Gambar 6. Sedikitnya 30 sistem suhu tinggi terdapat juga di zona patahan Sumatera dengan suhu reservoir lebih dari 200°C yang mentransfer panasnya ke permukaan. Setidaknya separuh dari gunung api aktif dan degassing volcano tersebut terasosiasi dengan reservoir panasbumi yang mengandung gas-gas dari magmatik dan fluida asam [25]. Lapangan panasbumi Sibayak merupakan lapangan yang mempunyai reservoir dengan dominasi air (liquid dominated) dengan suhu reservoir antara 225°C hingga 300°C. Lokasinya berada kurang lebih 60 km di sebelah barat daya Kota Medan, pada kaldera Singkut pad a lereng sebelah Selatan G. Sibayak - Sumatera Utara dengan ketinggian 1500 m dpl [26]. Tahap eksplorasi panasbumi Sibayak dimulai pada tahun 1990, dengan melakukan pemboran 10 sumur dengan kedalaman 1500 m sampai 2300 m. Sejak tahun 1995 lapangan panasbumi Sibayak memproduksi listrik sebanyak 2 MW [27].

LCf'

Gambar 6. Lokasi gunung api aktif di pulau Sumatera [25J 2.2.2.

Geotermometer

Isotop Sulfur

Penentuan suhu reservoir daerah panasbumi merupakan salah satu kegiatan yang sangat penting dalam tahap eksplorasi. Pada umumnya penentuan suhu dilakukan dengan cara kimia. misalnya T Na-K, T Na-K-Ca. T Na-Li dan T K-Mg. Penentuan suhu dengan metode isotop belum banyak dilakukan karena kendala teknologi dan informasi. Geotermometer kimia memiliki kelemahan diantaranya adalah dapat mengalami pengenceran dan dapat terjadi kesetimbangan ulang pada saat fluida naik ke permukaan. Geotermometer isotop membutuhkan waktu lama untuk terjadi kesetimbangan isotop. Sebagai contoh adalah laju untuk terjadi kesetimbangan isotop antara sulfat dan air pad a pH=7 dan suhu 250C memerlukan waktu 1900 tahun [22]. Geotermometer isotop dapat dilakukan pada komponen gas dalam fluida panasbumi. Apabila konsentrasi gas terlalu rendah maka dapat dilakukan dengan geotermometer isotop

73


ISSN 2087-8079

dalam senyawa sulfur. Sebagai contoh adalah pertukaran isotop sulfur dalam kesetimbangan antara sulfat dan sulfida atau pertukaran isotop oksigen dalam kesetimbangan antara sulfat dan air [28]. 32S0/- + H234S. S 160/-

+ H2 180•

•

•

34S0/-

+ H232S

(10)

S 16031802- + H2 160

(11)

Pada penelitian ini, isotop alam 34S yang terdistribusi dalam kesetimbangan senyawa sulfat dan gas hidrogen sulfida (10) digunakan untuk mengetahui suhu reservoir lapangan panasbumi Sibayak [9]. Faktor fraksinasi (a) isotop 34S dalam senyawa sulfat dan hidrogen sulfida berhubungan langsung dengan suhu (K) menurut persamaan [29]: so, -

= 6,04x106 1000 a= + '40T-.' SH2S In a 1000 , +, 1000 + 0 34S ,_

26

(12)

(13)

.•..•.•.

o ~

..••..•.

ooo .•...

2

Gombar 7. Plot 1000 In

a terhadap

3

4

5

6

789

l/T] dalam tiga sistem panas bumi yaitu

50]- H]5, 50/- - H]5 don 50/- - H]O [29] Gambar 7 memperlihatkan hubungan faktor fraksinasi terhadap suhu pada tiga sistem kesetimbangan senyawa sulfur. Kesetimbangan antara gas H2S dengan S042menunjukkan skala suhu 200-450°C sedangkan untuk skala suhu yang lebih rendah digunakan kesetimbangan antara S042- dengan H20 [29].

2.3.

Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Bantar Gebang-Bekasi

Tempat Pembuangan Akhir Bantar Gebang terletak di Kecamatan Bantar Gebang, Kabupaten Bekasi. Secara geografis kecamatan Bantar Gebang terletak antara 107°21' 107°10' Bujur Timur dan 61°7' - 6°27' Lintang Selatan. Wilayah TPA meliputi tiga desa yaitu desa Ciketing Udik, Cikiwul dan Sumur batu. Penggunaan lahan terbesar di Kecamatan Bantar Gebang adalah untuk pemukiman sebesar 52,6%. Sebanyak 13% lahan pertanian dan 11,6% lahan sawah telah dialihkan menjadi lahan perumahan untuk menampung pendatang. Pesatnya pembangunan di kecamatan Bantar Gebang merupakan daya tarik bagi penduduk daerah lain. Sejak terjadi krisis ekonomi tahun 1997 terjadi peningkatan urbanisasi yang cukup signifikan. Gejala ini diikuti peningkatan jumlah pendatang yang mendirikan perumahan liar di sekitar TPA. TPA Bantar Gebang yang dibangun oleh pemerintah DKI Jakarta sejak tahun 1986 merupakan realisasi dari rencana pengelolaan sampah di belahan Timur. Bantar Gebang dinilai cocok untuk dijadikan TPA karena lahannya yang cekung dan jauh dari pemukiman penduduk. Areal ini semula adalah bekas lahan galian tanah untuk perbaikan jalan dan

74


kepentingan [17,30]. Tabel1.

beberapa perumahan di Jakarta seperti Sunter, Podomoro dan Kelapa Gading

Prediksi timbunan sampah DKI Jakarta pad a tahun 2005-2020*) Tahun

Jumlah timbulan 10.298.300 10.931.207 11.603.010 12.316.101 27.752 29.624 31.676 33.869 sampah (m3/hari) Jumlah penduduk

Uiwa)

*) Sumber pustaka [30J

Persentase komposisi sampah di Jakarta pada tahun 2003 adalah sampah nonorganik sebanyak 35% sedangkan sampah organik sebesar 65%. Timbunan sampah di Jakarta meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk, keadaan sosial dan kemajuan teknologi. Prediksi peningkatan jumlah sampah dan penduduk Jakarta pada tahun 2005 hingga 2020 disajikan pada Tabel1 [30]. TPA Bantar Gebang menerapkan metode pembuangan secara sehat (sanitary landfill) yang terdiri atas 5 zona dengan total area 108 ha. Metode ini meliputi pembuangan dan penumpukan sampah di wilayah cekung, memadatkan sampah tersebut kemudian menutupnya dengan tanah. Jika ketinggian timbunan sampah telah mencapai 15 m maka proses penimbunan dipindah ke zona lain. Sampah dibiarkan terurai secara alami dengan bantuan aktifitas mikroorgnisme. Pembusukan sampah menghasilkan gas metana (CH4) dan gas hidrogen sulfida (HzS). Secara umum, sanitary landfill seperti tertera pad a Gambar 8 dengan elemen sebagai berikut [31]: 1. Sistem pelapis (lining system) berguna untuk mencegah atau mengurangi air lindi (leachate) ke dalam tanah yang akhirnya dapat mencemari air tanah. Sistem ini umumnya terbuat dari lempung yang dipadatkan (compacted clay). 2. Sistem pengumpul air lindi (leachate collecting system) berguna untuk mengumpulkan air lindi dan memompa keluar sebelum menggenang di sistem pelapis. Air lindi yang dipompa keluar, dimasukkan ke dalam sistem pengolahan air lindi untuk diproses sebelum pembuangan akhir. 3. Sistem penutup (cap system) berguna untuk mengurangi cairan akibat hujan yang masuk ke dalam landfill sehingga dapat mengurangi air lindi. 4. Sistem ventilasi gas (gas ventilation system) berguna untuk mengendalikan aliran dan konsentrasi gas di dalam landfill. Sistem ini untuk mengurangi resiko gas mengalir ke dalam tanah tanpa terkendali yang dapat mengakibatkan peledakan. 5. Sistem pemantau (monitoring system) berguna sebagai peringatan dini kalau terjadi kebocoran atau bahaya kontaminasi di lingkungan sekitar.

Gambar 8. Penampang lintang TPA secara sehat modern [31]

75


ISSN 2087-8079

Penelitian dampak TPA Bantar Gebang telah dilakukan sejak tahun 1991-1994 terhadap perubahan kondisi fisik dan kimia air sungai Ciketing sebelum dan sesudah melewati TPA. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa daya hantar listrik (DHL), alkali, amonia, kebutuhan oksigen biologi (Biological Oxygen Demand) dan kebutuhan oksigen kimia (Chemical Oxygen Demand) di atas baku mutu. Kenyataan ini membuktikan bahwa pengelolaan drainase dan sanitary landfill di TPA Bantar Gebang kurang mendapat perhatian [17]. Penyakit yang diderita penduduk sekitar TPA adalah infeksi saluran pernafasan atas (ISPA), penyakit gigi, infeksi kulit, anemia, diare, disentri, pneumonia dan infeksi telinga. Air sumur di sekitar TPA tercemari oleh bakteri Escherichia Coli yang menyebabkan penyakit diare dan Salmonela typhosa yang menyebabkan penyakit tifus. Bakteri ini kemungkinan berasal dari air lindi yang merembes ke air sumur penduduk. Kandungan COD (>20 mg/L), BOD (>10 mg/L), Fe (>0,3 mg/L), N02- (>1 mg/L), N03- (>10 mg/L), Mn (>0,1 mg/L), Pb (>0,05 mg/L) dan pH «6,5) pada air sumur penduduk sekitar TPA telah melampaui standar baku mutu air minum menurut peraturan (No.416/MENKES/PERIIX/1990) dan mutu airnya dinilai sangat buruk [17, 18]. Gambar 9 memperlihatkan timbunan sampah di TPA Bantar Gebang yang berasal dari DKI Jakarta sebanyak 6000 ton/hari dan sebagian telah memasuki zona pengolahan air lindi.

Gambar 9. Timbunan sampah di TPA Bantar Gebang - Bekasi (diambil tahun 2002)

BAB III TATA KERJA

3.1.

Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah AgN03 0,1 N; CU20; nitrogen cair; grafit, aseton, BaCI2, NaCI, HgCI2, NaOH, resin penukar ion cr (Dowex 50-100 mesh), HCI, gas CO2 murni 99,9%, kertas saring milipore 0,25f.1m, aquades dan gas S02 murni 99,9%, BaS04 DIN 5033 (Merck), Ag2S J-1 (Merck Art.12340), BaS04 PSS-1 (Pakistan Sulphate Standard), Ag2S R-2268.

3.2.

Alat

Alat yang digunakan adalah alur penyiapan sulfida (sulphide preparation line), alur penyiapan sulfat (sulphate preparation line), neraca analitik, lempeng platina, agate mortar, alat gelas (beker gelas, gelas ukur dll), termos, spektrometer massa Delta S Finnigan, spektrometer massa Sira 9 VG Isogas, spektrofotometer UV-VIS, Cryocool immersion cooler CC-100 II, pH meter, papan pemanas (hot plate), kondensor dan separator Weber, kolom gelas diameter 28 mm dan tinggi 200 mm, tabung kaca vakum, botol plastik 2 I dan 10 I.

76


3.3.

Metode

3.3.1.

Pengambilan cuplikan

3.3.1.1. Fluida panasbumi di 8umatera Peta pengambilan cuplikan fluida panasbumi di 8umatera dapat dilihat pada Gambar 10. Pengambilan cuplikan tersebut dibagi 2 yaitu pengamatan cuplikan di manifestasi permukaan dan sumur dalam. Cuplikan dari manifestasi permukaan dimasukkan ke dalam botol plastik 2 I dan ditambahkan HgCI2 untuk analisis 348 dan 180 dalam 8042-. Pengambilan cuplikan fluida dari sumur dalam digunakan separator Weber dan kondensor seperti terlihat pad a Gambar 11 [32]. Cuplikan air yang telah dipisahkan (separated water sample) digunakan untuk analisis 348 dan 180 dalam 80/- sedangkan cuplikan uap yang telah dipisahkan (separated steam sample) digunakan untuk analisis 348 dalam H28. Cuplikan air dimasukkan ke dalam botal plastik 2 I dan ditambahkan HgCI2.

Gambar 10. Peta lokasi pengambilan cuplikan fluida panasbumi di Sumatera [25J manometer

sampling pOint

removable

Insulation

jacket

separOlted

:steam

sample

separated

water

sample

Gambar 11. Skema pengambilan cuplikan fluida panasbumi [32J

77


ISSN 2087-8079

3.3.1.2. Air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang Pengambilan cuplikan dilakukan pada bulan April-Mei 2001. Cuplikan air tanah dangkal sebanyak 15 I diambil dari sumur penduduk pada kedalaman 6-25 m. Jarak antara titik pengambilan cuplikan adalah 1-2 km. Cuplikan air lindi diambil dari Instalasi Pengolahan Air Sampah-I (IPAS-I) dan cuplikan air dari sungai Ciketing yang melintasi TPA sebanyak 15 I. HgCI2 ditambahkan pada cuplikan air untuk mencegah aktivitas bakteri. Peta lokasi pengambilan cuplikan tersebut seperti tertera pada Gambar 12.

Utara

kilometer

keterangan __ ---

Jalanraya Jalandesa

~

sungai lokasi TernpalPembU3nganAkhir(I'PA;)

"$

.•.

lokasi sampling

Gambar 12. Peta lokasi pengambilan cuplikan air lindi dan air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang 3.3.2.

Analisis 180 dalam senyawa sulfat

3.3.2.1. Pengendapan BaS04 Pengendapan BaS04 dari cuplikan air dengan konsentrasi sulfat kurang dari 50 ppm dilakukan dengan pemekatan menggunakan resin penukar ion. Kolom diisi dengan resin penukar ion cr, dikondisikan dengan pengelusian HCI 6N kemudian dialirkan 300 ml aquades dengan kecepatan 4-5 ml/menit. Cuplikan air disaring dengan kertas saring milipore kemudian dielusikan ke dalam kolom. Sebanyak 300 ml NaCI 1 M dielusikan untuk melarutkan ion sulfat sehingga terbentuk larutan Na2S04. Ke dalam larutan diteteskan HCI 1N hingga pH 3-4 kemudian dipanaskan. Endapan BaS04 diperoleh dengan menambahkan larutan BaCI2. Endapan BaS04 disaring dan dikeringkan pada suhu ruang [33]. Kandungan sulfat pada cuplikan fluida panas bumi umumnya adalah tinggi (>50 ppm). Pembentukan endapan BaS04 dapat dilakukan dengan langsung menambahkan BaCI2 pada cuplikan dalam keadaan panas. Endapan BaS04 yang terbentuk, disaring dan dikeringkan pada suhu ruang [34]. 3.3.2.2. Ekstraksi gas CO2 Preparasi gas CO2 dari cuplikan BaS04 untuk analisis 180 dilakukan dengan proses reduksi menurut metode Rafter [19]. Sekitar 50 mg BaS04 dicampur dengan dengan 50 mg grafit kemudian diletakkan dalam lempeng platina. Campuran ini dibakar pada kondisi vakum

78


dengan suhu 1200°C dalam alat alur penyiapan Reaksi yang terjadi adalah BaS04

+ 3C

----.-

sulfat seperti tertera

pada Gambar

BaS + CO2 + 2CO

13.

(14)

Uap air yang berasal dari pembakaran grafit dan BaS04 akan membeku pad a suhu aseton yang didinginkan pada alat cryocool (-70°C) sedangkan gas CO dan CO2 akan mengalir ke tabung discharge yang tercelup pad a suhu nitrogen cair (-196°C). Oengan mengalirkan arus listrik tegangan tinggi 1,2 kV pad a 2 lempeng platina, maka gas CO akan dioksidasi menjadi gas CO2. Gas CO2 yang diperoleh dikumpulkan ke dalam botol cuplikan dan siap diinjeksikan ke spektrometer massa untuk pengukuran rasio isotop 180/160 [33]. \'9

pompa

pompa

difus;

rotm:,

o

\' I -9: katllp G I -3: pengul,:ur tekanan

TI : Trap I (_700 C) T2: Trap 2 (-196e,C ; 1,2 KV)

G2

reaklor

V2

GI

G3

V?

VI

botol colltoh

11

manometer

T2

Gambar 13. Skema alat alur penyiapan sulfat

3.3.2.3. Penentuan nilai () 180 Penentuan nilai () 180 dalam senyawa sulfat dilakukan dengan pengukuran rasio isotop 180/160 dalam alat spektrometer massa Sira 9 VG Isogas. Rumus yang digunakan adalah [8,35] o 180 (%0) =

(RCliPlikan

-1) xl 03

(15)

R'k

c

18 6PDB

0

0 (%0)

x 1+

= 1000 + + c6sk Si6sk 180 (1000 180

(

)-IJXIO'

(16) (17)

dengan :

R adalah rasio isotop 180/60 cuplikan dan standar kerja COPDB

180

COSk

180

SiOSk

180

SiOPDB

C

180

OSMOW 180:

: nilai 0 180 suatu cuplikan terhadap standar internasional POB : nilai 0 180 cuplikan terhadap standar kerja (gas CO2 dalam tanki) : nilai 0 180 standar internal terhadap standar kerja (gas CO2 dalam tanki) : nilai 0 180 suatu standar internal terhadap POB. Standar internal yang digunakan adalah CaC03. Wallingford carbonate dengan nilai -1,46%0 POB nilai 0 180 suatu cuplikan terhadap standar internasional SMOW

79

ISSN 2087-8079


Pengukuran rasio isotop

180

terhadap

160

dalam spektrometer massa dilakukan

sebanyak 10 kali ulangan secara bergantian antara cuplikan dan standar kerja. Kalibrasi dan uji banding nilai 0 180 terhadap BaS04 DIN 5033 tertera pada lampiran A [36]. Nilai OSMOW 180 dengan 13 kali ulangan pada BaS04 DIN 5033 adalah 11,85 ± 0,33%0. Pengukuran isotop OSMOW 180 dari BaS04 R.1931 yang dilakukan oleh Rafter menunjukkan nilai penyimpangan sebesar 0,29%0 dengan 17 kali ulangan. Nilai penyimpangan sebesar 0,3%0 masih dianggap baik untuk pengukuran isotop 180 dalam senyawa sulfat [19]. Uji banding terhadap nilai 0 180 pad a BaS04 DIN5033 dan PSS-1 dilakukan dengan laboratorium Pinstech (Pakistan Institute of Nuclear Science and Technology) [35,36]. Uji rata-rata nilai 0 180 BaS04 DIN5033 dengan distribusi t- Student dengan tingkat kepercayaan 95%, menunjukkan tidak ada perbedaan nilai 0 180 antara dua laboratorium tersebut [37].

3.3.3.

Analisis 34Sdalam senyawa sulfat dan sulfida

3.3.3.1. Ekstraksi gas S02 Sisa reduksi BaS04 dengan grafit dilarutkan dalam aquades. AgN03 sehingga terbentuk endapan Ag2S. Reaksi yang terjadi, BaS

Filtrat ditambahkan

+ 2 AgN03

(18)

Cuplikan gas H2S dari panasbumi yang telah terlarut dalam NaOH ditambahkan AgN03. Endapan Ag2S yang terbentuk dioksidasi dengan CU20 untuk memperoleh gas S02 menurut metode Robinson-Kusakabe [20]. Sebanyak 20 mg endapan Ag2S dan 60 mg CU20 yang telah digerus halus ditempatkan ke dalam lempeng platina dan kemudian dimasukkan ke dalam reaktor. Cuplikan dipanaskan pada suhu 100°C selama 5 men it dalam alat alur penyiapan sulfida yang telah divakumkan seperti tertera pada Gambar 14. Uap air akan dibekukan pada pipa penjebak I yang tercelup pad a nitrogen cair yang dijaga suhunya pad a -80°C. Suhu penjebak I tetap pada -80°C selama proses pembakaran cuplikan. Cuplikan dibakar pada suhu sekitar 1000°C selama 10 menit untuk melepaskan gas S02. Reaksi yang terjadi adalah (19) Gas yang dihasilkan akan melewati penjebak I untuk pemurnian sedangkan gas S02 akan diendapkan pada pipa penjebak II yang tercelup pada nitrogen cair dan suhunya dijaga pada -135°C. Setelah selesai pembakaran, penjebak II dipanaskan pad a suhu -80°C untuk menguapkan kembali gas S02 dan dialirkan ke botol cuplikan [38]. Gas S02 siap diinjeksikan ke spektrometer massa untuk pengukuran rasio isotop 34SP2S. pompa rotari

14

pirani

12

I II

Ickanan 6

5

7 reaktor 1-6 : tempal eonloh 7-14 : katllp

• o

pendingin

pirani 2

I

4

•o pcndingin

bolol gas S02 2

Gambar 14. Skema a/at a/ur penyiapan sulfida

80

2

pirani 3

Aplikasi isotop Sulfur-34 dan Oksigen-18 dalam Sulfat ... (Ora. Evaristin Puji Indiyati)

3.3.3.2. Penentuan nilai 8 34S Pengukuran rasio isotop 34Sp2S dalam gas S02 dilakukan dengan alat spektrometer massa Delta S. Perhitungan nilai 8 34Ssuatu cuplikan adalah [8,39]

8 34S

(%0)

=

(RWPlikllll

1) xl 03

(20)

R'k

1000+"6,/48 "6cm ""8(%0)= (1000 + "15,,"S x (1+ "6cm " 8 )-1

J'x10

(21)

dengan R adalah rasio isotop 34Sp2S cuplikan dan standar kerja 34S : nilai 8 34Scuplikan terhadap standar internasional COT c8Sk 34S : nilai 8 34Scuplikan terhadap standar kerja (gas S02 dalam tanki) Si8sk 34S : nilai 8 34S standar internal terhadap standar kerja (gas S02 dalam tanki) Si8cDT 34S: nilai 8 34S standar internal terhadap standar internasional COT (Canon Diablo Troilite) c8CDT

Untuk perhitungan nilai 8 34S dari Ag2S J-1 dipergunakan standar internal Ag2S R2268 yang bernilai 3,25%0 COT. Karena jumlah Ag2S R-2268 sangat terbatas maka untuk menghitung nilai 8 34S suatu cuplikan terhadap standar COT digunakan standar internal Ag2S J-1. Kalibrasi dan uji banding nilai 8 34S dalam standar internal Ag2S J-1 seperti tertera pada lampiran B. Hasil kalibrasi standar internal Ag2S J-1 dengan 15 kali ulangan diperoleh nilai rata-rata 8CDT 34S adalah 3,64 ± 0,19%0 [40]. Nilai penyimpangan pengukuran yang disarankan untuk aplikasi isotop sulfur sebagai perunut di lingkungan, hidrogeologi maupun geologi adalah kurang dari 0,2%0 [39]. Uji banding terhadap nilai 8CDT 34Spada Ag2S J-1 dilakukan dengan Institute Geology and Nuclear Sciences - New Zealand [41]. Uji rata-rata nilai 8CDT 34S Ag2S J-1 dan PSS-1 yang dilakukan dengan menggunakan distribusi-t dengan tingkat kepercayaan 95% menunjukkan tidak ada perbedaan nilai 8 34Santara dua laboratorium [37,39]. 3.3.4.

Analisis kadar S042-

Analisis kadar SO/- dilakukan dengan menggunakan metode kekeruhan. Absorbansi larutan diukur dengan alat spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 420 nm [41].

BAB IV HA51L DAN PEMBAHA5AN

4.1.

Aplikasi isotop 345 dan 180 dalam sulfida dan sulfat di lapangan 5umatera

4.1.1.

Penentuan suhu reservoir panasbumi di Sibayak

panasbumi

Tabel 2 memperlihatkan hasil pengukuran nilai 8CDT 34Sdalam senyawa SO/- dan 2S dari tiga periode pengambilan cuplikan. Terlihat bahwa nilai 8CDT 34S dalam S042-dari tiga sumur dalam yaitu SBY-3, SBY-5 dan SBY-6 berkisar 17,14%0 hingga 18,14%0 sedangkan 8CDT 34Sdalam gas H2S berkisar 3,31%0 hingga 4,34%0.

81


Tabel 2. Nilai

OCOT 34S

dalam senyawa

S042-

dan

H2S

ISSN 2087-8079

dari lapangan panasbumi Sibayak

I0,16 Periode 18,52 17,52 17,92 18,02 16,79 18,01 17,70 17,86 17,11 18,13 3,25 0,34 17,14 4,34 4,11 ± 4,22 4,04 4,70 3,41 3,35 3,34 3,73 3,31 0,36±%0 0,31 0,06 348 (80/-) aCDT 348 (H28) %0 8umur produksiaCDT 17,88

Oari data pada Tabel 2 dan perhitungan pad a persamaan (12) dan (13) maka diperoleh nilai fraksinasi (ex) dan perkiraan suhu reservoir seperti tertera pada Tabel 3. Oari ketiga sumur dalam tersebut diperoleh nilai rata-rata suhu reservoir ± 460°C. Perhitungan suhu reservoir yang dilakukan dengan menggunakan geotermometer a 180 dalam kesetimbangan 80/- dan H20 adalah ± 270°C [11]. Perbedaan ini kemungkinan disebabkan oleh perbedaan kedalaman dan kondisi pad a saat terjadi kesetimbangan antara kedua senyawa yang dipakai sebagai geotermometer. Adanya air hujan yang meresap di kedalaman menyebabkan hidrasi gas 802 menjadi asam sulfat dan terjadi kesetimbangan antara 80/- dan H28. Kesetimbangan ini terjadi pad a suhu sekitar 200-450°C dan terjadi pada kedalaman mendekati magma. Hal ini terlihat pad a kemiripan nilai a 348 pada senyawa H28 yang bernilai 3,31%0 hingga 4,34%0 dengan kisaran nilai a 348 pada sulfida magmatik. Kisaran nilai 8 348 pada sulfida magmatik yaitu -4%0 hingga 4%0 atau mendekati nilai a 348 standar troilite (0%0) [21,29]. Kesetimbangan antara senyawa 8042- dan H20 kemungkinan besar terjadi pada kedalaman yang lebih dangkal dan didominasi oleh air. Pada saat fluida bergerak ke atas maka akan berhubungan dengan suhu yang lebih rendah. Oalam hal ini terjadi fraksinasi isotop 180 dan 160 yang berbeda yang mengakibatkan perubahan nilai a 180 dalam H20. Nilai a 180 dalam senyawa sulfat selain dipengaruhi oksigen dari senyawa H20 juga dapat dipengaruhi oleh kontribusi molekul oksigen dari atmosfer dengan nilai a 180 yaitu 23%0 [8]. Pengukuran suhu dengan metode geotermometer isotop 180 dalam kesetimbangan 80/- dan H20 menunjukkan nilai yang hampir sama dengan pengukuran secara langsung dengan peralatan custer (suhu aktual). Pengukuran suhu pada sumur 8BY-3 dengan isotop 180 menunjukkan nilai 251°C sedangkan dengan peralatan custer menunjukkan suhu 260°C [11]. Tabel 3. Perkiraan suhu lapangan panasbumi kesetimbangan 8042- - H28 8umur produksi

4.1.2.

434 479 475 1,014771108 1,013360167 1,013481490 8uhu (0C) Nilai fraksinasi

8ibayak

dengan

geotermometer

348

dalam

(ex)

Penentuan asal f1uida sulfat

Untuk menentukan asal fluida sulfat di lapangan panasbumi dapat dilakukan dengan mengukur nilai a 180 dan a 348 dalam senyawa sulfat. Tabel 4 memperlihatkan hasil pengukuran nilai aSMOW 180 dan aCDT 348 dalam senyawa sulfat dari berbagai manifestasi di permukaan (fumarol, mata air panas dan kawah) dan sumur dalam (reservoir) pad a beberapa

82

Aplikasi isotop Sulfur-34 dan Oksigen-18 da/am Sulfat ... (Ora. Evaristin Puji Indiyati)

lapangan panasbumi di Sumatera. Gambar 15 memperlihatkan sebaran nilai 8 180 terhadap 8 34Sdalam senyawa sulfat dari berberapa cuplikan panasbumi. Berdasarkan nilai 8CDT 34S dari semua cuplikan manifestasi di permukaan dan sumur dalam yang dianalisis , maka dapat dikelompokkan menjadi 3, yaitu (a) cuplikan dengan nilai 8CDT 34Slebih besar 16%0 (b) cuplikan dengan nilai 8CDT 34Smendekati 0%0 (c) cuplikan dengan nilai 8CDT 34Santara 0%0hingga 16%0 Fluida dari sumur dalam (deep well) yaitu SBY 3, SBY 4, SBY 5 dan SBY 6; memperlihatkan kisaran nilai 8CDT 34S yang sempit yakni 16,80%0 hingga 18,13%0. Mata air panas dari Sumurup (8CDT 34S = 18,9%0)juga mempunyai nilai 8CDT 34S mirip dengan sumur dalam SBY. Kelompok (a) ini mempunyai nilai 8CDT 34S sangat kaya (enriched) yang menunjukkan asal fluida dari dalam (deep fluid). Kelompok ini tidak menunjukkan nilai 8CDT 34Ssebesar 21%0 yang mengindikasikan tidak adanya proses percampuran dengan air laut [2,8,21]. Sebagai perbandingan, fluida sulfat dari lapangan panasbumi MahanagdongPhilipina mempunyai nilai 8CDT 34S rata-rata 20%0 [42] sedangkan lapangan panasbumi di Wairakei- New Zealand mempunyai nilai 8CDT 34Srata-rata 23%0 [29] dan sistem panasbumi di Iceland sebagian berasal dari air laut [28]. Proses pengkayaan nilai 8CDT 34S dalam fluida (kelompok a) ini kemungkinan disebabkan oleh reaksi hidrasi gas S02 dari sumber sulfur magmatik menjadi asam sulfat dengan reaksi 4H20 + 4S02

•

H2S + 3H+ + 3HS04-.

(22)

Menurut Ohmoto dan Rye, dalam reaksi ini lebih dari 70% isotop berat e4S) akan terkonsentrasi pada senyawa sulfat (Iebih enriched) dan menyebabkan nilai 8CDT 34S gas H2S menurun (Iebih depleted). Pada suhu 350-3700C, sulfat terbentuk mempunyai nilai 8CDT 34S 17%0 hingga 18%0, dengan asumsi 8 CDT 34S dari gas H2S pad a 0%0. Pada suhu 280°C nilai 8CDT 34S menjadi sekitar 23%0 [43]. Selain hidrasi gas S02, proses pembentukan sulfat dalam sistem reservoir panasbumi dapat juga berasal dari proses oksidasi gas H2S dari magmatik. Dalam kesetimbangan antara S042- dan H2S maka isotop berat 34Sakan terkayakan dalam senyawa sulfat [29]. Dalam sistem reservoir panas bumi Sibayak, nilai 8CDT 34Sdalam gas H2S sebesar 3%0hingga 4%0menghasilkan sulfat dengan rata-rata nilai 8CDT 34Ssebesar 17%0. Dua cuplikan fumarol yakni RDD-7 dan PBT-1 mempunyai nilai 8CDT 34S dalam senyawa sulfat yang hampir sama, yakni berturut-turut -0,15%0 dan 1,8%0 (kelompok b). Nilai tersebut sang at dekat dengan nilai 8CDT 34S dari sulfur magmatik dan standar troilite Canon Diablo yakni 0%0[2,8,21]. Pad a suhu yang sangat tinggi di dalam sumber magma, gas utama yang mengandung sulfur adalah S02 dan H2S. Tampaknya, nilai 8CDT 34S dalam senyawa sulfat pada dua cuplikan fumarol tersebut sangat dipengaruhi oleh komposisi isotop sulfur dalam gas H2S dari magma.

83


Tabel4.

ISSN 2087-8079

Nilai bSMOW 180 dan bCOT 34Sdalam senyawa sulfat di beberapa lapangan panasbumi di Sumatera

WP RNT -3 Kode Samosir-Sumut Lokasi Manifestasi Seulawah-Aceh Kawah Sumur P Pusuk usuk BukitSumut SumutFumarol SLW Kawah RDD-8 14,20 13,90 SBY-3 RDD-7 3,47 14,00 Fumarol SBY-4 SBY-5 18,13 16,80 SBY-6 17,14 SMR PBT -2 17,88 1,80bSMOW SBL-1 18,90 7,20 8,63 5,25 2,10 TSA 2,13 1,42 12,50 -0,15 16,70 2,64 6,60 3,96 -3,07 -3,67 -3,87 7,56 PBT-1 -4,90 4,43 8,67 S R ibayak-Sumut antau Dadap-Sumsel Sibayak-Sumut Dadap -Sumsel -3,77 Semurup-Kerinci-Jambi Tambang Waipanas-Lampung Sawah-Bengkulu Mata air air panas panas Mata b COT34S (S042-) %0 (S042-) %0

180

Komposisi isotop sulfur dalam senyawa sulfat pada delapan cuplikan mata air dan satu kawah memperlihatkan variasi yang lebih luas yakni dari 5,25%0 hingga 14,20%0 (kelompok c). Kelompok ini mempunyai nilai b 34SCOTantara fumarol yang miskin (depleted) dan sumur dalam yang kaya (enriched). Cuplikan manifestasi yang diambil dari mata air panas di permukaan umumnya tidak lagi memperlihatkan komposisi isotop sulfur yang sama dengan reservoirnya. Hal ini kemungkinan disebabkan adanya proses percampuran dengan asam sulfat dalam air tanah dekat permukaan. Asam sulfat ini terjadi dari oksidasi gas H2S pada permukaan sehingga menghasilkan nilai b 34SCOTdalam sulfat yang lebih rendah dari sulfat dalam reservoir [29]. Sumber sulfat terlarut dalam air tanah dapat mempengaruhi komposisi isotop sulfur dalam mata air panas. Selain oksidasi sulfur vulkanik dan gas H2S, sumber sulfat dalam air tanah adalah sulfat dari air hujan dan pelarutan sedimen laut maupun tanah dimana terdapat aktivitas bakteri pereduksi sulfat. Kondisi bervariasi dalam air tanah menyebabkan kisaran nilai bCOT34Syang lebar [22]. 15 25

0 N0a0~ 1005

~ (/)>R

oQ ........• ........::;: .,. CJ)

+sumur dalam

-5 -5

0

-10 20

• mata air panas t,. fumarol • kawah

SLW

•

•

WP

+ 7,86 = 0,7 (r =0,84)

y = -0,58 x R2

o

5 <5

Gambar

10 COT

34S

15. Hubungan nilai

(SOl-)

15

20

%0

6CDT 34 S dan 6SMOW 180 da/am sulfat dari lapangan panasbumi di Sumatera.

84

25

Ap/ikasi isotop Sulfur-34 dan Oksigen-18 da/am Sulfat ... (Ora. Evaristin Puji /ndiyati)

Persamaan percampuran antara dua air yang mempunyai senyawa sulfat berbeda komposisi isotopnya dinyatakan dengan

x83~a

+ (1- X)83~h

=834S

(23)

X8180(/

+ (1- X)8180h

=8180

(24)

dengan a dan b adalah dua larutan, x dan (1-x) adalah fraksi mol dua larutan tersebut dan

834S dan 8180 adalah nilai terukur. Jika persamaan (24) dibagi (23) maka menjadi 8180-8180 ____

h

83~ _834S h

=

8180

(/

-8180 h

83~ _834S (/

=C

(25)

h

dengan C adalah konstanta. Persamaan (25) dapat ditulis sebagai

8180 = C83~ - C834Sh

(26)

+8180h

Karena C83~h +8180h adalah konstant maka plot antara nilai b 34S versus b 180 adalah linear [7]. Pada Gambar 15 memperlihatkan hubungan bCDT 34S terhadap bSMOW 180 pad a beberapa cuplikan sulfat dari lapangan panasbumi di Sumatera. Variasi nilai bCDT 34S dan bSMOW 180 dalam sulfat di atmosfer diadopsi dari Clark [8]. Hubungan tersebut linear dengan korelasi sebesar 0,84 (R2=0.7) dengan persamaan garis sebagai berikut bSMOW 180 = -0,58 bCDT 34S + 7,86 dengan pengecualian titik SLW. Titik data pada mata air panas tersebut umumnya tersebar pada garis percampuran yang mengarah pada dua sumber sulfat yang berbeda. Sumber sulfat dengan nilai bCDT 34S yang terkayakan yaitu reservoir SBY dan sumber sulfat lain dengan nilai bCDT 34S yang termiskinkan yaitu dari fumarol menjadi sumber utama percampuran yang membentuk senyawa sulfat pada mata air panas. Nilai bSMOW 180 pada senyawa sulfat dipengaruhi oleh nilai bSMOW 180 (H20) dan b 180 (02) atmosfer, yakni 23%0 [8]. Pada Gambar 15 tampak bahwa nilai bSMOW 180 (SO/') dari reservoir SBY lebih miskin (depleted) bila dibandingkan dengan bSMOW 180 (SO/) pada fumarol. Nilai bSMOW 180 (S042') yang bernilai rata-rata -3,6%0 pada SBY menunjukkan pengaruh nilai b SMOW 180 (H20) pada air hujan yang meresap bernilai negatif sekitar -9,160/00 [9]. Selama oksidasi sulfida ataupun sulfur unsur maka oksigen dari H20 terlibat dalam pembentukkan sulfat [8]. Perbedaan nilai tersebut lebih disebabkan oleh adanya faktor pendidihan di reservoir, pemisahan uap atau adanya pertukaran isotop oksigen dengan batuan (oxygen shift) karena pengaruh suhu yang tinggi [15]. Cuplikan senyawa sulfat dari fumarol (RDD-7 dan PBT-1) dan mata air panas SLW mempunyai nilai bSMOW 180 yang sangat tinggi. Keadaan ini mencerminkan bahwa atom oksigen yang mengoksidasi gas H2S menjadi senyawa sulfat berasal dari permukaan atau dari kesetimbangan dangkal (shallow equilibrium). Mata air panas SMR, TSA dan WP yang bersifat mata air panas didih atmosfer (boiling spring) mempunyai nilai bSMOW 180 yang rendah dan nilai bCDT 34S yang tinggi. Keadaan ini menunjukkan bahwa pembentukan sulfat berasal dari fluida reservoir yang naik ke permukaan tanpa mengalami percampuran dengan air meteorik (air hujan). Fluida ini terbentuk pad a suhu reservoir dimana mineral dan isotop berada pada kesetimbangan di kedalaman (deep equilibrium). Berdasarkan perhitungan geotermometer kimia (yaitu T Na.K, T Na.K.Ca, T Na-li dan T K-Mg) dan isotop 180 pada kesetimbangan antara senyawa S042- dan H20, cuplikan mata air panas TSA dan WP menunjukkan suhu 210°C hingga 240°C. Kedua mata air panas ini juga mempunyai kandungan ental pi yang tinggi sehingga diperkirakan layak untuk dieksplorasi lebih lanjut [44]. Tampak bahwa nilai bSMOW 180 (02) dari atmosfer lebih berpengaruh pad a nilai bSMOW 180 (S042) pada kebanyakan cuplikan manifestasi daripada cuplikan reservoir. Hal ini disebabkan berkurangnya suhu pada permukaan dan adanya hubungan dengan atmosfer. Pertukaran isotop oksigen dalam senyawa S042- dengan H20 pada umumnya berjalan sangat lambat pada suhu air tanah normal, kondisi alkali atau netral [8,15]. Pertukaran isotop oksigen pada fluida geothermal dapat berlangsung lebih cepat pada pH asam dan semakin menin~kat pad a pH di bawah 3. Pad a konsentrasi asam sulfat dan bisulfat tinggi, pertukaran isotop 80 berlangsung melalui reaksi dehidrasi/hidrasi berikut ini [8]: S042- + 2H+ .••

•

HS04' + H+ .••

•

85

H2S04",

•

S03 + H20

(27)


4.2.

ISSN 2087-8079

Aplikasi isotop 345 dan 180 dalam sulfat pada air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang

Tabel5.

Oata lokasi, kedalaman sumur dan konsentrasi sulfat lindi dan air sungai di sekitar TPA Bantar Gebang

pada air tanah dangkal, air

As-41 As-35 As-29 As-36 As-37 IPAS As-11 Area 18,64 TP A Rahayu As-40 Ak-6 As-21 Rt04/Rw04 12 Os. Cikiwul Rt.04/Rw06 24 25 15 13 Kedalaman 6 6,10 4,63 4,58 3,64 3,92 6,95 5,75 6,48 80,95 Gg. Mesjid Os. Sumur Batu PT.Gayane Koper Ciketing PU-Os Garment Udik Sumur Rt02/Rw05 Batu Sam ppm pel Sungai Os.Taman Ciketing hilirLokasi Rt02/Rw05 (b), Utara permukaan TPA No Kode [S042.] Rumah seb. Jembatan Ciketing (m)

Tabel6.

No

1

Nilai 8SMOW 180 dan 8CDT 34S dalam SO/·, 8SMOW 180 dalam H20 pada air lindi, air sungai dan air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang 18 • As-40 As-41 As-37 Ak-6 As-35 As-21 As-36 As-11 As-29 IPAS 1 pel -4,87 -7,11 -6,46 -5,89 11,65 4,79 4,25 3,92 9,31 7,02 9,29 5 ,30(S042') -6,15 -6,61 -5,67 -6,42 -6,36 5,06 6,66 8,26 8,80 9,30 9,79 -3,59 6,46 4,40 6,39 4,32 Kode Sam 8,87 8 SMOW 8CDT 180 34S(S042') %0

%0

Pad a penelitian ini dianalisis delapan cuplikan air tanah dangkal, satu cuplikan air lindi dan satu cuplikan air sungai Ciketing. Oata lokasi, kedalaman dan konsentrasi sulfat tertera pad a Tabel 5 sedangkan data isotop 8SMOW 180 dan 8CDT 34S dalam senyawa SO/tertera pada Tabel 6. Oata 8SMOW 180 dalam H20 (*) juga dicantumkan dalam tabel tersebut yang diambil dari Syafalni pad a lokasi dan waktu pengambilan cuplikan yang sama [45]. 4.2.1. Sumber sulfur dalam sulfat pada air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang Pad a umumnya kandungan sulfat dalam air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang berkisar 3,64 ppm hingga 8,64 ppm sedangkan kandungan sulfat pada air lindi (IPAS 1) lebih tinggi yakni 80,95 ppm. Tingginya kandungan sulfat ini kemungkinan disebabkan oleh tingginya kandungan senyawa sulfur terreduksi seperti H2S, S02. S dan sulfida logam atau sulfida organik yang dapat dioksidasi menjadi sulfat [17]. Kandungan bakteri pengoksidasi sulfur juga turut meningkatkan kandungan sulfat. Bakteri ini berlaku sebagai katalis dalam reaksi oksidasi pyrit berikut [8] FeS2 + 3 %02 + H20

-----.

FeS2 + 14 Fe3++ 8 H20 Fe2+ +

%02 +

H+

Fe2+ + 2S0/'

--+ •

+ 2H+

15 Fe2+ + 2S0/' Fe3+ + % H20

Thiobacillus thiooxidans. + 16H+ abiological.

Thiobacillus ferrooxidans.

Gambar 16 memperlihatkan sebaran nilai 8SMOW 180 dan air tanah dangkal, air lindi dan air sungai Ciketing. Terlihat bahwa

86

8CDT 8CDT

(28) (29) (30)

34S dalam SO/· pada 34S pad a air lindi lebih

Ap/ikasi isotop Su/fur-34 dan Oksigen-18 da/am Su/fat ... (Ora. Evaristin Puji /ndiyati)

enriched dengan nilai 8,87%0 daripada kelompok air tanah yang berkisar 3,92%0hingga 6,66%0. Hal ini disebabkan oleh kondisi badan air yang lebih stagnant dan tingginya kandungan bahan-bahan organik pad a kolam IPA8-1. Kondisi ini mengakibatkan berkurangnya kandungan oksigen terlarut sehingga pertumbuhan bakteri pereduksi sulfat lebih cepat. 12 I

~ ?f?::;; 0

N----

00~0

(,Q (/)

~

•

o

48 10 26

0

2

4

6 DCDT

• air tanah • air lindi • air sungai

• •

8

10

12

14

348 (8042-) %0

Gambar 16. Sebaran nilai 6CDT J4S dan 6SMOW 1<10 da/am sulfat pada air tanah dangka/ di sekitar TPA Bantar Gebang Bakteri seperti Desulfovibrio dan Desulfatomaculum mengendalikan reduksi sulfat dengan memutuskan ikatan 8---0, dimana ikatan 328 0 lebih mudah putus daripada ikatan 348 0. Gas H28 pertama yang terbentuk akan lebih kaya 328 dibandingkan dengan sulfat residu. Fraksinasi isotop yang terjadi adalah 32804 (aq) + H2348 (g).

~

34804(aq) + H2328 (g).

(31)

Reaksi reduksi sulfat dan fraksinasi isotop sulfur berlangsung terus menerus hingga kolam teracuni oleh gas H28 dan mengakibatkan residu sulfat semakin enriched dalam isotop 348 [2]. Nilai DCDT 348 dalam senyawa sulfat pada air sungai Ciketing memperlihatkan nilai lebih tinggi yakni 11,65%0. Proses percampuran antara air lindi dengan berbagai sumber sulfat antara lain limbah industri, pupuk sulfat dan pelarutan batuan sulfur turut mempengaruhi tingginya nilai DCDT 348 pada air sungai Ciketing. Berdasarkan fungsinya desa Bantar Gebang diperuntukan sebagai jalur industri yang kemungkinan membuang limbahnya ke kali Ciketing [17]. Gambar 16 juga menunjukkan bahwa sulfat pad a air lindi mung kin bukan penyumbang yang sangat dominan terhadap sumber sulfat air tanah dangkal di sekitar TPA karena terletak pada kelompok yang terpisah dengan air tanah. Tetapi kenyataan ini perlu ditinjau lebih mendalam lagi karena suatu sumber sulfat dalam sistem air tanah dapat mengalami proses distribusi atau percampuran dengan sumber lain. Proses percampuran 2 sumber (misal A dan B) mengikuti kesetimbangan isotop [21] (32) dengan CA dan Ca adalah konsentrasi dua sumber yakni sumber A dan B, masing-masing mempunyai komposisi isotop sulfur 6 A dan 6a. C adalah konsentrasi sulfat dari titik pengamatan. Karena Ca = C-CA maka persamaan tersebut ditulis (33)

87


ISSN 2087-8079

Apabila dibuat garis linear maka

(34)

6 = (kons~anta) + 6B

Gambar 17 menunjukkan sebaran nilai OCDT 34S (SO/-) terhadap 1/[konsentrasi sulfat] untuk air tanah, air kali dan air lindi sekitar TPA Bantar Gebang. Mengacu pada persamaan (34), maka diperoleh persamaan garis linear air tanah dangkal dari kedua parameter tersebut adalah

2uCDT s:

345(504

_ )_~

-17,135 + 8,401 L0L14

(35)

J

dengan korelasi sebesar 0,85 (R2 = 0,72). Apabila garis percampuran tersebut diperpanjang maka tampaknya garis tersebut mengarah ke nilai OCDT 34S (SO/-) pada air lindi yakni 8,865%0. Hal ini mengindikasikan adanya kontribusi sulfat dari air lindi terhadap sulfat air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang. Adanya indikasi percampuran sulfat air lindi pada kandungan sulfat air tanah dangkal sekitar TPA Bantar Gebang mendukung kesimpulan yang diambil oleh Syafalni. Dalam penelitian tersebut digunakan parameter kandungan isotop 180 dan 2H (dalam H20), hidrokimia dan nitrat [45].

a ..-.

g~ I-

J

2012

0

Cf)

N'" ..•.

I.

8 ]4 0.] 610 • air lindi

0 4

• air tanah

•

•

• air sungai

• y = -17,14x + 8,40 R2 = 0,72 (r = 0,85)

0.2

0.3

1/[SO/-]

0.4

0.5

0.6

1/ppm

Gambar 17. Hubungan nilai 6CDT 34S da/am sulfat terhadap 1/[konsentrasi sulfat] pada air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang

4.2.2.

Sumber oksigen Gebang

dalam sulfat pada air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar

Gambar 18 menunjukkan grafik hubungan OSMOW 180 (SO/-) terhadap OSMOW 180 (H20) pada air tanah dangkal, air lindi dan air kali di sekitar TPA. Pada gambar tersebut memperlihatkan nilai 0 180 (H20) pada air sampah dan air kali lebih terkayakan daripada air tanah. Ini menunjukkan proses evaporasi yang lebih besar terjadi pad a sistem terbuka seperti kolam air sampah dan air kali yang cenderung stagnant. Bila dilihat titik-titik data pada air tanah terdapat selang 1,44%0 untuk nilai 0 180 (H20) dan 2,77%0 untuk nilai 0 180 (SO/). Agaknya data tersebut selain bergerak ke arah vertikal juga sedikit ke horizontal.

88

Ap/ikasi isotop Su/fur-34 dan Oksigen-18 da/am Su/fat ... (Ora. Evaristin Puji /ndiyati)

Pergerakkan vertikal menunjukkan terjadinya proses reduksi senyawa sulfat yang diikuti oleh percampuran dengan proses oksidasi senyawa sulfida. Pergerakan horizontal menunjukkan adanya proses dilusi air meteorik (misal air hujan) atau proses evaporasi [7, 8,15]. Gambar 18 juga dicantumkan persentase molekul H20 yang terlibat dalam reaksi oksidasi sulfida. 8eperti diketahui bahwa untuk pembentukan senyawa sulfat diperlukan oksigen untuk proses oksidasi senyawa sulfida. Oksigen tersebut dapat berasal dari atmosfer, molekul H20 atau campuran keduanya. Apabila dilihat pada sebaran air tanah pada Gambar 18, maka sekitar 0-25% molekul H20 menyumbangkan oksigennya untuk pembentukan senyawa sulfat pada air tanah tersebut. 8isanya sebesar 100-75% adalah berasal dari oksigen atmosfer. Pada kebanyakan kasus, diprediksikan bahwa kontribusi oksigen dari H20 untuk proses oksidasi senyawa sulfida adalah kurang dari 25% untuk kondisi tak jenuh seperti air tanah dangkal sedangkan pad a kondisi jenuh dan abiotik maka kontribusi H20 bisa mencapai 35%-100% [8]. Pad a air lindi terlihat persentase H20 yang terlibat dalam reaksi oksidasi sulfida untuk pembentukan sulfat lebih tinggi daripada air tanah. 8ekitar 40% molekul oksigen dari H20 terlibat dalam reaksi tersebut sedangkan 60% adalah berasal dari oksigen pada molekul O2 atmosfer. Hal ini mengindikasikan kondisi yang lebih jenuh pada air lindi daripada air tanah sekitarnya. Tingginya kandungan bakteri pengoksidasi sulfida (misal T. ferrooxidans) dan logam be rat (Fe, Pb, Hg, Ag) juga dapat mengakibatkan penurunan nilai b 180 (80/) seperti yang terjadi pada air lindi [7,8]. Adanya percampuran antara H20 dan O2 atmosfer dalam reaksi oksidasi sulfida pada air lindi dan air tanah sekitar TPA Bantar Gebang menunjukkan bahwa reaksi pertama (28) di atas adalah yang utama dalam pembentukan sulfat. Apabila reaksi kedua (29) yang terjadi maka nilai b 180 (80/-) akan sama dengan nilai b 180 (H20). 30

20

25% 50% 75% 100%

.air

tanah

.air

lindi

_air sungai -30 -30

-25

-20

-15 bSMOW

-10 180

-5

o

5

(H20) %,

Gambar 18. Nilai 5180 da/am sulfat dan air pada air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang menurut persentase H20 dalam reaksi oksidasi sulfida

89

10


BAB V KESIMPULAN

5.1.

ISSN 2087-8079

DAN SARAN

Kesimpulan

Aplikasi isotop 34S dalam kesetimbangan SO/- dan H2S dari lapangan panasbumi Sibayak memberikan suhu reservoir sekitar 434°C - 479°C yang menunjukkan bahwa salah satu persyaratan sebagai pembangkit tenaga listrik telah terpenuhi. Sebaran nilai OCDT 34S dan OSMOW 180 dalam senyawa sulfat pada cuplikan mata air panas di Sumatera menunjukkan adanya percampuran sulfat dari fumarol dan reservoir panas bumi. Nilai OCDT 34S yang rendah pad a sulfat fumarol dipengaruhi oleh komposisi isotop sulfur dalam gas H2S dari magma. Nilai OCDT 34S yang tinggi dalam senyawa sulfat pada reservoir Sibayak menunjukkan kemungkinan adanya proses hidrasi gas S02 dan oksidasi H2S dari magma. Sulfat pada mata air panas Tambang Sawah (TSA) di Bengkulu, Waipanas di Lampung (WP) dan Semurup (SMR) di Jambi berasal dari fluida dalam (deep fluid). Diperkirakan mata air panas TSA dan WP layak untuk dieksplorasi lebih lanjut. Berdasarkan sebaran nilai kandungan sulfat dan OCDT 34S, air lindi telah turut menyumbang sulfat ke dalam air tanah dangkal sekitar Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Bantar Gebang - Bekasi. Kondisi yang lebih jenuh pada air lindi daripada air tanah diindikasikan oleh penurunan nilai OSMOW 180 dalam senyawa sulfat. Penurunan nilai OSMOW 180 dalam sulfat pada air lindi kemungkinan dipengaruhi oleh tingginya kandungan logam berat dan bakteri pengoksidasi sulfida.

5.2.

Saran

Di samping geotermometer isotop 34S, perlu digunakan geotermometer lain seperti isotop 13C, 180, 2H, anion-kation dan gas dalam pemantauan suhu reservoir panasbumi. Dalam pengambilan contoh senyawa sulfat dari sumur dalam, perlu dihindarkan kontaminasi dengan sumber sulfat dari permukaan atau formasi lain. Selain parameter kimia air dan isotop 34S, 180 dan 2H seperti yang telah dilakukan, perlu adanya monitoring isotop lain seperti 13C, 15Ndan 37CI untuk identifikasi air lindi dalam air tanah. Untuk memperbaiki kualitas air lindi, sistem sanitary landfill yang diterapkan di TPA sebaiknya diganti dengan sistem aerobic landfill atau semi-arobic landfill. Dalam setiap pembangunan TPA hendaknya setiap sistem dalam sanitary landfill, terutama pemantuan gas dan air tanah, dapat berfungsi dengan baik sehingga kasus pencemaran air tanah dan kebakaran dapat dihindarkan.

DAFT AR PUST AKA

[1] [2] [3]

[4] [5] [6]

[7]

[8]

THODE, H.G., MONSTER, J., DUNFORD,B., Sulphur isotope geochemistry, Geochim cosmochim Acta 25 (1961) 159. HOEFS, J., Stable isotope geochemistry, 2nd edition, Springer-Verlag (1980) 43. SCHROLL, E., PAK, E., Studies on sulphur isotope variations in nature: Sulphur isotopes in the water of lake Neusiedl-Austria, Proc. of an advisory group meeting 1985, Vienna IAEA (1987),15-18. JOHNSON CT., 34S and 180 of groundwater sulphate in a multiaquifer system, Kitchener-Waterloo, Ontario, Prepared for ESC-Dr. T.W.D. Edwards (1994). LONGINELLI, A., CORECCI ., Isotopic abundance of oxygen and sulphur in sulfate ion from river water, Earth and Planet Science Letters 7 (1970) 376-380. ROBINSON, B.W., SHEPPARD, D.S., A chemical and isotopic study of Tokaanu Waihi Geothermal area - New Zealand, Journal of Volcanology and Geothermal Research 27 (1986) 135-151. KROUSE, HR, Studies on sulphur isotope variations in nature: Relationship between the sulphur and oxygen isotope composition of dissolved sulphate, Proc. of an advisory group meeting 1985, Vienna IAEA (1987) 19-29. CLARK, 1.0., FRITZ, P., Environmental isotopes in hydrogeology: groundwater quality, Boca Raton - New York Lewis publishers (1997).

90

Aplikasi isotop $ulfur-34 dan Oksigen-18 dalam $ulfat. .. (Ora. Evaristin Puji Indiyati)

[9]

ABIDIN, Z., ALlP, NENENG., RISTIN, P.I., FAUZI A (2005), Use of isotope techniques to trace the origin of acidic fluids in geothermal systems: Environmental isotopes of geothermal fluids in Sibayak geothermal field, IAEA-TECDOC-1448, Vienna IAEA (2005) 37 -60.

[10] ABIDIN, Z., WANDOWO., INDROJONO., ALlP., DJIONO., RISTIN, P.I., Kamojang overview and geotermometer study, Advisory group meeting on isotope applications in geothermal energy development AG-909, Vienna IAEA(1995). [11] ABIDIN, Z., WANDOWO., RISTIN, P.I., DJIONO., ALlP., Karakterisasi panasbumi di daerah Sumatera dan Sulawesi Utara dengan menggunakan geotermometer TI80S04_H20, Risalah Pertemuan IImiah Apisora, BATAN (1998) 65-71. [12] RISTIN PUJIINDIYATI, E., SYAFALNI., Study of sulphate origin in shallow groundwater in the vicinity of Bantar Gebang landfill using sulphur-34 and oxygen-18, Atom Indonesia 33 (2007) 117-127. [13] NENENG, L., Kajian asal-usul senyawa sulfat yang mengandung 180 dan 34Sdi Ciliwung pada musim hujan, Skripsi S1, Kimia-FMIPA Universitas Nusa Bangsa (2003). [14] RISTIN PUJIINDIYATI, E., ABIDIN, Z., MELLAWATI,J., SIDAURUK, P., NENENG, L.R, Penentuan nilai c5 34 S dalam pupuk dan aplikasinya untuk menentukan sumber sulfur pada air tanah Kampung Loji - Karawang, Risalah pertemuan ilmiah Apisora, BATAN (2001) 75-80. [15] IAEA, Stable isotope hydrology, Deuterium and oxygen-18 in water cycle: Geothermal waters, ed. Gat, J.R, Gonfiantini, R, Technical Report Series No. 210, International Atomic Energy Agency (1981) 103,241 [16] ARNORSSON, S., Isotopic and chemical techniques in geothermal exploration, development and use: Assesment of reservoir fluid composition from wet steam well data, International Atomic Energy Agency (2000), 103 [17] NORIKO, N., Tinjauan ekologis tempat pemusnahan akhir Bantar Gebang Bekasi, http://tumoutou.net/6_sem2_023/nita_noriko.html(2003 ) [18] MATAHELUMUAL, B.C., Penentuan status mutu air dengan sistem STORET di Kecamatan Bantar Gebang., Jurnal Geologi Indonesia, Vo1.2, No.2, Juni 2007; 113-118 [19] RAFTER, T.A., A method for the extraction of oxygen and its quantitative conversion to carbon dioxide for isotope radiation measurements, New Zealand Journal of Science 10 (1967) 493. [20] ROBINSON, B.W., KUSAKABE, M., Quantitative preparation of sulfur dioxide for 34Sf2S analysis from sulfides by combustion with cuprous oxide, Analytical Chemistry 47 (1975) 1179-1181. [21] KROUSE, H.R, Handbook of environmental isotope geochemistry: sulphur isotopes in our environment, ed. Fritz, P and Fontes, C.H, Amsterdam Elsevier, vol.1 (1980) 435. [22] PEARSON, F.J., RIGHTMIRE, CT, Handbook of environmental isotope geochemistry: sulphur and oxygen isotopes in aquifers sulphur compounds, ed. Fritz, P and Fontes, C.H, Amsterdam Elsevier, vol.1 (1980) 227. [23] MARINI, L., Geochemical Techniques for Exploration and Exploitation of Geothermal Energy, Dipartimento per 10 Studio del Territorio e delle sue Risorse, Universita degli Studi, Geneva, Italy (2000). [24] SUPRIYANTO, Catatan kuliah Panasbumi: reservoir, manifestasi, magma., http://taman.blogsome.com/category/panas-bumi/[30 Oktober, 2006] (2006). [25] HOCHSTEIN, M.P., SUDARMAN, S., Geothermal resources of Sumatra, Geothermics 22 (1993) 181-200. [26] DARDIRI, Kenali bumi kita: Lapangan panasbumi Sibayak, http://dardiri.com/?p=2 [19 Maret 2008] (2008). [27] SINAR HARAPAN, Semua panas bumi Pertamina berproduksi tahun 2010, http://www.sinarharapan.co.id/berita/0705/04/eko06.html(2007). [28] MOOK, W.G., MEBUS, G., Environmental isotopes in hydrological cycle: Groundwatersaturated and unsaturated zone, Vol. IV, IAEA-UNESCO, Paris (2000) 80. [29] ROBINSON, B.W., Studies on sulphur isotope variations in nature:Sulphur and sulphate-oxygen isotopes in New Zealand Geothermal system and volcanic discharges, Proc. of an advisory group meeting 1985, Vienna IAEA (1987), 31-48. [30] BAPEDA DKI JAKARTA, Rencana pola pengelolaan sampah, http://bappedajakarta.go.idlimages/prediksisampahbig. gif (diakses 2008). [31] KEMENTRIAN NEGARA LlNGKUNGAN HIDUP, The roll of landfill, http:// www.menlh.go.id.lapec_vc/osaka/eastjava/wst_mng_en/page2.html( diakses 2008).

91


ISSN 2087-8079

[32] GIGGENBACH,W.F., GOGUEL,R.L., Collection and analysis of geothermal and volcanic water and gas discharges, fourth edition, Chemistry Division-Department of Scientific and Industrial Research Petone, New Zealand (1989). [33] INSTITUTE OF GEOLOGICAL & NUCLEAR SCIENCES, Laboratory manual: Sulphate line and ion exchange techniques, Wairakei Research Centre (1995). [34] HEEMSKERK, AR, Technical procedure 30.0: Pretreatment of sulphate and sulphides, Environmental isotope laboratory department of earth sciences University of Waterloo (1994). [35] SAJJAD, M.I., QURESHI, RM., LATIF, Z., AHMED, M., TASNEEM, MA, Oxygen isotope analysis of sulfates, Pakistan Institute of Nuclear Science & Technology (1995). [36] RISTIN PUJIINDIYATI, E., SIDAURUK, P., WIBAGYO., DJIONO., SATRIO., Penentuan nilai rasio isotop oksigen (80;160) dan sulfur (4s12s) dari BaS04 DIN 5033 (Merck) untuk standar internal, Risalah pertemuan ilmiah Apisora, BAT AN (2000) 225-228. [37] SUPRANTO, J., Statistik: Teori dan aplikasi., Jilid 2, edisi keenam, Penerbit Erlangga (2001 ). [38] SCIENTIFIC SOLUTIONS LTD., Laboratory manual: Sulphur isotope system, Lower Hutt- New Zealand (1995). [39] SAJJAD, M.I., LATIF, Z., All, M., QURESHI, RM., TASNEEM, MA, AHMED, M., Fabrication of S02 preparation system and calibration of Pinstech sulfur standard for 34SPS mass spectrometric analysis, Pakistan Institute of Nuclear Science & Technology (1994). [40] RISTIN PUJIINDIYATI, E., ABIDIN, Z., DJIONO., Penentuan rasio isotop 34SPS standar kerja J-1 dengan spektrometer massa, Metode pengujian sulfat dalam air dengan alat [41] STANDAR NASIONAL INDONESIA, spektrofotometer (06-2426-1991)., Badan Standarisasi Nasional (1991). N.D., PARILLA, E.V., MARTINEZ, M.M., Acid fluids in Tongonon, [42] SALONGA, Mahanagdong and Alto Peak geothermal fields, Leyte, Philipines, Proceedings, IAEA regional group training on isotope geochemistry for exploration of geothermal energy resources, Manila (1997). [43] OHMOTO, H., RYE, RO., Geochemistry of hydrothermal ore deposits: Isotopes of sulphur and carbon, ed. Barnes, 2nd edition, John Wiley and Sons, New York (1979) 509567. INDROJONO, DJIONO., RISTIN, E., Penentuan suhu [44] ZAINAL A, WANDOWO., reservoir panasbumi dengan metode geotermometer isotop., Risalah pertemuan ilmiah Apisora, BATAN (1996) 147-153. [45] SYAFALNI., SRI SAENI, M., HARDJOAMIDJOJO, S., PAWITAN, H., Metode isotop alam untuk studi migrasi polutan nitrat dalam air tanah dangkal Tempat Pembuangan Akhir(TPA) Bantar Gebang-Bekasi, Majalah BATAN.35 (2002) 73-87.

92

APLIKASIISOTOP SULFUR-34 DAN OKSIGEN-18 DALAM SULFAT UNTUK STUDI PANAS BUMI DAN AIR TANAH

Recommend Documents