PENENTUAN JENIS MATERIAL BAWAH PERMUKAAN TEMPAT PEMBUANGAN AKHIR (TPA) ASHBATUBARA DENGAN METODE GEOLISTRIK KONFIGURASI WENNER - SCHLUMBERGER DI DESA NAULI I KABUPATEN TAPANULI TENGAH.
PENENTUAN JENIS MATERIAL BAWAH PERMUKAAN TEMPAT
PEMBUANGAN AKHIR (TPA) ASH BATUBARA DENGAN METODE
GEOLISTRIK KONFIGURASI WENNER-SCHLUMBERGER
DI DESA NAULI I KABUPATEN TAPANULI TENGAH
Oleh
Heryanto Romario Sihite
NIM. 4123240014
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Sain
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2016
i
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 15 Februari 1994 di Onanhasang,
Kecamatan Pahae Julu, Kabupaten Tapanuli Utara dari keluarga Cipto Sihite
(Ayah) dan E. br. Sitompul (Ibu). Penulis merupakan anak ketiga dari tujuh
bersaudara. Pada tahun 2000 penulis masuk SDN 175753 Onanhasang, dan lulus
pada tahun 2006. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan sekolah menengah
pertama di SMPN 1 Pahae Julu dan lulus pada tahun 2009. Tahun 2009 penulis
melanjutkan pendidikan sekolah menegah atas di SMA Santa Maria Tarutung,
Kabupaten Tapanuli Utara dan lulus pada tahun 2012, pada tahun 2012 penulis
dinyatakan diterima di Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan (UNIMED) melalui jalur tulis
Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi (SNMPTN) dan dinyatakan lulus ujian
Mempertahankan Skripsi pada tanggal 21 Juni 2016.
iii
PENENTUAN JENIS MATERIAL BAWAH PERMUKAAN TEMPAT
PEMBUANGAN AKHIR (TPA) ASH BATUBARA DENGAN METODE
GEOLISTRIK KONFIGURASI WENNER - SCHLUMBERGER
DI DESA NAULI I KABUPATEN TAPANULI TENGAH
Heryanto Romario Sihite (4123240014)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian Penentuan Jenis Material Bawah Permukaan
Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Ash Batubara Dengan Metode Geolistrik
Konfigurasi Wenner-Schlumberger Di Desa Nauli I Kabupaten Tapanuli Tengah.
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai resistivitas jenis material bawah
permukaan, mengetahui struktur perlapisan bawah permukaan dan mengetahui
kuantitas kandungan logam berat dari ash batubara di daerah penelitian dengan uji
XRD.
Penelitian dilakukan dengan mengukur nilai hambatan jenis tanah di lima
lintasan pengukuran dengan alat geolistrik resistivity meter dengan 32 elektroda
arus dan spasi antar elektroda 5 meter. Data geolistrik setiap lintasan di
interpretasikan dalam bentuk peta penampang 2-Dimensi (pseudepth section)
dengan software Res2Dinv. Sampel Ash batubara dari empat titik pengambilan
data dikarakterisasi dengan alat XRD untuk mengetahui kuantitas kandungan
logam beratnya.
Hasil analisis material penyusun bawah permukaan bumi menyimpulkan
bahwa jenis material bawah permukaan di lokasi penelitian didominasi lapisan
tanah lempung (0.78 – 66.45
an lapisan alluvium (78.35 – 162
Lapisan tanah lempung bersifat tidak larut dalam air dan bersifat adsorben (dapat
mengikat logam), sehingga kecil kemungkinan terjadi sebaran logam dari coal ash
area ke arah laut. Hasil uji karakterisasi mineral coal ash dengan alat X-Ray
Diffraction (XRD), panjang gelombang Cu-Ka1 = 1,540600 Å = 0,154060 nm,
diketahui komposisi logam coal ash yang diuji adalah Kromium (Cr), Tembaga
(Cu), Timbal (Pb) dan Besi (Fe). Kandungan logam Kromium (Cr) lebih
mendominasi dibandingkan logam Tembaga (Cu), Timbal (Pb) dan Besi (Fe)
dengan kuantitas rata-rata Cr = 38.95 %. Persentase kuantitas rata-rata kandungan
logam terbesar sampai terendah adalah : Cr = 38.95 %; Cu = 23.35 %; Fe = 19.77
% dan Pb = 10.32 %.
Kata Kunci: geolistrik, resistivitas, coal ash, Wenner-Schlumberger
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan karunia-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini sesuai dengan waktu yang
direncanakan. Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah metode geolistrik,
dengan judul “Penentuan Jenis Material Bawah Permukaan Tempat Pembuangan
Akhir (TPA) Ash Batubara Dengan Metode Geolistrik Konfigurasi WennerSchlumberger di Desa Nauli I Kabupaten Tapanuli Tengah”. Penelitian telah
dilakukan mulai bulan Februari 2016 sampai dengan Mei 2016.
Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang
terdalam kepada orang-orang membantu dalam penyusunan skripsi ini. Ungkapan
terimakasih yang terdalam untuk keluargaku yang telah mendoakan, mendukung
dan memberi semangat yang luar biasa, buat Ayahanda yang sangat kuhormati,
dan Ibunda yang sangat kusayangi, abangku Julfren Sihite dan Bryan Sihite, adekadekku Meilina Sihite, Jepri Sihite, Kristina Sihite dan si pudan Krisman Sihite.
Penghargaan dan ucapan terimakasih yang setinggi-tingginya kepada Bapak Dr.
Rahmatsyah, M.Si. selaku dosen pembimbing skripsi dan Ibu Dr. Rita Juliani,
M.Si yang sangat banyak memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis
selama proses penelitian hingga sekarang untuk mendukung penulis untuk
mencapai kesuksesan kelak, serta Bapak Drs. Juniar Hutahaean, M.Si, Bapak Drs.
Rappel Situmorang, M.Si, dan Bapak Drs. Pintor Simamora, M.Si selaku Dosen
Penguji I, II dan III yang telah banyak memberikan saran dan kritikan demi
penyempurnaan skripsi ini. Bapak Dr. Karya Sinulingga, M.Si selaku Dosen
Penasehat Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan, motivasi dan
pengarahan. Di samping itu, Dr. Asrin Lubis, M.Pd, selaku Dekan FMIPA
UNIMED, Bapak Alkhafi Maas Siregar, M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika
FMIPA UNIMED, Bapak Dr. Makmur Sirait, M.Si selaku Ketua Prodi Fisika,
Bapak Drs. Abdul Hakim, M.Si selaku Kepala Laboratorium Fisika FMIPA
UNIMED dan Staf Tata Usaha Fisika kak Nana yang telah banyak membantu,
serta seluruh staf pengajar/dosen di lingkungan Fakultas MIPA UNIMED yang
telah membekali Ilmu Fisika kepada penulis selama kuliah di Fakultas MIPA
v
UNIMED. Kepada Bapak Drs Jongga Manullang, M.Pd selaku PIC Scholarship
of Van Deventer-Maas Stichting (VDMS) Unimed yang memberi masukan dan
bantuan kepada penulis. Kepada Bapak Dr. Master Sitepu, M.Sc dan Bang Arman
Tumanggor, S.Pd yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama penelitian
di Lokasi Penelitian, Kepala Desa Nauli 1 Kecamatan Tapian Nauli Pak Erwin
Sibagariang serta Pak Sekdes. Kawan satu tim, Intan Syahyati, Sahabat-sahabat
dan teman-teman dari keluarga besar Fisika Nondik 2012 Suryani Siregar, Rita
Deby, Viktor Panjaitan, Isrin Nadeak, Clara Sinta, Bang Denny Hasibuan, Irma
Suryani Siregar, Appara Peter Sihite, Marnala, Konny Tamba, Fadillah Ulfa, Lae
Habibie, Lae Hendro, Lae Andy, Martha Padang, Lae Evan Harefa, Nila Ritonga,
Ma Manuel Silaban br Lubis, Kak Elviana Dewi, Sry Wahyuni, Gloria, Martabak
Atom cs Wahyu, Ibrahim dan Ito Nurhidayah, Nurhayati, Cindy Rahmadani,
Dinie, Reza Nurcholis, Marlina, Lae Gordon, Kartika, Lae Alfino, Herianto, Bang
Reza Fairlyansyah terimakasih atas semua kebersamaan dan kekeluargaannya
selama ini. Tim PKM 5 Bidang Universitas Negeri Medan 2016, Fika Simbolon,
Riri Syavira, Yohana Siregar dan lainnya yang memberi dukungan dan semangat.
Juga kepada teman-teman dan keluarga besar penulis dari Sibaganding dan
Onanhasang.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu dengan segala ketulusan dan kerendahan hati, kritik
dan saran
yang membangun
sangat
diharapkan untuk
perbaikan dan
penyempurnaan dimasa mendatang. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan,
Juli 2016
Heryanto Romario Sihite
NIM. 4123240014
vi
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan
Riwayat Hidup
Abstrak
Kata Pengantar
Daftar Isi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
Daftar Lampiran
BAB I. PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
1.2
Rumusan Masalah
1.3
Batasan Masalah
1.4
Tujuan Penelitian
1.5
Manfaat Penelitian
Halaman
i
ii
iii
iv
vi
vii
ix
x
1
1
4
5
5
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Gambaran Umum Lokasi Penelitian
2.2
Metode Geofisika
2.2.1 Proses Geofisika
2.2.2 Data Geofisika
2.3
Metode Geolistrik
2.3.1 Tahanan Jenis (Resistivitas)
2.3.2 Konduktivitas
2.3.3 Konfigurasi Wenner – Schlumberger
2.4
Ash Batubara
2.4.1 Sifat Fisis dan Kimia Limbah Ash Batubara
2.4.2 Sistem Pembentukan Limbah Batubara
2.5
Logam Berat
2.6
Proses Terbentuknya Logam Berat
2.7
Metode XRD (X - Ray Diffraction)
2.8
Res2Dinv
6
7
9
10
10
12
17
19
20
22
23
24
24
26
28
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2
Alat dan Bahan Penelitian
30
30
31
31
31
vii
3.3
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.5
3.6
3.7
3.7.1
3.7.2
3.7.3
Diagram Alir Penelitian
Prosedur Kerja
Survey Lokasi Penelitian
Pengukuran Resistivitas Tahanan Jenis Dengan Geolistrik
Pengambilan Sampel Ash Batubara
Variabel Penelitian
Teknik Pengolahan Data
Analisis dan Interpretasi Data
Analisis dan Interpretasi Data Res2Dinv
Analisis dan Interpretasi Data Surfer ver. 13
Analisis dan Interpretasi Data Match
34
35
35
35
36
37
37
38
39
40
40
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Hasil Pengamatan Geologi Lokasi Penelitian
4.2
Gridd Lokasi Coal Ash Disposal Area
4.3
Analisis dan Interpretasi Data Geolistrik
4.3.1 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 1
4.3.2 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 2
4.3.3 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 3
4.3.4 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 4
4.3.5 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 5
4.4
Kontur Kedalaman Seluruh Lintasan
4.5
Pengujian Sampel Coal Ash Dengan XRD (X-Ray Diffraction)
4.6
Analisis dan Interpretasi Data Sampel Coal Ash Dengan XRD
4.6.1 Ash Batubara Titik Sampel A
4.6.2 Ash Batubara Titik Sampel B
4.6.3 Ash Batubara Titik Sampel C
4.6.4 Ash Batubara Titik Sampel D
4.7
Sebaran dan Kuantitas Kandungan Logam Coal Ash
41
41
42
43
44
45
47
48
49
51
52
53
54
55
56
57
58
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
5.2
Saran
60
60
61
DAFTAR PUSTAKA
62
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 2.9
Gambar 2.10
Gambar 2.11
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Gambar 4.14
Gambar 4.15
Halaman
Peta Kawasan Perairan Sibolga
1
Coal Ash Disposal Area
6
Alur Pemodelan Forward
10
Alur Eksperimen Lapangan dan Eksperimen Laboratorium
10
Elektroda Arus dan Potensial Di Permukaan Bumi
12
Siklus Elektrik Determinasi Resistivitas
14
Konfigurasi Elektroda dan Arus Potensial
15
Konfigurasi Elektroda Potensial Untuk Nilai K
16
Elektroda Arus dan Potensial Konfigurasi Wenner - Schlumberger
19
Batubara
20
Ash Batubara
21
Difraksi Sinar-X Oleh Atom-Atom Pada Bidang
26
Lokasi Penelitian (Google Earth)
30
Peralatan Geolistrik
32
Alat XRD Tipe Shimadzu 6100
33
Diagram Alir
34
Lintasan Pengambilan Data
35
Desain Lokasi Pengambilan Sampel Ash Batubara
37
Peta Geologi Lokasi Penelitian
41
(a). Batu Sabak (b). Hamparan Tanah dan Batuan
42
Penggridan Lokasi Penelitian
43
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 1
44
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 2
46
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 3
47
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 4
48
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 5
50
Kontur Perkedalaman Struktur Lapisan Coal Ash Area
52
Coal Ash
53
Grafik XRD Pada Sampel Ash Batubara-A
54
Grafik XRD Pada Sampel Ash Batubara-B
55
Grafik XRD Pada Sampel Ash Batubara-C
56
Grafik XRD Pada Sampel Ash Batubara-D
57
Diagram Sebaran Logam
58
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Nilai Resistivitas Material Lapisan Bumi
15
Tabel 2.2
Sifat Fisis Abu (ash) Batubara
22
Tabel 2.3
Sifat Kimia Ash Batubara
22
Tabel 3.1
Rencana Kegiatan Penelitian
31
Tabel 3.2
Alat dan Bahan
31
Tabel 3.3
Spesifikasi Alat Geolistrik
32
Tabel 3.4
Alat dan Bahan Untuk Uji Karakteristik Ash Batubara
34
Tabel 3.5
Data Lapangan Geolistrik Resistivitimeter
40
Tabel 3.6
Data Kordinat dan Altitude dari alat GPS
40
Tabel 3.7
Data Uji Kandungan Logam Berat Ash Batubara Dengan Match
40
Tabel 4.1
Titik Kordinat Setiap Lintasan di Nauli Tapanuli Tengah
42
Tabel 4.2
Skala Warna Dari Nilai Tahanan Jenis
44
Tabel 4.3
Interpretasi Lintasan 1
45
Tabel 4.4
Interpretasi Lintasan 2
46
Tabel 4.5
Interpretasi Lintasan 3
47
Tabel 4.6
Interpretasi Lintasan 4
49
Tabel 4.7
Interpretasi Lintasan 5
50
Tabel 4.8
Titik Kordinat Titik Sampel Coal Ash
52
Tabel 4.9
Kuantitas kandungan logam setiap titik sampel
58
x
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1
Peta Geologi Sibolga – Padang Sidempuan
65
Lampiran 2
Peta Geologi Sibolga
66
Lampiran 3
Data Penelitian Geolistrik
67
Lampiran 4
Data Lapangan dari Alat GPS
100
Lampiran 5
Hasil Uji Karakterisasi Logam Sampel Ash Batubara
105
Lampiran 6
Tabel Resistivitas Material (Telford,1990)
138
Lampiran 7
Dokumentasi Penelitian
139
Lampiran 8
Surat Persetujuan Dosen Pembimbing
141
Lampiran 9
Surat Ijin Melakukan Penelitian
142
Lampiran 10
Surat Balasan Telah Melakukan Penelitian
143
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di wilayah Laut Sibolga, tepatnya di Desa Nauli, Kabupaten Tapanuli
Tengah terdapat tempat pembuangan akhir (ash disposal area) sisa pembakaran
batubara dalam bentuk padatan (coal ash). Secara geografis ash disposal area
berada di 1°44'54.19" LU dan 98°43'32.93" BT, dengan jarak sekitar 1 km dari
Laut Sibolga. Sepanjang pengamatan ash batubara yang dihasilkan tidak
dimanfaatkan dan ditimbun begitu saja mengakibatkan beban lingkungan menjadi
semakin berat, masalah ini perlu diantisipasi dengan mencari tindakan
pengelolaan secara optimal dari limbah coal ash tersebut, salah satunya dengan
dilakukan suatu kajian dan penelitian mengenai struktur perlapisan bawah
permukaan dan kuantitas kandungan logam yang terkandung dalam ash batubara.
Gambar 1.1 Peta Kawasan Perairan Sibolga
2
Ilmu geofisika merupakan ilmu yang mempelajari sifat dan kondisi
permukaan bumi salah satunya dengan menyelidiki distribusi resistivitas lapisan
bumi. Nilai resistivitas lapisan bumi dipengaruhi oleh komposisi mineral, tekstur
dan struktur batuan, jumlah air didalamnya, endapan terlarut, temperatur dan
tekanan pada setiap material lapisan bumi. Geolistrik adalah salah satu metoda
geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam permukaan bumi, meliputi
pengukuran potensial, arus dan medan elektromagnetik yang terjadi baik secara
alamiah ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Jenis metoda geolistrik seperti
metode potensial diri, arus telluric, magnetotelluric, IP (Induced Polariation), dan
resistivitas (tahanan jenis) (Reynold, 1997).
Metode geolistrik resistivitas digunakan mengetahui perbedaan tahanan
jenis (resistivitas) bawah permukaan bumi dengan melakukan pengukuran di
permukaan bumi (Kanata, 2008). Umumnya metode geolistrik resistivitas
digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal dengan kedalaman dari 1000 1500 ft, sehingga metoda ini jarang digunakan untuk eksplorasi minyak tetapi
lebih banyak digunakan dalam bidang engineering geology seperti penentuan
kedalaman batuan dasar, pencarian reservoar air serta digunakan dalam eksplorasi
geothermal.
Salah satu jenis konfigurasi metode geolistrik yaitu konfigurasi WennerSchlumberger memiliki sistem aturan spasi yang konstan dan mampu mendeteksi
adanya nonhomogenitas lapisan permukaan tanah. Keunggulan dari konfigurasi
Wenner-Schlumberger adalah ketelitian pembacaan tegangan pada elektroda lebih
baik dengan angka yang relatif besar dan jarak antar elektroda bisa dibuat paling
kecil sehingga cocok untuk permukaan yang tidak beraturan. Selain itu
konfigurasi ini lebih menghemat waktu dan tenaga serta mudah digunakan di
lapangan (Rolia, 2011).
Studi geolistrik oleh Sitepu (2015) untuk melengkapi data hidrogeologi
Tempat Pembuangan Akhir (TPA) PLTU Labuhan Angin, penelitian ini sebagai
salah satu syarat untuk memperoleh izin penimbunan tanah berbahaya dan limbah
beracun. Studi hidrogeologi dari lokasi kegiatan TPA dilakukan dengan
menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner - Schlumberger. Data setiap
3
lintasan diproses dengan Res2dinv, untuk mendapatkan nilai resistivitas batuan
bawah. Hasil analisis menunjukkan bahwa batu di lokasi kegiatan terdiri dari
tanah atas yang berasal dari proses pelapukan, tanah berpasir dan pasir laut.
Kedalaman muka air di lokasi kegiatan bervariasi dari 0,4 m sampai 2,0 m di
bawah permukaan tanah. Selisih kedalaman muka air di lokasi ini dikarenakan
perbedaan topografi situs. Menurut (Chandra, 2009) limbah hasil ash batubara
mempunyai nilai resistivitas yang berbeda dengan tanah.
Data Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Tahun 2006
menyatakan penggunaan batubara sebagai bahan bakar di Indonesia terus
meningkat sepanjang tahun dengan konsumsi nasional sebesar 25,1 juta ton per
tahun, bahan bakar batubara digunakan untuk memenuhi pasokan listrik dengan
kapasitas sebesar 7.550 (23,4%) dari total 32.244 MW kapasitas tenaga listrik
nasional. Dari proses pembakaran batubara pada unit pembangkit uap (boiler)
akan terbentuk dua jenis limbah berbentuk padatan (abu) yaitu abu terbang (fly
ash) sebesar 10 - 20 % dan abu dasar (bottom ash) sebesar 80 % - 90 %.
Pembakaran batubara dapat menghasilkan abu hasil pembakaran batubara
sebanyak 8 % - 10 %, sehingga volume abu batubara yang dihasilkan mencapai
2.000.000 ton abu batubara per tahun. Limbah pembakaran batubara yang besar
ini memerlukan pengelolaan yang benar dan memerlukan tempat penampungan
yang sangat luas agar tidak menimbulkan masalah lingkungan, seperti
pencemaran udara, pencemaran perairan dan penurunan kualitas ekosistem
(Prabandiyani, 2008). Limbah ash batubara yang dihasilkan umumnya tidak
dimanfaatkan dan ditimbun begitu saja di ash disposal area dan berpotensi untuk
menimbulkan pencemaran air dan tanah akibat perlindian logam berat (Laksmi,
2010). Kegiatan penimbunan limbah padat batubara di lingkungan akan
mempengaruhi keseimbangan ekosistem dengan perubahan pada lingkungan
biotik dan abiotik (Kurniawan, 2010).
Kementerian Negara Lingkungan Hidup (KNLH) menetapkan limbah
batubara ke dalam kategori limbah bahan berbahaya dan beracun (B3)
berdasarkan PP No. 85 Tahun 1999 tentang pengelolaan limbah bahan berbahaya
dan beracun. Limbah ash batubara mengandung logam berat seperti tembaga
4
(Cu), timbal (Pb), arsenik (As), seng (Zn), merkuri (Hg), kadmium (Cd), dan
krom (Cr) sehingga dikategorikan zat berbahaya (Lestiani, 2010).
Keberadaan coal ash di sekitar wilayah perairan mengakibatkan terjadinya
potensi pencemaran antara ash batubara dengan lingkungan sekitar di lokasi
penelitian seperti siklus air (hidrologi) yang mengakibatkan terjadinya
pencampuran logam dengan material bawah tanah, sehingga perlu dipastikan
salah satunya dengan cara mengetahui lapisan penyusun bawah permukaan
dengan metode geolistrik, selain itu struktur bawah permukaan tanah diperlukan
juga untuk mengetahui kemungkinan adanya akuifer air. Kandungan air di bawah
permukaan tanah atau batuan dapat melarutkan atau mengedarkan logam
mengikuti jalannya proses hidrologi di permukaan tanah. Sebaran kandungan
logam dapat dipetakan berdasarkan kuantitas logam di setiap titik lintasan
penelitian.
Dari uraian tentang metode geolistrik dan karakterisasi mineral ash
batubara diatas maka perlu dilakukan penelitian dengan judul “Penentuan Jenis
Material Bawah Permukaan Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Ash
Batubara Dengan Metode Geolistrik Konfigurasi Wenner-Schlumberger Di
Desa Nauli I Kabupaten Tapanuli Tengah”.
1.2
Rumusan masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini adalah:
1. Berapa nilai resistivitas jenis material bawah permukaan lokasi
pembuangan ash batubara di Desa Nauli I Labuhan Angin Kabupaten
Tapanuli Tengah ?
2. Bagaimana struktur perlapisan bawah permukaan lokasi pembuangan ash
batubara daerah penelitian Desa Nauli I Labuhan Angin Kabupaten
Tapanuli Tengah ?
3. Bagaimana
karakteristik
dan
kandungan
logam
berat
di
lokasi
pembuangan ash batubara Desa Nauli I Labuhan Angin Kabupaten
Tapanuli Tengah ?
5
1.3
Batasan masalah
Untuk memberi batasan apa yang akan diteliti penulis membatasi masalah
pada pengujian resistivitas lapisan tanah
1. Penelitian ini mengenai identifikasi dan akuisisi pola perlapisan tanah
bawah permukaan dengan metode geolistrik konfigurasi WennerSchlumberger dari setiap lintasan pengambilan data.
2. Pengolahan dan analisa data untuk interpretasi kuantitatif menggunakan
software Res2dinv dan Surfer 13.
3. Karakteristik dan kuantitas kandungan logam diteliti dengan uji difraksi
sinar-X (XRD) dengan sampel yang berasal dari hasil ayakan sampel ash
batubara.
1.4
Tujuan penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian adalah untuk:
1. Menentukan nilai resitivitas jenis material bawah permukaan daerah
penelitian untuk setiap lintasan pengambilan data,
2. Mengetahui struktur perlapisan bawah permukaan daerah penelitian untuk
setiap lintasan pengambilan data,
3. Mengetahui karakteristik dan kuantitas kandungan logam dari ash
batubara di lokasi penelitian dengan uji XRD.
1.5
Manfaat penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Sebagai informasi kepada masyarakat dan pemerintah setempat mengenai
pengaruh keberadaan coal ash disposal area di lingkungan sekitarnya.
2. Sebagai pengetahuan untuk mengetahui struktur perlapisan resistivitas
perlapisan permukaan tanah dengan metode Wenner-Schlumberger dan
analisis mineral dari ash batubara.
3. Sebagai referensi bagi para peneliti yang melakukan penelitian mengenai
geolistrik dan ash batubara.
60
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
1. Jenis material bawah permukaan di Tempat Pembuangan Akhir (TPA)
Ash batubara berdasarkan nilai resistivitas geolistrik tahanan jenis dari
kelima lintasan didominasi lapisan tanah alluvium campuran batu,
pasir dan endapan ash batubara serta lapisan tanah lempung (clay).
2. Nilai resistivitas lapisan tanah lempung di coal ash disposal area
adalah 0.78 – 66.45
78.35 – 162
an nilai resistivitas lapisan alluvium adalah
Lapisan tanah lempung bersifat tidak larut dalam air
dan bersifat adsorben (dapat mengikat logam), sehingga kecil
kemungkinan terjadinya penyebaran logam dari coal ash disposal area
ke lingkungan sekitar.
3. Uji karakterisasi mineral ash batubara dengan alat X-Ray Diffraction
(XRD), panjang gelombang Cu-Ka1 = 1,540600 Å = 0,154060 nm,
diketahui komposisi logam sampel ash batubara yang diuji adalah
Kromium (Cr), Tembaga (Cu), Timbal (Pb) dan Besi (Fe). Persentase
rata-rata kandungan logam dari keempat sampel adalah : Cr = 38.95 %;
Cu = 23.35 %; Fe = 19.77 % dan Pb = 10.32 %.
61
5.2
Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya mengenai karakterisasi mineral dan
logam ash batubara diharapkan menghaluskan sampel sampai
mencapai ukuran partikel minimum untuk mendapatkan hasil uji XRD
yang lebih baik dan akurat.
2. Untuk menguatkan hasil analisis dampak dan pengaruh keberadaan ash
batubara ke lingkungan sekitar, perlu dilakukan uji kandungan logam
berat terhadap biota hidup seperti hewan dan tumbuhan yang
beradaptasi di lingkungan sekitar TPA Ash Batubara.
3. Pemerintah setempat dan masyarakat sekitar Desa Nauli Kabupaten
Tapanuli Tengah, perlu memperhatikan dan mengawasi kegiatan
penimbunan
ash
batubara
di
lingkungannya
untuk
tindakan
pengelolaan lingkungan yang benar dan tepat, salah satunya cara
mengurangi dampak pencemaran logam berat adalah dengan
melakukan penanaman pohon untuk membantu mengurangi kandungan
unsur logam pada bawah permukaan TPA Ash Batubara.
62
DAFTAR PUSTAKA
Badan Pusat Statistik, (2015), Tapian Nauli Dalam Angka, BPS Pemkab. Tapanuli
Tengah, Pandan
Broto, S., dan Rohima S.A, (2008), Pengolahan Data Geolistrik Dengan Metode
Schlumberger, Jurnal Teknik, Vol. 29: 120 - 128
Chandra, A., (2009), Some Investigations on Fly Ash Resistivity Generated in
Indian Power Plants, Jurnal International Conference on Electrostatic
Precipitation, Vol. 11: 399 - 406
Dobrin, M.B., dan Savit, C.H, (1988), Introduction to Geophysic Prospecting 4th
Edition, New York
Darmono, (1995), Logam Dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup, UI Press, Jakarta
Fauzi, A. (2012), Penentuan Konduktivitas dan Resistivitas Air Laut Dengan
Pengukuran Tidak Langsung, Jurnal Materi dan Pendidikan Fisika, No. 5
: 37 -41
Hadi, A.I., Refrizon., dan Erlena S., (2012), Analisis Kualitas Batubara
Berdasarkan Nilai HGI dengan Standar ASTM, Jurnal Ilmu Fisika
Indonesia, Vol. 1: 37 - 41
Juandi, M., (2011), Penyelidikan Pola Sebaran Limbah Detergen Bawah
Permukaan Tanah Dengan Aplikasi Geolistrik, Jurnal Ilmu Lingkungan,
Vol. 1: 29 - 44
Kanata, B., dan Teti Z., (2008), Aplikasi Geolistrik Tahanan Jenis Konfigurasi
Wenner - Schlumberger Untuk Survey Pipa Bawah Permukaan, Jurnal
Teknik Elektro, Vol. 7: 20 – 24
Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 51 Tahun 2004, (2014), Baku Mutu
Air Laut, 8 April 2004, Kementerian Lingkungan Hidup RI. Jakarta
Kurniawan, A.R., (2010), Penelitian Pemanfaatan Abu Batubara PLTU Untuk
Penimbunan Pada Pra Reklamasi Tambang Batubara, Puslitbang
Kementerian ESDM, Jakarta
Laksmi, D.N., Mochtar H., dan Sumiyati S., (2010), Pemanfaatan Limbah Fly
Ash Sisa Pembakaran Batu Bara Dengan Metode Solidifikasi-Stabilisasi
Sebagai Bahan Campuran Paving Block Geopolimer, Universitas
Dipenogoro, Semarang
63
Lestari, (2013), Pemanfaatan Limbah Abu Terbang (Fly Ash) Batubara Sebagai
Adsorben Untuk Penentuan Kadar Gas No.2 Di Udara, Universitas
Jember, Jember
Lestiani, D.D., Muhayatun., dan Natalia A, (2010), Karakteristik Unsur Pada Abu
Dasar Dan Abu Terbang Batu Bara Menggunakan Analisis Aktivasi
Neutron Instrumental, Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, Vol.
XI : 27 - 24
Loke, M.H., dan R.D. Barker, (1996), Rapid Least-Squares Inversion of Apparent
Resistivity Pseudosection by A Quasi - Newton Method Journal
Geophysical Prospecting. Vol. 44 No.1.
Loke, M..H., (2004), Tutorial : 2D and 3D Electrical Imaging Surveys, Penang,
Malaysia
Niarti, D., (2013), Penentuan Jenis Mineral Magnetik Guano Dari Gua Solek Dan
Gua Rantai Kecamatan Lareh Sago Halaban Kabupaten Lima Puluh Kota
Menggunakan Metode X-Ray Diffraction. Jurnal Pillar of Physics, Vol. 1:
52 - 59
Notohadiprawiro, T., (1993), Ilmu Tanah, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Parlinggoman, R. H., (2011), Studi Sebaran Air Limbah Sampah Bagian Utara
TPA Bantar Gebang Dengan Metoda Resistivity Wenner – Schlumberger,
Universitas Indonesia, Depok
Reynolds, J.M., (1997), An Introduction to Applied and Enviromental Geophysics,
John Wiley & Sons, New York
Rolia, E., (2011), Penggunaan Metode Geolistrik Untuk Mendeteksi Keberadaan
Air Tanah, Jurnal TAPAK, Vol. 1: 1-11
Santoso, D., (2002), Pengantar Teknik Geofisika, Penerbit ITB, Bandung
Sitepu, M., (2015), Hydrogeological Study of Labuhan Angin Power Station
Landfill Site, International Journal of Science Basic and Applied Research
(IJSBAR), Vol. 24: 421 - 427
Suarnita, I. W., (2013), Pemanfaatan Abu Dasar (Bottom Ash) Sebagai Pengganti
Sebagian Agregat Halus Pada Campuran Beton, Universitas Tadulako,
Palu
Sukamto, B., (2013), Pemanfaatan Limbah Fly Ash Batubara, Universitas
Lampung, Lampung
Supriyanto, (2007), Analisa Data Geofisika : Memahami Teori Inversi,
Universitas Indonesia, Depok
64
Syahruddin, M. H., (2015), Mengekstrak Parameter Fisis Dari Data Observasi
(Contoh Kasus Percepatan Gravitasi Bumi. Jurnal Seminar Nasional UNJ
Jakarta.
Telford., (1990), Applied Geophysics Second Edition, Cambridge University
Press, UK
Todd, D.K, (1980), Groundwater Hydrology 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc.
New York
Wardani, S. P., (2008), Pemanfaatan Limbah Batubara (Fly Ash) Untuk
Stabilisasi Tanah Maupun Keperluan Teknik Sipil Lainnya Dalam
Mengurangi Pencemaran Lingkungan, Universitas Diponogoro, Semarang
PEMBUANGAN AKHIR (TPA) ASH BATUBARA DENGAN METODE
GEOLISTRIK KONFIGURASI WENNER-SCHLUMBERGER
DI DESA NAULI I KABUPATEN TAPANULI TENGAH
Oleh
Heryanto Romario Sihite
NIM. 4123240014
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh
Gelar Sarjana Sain
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2016
i
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 15 Februari 1994 di Onanhasang,
Kecamatan Pahae Julu, Kabupaten Tapanuli Utara dari keluarga Cipto Sihite
(Ayah) dan E. br. Sitompul (Ibu). Penulis merupakan anak ketiga dari tujuh
bersaudara. Pada tahun 2000 penulis masuk SDN 175753 Onanhasang, dan lulus
pada tahun 2006. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan sekolah menengah
pertama di SMPN 1 Pahae Julu dan lulus pada tahun 2009. Tahun 2009 penulis
melanjutkan pendidikan sekolah menegah atas di SMA Santa Maria Tarutung,
Kabupaten Tapanuli Utara dan lulus pada tahun 2012, pada tahun 2012 penulis
dinyatakan diterima di Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan (UNIMED) melalui jalur tulis
Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi (SNMPTN) dan dinyatakan lulus ujian
Mempertahankan Skripsi pada tanggal 21 Juni 2016.
iii
PENENTUAN JENIS MATERIAL BAWAH PERMUKAAN TEMPAT
PEMBUANGAN AKHIR (TPA) ASH BATUBARA DENGAN METODE
GEOLISTRIK KONFIGURASI WENNER - SCHLUMBERGER
DI DESA NAULI I KABUPATEN TAPANULI TENGAH
Heryanto Romario Sihite (4123240014)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian Penentuan Jenis Material Bawah Permukaan
Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Ash Batubara Dengan Metode Geolistrik
Konfigurasi Wenner-Schlumberger Di Desa Nauli I Kabupaten Tapanuli Tengah.
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai resistivitas jenis material bawah
permukaan, mengetahui struktur perlapisan bawah permukaan dan mengetahui
kuantitas kandungan logam berat dari ash batubara di daerah penelitian dengan uji
XRD.
Penelitian dilakukan dengan mengukur nilai hambatan jenis tanah di lima
lintasan pengukuran dengan alat geolistrik resistivity meter dengan 32 elektroda
arus dan spasi antar elektroda 5 meter. Data geolistrik setiap lintasan di
interpretasikan dalam bentuk peta penampang 2-Dimensi (pseudepth section)
dengan software Res2Dinv. Sampel Ash batubara dari empat titik pengambilan
data dikarakterisasi dengan alat XRD untuk mengetahui kuantitas kandungan
logam beratnya.
Hasil analisis material penyusun bawah permukaan bumi menyimpulkan
bahwa jenis material bawah permukaan di lokasi penelitian didominasi lapisan
tanah lempung (0.78 – 66.45
an lapisan alluvium (78.35 – 162
Lapisan tanah lempung bersifat tidak larut dalam air dan bersifat adsorben (dapat
mengikat logam), sehingga kecil kemungkinan terjadi sebaran logam dari coal ash
area ke arah laut. Hasil uji karakterisasi mineral coal ash dengan alat X-Ray
Diffraction (XRD), panjang gelombang Cu-Ka1 = 1,540600 Å = 0,154060 nm,
diketahui komposisi logam coal ash yang diuji adalah Kromium (Cr), Tembaga
(Cu), Timbal (Pb) dan Besi (Fe). Kandungan logam Kromium (Cr) lebih
mendominasi dibandingkan logam Tembaga (Cu), Timbal (Pb) dan Besi (Fe)
dengan kuantitas rata-rata Cr = 38.95 %. Persentase kuantitas rata-rata kandungan
logam terbesar sampai terendah adalah : Cr = 38.95 %; Cu = 23.35 %; Fe = 19.77
% dan Pb = 10.32 %.
Kata Kunci: geolistrik, resistivitas, coal ash, Wenner-Schlumberger
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan karunia-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini sesuai dengan waktu yang
direncanakan. Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah metode geolistrik,
dengan judul “Penentuan Jenis Material Bawah Permukaan Tempat Pembuangan
Akhir (TPA) Ash Batubara Dengan Metode Geolistrik Konfigurasi WennerSchlumberger di Desa Nauli I Kabupaten Tapanuli Tengah”. Penelitian telah
dilakukan mulai bulan Februari 2016 sampai dengan Mei 2016.
Dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang
terdalam kepada orang-orang membantu dalam penyusunan skripsi ini. Ungkapan
terimakasih yang terdalam untuk keluargaku yang telah mendoakan, mendukung
dan memberi semangat yang luar biasa, buat Ayahanda yang sangat kuhormati,
dan Ibunda yang sangat kusayangi, abangku Julfren Sihite dan Bryan Sihite, adekadekku Meilina Sihite, Jepri Sihite, Kristina Sihite dan si pudan Krisman Sihite.
Penghargaan dan ucapan terimakasih yang setinggi-tingginya kepada Bapak Dr.
Rahmatsyah, M.Si. selaku dosen pembimbing skripsi dan Ibu Dr. Rita Juliani,
M.Si yang sangat banyak memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis
selama proses penelitian hingga sekarang untuk mendukung penulis untuk
mencapai kesuksesan kelak, serta Bapak Drs. Juniar Hutahaean, M.Si, Bapak Drs.
Rappel Situmorang, M.Si, dan Bapak Drs. Pintor Simamora, M.Si selaku Dosen
Penguji I, II dan III yang telah banyak memberikan saran dan kritikan demi
penyempurnaan skripsi ini. Bapak Dr. Karya Sinulingga, M.Si selaku Dosen
Penasehat Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan, motivasi dan
pengarahan. Di samping itu, Dr. Asrin Lubis, M.Pd, selaku Dekan FMIPA
UNIMED, Bapak Alkhafi Maas Siregar, M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika
FMIPA UNIMED, Bapak Dr. Makmur Sirait, M.Si selaku Ketua Prodi Fisika,
Bapak Drs. Abdul Hakim, M.Si selaku Kepala Laboratorium Fisika FMIPA
UNIMED dan Staf Tata Usaha Fisika kak Nana yang telah banyak membantu,
serta seluruh staf pengajar/dosen di lingkungan Fakultas MIPA UNIMED yang
telah membekali Ilmu Fisika kepada penulis selama kuliah di Fakultas MIPA
v
UNIMED. Kepada Bapak Drs Jongga Manullang, M.Pd selaku PIC Scholarship
of Van Deventer-Maas Stichting (VDMS) Unimed yang memberi masukan dan
bantuan kepada penulis. Kepada Bapak Dr. Master Sitepu, M.Sc dan Bang Arman
Tumanggor, S.Pd yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama penelitian
di Lokasi Penelitian, Kepala Desa Nauli 1 Kecamatan Tapian Nauli Pak Erwin
Sibagariang serta Pak Sekdes. Kawan satu tim, Intan Syahyati, Sahabat-sahabat
dan teman-teman dari keluarga besar Fisika Nondik 2012 Suryani Siregar, Rita
Deby, Viktor Panjaitan, Isrin Nadeak, Clara Sinta, Bang Denny Hasibuan, Irma
Suryani Siregar, Appara Peter Sihite, Marnala, Konny Tamba, Fadillah Ulfa, Lae
Habibie, Lae Hendro, Lae Andy, Martha Padang, Lae Evan Harefa, Nila Ritonga,
Ma Manuel Silaban br Lubis, Kak Elviana Dewi, Sry Wahyuni, Gloria, Martabak
Atom cs Wahyu, Ibrahim dan Ito Nurhidayah, Nurhayati, Cindy Rahmadani,
Dinie, Reza Nurcholis, Marlina, Lae Gordon, Kartika, Lae Alfino, Herianto, Bang
Reza Fairlyansyah terimakasih atas semua kebersamaan dan kekeluargaannya
selama ini. Tim PKM 5 Bidang Universitas Negeri Medan 2016, Fika Simbolon,
Riri Syavira, Yohana Siregar dan lainnya yang memberi dukungan dan semangat.
Juga kepada teman-teman dan keluarga besar penulis dari Sibaganding dan
Onanhasang.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu dengan segala ketulusan dan kerendahan hati, kritik
dan saran
yang membangun
sangat
diharapkan untuk
perbaikan dan
penyempurnaan dimasa mendatang. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan,
Juli 2016
Heryanto Romario Sihite
NIM. 4123240014
vi
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan
Riwayat Hidup
Abstrak
Kata Pengantar
Daftar Isi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
Daftar Lampiran
BAB I. PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
1.2
Rumusan Masalah
1.3
Batasan Masalah
1.4
Tujuan Penelitian
1.5
Manfaat Penelitian
Halaman
i
ii
iii
iv
vi
vii
ix
x
1
1
4
5
5
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Gambaran Umum Lokasi Penelitian
2.2
Metode Geofisika
2.2.1 Proses Geofisika
2.2.2 Data Geofisika
2.3
Metode Geolistrik
2.3.1 Tahanan Jenis (Resistivitas)
2.3.2 Konduktivitas
2.3.3 Konfigurasi Wenner – Schlumberger
2.4
Ash Batubara
2.4.1 Sifat Fisis dan Kimia Limbah Ash Batubara
2.4.2 Sistem Pembentukan Limbah Batubara
2.5
Logam Berat
2.6
Proses Terbentuknya Logam Berat
2.7
Metode XRD (X - Ray Diffraction)
2.8
Res2Dinv
6
7
9
10
10
12
17
19
20
22
23
24
24
26
28
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1
Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
3.1.2 Waktu Penelitian
3.2
Alat dan Bahan Penelitian
30
30
31
31
31
vii
3.3
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.5
3.6
3.7
3.7.1
3.7.2
3.7.3
Diagram Alir Penelitian
Prosedur Kerja
Survey Lokasi Penelitian
Pengukuran Resistivitas Tahanan Jenis Dengan Geolistrik
Pengambilan Sampel Ash Batubara
Variabel Penelitian
Teknik Pengolahan Data
Analisis dan Interpretasi Data
Analisis dan Interpretasi Data Res2Dinv
Analisis dan Interpretasi Data Surfer ver. 13
Analisis dan Interpretasi Data Match
34
35
35
35
36
37
37
38
39
40
40
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Hasil Pengamatan Geologi Lokasi Penelitian
4.2
Gridd Lokasi Coal Ash Disposal Area
4.3
Analisis dan Interpretasi Data Geolistrik
4.3.1 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 1
4.3.2 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 2
4.3.3 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 3
4.3.4 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 4
4.3.5 Penampang Bawah Permukaan Lintasan 5
4.4
Kontur Kedalaman Seluruh Lintasan
4.5
Pengujian Sampel Coal Ash Dengan XRD (X-Ray Diffraction)
4.6
Analisis dan Interpretasi Data Sampel Coal Ash Dengan XRD
4.6.1 Ash Batubara Titik Sampel A
4.6.2 Ash Batubara Titik Sampel B
4.6.3 Ash Batubara Titik Sampel C
4.6.4 Ash Batubara Titik Sampel D
4.7
Sebaran dan Kuantitas Kandungan Logam Coal Ash
41
41
42
43
44
45
47
48
49
51
52
53
54
55
56
57
58
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
5.2
Saran
60
60
61
DAFTAR PUSTAKA
62
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 2.9
Gambar 2.10
Gambar 2.11
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Gambar 4.14
Gambar 4.15
Halaman
Peta Kawasan Perairan Sibolga
1
Coal Ash Disposal Area
6
Alur Pemodelan Forward
10
Alur Eksperimen Lapangan dan Eksperimen Laboratorium
10
Elektroda Arus dan Potensial Di Permukaan Bumi
12
Siklus Elektrik Determinasi Resistivitas
14
Konfigurasi Elektroda dan Arus Potensial
15
Konfigurasi Elektroda Potensial Untuk Nilai K
16
Elektroda Arus dan Potensial Konfigurasi Wenner - Schlumberger
19
Batubara
20
Ash Batubara
21
Difraksi Sinar-X Oleh Atom-Atom Pada Bidang
26
Lokasi Penelitian (Google Earth)
30
Peralatan Geolistrik
32
Alat XRD Tipe Shimadzu 6100
33
Diagram Alir
34
Lintasan Pengambilan Data
35
Desain Lokasi Pengambilan Sampel Ash Batubara
37
Peta Geologi Lokasi Penelitian
41
(a). Batu Sabak (b). Hamparan Tanah dan Batuan
42
Penggridan Lokasi Penelitian
43
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 1
44
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 2
46
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 3
47
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 4
48
Pemodelan Resistivitas 2-D Lintasan 5
50
Kontur Perkedalaman Struktur Lapisan Coal Ash Area
52
Coal Ash
53
Grafik XRD Pada Sampel Ash Batubara-A
54
Grafik XRD Pada Sampel Ash Batubara-B
55
Grafik XRD Pada Sampel Ash Batubara-C
56
Grafik XRD Pada Sampel Ash Batubara-D
57
Diagram Sebaran Logam
58
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1
Nilai Resistivitas Material Lapisan Bumi
15
Tabel 2.2
Sifat Fisis Abu (ash) Batubara
22
Tabel 2.3
Sifat Kimia Ash Batubara
22
Tabel 3.1
Rencana Kegiatan Penelitian
31
Tabel 3.2
Alat dan Bahan
31
Tabel 3.3
Spesifikasi Alat Geolistrik
32
Tabel 3.4
Alat dan Bahan Untuk Uji Karakteristik Ash Batubara
34
Tabel 3.5
Data Lapangan Geolistrik Resistivitimeter
40
Tabel 3.6
Data Kordinat dan Altitude dari alat GPS
40
Tabel 3.7
Data Uji Kandungan Logam Berat Ash Batubara Dengan Match
40
Tabel 4.1
Titik Kordinat Setiap Lintasan di Nauli Tapanuli Tengah
42
Tabel 4.2
Skala Warna Dari Nilai Tahanan Jenis
44
Tabel 4.3
Interpretasi Lintasan 1
45
Tabel 4.4
Interpretasi Lintasan 2
46
Tabel 4.5
Interpretasi Lintasan 3
47
Tabel 4.6
Interpretasi Lintasan 4
49
Tabel 4.7
Interpretasi Lintasan 5
50
Tabel 4.8
Titik Kordinat Titik Sampel Coal Ash
52
Tabel 4.9
Kuantitas kandungan logam setiap titik sampel
58
x
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1
Peta Geologi Sibolga – Padang Sidempuan
65
Lampiran 2
Peta Geologi Sibolga
66
Lampiran 3
Data Penelitian Geolistrik
67
Lampiran 4
Data Lapangan dari Alat GPS
100
Lampiran 5
Hasil Uji Karakterisasi Logam Sampel Ash Batubara
105
Lampiran 6
Tabel Resistivitas Material (Telford,1990)
138
Lampiran 7
Dokumentasi Penelitian
139
Lampiran 8
Surat Persetujuan Dosen Pembimbing
141
Lampiran 9
Surat Ijin Melakukan Penelitian
142
Lampiran 10
Surat Balasan Telah Melakukan Penelitian
143
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di wilayah Laut Sibolga, tepatnya di Desa Nauli, Kabupaten Tapanuli
Tengah terdapat tempat pembuangan akhir (ash disposal area) sisa pembakaran
batubara dalam bentuk padatan (coal ash). Secara geografis ash disposal area
berada di 1°44'54.19" LU dan 98°43'32.93" BT, dengan jarak sekitar 1 km dari
Laut Sibolga. Sepanjang pengamatan ash batubara yang dihasilkan tidak
dimanfaatkan dan ditimbun begitu saja mengakibatkan beban lingkungan menjadi
semakin berat, masalah ini perlu diantisipasi dengan mencari tindakan
pengelolaan secara optimal dari limbah coal ash tersebut, salah satunya dengan
dilakukan suatu kajian dan penelitian mengenai struktur perlapisan bawah
permukaan dan kuantitas kandungan logam yang terkandung dalam ash batubara.
Gambar 1.1 Peta Kawasan Perairan Sibolga
2
Ilmu geofisika merupakan ilmu yang mempelajari sifat dan kondisi
permukaan bumi salah satunya dengan menyelidiki distribusi resistivitas lapisan
bumi. Nilai resistivitas lapisan bumi dipengaruhi oleh komposisi mineral, tekstur
dan struktur batuan, jumlah air didalamnya, endapan terlarut, temperatur dan
tekanan pada setiap material lapisan bumi. Geolistrik adalah salah satu metoda
geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam permukaan bumi, meliputi
pengukuran potensial, arus dan medan elektromagnetik yang terjadi baik secara
alamiah ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Jenis metoda geolistrik seperti
metode potensial diri, arus telluric, magnetotelluric, IP (Induced Polariation), dan
resistivitas (tahanan jenis) (Reynold, 1997).
Metode geolistrik resistivitas digunakan mengetahui perbedaan tahanan
jenis (resistivitas) bawah permukaan bumi dengan melakukan pengukuran di
permukaan bumi (Kanata, 2008). Umumnya metode geolistrik resistivitas
digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal dengan kedalaman dari 1000 1500 ft, sehingga metoda ini jarang digunakan untuk eksplorasi minyak tetapi
lebih banyak digunakan dalam bidang engineering geology seperti penentuan
kedalaman batuan dasar, pencarian reservoar air serta digunakan dalam eksplorasi
geothermal.
Salah satu jenis konfigurasi metode geolistrik yaitu konfigurasi WennerSchlumberger memiliki sistem aturan spasi yang konstan dan mampu mendeteksi
adanya nonhomogenitas lapisan permukaan tanah. Keunggulan dari konfigurasi
Wenner-Schlumberger adalah ketelitian pembacaan tegangan pada elektroda lebih
baik dengan angka yang relatif besar dan jarak antar elektroda bisa dibuat paling
kecil sehingga cocok untuk permukaan yang tidak beraturan. Selain itu
konfigurasi ini lebih menghemat waktu dan tenaga serta mudah digunakan di
lapangan (Rolia, 2011).
Studi geolistrik oleh Sitepu (2015) untuk melengkapi data hidrogeologi
Tempat Pembuangan Akhir (TPA) PLTU Labuhan Angin, penelitian ini sebagai
salah satu syarat untuk memperoleh izin penimbunan tanah berbahaya dan limbah
beracun. Studi hidrogeologi dari lokasi kegiatan TPA dilakukan dengan
menggunakan metode geolistrik konfigurasi Wenner - Schlumberger. Data setiap
3
lintasan diproses dengan Res2dinv, untuk mendapatkan nilai resistivitas batuan
bawah. Hasil analisis menunjukkan bahwa batu di lokasi kegiatan terdiri dari
tanah atas yang berasal dari proses pelapukan, tanah berpasir dan pasir laut.
Kedalaman muka air di lokasi kegiatan bervariasi dari 0,4 m sampai 2,0 m di
bawah permukaan tanah. Selisih kedalaman muka air di lokasi ini dikarenakan
perbedaan topografi situs. Menurut (Chandra, 2009) limbah hasil ash batubara
mempunyai nilai resistivitas yang berbeda dengan tanah.
Data Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Tahun 2006
menyatakan penggunaan batubara sebagai bahan bakar di Indonesia terus
meningkat sepanjang tahun dengan konsumsi nasional sebesar 25,1 juta ton per
tahun, bahan bakar batubara digunakan untuk memenuhi pasokan listrik dengan
kapasitas sebesar 7.550 (23,4%) dari total 32.244 MW kapasitas tenaga listrik
nasional. Dari proses pembakaran batubara pada unit pembangkit uap (boiler)
akan terbentuk dua jenis limbah berbentuk padatan (abu) yaitu abu terbang (fly
ash) sebesar 10 - 20 % dan abu dasar (bottom ash) sebesar 80 % - 90 %.
Pembakaran batubara dapat menghasilkan abu hasil pembakaran batubara
sebanyak 8 % - 10 %, sehingga volume abu batubara yang dihasilkan mencapai
2.000.000 ton abu batubara per tahun. Limbah pembakaran batubara yang besar
ini memerlukan pengelolaan yang benar dan memerlukan tempat penampungan
yang sangat luas agar tidak menimbulkan masalah lingkungan, seperti
pencemaran udara, pencemaran perairan dan penurunan kualitas ekosistem
(Prabandiyani, 2008). Limbah ash batubara yang dihasilkan umumnya tidak
dimanfaatkan dan ditimbun begitu saja di ash disposal area dan berpotensi untuk
menimbulkan pencemaran air dan tanah akibat perlindian logam berat (Laksmi,
2010). Kegiatan penimbunan limbah padat batubara di lingkungan akan
mempengaruhi keseimbangan ekosistem dengan perubahan pada lingkungan
biotik dan abiotik (Kurniawan, 2010).
Kementerian Negara Lingkungan Hidup (KNLH) menetapkan limbah
batubara ke dalam kategori limbah bahan berbahaya dan beracun (B3)
berdasarkan PP No. 85 Tahun 1999 tentang pengelolaan limbah bahan berbahaya
dan beracun. Limbah ash batubara mengandung logam berat seperti tembaga
4
(Cu), timbal (Pb), arsenik (As), seng (Zn), merkuri (Hg), kadmium (Cd), dan
krom (Cr) sehingga dikategorikan zat berbahaya (Lestiani, 2010).
Keberadaan coal ash di sekitar wilayah perairan mengakibatkan terjadinya
potensi pencemaran antara ash batubara dengan lingkungan sekitar di lokasi
penelitian seperti siklus air (hidrologi) yang mengakibatkan terjadinya
pencampuran logam dengan material bawah tanah, sehingga perlu dipastikan
salah satunya dengan cara mengetahui lapisan penyusun bawah permukaan
dengan metode geolistrik, selain itu struktur bawah permukaan tanah diperlukan
juga untuk mengetahui kemungkinan adanya akuifer air. Kandungan air di bawah
permukaan tanah atau batuan dapat melarutkan atau mengedarkan logam
mengikuti jalannya proses hidrologi di permukaan tanah. Sebaran kandungan
logam dapat dipetakan berdasarkan kuantitas logam di setiap titik lintasan
penelitian.
Dari uraian tentang metode geolistrik dan karakterisasi mineral ash
batubara diatas maka perlu dilakukan penelitian dengan judul “Penentuan Jenis
Material Bawah Permukaan Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Ash
Batubara Dengan Metode Geolistrik Konfigurasi Wenner-Schlumberger Di
Desa Nauli I Kabupaten Tapanuli Tengah”.
1.2
Rumusan masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini adalah:
1. Berapa nilai resistivitas jenis material bawah permukaan lokasi
pembuangan ash batubara di Desa Nauli I Labuhan Angin Kabupaten
Tapanuli Tengah ?
2. Bagaimana struktur perlapisan bawah permukaan lokasi pembuangan ash
batubara daerah penelitian Desa Nauli I Labuhan Angin Kabupaten
Tapanuli Tengah ?
3. Bagaimana
karakteristik
dan
kandungan
logam
berat
di
lokasi
pembuangan ash batubara Desa Nauli I Labuhan Angin Kabupaten
Tapanuli Tengah ?
5
1.3
Batasan masalah
Untuk memberi batasan apa yang akan diteliti penulis membatasi masalah
pada pengujian resistivitas lapisan tanah
1. Penelitian ini mengenai identifikasi dan akuisisi pola perlapisan tanah
bawah permukaan dengan metode geolistrik konfigurasi WennerSchlumberger dari setiap lintasan pengambilan data.
2. Pengolahan dan analisa data untuk interpretasi kuantitatif menggunakan
software Res2dinv dan Surfer 13.
3. Karakteristik dan kuantitas kandungan logam diteliti dengan uji difraksi
sinar-X (XRD) dengan sampel yang berasal dari hasil ayakan sampel ash
batubara.
1.4
Tujuan penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian adalah untuk:
1. Menentukan nilai resitivitas jenis material bawah permukaan daerah
penelitian untuk setiap lintasan pengambilan data,
2. Mengetahui struktur perlapisan bawah permukaan daerah penelitian untuk
setiap lintasan pengambilan data,
3. Mengetahui karakteristik dan kuantitas kandungan logam dari ash
batubara di lokasi penelitian dengan uji XRD.
1.5
Manfaat penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Sebagai informasi kepada masyarakat dan pemerintah setempat mengenai
pengaruh keberadaan coal ash disposal area di lingkungan sekitarnya.
2. Sebagai pengetahuan untuk mengetahui struktur perlapisan resistivitas
perlapisan permukaan tanah dengan metode Wenner-Schlumberger dan
analisis mineral dari ash batubara.
3. Sebagai referensi bagi para peneliti yang melakukan penelitian mengenai
geolistrik dan ash batubara.
60
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.
Kesimpulan
1. Jenis material bawah permukaan di Tempat Pembuangan Akhir (TPA)
Ash batubara berdasarkan nilai resistivitas geolistrik tahanan jenis dari
kelima lintasan didominasi lapisan tanah alluvium campuran batu,
pasir dan endapan ash batubara serta lapisan tanah lempung (clay).
2. Nilai resistivitas lapisan tanah lempung di coal ash disposal area
adalah 0.78 – 66.45
78.35 – 162
an nilai resistivitas lapisan alluvium adalah
Lapisan tanah lempung bersifat tidak larut dalam air
dan bersifat adsorben (dapat mengikat logam), sehingga kecil
kemungkinan terjadinya penyebaran logam dari coal ash disposal area
ke lingkungan sekitar.
3. Uji karakterisasi mineral ash batubara dengan alat X-Ray Diffraction
(XRD), panjang gelombang Cu-Ka1 = 1,540600 Å = 0,154060 nm,
diketahui komposisi logam sampel ash batubara yang diuji adalah
Kromium (Cr), Tembaga (Cu), Timbal (Pb) dan Besi (Fe). Persentase
rata-rata kandungan logam dari keempat sampel adalah : Cr = 38.95 %;
Cu = 23.35 %; Fe = 19.77 % dan Pb = 10.32 %.
61
5.2
Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya mengenai karakterisasi mineral dan
logam ash batubara diharapkan menghaluskan sampel sampai
mencapai ukuran partikel minimum untuk mendapatkan hasil uji XRD
yang lebih baik dan akurat.
2. Untuk menguatkan hasil analisis dampak dan pengaruh keberadaan ash
batubara ke lingkungan sekitar, perlu dilakukan uji kandungan logam
berat terhadap biota hidup seperti hewan dan tumbuhan yang
beradaptasi di lingkungan sekitar TPA Ash Batubara.
3. Pemerintah setempat dan masyarakat sekitar Desa Nauli Kabupaten
Tapanuli Tengah, perlu memperhatikan dan mengawasi kegiatan
penimbunan
ash
batubara
di
lingkungannya
untuk
tindakan
pengelolaan lingkungan yang benar dan tepat, salah satunya cara
mengurangi dampak pencemaran logam berat adalah dengan
melakukan penanaman pohon untuk membantu mengurangi kandungan
unsur logam pada bawah permukaan TPA Ash Batubara.
62
DAFTAR PUSTAKA
Badan Pusat Statistik, (2015), Tapian Nauli Dalam Angka, BPS Pemkab. Tapanuli
Tengah, Pandan
Broto, S., dan Rohima S.A, (2008), Pengolahan Data Geolistrik Dengan Metode
Schlumberger, Jurnal Teknik, Vol. 29: 120 - 128
Chandra, A., (2009), Some Investigations on Fly Ash Resistivity Generated in
Indian Power Plants, Jurnal International Conference on Electrostatic
Precipitation, Vol. 11: 399 - 406
Dobrin, M.B., dan Savit, C.H, (1988), Introduction to Geophysic Prospecting 4th
Edition, New York
Darmono, (1995), Logam Dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup, UI Press, Jakarta
Fauzi, A. (2012), Penentuan Konduktivitas dan Resistivitas Air Laut Dengan
Pengukuran Tidak Langsung, Jurnal Materi dan Pendidikan Fisika, No. 5
: 37 -41
Hadi, A.I., Refrizon., dan Erlena S., (2012), Analisis Kualitas Batubara
Berdasarkan Nilai HGI dengan Standar ASTM, Jurnal Ilmu Fisika
Indonesia, Vol. 1: 37 - 41
Juandi, M., (2011), Penyelidikan Pola Sebaran Limbah Detergen Bawah
Permukaan Tanah Dengan Aplikasi Geolistrik, Jurnal Ilmu Lingkungan,
Vol. 1: 29 - 44
Kanata, B., dan Teti Z., (2008), Aplikasi Geolistrik Tahanan Jenis Konfigurasi
Wenner - Schlumberger Untuk Survey Pipa Bawah Permukaan, Jurnal
Teknik Elektro, Vol. 7: 20 – 24
Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 51 Tahun 2004, (2014), Baku Mutu
Air Laut, 8 April 2004, Kementerian Lingkungan Hidup RI. Jakarta
Kurniawan, A.R., (2010), Penelitian Pemanfaatan Abu Batubara PLTU Untuk
Penimbunan Pada Pra Reklamasi Tambang Batubara, Puslitbang
Kementerian ESDM, Jakarta
Laksmi, D.N., Mochtar H., dan Sumiyati S., (2010), Pemanfaatan Limbah Fly
Ash Sisa Pembakaran Batu Bara Dengan Metode Solidifikasi-Stabilisasi
Sebagai Bahan Campuran Paving Block Geopolimer, Universitas
Dipenogoro, Semarang
63
Lestari, (2013), Pemanfaatan Limbah Abu Terbang (Fly Ash) Batubara Sebagai
Adsorben Untuk Penentuan Kadar Gas No.2 Di Udara, Universitas
Jember, Jember
Lestiani, D.D., Muhayatun., dan Natalia A, (2010), Karakteristik Unsur Pada Abu
Dasar Dan Abu Terbang Batu Bara Menggunakan Analisis Aktivasi
Neutron Instrumental, Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, Vol.
XI : 27 - 24
Loke, M.H., dan R.D. Barker, (1996), Rapid Least-Squares Inversion of Apparent
Resistivity Pseudosection by A Quasi - Newton Method Journal
Geophysical Prospecting. Vol. 44 No.1.
Loke, M..H., (2004), Tutorial : 2D and 3D Electrical Imaging Surveys, Penang,
Malaysia
Niarti, D., (2013), Penentuan Jenis Mineral Magnetik Guano Dari Gua Solek Dan
Gua Rantai Kecamatan Lareh Sago Halaban Kabupaten Lima Puluh Kota
Menggunakan Metode X-Ray Diffraction. Jurnal Pillar of Physics, Vol. 1:
52 - 59
Notohadiprawiro, T., (1993), Ilmu Tanah, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Parlinggoman, R. H., (2011), Studi Sebaran Air Limbah Sampah Bagian Utara
TPA Bantar Gebang Dengan Metoda Resistivity Wenner – Schlumberger,
Universitas Indonesia, Depok
Reynolds, J.M., (1997), An Introduction to Applied and Enviromental Geophysics,
John Wiley & Sons, New York
Rolia, E., (2011), Penggunaan Metode Geolistrik Untuk Mendeteksi Keberadaan
Air Tanah, Jurnal TAPAK, Vol. 1: 1-11
Santoso, D., (2002), Pengantar Teknik Geofisika, Penerbit ITB, Bandung
Sitepu, M., (2015), Hydrogeological Study of Labuhan Angin Power Station
Landfill Site, International Journal of Science Basic and Applied Research
(IJSBAR), Vol. 24: 421 - 427
Suarnita, I. W., (2013), Pemanfaatan Abu Dasar (Bottom Ash) Sebagai Pengganti
Sebagian Agregat Halus Pada Campuran Beton, Universitas Tadulako,
Palu
Sukamto, B., (2013), Pemanfaatan Limbah Fly Ash Batubara, Universitas
Lampung, Lampung
Supriyanto, (2007), Analisa Data Geofisika : Memahami Teori Inversi,
Universitas Indonesia, Depok
64
Syahruddin, M. H., (2015), Mengekstrak Parameter Fisis Dari Data Observasi
(Contoh Kasus Percepatan Gravitasi Bumi. Jurnal Seminar Nasional UNJ
Jakarta.
Telford., (1990), Applied Geophysics Second Edition, Cambridge University
Press, UK
Todd, D.K, (1980), Groundwater Hydrology 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc.
New York
Wardani, S. P., (2008), Pemanfaatan Limbah Batubara (Fly Ash) Untuk
Stabilisasi Tanah Maupun Keperluan Teknik Sipil Lainnya Dalam
Mengurangi Pencemaran Lingkungan, Universitas Diponogoro, Semarang