aplikasiisotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam sulfat

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

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

Evaristin Puji IndiyatiPusat 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 telahdigunakan sebagai geotermometer reservoir panasbumi di Sibayak - Sumatera. Isotop sulfur-34 danoksigen-18 dalam senyawa sulfat telah digunakan untuk merunut sumber sulfat pada beberapamanifestasi permukaan panasbumi di Sumatera. Kedua isotop tersebut juga telah digunakan untukmengetahui adanya kontribusi air lindi dari Tempat Pengolahan Akhir (TPA) Bantar Gebang - Bekasiterhadap air tanah dangkal di sekitarnya. Metode yang digunakan adalah injeksi gas S02 ke dalam alatspektrometer massa untuk penentuan rasio isotop sulfur-34 terhadap sulfur-32 (nilai 0 34S) dan injeksigas CO2 untuk pengukuran rasio isotop oksigen-18 terhadap oksigen-16 (nilai 0180). Gas S02 diperolehdari 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 distribusiisotop sulphur-34 dalam sol- dan H2S. Umumnya, nilai OCDT 34S dan OSMOW 180 dalam senyawa sulfatpada contoh mata air panas di Sumatera menunjukkan adanya kemungkinan percampuran dua sumbersulfat utama yaitu dari fumarol dan reservoir. Fumarola mempunyai nilai OCDT 34S yang dipermiskinsebesar -0,150/00dan 1,800/00sedangkan reservoir mempunyai nilai OCDT 34S yang diperkaya sebesar16,80/00hingga 18,13%0. Berdasarkan nilai 0 34S dan konsentrasi sulfat maka air lindi diindikasikan telahmencampuri air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang - Bekasi. Kondisi yang lebih jenuh padaair lindi daripada air tanah dangkal ditunjukkan dengan penurunan nilai 0 180 dalam senyawa sulfat.

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 hydrogensulphide 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 forsome surface manifestations in Sumatera. Both isotopes have been used to investigate whetherleachate water from Bantar Gebang sanitary landfill has contributed toward shallow groundwater. Amethod to determine isotope ratio of sulphur-34 to sulphur-32 (0 34S value) is by injection of S02 gas tomass spectrometer whereas isotope ratio of oxygen-18 to oxygen-16 (0 180 value) is obtained byinjection of CO2 gas. S02 gas was extracted from oxidation of Ag2S with Cu20 whereas C02 gas wasextracted from reduction of BaS04 with graphite (C). The temperature of Sibayak geothermal reservoir isaround 434°C to 479°C according to its sulphur-34 isotope distribution in sol- and H2S. Generally, theo 34S and 0 180 values of dissolved sulphates from hot springs indicated a possibility of mixture betweentwo major sulphate sources those are fumaroles and reservoirs. Fumaroles have a depleted value ofOCDT 34S about -0,150/00 and 1,800100 whereas reservoir has an enriched value of OCDT 34S from 16,80/00to18,130/00.Based on 0 34S value and sulphate content, leachate water might has contributed to shallowgroundwater in the vicinities of Bantar Gebang landfill. A more saturated condition in leachate water wasindicated by the depletion of 0 180 value in dissolved sulphate.

Keywords: Ground water, geothermal, natural isotopes, sulphur-34, oxygen-18, sulphates

65

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti

BABJ PENDAHULUAN

ISSN 2087-8079

Isotop sulfur-34 merupakan salah satu isotop alam yang mulai diteliti vanaslkelimpahannya 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 airalam dengan menggunakan parameter isotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam senyawa sulfattelah banyak dilakukan seperti yang dilakukan oleh E. Schroll pada air danau [3], C.TJohnson pada air tanah [4], A. Longinelli pada air sungai [5] dan B.W Robinson pada airpanasbumi [6].

Oi Indonesia, isotop ini mulai dikembangkan pad a tahun 1993 oleh KelompokHidrologi-Bidang Kebumian dan Lingkungan - Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan RadiasiBATAN. Isotop ini melengkapi beberapa isotop alam lain seperti oksigen-18, deuterium dankarbon-13 yang telah lebih dahulu diterapkan dalam bidang hidrologi. Penelitian denganmenggunakan parameter isotop sulfur-34 di bidang hidrologi mulai berkembang setelah alatspektrometer massa Delta S beserta alat preparasinya yaitu alur penyiapan sulfida (sulphidepreparation line) dan alur penyiapan sulfat (sulphate preparation line) dipasang.

Oalam penelitian di bidang hidrologi, isotop sulfur-34 digunakan untuk merunutsumber atau asal senyawa sulfat terlarut dalam air tanah. Penggunaan isotop sulfur-34bersama dengan oksigen-18 dalam senyawa sulfat dapat memberikan informasi tentangproses fisik maupun kimia yang mempengaruhi komposisi kedua isotop tersebut. Ada empatmekanisme yang dapat diidentifikasikan yaitu proses percampuran dua air tanah dengankomposisi isotop dalam senyawa sulfat berbeda, kristalisasi mineral sulfat, adsorpsi senyawasulfat oleh sedimen dan reaksi redoks sulfur [7]. Oalam studi pencemaran air tanah, keduaisotop ini dapat digunakan untuk merunut sumber sulfat di lokasi sanitary landfill [8].

Oalam bidang panasbumi, isotop sulfur-34 dalam kesetimbangan antara senyawasulfat dan sulfida, maupun sulfat dan air dapat digunakan untuk studi geotermometer suatulapangan panasbumi. Penerapan isotop sulfur-34 bersama dengan oksigen-18 dalamsenyawa sulfat dapat digunakan untuk menentukan sumber sulfur suatu manifestasi airpermukaan dan reservoir panasbumi [6].

Penerapan kedua isotop ini di bidang hidrologi di Indonesia masih sangat terbataskarena merupakan teknologi terbaru. Oi bidang panasbumi, isotop ini telah digunakan untukmenentukan suhu suatu reservoir dan sumber sulfat pada beberapa manifestasi di Sumateradan Kotamobagu-Sulawesi Utara, Kamojang-Jawa Barat [9-11]. Oi bidang hidrologi, isotop inijuga telah digunakan untuk merunut sumber sulfat pad a air tanah dangkal di sekitar Tempatpembuangan Akhir (TPA) Bantar Gebang-Bekasi [12]. Kedua isotop ini juga digunakan untukmengetahui karakteristik senyawa sulfat pad a air sungai Ciliwung [13] dan air tanah dangkaldi daerah Karawang [14].

Makalah ilmiah ini merupakan kumpulan beberapa penelitian yang menerapkanisotop 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 didaerah Sibayak adalah untuk menentukan suhu reservoir panasbumi. Sebelum sumberpanasbumi dieksploitasi untuk pembangkit tenaga listrik, salah satu kegiatan yang pentingdilakukan adalah menentukan suhu reservoirnya. Suhu reservoir panasbumi yangdisyaratkan adalah lebih tinggi dari 150°C [15]. Tujuan penelitian isotop sulfur-34 danoksigen-18 dalam senyawa sulfat terlarut di beberapa manifestasi permukaan sistempanasbumi di Sumatera adalah untuk menentukan asal-usul senyawa sulfat. Hal ini perludilakukan untuk mengetahui apakah senyawa sulfat tersebut berasal dari sumber magmatikatau berasal dari fluida dalam (deep fluid) atau telah mengalami percampuran dengan asamsulfat yang berasal dari permukaan. Apabila senyawa sulfat manifestasi tersebut berasal darifluida dalam maka dapat diperkirakan suhu reservoirnya sehingga ada kemungkinan untukmelanjutkan tahap eksplorasi sistem panasbumi [16].

Tujuan penelitian isotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam senyawa sulfat terlarut padaair tanah dangkal di sekitar Tempat Pembuangan Akhir (TPA) Bantar Gebang - Bekasi adalahuntuk merunut sumber sulfat. Hal ini perlu dilakukan karena munculnya keluhan daripenduduk sekitar akan beberapa penyakit seperti infeksi kulit, diare, disentri dan infeksisaluran pernafasan atas [17]. Selain itu, penelitian terhadap kualitas air tanah dangkal disekitar TPA Bantar Gebang dinilai sangat buruk [18]. Oengan penelitian ini, masyarakatsekitar TPA Bantar Gebang mendapatkan informasi akan bahaya kontaminasi air lindi padaair 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 asalmenjadi senyawa perak sulfida (Ag2S) atau barium sulfat (BaS04)' Kedua senyawa ini sesuaiuntuk proses ekstraksi yang selanjutnya menjadi gas sulfur dioksida (S02) atau gaskarbondioksida (C02) untuk analisis spektrometer massa. Metode yang digunakan untukmemperoleh gas CO2 adalah reduksi BaS04 dengan menggunakan grafit (C) pada suhusekitar 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 01 0). Metode yang digunakan untuk memperoleh gas S02 yaitu oksidasi Ag2S dengantembaga I oksida (CU20) pada suhu sekitar 1000 °c dalam kondisi vakum [20]. Gas inidiinjeksikan 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 dannomor atom 16, dalam tabel periodik terdapat pada golongan VI dan periode 3. Sulfurterdistribusi secara luas di hidrosfer, litosfer, biosfer dan atmosfer bumi. Pad a kondisi

pengoksidasi, sulfat (SO/-~ merupakan senyawa sulfur yang dominan sedangkan padakondisi pereduksi, sulfida (S -) dan HS- merupakan senyawa sulfur yang dominan.

Sulfur sebagai senyawa sulfida terdapat dalam deposit mineral logam yangterasosiasi dengan batuan beku, batuan sedimen dan batuan metamorf. Pada biosfer, air laut,batuan evaporit dan bahan organik seperti minyak mentah dan batubara, senyawa sulfuryang dominan adalah sulfat. Dalam sedimen laut, senyawa sulfur dapat berbentuk sebagaisulfida maupun sulfat. Elemental sulfur ditemukan sebagai endapan sulfur akibat kegiatanvulkanik yakni dari gas-gas yang diemisikan dari kawah aktif solfatar atau dari sumber airpanas yang mengandung sulfur atau dari sedimen di dasar danau.

TREES

MOSSES

"' ••. LICHENS

LITHOSPHERE -

Gambar 1. Siklus global sulfur di alam [21J

Sulfur terikat dalam berbagai tingkat oksidasi dari sulfida ke sulfur elemental, atau kesulfat dengan tingkat valensi dari -2 hingga +6. Sulfur juga terdapat pad a hampir semualingkungan alam dan pada setiap skala suhu dalam lapisan bumi. Dari kenyataan tersebut,

67

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti ISSN 2087-8079

maka senyawa sulfur sangat menarik dalam studi geokimia terutama dari sudut pandangfraksinasi isotopnya [21,22]. Siklus sulfur di alam terdiri dari beberapa prases dan sub siklusdi dalamnya. Gambar 1 memperlihatkan siklus sulfur secara global dengan dua sub siklusyaitu 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 waktupara pendek yang bersifat radioaktif. Salah satu isotop sulfur buatan dengan waktu parapaling panjang adalah 35S dengan waktu para 87 hari dan biasanya digunakan dalampercobaan perunut sulfur. Oari keempat isotop sulfur stabil tersebut, kelimpahan isotop 34Sadalah yang terbanyak kedua setelah 32S. Oleh karena itu dalam banyak studi, umumnyakedua isotop tersebut yang dipelajari [2,21]. Komposisi isotop sulfur dinyatakan dalam notasio 34Sdalam bagian per seribu (%0 atau permill) yang didifinisikan sebagai:

(348/ ) . - e48/ )

o'~= /32 S r';':, ) /32 S,,," ,", X 103 (1)%8 slandar

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

rneteorit

deposit rnagrnatikvulkanikbatuan sedirnen

air laut sekarangbatuan evaporitdeposit Pb, ZnH"S (Devonian, Alberta)

~ rninyak burniudara

air pennukaanbatubaratanah

I rIt] ~1,.-·...•.:.··~~:1;~

~.. I-, •• , •• '~••• ~,'"..t', ,h ' •••• _ ,r .• _•..•.~

• 'I' ~'- ••' ." ' •• ',_. ", ' •.•••.•• - ••• ' • ,-

J]

I·;g";.-..•·••·;.•,.·;>,:,-:-:.'-:,;,'1

t:::.·;" :~_'.,..:;.' :":-iJYc....!~;;;;~4~7.'/.(:?'~~W,...Zf•.?·//.:-:~{/,;.;;~f(~-$:9X•.~zJ~j""~"r<:"<V~:"i«{f~";<;"::'~

.' ' . ," ," r -., •• ,I Ih·Wb!'''''W.r0··.rf;i''o/i·W?(:0<iY&:'$.m--r&{I@''W~'-~1

"

..

-40 -20 o +20 +408345 (%0)

LiIJorganik ,SoD sulfat ,302

Gambar 2. Variasi nilai <534 S dari beberapa bahan alam [21]

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

68

r makanan t:7 5032-

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 (lightestsulphides) mempunyai nilai b 34Ssekitar -65%0 [2].

Gambar 2 memperlihatkan variasi nilai b 34S dari beberapa bahan alam. Sulfidaprimer yang jauh terpendam dalam perut bumi, deposit magmatik dan batuan karbon atmempunyai skala nilai b 34S sempit dan dekat dengan standar trailite. Batuan dan gasvulkanik mempunyai skala nilai b 34S yang lebih lebar karena adanya proses pertukaranisotop 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 34Syang lebih luas karena input senyawa sulfur bermacam-macam baik dari sumber alammaupun kegiatan man usia. Adanya proses fraksinasi isotop oleh aktivitas mikroba turutmempengaruhi nilai b 34S. Oerajat fraksinasi tersebut tergantung pada kandungan nutrisisulfur, 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 utamavariasi komposisi isotop sulfur di alam. Bakteri anaerobik pereduksi sulfat berasal dari generaDesulfovibrio dan Desulfatomaculum. Bakteri Desulfovibrio desulfuricans umumnya tinggaldalam deposit sedimen laut dan danau. Bakteri ini memperoleh energi untuk pertumbuhandengan penggabungan oksidasi gas hidrogen pada kondisi anaerobik dan bahan-bahanorganik.

Bakteri ini akan memisahkan oksigen dari ion sulfat dan melepaskan gas H2S yangdiperkaya dalam isotop 32S relatif terhadap sulfat. Tingkat fraksinasi isotop sulfur tergantungpada tahap pengontrol kecepatan reaksi. Selain tergantung pad a lingkungan, kecepatanreduksi sulfat juga sangat tergantung pad a konsentrasi sulfat dan elektron donor. Oalamsistem anorganik, tingkat fraksinasi isotop selama reduksi sulfat menjadi hidrogen sulfidadisebabkan oleh perbedaan kecepatan pemutusan ikatan S---O. Ikatan 32S 0 lebih mudahdiputuskan daripada ikatan 34S 0 sehingga H2S pertama yang dihasilkan dari reduksi S042-akan 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 semakinmenurunnya konsentrasi sulfat [2,21].

Reduksi sulfat oleh bakteri melalui dua tahapan yaitu masuknya sulfat ke dalam seldan pemutusan ikatan S-O, seperti digambarkan pada skema berikut:

ATPL AP5

1 II IV III I

ATP = Adenosin tripospat, APS = Adenosin-5'-Posposulfat

(2)

Pad a umumnya tahap pengontrol kecepatan reaksi adalah proses ke-II dimanapertama kali terjadi pemutusan ikatan S---O. Proses ini menghasilkan perubahan besardalam komposisi isotop sulfur sedangkan proses ke-I menghasilkan sedikit pertukaran isotop.Faktor fraksinasi dari reduksi sulfat pada suhu 25°C:

32 2- 34S --:;-7 34S0 2- H 32S 3)S04 (aq) + H2 (g) ~ 4 (aq) + 2 (g) (

a [SO/- -- H2S) = (34SP2S) SO/- = 1,075 (4)

(34S/32S)H2S

69


(5)

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

2.1.2. Isotop Oksigen

Oksigen merupakan unsur yang kelimpahannya paling banyak di bumi. Senyawayang mengandung oksigen terdapat dalam setiap fasa yaitu gas, cair dan padatan. Beberapasenyawa yang mengandung oksigen adalah air, sulfat, pospat, silikat dan karbonat. Karenakelimpahan di alam cukup besar dan umumnya stabil terhadap suhu maka oksigenmerupakan 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 oksigenadalah rasio 180 terhadap 160. Hal ini disebabkan kelimpahan kedua isotop tersebut cukupbesar. Komposisi isotop oksigen dinyatakan dalam notasi 0 180 dalam bagian per seribu (%0)

yang didifinisikan sebagai [2, 8, 22]:

18 (18;{60)clIPlikan -(18;{60)standar 3o 0 = ----------------x 10

(18;{6 0) stan dar

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

C 18 % C 18 3oSMOW 0 ( 00) = 1,04143 x 0 PDB 0 + 41,4 . (6)

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

o air laut

~l';%';:~1batuan metamorf

~::1;:f0j batuan granit

t3 batuan basalt

~ materi Juar angkasa~ (batuan meteorit dan bulan)

I I I I I I I I I I I40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70

o 180 (%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 reaksipertukaran isotop oksigen antara sulfat dan air dalam kesetimbangan, dan efek kinetik. Padaumumnya reaksi pertukaran isotop oksigen antara S042- dan H20 berjalan sangat lambat.Pada kondisi tertentu seperti di daerah panasbumi diperkirakan telah terjadi kesetimbanganisotop antara kedua senyawa tersebut. Reaksi kesetimbangan isotop oksigen adalahsebagai:

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 semakinasam dan semakin tinggi suhu lingkungan maka kecepatan reaksi semakin meningkat [7,22].

Efek kinetik yang mempengaruhi terjadinya fraksinasi isotop oksigen adalah reduksisenyawa sulfat dan oksidasi senyawa sulfida. Seperti halnya pada isotop sulfur, prosesreduksi senyawa sulfat akan menyebabkan pengkayaan isotop 180 pada residu senyawasulfat. Reaksi reduksi sulfat lebih memilih ion sulfat yang mengandung 160 daripada 180. Halini 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 dariair 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. Reaksikedua yaitu oksidasi sulfit menjadi sulfat.

sot + Y2 O2 • SO/-. (9)

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

2.2. Panasbumi

Magma yang terakumulasi di dalam perut gunung api memiliki suhu sekitar 700°Chingga 1600°C. Magma memberikan panasnya kepada batuan sekitarnya sehingga merubahstruktur 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) akanberinteraksi dengan batuan panas (water-rock interaction) menjadi air panas atau uap (fluida)bertekanan tinggi. Gambar 4 menjelaskan proses pembentukan gas dan ftuida panasbumiserta terjadinya jenis air panasbumi pada sistem vulkanik [23].

Gas dan uap dari magma naik, sebagian masuk ke dalam sistem reservoirpanasbumi dan sebagian naik ke permukaan bercampur dengan air tanah. Konsentrasi gasdalam reservoir dikontrol oleh berbagai reaksi kesetimbangan pada suhu reservoir. Absorbsigas tersebut ke dalam air tanah dalam dan pendinginan akan menyebabkan pembentukanasam, oksidasi dan fluida yang reaktif. Fluida tersebut dapat tereduksi dan ternetralkanmelalui interaksi dengan batuan, dimana kation dari batuan terlarut ke dalam fluida. Fluida iniakan mendesak dan mendorong batuan sekitarnya atau menerobos celah-celah antar batuanuntuk melepaskan tekanannya ke permukaan bumi. Manifestasi fluida ke permukaan bumiberupa uap panas (fumarole), telaga air panas (hot spring) atau sebagai lumpur panas (mudpots) seperti terlihat pada Gambar 5.

Uap panas (fumarole) terjadi akibat proses pendidihan fluida seiring berkurangnyatekanan. Gas terlarut dalam fluida tersebut akan terlepas kembali dan masuk ke dalam fasauap menuju permukaan. Kondensasi uap ke dalam air tanah dapat membentuk telaga airpanas (hot spring). Akibat adanya proses oksidasi gas H2S di permukaan maka telagatersebut banyak mengandung asam sulfat (acid sulfate spring). Fluida residual di kedalamanyang kaya akan klorida akan mengalir secara lateral dan bercampur air tanah kemudiankeluar sebagai telaga air yang banyak mengandung klorida (chloride spring). Apabila fluidapanas tersebut tidak dapat keluar ke permukaan bumi karena tidak tersedia celah atauterhalang oleh lapisan kedap air (impermeable), maka fluida panas akan tetap terperangkap

71


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 sebagaipembangkit 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 patahanSumatera (Sumatera fault zone) yakni garis yang menghubungkan deretan gunung api.Sepanjang zona ini terdapat 11 gunung api aktif (active volcanoes), 5 gunung api yangmengeluarkan gas (degassing volcanoes) dan 1 kaldera yakni danau Toba seperti terlihatpad a Gambar 6. Sedikitnya 30 sistem suhu tinggi terdapat juga di zona patahan Sumateradengan suhu reservoir lebih dari 200°C yang mentransfer panasnya ke permukaan.Setidaknya separuh dari gunung api aktif dan degassing volcano tersebut terasosiasi denganreservoir panasbumi yang mengandung gas-gas dari magmatik dan fluida asam [25].

Lapangan panasbumi Sibayak merupakan lapangan yang mempunyai reservoirdengan 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 kalderaSingkut pad a lereng sebelah Selatan G. Sibayak - Sumatera Utara dengan ketinggian 1500m dpl [26]. Tahap eksplorasi panasbumi Sibayak dimulai pada tahun 1990, denganmelakukan pemboran 10 sumur dengan kedalaman 1500 m sampai 2300 m. Sejak tahun1995 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 yangsangat penting dalam tahap eksplorasi. Pada umumnya penentuan suhu dilakukan dengancara kimia. misalnya T Na-K, TNa-K-Ca. TNa-Li dan T K-Mg. Penentuan suhu dengan metode isotopbelum banyak dilakukan karena kendala teknologi dan informasi. Geotermometer kimiamemiliki kelemahan diantaranya adalah dapat mengalami pengenceran dan dapat terjadikesetimbangan ulang pada saat fluida naik ke permukaan. Geotermometer isotopmembutuhkan waktu lama untuk terjadi kesetimbangan isotop. Sebagai contoh adalah lajuuntuk terjadi kesetimbangan isotop antara sulfat dan air pad a pH=7 dan suhu 250Cmemerlukan 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


dalam senyawa sulfur. Sebagai contoh adalah pertukaran isotop sulfur dalam kesetimbanganantara sulfat dan sulfida atau pertukaran isotop oksigen dalam kesetimbangan antara sulfatdan air [28].

32S0/- + H234S. • 34S0/- + H232S (10)

S 160/- + H2 180• • S 16031802- + H2 160 (11)

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

1000 Ina = 6,04x106 26, +,T-

1000 + 0 34S ,_

a=so, -

'41000 + 0 .' SH2S(12)

(13)

.•..•.•.o~..••..•.

ooo.•...

2 3 4 5 6 789

Gombar 7. Plot 1000 In a terhadap l/T] dalam tiga sistem panas bumi yaitu50]- H]5, 50/- - H]5 don 50/- - H]O [29]

Gambar 7 memperlihatkan hubungan faktor fraksinasi terhadap suhu pada tigasistem kesetimbangan senyawa sulfur. Kesetimbangan antara gas H2S dengan S042menunjukkan skala suhu 200-450°C sedangkan untuk skala suhu yang lebih rendahdigunakan 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 yaitudesa Ciketing Udik, Cikiwul dan Sumur batu. Penggunaan lahan terbesar di KecamatanBantar Gebang adalah untuk pemukiman sebesar 52,6%. Sebanyak 13% lahan pertaniandan 11,6% lahan sawah telah dialihkan menjadi lahan perumahan untuk menampungpendatang. Pesatnya pembangunan di kecamatan Bantar Gebang merupakan daya tarik bagipenduduk daerah lain. Sejak terjadi krisis ekonomi tahun 1997 terjadi peningkatan urbanisasiyang cukup signifikan. Gejala ini diikuti peningkatan jumlah pendatang yang mendirikanperumahan liar di sekitar TPA.

TPA Bantar Gebang yang dibangun oleh pemerintah DKI Jakarta sejak tahun 1986merupakan realisasi dari rencana pengelolaan sampah di belahan Timur. Bantar Gebangdinilai cocok untuk dijadikan TPA karena lahannya yang cekung dan jauh dari pemukimanpenduduk. Areal ini semula adalah bekas lahan galian tanah untuk perbaikan jalan dan

74


kepentingan beberapa perumahan di Jakarta seperti Sunter, Podomoro dan Kelapa Gading[17,30].

Tabel1. Prediksi timbunan sampah DKI Jakarta pad a tahun 2005-2020*)

Tahun Jumlah pendudukJumlah timbulan

Uiwa)sampah (m3/hari)

2005

10.298.30027.7522010

10.931.20729.6242015

11.603.01031.6762020

12.316.10133.869

*) Sumber pustaka [30J

Persentase komposisi sampah di Jakarta pada tahun 2003 adalah sampah nonorganik sebanyak 35% sedangkan sampah organik sebesar 65%. Timbunan sampah diJakarta meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah penduduk, keadaan sosial dankemajuan teknologi. Prediksi peningkatan jumlah sampah dan penduduk Jakarta pada tahun2005 hingga 2020 disajikan pada Tabel1 [30].

TPA Bantar Gebang menerapkan metode pembuangan secara sehat (sanitarylandfill) yang terdiri atas 5 zona dengan total area 108 ha. Metode ini meliputi pembuangandan penumpukan sampah di wilayah cekung, memadatkan sampah tersebut kemudianmenutupnya dengan tanah. Jika ketinggian timbunan sampah telah mencapai 15 m makaproses penimbunan dipindah ke zona lain. Sampah dibiarkan terurai secara alami denganbantuan aktifitas mikroorgnisme. Pembusukan sampah menghasilkan gas metana (CH4) dangas hidrogen sulfida (HzS). Secara umum, sanitary landfill seperti tertera pad a Gambar 8dengan 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 iniumumnya terbuat dari lempung yang dipadatkan (compacted clay).

2. Sistem pengumpul air lindi (leachate collecting system) berguna untukmengumpulkan air lindi dan memompa keluar sebelum menggenang di sistempelapis. Air lindi yang dipompa keluar, dimasukkan ke dalam sistem pengolahan airlindi untuk diproses sebelum pembuangan akhir.

3. Sistem penutup (cap system) berguna untuk mengurangi cairan akibat hujan yangmasuk ke dalam landfill sehingga dapat mengurangi air lindi.

4. Sistem ventilasi gas (gas ventilation system) berguna untuk mengendalikan alirandan konsentrasi gas di dalam landfill. Sistem ini untuk mengurangi resiko gasmengalir ke dalam tanah tanpa terkendali yang dapat mengakibatkan peledakan.

5. Sistem pemantau (monitoring system) berguna sebagai peringatan dini kalau terjadikebocoran atau bahaya kontaminasi di lingkungan sekitar.

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

75


Penelitian dampak TPA Bantar Gebang telah dilakukan sejak tahun 1991-1994terhadap perubahan kondisi fisik dan kimia air sungai Ciketing sebelum dan sesudahmelewati TPA. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa daya hantar listrik (DHL), alkali,amonia, kebutuhan oksigen biologi (Biological Oxygen Demand) dan kebutuhan oksigenkimia (Chemical Oxygen Demand) di atas baku mutu. Kenyataan ini membuktikan bahwapengelolaan 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. Airsumur di sekitar TPA tercemari oleh bakteri Escherichia Coli yang menyebabkan penyakitdiare dan Salmonela typhosa yang menyebabkan penyakit tifus. Bakteri ini kemungkinanberasal 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 standarbaku mutu air minum menurut peraturan (No.416/MENKES/PERIIX/1990) dan mutu airnyadinilai sangat buruk [17, 18]. Gambar 9 memperlihatkan timbunan sampah di TPA BantarGebang yang berasal dari DKI Jakarta sebanyak 6000 ton/hari dan sebagian telah memasukizona 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 SulphateStandard), Ag2S R-2268.

3.2. Alat

Alat yang digunakan adalah alur penyiapan sulfida (sulphide preparation line), alurpenyiapan 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 coolerCC-100 II, pH meter, papan pemanas (hot plate), kondensor dan separator Weber, kolomgelas 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 Gambar10. Pengambilan cuplikan tersebut dibagi 2 yaitu pengamatan cuplikan di manifestasipermukaan dan sumur dalam. Cuplikan dari manifestasi permukaan dimasukkan ke dalambotol plastik 2 I dan ditambahkan HgCI2 untuk analisis 348 dan 180 dalam 8042-.

Pengambilan cuplikan fluida dari sumur dalam digunakan separator Weber dankondensor seperti terlihat pad a Gambar 11 [32]. Cuplikan air yang telah dipisahkan(separated water sample) digunakan untuk analisis 348 dan 180 dalam 80/- sedangkancuplikan 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 Insulationjacket

separOlted :steam sampleseparated water sample

Gambar 11. Skema pengambilan cuplikan fluida panasbumi [32J

77


3.3.1.2. Air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang

ISSN 2087-8079

Pengambilan cuplikan dilakukan pada bulan April-Mei 2001. Cuplikan air tanahdangkal sebanyak 15 I diambil dari sumur penduduk pada kedalaman 6-25 m. Jarak antaratitik pengambilan cuplikan adalah 1-2 km. Cuplikan air lindi diambil dari Instalasi PengolahanAir 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 lokasipengambilan 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 dangkaldi 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 ppmdilakukan dengan pemekatan menggunakan resin penukar ion. Kolom diisi dengan resinpenukar ion cr, dikondisikan dengan pengelusian HCI 6N kemudian dialirkan 300 ml aquadesdengan kecepatan 4-5 ml/menit. Cuplikan air disaring dengan kertas saring miliporekemudian dielusikan ke dalam kolom. Sebanyak 300 ml NaCI 1 M dielusikan untukmelarutkan ion sulfat sehingga terbentuk larutan Na2S04. Ke dalam larutan diteteskan HCI 1Nhingga pH 3-4 kemudian dipanaskan. Endapan BaS04 diperoleh dengan menambahkanlarutan 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 padacuplikan dalam keadaan panas. Endapan BaS04 yang terbentuk, disaring dan dikeringkanpada suhu ruang [34].

3.3.2.2. Ekstraksi gas CO2

Preparasi gas CO2 dari cuplikan BaS04 untuk analisis 180 dilakukan dengan prosesreduksi menurut metode Rafter [19]. Sekitar 50 mg BaS04 dicampur dengan dengan 50 mggrafit kemudian diletakkan dalam lempeng platina. Campuran ini dibakar pada kondisi vakum

78


----.- BaS + CO2 + 2CO

dengan suhu 1200°C dalamReaksi yang terjadi adalah

BaS04 + 3C

alat alur penyiapan sulfat seperti tertera pada Gambar 13.

(14)

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

\'9

pompa difus;

reaklor

VI

V2

V?

11

pompa rotm:,

G2

GI G3

T2

o \' I -9: katllpG I -3: pengul,:ur tekanan

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

botol colltoh

manometer

Gambar 13. Skema alat alur penyiapan sulfat

3.3.2.3. Penentuan nilai () 180

Penentuan nilai () 180 dalam senyawa sulfat dilakukan dengan pengukuran rasioisotop 180/160 dalam alat spektrometer massa Sira 9 VG Isogas. Rumus yang digunakanadalah [8,35]

o 180 (%0) = (RCliPlikan -1) xl 03R'k

(1000 + c6sk 180

c 18 0 = x 1 +6PDB 0 (%0) 1000 + Si6sk 180 (

(15)

)-IJXIO' (16)

(17)

dengan :R adalah rasio isotop 180/60 cuplikan dan standar kerjaCOPDB 180 : nilai 0 180 suatu cuplikan terhadap standar internasional POBCOSk 180 : nilai 0 180 cuplikan terhadap standar kerja (gas CO2 dalam tanki)SiOSk 180 : nilai 0 180 standar internal terhadap standar kerja (gas CO2 dalam tanki)SiOPDB 180 : nilai 0 180 suatu standar internal terhadap POB. Standar internal yang digunakan

adalah CaC03. Wallingford carbonate dengan nilai -1,46%0 POBC OSMOW 180: nilai 0 180 suatu cuplikan terhadap standar internasional SMOW

79


Pengukuran rasio isotop 180 terhadap 160 dalam spektrometer massa dilakukansebanyak 10 kali ulangan secara bergantian antara cuplikan dan standar kerja. Kalibrasi danuji 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 isotopOSMOW 180 dari BaS04 R.1931 yang dilakukan oleh Rafter menunjukkan nilai penyimpangansebesar 0,29%0 dengan 17 kali ulangan. Nilai penyimpangan sebesar 0,3%0 masih dianggapbaik untuk pengukuran isotop 180 dalam senyawa sulfat [19].

Uji banding terhadap nilai 0 180 pad a BaS04 DIN5033 dan PSS-1 dilakukan denganlaboratorium Pinstech (Pakistan Institute of Nuclear Science and Technology) [35,36]. Ujirata-rata nilai 0 180 BaS04 DIN5033 dengan distribusi t- Student dengan tingkat kepercayaan95%, 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. Filtrat ditambahkanAgN03 sehingga terbentuk endapan Ag2S. Reaksi yang terjadi,

BaS + 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 menurutmetode Robinson-Kusakabe [20].

Sebanyak 20 mg endapan Ag2S dan 60 mg CU20 yang telah digerus halusditempatkan ke dalam lempeng platina dan kemudian dimasukkan ke dalam reaktor. Cuplikandipanaskan pada suhu 100°C selama 5 men it dalam alat alur penyiapan sulfida yang telahdivakumkan seperti tertera pada Gambar 14. Uap air akan dibekukan pada pipa penjebak Iyang tercelup pad a nitrogen cair yang dijaga suhunya pad a -80°C. Suhu penjebak I tetappada -80°C selama proses pembakaran cuplikan. Cuplikan dibakar pada suhu sekitar1000°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 akandiendapkan 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 untukmenguapkan kembali gas S02 dan dialirkan ke botol cuplikan [38]. Gas S02 siap diinjeksikanke spektrometer massa untuk pengukuran rasio isotop 34SP2S.

pompa rotari

pirani I

Ickanan

7

14

II

5

12

6

pendingin I

reaktor

1-6 : tempal eonloh7-14 : katllp

•o pirani 2

•o

pcndingin 2 pirani 3

4 2

bolol gas S02

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

80

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 spektrometermassa Delta S. Perhitungan nilai 8 34Ssuatu cuplikan adalah [8,39]

8 34S (%0) = (RWPlikllll 1) xl 03 (20)R'k

" "" (1000 + "15,,"S ( " " J'6cm 8(%0)= 1000+"6,/48 x 1+ 6cm 8 )-1 x10 (21)

dengan R adalah rasio isotop 34Sp2S cuplikan dan standar kerjac8CDT 34S : nilai 8 34Scuplikan terhadap standar internasional COTc8Sk 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)

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 Ag2SJ-1. Kalibrasi dan uji banding nilai 8 34S dalam standar internal Ag2S J-1 seperti tertera padalampiran B. Hasil kalibrasi standar internal Ag2S J-1 dengan 15 kali ulangan diperoleh nilairata-rata 8CDT 34S adalah 3,64 ± 0,19%0 [40]. Nilai penyimpangan pengukuran yangdisarankan untuk aplikasi isotop sulfur sebagai perunut di lingkungan, hidrogeologi maupungeologi adalah kurang dari 0,2%0 [39].

Uji banding terhadap nilai 8CDT 34Spada Ag2S J-1 dilakukan dengan Institute Geologyand Nuclear Sciences - New Zealand [41]. Uji rata-rata nilai 8CDT 34S Ag2S J-1 dan PSS-1yang 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. Absorbansilarutan 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 panasbumi5umatera

4.1.1. Penentuan suhu reservoir panasbumi di Sibayak

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 tigasumur dalam yaitu SBY-3, SBY-5 dan SBY-6 berkisar 17,14%0 hingga 18,14%0 sedangkan8CDT 34Sdalam gas H2S berkisar 3,31%0 hingga 4,34%0.

81


Tabel 2. Nilai OCOT 34S dalam senyawa S042- dan H2S dari lapangan panasbumi Sibayak

8umur produksiPeriodeaCDT 348 (80/-) %0aCDT 348 (H28) %0

8BY-3

I18,52 3,35/I

18,02 3,251/1

17,86 3,34Rata-rata

18,13 ± 0,343,31 ± 0,068BY -5

I17,52 4,04/I

16,79 3,411/1

17,11 3,73Rata-rata

17,14 ± 0,363,73 ± 0,318BY-6

I17,92 4,70/I

18,01 4,221/1

17,70 4,11Rata-rata

17,88 ± 0,164,34 ± 0,31

Oari data pada Tabel 2 dan perhitungan pad a persamaan (12) dan (13) makadiperoleh nilai fraksinasi (ex) dan perkiraan suhu reservoir seperti tertera pada Tabel 3. Oariketiga sumur dalam tersebut diperoleh nilai rata-rata suhu reservoir ± 460°C. Perhitungansuhu reservoir yang dilakukan dengan menggunakan geotermometer a 180 dalamkesetimbangan 80/- dan H20 adalah ± 270°C [11]. Perbedaan ini kemungkinan disebabkanoleh perbedaan kedalaman dan kondisi pad a saat terjadi kesetimbangan antara keduasenyawa yang dipakai sebagai geotermometer. Adanya air hujan yang meresap dikedalaman menyebabkan hidrasi gas 802 menjadi asam sulfat dan terjadi kesetimbanganantara 80/- dan H28. Kesetimbangan ini terjadi pad a suhu sekitar 200-450°C dan terjadipada kedalaman mendekati magma. Hal ini terlihat pad a kemiripan nilai a 348 pada senyawaH28 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 348standar troilite (0%0)[21,29].

Kesetimbangan antara senyawa 8042- dan H20 kemungkinan besar terjadi padakedalaman yang lebih dangkal dan didominasi oleh air. Pada saat fluida bergerak ke atasmaka akan berhubungan dengan suhu yang lebih rendah. Oalam hal ini terjadi fraksinasiisotop 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 dapatdipengaruhi oleh kontribusi molekul oksigen dari atmosfer dengan nilai a 180 yaitu 23%0 [8].

Pengukuran suhu dengan metode geotermometer isotop 180 dalam kesetimbangan80/- dan H20 menunjukkan nilai yang hampir sama dengan pengukuran secara langsungdengan peralatan custer (suhu aktual). Pengukuran suhu pada sumur 8BY-3 dengan isotop180 menunjukkan nilai 251°C sedangkan dengan peralatan custer menunjukkan suhu 260°C[11].

Tabel 3. Perkiraan suhu lapangan panasbumi 8ibayak dengan geotermometer 348 dalamkesetimbangan 8042- - H28

8umur produksi Nilai fraksinasi (ex)8uhu (0C)

8BY-3

1,0147711084348BY-5

1,0133601674798BY-6

1,013481490475

4.1.2. Penentuan asal f1uida sulfat

Untuk menentukan asal fluida sulfat di lapangan panasbumi dapat dilakukan denganmengukur nilai a 180 dan a 348 dalam senyawa sulfat. Tabel 4 memperlihatkan hasilpengukuran nilai aSMOW 180 dan aCDT 348 dalam senyawa sulfat dari berbagai manifestasi dipermukaan (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 834Sdalam senyawa sulfat dari berberapa cuplikan panasbumi.

Berdasarkan nilai 8CDT 34S dari semua cuplikan manifestasi di permukaan dan sumurdalam 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 airpanas dari Sumurup (8CDT 34S= 18,9%0)juga mempunyai nilai 8CDT 34S mirip dengan sumurdalam SBY. Kelompok (a) ini mempunyai nilai 8CDT 34S sangat kaya (enriched) yangmenunjukkan 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 diWairakei- New Zealand mempunyai nilai 8CDT 34Srata-rata 23%0[29] dan sistem panasbumi diIceland sebagian berasal dari air laut [28].

Proses pengkayaan nilai 8CDT 34S dalam fluida (kelompok a) ini kemungkinandisebabkan oleh reaksi hidrasi gas S02 dari sumber sulfur magmatik menjadi asam sulfatdengan reaksi

4H20 + 4S02 • H2S + 3H+ + 3HS04-. (22)

Menurut Ohmoto dan Rye, dalam reaksi ini lebih dari 70% isotop berat e4S) akanterkonsentrasi pada senyawa sulfat (Iebih enriched) dan menyebabkan nilai 8CDT 34S gas H2Smenurun (Iebih depleted). Pada suhu 350-3700C, sulfat terbentuk mempunyai nilai 8CDT 34S17%0 hingga 18%0, dengan asumsi 8 CDT 34S dari gas H2S pad a 0%0. Pada suhu 280°C nilai8CDT 34S menjadi sekitar 23%0[43].

Selain hidrasi gas S02, proses pembentukan sulfat dalam sistem reservoirpanasbumi dapat juga berasal dari proses oksidasi gas H2S dari magmatik. Dalamkesetimbangan antara S042- dan H2S maka isotop berat 34Sakan terkayakan dalam senyawasulfat [29]. Dalam sistem reservoir panas bumi Sibayak, nilai 8CDT 34Sdalam gas H2S sebesar3%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 dalamsenyawa sulfat yang hampir sama, yakni berturut-turut -0,15%0 dan 1,8%0 (kelompok b). Nilaitersebut sang at dekat dengan nilai 8CDT 34S dari sulfur magmatik dan standar troilite CanonDiablo yakni 0%0[2,8,21]. Pad a suhu yang sangat tinggi di dalam sumber magma, gas utamayang mengandung sulfur adalah S02 dan H2S. Tampaknya, nilai 8CDT 34S dalam senyawasulfat pada dua cuplikan fumarol tersebut sangat dipengaruhi oleh komposisi isotop sulfurdalam gas H2S dari magma.

83


Tabel4. Nilai bSMOW180 dan bCOT34Sdalam senyawa sulfat di beberapa lapangan panasbumidi Sumatera

180b COT34SNo Kode LokasiManifestasibSMOW

(S042-) %0(S042-) %0

1TSA Tambang Sawah-BengkuluMata air panas1,4214,20

2WP Waipanas-Lampung Mata air panas2,1313,90

3SLW Seulawah-Aceh Mata air panas16,7014,00

4RDD-7Rantau Dadap -SumselFumarol6,60-0,15

5RDD-8Rantau Dadap-SumselMata air panas3,9612,50

6KawahSibayak-Sumut Kawah2,643,47

7SBY-3Sibayak-Sumut Sumur-3,0718,13




11SMR Semurup-Kerinci-JambiMata air panas-4,9018,90

12PBT-1Pusuk Bukit- SumutFumarol7,561,80

13PBT -2Pusuk Bukit- SumutMata air panas4,437,20

14RNT -3Samosir-Sumut Mata air panas8,678,63

15SBL-1Samosir-Sumut Mata air panas2,105,25

Komposisi isotop sulfur dalam senyawa sulfat pada delapan cuplikan mata air dansatu 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 airpanas di permukaan umumnya tidak lagi memperlihatkan komposisi isotop sulfur yang samadengan reservoirnya. Hal ini kemungkinan disebabkan adanya proses percampuran denganasam 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 darisulfat dalam reservoir [29].

Sumber sulfat terlarut dalam air tanah dapat mempengaruhi komposisi isotop sulfurdalam mata air panas. Selain oksidasi sulfur vulkanik dan gas H2S, sumber sulfat dalam airtanah adalah sulfat dari air hujan dan pelarutan sedimen laut maupun tanah dimana terdapataktivitas bakteri pereduksi sulfat. Kondisi bervariasi dalam air tanah menyebabkan kisarannilai bCOT34Syang lebar [22].

5 10 15

<5 COT 34S (SOl-) %0

Gambar 15. Hubungan nilai 6CDT 34S dan 6SMOW 180 da/am sulfatdari lapangan panasbumi di Sumatera.

25

200

15>R

0........•N .,. 100 CJ)........-0 5~ ~a::;: 0

(/) oQ

-5-10

-5

o

SLW•

•

y = -0,58 x + 7,86R2 = 0,7 (r =0,84)

+sumur dalam

• mata air panast,. fumarol• kawah

WP

20 25

84

(26)

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

Persamaan percampuran antara dua air yang mempunyai senyawa sulfat berbedakomposisi 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 8180 -8180____ h = (/ h = C (25)83~ _834S 83~ _834Sh (/ h

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

8180 = C83~ - C834Sh +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 danbSMOW 180 dalam sulfat di atmosfer diadopsi dari Clark [8]. Hubungan tersebut linear dengankorelasi sebesar 0,84 (R2=0.7) dengan persamaan garis sebagai berikut bSMOW 180 = -0,58bCDT 34S + 7,86 dengan pengecualian titik SLW. Titik data pada mata air panas tersebutumumnya tersebar pada garis percampuran yang mengarah pada dua sumber sulfat yangberbeda. Sumber sulfat dengan nilai bCDT 34S yang terkayakan yaitu reservoir SBY dansumber sulfat lain dengan nilai bCDT 34S yang termiskinkan yaitu dari fumarol menjadi sumberutama 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/') darireservoir SBY lebih miskin (depleted) bila dibandingkan dengan bSMOW 180 (SO/) padafumarol. Nilai bSMOW 180 (S042') yang bernilai rata-rata -3,6%0 pada SBY menunjukkanpengaruh 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 dalampembentukkan sulfat [8]. Perbedaan nilai tersebut lebih disebabkan oleh adanya faktorpendidihan di reservoir, pemisahan uap atau adanya pertukaran isotop oksigen denganbatuan (oxygen shift) karena pengaruh suhu yang tinggi [15].

Cuplikan senyawa sulfat dari fumarol (RDD-7 dan PBT-1) dan mata air panas SLWmempunyai nilai bSMOW 180 yang sangat tinggi. Keadaan ini mencerminkan bahwa atomoksigen yang mengoksidasi gas H2S menjadi senyawa sulfat berasal dari permukaan ataudari kesetimbangan dangkal (shallow equilibrium). Mata air panas SMR, TSA dan WP yangbersifat mata air panas didih atmosfer (boiling spring) mempunyai nilai bSMOW 180 yang rendahdan nilai bCDT 34S yang tinggi. Keadaan ini menunjukkan bahwa pembentukan sulfat berasaldari fluida reservoir yang naik ke permukaan tanpa mengalami percampuran dengan airmeteorik (air hujan). Fluida ini terbentuk pad a suhu reservoir dimana mineral dan isotopberada pada kesetimbangan di kedalaman (deep equilibrium). Berdasarkan perhitungangeotermometer kimia (yaitu TNa.K, TNa.K.Ca, TNa-li dan TK-Mg) dan isotop 180 padakesetimbangan antara senyawa S042- dan H20, cuplikan mata air panas TSA dan WPmenunjukkan suhu 210°C hingga 240°C. Kedua mata air panas ini juga mempunyaikandungan 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 inidisebabkan berkurangnya suhu pada permukaan dan adanya hubungan dengan atmosfer.Pertukaran isotop oksigen dalam senyawa S042- dengan H20 pada umumnya berjalan sangatlambat pada suhu air tanah normal, kondisi alkali atau netral [8,15]. Pertukaran isotopoksigen 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, pertukaranisotop 80 berlangsung melalui reaksi dehidrasi/hidrasi berikut ini [8]:

S042- + 2H+ .•• • HS04' + H+ .•• • H2S04", • S03 + H20 (27)

85


4.2. Aplikasi isotop 345 dan 180 dalam sulfat pada air tanah dangkal di sekitar TPABantar Gebang

Tabel5. Oata lokasi, kedalaman sumur dan konsentrasi sulfat pada air tanah dangkal, airlindi dan air sungai di sekitar TPA Bantar Gebang

No Kode Sam pel LokasiKedalaman[S042.](m)

ppm1

IPAS 1Area TP A permukaan80,952

As-11Rumah seb. Jembatan Ciketing 68,643

As-21Os. Cikiwul Rt.04/Rw06 153,924

As-29PT.Gayane Garment 246,955

As-35Os.Taman Rahayu Rt02/Rw05 255,756

As-36Os. Ciketing Udik Rt02/Rw05 124,587

As-37Koper PU-Os Sumur Batu 133,648

As-40Gg. Mesjid Os. Sumur Batu 124,639

As-41Os. Cikiwul Rt04/Rw04 126,1010

Ak-6Sungai Ciketing hilir (b), Utara TPApermukaan6,48

Tabel6. Nilai 8SMOW 180 dan 8CDT 34S dalam SO/·, 8SMOW 180 dalam H20 pada air lindi, airsungai dan air tanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang

No Kode Sam pel18 •

8 SMOW 180 (S042') %08CDT 34S(S042') %08SMOW 0 (H20) %01

IPAS 1 -3,596,468,872

As-11 -6,618,805,063

As-21 -6,369,294,324

As-29 -5,679,306,665

As-35 -6,429,796,396

As-36 -6,158,264,407

As-37 -7,119,313,928

As-40 -6,467,024,799

As-41 -5,899,294,2510

Ak-6 -4,875,3011,65

Pad a penelitian ini dianalisis delapan cuplikan air tanah dangkal, satu cuplikan airlindi dan satu cuplikan air sungai Ciketing. Oata lokasi, kedalaman dan konsentrasi sulfattertera 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 tersebutyang 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 BantarGebang berkisar 3,64 ppm hingga 8,64 ppm sedangkan kandungan sulfat pada air lindi (IPAS1) lebih tinggi yakni 80,95 ppm. Tingginya kandungan sulfat ini kemungkinan disebabkan olehtingginya kandungan senyawa sulfur terreduksi seperti H2S, S02. S dan sulfida logam atausulfida organik yang dapat dioksidasi menjadi sulfat [17]. Kandungan bakteri pengoksidasisulfur juga turut meningkatkan kandungan sulfat. Bakteri ini berlaku sebagai katalis dalamreaksi oksidasi pyrit berikut [8]

FeS2 + 3 %02 + H20 -----. Fe2+ + 2S0/' + 2H+ Thiobacillus thiooxidans. (28)

FeS2 + 14 Fe3++ 8 H20 --+ 15 Fe2+ + 2S0/' + 16H+ abiological. (29)

Fe2+ + %02 + H+ • Fe3+ + % H20 Thiobacillus ferrooxidans. (30)

Gambar 16 memperlihatkan sebaran nilai 8SMOW 180 dan 8CDT 34S dalam SO/· padaair tanah dangkal, air lindi dan air sungai Ciketing. Terlihat bahwa 8CDT 34S pad a air lindi lebih

86

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 kandunganbahan-bahan organik pad a kolam IPA8-1. Kondisi ini mengakibatkan berkurangnyakandungan oksigen terlarut sehingga pertumbuhan bakteri pereduksi sulfat lebih cepat.

12 I •

4 6 8 10

DCDT 348 (8042-) %0

Gambar 16. Sebaran nilai 6CDT J4S dan 6SMOW 1<10 da/am sulfat padaair tanah dangka/ di sekitar TPA Bantar Gebang

10

0

8?f?-

----N0 6~ 0~ ~

4::;;

(/)(,Q

2

0

0

2

o •

• air tanah

• air lindi

• air sungai

•

12 14

Bakteri seperti Desulfovibrio dan Desulfatomaculum mengendalikan reduksi sulfatdengan memutuskan ikatan 8---0, dimana ikatan 328 0 lebih mudah putus daripada ikatan348 0. Gas H28 pertama yang terbentuk akan lebih kaya 328 dibandingkan dengan sulfatresidu. Fraksinasi isotop yang terjadi adalah

32804 (aq) + H2348 (g). ~ 34804(aq) + H2328 (g). (31)

Reaksi reduksi sulfat dan fraksinasi isotop sulfur berlangsung terus menerushingga kolam teracuni oleh gas H28 dan mengakibatkan residu sulfat semakin enricheddalam isotop 348 [2].

Nilai DCDT 348 dalam senyawa sulfat pada air sungai Ciketing memperlihatkan nilailebih tinggi yakni 11,65%0. Proses percampuran antara air lindi dengan berbagai sumbersulfat antara lain limbah industri, pupuk sulfat dan pelarutan batuan sulfur turutmempengaruhi tingginya nilai DCDT 348 pada air sungai Ciketing. Berdasarkan fungsinya desaBantar Gebang diperuntukan sebagai jalur industri yang kemungkinan membuang limbahnyake kali Ciketing [17].

Gambar 16 juga menunjukkan bahwa sulfat pad a air lindi mung kin bukanpenyumbang yang sangat dominan terhadap sumber sulfat air tanah dangkal di sekitar TPAkarena terletak pada kelompok yang terpisah dengan air tanah. Tetapi kenyataan ini perluditinjau lebih mendalam lagi karena suatu sumber sulfat dalam sistem air tanah dapatmengalami proses distribusi atau percampuran dengan sumber lain. Proses percampuran 2sumber (misal A dan B) mengikuti kesetimbangan isotop [21]

(32)

dengan CA dan Ca adalah konsentrasi dua sumber yakni sumber A dan B, masing-masingmempunyai komposisi isotop sulfur 6 A dan 6a. C adalah konsentrasi sulfat dari titikpengamatan. Karena Ca = C-CA maka persamaan tersebut ditulis

(33)

87


(34)

Apabila dibuat garis linear maka

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 tersebutadalah

2- _ -17,135 + 8,401s: 345(504 )_~uCDT L0L14 J

(35)

dengan korelasi sebesar 0,85 (R2 = 0,72). Apabila garis percampuran tersebut diperpanjangmaka tampaknya garis tersebut mengarah ke nilai OCDT 34S (SO/-) pada air lindi yakni8,865%0. Hal ini mengindikasikan adanya kontribusi sulfat dari air lindi terhadap sulfat airtanah dangkal di sekitar TPA Bantar Gebang.

Adanya indikasi percampuran sulfat air lindi pada kandungan sulfat air tanah dangkalsekitar TPA Bantar Gebang mendukung kesimpulan yang diambil oleh Syafalni. Dalampenelitian tersebut digunakan parameter kandungan isotop 180 dan 2H (dalam H20),hidrokimia dan nitrat [45].

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

]4

12J

10

..-.N I.

a ~

8

Cf)

..•.'" I- 60 g

420

0

0.]

•

•

•

0.2 0.3

1/[SO/-] 1/ppm

0.4

• air lindi

• air tanah

• air sungai

0.5 0.6

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

4.2.2. Sumber oksigen dalam sulfat pada air tanah dangkal di sekitar TPA BantarGebang

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 tersebutmemperlihatkan nilai 0 180 (H20) pada air sampah dan air kali lebih terkayakan daripada airtanah. Ini menunjukkan proses evaporasi yang lebih besar terjadi pad a sistem terbuka sepertikolam air sampah dan air kali yang cenderung stagnant. Bila dilihat titik-titik data pada airtanah 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 olehpercampuran dengan proses oksidasi senyawa sulfida. Pergerakan horizontal menunjukkanadanya proses dilusi air meteorik (misal air hujan) atau proses evaporasi [7, 8,15].

Gambar 18 juga dicantumkan persentase molekul H20 yang terlibat dalam reaksioksidasi sulfida. 8eperti diketahui bahwa untuk pembentukan senyawa sulfat diperlukanoksigen untuk proses oksidasi senyawa sulfida. Oksigen tersebut dapat berasal dari atmosfer,molekul H20 atau campuran keduanya. Apabila dilihat pada sebaran air tanah pada Gambar18, maka sekitar 0-25% molekul H20 menyumbangkan oksigennya untuk pembentukansenyawa sulfat pada air tanah tersebut. 8isanya sebesar 100-75% adalah berasal darioksigen atmosfer. Pada kebanyakan kasus, diprediksikan bahwa kontribusi oksigen dari H20untuk proses oksidasi senyawa sulfida adalah kurang dari 25% untuk kondisi tak jenuhseperti air tanah dangkal sedangkan pad a kondisi jenuh dan abiotik maka kontribusi H20 bisamencapai 35%-100% [8].

Pad a air lindi terlihat persentase H20 yang terlibat dalam reaksi oksidasi sulfidauntuk pembentukan sulfat lebih tinggi daripada air tanah. 8ekitar 40% molekul oksigen dariH20 terlibat dalam reaksi tersebut sedangkan 60% adalah berasal dari oksigen pada molekulO2 atmosfer. Hal ini mengindikasikan kondisi yang lebih jenuh pada air lindi daripada airtanah 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 padaair lindi dan air tanah sekitar TPA Bantar Gebang menunjukkan bahwa reaksi pertama (28) diatas adalah yang utama dalam pembentukan sulfat. Apabila reaksi kedua (29) yang terjadimaka nilai b 180 (80/-) akan sama dengan nilai b 180 (H20).

30

20

25%

50%

75%

-30

-30

100%

-25 -20 -15 -10 -5

bSMOW 180 (H20) %,

o

.air tanah

.air lindi

_air sungai

5 10

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

89


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

ISSN 2087-8079

5.1. Kesimpulan

Aplikasi isotop 34S dalam kesetimbangan SO/- dan H2S dari lapangan panasbumiSibayak memberikan suhu reservoir sekitar 434°C - 479°C yang menunjukkan bahwa salahsatu persyaratan sebagai pembangkit tenaga listrik telah terpenuhi.

Sebaran nilai OCDT 34S dan OSMOW 180 dalam senyawa sulfat pada cuplikan mata airpanas di Sumatera menunjukkan adanya percampuran sulfat dari fumarol dan reservoirpanas bumi. Nilai OCDT 34S yang rendah pad a sulfat fumarol dipengaruhi oleh komposisiisotop sulfur dalam gas H2S dari magma. Nilai OCDT 34S yang tinggi dalam senyawa sulfatpada reservoir Sibayak menunjukkan kemungkinan adanya proses hidrasi gas S02 danoksidasi 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 (deepfluid). Diperkirakan mata air panas TSA dan WP layak untuk dieksplorasi lebih lanjut.

Berdasarkan sebaran nilai kandungan sulfat dan OCDT 34S, air lindi telah turutmenyumbang sulfat ke dalam air tanah dangkal sekitar Tempat Pembuangan Akhir (TPA)Bantar Gebang - Bekasi. Kondisi yang lebih jenuh pada air lindi daripada air tanahdiindikasikan oleh penurunan nilai OSMOW 180 dalam senyawa sulfat. Penurunan nilai OSMOW

180 dalam sulfat pada air lindi kemungkinan dipengaruhi oleh tingginya kandungan logamberat dan bakteri pengoksidasi sulfida.

5.2. Saran

Di samping geotermometer isotop 34S, perlu digunakan geotermometer lain sepertiisotop 13C, 180, 2H, anion-kation dan gas dalam pemantauan suhu reservoir panasbumi.Dalam pengambilan contoh senyawa sulfat dari sumur dalam, perlu dihindarkan kontaminasidengan 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 dalamair tanah. Untuk memperbaiki kualitas air lindi, sistem sanitary landfill yang diterapkan di TPAsebaiknya diganti dengan sistem aerobic landfill atau semi-arobic landfill. Dalam setiappembangunan TPA hendaknya setiap sistem dalam sanitary landfill, terutama pemantuan gasdan air tanah, dapat berfungsi dengan baik sehingga kasus pencemaran air tanah dankebakaran dapat dihindarkan.

DAFT AR PUST AKA

[1] THODE, H.G., MONSTER, J., DUNFORD,B., Sulphur isotope geochemistry, Geochimcosmochim Acta 25 (1961) 159.

[2] HOEFS, J., Stable isotope geochemistry, 2nd edition, Springer-Verlag (1980) 43.[3] 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.

[4] JOHNSON CT., 34S and 180 of groundwater sulphate in a multiaquifer system,Kitchener-Waterloo, Ontario, Prepared for ESC-Dr. T.W.D. Edwards (1994).

[5] LONGINELLI, A., CORECCI ., Isotopic abundance of oxygen and sulphur in sulfate ionfrom river water, Earth and Planet Science Letters 7 (1970) 376-380.

[6] ROBINSON, B.W., SHEPPARD, D.S., A chemical and isotopic study of Tokaanu WaihiGeothermal area - New Zealand, Journal of Volcanology and Geothermal Research 27(1986) 135-151.

[7] KROUSE, HR, Studies on sulphur isotope variations in nature: Relationship betweenthe sulphur and oxygen isotope composition of dissolved sulphate, Proc. of an advisorygroup meeting 1985, Vienna IAEA (1987) 19-29.

[8] 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 totrace the origin of acidic fluids in geothermal systems: Environmental isotopes ofgeothermal fluids in Sibayak geothermal field, IAEA-TECDOC-1448, Vienna IAEA (2005)37 -60.

[10] ABIDIN, Z., WANDOWO., INDROJONO., ALlP., DJIONO., RISTIN, P.I., Kamojangoverview and geotermometer study, Advisory group meeting on isotope applications ingeothermal energy development AG-909, Vienna IAEA(1995).

[11] ABIDIN, Z., WANDOWO., RISTIN, P.I., DJIONO., ALlP., Karakterisasi panasbumi didaerah 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 groundwaterin the vicinity of Bantar Gebang landfill using sulphur-34 and oxygen-18, AtomIndonesia 33 (2007) 117-127.

[13] NENENG, L., Kajian asal-usul senyawa sulfat yang mengandung 180 dan 34Sdi Ciliwungpada 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 sulfurpada 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: Geothermalwaters, ed. Gat, J.R, Gonfiantini, R, Technical Report Series No. 210, InternationalAtomic 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 welldata, 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 diKecamatan 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 tocarbon 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 34Sf2Sanalysis from sulfides by combustion with cuprous oxide, Analytical Chemistry 47 (1975)1179-1181.

[21] KROUSE, H.R, Handbook of environmental isotope geochemistry: sulphur isotopes inour 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 GeothermalEnergy, Dipartimento per 10 Studio del Territorio e delle sue Risorse, Universita degliStudi, 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, Geothermics22 (1993) 181-200.

[26] DARDIRI, Kenali bumi kita: Lapangan panasbumi Sibayak, http://dardiri.com/?p=2 [19Maret 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 andsulphate-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


[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

GIGGENBACH,W.F., GOGUEL,R.L., Collection and analysis of geothermal and volcanicwater and gas discharges, fourth edition, Chemistry Division-Department of Scientificand Industrial Research Petone, New Zealand (1989).INSTITUTE OF GEOLOGICAL & NUCLEAR SCIENCES, Laboratory manual: Sulphateline and ion exchange techniques, Wairakei Research Centre (1995).HEEMSKERK, AR, Technical procedure 30.0: Pretreatment of sulphate and sulphides,Environmental isotope laboratory department of earth sciences University of Waterloo(1994).SAJJAD, M.I., QURESHI, RM., LATIF, Z., AHMED, M., TASNEEM, MA, Oxygenisotope analysis of sulfates, Pakistan Institute of Nuclear Science & Technology (1995).RISTIN PUJIINDIYATI, E., SIDAURUK, P., WIBAGYO., DJIONO., SATRIO., Penentuannilai 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.SUPRANTO, J., Statistik: Teori dan aplikasi., Jilid 2, edisi keenam, Penerbit Erlangga(2001 ).SCIENTIFIC SOLUTIONS LTD., Laboratory manual: Sulphur isotope system, LowerHutt- New Zealand (1995).SAJJAD, M.I., LATIF, Z., All, M., QURESHI, RM., TASNEEM, MA, AHMED, M.,Fabrication of S02 preparation system and calibration of Pinstech sulfur standard for34SPS mass spectrometric analysis, Pakistan Institute of Nuclear Science & Technology(1994).RISTIN PUJIINDIYATI, E., ABIDIN, Z., DJIONO., Penentuan rasio isotop 34SPS standarkerja J-1 dengan spektrometer massa,STANDAR NASIONAL INDONESIA, Metode pengujian sulfat dalam air dengan alatspektrofotometer (06-2426-1991)., Badan Standarisasi Nasional (1991).SALONGA, N.D., PARILLA, E.V., MARTINEZ, M.M., Acid fluids in Tongonon,Mahanagdong and Alto Peak geothermal fields, Leyte, Philipines, Proceedings, IAEAregional group training on isotope geochemistry for exploration of geothermal energyresources, Manila (1997).OHMOTO, H., RYE, RO., Geochemistry of hydrothermal ore deposits: Isotopes ofsulphur and carbon, ed. Barnes, 2nd edition, John Wiley and Sons, New York (1979) 509567.ZAINAL A, WANDOWO., INDROJONO, DJIONO., RISTIN, E., Penentuan suhureservoir panasbumi dengan metode geotermometer isotop., Risalah pertemuan ilmiahApisora, BATAN (1996) 147-153.SYAFALNI., SRI SAENI, M., HARDJOAMIDJOJO, S., PAWITAN, H., Metode isotopalam untuk studi migrasi polutan nitrat dalam air tanah dangkal Tempat PembuanganAkhir(TPA) Bantar Gebang-Bekasi, Majalah BATAN.35 (2002) 73-87.

92

aplikasiisotop sulfur-34 dan oksigen-18 dalam sulfat

Documents