KIMIA LINGKUNGAN: REMEDIASI AIR TANAH

Pemulihan air tanah ialah proses yang digunakan untuk menghilangkan polusi dari air tanah. Air tanah ialah air yang terdapat di bawah permukaan tanah yang menjenuhkan ruang pori-pori di subpermukaan. Setidaknya satu-setengah dari populasi Amerika Serikat bergantung pada air tanah sebagai sumber air minum.

Air tanah juga digunakan oleh petani untuk mengairi persawahan dan oleh industri untuk menghasilkan barang setiap hari. Umumnya air tanah bersih, tetapi air tanah dapat menjadi tercemar, atau terkontaminasi sebagai akibat dari aktivitas manusia atau sebagai akibat dari kondisi alami. Banyak dan kegiatan manusia yang berbeda menghasilkan bahan-bahan limbah dan hasil-samping yang tak terhitung jumlahnya; sebelum 1980-an, peraturan dari limbah ini kurang tegas dan bahan limbah sering dibuang atau disimpan di atas permukaan tanah di mana mereka tersaring ke dalam dasar tanah dan padahal terbawa ke bawah, yang mengontaminasi lapisan air tanah dan oleh karena itu  membahayakan mutu alami air tersebut. Akibatnya, air tanah yang terkontaminasi menjadi tidak sesuai untuk digunakan.  Praktek terbaru masih dapat berdampak pada air tanah, seperti pemakaian pupuk atau pestisida yang berlebihan, tumpahan dari operasi industri, infiltrasi dari  aliran permukaan perkotaan, dan rembesan dari tempat pembuangan akhir.

Menggunakan air tanah yang terkontaminasi menyebabkan bahaya untuk kesehatan masyarakat melalui peracunan atau sebaran penyakit, dan praktek pemulihan air tanah telah dikembangkan untuk menunjuk isu ini. Kontaminan ditemukan dalam air tanah yang mencakup banyak parameter: fisika, zat kimia anorganik, zat kimia organik, bakteriologi, dan radioaktif. Polutan dan kontaminan dapat dihilangkan dari air tanah dengan mengaplikasikan berbagai teknik sehingga membuat air tanah aman digunakan.

Teknik Pemulihan

Teknik pemulihan air tanah dapat dilakukan dengan teknologi pengolahan biologis, kimia dan fisika. Kebanyakan teknik pengolahan air tanah menggunakan kombinasi teknologi.  Sebagian dari teknik perlakuan biologis termasuk bioaugmentasi, bioventing, biosparging, bioslurping, dan fitoremediasi. Beberapa teknik perlakuan kimia meliputi injeksi ozon dan gas oksigen, pengendapan kimia, pemisahan membran, penukar ion, penyerapan karbon, oksidasi kimia air, dan surfactant enhanced recovery. Teknik perlakuan fisika meliputi, tetapi tidak terbatas pada, pompa dan olah,  air sparging, dan dual phase extraction.

Teknologi Pengolahan Biologis

Bioaugmentasi

Bila satu studi treatability tidak menunjukkan degradasi (atau satu periode laboratorium dilanjutkan sebelum degradasi yang signifikan dicapai) dengan kontaminasi yang terkandung di dalam air tanah, maka inokulasi dengan strain yang diketahui mampu mengurai kontaminan-kontaminan mungkin sangat membantu. Proses ini meningkatkan konsentrasi enzim reaktif di dalam sistem bioremediasi dan selanjutnya mungkin laju degradasi kontaminan meningkat melalui laju nonaugmentasi, setidaknya pada awalnya setelah inokulasi.

Bioventing

Bioventing ialah sebuah teknologi remediasi setempat yang menggunakan mikroorganisme untuk biodegradasi konstituen-konstituen organik dalam air tanah. Bioventing meningkatkan aktivitas  bakteri asal dan mensimulasi biodegradasi in situ alami hidrokarbon dengan menginduksi  udara atau oksigen yang mengalir ke dalam zona tak jenuh dan, bila perlu, dengan penambahan zat hara. Selama bioventing, oksigen dapat disalurkan melalui injeksi udara langsung ke dalam kontaminasi sisa dalam tanah. Bioventing terutama membantu dalam degradasi sisa-sisa bahan bakar yang terserap, tetapi juga membantu dalam degradasi senyawa-senyawa organik volatil karena uap bergerak sangat lambat melalui tanah aktif secara biologis.

Biosparging

Biosparging ialah suatu teknologi remediasi in situ yang menggunakan mikroorganisme asal untuk mengurai konstituen-konstituen organik dalam zona terjenuhkan. Dalam biosparging, udara (atau oksigen) dan zat hara (bila dibutuhkan) diinjeksi ke dalam zona terjenuhkan itu untuk meningkatkan aktivitas biologis dari mikroorganisme asal. Biosparging dapat digunakan untuk mengurangi konsentrasi minyak bumi yang terlarut dalam air tanah, diserap pada tanah di bawah meja air, dan di dalam pinggiran kapiler.

Bioslurping

Unsur-unsur gabungan bioslurping dari bioventing dan pompa penguat vakum dari produk bebas yang lebih ringan dari air (cairan ringan fase non-udara) untuk menarik kembali produk-bebas dari air tanah dan tanah, dan untuk menyembuhkan tanah. Bioslurper system menggunakan sebuah tabung “slurp” yang memanjang ke dalam lapisan-produk bebas. Sama seperti sedotan di gelas yang menarik cair, pompa menarik cairan (termasuk produk bebas) dan gas tanah atas tabung dalam aliran proses yang sama. Pemompaan meninggalkan cairan ringan fase non-udara atau LNAPL, seperti minyak, dari atas meja air dan dari pinggiran kapiler (yaitu, daerah tepat di atas zona jenuh, dimana air diadakan di tempat oleh gaya kapiler). LNAPL dibawa ke permukaan, di mana ia terpisah dari air dan udara. Proses biologis dengan istilah “bioslurping” mengacu pada degradasi biologis aerob dari hidrokarbon pada saat udara dimasukkan ke dalam zona tak jenuh.

Fitoremediasi

Dalam proses fitoremediasi tumbuhan dan pohon tertentu ditanam yang akar-akarnya menyerap kontaminan-kontaminan dari air tanah sepanjang waktu, dan dipanen dan dihancurkan. Proses ini dapat dilakukan di daerah di mana akar dapat menekan air tanah. Beberapa contoh tanaman yang digunakan dalam proses ini ialah Chinese Ladder fern Pteris vittata, juga dikenal sebagai pakis rem, ialah suatu akumulator arsenik yang sangat efisien. Pohon kapas yang diubah secara genetik adalah penyerap yang baik merkuri dan tanaman sawi transgenik menyerap selenium dengan baik.

Hambatan reaktif permeabel

Beberapa jenis hambatan reaktif permeabel memanfaatkan organisme biologis untuk memulihkan air tanah.

Teknologi Perlakuan Kimia

Pengendapan kimia

Pengendapan kimia umumnya digunakan dalam pengolahan air limbah untuk menghilangkan kesadahan dan logam-logam berat. Pada umumnya, proses ini meliputi penambahan zat untuk aliran limbah cair dalam sebuah bejana reaksi berpengaduk, baik batch atau dengan aliran tetap. Kebanyakan logam dapat diubah menjadi senyawa-senyawa yang tidak larut melalui reaksi kimia antara zat dan ion-ion logam yang terlarut. Senyawa-senyawa yang tidak larut (mengendap) dihilangkan dengan mengendapkan dan/atau penyaringan.

Penukar ion

Penukar ion untuk remediasi air tanah hampir selalu dilakukan dengan melewatkan air ke bawah di bawah tekanan melalui fixed bed media granular (baik media pertukaran kation maupun media pertukaran anion) atau manik-manik bulat. Kation ditampilkan oleh kation-kation tertentu dari larutan dan ion-ion yang ditampilkan oleh anion tertentu dari larutan ini. Media penukaran ion paling sering digunakan untuk remediasi zeolit (baik alami maupun sintetik) dan resin sintetik.

Penyarapan karbon

Karbon aktif paling umum digunakan untuk remediasi yang berasal dari batubara bitumen. Karbon aktif menyerap senyawa-senyawa organik volatil dari air tanah melalui pengikatan mereka secara kimiawi dengan atom-atom karbon.

Oksidasi kimia

Dalam proses ini, disebut In Situ Chemical Oxidation (ISCO), oksidan kimia  yang dihantar ke bawah permukaan untuk menghancurkan (diubah menjadi air dan karbon dioksida atau menjadi zat-zat non-toksik) molekul-molekul organik.

Oksidan diperkenalakan baik sebagai cairan atau gas. Oksidan meliputi udara atau oksigen, ozon, dan zat-zat kimia cair tertentu seperti hidrogen peroksida, permanganat dan persulfat. Ozon dan gas oksigen dapat dihasilkan di tempat dari udara dan listrik dan disuntik langsung ke dalam tanah dan air tanah yang terkontaminasi. Proses ini berpotensi mengoksidasi dan/atau meningkatkan terjadinya degradasi aerob secara alami. Oksidasi kimia telah diakui sebagai satu teknik yang efektif untuk cairan kental fase non-air (Dense non-aqueous phase liquid, disingkat  DNAPL saat ia ada.

Surfactant enhanced recovery

Surfactant enhanced recovery meningkatkan mobilitas dan kelarutan kontaminan-kontaminan yang diserap oleh matrik tanah jenuh atau terdapat sebagai cairan kental fase non-air. Surfactant-enhanced recovery menyuntik surfaktan (zat aktif-permukaan yang merupakan bahan utama dalam sabun dan deterjen) ke dalam air tanah yang terkontaminasi. Satu sistem khusus yang menggunakan pompa ekstraksi untuk menghilangkan air tanah hilir dari titik injeksi. Air tanah yang diekstrak diolah di atas tanah untuk memisahkan surfaktan yang disuntikkan dari kontaminan dan air tanah. Sekali surfaktan telah terpisah dari air tanah surfaktan tersebut dapat digunakan lagi. Surfaktan yang digunakan tidak beracun, food-grade, dan biodegradabel, dapat terurai secara biologis. Surfactant enhanced recovery paling sering digunakan saat air tanah terkontaminasi oleh cairan kental fase non-air (DNAPL). Senyawa kental tersebut, seperti trikloro-etilena (TCE), tenggelam dalam air tanah karena mereka memiliki kerapatan lebih tinggi dari air. Mereka kemudian bbertindak sebagai sumber berkelanjutan untuk  contaminant plumes yang dapat meregang untuk bermil-mil dalam sebuah akuifer. Senyawa-senyawa tersebut dapat terurai secara biologis dengan sangat lambat. Mereka umumnya ditemukan di sekitar tumpahan asli atau rembesan di mana gaya kapiler telah menjebak mereka.

Hambatan reaktif permeabel

Beberapa hambatan reaktif permeabel menggunakan proses kimia untuk mencapai remediasi air tanah.

Satu tipe tertentu hambatan reaktif permeabel menggunakan silika yang diubah secara organik, yang berkemampuan ditanamkan ke dalam besi, yang disuntikkan in situ dalam rangka membentuk penghambat lunak yang permanen dalam tanah. Air disaring melalui penghalang ini, dan bahan silika menyerap toksin, seperti TCE. Deklorinasi besi pelarut dalam air tanah, sering mereduksi tingkat toksisitas di bawah batas yang dapat dilacak dengan tidak ada produk-produk beracun, tidak ada penghilangan limbah padat, dan tidak ada polusi udara. Tipe penghalang reaktif permeabel ini juga lebih menyebar dibandingkan yang lainnya.

 

Teknologi Perlakuan Fisika

Pompa dan perlakuan

Pompa dan perlakuan merupakan salah satu teknologi remediasi air tanah yang paling luas digunakan. Dalam proses ini air tanah dipompa ke permukaan dan disandingkan dengan perlakuan biologi atau perlakuan kimiawi untuk menghilangkan pengotor-pengotornya.

Air sparging

Air sparging ialah proses menghembuskan udara secara langsung ke dalam air tanah. Karena munculnya gelembung, maka kontaminan dihilangkan dari air tanah melalui kontak fisik dengan udara (yaitu, stripping) dan terangkat ke dalam zona tanah tak jenuh. Karena kontaminan bergerak ke dalam tanah, maka sistem ekstraksi uap tanah biasanya digunakan untuk menghilangkan uap.

Ekstraksi vakum dua fase

Ekstraksi vakum dua fase (Dual-phase vacuum extraction—DPVE), juga dikenal sebagai ekstraksi multi-fase, ialah satu teknologi yang menggunakan sistem vakum-tinggi untuk menghilangkan baik air tanah yang terkontaminasi maupun uap tanah. Dalam sistem DPVE ekstraksi vakum-tinggi juga dipasang  dengan bagian saringannya dalam zona tanah terkontaminasi dan air tanah. Sistem ekstraksi fluida/uap menekan meja air dan air mengalir lebih cepat untuk ekstraksi lebih baik. DPVE menghilangkan kontaminan dari meja air atas dan bawah. Karena meja air sekitar sumur diturunkan dari pemompaan, tanah tak jenuh terkena.  Daerah ini disebut tepi kapiler, yang sering sangat tercemar, karena memiliki zat kimia yang tidak larut, zat kimia yang lebih ringan dari air, dan uap yang telah terlepas dari air tanah terlarut di bawah. Kontaminan di zona baru terkena dapat dihilangkan oleh ekstraksi uap. Sekali di atas tanah, uap diekstrak dan fase-cair organik dan air tanah dipisahkan dan diolah. Menggunakan ekstraksi vakum dua-fase dengan teknologi ini dapat mempersingkat waktu pembersihan di satu tempat, karena tepi kapiler sering merupakan daerah yang paling terkontaminasi.

Pemantauan Skimming Sumur Minyak

Pemantauan-sumur sering dibor untuk tujuan mengumpul-kan sampel air tanah untuk analisis. Sumur ini, yang biasanya 6 inci atau lebih kecil diameternya, dapat juga digunakan untuk menghilangkan hidrokarbon dari contaminant plume di dalam akuifer air tanah dengan menggunakan belt style oil skimmer. Belt oil skimmer, yang dirancang sederhana, digunakan secara umum untuk menghilangkan minyak dan kontaminan hidrokarbon yang mengapung dari sistem air industri.

Sebuah pemantauan-skimmer sumur minyak remediasi berbagai minyak, dari minyak bahan bakar ringan seperti bensin, solar atau minyak lampu sampai produk-produk berat  seperti minyak No.6, creosote dan tar batubara. Ini terdiri dari sabuk terus bergerak yang berjalan pada sistem katrol yang dikendalikan oleh sebuah motor listrik. Bahan sabuk memiliki afinitas kuat untuk cairan hidrokarbon dan untuk menumpahkan air. Sabuk, yang dapat memiliki vertical drop 100+ kaki, diturunkan ke dalam sumur pemantauan lewat antar-muka LNAPL/air. Karena sabuk bergerak melalui antar-muka ini ia mengambil kontaminan hidrokarbon cair, yang dihilangkan dan dikumpulkan pada tingkat dasar karena sabuk lewat melalui sebuah mekanisme wiper. Sampai-sampai hidrokarbon DNAPL menetap di dasar sumur pemantauan, dan katrol bawah skimmer sabuk mencapai mereka, kontaminan ini juga dapat dihilangkan oleh sebuah skimmer pemantauan-sumur minyak.

Secara khusus, sabuk skimmer menghilangkan sangat sedikit air dengan kontaminannya, sehingga jenis bendung pemisah begitu sederhana yang dapat digunakan untuk mengumpulkan cairan hidrokarbon yang tersisa, yang sering membuat air cocok untuk kembali ke akuifer. Berhubung motor listrik kecil menggunakan sedikit arus listrik, maka ini diberdayakan dari panel surya atau turbin angin, yang membuat sistem mandiri dan menghilangkan biaya operasi listrik ke lokasi terpencil.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s