Removal Sulphate And Metals From Acid Mine Drainage Using Permeable Reactive Barrier
Oleh : Rissa nungstri (20/471635/PTK/13806) – Magister Teknik Kimia
INTISARI
Kandungan kontaminan utama dalam air asam tambang (AAT) adalah sulfat dan logam berat. Salah satu upaya dalam pengolahan AAT adalah dengan teknik permeable reactive barrier (PRB). Penelitian PRB skala laboratorium bertujuan untuk mempelajari reaktifitas bahan terhadap AAT serta mekanisme penurunan sulfat dan logam serta pembangkitan alkalinitas menggunakan metode batch dan aliran kolom. Teknik PRB akan diaplikasikan dalam aliran air tanah sehingga kondisi penelitian dijalankan secara anaerobic dalam tempat tidak ada cahaya dan tidak ada pengadukan. Bahan reaktif potensial merupakan limbah local yaitu Sewage sludge (SE), kompos (CO), serbuk kelapa (CP) dan Abu batu bara (FA). AAT yang digunakan dalam uji berasal dari air rembesan timbunan batuan tambang dengan tingkat pH rendah 3,2-3,7; alkalinitas <1 mg/L (sebagai CaCO3), sulfat 3280 mg/L, dan konsentrasi logam berat Fe 46 mg/l; Al 54 mg/L; Cu 2,3 mg/L; dan Zn 3,4 mg/L. Kelarutan logam adalah bergantung kepada pH sedangkan mekanisme reaksi pengendapan logam sulfida terjadi pada pH moderat sedangkan pengendapan hidroksida terjadi pada pH tinggi. Uji batch dilakukan bertahap dari uji batch bahan tunggal (56 hari), uji bahan campuran (28 hari) dilanjutkan dengan uji kolom menggunakan pengaliran AAT selama 30 hari terus menerus menggunakan media terbaik yang didapatkan dari percobaan batch campuran. Sampel diambil secara periodik dan dianalisis untuk pH, potensi oksidasi reduksi (ORP), sulfat dan konsentrasi logam. Data kemudian diolah dan dievaluasi tingkat reaksinya. Pada uji batch bahan tunggal, menunjukkan peningkatan kadar pH pada reactor SE sebesar 6,9, reactor CO sebesar 5,6, pada reactor FA sebesar 11,6 sedangkan pH pada reactor CP tetap 3,7. Alkalinitas meningkat menjadi 1450 mg/L pada SE, 323 mg/L pada FA, 15 mg/L CO, dan 1 mg/L pada reaktor CP. Kenaikan alkalinitas berkoelasi dengan penurunan sulfat. Penghilangan sulfat tertinggi daidaptkan dari reaktor FA sebesar 85%, 52% oleh SE, 17% oleh CO, 20% oleh CP. Penurunan sulfat yang tinggi dari reactor FA pada kondisi reduksi karena hidroksida (ORP -113 mV) melalui mekanisme adsorpsi sedangkan penurunan sulfat pada reactor SE karena aktifitas bakteri SRB yang menggunakan bahan organic dan bereaksi dengan sulfat yang pada kondisi reduksi dengan nilai ORP sebesar -551 mV dan H2S sebesar 0,693 mg/L. Rata-rata %RE dari logam terlarut (Al, Cd, Co, Mn, Ni, Fe, Cu, Zn), dari reaktor SE 80%, reaktor CO 80%, reaktor CP 52%, reaktor FA 94%. Dari uji batch tunggal didapatkan bahwa bahan organic SE membantu kondisi reduksi dan pertumbuhan bakteri SRB dalam mekanisme pengendapan logam sulfida. Sementara itu, pengendapan logam dari FA terutama disebabkan oleh presipitasi hidroksida pada tingkat pH yang tinggi, namun elemen juga akan terlindi dari FA seperti As, B, Ba, Mo dan A.
Pada percobaan batch kedua, campuran bahan reaktif yang digunakan ditujukan dapat memberikan kenaikan pH moderat, penghilangan sulfat dan logam lebih optimal serta konsentrasi elemen terlindi lebih kecil. Terdapat 5 campuran media mengandung variasi SE, CO, CP dan FA. Hasil menunjukkan bahwa campuran M1 dengan komposisi SE, CO, CP, FA pada 110:30:10:10 (w/w) menghasilkan penghilangan sulfat tertinggi (44%), kenaikan alkalinitas tertinggi 1537 mg/L, %RE untuk Al, Cd, Co, Cu, Fe, Zn sebesar 100%, Ni 82%, Se 57%, dan Mn 98% walaupun begitu masih ada logam yang terlindi. Mekanisme yang mengendalikan dalam pengolahan AAT pada reactor M1 adalah kombinasi antara aktivitas bakteri dalam pengendapan sulfida (SRB) dan presipitasi hidroksida dan fly ash. Hasil juga menunjukkan bahwa pada akhir percobaan, reactor mengandung karbon terlarut tinggi, kondisi reduksi (ORP -272 mV), bakteri SRB tinggi, namun demikian tampaknya tidak efektif digunakan oleh SRB tersedia untuk menurunkan sulfat dan hanya mampu sebesar 44%. Beberapa factor yang mungkin menghambat pertumbuhan bakteri adalah konsentrasi As dari FA dan konsentrasi silikat. Dari uji kolom menunjukkan bahwa akan terjadi penurunan reaktifitas dan kecepatan aliran dalam media reaktif. Jika tebal media reaktif dalam PRB sebesar 100 cm, maka umur pakai PRB sdiprediksi ekitar 4 tahun.
Kata kunci: Air Asam Tambang; Air Tanah; Permeable Reactive Barrier; Uji Pengolahan
Abstract
The main contaminant content in acid mine drainage (AMD) is sulphates and heavy metals. One of the AMD treatment is with the permeable reactive barrier (PRB) technique. Laboratory-scale PRB research aims to study the treatability or reactivity of materials as well as sulphate and metal reduction mechanisms, alkalinity generation using batch and column flow methods. PRB technique will be applied in groundwater flow so that the research conditions are carried out anaerobically and in places where there is no light and mixing. Potential reactive materials are local wastes, namely sewage sludge (SE), compost (CO), cocopeat (CP) and coal ash (FA). The AMD used in the test came from acid waste rock dump seepage water with a low pH level of 3.2-3.7; alkalinity <1 mg/L (as CaCO3), sulphate 3280 mg/L, and high metal concentration around Fe 46 mg/l; Al 54 mg/L; Cu 2.3 mg/L; and Zn 3.4 mg/L. The solubility of metals depends on pH while the reaction mechanism of deposition of metal sulphide occurs at a moderate pH while the precipitation of hydroxide occurs at a high pH. The batch test was carried out in stages from a single material batch test (56 days), a mixed material test (28 days) followed by a column test using AMD flow for 30 days continuously using the best media obtained from the mixed batch trial. Samples are periodically taken and analysed for pH, oxidation potential reduction (ORP), sulphate and metal concentration. The data is then processed and evaluated for reaction levels. In a single material batch test, it showed an increase in pH levels in the SE reactor by 6.9, the CO reactor by 5.6, in the FA reactor by 11.6 while the pH in the CP reactor remained 3.7. Alkalinity increased to 1450 mg/L in SE, 323 mg/L in FA, 15 mg/L CO, and 1 mg/L in CP reactors. Increased alkalinity correlates with a decrease in sulphates. The highest removal of sulphates was obtained from the FA reactor by 85%, 52% by SE, 17% by CO, 20% by CP. The high decrease in sulphate from the FA reactor under a reduction condition due to hydroxide (ORP -113 mV) through the adsorption mechanism while the decrease in sulphate in the SE reactor is caused by the activity of SRB bacteria using organic matter and reacting with sulphates that are in a reduced condition with ORP values of -551 mV and H2S of 0.693 mg / L. Average %RE of dissolved metal (Al, Al, Cd, Co, Mn, Ni, Fe, Cu, Zn), from reactor SE 80%, reactor CO 80%, reactor CP 52%, reactor FA 94%. rom a single batch test, it was found that SE organic matter helps the condition of reduction and growth of SRB bacteria in the mechanism of deposition of metal sulphide. Meanwhile, the deposition of metals from FA is mainly caused by hydroxide precipitation at high pH levels, but elements will also be passed from FA such as As, B, Ba, Mo and A.
In the second batch of experiments, the mixture of reactive materials used is intended to provide a moderate pH increase, more optimal removal of sulphates and metals and the concentration of leached elements is smaller. There are 5 media mixtures containing variations of SE, CO, CP and FA. The results showed that the mixture of M1 with the composition of SE, CO, CP, FA at 110:30:10:10 (w/w) resulted in the highest removal of sulphates (44%), the highest alkalinity increase of 1537 mg/L, %RE for Al, Cd, Co, Cu, Fe, Zn by 100%, Ni 82%, Se 57%, and Mn by 98% even so there were still metals that were twisted. The controlling mechanism in the processing of AAT in the M1 reactor is a combination of bacterial activity in the deposition of sulphide (SRB) and the precipitation of hydroxide and fly ash. The results also showed that at the end of the experiment, the reactor contained high dissolved carbon, reduction conditions (ORP -272 mV), high SRB bacteria, but nevertheless it seemed that it was not effectively used by SRB available to lower sulphates by 44%. Some factors that may inhibit bacterial growth are the As concentration that toxic for SRB. From the column test shows that there will be a decrease in reactivity and flow velocity (or hydraulic conductivity) in the reactive medium. If the thickness of the reactive medium in the PRB is 100 cm, then the service life or longevity of the PRB is roughly predicted about 4 years.
Keywords: Acid Mine Drainage, Groundwater, Permeable Reactive Barrier, Treatability Test,