Acid Mine Drainage (AMD)

Pengertian AMD

Acid mine drainage merupakan istilah yang digunakan untuk menggambarkan polusi air permukaan yang terjadi di sekitar aktivitas pertambangan. AMD terjadi akibat adanya reaksi antara air permukaan, baik air limpasan hujan maupun genangan air, dengan lapisan batuan yang mengandung mineral belerang. Mineral belerang yang paling umum ditemukan adalah pyrite (FeS). AMD biasanya ditemukan pada daerah tambang yang masih aktif atau pertambangan yang terbengkalai. Air asam tambang baru terbentuk bertahun-tahun kemudian sehingga perusahaan pertambangan yang tidak melakukan monitoring jangka panjang bisa salah menganggap bahwa batuan limbahnya tidak menimbulkan air asam tambang. Air asam tambang berpotensi mencemari air permukaan dan air tanah. Sekali terkontaminasi terhadap air akan sulit melakukan tindakan penanganannya.

Proses Terjadinya Air Asam Tambang

Prinsip terjadinya air asam tambang adalah adanya reaksi pembentukan H+ yang merupakan ion pembentuk asam akibat oksidasi mineral-mineral sulfida dan bereaksi dengan air (H2O). Kemudian oksidasi dari Fe2+, hidrolisis Fe3+ dan pengendapan logam hidroksida. Prinsip tersebut bila dilihat secara kimia, sedangkan secara biologi terjadi air asam tambang akibat adanya bakteri-bakteri tertentu yang sanggup untuk mempercepat proses (katalisator) dari oksida mineral-mineral sulfida dan oksidasi-oksidasi besi.

Berikut reaksi pembentukan air asam tambang secara kimia dan secara biologi:

1.        Secara Kimia

Oksidasi mineral-mineral sulfida (dalam bentuk pyrit) yang menyebabkan keasaman dari air asam tambang dapat digambarkan dengan tiga reaksi :

a. FeS2 + 7/2 O2 + H2O à Fe2+ + 2 SO42- + 2 H+

b. Fe2+ + ¼ O2 + H+ à Fe3+ + ½ H2O

c. Fe3+ + 3 H2O à Fe(OH)3 ¯ + 3 H+                       +

d. FeS2 + 15/4 O2 + 7/2 H2O à 2 H2SO4 + Fe(OH)3 ¯

Persamaan:

a.         Menunjukkan oksidasi dari kristal pyrit oleh oksigen, persamaan

b.        Menunjukkan oksidasi dari ferrous iron (Fe2+) menjadi Ferric iron dan persamaan

c.         Menunjukkan hidrolisis ferric iron dan pengendapannya menjadi besi hidroksida [Fe(OH)3]. Bila ketiga persamaan tersebut dijumlah akan memberikan hubungan stokiometri secara menyeluruh.

2.        Secara Biologi

Kondisi keasaman dari pelapukan ion-ion hidrogen selama oksidasi dapat pula disebabkan karena adanya aktivitas biologi oleh bakteri-bakteri. Bakteri tersebut mampu untuk mempercepat proses oksidasi dari mineral-mineral sulfida dan oksidasi besi serta mendapat energi hasil pelepasan energi dari proses oksidasi. Bakteri ini termasuk dalam subgroup strick aerobes, genus trobhasillus, species thiobasillus, ferroxidans (kadang-kadang dijumpai Ferrobacillus ferroxidans).

Persamaan reaksi terbentuknya air asam tambang berdasarkan aktivitas biologi sebagai berikut :

·      FeS₂ + H₂O + 7/2 O₂ à Fe²⁺ + 2 SO₄^2-

·      Fe²⁺ + ¼ O₂ + 5/2 H₂O T.Ferroxidans à Fe(OH)₃ + 2 H⁺      +

·      FeS₂ + 7/2 H₂O + 15/4 O₂ à Fe(OH)₃ ¯ + 2 H₂SO₄ 

Dari reaksi kimia dan biologi di atas dapat dilihat bagaimana terbentuk asam sulfat (H₂SO₄) yang merupakan asam kuat, dengan adanya kadar asam sulfat ini menyebabkan air yang mengalir pada daerah yang terjadi proses kimia dan biologi tersebut akan bersifat asam, inilah yang disebut air asam tambang. Air asam tambang ini dapat dikenal dari warna jingga atau merah dari endapan besi hidroksida di dasar aliran atau bau belerang, tetapi ini tidak selalu terjadi karena ada air asam tambang yang warnanya agak jernih.

Kandungan AMD

Acid mine drainage atau air asam tambang mengandung logam-logam berat berpotensi menimbulkan dampak lingkungan dalam jangka panjang. Ketika air asam tambang sudah terbentuk maka akan sangat sulit untuk menghentikannya karena sifat alamiah dari reaksi yang terjadi pada batuan. Sebagai contoh, pertambangan timbal pada era kerajaan Romawi masih memproduksi air asam tambang 2000 tahun setelahnya.

Air asam tambang baru terbentuk bertahun-tahun kemudian sehingga perusahaan pertambangan yang tidak melakukan monitoring jangka panjang bisa salah menganggap bahwa batuan limbahnya tidak menimbulkan air asam tambang. Air asam tambang berpotensi mencemari air permukaan dan air tanah. Sekali terkontaminasi terhadap air akan sulit melakukan tindakan penanganannya.

AMD umumnya muncul dari batuan yang mengandung pyrite, yg jika terekspos O2 (udara) saat penambangan maka akan teroksidasi membentuk asam sulfat. Jika ada curah hujan yang cukup maka asam akan menimbulkan timbunan dalam bentuk lindi (leachate). Proses tersebut dinamakan AMD.

Disebut acid (asam) karena memang reaksi yang terjadi antara mineral dengan air melepaskan ion hydrogen sehingga menyebabkan air bersifat asam. Rangkaian reaksi berikut ini adalah contoh reaksi pyrite dan air yang terjadi pada pembentukan AMD.

2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 4 SO4 + 4 H+

4 Fe2+ + O2 + 4 H+ → 4 Fe3+ + 2 H2O

4 Fe3+ + 12 H2O → 4 Fe(OH)3 + 12 H+

FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H2O → 15 Fe2+ +2 SO42- + 16 H+

Karakteristik AMD serta bahayanya

Beberapa karakteristik utama dari AMD antara lain:

1. Rendahnya pH

2. Tingginya kandungan metal

3. Tingginya konsentrasi padatan terlarut total (total dissolved solids, TDS)

4. Kandungan sulfat yang tinggi.

Makhluk hidup memiliki rentang pH tertentu untuk hidup. Pada pH yang terlalu rendah (asam) akan terjadi gangguan osmoregulasi di dalam tubuh yang dapat mengakibatkan kematian. Rendahnya pH juga menyebabkan peningkatan konsentrasi ion-ion terlarut di dalam air. Peningkatan kelarutan ion-ion seperti metal ini juga berdampak pada tingginya nilai padatan terlarut (total dissolved solids, TDS). Dalam konsentrasi yang tinggi, logam-logam terutama logam berat memiliki sifat toksik bagi makhluk hidup. Logam berat juga sulit didegradasi dan memiliki sifat bioakumulasi di dalam jaringan makhluk hidup. Dampak kesehatan lainnya ditimbulkan dari tingginya konsentrasi sulfat. Sulfat memiliki sifat laksatif sehingga dapat mengganggu sistem pencernaan apabila masuk ke dalam tubuh makhluk hidup.

Masalah lain yang ditimbulkan AMD adalah dari segi estetika. Tanaman yang berada di daerah-daerah yang dilalui oleh AMD dapat mengalami gangguan pertumbuhan dan reproduksi. Di samping itu, endapan Fe(OH)3 yang berwarna merah-jingga dapat mencemari serta merusak keindahan sungai.

Dampak Yang Ditimbulkan Akibat AMD

Dampak yang dapat ditimbulkan akibat air asam tambang adalah terjadinya pencemaran lingkungan, dimana komposisi atau kandungan air di daerah yang terkena dampak tersebut akan berubah sehingga dapat mengurangi kesuburan tanah, mengganggu kesehatan masyarakat sekitarnya, dan dapat mengakibatkan korosi pada peralatan tambang.

Derajat keasaman tanah yang telah tercemar akibat air asam tambang ini akan semakin meningkat, sehingga tanaman tidak dapat tumbuh karena derajat keasaman tanahnya terlalu tinggi. Apabila air asam tersebut mencemari air tanah maupun aliran air sungai dimana masyarakat memanfaatkan air tersebut maka dapat mengganggu kesehatan masyarakat sekitar, diantaranya dapat menimbulkan penyakit diare maupun penyakit lainnya yang berhubungan dengan pencernaan. Sedangkan air asam tambang juga dapat mempercepat proses pengkaratan pada peralatan tambang, sehingga perlu penanganan agar pengaruh yang ditimbulkan dari air asam tersebut tidak merusak peralatan tambang. 

Pencegahan Terbentuknya Air Asam Tambang

Salah satu upaya pencegahan pembentukan air asam tambang (AAT) adalah dengan pembangunan lapisan penutup material reaktif, umumnya dikenal sebagai Potentially Acid Forming (PAF) material, dengan material yang tidak reaktif, Non Acid Forming (NAF) material, tanah, atau material alternative seperti Geosyntetic Clay Liner (GCL). Lapisan ini dikenal juga dengan sebutan dry cover system. Tujuan dari pembangunan lapisan ini adalah untuk mengurangi difusi oksigen dan infiltrasi air, sebagai faktor penting dalam proses oksidasi mineral sulphida. Selain itu, sistem pelapisan ini juga diharapkan dapat tahan terhadap erosi dan mendukung upaya revegetasi lahan penimbunan material.

Pengolahan Acid Mine Drainage

Pengolahan (treatment) AMD terbagi dalam dua kelompok utama yaitu pengolahan pasif dan aktif. Pengolahan pasif dilakukan dengan cara membuat konstruksi penahan yang dapat meningkatkan pH serta mengurangi beban pencemaran logam ke lingkungan. Biaya investasi untuk pengolahan pasif cenderung tinggi namun proses yang terjadi selama pengolahan tidak memerlukan operasional yang terlalu intensif. Walaupun demikian, maintenance berkala tetap diperlukan dalam pengolahan pasif. Pada pengolahan aktif, proses netralisasi pH dilakukan secara langsung pada sumber atau aliran air yang terkontaminasi. Hal ini dapat dilakukan dengan cara mendirikan pabrik pengolahan air yang menjadi tempat berlangsungnya proses penetralan pH. Metode penanganan aktif seperti ini memerlukan pemantauan yang lebih ketat dan terjaminnya ketersediaan dana secara kontinyu.

Pengolahan air asam harus dilakukan sebelum air tersebut dibuang ke badan air, sehingga nantinya tidak mencemari perairan di sekitar lokasi tambang. Pengolahan air asam dapat dilakukan dengan cara penetralan. Penetralan air asam dapat menggunakan bahan kimia diantaranya seperti Limestone (Calcium Carbonat), Hydrate Lime (Calcium Hydroxide), Caustic Soda (Sodium Hydroxide), Soda Ash Briquettes (Sodium Carbonate), Anhydrous Ammoni.

• Limestone (Calcium Carbonat)

Limestone atau biasa dikenal dengan batu gamping telah digunakan selama berpuluh-puluh tahun untuk menaikkan pH dan mengendapkan logam di dalam air asam. Penggunaan limestone merupakan penanganan yang termurah, teraman dan termudah dari semua bahan-bahan kimia. Kekurangan dari limestone ini ialah mempunyai keterbatasan karena kelarutan yang rendah dan limestone terlapisi.

•  Hydrate Lime (Calcium Hydroxide)

Hydrated lime adalah suatu bahan kimia yang sangat umum digunakan untuk menetralkan air asam. Hydrated lime sangat efektif dari segi biaya dalam yang sangat besar dan keadaan acidity yang tinggi. Bubuk hydrated lime adalah hydrophobic, begitu lama pencampuran diperlukan untuk membuat hydrated lime dapat larut dalam air. Hydrated lime mempunyai batasan keefektifan dalam beberapa tempat dimana suatu pH yang sangat tinggi diperlukan untuk mengubah logam seperti mangan.

•  Caustic Soda (Sodium Hydroxide)

Caustic Soda merupakan bahan kimia yang biasa digunakan dan sering dicoba lebih jauh (tidak mempunyai sifat kelistrikan), kondisi aliran yang rendah. Caustic menaikkan pH air dengan sangat cepat, sangat mudah larut dan digunakan dimana kandungan mangan merupakan suatu masalah. Penggunaannya sangat sederhana, yaitu dengan cara meneteskan cairan caustic ke dalam air asam, karena kelarutannya akan menyebar di dalam air. Kekurangan utama dari penggunaan cairan caustic untuk penanganan air asam ialah biaya yang tinggi dan bahaya dalam penanganannya. Penggunaan caustic padat lebih murah dan lebih mudah dari pada caustic cair.

·           Soda Ash Briquettes (Sodium Carbonate)

Sodium Carbonate biasanya digunakan dalam debit kecil dengan kandungan besi yang rendah. Pemilihan soda ash untuk penanganan air asam biasanya berdasar pemakaian sebuah kotak atau tong dengan air masuk dan buangan.

•  Anhydrous Ammoni

Anhydrous Ammonia digunakan dalam beberapa cara untuk menetralkan acidity dan untuk mengendapkan logam-logam di dalam air asam. Ammonia diinjeksikan ke dalam kolam atau kedalam inlet seperti uap air, kelarutan tinggi, rekasi sangat cepat dan dapat menaikkan pH.Ammonia memerlukan asam (H+) dan juga membentuk ion hydroxyl (OH-) yang dapat bereaksi dengan logam-logam membentuk endapan. Injeksi ammonia sebaiknya dekat dengan dasar kolam atau air inlet, karena ammonia lebih ringan dari pada air dan naik kepermukaan. Ammonia efektif untuk membersihkan mangan yang terjadi pada pH 9,5.

• Penggunaan Tawas Sebagai Bahan Koagulan

Air asam dalam kegiatan penambangan juga bisa dipastikan akan memiliki kekeruhan yang sangat tinggi, oleh karena itu untuk menurunkan kekeruhannya dapat menggunakan bahan kimia seperti alum atau lebih dikenal dengan tawas atau rumus kimianya (Al2SO4)3. Tawas merupakan bahan koagulan yang paling banyak digunakan karena bahan ini paling ekonomis, mudah diperoleh dipasaran serta mudah penyimpanannya. Jumlah pemakaian tawas tergantung kepada turbidity (kekeruhan) air. Semakin tinggi turbidity air maka semakin besar jumlah tawas yang dibutuhkan. Makin banyak dosis tawas yang ditambahkan maka pH akan semakin turun, karena dihasilkan asam sulfat sehingga perlu dicari dosis tawas yang efektif antara pH 5,8 -7,4. Apabila alkalinitas alami dari air tidak seimbang dengan dosis tawas perlu ditambahkan alkalinitas.

Strategi komprehensif mengendalikan AMD: 

• Pengelompokan batuan berdasarkan potensi asamnya, dengan tes NAG (Net Acid Generation) yang akan menghasilkan klasifikasi:

·      NAF (Non Acid Forming)

·      PAF (Potencially Acid Forming)

• Penanganan selektif batuan sisa oleh operator penambangan, batuan PAF ditempatkan di tengah tumpukan dan NAF di sekeliling tumpukan.

• Menutup/isolasi batuan PAF di dalam disposal (waste dump) untuk meminimasi masuknya O2 ke dalam disposal dan mengurangi pembentukan asam.

Untuk mencegah timbulnya AMD atau danau dengan pH rendah, tidak boleh terjadi genangan air 1 pit yang lama jika ada batubara yang terbuka (exposed). Batubara yang terbuka harus ditutup dengan topsoil atau material OB sebelum pit digenangi air.