Solidifikasi Limbah

Pembuangan limbah padat menjadi isu utama  dikarenakan potensinya untuk mengkontaminasi air permukaan dan air tanah dengan kontaminan berupa arsenik, boron, logam berat, anion sulfat, dsb. Pengolahan yang aman terhadap limbah padat dengan mengutamakan perlindungan terhadap pencemaran air permukaan dan air tanah merupakan hal penting (Marinkovic et al., 2003).

Solidifikasi/stabilisasi merupakan teknik yang secara luas diterapkan untu remediasi limbah yang mengandung konstituen berbahaya. Pengolahan ini mencegah migrasi/penyebaran konstituen berbahaya ke lingkungan. Solidifikasi (transformasi lumpur semi-liquid menjadi bentuk solid/padat) mengarah pada perubahan karakteristik fisik limbah. Pengolahan ini mencakup peningkatan kekuatan kompresi, penurunan permeabilitas, dan enkapsulasi konstituen berbahaya (Marinkovic et al., 2003). Pengolahan limbah secara solidifikasi dapat diterapkan pada berbagai bentuk limbah, yaitu lumpur, solid, liquid, drainase tambang, dan pupuk. Solidifikasi digunakan untuk mengubah limbah menjadi bentuk fisik yang sesuai dan tahan yang lebih kompatibel untuk penyimpanan, landfill, atau reuse yaitu bentuk padat yang memiliki interitas tinggi. Bentuk ini dapat diperoleh dengan atau tanpa fiksasi kimiawi (Goni et al., 2009; Meegoda et al., 2003; Mater et al., 2006; Mijno et al., 2007, Jun et al., 2005). Solidifikasi menciptakan barrier antara komponen limbah dan lingkungan dengan mereduksi permeabilitas limbah danatau mengurangi luas area permukaan yang efektif untuk difusi (Meegoda et al., 2003). Penelitian dari Andres et al. (2009) menyebutkan bahwa anhydrite dapat mengimobilisasi logam berat pada sludge yang mengandung logam berat sebanyak 90% sehingga aman untuk landfill.

Salah satu bahan yang digunakan dalam solidifikasi limbah adalah fly ash. Penambahan fly ash dapat meningkatkan kekuatan ikatan pada limbah, workability, buffering capacity, dan heavy metal leachability. Penambahan fly ash secara efektif mengimobilisasi tiga jenis logam berat Pb, Cr³⁺, dan Cr⁶⁺. Imobilisasi tetap terjadi secara efektif walaupun pH pada saat penambahan bersifat asam atau basa (Dermatas dan Meng, 2003). Pada penelitian yang dilakukan oleh Marinkovic et al. (2003), solidifikasi dapat dilakukan dengan menggunakan fly ash-FGD gypsum-lime-water  dan fly ash-calcined FGD gypsum dapat digunakan sebagai proses solidifikasi. Sistem ini meningkatkan kekuatan kompresi (0.34 MPa). Pada limbah yang mengandung kromium dibawah batas yang ditentukan EPA, rasio komposisi limbah dengan fly ash tidak berpengaruh secara signifikan (Parsal et al.,  1996). Teknik ini menghasilkan limbah yang tersolidifikasi sehingga menghindarkan penyebaran konstituen pada air permukaan atau air tanah. Karbonasi dengan menggunakan fly ash dan kapur juga efektif dalam solidifikasi limbah organik dan inorganik (Swarnalatha et al., 2006). Penelitian yang dilakukan oleh Arce et al. (2010) membuktikan bahwa karbonasi menggunakan fly ash menghasilkan stabilisasi Ba yang efektif, sedangkan untuk Cl^-, SO₄^2-, dan F^- karbonasi dengan fly ash dapat mensolidifikasi setengah dari kandungannya pada limbah, dan untuk DOC (dissolved organic carbon) memerlukan waktu retensi yang lama untuk mengoptimalkan solidifikasi. Selain itu fly ash juga dapat digunakan pada solidifikasi dengan teknik geopolimer. Penelitian solidifikasi dengan menggunakan fly ash dengan teknik geoplimerisasi telah dilakukan oleh Galiano et al. (2011) dengan menggunakan reagen yaitu sodiumhydroxide, potassiumhydroxide, sodiumsilicate, potassium silicate, kaolin, metakaolin dan ground blast furnace slag. Penelitian ini dilakukan pada limbah yang mengandung logam berat yaitu Pb, Cd, Cr, Zn, dan Ba dengan hasilnya solidifikasi yaitu kekuatan kompresi mencapai 1-9 MPa sehingga imobilisasi logam berat sangan efektif.

Cement based technology merupakan salah satu taknik dari solidifikasi yang menggunakan batu kapur, tanah liat, atau materi silika  yang dicampur pada suhu tinggi (Meegoda et al., 2003). Salah satu contoh penerapan teknik ini yaitu dalam pengolahan limbah yang mengandung logam berat seperti penelitian yang telah dilakukan oleh Anastasiadou et al. (2012) yang menggunakan fly ash kemudian dilakukan sementasi. Limbah yang diolah mengandung logam berat Cr, Fe, Ni, Cu, Cd dan Ba. Dengan menggunakan teknik sementasi ini hasilnya aman untuk landfill atau digunakan sebagai material konstruksi karena pengikatan logam berat yang cukup kuat sehingga tidak mudah terlepas ke lingkungan. Penelitian lain yang dilakukan oleh Coz et al. (2009) menunjukkan bahwa pencampuran sodium silicate pada materi semen dapat meningkatkan leachabilitas logam berat terutama Zn, dengan konsentrasi silikat 5-25% menghasilkan leachabilitas yang optimum pada materi semen. Voglar dan Lestan (2010) menyatakan bahwa sementasi dapat diterapkan untuk solidifikasi berbagai jenis logam berat yaitu Cd,  Pb, Zn, Cu, Ni dan As . pada penelitian mereka selanjutnya, Voglar dan Lestan (2011) menyatakan dalam jurnalnya bahwa formula solidifikasi paling efisien yaitu semen kalsium aluminat ditambah dengan acrylic polymer akrimal menghasilkan materi yang dapat mengikat sangat kuat terhadap logam berat antara lain Cd,  Pb, Zn, Cu, Ni dan As sehingga materi tersebut dapat digunakan untuk landfill atau landcover.

Kalsium sangat berperan dalam teknik sementasi, jenis kalsium yang sering digunakan antara lain  Calcium Silicate Hydrate, Calcium Hydroxide, Calcium Sulfoaluminate (Meegoda et al., 2003). Kalsium berperan penting dalam teknik sementasi. Sementasi baik yang menggunakan Portlan cement (PC) atau cement kiln dust (CDK) memanfaatkan ikatan yang terbentuk antara Ca dengan As(III) dan As(V) untuk mengimobilisasi logam arsenit tersebut (Yoon et al., 2010). Penelitian dari Qian et al., (2008)  membuktikan bahwa teknik sementasi dapat mengimobilisasi logam berat, terutama logam berat Zn dan Pb. Pada penelitian ini proses solidifikasi dilakukan dengan menggunakan fly ash dan calcium sulfoaluminate cement matrix sehingga imobilisasi logam berat yang efektif matrix semen. Ketidakadaan kalsium dalam materi dapat menurunkan pengikatan logam berat pada semen, atau yang disebut dengan dekalsifikasi materi semen, dapat menurunkan luasan area pengikatan logam berat (Laforest dan Duchesne, 2007).

Komponen organik pada limbah berpengaruh pada containment dan karakteristik kekuatan pada limbah hasil solidifikasi. Kandungan minyak dan fenol dalam limbah mengganggu kekuatan dan durabilitas sistem pengikatan pada solidifikasi (Minocha et al., 2003). Kandungan bahan organik juga berpengaruh pada lama waktu hidrasi pada semen. Penelitian Zhang et al. (2008) menunjukkan bahwa keberadaan sukrosa dan sorbitol pada limbah yaitu semakin mempercepat hidrasi semen, keberadaan sukrosa atau sorbitol juga mengurangi leachabilitas semen terhadap Pb. Semakin besar kandungan bahan organik (fenol) pada limbah maka dibutuhkan konsentrasi materi semen yang tinggi untuk mendapatkan hasil solidifikasi yang cukup (Vipulanandan dan Krishnan, 1990). Komponen organik ini dapat dihilangkan dengan cara pembakaran pada suhu 800^oC (Swranalatha et al., 2006). Cara lain yaitu dengan menggunakan reactivated carbon yang memiliki daya serap tinggi terhadap fenol (Arafat et al., 1999).

           Tingkat kekerasan materi semen juga berpengaruh pada kemampuan mengimobilisasi logam berat. Sala satu usaha yang dilakukan untuk meningkatkan tingkat kekerasan semen adalh dengan menambahkan 2-chloroaniline yang berfungsi untuk mempermudah penghilangan air dari tanah liat yang merupakan materi semen (Botta et al., 2004). Selain itu materi semen juga harus diperhatikan dalam teknik solidifikasi. Pada penelitian Mohamed dan Gamal (2011) disebutkan bahwa cement kiln dust kurang direkomendasikan untuk solidifikasi karena tidak stabil secara kimiawi yang kemampuan mengikat logam beratnya kurang. Permeabilitas terhadap oksigen juga penting karena menggambarkan kualitas fisik material limbah hasil solidifikasi (Poon et al., 1986).

REFERENSI

Anastasiadou, Kalliopi, Konstantinos Christopoulos, Epameinontas Mousios, Evangelos Gidarakos. 2012. Solidification/stabilization of fly and bottom ash from medical waste incineration facility. Journal of Hazardous Materials 207–208 (2012) 165–170

Andres, A.,  R.  Ibfifiez,  I.  Ortiz,  J.A.  Irabien. 1998. Experimental  study  of the waste binder anhydrite  in the  solidification/stabilization process of heavy metal sludges. Journal  of Hazardous Materials  57 (1998) 155-168

Arafat, Hassan A., Vikram M. Hebatpuria, Hong Sang Rho, Neville G. Pinto, Paul L. Bishop, Relva C. Buchanan. Immobilization of phenol in cement-based solidified/stabilized hazardous wastes using regenerated activated carbon: role of carbon. Journal of Hazardous Materials B70 1999 139–156

Arce, R., B. Galán, A. Coz, A. Andrés, J.R. Viguri. 2010. Stabilization/solidification of an alkyd paint waste by carbonation of waste-lime based formulations. Journal of Hazardous Materials 177 (2010) 428–436

Coz, A., A. Andrés, S. Soriano, J.R. Viguri, M.C. Ruiz, J.A. Irabien. 2009. Influence of commercial and residual sorbents and silicates as additives on the stabilisation/solidification of organic and inorganic industrial waste. Journal of Hazardous Materials 164 (2009) 755–761

Dermatas, Dimitris, Xiaoguang Meng. Utilization of fly ash for stabilization/solidification of heavy metal contaminated soils. Engineering Geology 70 (2003) 377–394

Galiano, Y. Luna, C. Fernández Pereira∗, J. Vale. 2011. Stabilization/solidification of a municipal solid waste incineration residue using fly ash-based geopolymers. Journal of Hazardous Materials 185 (2011) 373–381

Goñi, S., A. Guerrero and  A. Macías. 2009. Stabilization/Solidification Of Municipal Solid Waste In Cemented Matrices. 1st  Spanish National Conference on Advances in Materials Recycling and Eco – Energy Madrid, 12-13  November 2009 S05-5

Jun, Zhang, Wang Jianjun, Yuan Hai and Luo Jiansheng. 2005. Solidification Treatment Of Drilling Waste Water And Mud In West Sichuan Oil/Gas Fields. CNKI:SUN:TRQG.0.2005-11-032

Laforest, Guylaine, Josée Duchesne. 2008. Investigation of stabilization/solidification for treatment of electric arc furnace dust: Dynamic leaching of monolithic specimens. Cement and Concrete Research 37 (2007) 1639–1646

Marinković, Slobodanka, Aleksandra Kostić-Pulek, Svetlana Popov. 2003. Solidification/Stabilization of Power Plants Wastes- Potential Water Pollutants. Faculty of Mining and Geology, the University of Belgrade, Belgrade, Serbia and Montenegro

Mater, L., R.M. Sperb, L.A.S. Madureira, A.P. Rosin, A.X.R. Correa, C.M. Radetski. 2006. Proposal of a sequential treatment methodology for the safe reuse of oil sludge-contaminated soil. Journal of Hazardous Materials B136 (2006) 967–971

Meegoda, Jay N.; A. S. Ezeldin; Hsai-Yang Fang; and Hilary I. Inyang.  2003. Waste Immobilization Technologies. Practice Periodical Of Hazardous, Toxic, And Radioactive Waste Management / January 2003

Mijno, V., F. Martin, J.-C. Bollinger, and L. J. J. Catalan. 2007. Stabilization›Solidification Process Comparison of Synthetic Sludge and Volcanogenic Massive Sulphide Tailings. Trans IChemE, Part B, May 2007

Minocha, A.K., Neeraj Jain, C.L. Verma. 2003. Effect of organic materials on the solidification of heavy metal sludge. Construction and Building Materials 17 (2003) 77–81

Mohamed, Abdel-Mohsen  O., Maisa  M.  El  Gamal. 2011. Solidification of cement kiln dust using sulfur binder. Journal of Hazardous Materials 192 (2011) 576–584

Parsal, Jafar, Stuart H. Munson-McGee, and Robert Steiner. 1996. Stabilization∕Solidification of Hazardous Wastes Using Fly Ash. J. Environ. Eng. 122, 935 (1996); http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(1996)122:10(935)

Poon, C.S.,  A.I.  Clark,  R.  Perry, A.P.  Barker  &  P.  Barnes. 1986. Permeability  study  on  the  cement  based  solidification  process for  the  disposal  of  hazardous  wastes. Cement  and  Concrete  Research.  Vol.  16,  pp.  161-172,  1986

Qian G.R., J.Shi, Y.L. Cao,Y.F.Xu, P.C. Chui. 2008. Properties of MSW fly ash–calcium sulfoaluminate cement matrix and stabilization/solidification on heavy metals. Journal of Hazardous Materials 152 (2008) 196–203

Swarnalatha S., K. Ramani, A. Geetha Karthi, G. Sekaran. 2006. Starved air combustion–solidification/stabilization of primary chemical sludge from a tannery. Journal of Hazardous Materials B137 (2006) 304–313

Vipulanandan, C. and S . Krishnan. 1990. Solidification/stabilization of phenolic waste with cementitious and polymeric materials. Journal of Hazardous Materials, 24 (1990) 123-136

Voglar, Grega E., Domen Lestan. 2010. olidification/stabilisation of metals contaminated industrial soil from former Zn smelter in Celje, Slovenia, using cement as a hydraulic binder. Journal of Hazardous Materials 178 (2010) 926–933

Voglar, Grega  E.,  Domen  Lestan. 2011. Efficiency modeling of solidification/stabilization of multi-metal contaminated industrial soil using cement and additives. Journal of Hazardous Materials 192 (2011) 753–762

Yoon, In-Ho, Deok Hyun Moon, Kyoung-Woong Kim, Keun-Young Lee, Ji-Hoon Lee, Min Gyu Kim. 2010. Mechanism for the stabilization/solidification of arsenic-contaminated soils with Portland cement and cement kiln dust. Journal of Environmental Management 91 (2010) 2322-2328

Zhang, Linghong, Lionel J.J. Catalan, Andrew C. Larsen, Stephen D. Kinrade. 2008. Effects of sucrose and sorbitol on cement-based stabilization/solidification of toxic metal waste. Journal of Hazardous Materials 151 (2008) 490–498