Model Laboratorium Lapangan Identifikasi Limbah Cair Menggunakan Metode Cross-Hole Geolistrik Resistivitas

## Reza Devianta, Budi Legowo, Hery Purwanto
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret Hieza51@gmail.com
Received 02-01-2013, Revised 25-03-2013, Accepted 01-04-2012, Published 13-10-2013

## ABSTRACT
It has been done a cross-hole method of field laboratory geoelectrical resistivity to identify the wastewater in Grogol, Gatak, Delanggu, Jawa Tengah. Measurements were performed using McOHM 2119C-EL OYO Resistivity meter. The Anomaly of the object that has given of this research is wastewater. The data acquisition of cross-hole model use dipole-dipole geoelectrical configuration. The distance between the two boreholes is 3 m and spaced electrodes that used are 0,1 m; 0,2 m; 0,3 m and 0,4 m. The Data will be taken from the movement of saline water anomaly that mobiles on the ground and each taking  every 4 days for 5  times of the data acquisition. A description of the result of the anomaly will be reviewed using RES2DINV 3.56 software. The visualization of the movement of wastewater model on day 4 th is at a depth of 0,4 m – 0,6 m at a distance x = 0,5 m - 2,5 m with resistivity 10 - 10,8 Ωm. On day 8 th is located at a depth x = 0,5 m – 0,8 m, x = 0,5 m – 2,5 m with resistivity 10 - 14 Ωm. And on day 12 th is located at a depth of 0,8 m – 1,2 m at a distance x = 0 m – 0,5 m, x = 2,5 m - 3,0 m and x =1,5 m - 2,5 m with a resistivity of 12,4 - 15 Ωm.
Keywords: Cross-hole, geoelectric, wastewater, resistivity

## ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian  skala laboratorium lapangan identifikasi limbah cair menggunakan metode cross-hole geolistrik resistivitas  di Dusun Grogol, Desa  Gatak,  Kecamatan  Delanggu, Jawa Tengah.  Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat Resistivity meter  OYO model 2119C McOHM-EL.  Model anomali objek yang telah  diberikan  dari penelitian ini yaitu air garam. Akuisisi data metode cross-hole menggunakan  konfigurasi geolistrik dipole-dipole . Jarak antara 2 borehole 3 m dan spasi elektroda yang digunakan 0,1 m; 0,2 m; 0,3 m dan 0,4 m. Pergerakan limbah cair  yang bergerak di tanah akan di ambil datanya setiap 4  hari sekali selama 5  kali akuisisi  data.  Gambaran mengenai hasil anomali  akan dilihat menggunakan software RES2DINV versi 3.56. Visualisasi pergerakan model limbah cair terlihat setelah 4 hari pada kedalaman 0,4 m – 0,6 m pada jarak x = 0,5 m – 2,5 m dengan resistivitas 10 – 10,8 Ωm.
Hari ke  8  terletak pada kedalaman 0,5  m  –  0,8  m pada jarak x  = 0,5  m  –  2,5  m dengan resistivitas 10 – 14 Ωm. Hari ke 12 terletak pada kedalaman 0,8 m  – 1,2 m pada jarak x = 0 m
– 0,5 m, x = 2,5 m – 3,0 m dan x = 1,5 m – 2,5 m dengan resistivitas 12,4 – 15 Ωm.
Kata kunci : Cross-hole , geolistrik, limbah cair, resistivitas.

## PENDAHULUAN
Penelitian skala laboratorium  dan laboratorium lapangan  memiliki permasalahan dalam menginterpretasi data. Skala laboratorium memiliki permasalahan pada  kehomogenan lapisan tanah yang berpengaruh pada nilai resistivitas dan tepi akuarium menghambat arus yang mengalir sehingga memerlukan ralat
Skala laboratorium lapangan memiliki
kekurangan  dalam  penggambaran  kondisi  visual distribusi resistivitas bawah permukaan tanah  karena survei  dilakukan di atas permukaan tanah [3] .  Sehingga diperlukan suatu metode yang dapat menggambarkan distribusi resistivitas untuk mengetahui kondisi bawah permukaan secara baik.
Prabowo dkk  (2006) [4] melakukan  penelitian    menganalisa  anomaly  besi  beton  silindris yang ditanam di dalam tanah menggunakan metode cross-hole geolistrik resistivitas. Interpretasi data  menunjukan visualisasi letak anomali  dan distribusi resistivitas tanah. Metode cross-hole geolistrik resistivitas yang digunakan  dalam penelitian memiliki kelebihan dalam memberikan informasi mengenai distribusi resistivitas antara dua lubang borehole [5] .
Kelebihan metode cross-hole geolistrik dalam menentukan anomali  diterapkan pada penelitian ini untuk mengidentifikasi limbah cair. Limbah cair dituangkan pada permukaan tanah  dan dibiarkan sampai meresap ke lapisan tanah. Setelah beberapa hari limbah cair akan bergerak ke lapisan bawah tanah. Metode cross-hole digunakan untuk mengidentifikasi visualisasi pergerakan limbah cair yang meresap di lapisan tanah setelah beberapa hari.  Limbah cair digunakan karena memiliki nilai kontras resistivitas dengan lapisa tanah sehingga mudah dalan menginterpretasi.

## METODE
Lokasi pengambilan data dilakukan di Dusun Grogol, Desa Gatak, Kecamatan Delanggu, Jawa Tengah. Model  anomali  limbah cair   berupa air garam sebanyak  33,2 liter  dengan resistivitas 10 Ωm. Akuisisi data dilakukan 5 kali. Waktu setiap akuisisi data 4 hari sekali. Konfigurasi yang digunakan  dalam penelitian adalah cross-hole dipole-dipole AM-NB dengan spasi antar elektrodanya adalah 0,1 m, 0,2 m, 0,3 m dan 0,4 m.
Gambar 1 . (color online) Susunan elektroda cross-hole resistivitas [4]
Konfigurasi dipole-dipole AM-BN menggunakan 2 elektroda arus dan 2 elektroda potensial (Gambar 1). Kaliper  A dan M ditancapkan di borehole 1 sedangkan kaliper N dan B di borehole 2. Borehole 1 posisi kaliper A di atas kaliper M untuk setiap spasi elektroda dan pada borehole 2 kaliper N di atas kaliper B  setiap spasi elektroda. Penempatan kaliper berfungsi  mengambil data setiap spasi elektroda  yang diberikan sampai pada batas kedalaman borehole . Hasil dari penempatan kaliper arus dan tegangan sesuai spasi elektroda yang digunakan akan memperoleh data berupa arus dan tegangan yang terukur pada alat resistivity meter.  Ketika kaliper A dan M pada borehole 1 sudah tertancap dan kaliper N dan B pada borehole 2 sudah tertancap maka diperoleh nilai resistivitas semu dari titik itu. Interpretasi menggunakan software  RES2DINV sehingga
Keterangan gambar
n :    Jarak antar borehole
a :   Spasi elektroda
AM :   Ampere meter
VM :    Volt meter
A :    Kaliper Arus B :     Kaliper Arus M :     Kaliper tegangan
N :     Kaliper tegangan
Borehole 1 Borehole 2 A M N B a a n VM AM
diperoleh nilai distribusi resistivitas pada jarak dan kedalaman borehole. Resistivitas dari setiap titik ukur dapat dicari dengan menggunakan rumus [4] :
(1)
Besarnya nilai K ditentukan berdasarkan metode konfigurasi yang dipakai. Metode cross- hole dipole-dipole AM-NB memiliki nilai K adalah [4]
K = ) (2)
dengan ρ = Resistivitas bahan ( Ωm) K = Faktor Geometri V = Tegangan terukur (mV) I = Arus (mA) a = Spasi Elektroda (m) n = Jarak antara borehole (m)
C ross-hole membutuhkan sumber ( source ) dan penerima ( receiver ) pada borehole (Gambar 2). Susunan  konfigurasi cross-hole dengan  menempatkan receiver di borehole kedua dan trasmitter di borehole pertama . Receiver akan mengalirkan listrik dan hasil nya akan di tangkap oleh transmitte r. Receiver akan berpindah-pindah posisinya dan transmitter akan menangkap hasilnya pada kedudukan yang berbeda-beda. Hasil tiap posisi receiver dan transmitter akan memberikan distribusi resistivitas [6] .
Gambar 2 . Metode cross-hole resistivitas [6]
Cross-hole resistivitas merupakan suatu teknik geofisika yang menggunakan sejumlah elektroda dalam borehole yang dapat menggambarkan distribusi resistivitas di dalam tanah.  Konfigurasi yang digunakan dalam metode ini menggunakan berbagai susunan elektroda arus-potential, seperti susunan pole-pole , pole-bipole , bipole-pole , dipole- dipole [7] . Konfigurasi dipole-dipole menggunakan 4 elektroda, yaitu 2 elektroda arus dan 2 elektroda potensial. Konfigurasi dipole-dipole lebih sensitif dalam menggambarkan distribusi nilai resistivitas karena tidak memiliki remote elektroda. Konfigurasi pole –pole, bipole  –  pole, pole  –  bipole memiliki remote elektroda yang membuat  data memiliki kesalahan dalam .
Borehole 1
Borehole 2
Transmitter Receiver
a) b) c)
Gambar 3. (color online) a). Alat resistivity meter OYO McOHM-EL model 2119C , b). Accumulator 12 V c).  Kaliper elektroda cross-hole
Gambar 3 menerangkan mengenai peralatan yang digunakan dalam penelitian cross-hole geolistrik.  Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resistivity meter  OYO model 2119C McOHM-EL  (Gambar 3.a),  untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus listrik di lapisan tanah. Accumulator sebesar 12 V sebagai sumber tegangan (Gambar 3.b), untuk memberi tegangan pada alat resistivity meter sehingga dapat mengalirkan arus listrik ke lapisan tanah. Kaliper merupakan elektroda pada borehole yang terbuat dari kayu yang sudah terhubung dengan kabel dan di ujung kaliper terdapat tembaga (Gambar 3.c).
Gambar.4 . (color online) Pemodelan penelitian cross-hole limbah cair
Pemodelan penelitian cross-hole limbah cair membutuhkan dua borehole (Gambar 4). Borehole memiliki kedalaman 1,3 m. Jarak antara borehole 1 dan borehole 2 adalah 3 m. Limbah cair dituangkan pada kedalaman 0,2 m dan jarak x = 1,5 m – 1,8 m.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Distribusi nilai resistivitas dari penelitian ini terlihat dari warna antara lubang borehole . Warna biru diidentifikasi sebagai resistivitas yang mudah menghantarkan arus listrik sehingga memiliki nilai resistivitas kecil. Struktur tanah lanau penelitian memiliki distribusi resistivitas dari  warna hijau sampai ungu  dengan resistivitas 17,6 –  40 Ωm. Struktur tanah dari  penelitian  ini  memiliki  struktur tanah lanau dengan nilai  resistivitas yang sesuai dengan penelitian Telford et al (1990) [9] berkisar dari 15 – 150 Ωm.
a= Kayu b= Kabel Merah c =Tembaga a b c Keterangan 1,3 m
Gambar 5. (color online) Distribusi resistivitas hasil penelitian sebelum terdapat anomali
Gambar 5 menjelaskan distribusi resistivitas sebelum terdapat limbah cair dengan nilai resistivitas yang diperoleh dari 7,36 Ωm sampai 33,7 Ωm. Kondisi tanah kering berkisar pada resistivitas 21,8 Ωm  sampai pada kedalaman 0,6 m. Kedalaman 0,6 m sampai 1,2 m kondisi tanah sudah bervariasi. Terdapat kondisi tanah yang lembab pada kedalaman 0,8 m sampai 1,2 m dengan resistivitas dari 7,36 Ωm sampai 17,6 Ωm.
Gambar 6 . (color online) Distribusi resistivitas hasil penelitian setelah 4 hari terdapat anomali
Gambar 6 menjelaskan pergerakan  limbah cair  terdapat pada kedalaman 0,4  m  –  0,6  m pada jarak x = 0,5  m  –  2,5  m. Resistivitas  yang diperoleh bernilai 10,8 Ωm  yang teridentifikasi  sebagai limbah cair. Limbah cair  telah turun dari posisi mula-mula 0,2  m sampai pada kedalaman 0,6  m.  Keadaan tanah pada jarak x = 0,5  m  –  1,5  m  lebih tidak kompak daripada di jarak x = 1,8 m – 2,5 m sehingga limbah cair lebih bergerak ke arah samping kiri sampai jarak 0,5  m.  Terdapat nilai  resistivitas sekitar 10,8 Ωm  pada kedalaman 0,5  m  –  0,6  m pada jarak posisi x = 0,5  m  –  1,0  m limbah cair  mengalami kenaikan nilai resistivitas dari pendugaan awal sekitar 10 Ωm.
Setelah 8 hari  teridentifikasi keberadaan limbah cair yang terletak pada kedalaman 0,5 m sampai 0,8 m (Gambar 7). Variasi dari distribusi limbah cair terlihat terbagi dari 5 bagian. Bagian pertama pada kedalaman 0,5 m sampai 0,6 m jarak x = 2,0 m sampai 2,5 m dengan nilai resistivitas 12 Ωm. Bagian kedua pada kedalaman 0,6 m sampai 0,8 m jarak x = 2,0 m sampai 2,5 m dengan nilai resistivitas 11 Ωm. Bagian ketiga pada kedalaman 0,6 m sampai 0,8 m jarak x = 1,5 m sampai 2,0 m dengan nilai resistivitas 12 Ωm. Bagian keempat pada kedalaman 0,6 m sampai 0,8 m jarak x = 1,0 m sampai 1,5 m dengan nilai resistivitas 14 Ωm. Bagian kelima pada kedalaman 0,7 m sampai 0,8 m jarak x =  0,5 m sampai 1,0 m dengan nilai resistivitas 10 Ωm.
Gambar 8 . (color online) Distribusi resistivitas hasil penelitian setelah 12 hari terdapat anomali
Gambar 8 menjelaskan mengenai distribusi  resistivitas limbah cair  yang bergerak setelah 12 hari di lapisan tanah  Nilai resistivitas  struktur tanah  setelah 12 hari memiliki nilai resistivitas yang bervariasi. Bagian atas kondisi tanah memiliki nilai resistivitas 22,3 Ωm. Nilai resistivitas ini sampai pada kedalaman 0,4  m. Kedalaman 0,4  m  –  0,7  m memiliki resistivitas dari 17,6 - 19,8 Ωm. Kedalaman 0,7 m – 0,8 m memiliki nilai resistivitas 22,3 – 25,1 Ωm. Kedalaman 0,8 m – 1,1 m memiliki nilai resistivitas 29 Ωm. Kedalaman 1,1 m - 1,2 m memiliki nilai resistivitas 15 Ωm yang merupakan indikasi limbah cair pada jarak x = 1,0 m – 2,5 m.
Gambar 9. (color online) Distribusi hasil penelitian setelah 16 hari terdapat anomali
Identifikasi pergerakan  limbah cair  di bawah titik pemberian  anomali  sampai kedalaman 1,2 m tidak terlihat pada Gambar 9. Resistivitas limbah cair dengan nilai 10 – 15 Ωm yang merupakan identifikasi dari limbah  sudah tidak terlihat  pada jarak x  =  0,5  m  –  2,5  m. Limbah cair teridentifikasi terlihat di dekat borehole pertama  pada jarak x = 0 m – 0,5 m kedalaman 1,1  m  -  1,2  m dengan resistivitas 9,32 –  13,5 Ωm. Distribusi nilai resistivitas dari struktur tanah memiliki nilai resistivitas 9 – 35 Ωm. Resistivitas lapisan tanah bernilai 23,7 Ωm  terdapat pada kedalaman 0 m – 0,4 m. Kedalaman 0,4 m – 0,6 m memiliki nilai
resistivitas 28,6 Ωm. Kedalaman 0,6  m  –  0,8  m memiliki nilai resistivitas 23,7  Ωm. Kedalaman 0,8 m – 1,2 m memiliki variasi distribusi nilai resistivitas dari 19,7 – 23,7 Ωm.
Limbah cair dari penelitian hari ke-1 sampai hari ke-16 telah memberikan pergerakan kelapisan bawah  tanah.  Gerak  limbah cair  dalam tanah melalui pori –  pori tanah dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan gaya kapiler. Gaya gravitasi menyebabkan aliran selalu menuju ke tempat yang lebih rendah, sementara gaya kapiler menyebabkan limbah cair bergerak ke segala arah. Air kapiler selalu bergerak dari daerah basah menuju daerah yang lebih kering. Tanah kering mempunyai gaya kapiler lebih besar daripada tanah basah. Gaya tersebut berkurang dengan bertambahnya kelembaban tanah [10] .  Gaya kapiler yang bekerja terlihat pada pergerakan limbah cair yang bergerak kesamping dari posisi awal x = 1,5 m – 1,8 m telah bergerak sampai jarak x = 0,5 m dan x = 2,5 m. Gaya gravitasi yang bekerja terlihat pada pergerakan limbah cair kebawah dari kedalaman 0,2 m sampai 1,2 m setelah beberapa hari.
Tabel 1. Kecepatan pergerakan limbah cair Tahap Waktu (s) Jarak (m) Kecepatan (m/s) 4 Hari 345600 0,4 1,1 8 Hari 691200 0,6 8,68 12 Hari 1036800 1,0 7,23
Hasil penelitian hari  ke-4 sampai hari ke-12 telah memperoleh visualisasi pergerakan limbah cair. Pergerakan limbah cair memiliki kecepatan tersendiri untuk sampai pada kedalaman tertentu hal ini terlihat pada Tabel 1.  Kecepatan pergerakan limbah cair yang melalui tanah untuk bergerak ke bawah dipengaruhi oleh keadaan tanah itu mudah atau tidak dalam mengalirkan air. Permeabilitas tanah ini akan membuat limbah cair bergerak kebawah karena dapat melalui pori pori tanah. Semakin dalam posisi limbah cair di lapisan tanah maka memerlukan waktu yang lama juga. Penelitian pergerakan limbah cair ini akan membantu dalam mengidentifikasi kecepatan fluida  yang bergerak kebawah tanah. Kecepatan limbah cair  untuk sampai pada kedalaman 0,6  m adalah 1,1 m/s yang mana ini diperoleh 4 hari setelah air bergerak dari posisi awal. Limbah cair  kemudian sampai kedalaman 0,8  m setelah 8 hari yang mana ini mempunyai kecepatan 8,68 m/s. Kecepatan limbah cair sampai kedalaman 1,2 m adalah 7,23 m/s setelah 12 hari. Hasil kecepatan pergerakan limbah cair dari penelitian ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Wirosoedarmo dkk (2000) [11] yang mengidentifikasi kecepatan pergerakan air di tanah lanau yang memiliki kecepatan - m/s untuk turun ke lapisan tanah.
Sehingga struktur tanah yang digunakan dari penelitian cross-hole ini adalah tanah lanau.
Tabel 4.2. Pergerakan Limbah Cair Tahap Posisi Limbah Cair (m) Pergerakan Limbah Cair (m) 4 Hari 0,4 – 0,6 0,4 8 Hari 0,6 – 0,8 0,2 12 Hari 0,8 – 1,2 0,4
Penurunan perpindahan pergerakan limbah cair terlihat pada Tabel 4.2. Pada tahap hari ke- 4 perpindahan limbah cair sejauh 0,4 m sedangkan pada tahap hari ke-8 perpindahan limbah cair sejauh 0,2 m. Penurunan perpindahan ini dikarenakan  dengan bertambahnya waktu, permukaa bawah tanah lanau menjadi basah yang membuat gaya kapiler berkurang,
sehingga laju infiltrasi berkurang [11] . Pada tahap hari ke-12 diketahui pergerakan limbah cair sejauh 0,4 m. Peningkatan pergerakan limbah cair di tahap hari ke-12 diduga karena struktur tanah di kedalaman 0,8 –  1,2 m memilik permeabilitas yang lebih baik dalam proses infiltrasi daripada permeabilitas di kedalaman 0,6 – 0,8 m.

## KESIMPULAN
Limbah cair teridentifikasi terlihat setelah 4 hari pada kedalaman 0,4 m – 0,6 m  pada jarak x = 0,5 m – 2,5 m dengan resistivitas 10 – 10,8 Ωm. Hari ke 8 terletak pada kedalaman  0,5 m  –  0,8  m pada jarak   x  =    0,5  m  –  2,5  m dengan    resistivitas 10 –  14 Ωm. Hari ke 12 terletak pada kedalaman  0,8 m – 1,2 m  pada  jarak  x =  0 m – 0,5 m, x = 2,5 m – 3,0 m dan x = 1,5 m – 2,5 m dengan resistivitas 12,4 - 15 Ωm. Pergerakan air ke dalam lapisan tanah menyesuaikan topografi daerah. Limbah cair dari penelitian ini memiliki kecepatan yang sesuai dengan kecepatan pergerakan di struktur tanah lanau.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Kanata, B dan T. Zubaidah. 2008. Aplikasi Metode Geolistrik Tahanan Jenis Konfigurasi Wenner-Schlumberger untuk Survey Pipa Bawah Permukaan. Tekhnologi Elektro , Vol.7 No.2, pp. 84-91.
2 Azhar dan G. Handayani. 2004. Penerapan Metode Geolistrik Konfigurasi Schlumberger untuk Penentuan Tahanan Jenis Batubara. Jurnal Natur Indonesia , Vol.6 No.2, pp. 122-126.
3 Priyono, J.  2009. Pembuatan Model Lapangan untuk Pengukuran Metode Geolistrik Resitivitas Konfigurasi Wenner . Skripsi, Jurusan Fisika, FMIPA, UNS.
4 Prabowo, R.E., G. Yuliyanto  dan M.I. Nurwidyanto.  2006.  Pemodelan Cross-Hole Metode Geolistrik Resitivitas ( Bentuk Anomali Silindirs ). Berkala Fisika , Vol.9 No.1, pp. 26-30.
5 Hagrey, S.A.A. 2011.  C Plume  Modeling in Deep Saline Reservoirs by 2D ERT in Boreholes. The Leading Edge, Vol.30 No.1, pp. 24-33.
6 Dhu, T and G. Helnson. 2004. Numerical and laboratory investigations of electrical resistance tomography for environmental monitoring. Mulli-Tamsa, Vol.7 No.1, pp. 33- 40.
7 Zhou, B and S.A. Greenhalg. 2000. Cross-hole Resistivity Tomography Using Different Electrode Configurations. Geophysical Prospecting , Vol. 48 No.5, pp. 887-912.
8 Dahlin, T., B. Zhou and P. Sjodahl. 2006. 2.5D resistivity modeling of embankment dams to assess influence from geometry and material properties. Geophysics , Vol.71 No.3, pp. 107-114.
9 Telford, W.M., L.P. Gedaart and R.E. Sheriff. 1990. Applied Geophysics , New York: Cambridge.
10 Wibowo, H. 2010. Laju Infiltrasi pada Lahan Gambut yang Dipengaruhi Air Tanah. Jurnal Belian , Vol.9 No.1, pp. 90-103.
11 Wirosoedarmo, R., B. Suharto dan W.R. Hijriyati. 2009. Evaluasi Laju Infiltrasi pada Beberapa Penggunaan Lahan Menggunakan Metode Infiltrasi Horton Di Sub Das Coban Rondo Kecamatan Pujon Kabupaten Malang. Jurnal Teknologi Pertanian , Vol.10 No.2, pp. 88-96.