BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang
Udara merupakan faktor yang penting dalam kehidupan, namun dengan meningkatnya pembangunan fisik kota dan pusat – pusat industri, kualitas udara telah mengalami perubahan. Udara yang dulunya dulunya segar, kini kering dan kotor. Keadaan ini apabila tidak segera di tanggulangi dapat membahayakan kesehatan manusia, ma nusia, kehidupan hewan, serta tumbuhan. Perubahan lingkungan udara disebabkan pencemaran udara, yaitu masuknya zat pencemar (berbentuk gas – gas dan partikel kecil / aerosol) kedalam udara. Zat pencemar masuk kedalam udara dapat secara alamiah (asap kebakaran hutan, akibat gunung berapi, debu meteorit, dan pancaran garam dari laut) dan aktivitas manusia (transportasi, industri pembuangan sampah). Konsentrasi pencemaran udara di beberapa kota besar dan daerah industri Indonesia menyebabkan adanya gangguan pernafasan, iritasi pada mata dan telinga, timbulnya penyakit tertentu serta gangguan jarak pandang. Di kota-kota besar, kontribusi gas buang kendaraan bermotor sebagai sumber polusi udara mencapai 60-70%. Sedangkan kontribusi gas buang dari cerobong asap industri hanya berkisar 10-15%, sisanya berasal dari sumber pembakaran lain,misalnya dari rumah tangga, pembakaran sampah, kebakaran hutan, dll. Sebenarnya banyak polutan udara yang perlu diwaspadai, tetapi organisasi kesehatan dunia (WHO) menetapkan beberapa jenis polutan yang dianggap serius.Polutan udara yang berbahaya bagi kesehatan manusia, hewan,serta mudah merusak harta benda adalah partikulat yang mengandung partikel aspa dan jelaga, hidrokarbon, sulfur dioksida, dan nitrogen oksida. Semuanya diemisikan oleh kendaraan bermotor. WHO memperkirakan bahwa 70% penduduk kota di dunia pernah menghirup udara kotor akibat emisi kendaraan bermotor, sedangkan 10% sisanya menghirup udara yang bersifat marginal. Akibatnya fatal bagi bayi dan anak-anak. Orang dewasa yang beresiko tinggi, misalnya wanita hamil, usia lanjut, serta orang yang telah memiliki riwayat penyakit paru dan saluran pernapasan per napasan menahun. Celakanya, para penderita maupun keluarganya tidak ti dak menyadari bahwa berbagai akibat negatif tersebut berasal dari polusi udara akibat emisi kendaraan bermotor yang semakin memprihatinkan.
Demikian pentingnya masalah pencemaran udara khususnya oleh partikulat, maka diperlukan upaya untuk mengendalikan pencemaran tersebut. Dalam makalah ini akan dibahas mengenai gambaran umum tentang udara dan permasalahannya serta upaya pengendalian pencemaran udara oleh partikulat. 1.2
Rumusan Masalah
Dari uraian latar belakang diatas dapat rumuskan r umuskan beberapa masalah, yaitu: 1. Apa definisi pencemaran udara? 2. Bagaimana kondisi kebersihan udara saat ini? 3. Apa penyebab terjadinya pencemaran udara? 4. Apa dampak terjadinya pencemaran udara? 5. Bagaimana pengendalian pencemaran udara oleh partikulat? 1.3
Tujuan
Pembahasan dibawah ini bertujuan untuk mengetahui gambaran secara umum tentang udara dan permasalahanya serta mengetahui tentang upaya - upa ya dalam pengendalian pencemaran udara.
BAB II PENCEMARAN UDARA OLEH PARTIKULAT
2.1
Jenis dan Sifat Partikulat
Partikulat merupakan partikulat-partikulat kecil padatan dan droplet cairan. Beberapa partikulat dalam berbagai bentuk dapat melayang di udara. Bentuk dan komponen penyusun partikulat tersebut dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 2.1. Bentuk dan Komponen Penyusun Partikulat
NO. KOMPONEN
BENTUK
1.
Karbon
2.
Besi
Fe2O3, Fe3O4
3.
Magnesium
MgO
4.
Kalsium
CaO
5.
Alumunium
Al 2O3
6.
Sulfur
SO2
7.
Titanium
TiO2
8.
Karbonat
CO3-
9.
Silikon
SiO2
10. Fosfor
P 2O5
11. Kalium
K 2O
12. Natrium
Na2O
13. Lain-lain Sifat kimia masing-masing partikulat berbeda-beda, akan tetapi secara fisik ukuran partikulat berkisar antara 0,0002 – 500 mikron. Pada kisaran tersebut partikulat mempunyai umum dalam bentuk tersuspensi di udara antara beberapa detik sampai beberapa bulan. Umur partikulat tersebut dipengaruhi oleh kecepatan pengendapan yang ditentukan dari ukuran dan densitas partikulat serta aliran (turbulensi) udara. Secara umum kenaikan diamter akan meningkatkan kecepatan pengendapan, dari hasil studi ( Stoker dan Seager, 1972 ) menunjukkan bahwa kenaikan diameter sebanyak 10.000 akan menyebabkan kecepatan pengendapan sebesar 6 juta kalinya.
Partikulat yang berukuran 2 – 40 mikron (tergantung densitasnya) tidak bertahan terus di udara dan akan segera mengendap. Partikulat yang tersuspensi secara permanen di udara juga mempunyai kecepatan pengendapan, tetapi partikulat-partikulat tersebut tetap di udara karena gerakan udara. Sifat partikulat lainnnya yang penting adalah kemampuannya sebagai tempat absorbsi (sorbsi secara fisik ) atau kimisorbsi (sorbsi disertai dengan interaksi kimia). Sifat ini merupakan fungsi dari luas permukaan. Jika molekul terosorbsi tersebut larut di dalam partikulat, maka keadaannya disebut absorbsi. Jenis sorbsi tersebut sangat menentukan tingkat bahaya dari partikulat. Sifat partikulat lainnya adalah sifat optiknya. Partikulat yang mempunyai diameter kurang dari 0,1 mikron berukuran sedemikian kecilnya dibandingkan dengan panjang gelombang sinar sehingga partikulat-partikulat tersebut mempengaruhi sinar seperti halnya molekulmolekul dan menyebabkan refraksi. Partikulat yang berukuran lebih besar dari 1 mikron ukurannya jauh lebih besar dari panjang gelombang sinar tampak dan merupakan objek makroskopik yang menyebarkan sinar sesuai denganpenampang melintang partikulat tersebut. Sifat optik ini penting dalam menentukan pengaruh partikulat atmosfer terhadap radiasi dan visibilitas solar energi. 2.2
Sumber Polusi Partikulat
Berbagai proses alami mengakibatkan penyebaran partikulat di atmosfer, misalnya letusan vulkano dan hembusan debu serta tanah oleh angin. Aktivitas manusia juga berperan dalampenyebaran partikulat, misalnya dalam bentuk partikulat-partikulat debu dan asbes dari
bahan bangunan, abu terbang dari proses peleburan baja, dan asap dari proses pembakaran tidak sempurna, terutama dari batu arang. Sumber partikulat yang utama adalah dari bakaran bahan bakar kendaraan dan diikuti oleh proses-proses industri. Terdapat hubungan antara ukuran partikulat polutan dengan sumbernya. Partikulat yang berdiameter lebih besar dari 10 mikron dihasilkan dari proses-proses mekanis seperti erosi angin, penghancuran dan penyemprotan, dan pelindasan benda-benda oleh kendaraan atau pejalan kaki. Partikulat yang berukuran diameter 1 – 10 mikron biasanya termasuk tanah, debu, dan produk-produk pembakaran dari industri lokal dan pada tempat-tempat tertentu juga terdapat garam laut. Partikulat yang berukuran antara 0,1 – 1 mikron terutama merupakan produk-produk pembakaran dan aerosol fotokimia. Partikulat yang mempunyai diameter kurang dari 0,1 mikron belum diidentifikasi secara kimia, tetapi diduga berasal dari sumber-sumber pembakaran. Untuk menyatakan konsentrasi partikulat adalah mikro gram per m3 (µg/m3). Untuk mengubah dari µg/m3 menjadi ppm dengan dasar volume, diperlukan data mengenai berat molekul partikulat tersebut. Karena komposisi partikulat bervariasi, maka sulit untuk menentukan berat molekulnya. 2.3 2.3.1
Pengaruh Partikulat terhadap Lingkungan Pengaruh terhadap Tanaman
Pengaruh partikulat terhadap tanaman terutama adalah dalam bentuk debunya,dimana debu tersebut jika bergabung dengan uap air atau air hujan gerimis akan membentuk kerak yang tebal pada permukaan daun, dan tidak dapat tercuci dengan air hujan kecuali dengan menggosoknya. Lapisan kerak tersebut akan mengganggu proses fotosintesis pada tanaman karena menghambat masuknya sinar matahari dan mencegah pertukaran CO2 dengan atmosfer. Akibatnya petumbuhan tanaman menjadi terganggu. Bahaya lain yang ditimbulkan dari pengumpulan partikulat padatanaman adalah kemungkinan bahwa partikulat tersebut mengandung komponen kimia yang berbahaya bagi hewan yang memakan tanaman ters ebut.
2.3.2
Pengaruh terhadap Manusia
Polutan partikulat masuk ke dalam tubuh manusia terutama melalui sistem pernapasan, oleh karena itu pengaruh yang merugikan langsung terutama terjadi pada sistem pernafasan. Faktor yang paling berpengaruh terhadap sistem pernafasan terutama adalah ukuran partikulat, karena ukuran partikulat yangmenentukan seberapa jauh penetrasi partikulat ke dalam sistem pernafasan. Sistem pernafasan mempunyai beberapa sistem pertahanan yang mencegah masuknya partikulat-partikulat, baik berbentuk padat maupun cair, ke dalam paru-paru. Bulu-bulu hidung akan mencegah masuknya partikulat-partikulat berukuran besar, sedangkan partrikel partikulat yang lebih kecil akan dicegah masuk oleh membran mukosa yang terdapat di sepanjang sistem pernafasan dan merupakan permukaan tempat partikulat menempel. Pada beberapa bagian sistem pernafasan terdapat bulu-bulu halus (silia) yang bergerak ke depan dan ke belakang bersama-sama mukosa sehingga membentuk aliran yang membawa partikulat yang ditangkapnya keluar dari sistem pernafasan ke tenggorokan, dimana partikulat tersebut tertelan. Partikulat yang mempunyai diameter lebih besar dari pada 5,0 mikron akan berhenti dan terkumpul terutama di dalam hidung dan tenggorokan. Meskipun partikulat tersebut sebagian dapat masuk ke dalam paru-paru tetapi tidak pernah lebih jauh dari kantung-kantung udara atau bronchi, bahkan segera dapat dikeluarkan oleh gerakan silia. Partikulat yang berukuran diameter 0,5 - 5,0 mikron dapar terkumpul di dalam paru-paru sampai pada bronchioli, dan hanya sebagian kecil yang sampai pada alveoli. Sebagian besar partikulat yang terkumpul di dalam bronchioli akan dikeluarkan oleh silia dalam 2 jam. Partikulat yang berukuran diameter kurang dari 0,5 mikron dapat mencapai dan tinggal di dalam alveoli. Pembersihan partikulat-partikulat yang sangat kecil tersebut dari alveoli sangat lambat dan tidak sempurna dibandingkan dengan di dalam saluran yang lebih besar. Beberapa partikulat yang tetap tertinggal di dalam alveoli dapat terabsorpsi ke dalam darah. Partikulat-partikulat yang masuk dan tertinggal di dalam paru-paru mungkin berbahaya bagi kesehatan karena tiga hal penting, yaitu : 1. Partikulat tersebut mungkin beracun karena sifat-sifat kimia dan fisiknya.
2. Partikulat tersebut mungkin bersifat inert (tidak bereaksi) tetapi jika tertinggal di dalam saluran pernafasan dapat mengganggu pembersihan bahan-bahan lain yang berbahaya. 3. partikulat-partikulat tersebut mungkin dapat membawa molekul-molekul gas yang berbahaya, baik dengan cara mengabsorbsi atau mengabsorpsi, sehingga molekulmolekul gas tersebut dapat mencapai dantertinggal di bagian paru-paru yang sensitif. Karbon merupakan partikulat yang umum dengan kemampuan yang baik untuk mengabsorbsi molekul-molekul gas pada permukaannya. Partikulat-partikulat yang beracun biasanya tidak terdapat dalam jumlah tinggi di atmosfer, kecuali aerosol asam sulfat, melainkan terdapat dalam jumlah sangat kecil. Tabel di bawah ini memperlihatkan berbagai partikulat logam yang berbahaya yang biasanya terdapat dalam jumlah kecil sekali. Tetapi konsentrasi tersebut dapat meningkat karena aktivitas manusia. Tabel 2.2 Partikulat-partikulat logam yang berbahaya bagi kesehatan NO.
ELEMEN
1.
Nikel
2.
Berilium
3.
Boron
4.
Germanium
5.
Arsenik
6.
Selenium
7.
Titrium
8.
Merkuri
9.
Vanadium
10.
Kadmium
11.
Antimoni
12.
Timbal
SUMBER PENGARUH Minyak diesel, minyak residu, batu Kanker paru-paru (sebagai arang,asap tembakau, bahan kimia dan karbonil) katalis, baja dan logam lain Keracunan akut dan khronis, Batu karang, industri tenaga nuklear kanker Batu arang, bahan pembersih, Tidak beracun kecuali dalam kedikteran, industri gelas dan industri bentuk boran lain Batu arang Keracunan ringan Batu arang, petroleum, deterjen, Kemungkinan kanker pestisida Karang gigi, karsinogenik pada Batu arang, sulfur tikus, penting pada mamalia pada dosis rendah Karsinogenik terhadap tikus jika Batu arang, petroleum kontak dalamwaktulama Batu arang, baterai elektrik, industri Kerusakan syaraf dan kematian lain Petroleum, kimia dan katalis, baja, dan Tidak berbahaya pada konsentrasi logam lain yang pernah ada Penyakit jantung dan hipertensi Batu arang, peleburan seng, pipa air, pada manusia, mengganggu asap tembakau metabolisme seng dan tembaga Industri Memperpendek umur tikus Buangan mobil (dari bensin), cat Kerusakan otak, konvulsi, (sebelum 1948) gangguan tingkah laku, kematian
2.3.3
Pengaruh terhadap Bahan Lain
Partikulat-partikulat yang terdapat di udara dapat mengakibatkan berbagai kerusakan padaberbagai bahan. Jenis dan tingkat kerusakan yang dihasilkan oleh partikulat dipengaruhi oleh komposisi kimia dansifat fisik partikulat tersebut. Kerusakan pasif terjadi jika partikulat menempel atau mengendap pada bahan-bahan yang terbuat dari tanah sehingga harus sering dibersihkan. Proses pembersihan sering mengakibatkan cacat pada permukaan benda-benda dari tanah tersebut. Kerusakan kimia terjadi jika partikulat yang menempel bersifat korosif atau partikulat tersebut membawa komponen lain yang bersifat korosif. Logam biasanya tahan terhadap korosi di dalam udara kering atau di udara bersih yang hanya mengandung sedikit air. Partikulat dapat merangsang korosi, terutama dengan adanya komponen yang mengandung sulfur. Fungsi partikulat dalam merangsang kecepatan korosi adalah karena partikulat dapat berungsi sebagai inti dimana uap air dapat mengalami kondensasi, sehingga gas yang diserap oleh partikulat akan terlarut di dalam droplet air yang terbentuk. Polutan partikulat juga dapat merusak bahan bangunan yang terbuat dari tanah, cat, dan tekstil. 2.3.4
Pengaruh terhadap Radiasi Sinar Matahari dan Iklim
Partikulat yang terdapat di atmosfer berpengaruh terhadap jumlah dan jenis radiasi sinar matahari yang dapat mencapai permukaan bumi. Pengaruh ini disebabkan oleh penyebaran dan absorbsi sinar oleh partikulat. Salah satu pengaruh utama adalah penurunan visibilitas. Sinar yang melalui objek ke pengamat akan diabsorbsi dan disebarkan oleh partikulat sebelum mencapai pengamat, sehingga intensitas yang diterima dari objek dan dari latar belakangnya akan berkurang. Akibatnya perbedaan antara kedua intensitas intensitas sinar tersebut hilang sehingga keduanya (objek dan latar belakang) menjadi kurang kontras atau kabur. Penurunan visibilitas ini dapat membahayakan, misalnya pada waktu mengendarai kendaraan atau kapal terbang. Jumlah polutan partikulat bervariasi dengan manusia atau iklim. Pada musim gugur dan salju, sistem pemanas didalam rumah-rumah dan gedung meningkat sehingga dibutuhkan tenaga yang lebih tinggi yang mengakibatkan terbentuknya lebih banyak partikulat.
Iklim dapat dipengaruhi oleh polusi partikulat dalam dua cara. Partikulat di dalam atmosfer dapat mempengaruhi pembentukan awan, hujan dan salju dengan cara berfungsi sebagai inti dimana air dapat mengalami kondensasi. Selain itu penurunan jumlah radiasi solar yang mencapai permukaan bumi karena adanya partikulat dapat mengalami kondensasi. Selain itu penurunan jumlah radiasi solar yang mencapai permukaan bumi karena adanya partikulat dapat mengganggu keseimbangan panas pada atmosfer bumi. Suhu atmosfer bumi ternyata menurun sedikit sejak tahun 1940, meskipun pada beberapa abad terakhir ini terjadi kenaikan kandungan CO2 di atmosfer yang seharusnya mengakibatkan kenaikan suhu atmosfer. Peningkatan refleksi radiasi solar oleh partikulat mungkin berperan dalam penurunan suhu atmosfer tersebut. 2.4
Baku Mutu Pencemaran Udara
Baku mutu udara ambien adalah ukuran batas atau kadar zat, energi, dan/atau komponen yang ada atau yang seharusnya ada dan/atau unsur pencemar yang ditenggang keberadaannya dalam udara ambien. Tiap negara memiliki standar baku mutu udara yang berbeda. Pada artikel ini akan dibahas perbedaan dari Standar Baku Mutu Udara Ambien Negara Amerika Serikat, India dan Indonesia.
Berikut adalah tabel Baku Mutu Udara Ambien Nasional Pada Ketiga Negara tsb :
Indonesia Peraturan Pemerintah RI no 41 Tahun 1999
Amerika Serikat
India 2.5
Pembahasan
Standar baku mutu primer ditetapkan untuk melindungi kesehatan publik, termasuk melindungi populasi sensitif seperti penderita asthma, anak-anak, dan orang berusia lanjut sedangkan standar baku mutu sekunder ditetapkan untuk menjaga kesejahteraan kehidupan publik seperti menghindari terjadinya penurunan visibilitas, kerusakan bangunan, dan kematian hewan serta tumbuh-tumbuhan.Jika standar baku mutu ketiga negara tersebut dibandingkan terdapat beberapa perbedaan, mulai dari banyaknya parameter yang dijadikan standar, waktu pengukuran, dan baku mutu yang ditetapkan : 2.6
Parameter
Di Amerika hanya 6 parameter (CO, Partikulat, Timbal, SO2, NO2, dan Ozon) yang digunakan sebagai standar baku mutu kualitas udara ambien, di India ada 12 paramater; CO, Partikulat(PM10 dan PM25 dipisah menjadi 2 parameter), Timbal, SO2, NO2, Ozon,
Ammonia, Benzene, Arsenic, Ni, dan BaP(fasa partikulat). Untuk negara India, baku mutu di spesifikasikan untuk dua area ; area industri dan area ekologi. Di Indonesia ada 13 parameter ; CO, Partikulat(PM10 dan PM25 dipisah menjadi 2 parameter), Timbal, SO2, NO2, Ozon Hidrokarbon, TSP, Dustfall, dan Total Flourides. Khusus untuk kawasan Industri kimia dasar juga ditambahkan parameter Flour Indeks, Khlorine dan Khlorine Dioksida, serta Sulphat Index. Perbedaan jumlah parameter ini menunjukan kualitas udara pada tiap negara. Sedikitnya jumlah paramater menunjukan sedikitnya jenis pencemar yang dimiliki negara tsb. Namun jumlah paramater yang banyak juga memiliki sisi positif, negara tsb menjadi lebih detail dalam menghadapi jenis jenis pencemar. Bisa diambil contoh Partikulat. Di Amerika partikulat merupakan satu parameter sedangkan di India dan Indonesia partikulat dipisah menjadi 2 parameter berdasarkan ukurannya, hal ini menunjukan dari parameter partikulat Indonesia dan India lebih detail dan spesifik. 2.7
Waktu Pengukuran
Untuk waktu pengukuran, di Indonesia pada umumnya pengukuran baku mutu dilakukan antara selang waktu 1 jam, 24 jam, dan 1 Tahun, kecuali Ozon dan Timbal( 1 jam dan 1 Tahun), serta partikulat yang memiliki standar baku mutu yang mirip dengan di Amerika. Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam waktu pengukuran di India., yang berbeda adalah waktu pengukuran annual di India yang menunjukan waktu pengukuran minimum 104 kali setahun diukur 2 kali seminggu selama 24 jam. Penentuan waktu pengukuran disesuaikan dengan prakiraan dampak yang akan terjadi kepada manusia dan lingkungan, baik yang bersifat akut maupun kronis. Di Amerika dampak yang diperkirakan lebih terspesifikasi lagi dengan membaginya menjadi dampak primer dan dampak sekunder. Di India waktu pengukuran yang tertera lengkap dengan detail pengukurannya(durasi pengukuran, batasan, dan syarat). Di Indonesia waktu pengukuran ditentukan dengan memperkirakan waktu pencemar tersebut dapat menganggu kesehatan. 2.8
Satuan Nilai Baku Mutu
Untuk satuan nilai baku mutu, di Indonesia hampir seluruhnya menggunakan satuan μg/Nm3. Huruf N sebelum satuan volume mengindikasikan bahwa volume yang dimaksud adalah volume gas pada keadaan normal yakni pada temperatur 25oC dan Tekanan 1 atm. Di Amerika selain menggunakan satuan massa per volume seperti di Indonesia, juga digunakan rasio satuan volume per volume seperti ppm(part per million) dan ppb(part per billion). Di India mayoritas menggunakan satuan μg/m3. Setelah dibandingkan, nilai baku mutu tiap parameter di Indonesia, Amerika, dan India tidaklah sama, beberapa parameter di Amerika
memiliki nilai baku mutu yang lebih besar daripada di Indonesia dan India, begitu juga sebaliknya. Penetapan nilai baku mutu disesuaikan dengan kondisi lingkungan di suatu negara dan penelitian-penelitian yang telah dilakukan di negara tersebut. Semakin kecilnya nilai baku mutu menunjukan semakin berbahayanya parameter tersebut bagi lingkungan kesehatan. Negara yang menetapkan baku mutu rendah menunjukan negara yang siap dalam aspek teknologi, sosial, ekonomi untuk menghadapi permasalahan pencemaran udara.
2.9 PERHITUNGAN KONSENTRASI PARTIKULAT
Untuk menentukan penyebaran pencemaran udara yang bersumber dari sumber titik ( point source), dapat digunakan model matematis yang disusun berdasarkan persamaan Gauss Dispertion Model . Persamaan Gauss untuk penyebaran pencemar di udara sebagai berikut (Wark dan Warner,1981):
2.9.1
Perhitungan total suspended solid (TSP)
Zatpadatataucair yang sangathalusdenganukuran (0,01-100 µm) yang tersuspensi di udara. Volume udara yang dihisap
1 2 n n
.
Keterangan: V = volume yang terhisap(m 3) Q1 = kecepatanaliranudaraawal (m3/mnt) Q2 = kecepatanudaraakhir(m3/mnt) T = waktu sampling (mnt) n = jumlah data pengukuran
1.
Volume STP s s s
stp stp
stp
Keterangan:
2.
Pstp
= tekananstandar(1 atm/760mmHg)
Vstp
= volume standar
Tstp
= suhustandar (25o C/298 K)
Konsentrasipartikeltersuspensi
s –o 10
stp
Keterangan:
3
C
= konsentrasipartikeltersuspensi(µg/m3)
Ws
= berat filter fiber glasssetelahsampling(g)
Wo
= berat filter fiber glasssebelumsampling(g)
106
= konversidari g menjadi (µg)
Konversi canter untukpartikulat 24 jam 2
t2
p
(t ) 1
Keterangan: C
= konsentrasipartikeltersuspensi 24 jam
C2
=konsentrasipartikeltersuspensi 1 jam
t2
=1 jam
t1
=2 jam
P
= konversi Canter = 0,18
2.9.2
PERHITUNGAN KONSENTRASI PM 10
Partikulat yang berukuran < 10 µm (diameter aerodinamik) 1. Volume udara yang dihisap:
V=
(Q1
Q2
... Q n )xT
n
Dimana: V
= Volume udara yang terhisap (m3)
Q1
= Kecepatan udara awal (m 3/mnt)
Q2
= Kecepatan udara akhir (m3/mnt)
T
= Waktu sampling (mnt)
N
= Jumlah data pengukuran
1. Volume STP s s s
stp stp stp
Dimana: Pstp = tekanan standar (1 atm/760mmHg) Vstp = volume standar Tstp = suhu standar (25oC/298 K)
2. Konsentrasi partikel tersuspensi
so 10
stp
Dimana: C
= Konsentrasi partikel tersuspensi (µg/m3)
Ws
= Berat filter fiber glass setelah sampling (g)
Wo
= Berat filter fiber glass sebelum sampling (g)
106
= Konversi dari g menjadi µg
Konversi Counter
C 24
C
1
t t
2 1
p
Keterangan: C1
= Konsentrasi udara rata-rata dengan lama pencuplikan μg/m3
t1
= lama pencuplikan contoh 1 (24 jam)
t2
= lama pencuplikan contoh 2 dari hasilpengukuran contoh udara (jam)
p
= faktor konversi dengan nilai antara 0,17dan 0,2
BAB III PENGENDALIAN PENCEMARAN UDARA OLEH PARTIKULAT Pengendalian Pencemaran
Pengendalian pencemaran akan membawa dampak positif bagi lingkungan karena hal tersebut akan menyebabkan kesehatan masyarakat yang lebih baik, kenyamanan hidup lingkungan sekitar yang lebih tinggi, resiko yang lebih rendah, kerusakan materi yang rendah, dan yang paling penting ialah kerusakan lingkungan yang rendah. Faktor utama yang harus diperhatikan dalam pengendalian pencemaran ialah karakteristik dari pencemar dan hal tersebut bergantung pada jenis dan konsentrasi senyawa yang dibebaskan ke lingkungan, kondisi geografik sumber pencemar, dan kondisi meteorologis lingkungan. Pengendalian pencemaran udara dapat dilakukan dengan dua cara yaitu pengendalian pada sumber pencemar dan pengenceran limbah gas. Pengendalian pada sumber pencemar merupakan metode yang lebih efektif karena hal tersebut dapat mengurangi keseluruhan limbah gas yang akan diproses dan yang pada akhirnya dibuang ke lingkungan. Di dalam sebuah pabrik kimia, pengendalian pencemaran udara terdiri dari dua bagian yaitu penanggulangan emisi debu dan penanggulangan emisi senyawa pencemar. Alat-alat pemisah debu bertujuan untuk memisahkan debu dari alirah gas buang. Debu dapat ditemui dalam berbagai ukuran, bentuk, komposisi kimia, densitas, daya kohesi, dan sifat higroskopik yang berbeda. Maka dari itu, pemilihan alat pemisah debu yang tepat berkaitan dengan tujuan akhir pengolahan dan juga aspek ekonomisDebu/partikulat seperti telah diketahui memiliki berbagai macam variasi baik dalam segi bentuk dan ukuran, yang bisa juga terkandung dalam larutan ataupun berwujud debu kering, dengan rentang yang sangat besar baik dalam segi fisik dan kimiawi.Debu dan asap yang tersuspensi di udara dapat dihilangkan dari aliran udara dengan menggunakan beberapa alat pengendali. Terdapat tiga buah alat yang dapat menyisihkan partikulat dari udara, yaitu :
Cyclone
Electrostatic Precipitator
BaghouseFilter
Ketiga alat diatas memiliki spesifikasi dan efisiensi yang berbeda-beda, sehingga digunakan untuk keperluan dan keadaan yang berbeda-beda disesuaikan de ngan karakteristik alat tersebut. Hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan alat pengendali pencemaran partikulat adalah sebagai berikut :
Konsep dasar pengendalian partikulat
Distribusi ukuran partikulat
Efisiensi pengendalian
1. CYCLONES
Cyclone merupakan alat mekanis sederhana yang digunakan untuk menyisihkan partikulat dari aliran gas. Cyclone cukup efektif untuk menyisihkan partikulat kasar dengan diameter >10mm. Prinsip penyisihan partikulat dari aliran gas pada alat ini adalah dengan memanfaatkan gaya sentrifugal sehingga jika gaya sentrifugalnya besar maka efisiensi penyisihan partikulat juga akan tinggi.Pada umumnya cyclone dirancang dengan kesamaan geometris dimana perbandingan dimensinya bersifat konstan untuk berbagai diameter (Diameter body = Do). Nilai perbandingan ini akan menentukan apakah cyclone tersebut termasuk jenis konvensional, efisiensi tinggi atau high throughput .Jenis-jenis cyclone secara garis besar terbagi menjadi tiga, yaitu konvensional, efisiensi tinggi dan high throughput . Dapat dilihat pada Tabel 2.6 berikut ini perbandingan dimensi untuk cyclone.
Gambar. 2.1Cyclone
Tipe Cyclone Efisiensi Tinggi Konvensional High Throughput 1 2 3 4 5 6 Diameter casing (D/D) 1 1 1 1 1 1 Tinggi saluran inlet (H/D) 0.5 0.44 0.5 0.5 0.75 0.8 Lebar saluran inlet (W/D) 0.2 0.21 0.25 0.25 0.375 0.35 Diameter keluaran gas (De/D) 0.5 0.4 0.5 0.5 0.75 0.75 Tinggi vortex (S/D) 0.5 0.5 0.625 0.6 0.875 0.85 Tinggi casing (L b/D) 1.5 1.4 2 1.75 1.5 1.7 Tinggi kerucut (Lc/D) 2.5 2.5 2 2 2.5 2 Diameter keluaran debu (Dd/D) 0.375 0.4 0.25 0.4 0.375 0.4 Efisiensi dari alat cyclone dipengaruhi oleh viskositas gas, lebar saluran inlet, kecepatan gas inlet, densitas antara partikel dan gas, dan diameter partikel. Efisiensi dari alat cyclone dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut
dimana : j = efisiensi penyisihan untuk rentang partikel j d p = karakteristik partikel pada rentang j d pc = diameter yang dapat tersisihkan sebesar 50 % Diameter yang dapat tersisihkan sebesar 50% (d pc) memiliki hubungan erat dengan dimensi dari cyclone, d pc dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini,
Dan efisiensi keseluruhan dari alat cyclone merupakan rerata untuk seluruh rentang ukuran partikel yaitu, ηo = ∑ η jm j
2. Electrostatic Precipitator
Prinsip dari alat ini merupakan penyisihan partikel dari udara dengan pemberian muatan gaya pada partikel dengan gaya elektrostatik.
Gambar. 2.2 Electrostatic precipitator
Gaya elektrostatik yang diberikan pada partikel berasal dari korona (muatan listrik yang sangat tinggi), sehingga partikel menjadi bermuatan listrik. Kemudian pada plat pengumpul diberi muatan yang berbeda dari muatan yang diberikan pada partikel, sehingga partikel akan menempel pada plat, yang selanjutnya akan meluruh menuju hopper. Dalam menyisihkan debu pada alat elektrostatic precipitator dipengaruhi oleh kecepatan udara, luas area pengumpulan, dan debit dari udara, yang dapat dilihat pada persamaan berikut ini, η = 1 – e(-wA/Q 3. Baghouse Filter
Baghouse filter merupakan alat pengendali yang sangat baik untuk diapikasikan dalam penyisihan debu yang memiliki ukuran kecil dimana diinginkan efesiensi penyisihan yang cukup tinggi. Bahan yang digunakan pada baghouse filter biasanya berbentuk tabung atau kantung. Baghouse filter beroperasi dengan prinsip kerja yang hampir sama dengan vacuum cleaner . Udara yang membawa debu partikulat yang ditekan melewati kantung-kantung yang terbuat dari bahan yang spesifik. Sehingga ketika udara melewati bahan tersebut, debu akan terakumulasi pada permukaan bahan tersebut, menghasilkan udara yang bersih. Bahan yang
digunakan berguna untuk menahan debu. Namun lapisan debu yang terakumulasi di permukaan juga memiliki keuntungan dalam menciptakan efisiensi yang tinggi dalam proses filtrasi partikel yang lebih kecil. ( Lapisan debu ini memiliki efek yang sangat penting bagi bahan yang dirajut dibandingkan dengan bahan bulu kempa). Dalam penggunaan baghouse filter terdapat beberapa kelebihan dan kekurangan yang perlu dicermati, sehingga penggunaan alat baghouse filter dalam menanggulangi partikulat di udara akan efektif. Berikut ini adalah keuntungan dan kekurangan dari baghouse filter: Keuntungan dari baghouse filter :
Memiliki efisiensi yang tinggi walau untuk partikel yang sangat kecil
Dapat dioperasikan pada berbagai jenis debu
Dapat dioperasikan melebihi rentang volumetrik flow rate yang ada.
Membutuhkan kehilangan tekan yang cukup
Kerugian dari baghouse filter :
Membutuhkan area yang besar.
Bahan yang digunakan dapat rusak akibat temperatur yang tinggi atau bahan yang dapat menyebabkan korosif.
Tidak dapat diaplikasikan pada daerah yang memiliki kelembaban tinggi: karena dapat menyebabkan pori-pori bahan tertutup.
Memiliki kemungkinan yang sangat tinggi terhadap terjadinya kebakaran. Baghouse filter biasanya digunakan untuk menghilangkan debu dan asap dari aliran
udara dengan menggunakan bahan yang memiliki serat dengan diameter 100-150 µ, dan ruang terbuka yang berada diantara serat tersebut antara 50-75µ. Ruang ini dapat dilewati oleh debu yang sangat kecil. Sehingga ketika pada saat awal alat baghouse filter diaplikasikan umunya debu yang kecil akan lolos dari bahan yg digunakan. Namun setelah terjadinya impaksi, intersepsi dan difusi, maka partikel-partikel debu tersebut yang akan menutup celah-celah kecil tersebut. Ketika celah tersebut telah dipenuhi partikulat dan lapisan partikulat dipermukaan bahan telah terbentuk maka efisiensi baghouse filter akan semakin meningkat.
Gambar 2.3Bahan yang digunakan untuk baghouse filter
Efisiensi pengumpulan partikel debu dengan penggunaan baghouse filter pada partikulat yang memiliki ukuran 1mm atau kurang bisa mencapai 90%, proses filtrasi secara jelas tidak hanya dengan mekanisme penyaringan biasa saja. Partikel yang kecil pada awalnya akan tertangkap dan tertahan pada serat dari bahan karena adanya intersepsi, impingement, difusi, pengendapan secara gravitasi, dan gaya tarik elektrostatik. Setelah debu terkumpul, pengumpulan selanjutnya dilakukan dengan metode penyaringan seperti telah disebutkan sebelumnya. Berikut ini adalah penjelasan detail tentang mekanisme filtrasi yang terjadi pada Baghouse filter .
Gambar 2.4 Mekanisme Proses Filtrasi pada baghouse filter
Intersepsi langsung
Dalam kondisi normal aliran pada udara filtrasi yang ada biasanya bersifat laminer (11). Pada kondisi laminer ini, partikel yang memiliki gaya inersia yang kecil akan bertahan pada suatu streamline. Apabila streamline tersebut melewati suatu halangan, seperti serat dari bahan filter, dalam jarak yang sama dengan radius dari partikel, partikel akan melakukan kontak dengan penghalang tersebut dan akan melekat karena adanya gaya Van der Walls. I mpingement
Pada partikel yang memiliki kelembaman yang cukup besar, partikel ini tidak akan mengikuti arah arus aliran ketika arah arus aliran membelok dari arah garis edar ketika mendekati suatu halangan. Kemungkinan dari partikel untuk melakukan kontak dengan permukaan penghalang yang ada bergantung pada ukuran penghalang tersebut serta ukuran dan inersia dari partikel. Seperti yang juga terjadi pada keadaan intersepsi langsung, penghalang yang kecil cenderung lebih efektif sebagai pengumpul maka hal ini juga berlaku pada mekanisme impingement atau impaksi. Kelembaman dari suatu partikel dapat diukur dengan stopping distance. Stopping distance merupakan jarak yang ditempuh oleh suatu partikel sebelum partikel sampai pada penghalang ketika arah arus aliran berpindah cepat sebesar 90°. Impaksi bukan merupakan faktor yang penting dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran lebih kecil dari 1 mikron. Sedangkan impaksi merupakan hal yang perlu untuk dipertimbangkan dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran 2 mikron dan yang lebih besar Untuk mengumpulkan partikel secara efektif dengan memanfaatkan gaya inersia, arah aliran aerosol harus berubah cepat terhadap suatu jarak tertentu dari kolektor atau penghalang, yang diperkirakan akan berukuran sama atau kurang dari stopping distance. Sehingga untuk mengumpulkan partikulat secara efektif perlu untuk mendesain kolektor dengan dimensi tegak lurus dengan arah aliran aerosol dengan ukuran yang sama dengan stopping distance Pertimbangan teoritis menyatakan bahwa efisiensi pengumpulan untuk ukuran partikel tertentu akan menurun apabila ukuran alat pengumpul meningkat. Kecepatan arah aliran sangat penting dalam proses impaksi. Efisiensi pengumpulan akan meningkat sejalan dengan meningkatnya kecepatan, dengan pertimbangan stopping
distance juga akan meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan. Asumsi yang dinyatakan pada hal ini adalah kecepatan partikel sama dengan kecepatan arah aliran udara, dimana hampir pada kenyataannya benar. Ketika kecepatan udara sudah mulai berlebihan, bagaimanapun juga kecepatan isapan akan meningkat secara bertahap, hal ini menyebabkan gaya rekat menjadi berlebihan dan menyebabkan partikel yang terkumpul akan terbang kembali dan efisiensi pengumpulan akan menurun. Ukuran serat atau bahan filter pada umumnya dibandingkan dengan ukuran partikel yang akan dikumpulkan. Contohnya serat pada katun dan wool memiliki ukuran diameter bukaan antara 10 sampai 20 mm .Serat semacam ini cenderung terlalu besar untuk digunakan menjadi instrumen pengumpul yang efektif untuk menyisihkan partikel yang memiliki ukuran kecil sekali. Efisiensi penyisihan untuk debu halus dan asap pada awal pengaplikasian memiliki efisiensi yang rendah sampai pada saat lapisan telah terbentuk dipermukaan filter. Hal ini dinyatakan berdasarkan beberapa eksperimen sebelumnya. Untuk waktu yang pendek ketika kantung baru dipasang, atau seketika saat baru digunakan untuk pembersihan terdapat partikel yang lolos dari bahan. Difusi
Pada partikel yang berukuran sangat kecil, dengan ukuran yang hampir sama dengan ukuran intermolecular, atau dapat dikatakan memiliki diameter kurang atau sekitar 0.1 sampai 0.2 mikron, difusi menjadi mekanisme yang paling dominan terjadi pada proses deposisi. Partikel yang memiliki ukuran sekecil ini akan mengikuti arah aliran akibat timbulnya kolisi dengan molekul gas, hasil dari gerak random Brown yang meningkatkan kemungkinan kontak antara partikel dan permukaan pengumpul. Ketika beberapa partikel telah terkumpul, konsentrasi gradien akan menjadi lebih sempurna yang akan menjadi gaya pendorong peningkatan kecepatan deposisi . Kecepatan udara yang rendah dapat meningkatkan efisiensi dengan meningkatkan waktu kontak dan menghasilkan kemungkinan kontak yang lebih lama dengan permukaan kantung filter. Pengumpul atau halangan yang lebih kecil juga dapat meningkatkan efisiensi pengumpulan
Elektrostatik.
Selama elektrostatik dengan tidak ragukan lagi memegang peranan dalam penangkapan dan menyimpan partikel debu oleh baghouse filter , bukti ini tidak cukup untuk menyatakan mekanisme ini secara kuantitatif. Berdasarkan Frederick (1961), elektrostatik tidak hanya akan membatu proses filtrasi dengan menyediakan gaya tarik antara debu dan bahan, tetapi juga memiliki efek dalam aglomerasi partikel, kemampuan pembesihan bahan, dan efisiensi pengumpulan. Gaya ini memiliki sifat memberikan dorongan muatan menjadi efek friksi, menyatakan polaritas, intensitas muatan, dan kecepatan disipasi muatan baik pada debu dan media filter, dan hubungan antara keduanya dapat meningkatkan atau menghalangi proses filtrasi. Gaya ini hanya menyatakan perbedan kualitatif saja. Sebagai contoh, bahan A mungkin lebih baik daripada bahan B pada debu X, dimana bahan B lebih baik daripada bahan A untuk debu Y. Gaya ini memberikan beberapa “triboelektrik” bahan filter yang akan berguna untuk menjadi penduan dalam pemilihan bahan dengan sifat elektrostatiknya.
Mekanisme Pembersihan Debu yang terakumulasi di media filter, akan menyebabkan meningkatnya kehilangan tekan sampai batas tertentu. Setelah batas tersebut tercapai maka perlu dilakukan pembersihan untuk mengurangi kehilangan tekan yang ada. Siklus pembersihan ini bisa dilakukan secara manual, semi otomatis, ataupun sepenuhnya otomatis. Siklus secara otomatis dapat dilakukan berdasarkan waktu tertentu atau ketika tekanan tertentu telah tercapai. Pada beberapa alat pengendali seperti reverse-jetbaghouse , alat ini beroperasi dengan pembersihan yang kontinu. Ketika proses pembersihan telah dimulai, harus dilakukan sampai selesai dengan intensitas pembersihan yang cukup dan durasi waktu yang cukup untuk memastikan pembersihan yang menyeluruh. Ketika pembersihan berlangsung direkomendasikan blower dihentikan . Dari seluruh metode yang ada terdapat dua metode pembersihan pada baghouse filter yang telah digunakan secara luas yaitu reverse air , dan shaker baghouse filter . Pada kedua alat ini terdapat kriteria dalam mendesain yaitu kecepatan maksimum filtrasi yang sangat berhubungan dengan jenis industri apa yang akan ditangani. Menurut dr.drh. Mangku Sitepoe (1997), ada lima dasar dalam mencegah atau memperbaiki pencemaran udara berbentuk gas.
1. Absorbsi . Melakukan solven yang baik untuk memisahkan polutan gas dengan konsentrasi yang cukup tinggi. Biasanya absorbennya air, tetapi kadangkadang dapat juga tidak menggunakan air (dry absorben).
2. Adsorbsi . Mempergunakan kekuatan tarik-menarik antara molekul polutan dan zat adsorben. Dalam proses adsorbsi dipergunakan bahan padat yang dapat menyerap polutan. Berbagai tipe adsorben antara lain Karbon Aktif dan Silikat.
3. Kondensasi . Dengan kondensasi dimaksudkan agar polutan gas diarahkan mencapai titik kondensasi, terutama dikerjakan pada polutan gas yang bertitik kondensasi tinggi dan penguapan yang rendah (Hidrokarbon dan gas organik lain).
4. Pembakaran . Mempergunakan
proses
oksidasi
panas
untuk
menghancurkan
gas
Hidrokarbon yang terdapat di dalam polutan. Hasil pembakaran berupa Karbon Dioksida dan air. Adapun proses pemisahannya secara fisik dikerjakan bersama-sama dengan proses pembakaran secara kimia.
5. Reaksi kimia. Banyak dipergunakan pada emisi golongan Nitrogen dan Belerang. Membersihkan gas golongan Nitrogen, caranya dengan diinjeksikan Amoniak yang akan bereaksi kimia dengan NOx dan membentuk bahan padat yang mengendap. Untuk menjernihkan golongan Belerang dipergunakan copper oksid atau kapur dicampur arang.
Sementara itu, pencegahan pencemaran udara berbentuk partikel dapat dilakukan melalui enam konsep.
1. “Membersihkan” (Scrubbing). Mempergunakan cairan untuk memisahkan polutan. Alat scrubbing ada berbagai jenis, yaitu berbentuk plat, masif, fibrous, dan spray.
2.
Menggunakan filter .
Dimaksudkan untuk menangkap polutan partikel pada permukaan filter. Filter yang dipergunakan berukuran sekecil mungkin. Filter bersifat semipermeable yang dapat dibersihkan, kadang-kadang dikombinasikan dengan pembersihan gas dan filter polutan partikel.
3.
Mempergunakan presipitasi elektrostatik .
Cara ini berbeda dengan cara mekanis lainnya, sebab langsung ke butir-butir partikel. Polutan dialirkan di antara pelat yang diberi aliran listrik sehingga presipitator yang akan mempresipitasikan polutan partikel dan ditampung di dalam kolektor. Pada bagian lain akan keluar udara yang telah dibersihkan.
4.
Mempergunakan kolektor mekanis .
Dengan menggunakan tenaga gravitasi dan tenaga kinetis atau kombinasi keduanya untuk mengendapkan partikel. Sebagai kolektor dipergunakan gaya sentripetal yang memakai siklon.
5.
Program langit biru.
Yaitu program untuk mengurangi pencemaran udara, baik pencemaran udara yang bergerak maupun stasioner. Dalam hal ini, ada tiga tindakan yang dilakukan terhadap pencemaran udara akibat transportasi (baca: kendaraan bermotor), yaitu: Pertama, mengganti bahan bakar kendaraan. Bahan bakar disel dan premium pembakarannya kurang sempurna sehingga terjadi polutan yang berbahaya. Dalam program lagit biru, hal ini dikaitkan dengan penggantian bahan bakar ke arah bahan bakar gas yang memberikan hasil pembakaran lebih baik. Kedua, mengubah mesin kendaraan. Mesin dengan bahan bakar disel diganti dengan mesin bahan bakar gas. Ketiga, memasang alat-alat pembersihan polutan pada kendaraan bermotor.
6.
Menggalakan penanaman pohon .
Mempertahankan paru-paru kota dengan memperluas pertamanan dan penanaman berbagai jenis pohon sebagai penangkal pencemaran. Sebab tumbuhan akan menyerap hasil pencemaran udara (CO2) dan melepaskan oksigen sehingga mengisap polutan dan mengurangi polutan dengan kehadiran oksigen.
Bentuk pencegahan yang lain adalah membiasakan diri untuk mengkonsumsi makanan mengandung serat tinggi. Serat makanan dapat menetralkan zat pencemar udara dan mengurangi penyerapan logam berat melalui sistem pencernaan kita. Dan yang paling penting pemerintah hendaknya komitmen terhadap mengganti bensin bertimbal dengan bensin tanpa Timbal.
