PENCEMARAN UDARA LENGKAP: Sisten, Tahapan, Jenis, Karakteristik, Sumber, Fenomena - Ahmad Amiruddin

PENCEMARAN UDARA

Daftar isi

• 1 Sistem Pencemaran Udara
• 2 Tahapan Pengelolaan Pencemaran Udara PerkotaanL
• 3 Jenis dan Karakteristik Pencemar Udara
• 4 Sumber Pencemaran Udara
• 5 Fenomena Pencemaran Udara
• 6 Hujan Asam
• 7 Smog Foto Kimia
• 8 Penipisan Lapisan Ozon
• 9 Urbah Heat
• 10 Efek Rumah Kaca
• 11 Pengendalian Pencemaran Udara
• 12 Alat Pengendali Pencemaran Udara
• 13 Alat Pengendali Partikulat
• 14 Alat Pengendali Gas
• 15 Hirarki Pengaruh Pencemaran Udara Terhadap Kesehatan
• 16 Dampak Pencemaran Udara Pada Kesehatan

Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 41 Tahun 1999 Tentang Pengendalian Pencemaran Udara.

Pencemaran udara (air pollution) adalah masuknya atau dimasukkannya zat, energi, dan/atau komponen lainnya ke dalam udara ambien oleh kegiatan manusia, sehingga mutu udara ambien turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan udara ambien tidak dapat memenuhi fungsinya.

Pencemaran udara (air pollutan) adalah zat yang berada di atmosfer dalam konsentrasi ternteu yang bersifat membahayakan manusia, binatang, tumbuhan atau benda-benda lain.

Sumber pencemar udara (sources of air pollutants) adalah setiap usaha dan/atau kegiatan yang mengeluarkan bahan pencemar ke udara yang menyebabkan udara tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya.

Pencemaran udara dapat didefiniskan sebagai kondisi atmosfer yang terdiri atas senyawa-senyawa dengan konsentrasi tinggi diatas kondisi udara ambien normal, sehingga menimbulkan dampak negative bagi manusia, hewan, vegetasi, maupun benda lainya.

1. Sistem Pencemaran Udara

SUMBER EMISI –(Pencemar)-> ATMOSFER –(Pencampuran dan reaksi kimia)-> RESEPTOR

• Sumber Emisi terdiri dari Antropogenik dan Biogenik
• Atmosfer terjadi dilusi, reaksi, dan lain-lain
• Reseptor antara lain manusia, tumbuhan, hewan dan material 

2. Tahapan Pengelolaan Pencemaran Udara Perkotaan

by: Asep Sofyan Dosen ITB

3. JENIS DAN KARAKTERISTIK PENCEMAR UDARA

a. Berdasarkan Kondisi Fisiknya

b. Berdasarkan Reaksi yang Terjadi

• Pencemar Primer (Primary Pollutants): Langsung dari sumber contohnya: Partikulat, NOx, CO, SO2, dst.
• Pencemar Sekunder (Secondary Pollutants): Terbentuk oleh interaksi kimiawi antara pencemar primer dan senyawa-senyawa penyusun antmosfer alamiah contohnya: NO2, Ozon- )3, Peroxy Acetyl Nitrate (PAN), Asam Sulfat, Asam Nitrat, dst.

c. Mekanisme Reaksi di Atmosfer

• Pencemar primer CO dan NO diemisikan pagi hari dari kendaraan bermotor
• Puncak konsentrasi CO & NO terjadi pada waktu pagi hari
• Pencemar sekunder: NO2 dan O3 terbentuk pada waktu siang hari (reaksi pencemar primer dengan sinar matahari). 

4. SUMBER PENCEMARAN UDARA

a. Sumber Alamiah

• Sifat: Timbul dengan sendirinya tanpa ada pengaruh dari aktivitas manusia tidak dapat dikenadlikan tapi tidak sering terjadi
• Contoh: Meletusnya gunung berapi: emisi SO2, H2S, CH4, dan partikulat
• Kebakaran hutan: emisi HC, CO, dan partikula berupa asap.

b. Sumber Anthropogenik

• Sifat: Berasal dari perbuatan manusia, dapat dicegah dan dikendalikan
• Anthropogenik tidak bergerak (Stasioner) seperti Flare, Cerobong Industri Kimia, Explorasi minyak dan gas bumi, Cerobong PLTU Batubara
• Anthropogenik bergerak seperti Kendaraan Bermotor, Pesawat, kapal dan lain-lain
• Anthropogenik bergerak dan tidak bergerak seperti Tambang Batubara, Sanitary Landfill. 

5. FENOMENA PENCEMARAN UDARA

a. Long Distance Transport

• Perpindahan pencemar dari sumbernya
• Bagian dari dinamika atmosfer; dipengaruhi oleh aspek meteorologi mikro, makro, maupun meso
• Berkaitan erat dengan fenomena lainnya

b. Skala transport pencemar:

• Skala mikro/skala lokal: London Smog
• Skala meso/skala regional: Kebakaran hutan di Kalimantan
• Skala makto/skala continental: Pemanasan global, penipisan lapisan ozon. 

6. Hujan Asam

• Timbul sebagai akibat tingginya pengemisian pencemar udara, khususnya SO2 dan NOx
• Proses oksidasi di atmosfer mengakibatkan gas-gas tersebut berubah menjadi H2SO4 dan HNO3 -> Meningkatkan keasaman air hujan (deposisi basah).
   

7. Smog Foto Kimia

• Timbul sebagai akibat terjadi reaksi fotokimia antara pencemar-pencemar udara, khususnya pencemar HC dan NOx dengan bantuan sinar matahari.
• Terbentuk smog (Smoke + fog), skala dampak lokal dan regional
• The Great Smog, atau Big Smoke terjadi di London Inggir pada bulan 1952. Hal ini menybabkan ribuan kematian di London diakibatkan infeksi saluran pernfasan hypoxia (kadar oksigen dalam darah yang sangat rendah), infeksi yang terjadi terutama berupa bronchopneumonia atau acute purulent bronchitis atau bronchitis kronis.
• Pagi hari pada bulan desemeber 1952, kabut yang dingin turun di kota London, udara di permukiman bumi lebih dingin daripada udara di lapisan atasnya, sehingga terjadi lapisan inversi. Karena dingin, orang-orang membakar batubara lebih dari biasanya. Akibatnya, pencemar terperangkap akibat adanya lapisan inversi. Konsentrasi pencemar, asap pembakaran batubara, meningkat dengan cepat. Masalah diperbuku dengan digunakannya batubara kualitas rendah atau berkadar sulfur tinggi.
• Kabut (smog, kombinasi fog-kabut dan asap_ sangat tebal sehingga menyetir kendaraan pun menjadi sulit. Karena London biasa berkabut, tidak terjadi kepanikan. Tetapi pada minggu-minggu berikutnya tercatat 4000 orang telah meninggal dunia akibat masalah pernafasan. 

8. Penipisan Lapisan Ozon

• Timbul sebagai akibat penggunaan dan pengemisian gas-gas yang memiliki stabilitas tinggi -> CFC. CFC baru akan bereaksi dan reaktif di lapisan stratosfer, dimana terdapat lapisan ozon yang berguna untuk melindungi bumi dari sinar gelombang pendek. Akan menimbulkan dampak biologi yang hebat -> mutase sel. Skala dampak: global dan berkaitan erat dengan efek rumah kaca.
• Mengapa lubang ozon terbentuk di Antartika?
• O3 merupakan penyerap UV. Pada lapisan Stratosfer: 12.9-19.3 km s.d 50 km, paling tipis di equator paling tebal di kutub. Pada lapisan Troposfer potensi berbahaya terjadi photochemical smog. Polar vortex, mengisolasi udara diatas antartika dari belahan bumi lainnya. Polar Stratospheric Clouds, biasanya awan tidk terbentuk di stratosfer, awan membawa pencemar dan merusak ozon.

9. Urban Heat

Hal ini terjadi di perkotaan saja sebagai akibat sarana yang ada di perkotaan seperti Gedung pencakar langit, jalan beraspal, dll. Akibat terjadinya perubahan aliran massa udara dan angin mengakibatkan terjadi gumpalan panas dan pencemar-pencemar yang terparang dalam gumpalan. Sistem terbentuk dengan sendirinya dan hanya dapat terganggung oleh perubahan angin. Skala fenoma dan dampaknya adalah lokal.

10. Efek Rumah Kaca

Reaksi Atmosferik

• Gas Prekursor (Hidrokarbon, NOx, dll) + Cahaya Matahari = Hasil reaksi amosfer (ozon, Hidrokarbon teroksidasi, PAN, dll)
• Reaksi kimia di atmosfer cukup kompleks, namun saat ini telah banyak model disperse yang dapa membantu dalam analisis reaksi atmosfer. Contoh model disperse yang telah memasukkan reaksi kimia: WRF/CHEM, CMAQ, CAMx, dll. Model-model ini dapat didownload secara gratis dari internet. 

11. PENGENDALIAN PENCEMARAN UDARA

Atmosfer memiliki kemampuan alami yang dikenal “Self Cleansing”. Perlengkapan pengendalian pencemaran udara prinsipnya mengikuti proses penyisihan partikel dan gas pencemar di atmosfer. Pendekatan dan pengendalian pencemar pada sumber.

FLUE GAS -> PENGOLAHAN PARTIKULAT -> PENGOLAHAN GAS -> CLEAN AIR

• Flue Gas = Duct System
• Pengolahan Partikulat = Akan menganggu proses penyisihan gas-gas pencemar (Scrubber (dry/wet), ESP, Cyclone, dll)
• Pengolahan Gas = Wet Scrubber, Incinerator, Fotokatalik, dll. 

12. ALAT PENGENDALI PENCEMARAN UDARA

Sistem pengendalian pencemaran udara:

• Pengendalian partikula/debu
• Pengendalian fasa gas
• Setiap alat memiliki kelebihan dan kekurangan

Pemilihat alat harus didasarkan pada:

• Ukuran partikel
• Efisiensi penyisihan yang ingin dicapai
• Besarnya aliran gas
• Waktu permbesihan
• Karakteristik partikel.

13. ALAT PENGENDALI PARTIKULAT

a. Gravity Settling Chambers

Digunakan sebagai penangkap debu awal untuk menghilangkan (menangkap) partikel dengan ukuran besar. Prinsip penyisihan partikulat dalam gravity settler adalah gas yang mengandung partikulat dialirkan melalui suatu ruang (chamber) dengan kecepatan rendah sehingga memberikan waktu yang cukup bagi partikulat untuk mengendap secara gravitasi ke bagian pengumpul debu (dust collecting hoppers).

Hal yang mempengaruhi efisiensi alat sangat bergantung pada kecepatan mengendap secara gravitasi, untuk menyisihkan partikel ukuran besar (sangat kasar, supercoarse) sekitar >= 75 mikrometer. Faktor penentu: Vs, kecepatan mengendap (terminal settling velocity).

Kelebihan dari gravity settler adalah memiliki desain alat sederhana sehingga mudah untuk dibuat konstruksinya, pemeliharaan yang mudah dan biaya pemeliharaan sangat rendah.

Adapun Kekurangnnya adalah ukuran besar, memerlukan lahan yang luas, harus dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu dan hanya dapat menyisihkan partikel berukuran besar (10-50 mikrometer). 

b. Cyclone (Mechanical Collector)

Siklon digunakan untuk menyisihkan partikulat berukuran lebih besar dari 5 mikron, dengan efisiensi penyisihan partikulat antara 50-90%. Digunakan sebagai pengumpul awal (pre-collector), pelingdung alat pengendali partikulat efisiensi tinggi (spt fabric filter, electrostatic precipitator). Tidak cocok digunakan bagi industry yang mengemisikan partikulat basah, karena dapat terkumpul di dinding siklon atau di inlet (inlet spinner banes).

Prinsipnya yaitu menggunakan gaya inersia partikel, udara mengandung partikulat “dipaksa” untuk berputar sebagai siklon. Massa partikel menyebabkan partikel terlempar dari “Vortex”. Partikel besar memasuki “hopper”, bagian bawah siklon, sedangkan aliran udara berputar ke atas dan keluar lewat lubang exit. Terdapat dua jenis siklon: Siklon diameter besar (1-6 feet) dan Siklon diameter kecil (4-12 inci).

Siklon diameter kecil (dibandingkan dengan siklon diameter besar) memiliki putaran/spinning yang lebih cepat. Partikel yang terpental dari vortex akan cepat menyentuh dinding siklon. Ukuran partikel yang dapat disisihkan lebih kecil, mampu menyisihkan partikel berdiameter 5 mikron. Tidak dapat digunakan untuk menyisihkan partikulat ukuran besar karena bisa terjadi penyumbatan/clogging.

Kelebihan dari siklon adalah capital cost yang rendah, dapat dioperasikan pada temperature tinggi dan pemiliharaan yang mudah. Sedangkan kekurangan dari siklon adalah efisiensi rendah (terutama untuk partikel yang sangat kecil), biaya operasi tinggi karena tingginya pressure drop. 

c. Particulat Wet Scrubbers

Prinsip Operasi menggunakan gaya inersia partikulat dan droplet untuk mentransfer partikula dari aliran gas ke liquid. Di dalam scrubber, partikulat dalam aliran udara dipaksa untuk berkontak dengan liquid droplet, liquid packing material, liquid jet dari pelat.

Mekanisme pengumpulannya adalah inertial impaction and interception, kemampuan particulate wet scrubber untuk menyisihkan partikulat tergantung dari ukuran partikel, kecepatan partikel dan kecepatan droplet.

Kelebihan Particulat Wet Scrubbers adalah dapat secara simultan/bersamaan menyisihkan partikulat dan gas. Digunakan pada suumber yang mengeluarkan gas atau partikulat bersifat explosive. Bentuk kecil dan dapat digabungkan dengan unit lainnya dalam ruang terbatas. Adapun kekurangannya dalah menimbulkan pencemaran air. 

d. Electrostatic Presipitator (ESP)

Electrostatic precipitator (ESP) menggunakan medan listrik voltase tinggi untuk memberikan muatan listrik terhadap partikulat. Partikulat yang sudah bermuatan bergerak melewati permukaan pelat pengumpul yang bermuatan berlawanan, sehingga partikulat akan tertarik dan menempel di pelat pengumpul.

Jenis-jenis ESP.

• Negatively charged dry precipitators = Jenis ini paling sering digunakan di PLTU Batubara, pabrik semen atau kraft pulp mills.
• Negatively charged wetted-wall precipitators = Jenis ini sering digunakan untuk mengumpulkan mist atau partikulat yang sedikit basah.
• Positively charged two-stage precipitators = Jenis ini digunakan untuk menyisihkan mist.

ESP memiliki prinsip kerja yaitu unit terbagi dalam beberapa field dimana pemberian muatan terhadap partikulat akan dilakukan. Biasanya ESP terdiri dari 3 sampai 10 field, disusur seri searah aliran gas. Pada unit yang besar, EPS dibagi pada beberapa chamber secara pararel yang masing-masing memiliki jumlah field yang sama.

Kelebihan dari ESP adalah memiliki efisiensi sangat tinggi karena adanya daya Tarik listrik terhadap partikulat ukuran kecil. Dapat digunakan jika aliran gas tidak explosive dan tidak mengandung bahan yng mudah melekat. Kekurangannya adalah karakteristik partikulat sangat penting karena mempengaruhi konduktansi elektrik dalam lapisan partikulat yang terkumpul di pelat pengumpul.

Resistivity adalah Ukuran kemampuan partikulat untuk menghantarkan listrik (ohm-cm). Jika resistivity naik maka kemampuan partikulat untuk menghantarkan listrik menurun. Kisaran resitivity yang memungkinkan ESP bekerja baik (10^8 to 10^10 ohms-cm). 

e. Fabric Filters

Prinsip operasinya dalah fabric filters mengumpulkan partikulat di permukaan bags. Partikulat yang tertangkap akibat gaya inertial impaction, interception, Brownian diffusion, and sieving atau penyaringan.

Reverse-Air-Type Fabric Filter: digunakan di industry besar, partikulat dalam aliran gas memasuki bag filter dari bawah dust cake akan terakumulasi pada bagian permukaan bag filter, gas yang sudah tersaring keluar lewat gas outlet. Jika diperlukan pembersihan bag dilter, gas yang sudah tersaring dapat dialirkan dengan arah berlawanan agar dapat melepaskan dust cake yang menempel di bag filter. Gas yang digunakan untuk membersihkan bag filter, Kembali disaring sebelum dilepaskan ke udara.

Pulse Jet Fabric Filter: Kantung-kantung filter ditopang oleh kawat logam. Aliran gas yang mengandung partikulat mengalir mengitari bagian luar dari kantung, dan dustcake berakumulasi pada bagian permukaan luar. Jika dibutuhkan pembersihan, udara bertekanan diinjeksikan pada bagian atas tiap kantung. Udara terkompressi menghasilkan tekanan yang mendorong tiap kantung ke bawah sehingga dust cake terlepas.

Kelebihan Fabric Filters adalah dapat diaplikasikan untuk menyisihkan partikulat dengan efisiensi tinggi (99%-99,5%). Dapat menyisihkan partikult segala jenis ukuran. Kinerja fabric filters biasanya tidak tergantung komposisi kimia partikulat, tetapi fabric filter tidak digunakan untuk gas yang mengandung senywa korosif yang bisa merusak filter bag. Kekurangnnya yaitu tidak digunakan untuk partikulat yang basah atau lengket karena akan terakumulasi di permukaan filter dan menghambat pergerakan gas dan harus didesain dengan hati-hati jika terdapat partikulat yang mudah terbakar atau mudah meledak.

 

14. Alat Pengendali Gas

a. Absorbsi

Mekanisme dimana satu atau lebih zat pencemar dalam aliran gas di eliminasi dengan cara melarutkannya dalam liquid (air). Gas yang dapat dieliminasi dengan proses absorbs adalah So2, Cl2, H2S, NH3, NOx dan senyawa hidrokarbon dengan C-rendah. Alat pengendali proses absorbs disebut “Scrubber”. Transfer massa dari fasa gas ke fasa cair yang dikendalikan oleh (Gas Film dan Liquid Film). Jenis Absorber antara lain Packed Tower, Plate Tower, Spray Tower, Liquid Jet Scrubber.

Kelebihan Packed dan Plate tower adalah kehilangan tekanan rendah, dapat digunakan fiberglass/plastic, efisiensi relative tinggi, biaya investasi relative murah, tidak membutuhkan space yang luas dan mampu menyisihkan gas dan partikulat. Adapun kekurangnnya adalah menimbulkan masalah pencemaran air, menghasilkan produk basah, debu yang mengendap dapat menyumbat kolom atau plate dan biaya perawatan relative tinggi. 

b. Adsobrsi

Proses dimana gas atau uap pencemar tertahan pada permukaan padat. Adsorbent memiliki permukaan padat yang mampu menarik molekul gas pencemar. Adsorbate adalah molekul gas pencemar yang tertahan pada permukaan padat. Adsorber adalah alat pengendalian dengan prinsip adsorpsi.

Kelebihan adsobrsi adalah produk dapat direcovery, sistemnya berjalan secara otomatis dan mampu menyisihkan zat pencemar konsentrasi rendah (sangat rendah). Adapun kekurangnnya dalah untuk me-recovery produk perlu proses, kerusakan adsorbend, perlu uap panas (steam ) untuk regenrasi, biaya investasi cukup tinggi dan perlu filter agar partikulat tidak menyumbat.

c. Kondensasi

Kondensasi adalah proses penyisihan gas pencemar dengan cara merubah fasa dari fasa gas ke fasa cair/liquid. Dengan metode penurunan temperatur, menaikkan tekanan dan kombinasi keduanya. Jenis kondensor adalah kondensor kontak langsung, kondensor permukaan.

Kondensor memiliki keunggulan yaitu permukaan menghasilkan senyawa yang murni dan pendinginan yng digunakan didaur ulang. Kekurannya adalah effisiensi relatif rendah.

d. Combustion

Reaksi oksidasi gas polutan organic atau anorganik secara cepat dan dalam kondisi panas menghasilkan CO2 + H2O. Reaksi pembakaran (Fuel+Oxidizer+Ignition -> Hasil Pembakaran). Faktor yang mempengaruhi adalah oksigen (air-fuel ratio), Temperatur, Turbulensi dan Time (waktu).

Kelebihan Combustion adalah operasinya sederhana, daur ulang panas hasil pembakaran dan efisiensi penghancur senyawa organic tinggi. Kekurangnnya adalah biaya operasi relative mahal, bahaya ledakan, katalis dapat teracuni, pembakaran tidak sempurna dan menghasilkan pencemaran yang lebih buruk.

e. Biofiltrasi

Biofiltrasi adalah proses penyisihan gas pencemar dengan memanfaatkan aktifitas mikroorganisme. Penggunaannya adalah untuk menghilangkan bau. 

15. Hirarki Pengaruh Pencemaran Udara Terhadap Kesehatan

16. DAMPAK PENCEMARAN UDARA PADA KESEHATAN

• OTAK = Gangguan pertumbuhan dan Kecerdasan akibat Pb (timbal)
• MATA = Iritasi dan peradangan akibat HC (Hidrokarbon)
• PERUT = Mual, lesu dan nafsu makan turun akibat Pb (timbal)
• TENGGORAKAN = Peradangan akibat HC (Hidrokarbon)
• PARU-PARU = Flek dan memicu serangan asma akibt HC & Sox
• SISTEM REPRODUKSI = Terganggu (laki-laki) akibat Pb
• JANTUNG = Darah kekurangan oksigen akibat CO dan NOx

a. DAMPAK GAS DALAM SISTEM PERNAPASAN

Karakteristik penentu adalah kelarutan dalam air. SO2, kelarutannya tinggi dalam air, berpengaruh terhadap system pernafasan bagian atas (Hidung, Pharynx, Larynx). Ozon, Kelarutannya sedang didalam air sehingga berpengaruh pada system pernafasan bagian tengah(Trachea, Bronchi). Dan NOx, Kelarutannya rendah didalam air, berpengaruh pada system pernafasan bagian bawah(Bronchioles, Alveoli).

b. DAMPAK PENCEMARAN UDARA TERHADAP BAYI DAN ANAK-ANAK

Bayi dan anak-anak sangat rentang karena memiliki laju metabolism dan lajut konsumsi oksigen yang lebih tinggi per berat badan dibandingkan orang dewasa krena memiliki luas permukaan tubuh per berat badan yang lebih besar dan dalam kondisi tumbuh kembang yang cepat. Menghirup lebih banyak pencemar per kilogram berat badan dibandingkan orang dewasa. Memiliki system pernafasan yng lebih kecil/sempit, sehingga lebih mudah terjadi iritasi.

c. DAMPAK CO (Karbon Monoksida) TERHADAP RESEPTOR

CO biasa juga disebut pembunuh dalam diam. Biasanya dihasilkan karena pembakaran tidak sempurna (gas, batubara, kayu(, water heater, knalpot, asap rokok). Ciri-cirinya dalah tidak berwarna, tidak berbau, terbentuk akibat pembakran tidak sempurna bahan bakar fosil, afinitas CO terhadap Haemoglobin 240-270 lebih besar daripada terhadap O2. Pemaparan berdasarkan konsentrasi: rendah (Fatigue dan sakit dada), Tinggi (Sakit kepala, pusing, dan Kesehatan yang melemah, tidak bisa tidur, muntah-muntah, bingung, dan kehilangan orientasi. Sangat tinggi (Pingsang atau Meninggal) 

d. DAMPAK OKSIDA SULFUR TERHADAP RESEPTOR

Dapat menimbulkan dampak yang berarti apabila disertai partikulat. Pernagasan menyebabkan bronchoconstriction. Kerusakan sel tumbuhan seperti daun menjadi lebih pucat dan berwarna gading.

e. DAMPAK O3 TERHADAP RESEPTOR

f. DAMPAK OKSIDAN FOTOKIMIA TERHADAP RESEPTOR

g. DAMPAK HIDROKARBON (HC) TERHADAP RESEPTOR

Reaksi di Atmosfer: HC + NOx + Sinar Matahari -> Smog Fotokimia. Hidrokarbon Bersama dengan oksida nitrogen dan sinar matahari membentuk oksidan fotokimia yang merupakan komponen utama smog foto kimia terjadi (smog fotokimia berdampak negaif pada Kesehatan manusia dan tanaman). Belum terbukti menimbulkan efek langsung terhadap reseptor. Etilen dapat menghambat pertumbuhan tanaman. Aromatik hidrokarbon bersifat karsinogenik.

f. DAMPAK NOx TERHADAP RESEPTOR 

Related Posts