Pencemaran Udara - Binus Repository

Pencemaran Udara
Pencemaran udara adalah terdapatnya satu
atau lebih kontaminan ( yaitu ; debu, jelaga,
gas, kabut, bau, asap atau uap) di atmosfir
dalam jumlah yang cukup, yang bersifat dan
dalam jangka waktu terentu akan
membahayakan kehidupan manusia,
tumbuhan , dan binatang.





Satuan pengukuran Partikulat fallout (jatuhan)
dinyatakan dalam mg/cm2 per waktu (mg/cm2, bulan
atau mg/cm2, tahun). Pengukuran partikulat tersuspensi
dan kontaminan gas diberikan dalam masa persatuan
volume seperti mikrogram per meter kubik (μg/m3) yang
sebelumnya dalam ppm. Perubahan ppm menjadi μg/m3
dapat dilakukan sebebagi berikut;
ppm
x Berat Molekul
x 103
μg/m3
=
L/mol
Liter per mol dipengaruhi oleh suhu dan tekanan gas,
menurut hukum Avogadro adalah satu mol dari gas
menempati volume yang sama dengan satu mol gas
lainnya pada tekanan dan temperatur yang sama. Pada
273o K atau 0oC dan tekanan 1 atm (760 mmHg) dalam
kondisi standar untuk kebanyakan reaksi kimia volume
ini adalah 22,4 liter/mol.
Kebanyakan regulasi untuk penentuan kualitas udara acuannya pada
25oC dan 760 mmHg, sementara pengukuran 21,1oC dan 760 mmHg.
Untuk merubah liter/mol dapat digunakan rumus berikut;
V1 P1
V2 P2
=
T1
T2
V1, P1, dan T1 sehubungan dengan keadaan diatas dari 22,4 liter/mol
pada 273o K dan 760 mmHg dan V2, P2, dan T2 berhubungan dengan
kondisi sebenarnya yang akan dihitung.
Contoh: Penentuan hubungan volume, suhu, dan tekanan. Tentukan
volume yang ditempati 2 mol gas pada 25oC dan 820 mmHg.
Jawab:
1. Persamaan
V1 P1
V2 P2
=
T1
T2
2 mol x 22,4 L/mol x 760 mmHg
V2 x 820 mmHg
=
273o K
(273 + 25)o K
2. V2 dapat dicari
2 x 22,4 x 760 x 298
V2 =
273 x 820
V2 = 45,32 Liter


Hujan asam adalah hasil dari emisi sulfur oksida
(SOx) dan nitrogen oksida (NOx) yang berinteraksi
dengan uap air dan cahaya yang secara kimia
berubah kepada senyawa asam kuat seperti asam
sulfat (H2SO4) dan asam nitrat (HNO3).
Baru-baru ini yang juga menjadi masalah di stratosfir
adalah akibat penipasan ozon sbagai reaksi ozon dan
CFC yang digunakan untuk bahan semprot dan
AC/kulkas. Karena O3 menipis maka sinar ultraviolet
dapat lansung mencapai bumi yang dapat
menyebabkan bahaya untuk tanaman , binatang, dan
manusia.













Contoh : Sampel udara dianalisis pada 0o C dan 1 atm
dilaporkan mengandung 9 ppm CO. Tentukan
konsentraso ekivalen CO dalam μg/m3
dan mg/m3 .
Jawab :
1. Persamaan
ppm
x Berat Molekul
x 103
μg/m3
=
L/mol
2. Berat Molekul CO = 12 + 16 = 28 g/mol
3. Pada 0oC dan 1 atm tekanan (760 mmHg) volume gas
adalah 22,4 liter/mol
4. Masukan kedalam persamaan
9x 10-6
x 28 g/mol x 103 L/m3 x 106
μg/g
μg/m3 =
22,4 L/mol
CO = 11.250 μg/m3
= 11,25 mg/m3
Sumber Pencemaran Udara
1.
2.
3.
4.
Sumber pencemaran dapat dibagi dalam
empat kelompok utama yaitu:
Transportasi kendaraan (motor, pesawat,
kereta api, kapal, dan penanganan dan
evaporasi minyak)
Pembakaran tetap (perumahan, tempat
komersial, tenaga imdustri termasuk pemanas,
termasuk pusat tenaga listrik).
Proses Industri (kimia, metalurgi, industri
kertas, dan kilang minyak)
Disposal limbah padat (bahan dari rumah, batu
bara, pembakaran daerah pertanian).







Partikulat mempunyai ukuran diameternya besar dari 0,002 μm dan
kecil dari 500 μm.
Debu adalah partikel padat yang kecil hasil proses pemecahan massa
yang besar seperti penggerusan, penggilingan, blasting, dll. Debu
mempunyai ukuran partikel dari 1,0 sampai 10000 μm.
Asap adalah partikel padat yang halus sebagai hasil dari pembakaran
yang tidak sempurna dari parikel organik seperti batubara, kayu,
ataupun tembakau yang terutama dari karbon dan bahan yang dapat
terbakar lainnya ukuran 0,5 – 1 μm.
Jelaga adalah partikel padat yang halus ( 0,03 – 0,3 μm ) seringkali
dari oksida-oksida logam Zn dan Pb terbentuk dari kondensasi uap
bahan padat.
Abu berterbangan adalah partikel halus yang tidak terbakar dapat dari
senyawa metalik dan mineral yang mempunyai ukuran seperti debu.
Kabut adalah partikel cair atau jatuh yang terbentuk dari kondensasi
uap dengan ukuran diameternya kurang dari 10 μm.
Spray adalah partikel cair atau jatuh yang terbentuk dari cairan induk
seperti pestisida dan herbisida dan ukurannya adalah 10 – 1000 μm.
Pengukuran polutan Udara






Pengukuran dengan sensitivitas tinggi adalah sangat dibutuhkan.
Instrumen sampling dengan sistem analisis otomatis yang dapat
menyimpan dan mencetak data.
Pemantauan sumbernya biasanya dilengkapi dengan tanda bahaya
(alarm).
Pemantauan asap dan jelaga dilakukan dengan optik yang
diidentifikasi dengan telesmoke, smokescope, dan umbrascope.
Pengukuran terhadap partikulat yang dapat jatuh dengan ukuran
diameter diatas 10 μm dapat menggunakan “dust fall jars”.
Uap dan gas hidrokarbon dianalisisi dengan kromatografi gas. Gas
CO dapat dilakukan dengan metode gravimetri, dan proses kalorimeter,
kimia elektrokimia. Sedangkan oksida-oksida sulfur dapat diukur
dengan metode kalorimetri dan konduktometer.
Penentuan terhadap oksida-oksida nitrogen dilaksanakan dengan
metode kalorimeter Jacob-Hockeiser dan Gries-Hosvay, oksidan
fotokimia dilakukan dengan metode Kalium Iodida.


1.
2.
3.
4.




1.
2.
3.
4.
Metode sampling polutan udara dibagi dalam dua jenis yang umum
yaitu dengan sampling udara ambien dan sampling sumber. Kedua jenis
tersebut mempunyai tujuan masing-masingnya.
Sampling udara ambien bertujuan untuk;
Mengetahui tingkat pencemaran suatu lokasi
Keperluan pengumpulan data
Mengamati kecendrungan tingkat pencemaran
Mengaktifkan dan menentukan prosedur pengendalian.
Dalam pelaksanaannya dialukan dalam beberapa cara:
Sampling kontinyu pada rentang waktu tertentu dapat kecil, mingguan dan
teratur
Sampling kontinyu pada saat tertentu saja.
Sampling udara Sumber (Emisi) bertujuan untuk:
Mengetahui dipenuhi atau tidaknya peraturan emisi pencemar udara yang
dihasilkan oleh suatu sumber.
Mengukur tingkat emisi yang dihubungkan dengan laju produksi untuk
kebutuhan industri dan lingkungan
Mengevaluasi keefektifan teknik pengendalian dan peralatan pengendalian
pencemaran udara.
Pengukuran sumber (emisi) ini dapat berupa titik (point source), ataupun
garis (line source). Sumber utama yang diawasi dan dipantau adalah
sumber tetap, sedangkan sumber bergerak di laksanakan tersendiri.
Dampak polutan udara pada
kesehatan dan lingkungan.




Karbon monoksida
Emisi CO di negara berkembang, dengan nyata meningkat 40 %
dari emisi dunia tahun 1980 sampai 58% dalam tahun 2005.
CO adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa
dan sedikit lebih berat dari udara. Penghirupan CO mempunyai
dampak pada kesehatan manusia karena affinitas hemoglobin dalam
darah untuk CO adalah kira-kira 240 kali dari affinitas untuk
oksigen. Segera setelah terhirup, CO membentuk ikatan koordinasi
dengan atom besi dari kompleks protohaem dalam hemoglobin
untuk menghasilkan karboksihemoglobin (COHb).
Tingkat COHb dalam manusia dapat mencapai 3 %. Kenaikan
tingkat COHb adalah berbahaya untuk orang-orang yang
berpenyakit hati dan pernapasan, wanita hamil, dan anak-anak.
Tingkat COHb mendekati 1,2 sampai 1,5 % di dapatkan dalam
populasi normal.






Tingkat 10% COHb belum mempunyai pengaruh.
Tingkat antara 10–30% akan menyebabkan sakit
kepala.
Pada tingkat 30-40% menyebabkan sakit kepala yang
hebat, lemah, mengurangi penglihatan dan kolapse.
Bila 70-80% dapat menyebabkan meninggal dalam
waktu beberapa jam,
Dan pada 80-90 % meninggal dalam waktu kurang
dari 1 jam.
Apabila 90% dapat meninggal dalam waktu beberapa
menit.
HIDROKARBON






Hidrokarbon adalah senyawa organik yang terutama terdiri dari C
dan H (alifatik dan aromatik).
Hidrokarbon adalah perangsang pembentukan Ozon. Senyawa
aromatik dalam bensin merangsang pembentukan nitrogen oksida,
dan hidrokarbon berinteraksi dengan nitrogen oksida dengan
adanya sinar matahari membentuk ozon.
Pada konsentrasi tinggi hidrokarbon menyebabkan sedikit iritasi dari
mucosa dan umumnya mempunyai dampak narkotik.
Benzen yang dipergunakan dalam kebanyakan industri
diklasifikasikan sebagai senyawa karsinogen bagi manusia karena
hubungannya dengan leukimia untuk orang dewasa.
Formal dehid juga dapat mengganggu kesehatan dan kemungkinan
karsinogen. Batu bara dan petroleum adalah dua reservoar besar
organik dari mana senyawa aromatik didapatkan. Petroleum adalah
sumber utama dari benzen, toluen, dan xylen semuanya digunakan
dalam industri kimia dan dalam produksi bensin tinggi oktan.
Ironisnya keputusan AS menukar Pb pada tahun 1970-an dengan
senyawa aromatik yang sebelumnya 1% menjadi 25 % pada tahun
1990. Maksimum permisibel level benzen dan aromatik kebanyakan
negara adalah 3 % dan 30 %.
Oksida Nitrogen






Oksida nitrogen dengan istilah NOx terdiri dari NO
(nitrogen monoksida), N2O (Nitrous oksida), dan NO2
(nitrogen dioksida).
Oksida nitrogen di atmosfir mengurangi visibilitas,
membantu pembentukan asam aerosol, kontribusi
terhadap pemanasan global dan sebagai katalis
dekomposisi ozon di baian atas atmosfir.
Nitrogen oksida juga dapat membentuk ozon lansung
berinteraksi dengan hidrokarbon dengan adanya sinar.
Nitrogen dioksida adalah menyebabkan iritasi
pernapasan dan berbahaya terhadap paru-paru
(irreversible) terhadap orang yang terkena paparannya
dalam waktu yang lama.
Dampak kesehatan lainnya terhadap mata, ketegangan
dada, dan sakit kepala. Orang yang berpenyakit asma
sangat berbahaya terhadap pengaruh ini dan terhadap
bronkhitis.
Oksida-oksida nitrogen dihasilkan selama pembakaran
bahan bakar dalam pembakaran internal mesin.
Bahan Partikulat Tersuspensi (BPT)






BPT adalah partikel dengan ukuran 10 mikron atau kurang, yang
tinggal di atmosfir lebih lama dari partikel besar.
Di atmosfir BPT mengurangi jarak pandangan dan bereaksi dengan
partikel polutan udara lain untuk membentuk polutan baru.
BPT juga menyumbang terhadap penyakit pernapasan dengan
penetrasi yang dalam kedalam pernapasan yang dalam. Dampak
toksis tergantung pada sifat fisika dan kimia alam, terutama untuk
gas-gas yang terserap pada permukaannya atau terserap kedalam.
Sumber BPT terutama dari pembakaran bahan bakar disel dalam
truk dan bus.
Global Environment System (GEMS) meneliti penyebaran global
partikulat dari 1980-1984 mendapatkan bahwa tingkat BPT
diperbolehkan pada 37 dari 41 kota mengikuti aturan WHO atau
melebihi.
Bank Dunia memperkirakan bahwa peranan BPT sampai tingkat
aman dapat mengurangi kematian dini 300.000 s/d 700.000 per
tahun di negara berkembang.
Timah hitam (Pb).






Dampak neurologik, reproduktiv, dan kemungkinan hipertensi
sebagai akibat Pb.
Keracunan Pb dapat terjadi walaupun tanpa terkena paparan dosis
utama Pb, karena badan mengakumulasi Pb dari waktu kewaktu dan
keluarnya sedikit sekali.
Kejadian medik sekarang memperlihatkan bahwa perkembangan
system saraf otak anak-anak dapat terpengaruh pada tingkat Pbdarah 10g/dl.
Neuralgik dan kerusakan lainnya disebabkan oleh keracunan Pb
mungkin irreversibel, dan pemaparan akut kadang-kadang
menyebabkan kematian.
Selain itu berdampak pada sel darah, dan metabolisme vitamin D
dan kalsium. Korelasi yang pasti ditemukan antara tingkat Pb dalam
bensin dan dalam aliran darah manusia.
Sebagai catatan Penambahan Pb dalam bensin secara drastis
menurun di AS antara tahun 1972 dan 1984, dan penurunan yang
tajam dalam tingkat Pb lingkungan (ambien) sejalan dengan tingkat
Pb darah yang di pantau pada saat yang sama. Kontributor Pb udara
adalah metal smelter, Pabrik baterai, dan emisi dari fuel additivies
dan bensin bertimbal. Sumber utama dari bentuk organiknya adalah
tetra-alkyl-lead additive bensin.
Gas Rumah Kaca. (Karbon dioksida
dan Pengaruh Rumah kaca).


Peningkatan Karbon dioksida (CO2), nitrous oksida
(N2O), metan (CH4) , ozon ground-level (O3), dan
khlorofluorokarbon (CFCs), Gas-gas ini menyerap
radiasi inframerah (IR) dari bumi, dan berdampak
permukaan bumi terselimuti oleh gas tersebut yang
mengakibatkan panasnya terperangkap di bumi dan
menyebabkan dampak rumah kaca.
Perkiraan 50 % pemanasan global adalah kontribusi
CO2, CFCs adalah 20 %, metan (CH4) adalah 16 %,
ozon (O3) ground-level kira-kira 8%, N2O adalah 6
%. CFCs , CH4 , O3, dan N2O menyerap radiasi
inframerah yang lebih efektiv dari pada CO2, dan
secara keseluruhan kemampuan heat-trappingnya
kemungkinan sama dengan CO2.
Ozone (O3).





Ozon terdapat di atmosfir dapat berbahaya atau
menguntungkan bagi kehidupan dan kesehatan,
tergantung kepada ketinggiannya.
Ozon pada ketinggian sampai dengan 15 km (altitude
rendah) adalah disebut sebagai ozon troposfir adalah
berbahaya. Hal ini karena ozon dapat membentuk deret
reaksi kimia yang sulit antara hidrokarbon dan oksidaoksida nitrogen dengan adanya cahaya mata hari.
Ozon merupakan senyawa induk fotokimia kabut, dan
dalam satu atau dua jam dengan kabut diudara dapat
menghasilkan batuk, sakit pernapasan dan kehilangan
fungsi jantung sementara,
Pengulangan paparan ozon dapat berakibat pada
jantung secara permanen atau pengembangan penyakit
jantung koronis seperti fibrosis pulmonari.

Ozone Stratosfir (ketinggian diatas 15 km) adalah
menguntungkan karena menjaga bumi dari sinar
ultraviolet B (UV-B) dari matahari. 1 % penurunan
ozone staratosfir menghasilkan peningkatan 2 %
radiasi UV-B dan peningkatan 4% dapat
menyebabkan kanker kulit (Titus 1986). Peningkatan
radiasi UV-B dapat juga menyebabkan katarak pada
mata dan pengaruh terhadap kekebalan kulit. Kondisi
meteorologi dan konsentrasi dari kontribusi kimia
industri tertentu terhadap destruksi ozon stratosfir.
CFCs, melalui deret reaksi kimia, akan menghasilkan
atom klorin yang menurunkan lapisan ozon.
Meteorologi dan proses
purifikasi alam





Fenomena meteorologi merupakan dasar proses purifikasi alam
yang menyangkut sifat -sifat atmosfir berupa panas, angin dan
moisture (kandungan air) yang menjadi variabel yang dapat
mempengaruhi cuaca, termasuk sistem tekanan, kecepatan
angin, dan arah, humuditas, suhu dan hujan yang merupakan
hasil hubungan veriabel panas, angin dan moisture.
Skala Makro. Fenomena ini terjadi untuk ribuan km. Tekanan,
Panas sinar matahari, Rotasi bumi.
Rotasi bumi dari barat ke timur--kekanan di northern
hemisphere dan kekiri di southern hemisphere. Pengaruh rotasi
bumi pada kecepatan angin dan keadaan ini di sebut Coriollis
force, dan gaya ini berpengaruh pada formasi cuaca.
Skala meso. Skala ini berhubungan dengan pengaruh regional
dan lokal topografi dan terjadi untuk ratusan km. Skala mikro.
Pengaruh yang terjadi pada daerah yang kurang dari 10 km
Panas. Pengaruh panas di permukaan bumi merupakan katalis
utama dari iklim di bumi.
Kestabilan atmosfir
Angin dan Dispersi. Angin merupakan roda yang
penting dalam distribusi, transpor, dan dispersi polutan
di udara. Model dispersi yang berkembang ditunjukkan
secara matematik sebagai berikut,
dC
---dt
=

x

x

x
---- Kx --- + --- Ky ---- + --- Kz ----x
x
y
y
z
z
Persamaan dispersi diatas dapat dipecahkan sbb,
Q
Cx,y = ------------- exp [ -1/2 (H/z)2]exp[-1/2 (y/y)2]
 u zy
C = konsentrasi polutan, g/m3
Q = kec. Emissi polutan, g/s
 = 3,14159
u = kecepatan angin rata-rata
z = standar deviasi vertikal dari
konsentrasi plume
y = standar deviasi horizontal dari
konsentrasi plume
exp = log normal, 2,71828183
H = tinggi cerobong efektif
Persamaan diatas disederhanakan sbb,
Q
Cx,0 = ------------- exp [ -1/2 (H/z)2]
 u zy
Bila tinggi cerobongnya 0 maka,
Q
Cx,y = ------------ u zy
Sistem rekayasa
pengendalian pollusi udara


1.
2.
Dispersi, jatuhan gravitasi, flokulasi, adsorpsi,
pengipasan dan absorpsi merupakan
mekanisme untuk mengurangi pencemaran
udara.
Proses dispersi oleh angin akan menjadikan
konsentrasi plutan mengecil dan jatunhan
gravitasi untuk jatuhan partikel yang besar,
demikian mekanisme lainnya yang juga sangat
dipengaruhi oleh kondisi lainnya seperti hujan
angin, adsorpsi dll.
Pengendalian polusi udara
Dilusi kontaminan di athmosfir
Pengendalian kontaminan dari sumbernya.


Pengendalian dengan dilusi kontaminan di
atmosfir dilakukan dengan menggunakan
cerobong asap yang dapat dirancang
berdasarkan sifat dispersi dan sifat
atmosfir lokasi tempat pembuangan
kontaminan ke udara.
Pengendalian kontaminan dari sumbernya
dapat dilakukan dengan menggunakan
alat yang telah dikembangkan seperti
untuk pengendalian kontaminan partikulat
dan gas.


Centrifugal Collector
Centrifugal collector mengembangkan gaya
sentrifugal pengganti gaya gravitasi untuk pemisahan
partikel dari aliran gas. Karena gaya centrifugal dapat
menghasilkan beberapa kali lebih besar dari gaya
gravitasi dan partikel dapat dihilangkan/ dibawa kedalam
collector centrifugal







Ukuran partikel yang dibersihkan lebih kecil dari yang
dihilangkan oleh sistem gaya gravitasi.
Wet collector
Wet collector membersihkan bahan partikulat dari aliran
gas dengan menggabungkan partikel kedalam butiran
liquid dengan bersebtuhan lansung.
Wet collector terdiri dari
Spray tower,Wet cyclone scrubbers,Venturi scrubbers,
dan jenis lainnya adalah
Fabric Filter
Electrostatic precipitator