Analisis Kualitas Udara

1.            Pendahuluan

Udara mempunyai arti yang sangat penting di dalam kehidupan makhluk hidup, sehingga udara merupakan sumber daya alam yang harus dilindungi untuk hidup dan kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya. Dengan demikian pemanfaatannya harus dilakukan secara bijaksana dengan memperhitungkan kepentingan generasi sekarang dan yang akan datang. Untuk mendapatkan udara yang sesuai dengan tingkat kualitas yang diinginkan maka pengendalian pencemaran udara menjadi sangat penting dilakukan.

Pencemaran udara di Indonesia dewasa ini semakin meningkat, sumber pencemaran udara berasal baik dari sumber bergerak (alat transportasi) maupun sumber tidak bergerak lainnya. Pencemaran udara dapat mengakibatkan gangguan terhadap lingkungan dan berdampak terhadap kesehatan. Senyawa gas dalam pencemaran udara diantaranya Karbondioksida, Sulfurdioksida, Methana, Nitrogendioksida dan berbagai senyawa organik lainnya.

Komponen asap  paling berbengaruh terhadap kesehatan manusia. Asap adalah partikel-partikel yang tersuspensi (kombinasi antara senyawa-senyawa padat dan cair) yang pada dasarnya terbentuk oleh karbon elementer dan karbon organik. Partikel yang perlu diwaspadai adalah partikel yang berukuran kurang dari 10 mikron, karena partikel dengan ukuran tersebut akan masuk ke dalam sistem pernafasan manusia.

Setiap pengambilan sampel terhadap komponen lingkungan atau spesimen makhluk hidup adalah merupakan upaya yang mampu menegakan diagnosa yang lebih tepat pada suatu masalah lingkungan tertentu, dengan kata lain adalah upaya pembuktian dengan cara uji kebenaran (keakuratan) yang dilakukan melalui uji laboratorium untuk mendapatkan bukti (evidence base), yakni data dikumpulkan, ditabulasi,  diolah  dan  diinterpretasikan  tingkat bahaya yang diperoleh, sehingga dapat sebagai pertimbangan   dalam    merumuskan  langkah-langkah pemecahannya. Untuk mengetahui perubahan lingkungan yang selalu terjadi perlu dilakukan upaya pengawasan (pemantauan) secara berkesinambungan.

2.      Tinjauan Pustaka

Pencemaran udara

Pencemaran udara adalah peristiwa masuknya, atau tercampurnya, polutan (unsur-unsur berbahaya) ke dalam lapisan udara (atmosfer) yang dapat mengakibatkan menurunnya kualitas udara (lingkungan). Pencemaran udara merupakan kehadiran satu atau lebih substansi fisik, kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang dapat membahayakan kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak properti. Pencemaran udara dapat ditimbulkan oleh sumber-sumber alami maupun kegiatan manusia. Beberapa definisi gangguan fisik seperti polusi suara, panas, radiasi atau polusi cahaya dianggap sebagai polusi udara. Sifat alami udara mengakibatkan dampak pencemaran udara dapat bersifat langsung dan lokal, regional, maupun global. Pencemaran dapat terjadi dimana-mana. Bila pencemaran tersebut terjadi di dalam rumah, di ruang-ruang sekolah ataupun di ruang-ruang perkantoran maka disebut sebagai pencemaran dalam ruang (indoor pollution). Sedangkan bila pencemarannya terjadi di lingkungan rumah, perkotaan, bahkan regional maka disebut sebagai pencemaran di luar ruang (outdoor pollution). Umumnya, polutan yang mencemari udara berupa gas dan asap. Gas dan asap tersebut berasal dari hasil proses pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna, yang dihasilkan oleh mesin-mesin pabrik, pembangkit listrik dan kendaraan bermotor. Selain itu, gas dan asap tersebut merupakan hasil oksidasi dari berbagai unsur penyusun bahan bakar, yaitu: CO2 (karbondioksida), CO (karbonmonoksida), SOx (belerang oksida) dan NOx (nitrogen oksida).

SO2 Di Udara

Modernisasi dan kemajuan teknologi telah mengakibatkan jumlah polusi udara terus meningkat yang disebabkan oleh meningkatnya penggunaan energi bahan bakar fosil (minyak, gas dan batubara). Salah satu polutan yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil adalah sulfur dioksida (SO2). Seiring dengan meningkatnya pemakaian bahan bakar fosil, konsentrasi sulfur dioksida juga terus meningkat.

Selain gas rumah kaca, pembakaran bahan bakar fosil juga menghasilkan gas SO2 yang merupakan polutan terbesar di atmosfer. SO2 paling banyak dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar fosil. Di atmosfer, SO2 dapat membentuk partikel-partikel sulfat yang amat halus melalui proses konversi gas ke partikel. Partikel-partikel sulfat yang terbentuk dan mengapung di udara tersebut disebut dengan aerosol sulfat. Aerosol sulfat yang dilepas ke atmosfer diakibatkan oleh emisi alami dan antropogenik. Emisi alami berasal dari letusan gunung berapi disebut dengan emisi vulkanik. Letusan gunung Pinatubo di Philipina pada tahun 1991, melepaskan sekitar 14-26 juta ton SO2 ke atmosfer (CSIRO, 2002). Emisi yang berasal dari aktivitas manusia, akibat penggunaan bahan bakar fosil pada sektor industri, kebakaran hutan disebut dengan emisi antropogenik. Di Indonesia, total emisi SO2 pada tahun 1995 sebesar 797 ribu metrik ton (Earth Trends Country Profiles, 2003). Untuk wilayah Asia, total emisi SOe2 adalah sebesar 55.129 juta metrik ton. Total seluruh emisi SO2 di dunia sebesar 141.875 juta metrik ton (Earth Trends Country Profiles, 2003).

Jumlah emisi SO2 yang terus bertambah akan menyebabkan meningkatnya konsentrasi SO2 di atmosfer. Pada konsentrasi tertentu, SO2 dapat menyebabkan penurunan kualitas air hujan yang diindikasikan melalui pH air hujan. Disamping itu, peningkatan aerosol di atmosfer akan mengakibatkan peningkatan inti kondensasi yang terdapat di atmosfer sehingga proses kondensasi pada tetes air (droplet) di udara meningkat, dan awan yang terbentuk menjadi lebih tebal dan gelap. Akibatnya, radiasi matahari yang datang ke bumi akan tertahan oleh awan dan dipantulkan kembali ke angkasa, menyebabkan berkurangnya intensitas radiasi sinar matahari yang sampai ke permukaan bumi. Pengurangan radiasi sinar matahari yang terjadi tersebut disebut dengan global dimming, yang mengakibatkan penurunan temperatur global di permukaan bumi.

Nitrogen Oksida Di Udara

Nitrogen oksida merupakan suatu gas yang tidak berwarna dan tidak berbaudan nitrogen dioksida ( NO2) yang berwaran merah cokelat keduanya sangat penting sebagai bahan pencemar udara. Campuran dari NO dan NO2 dikenal dengan NOx. Hampir seluruh Nox yang berasal dari aktivitas manusia dihasilkan dari perubahan bahan bakar fosil baik dari sumber yang tetap maupun sumber yang bergerak. Secara global tidak kurang dari 100 juta metric ion NOx per-tahun dikeluarkan dari aktivitas tesebut.

Secara alami NOx masuk ke atmosfer melalui halilintar, proses proses biologisdan sumber-sumber biologis dan sumber-sumber zat pencemar. NOx dengan konsentrasi tinggi sangat merusak kualitas udara (Achmad,2004). Sebagian besar NOx masuk ke atmosfer sebagai NO. Pada suhu yang sangat tinggi terjadi reaksi: N2 + O2 → 2NO

Reaksi ini semakin cepat dengan kenaikan suhu. Campuran yang mengandung 3% O2 dan 75% N2 yang sering terjadi di bagian pembakaran mesin mobil menghasilkan 500 ppm NO dalam waktu 30 menit pada suhu 1315oC dan hanya 0,117 detik pada suhu 1980oC.

NH3 Di Udara

NH3 atau amoniak terdapat dalam atmosfer bahkan dalam kondisi tidak tercemar. Berbagai sumber antara lain: mikroorganisme, perombakan limbah binatang, pengolahan limbah, industri amoniak dan dari sistem pendingin berbahan amoniak. Konsentrasi yang tinggi dari amoniak dalam atmosfer secara umum menunjukkan adanya pelepasan secara eksidental dari gas tersebut. Amoniak dihilangkan dari atmosfer dengan affinitasnya terhadap air dan reaksinya sebagai basa. ini merupakan sebuah kunci dalam pembentukan dan netralisasi dari nitrat dan aerosol sulfat dalam atmosfer yang tercemar.

Gas NH3 merupakan senyawa pengotor beracun yang cukup berperan dalam menghambat proses fotosintesis, penyebab berkurangnya karbohidrat dan dapat menghambat pertumbuhan Endapannya di atmosfer terus meningkat dan dapat menyebabkan proses nitrifikasi, yaitu konversi katalitik dari NH3 menjadi NOx Pendeteksian dan pengukuran Gas ammo-nia (NH3) dapat dilakukan pada ruangan tertutup maupun terbuka. Pada penelitian ini telah dilakukan rancang bangun alat yang merupakan prototipe alat pengukur konsentrasi gas ammonia (NH3) yang dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi gas ammonia (NH3). Sistem instrumentasi yang dirancang dan dibuat dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi gas ammonia (NH3) dengan memasang sensor di udara. Sensor yang digunakan untuk mengukur konsentrasi gas ammonia (NH3)

Alat untuk mengukur Kualitas Udara

Alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah Midget impinger, tabung penyerap, Low Volume Air Sampler (LVAS), Pompa penghisap udara (Vaccum pump), flowmeter, Thermometre, Hygrometer, Sound Level Meter, Anemometer, Stopwatch, Hand Tally Counter, Desikator, Botol / wadah sampel dan penutupnya serta Plastik polietile, timbangan analitik, Pinset, Spektrofotometer UV VIS dan kuvet, Pipet serta Labu ukur 100 ml, labu Erlenmeyer 100 ml dan 250 ml, Labu ukur 50 ml dan Pipet mikro 1000 µl.

Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah absorber NO2, absorber SO2, dan absorber NH3, aquadest, larutan induk nitrit (NO2-) dan Larutan standar nitrit, larutan induk natrium metasulfit (N2S2O5), Larutan standar natrium metasulfit, Larutan Pararosanilin hidroklorida (C18H17N3.HCL) 0,2%, Larutan indicator kanji, Larutan Formaldehyde (HCHO) 0,2 %, Larutan asam sulfanilic 0,6%, dan Larutan Iodin 0,1 N, larutan stok ammoniak 1000 µg, Pereaksi A (1 gr phenol, 0,005 gr natrium nitroprusid NaFe(CN) 5NO.2H2O yang dilarutkan dengan air suling ) dan Pereaksi B (1,5 NaOH, 2 ml NaOCL yang dilarutkan dengan air suling).

Sampling Udara Ambient

Pada tahapan pengambilan udara dilakukan tahapan persiapan terlebih dahulu sebelum dilakukan pengambilan sampel udara ambient yaitu tahap pembuatan larutan penyerap (Absorber) NO2, SO2 dan NH3; Persiapan Filter; dan Pengkalibrasian Pompa Penghisap Udara. Untuk tahap pembuatan larutan penyerap SO2 yang perlu disiapkan adalah larutan penyerap tetrakloromerkurat (TCM) 0,04 M dilarutkan dalam 10,86 gram merkuri (II) klorisda (HgCl2) dengan 800 ml air suling kedalam gelas piala 1000 ml. kemudian ditambahkan berturut-turut 5,69 gram Kalium Klorida (KCL) dan 0,066 gram EDTA (HOCOCH2)2N(CH2)2N(CH2COONa)2.2H2O dan kemudian diaduk dampai homogen. Baru setelah itu dipindahkan dalam labu ukur dan diencerkan hingga batas tera. Untuk tahap pembuatan larutan penyerap SO2, dimulai dari pembuatan larutan induk N-1-naftil-etilen-diamin-dihidroklorida (NEDA, C12H16Cl2N2) 0,1% .Lalu dilarutkan 0,1 gram NEDA dalam labu ukur 100 ml dengan air suling sampai batas tera dan disimpan dalam lemari pendingin. Selain itu dilakukan pula pembuatan larutan penyerap Griess Saltzman, yaitu 2,5 gram asam sulfanilat anhidrat (H2NC6H4SO3H) atau 2,76 gram asam sulfanilat monohidrat dalam labu ukur 500 ml dengan 300 ml air suling dan 70 ml asam asetat glacial kemudian dikocok. Untuk mempercepat pelarutan dapat dilakukan pemanasan baru setelah dingin dilakukan penambahan 10 ml larutan N-1-naftil-etilen-diamin-dihidroklorida dan 5 ml aseton, lalu ditera dengan air suling sampai tanda batas. Sedangkan untuk pembuatan larutan penyerap NH3, dimulai dengan memasukan 3 ml H2SO4 97% kedalam labu ukur 1000 ml yang telah berisi air suling ± 20 ml dan ditera sampai tanda batas. Dari masing-masing larutan penyerap yang telah dibuat disiapkan 10 ml dalam botol sampel dan diberi kode.

Untuk tahap persiapan filter, dilakukan penyimpanan filter dalam desikator selama 24 jam agar mendapatkan kondisi yang stabil, baru kemudian dilakukan penimbangan menggunakan pinset pada masing-masing filter sebanyak tiga kali pengulangan dan bedakan filter blanko dengan filter sampel dan diberikan kode agar tidak tertukar. Sedangkan untuk tahap pengkalibrasian pompa penghisap udara dikalibrasi dengan laju kecepatan udara 1 L/menit dengan menggunakan flow meter (Flow meter harus dikalibrasi oleh laboratorium pengkalibrasi).

Setelah semua tahap tersebut selesai, dilakukan tahap pengambilan sampel udara ambient yang dilakukan di depan Pusat Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta pada Pukul 09.00 s/d 10.00 WIB. Pengambilan sampel ini dimulai dengan menghubungkan midget impinger dan LVAS ke pompa penghisap udara dengan menggunakan selang silicon atau Teflon. Lalu pasang flowmeter pada selang dan pastikan tidak ada kebocoran pada setiap sambungan selang baik yang berhubungan dengan LVAS dan midget impinger maupun ke pompa penghisap udara. Kemudian LVAS diletakan pada titik pengukuran dengan mengguakan tripod kira-kira setinggi zona pernafasan manusia. Bilas tabung midget impinger dengan aquadest lalu masukan larutan absorber (NO2, SO2 dan NH3) masing-masing 10 ml ke dalam tabung midget impinger sesuai dengan gas yang akan diuji. Sedangkan untuk filter sampel dimasukan ke dalam LVAS holder dengan menggunakan pinset dan tutup bagian atas holder. Kemudian pompa penghisap udara dihidupkan (Power On) dan dilakukan pengambilan sampel dengan kecepatan laju aliran udara (Flowrate 1 L/menit) selama 1 jam. 

Setelah itu, lakukan pengukuran parameter fisik udara berupa suhu, tekanan udara, kelembaban udara dan intensitas cahaya, kecepatan angin selama 10 menit serta catat kondisi tempat penyamplingan dan hal yang dapat mempengaruhi hasil seperti jumlah kendaraan yang lewat, kegiatan/aktivitas saat pengambilan sampel dan sebagainya. Setelah 1 jam selesai, pompa penghisap dimatikan (Power Off) dan lakukan pengukuran parameter fisik seperti yang dilakukan diawal pengambilan sampel. Kemudian pindahkan masing-masing absorber pada midget impinger ke dalam botol sampel sesuai dengan kode gas yang diuji. Tutup rapat botol dan masing-masing diberi kode). Bilas kembali dengan aquadest pada masing-masing tabung impinger. Untuk kertas filter yang ada pada LVAS dipindahkan ke plastik PE, dan beri label pada wadah tersebut (kode sampel, titik sampling, lokasi sampling, hari sampling, dan tenaga sampler). Setelah selesai pengambilan sampel, debu pada bagian luar holder dibersihkan untuk menghindari kontaminasi. Kemasi peralatan dan selanjutnya sampel gas dan debu dibawa ke laboratorium untuk dianalisa. Sedangakan kertas filter dimasukan kedalam desikator dan disimpan selama 24 jam.

Penetapan SO2 Dalam Udara Dengan Metode Pararosanilin

Pada tahap ini dilakukan empat hal, yaitu standarisasi larutan stok MBS, pembuatan kurva kalibrasi, pengukuran sampel dan perhitungan. Untuk standarisasi larutan stok MBS, dilakukan dengan mengambil 10 ml larutan stok MBS ke dalam Erlenmeyer 100 ml, lalu ditambahkan 10 ml air suling dan 1 ml indikator kanji. Dan titrasi dengan larutan iodine 0,025 N hingga timbul warna biru. Lalu dihitung nilai N larutan stok MBS dimana konsentrasi larutan MBS setara dengan (32 x N MBS X 1000) µg SO 1/ml. Namun, pada percobaan ini, standarisasi telah dilakukan sebelumnya sehingga tidak perlu dilakukan tahapan ini. Begitu pula dengan pembuatan kurva kalibrasi yang menggunakan data base. Sedangkan tahap untuk pengukuran sampel dilakukan dengan memindahkan sampel ke dalam labu ukur 25 ml, kemudian ditambahkan masing-masing 1 ml larutan asam sulfanilic 0,6% dan tunggu dampai 10 menit. Setelah itu, ditambahkan 2 ml larutan formaldehid 0,2 % dan larutan pararosanilin sebanyak 2 ml, lalu ditempatkan hingga batas tera dengan larutan TCM, baru kemudian sampel dianalisis menggunakan Spektrofotometer dengan panjang gelombang 550nm.

Penentuan Partikulat dan NO2 Udara Ambient Dengan Metode Griess Saltzman

Tahapan ini dilakukan dua pengukuran, yaitu penentuan partikulat dengan penentuan NO2 udara ambient. Untuk tahap penentuan partikulat, dimulai dengan menimbang filter sampel dan filter balnko sebagai pembanding menggunakan timbangan analitik yang sama sehingga diperoleh berat filter blanko (B2) dan filter sampel (W2). Kemudian catat hasil tersebut. Kemudian dilakukan penghitungan volume sampel uji udara yang diambil (V) dan kadar debu total diudara (C) dengan menggunakan perhitungan matematika.

Untuk tahap penentuan NO2 udara ambient, dilakukan pengkalibrasian terlebih dahulu pada larutan standar NO2 dan kemudian dilakuka analisa menggunakan Spektofotometer UV VIS dengan panjang gelombang 550 nm. Setelah itu dilakukan pengukuran sampel, dimana sampel yang diperoleh akan terbentuk warna merah violet jika mengandung NO2 tinggi dimasukan ke dalam kuvet tertutup dan diukur serapannya pada panjang gelombang 550 nm pada Spektrofotometer UV VIS dan setiap pengukuran harus dikoreksi terhadap blanko. Bila warna larutan terlalu pekat dapat dilakukan pengenceran. Setelah didapat kadar nitrit dari sampel, dilakukan perhitungan untuk konsentrasi larutan standar nitrit dan volume sampel udara yang diambil untuk mengetahui konsentrasi NO2 di udara ambient mewakili lokasi sampling.

Penetapan Kadar NH3 Dalam Udara Dengan Metode Indofenol

Pada tahap ini dilakukan tiga hal, yaitu pembuatan kurva kalibrasi, pengukuran sampel dan perhitungan. Untuk tahap pembuatan kurva kalibrasi sama seperti percobaan penentuan kadar SO2 data yang digunakan diperoleh dari database sehingga alat tidak perlu dikalibrasi terlebih dahulu. Untuk tahap pengukuran sampel, dilakukan dengan memipet 4 ml sampel ke dalam test tube dan disimpan di dalam water bath selama 1 jam dengan suhu 30oC. Kemudian ditambahkan masing-masing 2 ml Pereaksi A dan 2 ml Pereaksi B dan dihomogenkan sampai terbentuk warna biru. Lalu diukur menggunakan Spektrofotometer dengan panjang gelombang 640 nm.

Analisis Data

a. Volume sampel uji udara yang diambil (V)

V=(F1+F2)/2×t×Pa/Ta×298/760 V=(2+2)/2×60×738,5/33×298/760 = 113,5L

V= volume udara yang dihisap

F1 = Laju alir awal (L/menit)

F2 = Laju alir akhir (L/menit)

t = Durasi pengambilan sampel uji (menit)

Pa = tekanan barometer rata-rata selama pengambilan sampel uji (mmHg)

Ta = Temperatur rata-rata selama pengambilan sampel uji

298 = Temperatur pada kondisi normal 25oC (K)

760 = Tekanan pada kondisi normal 1 atm (mmHg)

1. Kadar Debu Total

C(mg⁄(L)=) ((W2-W1)-(B2-B1))/V

= (0.4802-0,4738) – (0.4752-0,4753)/ 1052,98

= 6.17 x 10-6 mg /L

C = Kadar debu total

B1 = Berat filter blanko sebelum pengambilan sampel

B2 = Berat filter blanko setelah pengambilan sampel

W1 = Berat filter uji sebelum pengambilan sampel

W2 = Berat filter uji setelah pengambilan sampel

L = volume udara pada waktu pengambilan sampel

b. Konsentrasi NO2 Udara Ambient

C= a/V x 1000

C= Konsentrasi NO2 di udara (µg/Nm3)

a= jumlah NO2 dari sampel uji dengan melihat kurva kalibrasi (µg)

V= Volume udara pada kondisi normal (L)

1000= onversi liter (L) ke m3

c. Konsentrasi SO2 Udara Ambient

C= a/V x 10/25 x 1000

C = Konsentrasi SO2 di udara (µg/Nm3)

A = jumlah SO2 dari sampel uji dengan melihat kurva kalibrasi (µg)

V = Volume udara pada kondisi normal (L)

10/25 = faktor pengenceran

1000= konversi liter (L) ke m3

d. Konsentrasi NH3 Udara Ambient

C= a/V x 1000

C= Konsentrasi NH3 di udara (µg/Nm3)

a= jumlah NH3 dari sampel uji dengan melihat kurva kalibrasi (µg)

V= Volume udara pada kondisi normal (L)

1000 = konversi liter (L) ke m3