PERMODELAN UDARA EMISI DI KAWASAN INDUSTRI DRAMAGA BAHAGIA

AIR EMISSIONS’S MODELLING IN INDUSTRIAL AREA DRAMAGA BAHAGIA

Muhammad Ihsan1, Panji Wicaksono2, Ida Nasasari3, Noer Aulia Fajrin 4, EkoSuryanto5

1) Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Jln. Kamper Kampus IPB Dramaga, Bogor, 16680 Email: ihsansitepu@gmail.com1, pwicaksono17@yahoo.com 2, idanasasari22@yahoo.com3 , auliafajrin@gmail.com4

2) Geofisika dan Meteorologi, Institut Pertanian Bogor, Kampus Institut Pertanian Bogor, 16680 Email : ekosuryanto@yahoo.com5

Abstrak : Pencemaran udara dapat disebabkan oleh emisi gas-gas berbahaya ke lingkungan melalui aktivitas-aktivitas manusia. Penggunaan cerobong merupakan salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengurangi jarak penyebaran emisi gas industri. Pembangunan cerobong memerlukan suatu permodelan udara emisi untuk mempermudah perhitungan konsentrasi dan jarak sebaran dari emisi tersebut, sehingga cerobong yang efektif dan efisien dapat dibangun. Studi kasus udara emisi di kawasan industri Dramaga Bahagia menggunakan tiga jenis cerobong dengan tinggi 100m, 150m, dan 200m. Cerobong 100 m mempunyai konsentrasi emisi maksimum sebesar 6,64 x 10-3 µg/m3 dan jarak sebaran maksimum 7,28 km. Cerobong 150 m mempunyai konsentrasi emisi maksimum sebesar 7,8 x 10-3 µg/m3 dan jarak sebaran maksimum 7,07 km. Cerobong 200 m mempunyai konsentrasi emisi maksimum sebesar 7,87 x 10-3 µg/m3 dan jarak sebaran maksimum 6,933 km. Berdasarkan hasil tersebut maka dapat disimpulkan bahwa cerobong yang lebih tinggi akan menyebabkan sebaran konsentrasi kontaminan akan meningkat, dan semakin kecil jarak paparan konsentrasinya. Kata Kunci : cerobong, emisi, KEPMENLH No. 13,

Abstract The air pollution can be caused by dangerous gas emissions to the environment through human activities. The use of stack is the one of many methods that can be used to reduce the spread distances of industrial gas emissions. The build of stack need the air emission’s modeling to make the calculation of concentration and spread distances of emissions easier, so the effective and efficient stack can be made. The study case of air emissions in industrial area Dramaga Bahagia using three kind of stacks with the height of 100 m, 150 m, and 200 m. 100 m’s stack has the maximum emission’s concentration of 6,64 x 10-3 µg/m3 and maximum spread distances of 7,28 km. 150 m’s stack has the maximum emission’s concentration of 7,8 x 10-3 µg/m3 and maximum spread distances of 7,07 km. 200 m’s stack has the maximum emission’s concentration of 7,87 x 10-3 µg/m3 and maximum spread distances of 6,933 km. Depends on that result, it can be concluded that the higher stack will cause the spread contaminant’s concentration become higher, and spread distances become lower. Keywords : stack, emission, KEPMENLH No. 13,

PENDAHULUAN Udara merupakan zat yang sangat penting peranannya dalam menyokong kehidupan organisme yang hidup di bumi. Hampir seluruh makhluk hidup di bumi ini membutuhkan oksigen untuk tetap hidup. Oksigen di bumi berjumlah 21 % dari keseluruhan udara. Jumlah tersebut cukup untuk memenuhi kebutuhan organisme yang hidup di bumi. Permasalahannya, tidak semua udara yang berada di bumi selalu aman apabila dihirup makhluk hidup saat melakukan respirasi. Gangguan saluran pernafasan, keracunan udara, dan penyakit lainnya dapat dialami manusia apabila menghirup udara-udara tertentu yang berbahaya bagi kesehatan manusia. Pencemaran

udara merupakan hal yang menjadi penyebab menurunnya kualitas udara pada suatu wilayah. Seiring dengan kemajuan teknologi dan peningkatan gaya hidup manusia, tingkat pencemaran udara yang terjadi pada suatu wilayah cenderung mengalami peningkatan. Peningkatan pencemaran udara ini dapat disebabkan oleh banyak faktor, seperti kemacetan transportasi, asap-asap pabrik, eksploitasi sumber daya alam, dan sebagainya. Kegiatan-kegiatan tersebut melepas emisi atau zat buangan ke atmosfer. CO2, CH4, nitrogen oksida, dan SO2 merupakan contoh gas yang dapat merusak kualitas udara dan atmosfer. Berdasarkan pencemaran udara yang disebabkan oleh beberapa sumber emisi maka diperlukan sebuah bentuk permodelan udara dari suatu sumber. Permodelan tersebut dimaksudkan untuk mengetahui komponen-komponen parameter udara emisi sumber titik tetap sehingga diperoleh prakiraan besarnya paparan kontaminan yang dihasilkan seumber emisi untuk perencanaan penanganan kontaminan tersebut di udara ambien.

METODE PRAKTIKUM Permodelan udara emisi sumber titik tetap diawali dengan penggunaan beberapa metode yaitu data-data yang dianalisis pada studi kasus. Pada praktikum permodelan digunakan alat hitung berupa kalkulator dan contoh studi kasus. Berdasarkan contoh studi kasus yang diperoleh, akan ditentukan kecepatan angin pada ketinggian cerobong, kelas kestabilan udara terpilih (berdasarkan kecepatan angin pada ketinggian cerobong) serta definisi kelas tersebut, ketinggian semburan, ketinggian efektif cerobong, konsentrasi sebaran TSP, konsentrasi maksimum TSP, jarak maksimum pemaparan dengan koefisien turbulensi 0,2 (kurang stabil), dan konsentrasi PM10. Untuk kecepatan udara pada ketinggian cerobong dapat digunakan rumus persamaaan 1.

Untuk Buoyancy factor (FB) dapat ditentukan dengan rumus pada persamaan 2.

Apabila FB < 55 m4/detik2, maka Xf dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 3. Apabila X lebih besar atau sama dengan Xf , maka dapat ditentukan ketinggian semburan dengan menggunakan persamaan 4 sebagai berikut:

Ketinggian semburan telah didapatkan, maka ketinggian efektif cerobong dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 5 sebagai berikut:

Berdasarkan kelas kestabilan udara pada ketinggian 10 meter, nilai a, b, c, d, dan f dapat dihitung dengan menggunakan tabel koefisien Dispersi Gauss. Selanjutnya, dengan persamaan 6 dan 7 dapat ditentukan nilai koefisien dispersi Gauss vertikal dan horizontal.

Setelah diperoleh keseluruhan informasi, dengan persamaan 8 dapat ditentukan konsentrasi kontaminan total suspended particulate sebagai hasil pemaparan dari sumber emisi.

Nilai konsentrasi maksimum TSP dapat diperoleh dengan rumus persamaan 9 sedangkan jarak paparan maksimum konsentrasi dapat diperoleh dengan rumus persamaan 10 sebagai berikut:

Nilai konsentrasi PM10 dapat diperoleh dengan rumus persamaan 11 sebagai berikut:

HASIL DAN PEMBAHASAN Studi kasus mengenai permasalahan kawasan industri Dramaga Bahagia yang menggunakan cerobong yang mengeluarkan kontaminan dominan partikulat (TSP) dengan informasi awal sebagai berikut.

Tabel 1. Informasi Awal Studi Kasus Kawasan Industri Dramaga Bahagia

Variabel Satuan NilaiU10 m/s 3.5Hs m 100,150, dan 200ds m 1.5Ts K 473Ta K 298Vs m/s 20X km 2

kg/detik 15.000

µg/detik 1.5 x 1010Qj

Contoh perhitungan menggunakan ketinggian cerobong 150 meter:

Untuk memperoleh nilai kecepatan angin pada ketinggian cerobong (Us) dapat diperoleh dengan rumus persamaan 1:

Untuk memperoleh nilai ketinggian semburan cerobong (∆h) dapat diperoleh dengan beberapa rumus persamaan, dimulai dari persamaan 2 (Fb) hingga persamaan 4 (∆h) :

Untuk memperoleh nilai ketinggian cerobong efektif (Hc) dapat diperoleh dengan beberapa rumus persamaan 5 sebagai contoh berikut:

Tabel 2. Nilai Koefisien dispersi Gauss

Berdasarkan koefisien dispersi Gauss maka nilai koefisien dispersi Gauss vertikal (σz) dapat diperoleh dengan rumus persamaan 6:

Berdasarkan koefisien dispersi Gauss maka nilai koefisien dispersi Gauss horizontal (σy) dapat diperoleh dengan rumus persamaan 7:

Berdasarkan nilai disperse Gauss vertikal dan horizontal maka dapat diperoleh nilai konsentrasi sebaran TSP dengan rumus persamaan 8 sebagai contoh berikut :

Tabel 3. Nilai Konstanta pada Persamaan Ranchaux

Kemudian nilai konsentrasi maksimum TSP dapat diperoleh dengan rumus Ranchaux pada persamaan 9 sebagai contoh berikut:

Apabila koefisien turbulensi cerobong sebesar 0,2 maka jarak maksimum pemaparan dapat diperoleh dengan rumus persamaan 10 sebagai contoh berikut:

Sedangkan nilai konsentrasi PM10 dapat diperoleh dengan rumus persamaan 11 seperti pada contoh berikut:

Tabel 4. Pengolahan Data pada Ketinggian Cerobong 100 meter

Parameter Satuan Hs = 100 m Hs = 150 m Hs = 200 m

Qj µg/detik 15 x 109 15 x 109 15 x 109

σz Meter 93,845 93,845 93,845

σy meter 34,442 34,442 34,442

us m/s 6,224 6,88 7,402

Hc Meter 205,63 200,243 196,756

Cj µg/m3 4,34 x 10-3 9,81 x 10-3 1,64 x 10-2

Cmaks µg/m3 6,64 x 10-3 7,8 x 10-3 7,87 x 10-3

Xmaks Kilometer 7,280 7,07 6,933

Berdasarkan pengolahan data yang telah dilakukan untuk kawasan industri Dramaga Bahagia dengan variasi ketinggian cerobong 100 meter, 150 meter, dan 200 meter mempunyai jarak paparan kepulan maksimum cerobong berturut-turut sejauh

7,28 km, 7,07 km, dan 6,933 km. Adapun nilai ketinggian cerobong efektif untuk ketinggian cerobong 100 meter, 150 meter, dan 200 meter berturut-turut adalah 205.603; 200,243 meter; dan 196.756. Kemudian dapat dilihat nilai konsentrasi sebaran TSP dengan variasi ketinggian cerobong 100 meter, 150 meter, dan 200 meter berturut-turut adalah 8,8 µg/m3, 9,84 x 10-3 µg/m3 , dan 1,45 x 10-6 µg/m3. Namun konsentrasi yang dikeluarkan oleh industri tersebut masih berada dalam batas baku muku yang diinginkan yaitu sebesar 150x103 µg/m3 sesuai dengan KEPMENLH No. 13 Tahun 1995 tanggal 7 Maret 1995 tentang Baku Mutu Emisi Sumber Tidak Bergerak perihal industry berbahan bakar batu bara (KEPMENLH, 1995).

Berdasarkan tingkat sebaran konsentrasi TSP tersebut maka dapat dilihat bahwa semakin tinggi cerobong maka akan semakin rendah sebaran konsentrasi yang dikeluarkan oleh cerobong tersebut. Sedangkan semakin tinggi cerobong maka akan semakin kecil jarak paparan konsentrasinya. Oleh karena itu perlu diketahui sumber-sumber emisi apa saja yang dapat mencemari lingkungan biosfir khususnya terhadap udara.

Sumber emisi adalah komponen-komponen atau bagian-bagian dari suatu rencana kegiatan yang nantinya akan mengemisikan polutan ke udara ambien. Suatu rencana kegiatan mungkin saja memiliki sumber emisi bergerak (mobile source) dan sumber emisi tidak bergerak (stationary source). Sesuai dengan pola pengelompokan yang lain, sumber-sumber emisi dari suatu rencana kegiatan dapat saja terdiri dari sumber titik (point source), sumber ruang (volume source), sumber area (area source), dan sumber garis (line source). Salah satu contoh sumber titik yang banyak terdapat dalam suatu rencana kegiatan adalah cerobong (stack). Gambar untuk sumber emisi tersebut disajikan pada gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1. Sumber Polutan Udara

Banyak komponen kegiatan mengeluarkan emisi yang tergolong sebagai emisi liar (fugitive emission). Disebut demikian karena polutan-polutan akan langsung terlepas ke udara tanpa melalui sistem penangkapan polutan dan pelepasan terkendali di suatu titik, seperti cerobong atau ventilasi udara. Beberapa contoh emisi liar adalah emisi polutan dari aktivitas konstruksi, tangki penyimpanan cairan (storage tanks) terbuka, timbunan bahan baku (stockpile) terbuka, lokasi penurunan dan pemuatan barang (loading area), pelapisan aspal, instalasi pengolahan air limbah, menara pendingin (cooling towers), kebocoran alat, lahan terbuka yang tererosi oleh angin (open area wind erosion), dan sebagainya. Keberadaan perangkat pengendali polusi udara di suatu sumber emisi juga sebaiknya diinformasikan karena nantinya sangat mempengaruhi perhitungan estimasi jumlah polutan. Saat ini umumnya cerobong sudah direncanakan lengkap dengan perangkat pengendali polusi udara. Perangkat tersebut bertugas untuk mengurangi jumlah emisi polutan sampai ke tingkat kualitas yang diinginkan (Anonim, 2012). Kemudian lokasi sumber emisi, khususnya sumber titik, dapat dinyatakan dalam sistem koordinat Cartesian. Untuk sumber wilayah dan sumber garis, kita perlu menyebutkan koordinat dari bagian sumber emisi yang letaknya paling dekat dengan suatu obyek penerima dampak. Koordinat titik terdekat itu nantinya digunakan dalam perhitungan jarak dengan obyek penerima dampak. Ilustrasi titik sistem koordinat Cartesian tersebut disajikan pada gambar 2 berikut.

Gambar 2. Ilustrasi Titik Cerobong Koordinat Cartesian

Elevasi sumber emisi menunjukkan jarak vertikal (atau beda tinggi) antara sumber emisi, khususnya titik lepasannya dengan suatu bidang acuan atau elevasi + 0,0 meter. Sebagai bidang acuan dapat digunakan elevasi permukaan tanah atau elevasi muka laut. Informasi mengenai elevasi sumber emisi sangat perlu diperhatikan terutama jika beda tingginya dengan penerima dampak dianggap siginifikan. Misalnya, sumber emisi ada di puncak bukit sementara penerima dampak ada di kaki bukit. Atau misalnya sumber emisi merupakan cerobong yang tingginya mencapai puluhan meter. Dimensi sumber emisi perlu diketahui untuk kepentingan berbagai hal. Jika sumber emisi merupakan suatu cerobong, informasi dimensi sumber dibutuhkan antara lain untuk menghitung tinggi kepulan (plume rise). Jika sumber emisi merupakan sumber wilayah atau sumber ruang, informasi tentang dimensi sumber emisi dibutuhkan untuk menghitung jumlah emisi. Informasi dimensi yang dibutuhkan antara lain adalah: Untuk cerobong: tinggi, diameter lubang dasar dan lubang atas (bagian lepasan). Untuk sumber wilayah: luas wilayah tersebut. Untuk sumber garis: panjang dan lebar ruas jalan. Ada baiknya informasi tentang dimensi sumber emisi disampaikan bersama diagram teknisnya. Berikut disajikan ilustrasi gambar dimensi cerobong pabrik.

Gambar 3. Ilustrasi Dimensi Sebuah Cerobong Pabrik

Informasi mengenai kapan suatu sumber emisi kira-kira akan dilaksanakan, dibangun atau dioperasikan sangat berguna nantinya saat kita ingin menentukan batas waktu kajian. Waktu keberadaan sumber emisi sebaiknya disampaikan secara spesifik, misalnya mengenai bulan dan tahun dari rencana keberadaannya. Tidak hanya sekedar menyebutkan bahwa sumber emisi akan ada di tahap prakonstruksi, konstruksi, operasi, dan pasca operasi (Yauwessia, 2010). Berubahnya kualitas udara akan menyebabkan timbulnya beberapa dampak lanjutan, baik terhadap kesehatan manusia dan makhluk hidup lainnya, aspek estetika

udara, keutuhan bangunan, dan lainnya. Dampak terhadap kesehatan manusia, yang banyak terjadi adalah iritasi mata dan gangguan Infeksi Saluran Pernafasan Atas (ISPA), seperti hidung berair, radang batang tenggorokan, dan bronkitis. Partikel

berukuran kecil dapat masuk sampai ke paru-paru dan kemudian menyebar melalui sistem peredaran darah ke seluruh tubuh. Gas CO jika bercampur dengan hemoglobin akan mengganggu transportasi oksigen. Partikel timbal akan mengganggu pembentukan sel darah merah.

Tumbuhan di daerah berkualitas udara buruk dapat mengalami berbagai jenis penyakit. Seperti halnya hujan asam yang menyebabkan daun memiliki bintik-bintik kuning. Selain itu, hujan asam akan menurunkan pH air sehingga kelarutan logam berat akan meningkat misalnya merkuri (Hg) dan seng (Zn). Akibatnya dari peningkatan kelarutan tersebut maka tingkat bioakumulasi logam berat di hewan air akan bertambah. Penurunan pH juga akan menyebabkan hilangnya tumbuhan air dan mikroalga yang sensitif terhadap asam. Dampak terhadap aspek estetika; bau tidak enak, debu beterbangan, dan udara menjadi berkabut merupakan beberapa contoh gangguan estetika udara ambien. Bau tidak enak tersedbut dapat ditimbulkan oleh emisi gas sulfida, amoniak, dan lainnya. Selain itu, udara berasap kabut (asbut) atau smoke and fog (smog) akan mengurangi jarak pandang (visibility) kita. Hal tersebut sangat membahayakan keselamatan pengendara mobil dan motor, selain juga keselamatan penerbangan. Smog atau asbut umumnya disebabkan oleh adanya reaksi fotokimia dari senyawa organik volatil (VOC atau volatile organic compounds) dengan NOx. Dampak terhadap bangunan; akibat fenomena hujan asam maka air hujan dapat memiliki pH antara 3 sampai 4. Selain menganggu tumbuhan dan ekosistem air, hujan asam juga merusak material bangunan seperti besi-besi baja, beton, dan batu-batuan. Paparan air hujan asam akan menggerus permukaan batu secara perlahan-lahan sehingga bat uakan menjadi rusak. Hal ini mudah terlihat dari patung-patung tua yang ada di sekeliling kita. Demikian juga pada dinding-dinding gedung yang berubah menjadi kehitaman dan kusam. Dampak terhadap kondisi iklim; akumulasi CO2, metana, dan N2O dapat membentuk lapisan tipis di troposfer. Pantulan panas matahari akan terhambat sehingga suhu bumi pun meningkat (global warming). Senyawa chlorofluorocarbon (CFC) dapat menjangkau lapisan stratosfer dan memecah molekul-molekul ozon. Kerusakan lapisan ozon di stratosfer menyebabkan sinar UV-B matahari tidak terfilter dan masuk ke permukaan bumi sehingga dapat mengakibatkan kanker kulit pada manusia yang terpapar sinar teresbut. Dampak terhadap kondisi iklim umumnya digolongkan sebagai dampak skala makro. Jangkauannya dapat mencapai ribuan

kilometer lebih. Dampak skala makro umumnya disebabkan oleh unsur-unsur polutan yang relatif stabil, seperti CO2, metana, dan CFC. Dampak terhadap kesehatan manusia, aspek estetika, dan keutuhan bangunan umumnya terjadi dalam skala mikro dan skala meso yang jangkauan dampaknya dapat mencapai ratusan kilometer (Roosita, 2007). Secara ringkas, aktivitas yang terkait langsung dengan upaya mengurangi efek emisi adalah : Implementasi CDM (Clean Development Mechanism); melakukan peningkatan dan rekondisi peralatan pabrik serta pengendalian operasi pabrik dalam rangka penghematan energi; meningkatkan kapasitas produksi sehingga indeks kebutuhan bahan bakar/produk menjadi lebih kecil; meningkatkan produksi blended cement dan optimalisasi penggunaan substitusi terak; pengendalian gas buang (Anonim, 2008); pemasangan filter harmoni untuk efisiensi penerimaan listrik dari PLN; pemanfaatan bahan bakar alternative; penggantian secara bertahap Freon kendaraan menjadi hidrokarbon (Hakim, 2010).

KESIMPULAN Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan pada kawasan industri Dramaga Bahagia maka dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi cerobong maka sebaran konsentrasi kontaminan akan meningkat. Kemudian, semakin tinggi cerobong maka akan semakin kecil jarak paparan konsentrasinya. Oleh karena itu, perlu diadakan pemantauan dan perhitungan yang baik agar pembangunan cerobong dapat memenuhi kriteria yang disyaratkan sehingga tidak menyebabkan dampak buruk bagi kesehatan manusia, tumbuhan, hewan, keutuhan bangunan, dan estetika lingkungan. DAFTAR PUSTAKA [Anonim]. 2008. Pengendalian Gas Buang. [terhubung berkala]

http://smk3ae.wordpress.com/2009/03/29/pengendalian-emisi-gas-buang-dengan-katalitik-konverter/ (13 Oktober 2012)

[Anonim]. 2012. Sumber Emisi Gas. [terhubung berkala] http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/2253424-sumber-emisi-gas/ (13 Oktober 2012)

Roosita, Hermien. 2007. Memprakirakan Dampak Lingkungan: Kualitas Udara. Jakarta: Deputi Bidang Tata Lingkungan - Kementerian Negara Lingkungan Hidup.

Hakim, Abigail. 2010. Dunia Perkapalan dan Dampak Emisi Karbo. [terhubung berkala] http://gagasanhukum.wordpress.com/tag/dampak-emisi-karbon/. (13 Oktober 2012)

Yauwessia. 2010. Pengendalian Dampak Emisi. [terhubung berkala] http://csrsemengresik.com/2012-05-25-11-44-21/pengendalian-emisi/162-pengendalian-emisi.html (13 Oktober 2012)

[KEPMENLH]_Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup KEP.13/MENLH/3/1995 Tentang Baku Mutu Emisi Sumber Tidak Bergerak.

Lampiran 1. Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 13 Tahun 1995 tanggal 7 Maret 1995 tentang Baku Mutu Emisi Sumber Tidak Bergerak