1 ANALISIS KARAKTERISASI PARTIKULAT UDARA ABIENT DI SURABAYA
Eka Fitriani Ahmad1), Muhayatun Santoso2),Anni Anggraeni1) 1) Program Studi Magister Kimia FMIPA UNPAD
Jl. Singaperbangsa No.2 Bandung 40133, e-mail: ekafitrianiahmad@gmail.com 2) PSTNT BATAN-Bandung
Jl. Taman Sari No. 71 Bandung 40132
Abstract
Pencemaran udara merupakan dampak yang sangat merugikan, tidak hanya bagi manusia tapi juga akan berdampak buruk bagi ekosistem hewan dan tumbuhan. Pada penelitian ini akan mengkaji pencemaran udara dari Oktober 2012 hingga Februari 2014 melalui Karakterisasi partikulat udara ambien yang meliputi konsentrasi PM 2,5 μ m, konsentrasi PM 10 μ m, konsentrasi black carbon dan konsentrasi unsur logam yang terkandung di dalam partikulat. Hasil dalam percobaan ini adalah konsentrasi PM 2.5 telah melebihi nilai baku mutu tahunan yaitu sebesar 15.05 μ g/m3, konsentrasi PM 10 sebesar 30.41 μ g/m3 sehingga tidak melebihi nilai ambang baku, dan Konsentrasi Pb telah melebihi nilai baku mutu USEPA yatu sebesar 0.28 μ g/m3
Kata kunci:Particulate matter,Black Carbon, Unsur Logam, Surabaya. 1. Pendahuluan
Pencemaran udara didefinisikan sebagai masuknya suatu komponen lain kedalam udara ambien dengan jumlah tertentu sehingga kualitas udara menurun yang akan berdampak membahayakan bagi kesehatan manusia dan ekosistem alam (Cooper et al, 2014). Pencemaran udara dapat menyebabkan ganguan pada kesehatan manusia, kehidupan flora dan fauna ataupun kerusakan material sehingga terjadinya gangguan atau penurunan kualitas hidup dan kenyamanan dalam melaksanakan kegiatan (Foster, 1994). Parameter utama pencemaran udara yang memiliki dampak signifikan pada kesehatan adalah
particulate matter (PM). Jenis dari PM bervariasi tergantung dengan ukuran partikulat. Semakin kecil partikulat udara semakin mudah masuk kedalam route of exposure melalui pernafasan, dimana efek dampak yang ditimbulkan tergantung pada komposisi kimia durasi paparan dan kerentanan individu (Crawford, 2006). Ukuran partikulat merupakan faktor penentu pada efisiensi deposisi paru (Laden et al, 2000). Menurut Marshall (2013), ukuran PM dengan diameter < 2,5 μ m dapat menembus ke wilayah alveolar dari paru-paru dan dapat masuk kedalam siklus aliran darah sehingga dapat sebagai pemicu peradangan serta menyebabkan kerusakan oksidatif (pembentukan plak di pembuluh darah). Selain itu, Masalah pencemaran udara juga dapat sebagai pemicu timbulnya peningkatan kematian yang terkait dengan pernapasan, penyakit jantung dan kanker paru-paru (Ostro, 1994). Pope et al (2011) juga menyatakan dampak kesehatan yang diakibatkan oleh pemajanan PM akan mengakibatkanpremature mortality, meningkatnya penyakit respirasi kronik, dan terjadi perubahan fungsi paru. Selain dapat merusak kesehatan pada manusia, efek pencemaran udara akibat PM dapat menyebabkan perubahan ekologi dan juga menyebabkan hamburan cahaya sehingga dapat mengurangi visibilitas yang dapat mempengaruhi keselamatan transportasi, nilai properti, dan estetika (Fierro, 2000).
yang menimbulkan pencemaran udara, dan pada akhirnya dapat mempengaruhi kesehatan manusia serta menimbulkan penyakit-penyakit yang salah satunya berhubungan dengan saluran pernafasan.
Selain PM, penentuan komponen senyawa kimia perlu dilakukan analisis karena logam-logam yang terkandung akan masuk ke dalam tumbuh sehingga berdampak pada kesehatan (Crawford, 2006). Logam Pb merupakan salah satu dari beberapa komponen senyawa yang ada pada PM. Efek toksisitas dari Pb jika terakumulasi dapat meracuni sistem pembentukan darah merah, gangguan tekanan darah tinggi, serta keracunan jaringan lainnya. Pada anak kecil, timbal dapat menimbulkan penurunan kemampuan otak setiap kenaikan 1 mikrogram/m3darah, Pb dapat menurunkan 0,975 skor IQ (intelligent Quotient) seorang anak (Komite Penghapusan Bensin Bertimbal, 1999).
2. Metodelogi Penelitian
Metode pengambilan sampel menggunakan sistem Gent Sampler yang berada di atap gedung tersebut selama 24 jam dengan laju alir ± 18 L/min. Prinsip kerja dari penggunaan Gent Sampler adalah untuk mengumpulkan sampel partikulat udara dengan menggunakan dua filter (finedancoarse) yang terhubung dengan pompavaccum. Material filter yang digunakan berjenispolycarbonate dengan diameter 47 mm, dengan ukuran pori 8 μ m untuk coarse partikel dan 4 μ m untuk fine partikel. Tujuan penggunaan fine filter untuk mengumpulkan PM 2.5 sedangkan padacoarse filter untuk mengumpulkan PM 2.5-10.
Analisis pengukuran partikulat menggunakan metode gravimetri dilakukan di Laboratorium Teknik Analisis Radiometri PSTNT-BATAN Bandung. Tujuan dari analisis gravimetri adalah untuk menentukan berat massa dari sampel PM dengan mengukur selisih berat massa dari berat jenis sebelum dan sesudah dilakukan proses sampling, dimana kondisi ruangan diatur pada suhu 18-23 oC dan kelembapan 45-55. Hal ini dilakukan supaya kadar air dalam debu tersebut stabil. Selisih berat massa yang diperoleh sebelum dan sesudah dilakukan sampling merupakan besaran konsetrasi dari PM tersebut.
Pengukuranblack carbon menggunakan alat EEL 43D Smoke Stain Reflactometer. Prinsip dari penggunaan reflektansi pada dasarnya ditentukan dengan hukumLambert-Beer
dimana sumber cahaya yang dipancarkan kefilter akan mengalami reflektansi yang kemudian akan diukur oleh Reflectometer Optical Unit. Selain itu, analisis unsur logam pada penelitian ini menggunakan EDXRF 3D Epsilon 5. Keuntungan penggunaan EDXRF adalah multiunsur, non destruktif, memiliki sensitivitas dan selektivitas yang tinggi serta memiliki batas deteksi pada tingkat ng. Selain itu, keuntungan penggunaan EDXRF dapat mendeteksi unsur seperti Si, S dan Pb.
3. Hasil dan Pembahasan
Pada penelitian ini pengambilan sampel partikulat udara berlokasi di UPT Laboratorium Uji Kualitas Lingkungan Badan Lingkungan Hidup Provinsi Jawa timur yang beralamat di Jl. Wisata Menanggal No. 38 Surabaya dimana proses pengambilan data yaitu mulai Oktober 2012 hingga Februari 2014.
Konsentrasi PM 2.5 diperoleh dari filterfine partikel sedangkan untuk konsentrasi PM 10 diperoleh dengan menjumlahkan filter fine dan filter coarse. Setelah itu, membandingkan dengan standar untuk menentukan apakah konsentrasi dari PM udara ambient di Surabaya telah melebihi ambang batas. Hasil pengukuran PM 2.5 berdasarkan
3 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 4 -O ct -1 2 4 -N o v -1 2 4 -De c-1 2 4 -J a n -1 3 4 -F e b -1 3 4 -M a r-1 3 4 -A p r-1 3 4 -M a y -1 3 4 -J u n -1 3 4 -J u l-1 3 4 -A u g -1 3 4 -S e p -1 3 4 -O ct -1 3 4 -N o v -1 3 4 -De c-1 3 4 -J a n -1 4 4 -F e b -1 4 K o n se n tr a si m a ss a P M 2 ,5 ( g / m 3) Waktu Sampling PM 2.5
Baku Mutu PM 2.5 Harian
Gambar 3.1 Konsentrasi Massa PM 2.5 di Surabaya
Gambar 3.2 Konsentrasi Massa PM 10 di Surabaya
Pada Gambar 3.1 terlihat bahwa fluktuatif harian PM 2,5 di Surabaya telah melebihi baku mutu harian yang telah di tetapkan PP No. 41 Tahun 1999. Sedangkan fluktuatif PM 10 di Surabaya masih di bawah nilai baku mutu yang telah ditetapkan. Fluktuatif tinggi rendahnya konsentrasi pada PM 2.5 dan PM 10 sangat dipengaruhi oleh musim. Berdasarkan data meteorologi, pada awal tahun 2013 diawali dengan musim hujan, sehingga konsentrasi partikulat di udara menjadi rendah karena partikulat di udara akan tertangkap oleh butiran-butiran air hujan. Sedangkan musim kemarau 2013 diawali dibulan Juli namun masih dalam kategori kemarau bulan basah dengan curah hujan lebih besar dari 100 tetapi kurang 150 mm perbulan sehingga masih terjadi hujan dengan intensitas bervariasi. Pada bulan Agustus musim kemarau dengan curah hujan 0. Sehingga bila dikaitkan dengan pattern partikulat berdasarkan tanggal sampling, konsentrasi tinggi di bulan Juli dan Agustus dikarenakan telah memasuki musim kemarau yang mengakibatkan konsentrasi sangat tinggi.Secara umum, Ringkasan Hasil Pengukuran Konsentrasi PM 2.5 dan PM 10 pada sampel partikulat udara di Surabaya ditunjukkan pada Tabel 3.1
Tabel 3.1 Konsentrasi PM (PM 2,5 dan PM 10) Parameter Rerata
(μ g/m3)
Rentang (μ g/m3)
Standar Deviasi (μ g/m3)
PM 2,5 15.05 8.53 - 26.38 4.77
Berdasarkan PP 41 tahun 1999 tentang baku mutu udara ambien pada partikulat matter, PM 2,5 μ g/m3telah melebihi baku mutu tahunan yaitu 15.05 μ g/m3sedangkan baku mutu yang telah di standarkan yaitu 15 μ g/m3. Namun pada Gambar 4.2 menunjukkan terdapat kenaikan dua kali kondisi normal konsentrasi PM 2.5. Pada PM 10 belum melebihi ambang batas yang telah ditentukan karena untuk PM 10 yaitu 150 μ g/m3. Apabila merujuk pada standar US EPA (PM 2.5 berkisar 35 μ g/m3dan PM 10 berkisar 150 μ g/m3), konsentrasi partimulat matter (PM 2.5 dan PM 10) di Surabaya dan Sekitarnya belum melebihi nilai ambang batas yang ditentukan. Namun bila merujuk pada standar yang telah ditetapkan WHO, dimana standar untuk PM 2,5 dan PM 10 berkisar 25 μ g/m3 dan 50 μ g/m3maka kota Surabaya telah melebihi ambang batas dimana PM 2,5 memiliki rentang konsentrasi 8.53 - 26.38 μ g/m3 dan PM 10 memiliki rentang konsentrasi 18.35 – 50.65 μ g/m3. Apabila melihat Rasio antara PM 2.5 dan PM 10 memberikan nilai rerata sebesar 0.49 yang menunjukkan bahwa PM 2.5 memberikan konstribusi 0.49 dari total massa PM 10 serta mengidentifikasikan bahwa pencemaran dari sumber atropogenik mencapai 49%. Tingginya konstribusi konsentrasi PM 2.5 disebabkan oleh oleh peningkatan jumlah kendaraan bermotor, maupun konsumsi bahan bakar fosil untuk kegiatan perindustrian. Rasio antara PM 2.5 dan PM 10 ditunjukkan oleh Gambar 3.3
Gambar 3.3 Korelasi PM 2,5 dan PM10 Di Surabaya
Selain konsentrasi, kajian perhitungan komposisi dalam konsentrasi patikulat dapat ditentukan dengan menggunakan teknikconstructed mass (RCM). RCM merupakan suatu metoda penjumlahan dari konsentrasi berbagai macam faktor yang berdistribusi pada konsentrasi PM. Lima faktor utama yang terdapat pada komposisi pembentuk partikulat diantaranya black carbon (BC), material organik (MO), sulfat, garam laut (seasalt), debu tanah (soil), dan asap (smoke). Perhitungan dari penjumlahan RCM adalah sebagai berikut:
RCM = Sulfat + Seasalt + Smoke + Soil + BC + MO
Setiap faktor merupakan hasil jumlah konsentrasi massa unsur-unsur penanda, seperti:
Sulfat = 4.125 X S Seasalt = 2.54 X Na Smoke = K–0.6 Fe
5 Berdasarkan perhitungan diatas, maka konsentrasi massa RCM pada partikulat matter PM 2.5 dan PM 10 di deskripsikan pada Tabel 3.2 sebagai berikut:
Tabel 3.2 Perbandingan KomposisiFinePartikulat danCoarsePartikulat
Faktor Fine Coarse
Konsentrasi (μ g/m3)
Faktor/PM 2.5 (%)
Konsentrasi (μ g/m3)
Faktor/PM 2.5-10 (%)
BC 3.20 20.95 0.71 4.36
Sulfur 2.19 14.36 0.78 4.78
Sea salt 0.71 4.67 0.64 3.90
Smoke 0.20 1.33 0.13 0.80
Soil 1.70 11.13 5.14 31.47
RCM 8.01 7.40
PM 15.27 16.34
RCM/PM 52.44 45.31
Pada Tabel 3.2 terlihat perbandingan komposisi pada RCM fine partikulat dan
coarse partikulat maka dapat dianalisa bahwa komposisi fine partikulat didominasi oleh
black carbonyang umumnya berasal dari kegiatan antropogenik dan padacoarsepartikulat di dominasi olehsoil yang umumnya berasal dari biogenik. Konsentrasi massa total RCM pada Oktober 2012 – Januari 2014 adalah 8.01 μ g/m3pada fine partikel dan 7.40 μ g/m3 padacoarsepartikel. Hal ini sejalan dengan penelitian yang telah dilakukan Hopke (2008) bahwa semakin kecil ukuran aerodinamik suatu partikulat, maka semakin besar efesiensi pengumpulan pada filter. Untuk ukuran diameter partikulat 2 μ m dan 10 μ m masing -masing mempunyai efesiensi pengumpulan konstanta 1.0 dan 0.5. Rasio komposisi RCM terhadap pengukuran konsentrasi massa partikulat untuk fine partikel sebesar 52.44% , sisanya 47,56 % merupakan konsentrasi dari organik. Untuk coarse partikulat sebesar 45.31% sisanya 54,69 % merupakan konsentrasi dari organik.
Fine coarse
BC
soil
smoke
seasalt
sulfat
20.95%
11.13%
4.67%
14.36%
4.36%
31.47%
3.90% 4.78% 1.33%
0.80%
Gambar 3.4 Perbandingan KomposisiFinePartikulat danCoarsePartikulat
reflektansi menggunakan alat EEL 43D Smoke Stain Reflactometer terdeskripsikan pada Tabel 3.3
Tabel 3.3 ParameterBlack Carbon
Parameter Rerata (μ g/m3)
Rentang (μ g/m3)
Standar Deviasi (μ g/m3)
Rasio BC/PM (%) BC (PM 2.5) 3.20 1.56–5.69 0.84 22 BC (PM 2.5–PM 10) 0.71 0.31–1.30 0.23 5
Berdasarkan Tabel selama periode Oktober 2012 hingga Februari 2014, konsentrasi
black carbon pada PM 2.5 di Surabaya berada di rentang konsentrasi 1.56 – 5.69 μ g/m3 dengan rerata konsentrasi 3.20 μ g/m3 sedangkan black carbon pada PM 2.5-10 berada di rentang konsentrasi 0.31 – 1.30 μ g/m3dengan rerata konsentrasi 0.71μ g/m3. Konsentrasi
black carbon pada PM 2.5 lebih besar konsentrasinya bila dibandingkan dengan black carbonpada PM 2.5-10. Hal ini dikarenakan, black carbonmerupakan jelaga hitam yang dihasilkan dari proses pembakaran yang tidak sempurna sehingga sebagian besar berasal dari sumber antropogenik seperti biomass dan aktivitas di jalan raya yang umumnya terabsorb kedalam PM 2.5. Pernyataan ini sejalan dengan penelitian yang dilakukan Ibrahim et al (2013) yang menyatakan bahwa konsentrasi BC pada PM 2.5 lebih tinggi daripada konsentrasi BC pada PM 2.5-10 Konstribusiblack carbon dalam PM 2.5 adalah 22% dan konstribusiblack carbondalam PM 2.5-10 adalah 5 %.
Selain black karbon, faktor-faktor lain yang terdapat pada partikulat matter merupakan finger print dari berbagai logam pembentuknya. Setiap wilayah memiliki logam-logam yang khas sebagai contoh apabila wilayah tersebut dekat dengan pantai kemungkinan logam Na akan terkadung kedalam partikulat. Pengukuran komposisi unsur logam adalah faktor utama dalam penggunaan data untuk menentukan kemungkinan sumber pencemar, dimana proses identifikasi dan pengelompokkan polutan ke sumbernya adalah langkah yang sangat penting pada management kualitas udara. Untuk wilayah Surabaya pada periode Oktober 2012 hingga Januari 2014, partikulat mengandung logam-logam sebagai berikut (Tabel 3.4)
Tabel 3.4 Logam-logam yang Terkadung padaFinedanCoarsePartikel. Unsur PM 2,5 (ng/m3) PM 2,5-10 (ng/m3)
Min Max Mean St. Dev Min Max Mean St. Dev Na 21.87 597.45 280.57 119.95 29.07 585.71 250.79 137.44 Al 137.23 514.74 185.14 54.76 213.96 886.51 437.28 150.66 Si 55.64 1245.08 167.29 165.13 241.35 1827.99 772.89 337.39 S 5.67 955.31 531.33 176.17 1.90 665.02 189.23 127.53 K 11.14 442.78 203.50 87.81 46.42 323.94 130.18 60.35 Ca 27.64 267.85 85.36 38.88 199.75 1438.41 507.49 240.06 Ti 3.91 23.10 9.12 3.00 12.40 82.04 32.13 14.16 Mn 3.38 30.42 13.05 6.04 6.20 43.84 18.26 8.74 Fe 212.04 475.16 320.74 63.23 304.05 1174.97 609.72 181.60 Cu 15.16 991.76 317.33 204.99 15.98 803.06 270.80 178.17 Zn 8.11 1910.85 324.64 400.83 2.09 835.42 118.66 159.83 Pb 21.87 597.45 280.57 119.95 29.07 585.71 250.79 137.44 Berdasarkan tabel 4.5 unsur-unsur logam yang terkandung pada fine maupun coarse partikel terdapat 12 unsur logam yaitu unsur Na, Al, Si, S, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn dan Pb. Unsur logam Pb menjadi fokus penelitian ini karena konsentrasi logam Pb merupakan logam yang bersifat toksik. Selain itu, berdasarkanNational ambient air Quality Standards
7 konsentrasi Pb berdasarkan NAAQS sebesar 0.15 μ g/m3 sedangkan konsentrasi Pb di Surabaya untuk fine partikulat sebesar 0.28 μ g/m3 dan untuk coarse patikel sebesar 0.25 μ g/m3 sehingga unsur logam Pb telah melebihi baku mutu yang telah ditetapkan. Namun bila dibandingkan dengan standar baku mutu PP 41 tahun 1999 untuk Pb sebesar 2 μ g/m3 (24 jam) atau 1 μ g/m3 (1 hari) maka Surabaya belum melebihi baku mutu yang telah ditetapkan.
4. Kesimpulan
Kualitas Udara di Surabaya:
• Konsentrasi PM 2.5 telah melebihi nilai baku mutu tahunan yaitu sebesar 15.05 μ g/m3
• Konsentrasi PM 10 sebesar 30.41 μ g/m3 sehingga tidak melebihi nilai ambang baku
• Konsentrasi Pb telah melebihi nilai baku mutu USEPA yatu sebesar 0.28 μ g/m3 Daftar Pustaka
Breu, F., Guggenbichler, S., & Wollmann, J. (2013).World Health Statistics 2013. Vasa. doi:978 92 4 156458 8
Chamidha, 2004, Policy for Air Pollution Control Strategy By Using the Air Pollutant Dispersion Model (PM10) in Surabaya, Clean Air Asia Center, Philippines. Cooper, C.D., Alley, F.C. (1994), Air Pollution Control a Design Approach second edition,
Waveland Press Inc, Illionis, 2-3.
Paatero, P., and U. Taaper., 1997, Positive Matrix Factorization: A Non-Negative Factor Model With Optimal Utization of Error Estimates of Data Value. Enviromentric5,111-126
Santoso, M., P.K Hopke, A Hidayat, D.D Lestiani, 2008, Sources Identification of The Atmospheric Aerosol at Urban and Suburban Sites in Indonesia by Positive Matrix Factorization, J. Science of The Total Environment
Santoso, M, D.D Lestiani, A. Markwitz, and P.K Hopke, 2010, Nuclear Analytical Techniques INAA and PIXE Application for Characterization of Airborne Particulate Matter in Indonesia, J. of Applied Sciences in Enviromental Sanitation, Vol. 5, No.2
Santoso, M, D.D Lestiani, A. Markwitz, Rita, Esrom, Halimah and P.K Hopke, 2011, Preliminary Study of the Source of Ambient Air Pollution in Serpong, Indonesia, J Air Pollution Research
