ATMOSPHERIC DISPERSION Dispersi/Persebaran Atmosfir

Suara Merdeka, 16 April 2009

Faktor-faktor yang mempengaruhi dispersi gas-gas ke atmosfir adalah : Keharusan untuk mengurangi emisi atmosfir menjadi minimum atau paling tidak di bawah Nilai ambang batas yang ditentukan. Bagaimanapun juga, terdapat beberapa residu emisi yang tidak dapat dihilangkan dan ini harus secara aman didispersikan ke lingkungan. Faktor-faktor yang mempengaruhi dispersi gas-gas ke atmosfir adalah : Suhu Kecepatan angin Turbulensi

SUHU Suhu merupakan faktor kritis. Pada umumnya suhu atmosfir berkurang terhadap ketinggian dan perubahan nyata suhu terhadap ketinggian dikenal sebagai environmental lapse rate (ELR). Udara yang berasal dari permukaan bumi, jika naik, akan dingin karena ekspansi perubahan tekanan. Laju pendinginan dikenal sebagai dry adiabatic lapse rate (DALR) dan kira-kira 9,80C per kilometer, sampai terjadinya pengembunan. The environmental lapse rate (ELR) akan menentukan apa yang terjadi dengan kantung udara jika dilakukan pemaksaan untuk naik

Gambar 1. Stabilitas Temperatur dan Atmosfir

Gambar 1.a. menunjukkan situasi di mana ELR mempunyai perubahan temperatur yang besar terhadap ketinggian dari pada DALR. Hal ini berarti sejumlah kecil volume udara dipindahkan ke atas dan menjadi kurang berat daripada sekelilingnya dan akan berlanjut dengan gerakannya ke atas. Hal ini merupakan kondisi yang dikehendaki untuk dispersi atmosfir dan dikenal dengan Unstable Conditions

Gambar 1.b. menunjukkan situasi di mana ELR dan DALR secara kasar sama, dikenal dengan Neutral Conditions. Dalam hal ini, tidak ada kecenderungan untuk perpindahan volume untuk memperoleh atau kehilangan gaya ke atas. Situasi ketiga ditunjukkan Gambar 1.c. di mana ELR pada kondisi suhu meningkat terhadap ketinggian, dikenal sebagai Inversion. Hal ini dikenal dengan Stable Conditions dan memberikan tahan yang kuat terhadap gerakan ke atas dari suatu perpindahan volume udara. Stable Conditions merupakan problem utama dalam titik pandang dispersi gas.

Gambar 2. Tipikal Variasi Stabilitas Atmosfir Harian

Pada lapisan lebih bawah atmosfir. ELR berubah terhadap waktu tiap hari. Gambar 2. menunjukkan jenis variasi harian stabilitas atmosfir. Dimulai sebelum terbit matahari, suhu minimum adalah pada permukaan bumi. Hal ini disebabkan oleh hilangnya panas radiasi gelombang panjang. Ini akan menyebabkan suatu inversi (meningkatnya suhu terhadap ketinggian) sampai mungkin 100 meter. Segera setelah matahari terbit, pemanasan pada lapisan atas terjadi, tetapi inversi masih tersisa pada lapisan yang lebih tinggi. Sekitar tengah hari, pemanasan telah meluas dari permukaan bumi, sehingga sekarang dalam kondisi tidak stabil (unstable conditions) yaitu berkurangnya suhu terhadap ketinggian melalui lapisan atmosfir lebih rendah. Mendekati matahari terbenam, terdapat radiasi dari permukaan bumi, dan inversi mulai meluas ke permukaan

Gambar Sebaran polutan udara pada berbagai stabilitas atmosfir.

KECEPATAN ANGIN Tidak hanya perubahan arah angin akan tetapi juga kecepatan angin meningkat terhadap ketinggian di atas permukaan bumi ketinggian maksimum di mana kecepatannya sama dengan udara bebas (free air) atau kecepatan angin geostrophik. Laju perubahan kecepatan angin terhadap ketinggian disebabkan oleh topografi. Bangunan-bangunan di area pedesaan, misalnya memperlambat udara sampai ke tanah, hal ini berarti bahwa kecepatan maksimum terjadi pada ketinggian yang lebih tinggi dari pada ketinggian permukaan daerah kita.

TURBULENSI Turbulansi mekanik disebabkan oleh kekasaran dari permukaan bumi. Jauh dari permukaan, turbulensi konvektif (pemanasan udara yang naik dan pendinginan udara yang turun) menjadi sangat penting. Banyaknya turbulensi dan ketinggian yang beroperasi tergantung pada kekasaran permukaan, kecepatan angin dan stabilitas atmosfir. Masalah utama bagi perancang adalah untuk menentukan tinggi cerobong yang cocok. Pada Gambar 3 menunjukkan ketinggian cerobong efektif merupakan kombinasi dari tinggi cerobong nyata dan tinggi kepulan (plume rise). Tinggi kepulan merupakan fungsi kecepatan pembuangan, suhu emisi, dan stabilitas atmosfir.

Gambar 3. Ketinggian Cerobong

Emisi dari cerobong harus mematuhi peraturan lingkungan : konsentrasi dan laju alir polutan. Bagaimanapun juga, cerobong harus cukup tinggi sehingga polutan yang mencapai tanah harus lebih rendah dibandingkan dengan tingkat konsentrasi permukaan tanah yang tertentu dengan otoritas peraturan. Tingkat konsentrasi polutan di permukaan tanah tergantung pada banyak faktor, yang paling penting adalah : Tinggi cerobong emisi Kecepatan dan suhu emisi cerobong Stabilitas atmosfir Keadaan alam topografi sekitarnya

biasanya minimal 10 tahun (idealnya berjangka waktu 30 tahun), Iklim : biasanya minimal 10 tahun (idealnya berjangka waktu 30 tahun), Harian : diukur 3 kali (06.00, 12.00, dan 18.00) Parameter-parameter yang ada (Data BMG) : kelembaban, tekanan udara, suhu udara (tertinggi dan terendah), jumlah hari hujan, curah hujan, evaporasi, radiasi surya, arah angin, kecepatan angin

Tabel Kriteria Iklim No Klasifikasi Iklim Kriteria 1 Thornthwaite Evapotranspirasi potensial dan moisture budget 2 Koppen Suhu dan curah hujan rerata bulanan atau tahunan dikaitkan dengan pertumbuhan vegetasi. 3 Schmidt-Ferguson Curah hujan bulanan. 4 Oldeman Curah hujan dan kebutuhan air tanaman.

Gambar Penentuan Arah Mata Angin Untuk Dari Data Mateorologi 00 BL TL B T BD TG S

Tabel Frekuensi sebaran angin suatu daerah pada waktu tertentu. No Arah angin Kecepatan (m/detik) 0 - 5 5 - 10 10 - 15 > 15 1 Utara .... (...%) 2 Timur Laut 3 Timur 4 Tenggara 5 Selatan 6 Barat Daya 7 Barat 8 Barat Laut

Gambar Pola angin di daerah studi. 5-10 m/det 0-5 m/det  10 m/dett 30% 20% 30% 10% 10% 20% Malam, Oktober 2003 Siang, Oktober 2003 Gambar Pola angin di daerah studi.

Model Pendugaan Emisi Dan Penyebaran Polutan Di Atmosfir Box Model Rollback Model Gaussian Model

Gambar Udara yang Terencerkan dari Box Model yang Sederhana Height, h Length of box, w Wind speed, U Static layer of air Emission rate Gambar Udara yang Terencerkan dari Box Model yang Sederhana

Asumsi : Model paling sederhana, keadaan selalu tetap : emisi, kecepatan angin dan karakteristik udara Pelepasan polutan tercampur sempurna Polutan udara secara kimia stabil Laju emisi polutannya konstan, P (massa/waktu) Memasuki suatu volume udara ambien yang bergerak pada satu arah yang tetap, U Udara yang bergerak dibatasi dari atas oleh lapisan udara yang stabil pada ketinggian, h Udara yang bergerak juga dibatasi oleh arah tegak lurus terhadap kecepatan angin Model ini menggambarkan suatu lembah di manan udara melewati suatu daerah (zona) dengan lebar, w, yang terbentuk dari dua baris bukit.

Konsentrasi Polutan yang dilepaskan ke udara ambien : C = P/(U h w) C = konsentrasi polutan j, ppm U = kecepatan angin, dianggap konstan, m/jam P = laju emisi polutan j, µg/jam h = tinggi kolom udara, m w = lebar kolom udara, m Jika kecepatan angin sangat rendah (mendekati nol) C= [P . t / (x w h)] x = panjang kolom udara, m t = waktu emisi, detik

Hubungan Linier Antara Emisi dan Konsentrasi pada Rollback Model kP + b b : background level Mass of emissions per unit time, P Hubungan Linier Antara Emisi dan Konsentrasi pada Rollback Model

Pendekatan sederhana untuk menduga emisi yang mempengaruhi kualitas udara ambien Asumsi : Jumlah total polutan yang dilepas di suatu daerah pada suatu waktu tertentu (p) mempunyai hubungan linier dengan konsentrasi pada titik tertentu c = kp + b c : konsentrasi polutan, µg/m3 b : background concentration (emisi = 0), µg/m3 k = konstanta empirik Nilai k : k = (c – b)/p C : konsentrasi partikulat dekat stasiun pengukuran, µg/m3

Gaussian Model Model penyebaran yang paling banyak digunakan Dapat menentukan konsentrasi di beberapa titik ruang Asumsi : Laju emisi polutan konstant Kecepatan dan arah angin rerata konstant Sifat kimia senyawa stabil dan tidak berubah di udara Daerah sekitar sumber pencemar adalah datar dan terbuka Diturunkan dari Hukum Kekekalan Massa dalam bentuk persamaan differensial + adveksi dan difusi Konsentrasi polutan searah angin (downwind) Sistem koordinat 3 dimensi

Gaussian Model Rumus umum untuk 3 dimensi Konsentrasi di permukaan tanah (z=0)

Keterangan : Q = Laju emisi konstant (μgr/detik) U = Kecepatan angin konstant (m/detik) h = Ketinggian emisi efektif dari cerobong (m) ty = koeffisien dispersi horizontal (m) tz = koeffisien dispersi vertikal (m)

Koeffisien Dispersi Horizontal

Koeffisien Dispersi Vertikal

Tabel Stabilitas atmosferik, Turner Kec. angin pada ketinggian 10 m, m/det Siang Malam Strong Moderate Slight > 1/2 cloud clear to 1/2 cloud < 2 A A-B B - 2-3 C E F 3-5 B-C D 5-6 C-D >6 Sumber : Perkins, 1974

Tabel Penggolongan Stabilitas atmosferik (Forsdyke, 1970) Kec. angin pada ketinggian 10 m, m/det Intensitas Radiasi Sinar Surya Siang Hari Penutupan Awan Rendah Malam Hari Strong Moderate Slight > 4/8 < 3/8 < 2 A A-B B - 2-3 C E F 3-5 B-C D 5-6 C-D >6 A = sangat tidak stabil D = netral B = tidak stabil E = agak stabil C = agak tidak stabil F = stabil