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 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 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.

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 Pb-darah 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 oksida-oksida 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  x  x   x ---- = ---- Kx --- + --- Ky ---- + --- Kz ----- dt 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 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, Cx,y = -------------

Sistem rekayasa pengendalian pollusi udara 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