Karakterisasi Particulate Matter (Pm) Dengan Teknik Analisis Nuklir Dan Strategi Pengendaliannya Studi Kasus Kota Tangerang Selatan.
KARAKTERISASI PARTICULATE MATTER(PM) DENGAN
TEKNIK ANALISIS NUKLIR DAN STRATEGI PENGENDALIANNYA
STUDI KASUS KOTA TANGERANG SELATAN
LEONS RIXSON
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Karakterisasi Particulate
Matter (PM) dengan Teknik Analisis Nuklir dan Strategi Pengendaliannya Studi
Kasus Kota Tangerang Selatanadalah benar karya saya denganarahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
L eons Rixson
NIM P052130771
RINGKASAN
LEONS RIXSON.Karakterisasi Particulate Matter (PM) dengan Teknik Analisis
Nuklir dan Strategi Pengendaliannya Studi Kasus Kota Tangerang
Selatan.Dibimbing oleh ETTY RIANI dan MUHAYATUN SANTOSO.
Kota Tangerang Selatan merupakan wilayah yang mempunyai batas
administrasi dengan DKI Jakarta, Bogor dan Kabupaten Tangerang,sebagai
daerah yang berbatasan langsung dengan Ibukota DKI Jakarta menjadi dasarfokus
utama pembagunan Kota Tangerang Selatan adalah di sektor pemukiman.
Ketersediaan lahan pemukiman serta fasilitasnya serta semakin sempit dan
mahalnya harga lahan di DKI Jakarta menjadi pendorong bagi masyarakat untuk
bertempat tinggal di kawasan ini.Peningkatan pertumbuhan penduduk di Kota
Tangerang Selatanmenyebabkan terjadinyapeningkatan aktivitas kegiatan
manusiaseperti transportasi, industri pemukiman dan lain-lain hingga kemudian
dapat mempengaruhi kualitas lingkungan udara.Penurunan kualitas udara tidak
hanya berasal dari sumber pencemar lokal namun dapat berasal dari suatu lokasi
yang jauh melintasi batas provinsi maupun negara karena dipengaruhi oleh faktor
meteorologi yaitu arah dan kecepatan angin.Salah satu komponen udara yang
dikaji dalam penelitian ini adalah paramater Particulate Matter
(PM)yangmemiliki dampak paling berbahaya bagi kesehatan manusia karena
kemampuannya untuk menembus sistem pernapasan manusia yang paling dalam.
Sampel partikulat (PM2.5 dan PM2.5-10) dikumpulkan di kawasan
PUSPIPTEK dengan pencuplik udara Gent Stacked Filter Unit (Gent SFU
Sampler), periode Januari 2011 sampai Desember 2013, sebanyak 3 s.d 5 kali
dalam sebulan dengan laju alir 18 liter/menit selama 24 jam. Identifikasi multi
unsur dianalisis dengan spektroskopi X-Ray Fluorescence (XRF), karakterisasi
sumber pencemar dilakukan dengan reseptor model Positif Matriks Factorization
(PMF), estimasi lokasi sumber pencemar lokal dengan metode Conditional
Probability Function (CPF) sedangkan perkiraan sumber pencemar dari lokasi
jauh dilakukan menggunakan model dispersi waktu mundurHybrid Single
ParticleLagrangian Integrated Trajectory(HYSPLIT)
Hasil menunjukkan rentang rata-rata konsentrasi massa PM2.5 adalah 12.63
± 1.60 - 15.89 ± 1.70 μg/m3 sedangkan untuk PM10 berkisar 29.00 ± 3.96 - 31.04
± 3.28 μg/m3. Multi unsur yang teridentifikasi dengan XRF adalah Al, Ca, Co, Cr,
Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, S, Si, Ti, V dan Zn. Karakterisasi partikulat halus
(PM2.5) teridentifikasi 5 faktor yaitu industri peleburan logam Pb (9.61%), debu
tanah (17%), campuran industri peleburan logam dan garam laut (13.02%),
transportasi (44.36%) serta pembakaran biomassa (22.58%).Profil sumber
pencemar PM2.5-10 menghasilkan 5 faktor yaitu Industri peleburan logam (6.48%),
campuran industri dan debu tanah (19.04), Campuran garam laut dan biomassa
(3.67%), Debu tanah (45.19%), dan transportasi (25.60%).
Estimasi lokasi sumber pencemar lokal dengan metode CPFmenunjukkan
bahwa salah satu faktor sumber pencemar yaitu sektor industri peleburan logam
Pb berasal dari arah barat bagian luar wilayah administrasi Kota Tangerang
Selatan sedangkan.Hasil Analisis sumber pencemar lokasi jauh dengan
pemodelanHYSPLIT menunjukkan bahwa terdapat kontribusi kebakaran hutan
Negara bagian utara Australia terhadap konsentrasi PM di Kota Tangerang
Selatan.Pengendalian pencemaran PM di Kota Tangerang Selatan dapat dilakukan
dengan mempertimbangkan tiga hal utama yaitu lingkungan, keteknikan yang
ramah lingkungan dan ekonomi.
Kata kunci: Pencemaran udara,XRF Spektroskopi, karekterisasi sumber pencemar,
Conditional probability function (CPF)
SUMMARY
LEONS RIXSON. Characterization of Particulate Matter (PM) with Nuclear
Analysis Technic and Control Strategic study case South Tangerang.Supervised
by ETTY RIANIand MUHAYATUN SANTOSO.
South Tangerang City is an area that has administrative borders with Jakarta,
Bogor and Tangerang, as the area bordering to the capital city of Jakarta the main
focus of development South Tangerang City is in the residential sector.
Availability of residential land and also the facilities as well as the increasingly
narrow and high prices of land in Jakarta is an incentive for people to reside in
this region. Increased population growth in South Tangerang City led to an
increase in the activity of community activities such as transportation, industry
settlementsand further may affect the quality of the air environment. A decrease in
air quality not only from local pollution sources but can come from a faraway
location that can across provincial and state boundaries because it is influenced by
meteorological factors likelyspeed and wind direction. One component of air that
were examined in this study is Particulate Matter (PM), which have the most
harmful effects to human health because of its ability to penetrate deepest of the
human respiratory system.
Samples of particulate matter (PM2.5 and PM2.5-10) were collected in the area
PUSPIPTEK using air samplerGent Stacked Filter Units (Gent SFU Sampler), the
period is January 2011 until December 2013, the frequency is 3 to 5 times a
month with a flow rate of 18 l/m for 24 hours. Identification of multi elements
were analyzed by X-Ray Fluorescence spectroscopy (XRF), the characterization
of pollutant sources analyzed with receptor model of Positive Matrix Factorization
(PMF), the estimated locations of local pollution sources using Conditional
Probability Function (CPF)methods, while estimates of pollutant sources from a
remote location by backward dispersion models Hybrid Single Particle
Lagrangian Integrated trajectory (HYSPLIT).
Results show the average range mass concentration of PM2.5 was 12.63 ±
1.60 to 15.89 ± 1.70 pg / m3, while for PM10 range was 29.00 ± 3.96 to 31.04 ±
3.28 ug / m3. Multi element identified by XRF is Al, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg,
Mn, Na, Ni, Pb, S, Si, Ti, V and Zn. Characterization of fine particulate matter
(PM2.5) identified five factors: Pb metal smelting industry (9.61%), dust land
(17%), mixture of metal smelting industry and sea salt (13.02%), transportation
(44.36%) and biomass burning (22.58%). Profile pollutant sources of coarse
particulate (PM2.5-10)also generate 5 factors: metal smelting industry (6.48%),
mixture of industrial and dust (19.04%), mixture of sea salt and biomass (3.67%),
Dust land (45.19%), and transport (25.60 %).Estimate the location of a local
pollutant sources with the CPF method gives results that one of the factors that
pollutant sources of Pb metal smelting industry sector coming from the west outer
region of South Tangerang city administration.
Analysis results of pollutant sources from distant locations by HYSPLIT
model indicates that there is a contribution of forest fires in Australia's Northern
Territory to the concentration of PM in South Tangerang City. PM pollution
control in South Tangerang City can be done by considering three main points
that is environmental, engineering and economics.
Keyword:air pollution, XRF spectroscopy, characterization of pollutantsource,
conditional probability function
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KARAKTERISASI PARTICULATE MATTER (PM) DENGAN
TEKNIK ANALISIS NUKLIR DAN STRATEGI PENGENDALIANNYA
STUDI KASUS KOTA TANGERANG SELATAN
LEONS RIXSON
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Prof.Dr.June Mellawati
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ialahKarakterisasi Particulate Matter (PM) dengan
Teknik Analisis Nuklir dan Strategi Pengendaliannya Studi Kasus Kota
Tangerang Selatan yang dilaksanakan sejak bulan Januari-Juni 2015.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr.Ir Etty Riani, MS, Ibu Prof.Dr
Muhayatun Santoso, MT selaku pembimbing dan kepadaProf.Dr. June
Mellawatiselaku penguji luar komisi pembimbing yang telah banyak memberi
pengetahuan dan saran dalam penulisan tesis ini. Di samping itu,
penghargaanpenulis sampaikan kepada Kementerian Riset dan Teknologi atas
bantuan dana beasiswa,rekan-rekan pegawai bidang Senyawa Bertanda dan
Radiometri Pusat Sains Teknologi Nuklir Terapan-BATAN (PSTNT-BATAN),
Bapak Dr. Hendig Winarno selaku Kepala Pusat Aplikasi Isotop dan RadiasiBATAN (PAIR-BATAN), rekan-rekan Bidang Keselamatan Kerja dan
LingkunganPAIR-BATAN, Bapak Cepy di PPIKSN-BATAN dan Bapak Esrom
Panjaitan di PUSRPEDAL yang telah membantu selama pengumpulan dan
pengolahan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, istri
dan putri tercinta serta seluruh keluarga, atas segala dukungan doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini mampu memberikan informasi dan pengetahuan
yang bermanfaat bagi pembacanya.
Bogor, Agustus 2015
Leons Rixson
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
xv
DAFTAR GAMBAR
xv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
1
2
4
5
5
2 TINJAUAN PUSTAKA
Pencemaran Udara Ambien
Particulate Matter (PM)
Unsur-Unsur Penyusun Particulate Matter (PM)
Black Carbon (BC) dalam Particulate Matter (PM)
Dampak Kesehatan Particulate Matter (PM) dan Mekanismenya
Spektroskopi XRF
Teknik Reseptor Model
Model Reseptor Positif Matriks Factorization (PMF)
Unsur-Unsur Penanda dan Sumber Pencemar PM
Kebijakan Pengendalian Pencemaran Udara
6
6
6
8
8
9
11
13
14
15
17
3 METODE
Waktu dan Lokasi
Alur Penelitian
Alat dan Bahan
Preparasi Filter dan Sampling PM
Analisis data
Konsentrasi Massa Particulate Matter (PM)
Konsentrasi Massa Black Carbon (BC)
Identifikasi Unsur dengan XRF
Reconstructed Mass (RCM) dan Unsur-unsur Penanda
Karakterisasi dengan EPA Positif Matriks Factorization (PMF) 5.0
Estimasi Lokasi Sumber Pencemar
20
20
20
22
23
24
24
24
26
27
28
29
4 GAMBARAN UMUM DAERAH PENELITIAN
Informasi Lokasi Sampling
Letak Geografis dan Administrasi Wilayah
Tata Guna Lahan dan Kependudukan
Topografi dan Meteorologi
Perkiraan Potensi Sumber Pencemar
31
31
31
32
34
34
5 ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Particulate Matter (PM) Berdasarkan Periode Tahun
Konsentrasi Particulate Matter Berdasarkan Perbedaan Musim
Identifikasi Multi Unsur
Analisis Black Carbon(BC) dan Recunstructed Mass (RCM)
Korelasi Antar Unsur Filter Halus PM2.5
Profil Reseptor Model PMF Filter Halus (PM2.5)
Faktor Profil Reseptor Model Partikulat Kasar (PM2.5-10)
Estimasi Lokasi Sumber Pencemar Lokal
Analisis Trayektori Polutan PM
Manajemen Pengendalian Kualitas Udara
Rekomendasi Pengendalian Pencemaran Udara Particulate Matter (PM)
Pengendalian Sumber Pencemar Lokal
Pengendalian Sumber Pencemar Particulate Matter (PM) Non Lokal
36
36
40
41
43
45
47
49
50
53
55
56
57
59
6 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
60
60
61
DAFTAR PUSTAKA
62
LAMPIRAN
67
RIWAYAT HIDUP
79
DAFTAR TABEL
1. Perbandingan nilai baku mutu Indonesia, USA dan WHO
2. Tinjauan unsur penanda PM oleh de Bruin et al. (2006)
3. Analisis data serta tujuannya
4. Secondary target dan tujuan analisa unsurnya
5. Penggunaan lahan di Kota Tangerang Selatan tahun 2009
6. Kependudukan berdasarkan kecamatan tahun 2013
7. Kondisi meteorologi Kota Tangerang Selatan.
8. Titik rawan kemacetan Kota Tangerang Selatan
9. Hasil deskriptif PM2.5dan PM10periode tahun 2011-2013
10. Uji anova PM periode 2011 s.d 2013
11. Uji Post Hoc
12. Persentase kontribusi PM2.5terhadap PM10
13. Curah hujan Kota Tangerang Selatan periode 2011-2013
14. Analisis deskriptif PM berdasarkan musim
15. Konsentrasi massa rata-rata identifikasi multi unsur PM2.5
16. Konsentrasi massa faktor pembentuk RCM terhadap PM2.5
17. Matrik korelasi antar unsur PM2.5
18. Faktor loadingPM2.5 dengan PCA
8
17
25
26
33
33
35
35
37
38
38
38
39
40
42
44
46
46
DAFTAR GAMBAR
1. Bagan alir kerangka pikir
2. Mode ukuran partikulat udara
3. Proses terjadinya radiasi sinar-X karakteristik
4. XRF Epsilon5 PANalytical
5. Eksitasi tidak langsung pada XRF spectrometer Epsilon5 PANalytical
6. Polarisasi radiasi pendar sinar-X spectrometer Epsilon5 PANalytical
7. Prinsip dasar detektor semikonduktor
8. Contoh unsur penanda hasil emisi pembangkit listrik tenaga batu bara
9. Peta Administrasi Kota Tangerang Selatan
10. Diagram alur penelitian
11. Skematik (a) dan bentuk fisik Gent SFU Sampler(b)
12. Skematik dan bentuk fisik kepala kontainer hitam
13. Smokestain reflectometer
14. Input data matriks EPA PMF 5.0
15. Input S/N pada masing-masing unsur
16. Input data pengolahan estimasi lokasi metode CPF
17. Contoh hasil estimasi lokasi pencemaran metode CPF
18. Rencana Tata Ruang Kota Tangerang Selatan 2011-2030
19. Konsentrasi massa PM2.5 dan PM10 periode 2011-2013
20. Korelasi PM2.5 terhadap PM10periode 2011-2013
21. Grafik konsentrasi massa PM berdasarkan musim
22. Box and whisker plot tiap unsur
23. Time Series unsur K dari pembakaran biomassa
24. Regresi RCM terhadap PM2.5
25. Unsur-unsur sebagai input reseptor model PMF
4
9
11
12
13
13
13
16
20
21
22
23
26
28
29
30
30
32
37
40
41
43
45
45
48
26. Lima faktor sumber pencemar (a) dan komposisi masing-masing faktor profil
(b) PM2.5
49
27. Lima faktor sumber pencemar (a) dan komposisi masing-masing faktor profil
(b) PM2.5-10
50
28. Estimasi lokasi sumber pencemar pada profil 1 dan 3
51
29. Estimasi lokasi sumber pencemar pada profil 2
52
30. Estimasi lokasi sumber pencemar pada profil 4
53
31. Estimasi lokasi sumber pencemar pada profil 5
53
32. Konsentrasi unsur K tertinggi dalam periode tahun sebagai penanda
pembakaran biomassa
54
33. Peta lahan terbakar di Australia Utara berdasarkan bulan tahun 2011
54
34. Trayektori tanggal 29 Agustus 2011
55
35. Modifikasi bagan manajemen kualitas udara menurut US EPA tahun 2015 56
DAFTAR LAMPIRAN
1. Unsur-unsur Penanda PM
67
2. Baku mutu parameter pencemar udara PM, Ozon, NO2 dan SO2 menurut
WHO AQGs 2006
69
3. Time series konsentrasi PM2.5 dan PM10
70
4. Korelasi PM2.5terhadap PM10 periode 2011-2013
71
5. Kesesuaian multi unsur PM2.5terhadap model PMF
72
6. Kesesuaian multi unsur PM2.5 -10terhadap model PMF
73
7. Survei estimasi lokasi sumber pencemar
74
8. Konsentrasi massa multi unsur dan box whisker plotPM2.5-10
75
9. Statistik deskripsi unsur K dalam PM2.5
76
10. Citra satelit dan backward trajectory 16 Agustus 2012
77
11. Backward trajectory 24 September 2013
78
1
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Udara bersih mempunyai komposisi kimia yaitu udara (O2) ± 21 %,
Nitrogen (N2)sebesar ± 78 %, Argon (Ar) ± 0.93%, dan karbondioksida (CO2)±
0.03%, sedangkan sisanya adalah senyawa gas yang berasal dari berbagai proses
alamiah seperti gunung berapi, aerosol lautan, reaksi kimia di atmosfer dan proses
alamiah lainnya.Penurunan kualitas udara yang disebabkan aktivitas alam
(biogenik) dan aktivitas manusia(antropogenik) telah memberi dampak perubahan
komposisi udara bersih atmosfer.Meningkatnya pertumbuhan populasi penduduk
manusia dari waktu ke waktuberakibat terhadap peningkatan kebutuhan akan
energi, sedangkan kebutuhan energi masih bergantung pada bahan bakar fosil
terutama minyak bumi dan batu bara sehingga mengakibatkan konsentrasi gas
SO2, NOx, hidrokarbon, CO2, Particulate Matter (PM), dan Black Carbon (BC) di
atmosfer semakin juga semakin meningkat.
Pertumbuhan populasi penduduk di Kota Tangerang Selatan dengan
berbagai aktivitasnya secara nyata terbukti telah berperan meningkatkan polutan
antropogenik yang mengakibatkan berubahnya komposisi kimia atmosfer
sehingga mengakibatkan menurunnya daya dukung lingkungan udara.Kota
Tangerang Selatan terdiri dari 7 Kecamatan, 49 kelurahan dan 5 desa. Jumlah
penduduk kota Tangerang Selatan hingga tahun 2013 adalah lebih dari 1.4 juta
jiwa dengan kepadatan penduduk 9806 setiap 1 km2, sedangkan rata-rata laju
pertumbuhan 2.72% setiap tahunnya. Laju pertumbuhan penduduk Kota
Tangerang Selatan adalah yang tertinggi dibandingkan dengan kabupaten/kota
yang ada di Propinsi Banten (BPS Tangerang Selatan 2014).Aktivitas manusia
yang beragam mulai dari sektor pertanian, perkebunan, pendidikan, sektor industri
dan transportasi memberikan konstribusi emisi polutan yang dapat menimbulkan
pencemaran udara dan pada akhirnya dapat mempengaruhi kesehatan manusia
serta menimbulkan penyakit yang berhubungan dengan saluran pernafasan.
Publikasi Badan Pusat Statistik (BPS) Kota Tangerang Selatan menyebutkan
Penyakit Infeksi Saluran Pernapasan Akut (ISPA) menempati peringkat ketiga
pada tahun 2013 dan kelima pada tahun 2014 dari sepuluh daftar penyakit
terbanyak pada pasien rawat jalan dan rawat inap di Rumah Sakit Umum Daerah
(RSUD) Kota Tangerang Selatan (BPS Tangsel 2013 dan 2014).
Kajian kualitas udara di kawasan Asia periode tahun 2002-2005 menyatakan
rata-rata konsentrasi massa terendah partikulat kasar dan halus adalah dari Negara
New Zealand, namun demikian 12 dari 22 negara yang ikut berpartipasi
konsentrasi massa PM kasar dan halusnya melebihi nilai baku mutu yang
ditetapkan World Health Orginazation (WHO) (Hopke et al. 2008). Kajian
mengenai kualitas PM di Indonesia belum banyak dilakukan, dari 44 buah stasiun
stasiun pemantau kualitas udara yang dimiliki Badan Meteorologi Klimatologi
dan Geofisika(BMKG)tidak ada stasiun pemantau pencemaran PM2.5(KLHRI
2012).Laporan status lingkungan hidup Indonesia menyatakan bahwa sebelum
tahun 2012 pamantauan konsentrasi perameter pencemaran udara adalah CO, SO2,
NOx, O3 dan PM10.Selain itu, laporan tersebut menyatakan bahwa dari sepuluh
hanya tiga Kota yang aktif melakukan pemantauan PM10, yaitu Jakarta, Surabaya
2
dan Palangkaraya(KLHRI 2012).Hasil kajian yang pernah dilakukan pada bulan
Mei tahun 2007 di calon tapak Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir(PLTN)
Semenanjung Lemahabang Kabupaten Jepara menyatakan bahwa konsentrasi
PM10dan PM2.5 telah melewati nilai baku mutu udara ambien Nasional (Gindo dan
Hari 2008).
Berdasarkan uraianhasil kajian kualitas PM di kota lain, dampak yang
ditimbulkan polutan PM terhadap resiko kesehatan, peringkat penyakit ISPA,
peningkatan pertumbuhan populasi penduduk dan aktivitas kegiatannnya yang
dapat berpotensi sebagai sumber pencemar udara maka diperlukan kajian
pemantauan kualitas parameter pencemar PM di Kota Tangerang Selatan, yang
meliputi identifikasi multi unsur PM, karakterisasi jenis dan estimasi lokasi
sumber pencemar serta rekomendasi strategi pengendaliannya.Penelitian ini
dilakukan di Pusat Sains Teknologi Terapan (PSTNT-BATAN). Lokasi sampling
berada di kawasan Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-Serpong
(PUSPIPTEK-Serpong) yang merupakan salah satu Kecamatan di Kota
Tangerang Selatan dengan periode data sampling adalah pada tahun 2011-2013.
Perumusan Masalah
Kajian mengenai distribusi konsentrasi cemaran PMtelah banyak dilakukan
oleh para pakar namun identifikasi unsur PM, karakterisasi sumber pencemar dan
estimasi lokasi masih sedikit kajian yang dihasilkan khususnya untuk Indonesia.
Identifikasi unsurPM sertakarakterisasi sumber pencemar diperlukan untuk
menyelesaikan masalah polusi udara berdasarkan komposisi kontaminan terukur
di atmosfer yang berasal dari sumber pencemar lokal di dalam suatu daerah atau
area (Abu-Allaban et al.2007). Penyelesaian masalah polusi udara dilakukan
dengan mengendalikan kualitas udara ambien agar tidak melebihi nilai
bakumutunya. Pengendalian pencemar udara di Tangerang Selatan merupakan
bagian dari pengelolaan lingkungan hidup yang bertujuan untuk mewujudkan
pembangunan berkelanjutan yang berwawasan lingkungan hidup untuk
kesejahteraan masyarakat (PERDA Tangsel No 13 tahun 2012).
Kajian mengenai sumber pencemar PM, identifikasi unsur partikulat serta
perkiraan lokasi sumber pencemar udara wilayah Kota Tangerang Selatan
merupakan bagian penting dalam kajian pemantauan partikulat udara karena
dampak kesehatan yang dapat ditimbulkan oleh polutan PM serta kemampuannya
untuk melakukan perpindahan yang jauh dari pusat emisi ke lokasi yang tidak
tercemar.Metode umumyang digunakan untuk menganalisis sampel PM dalam
pemantauan kualitas udara adalah metode gravimetri, namun demikian metode
gravimetri hanya dapat mengukur nilai konsentrasi dari partikulat udara.
Kandungan unsur dari partikulat, karakterisasi sumber, dan estimasi lokasi
pencemar tidak dapat dilakukan dengan metode gravimetri sehingga diperlukan
suatu metode analisis tambahan.
Kajian yang pernah dilakukan tahun 2008-2010 menyebutkan bahwa
konsentrasimassa rata-rataPM2.5 wilayah serpong melebihi dari nilai baku mutu
rata-rata tahunan sebesar 15.00 µg/m3.Selain itu, kajian tersebut menyatakan
bahwa ada kenaikan konsentrasi massa rata-rata PM2.5dari 15.20 ± 7.00 µg/m3
pada tahun 2008 hingga 20.60 ± 6.00 µg/m3pada tahun 2010,
3
sedangkanPM10sebesar 31.17 ± 13.70 µg/m3 di tahun 2008 menjadi 34.17 ± 7.20
– 20.60 µg/m3pada tahun 2010 (Mukhtar et al. 2011). Hasil identifikasi unsur
periode Agustus sampai November tahun 2008 (short term) menunjukkan
konsentrasi massa rata-rata tertinggi logam berat Pb pada kandungan partikulat
udara PM10 dan PM2.5 di salah satu kawasan industri wilayah Serpong adalah 1.60
dan 0.63 µg/m3 (Santoso et al. 2011), namun demikian kajian tersebut belum
menentukan karakterisasi dan perkiraan lokasi darisumber pencemar sehingga
diperlukan analisis tambahan dalam bentuk model karakterisasi dan perkiraan
lokasi darisumber pencemar.
Identifikasi kandungan unsur partikulat udara dapat dianalisis dengan teknik
nuklir yang memiliki keunggulan dibandingkan metode konvensional, seperti
analisis multi unsur, hasil pengukuran yang sensitif, bobot sampel kecil,
dll.Metode analisis dengan teknik nuklir yang digunakan pada penelitian ini
adalah dengan teknik spektroskopiX-Ray Flourescence(XRF) yang merupakan
metode untuk analisis kandungan material yang memanfaatkan interaksi sinar-X
primer yang ditembakan terhadap sampel. Karakterisasi sumber pencemar dengan
reseptor model Positive Matrix Factorization (PMF). Estimasi perkiraan lokasi
sumber pencemar bergantung pada variabel meteorologi yaitu perbedaan
kecepatan dan arah angin untuk menjadi sumber dalam menentukan perkiraan
lokasi sumber pencemar lokal dengan metode Conditional Probability
Function(CPF) dan sumber pencemar dari lokasi jauh (long Transport)
menggunakan model dispersi waktu mundurHybrid Single ParticleLagrangian
Integrated Trajectory(HYSPLIT).Hasil model dan estimasi lokasi akhirnya
dianalisis secara deskriptif sebagai dasar untuk strategi pengendalian pencemaran
polutan parameter PM di udara yang disajikan dalam bentuk bagan alir kerangka
pikir pada Gambar 1.
Berdasarkan penjelasan kerangka pikir yang telah diuraikan di atas
menyebabkan timbulnya pertanyaan-pertanyaan rumusan masalah yang harus
dijawab, yaitu:
1.
2.
3.
4.
5.
Bagaimana pola konsentrasi massa (µg/m3) PM2.5dan PM10 periode
2011-2013 di Kota Tangerang Selatan?
Bagaimana identifikasi unsur partikulat kasar dan halus periode 20112013 di Kota Tangerang Selatan?
Karakteristik sumber pencemar apa saja yang ada pada unsur partikulat
kasar dan halus?
Dimanakah estimasi lokasi sumber pencemar lokal dan non lokal
partikulat kasar dan halus?
Rekomendasi apa yang akan digunakan dalam pengendalian PM
berdasarkan analisis data yang ada?
4
Permasalahan Pencemaran Udara
Emisi Alam
Emisi Antropogenik
Dampak Kesehatan
Dampak ekosistem
Gravimetri
Pemantauan
Konsentrasi PM (µg/m3
Receptor Modeling
(Positif Matrix
Factorization)
Teknik Nuklir (XRF)
Identifikasi unsur PM
Tracetory
CPF, CSPF,
HYSPLIT
Data meteorolgi (Wind Speed - Direction)
Jenis Sumber
Pencemar
Estimasi Lokasi sumber pencemar
Strategi Pengendalian
pencemaran udara PM
Gambar 1.Bagan alir kerangka pikir
Tujuan Penelitian
Dalam rangka menjawab pertanyaan dari rumusan masalah tersebut maka
tujuan dari penelitian iniadalah :
1. Mengkaji perubahan konsentrasi massa (µg/m3) PM2.5dan PM10periode
2011-2013 di Kota Tangerang Selatan
2. Menganalisishasil identifikasi unsur sampel partikulat udara kasar dan
halus periode 2011-2013 di Kota Tangerang Selatan.
3. Mengkarakterisasi sumber pencemar partikulat udara kasar dan halus.
4. Mengestimasi lokasi sumber pencemar lokal dan non lokal partikulat
udara kasar dan halus
5. Rekomendasi strategi pengendalian partikulat udara secara deskriptif
5
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan mampu memberikan sumbangan pemikiran
yang bermanfaat untuk:
1. Pemerintah Kota Tangerang Selatan, sebagai referensi atau acuan dalam
menyusun kebijakan pengendalian pencemaran udara di Kota
Tangerang Selatan.
2. Masyarakat, memberikan kontribusi hasil pemikiran ilmiah terkait
kajian pencemaran PMpada udara ambien Kota Tangerang Selatan.
3. Ilmu pengetahuan, sebagai bahan referensi dalam mengembangkan
identifikasi unsur serta pemodelan pencemaran udara di Kota
Tangerang Selatan.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini mencakup pola kecenderunganhasil
pengukuran konsentrasi massarata-rata dan identifikasi multiunsur PMtahun 20112013 menggunakan spektroskopi XRF. Nilai konsentrasi massaserta
ketidakpastian multi unsur selanjutnya digunakan sebagai matrik input reseptor
model dengan perangkat lunak PMF 5.0 untuk mendapatkan karakterisasi sumber
pencemar partikulat halus dan kasar. Metode CPF dan HYSPLIT dengan
dukungan data meterologi parameter arah dan kecepatan angin digunakan untuk
mendapatkan estimasi lokasi sumber pencemar lokal dan non lokal. Strategi
pengendalian sumber pencemar parameter PM didapatkan berdasarkan analisis
secara desktiptif dari nilai konsentrasi PM, identifikasi unsur, karakterisasi dengan
reseptor model serta estimasi lokasi faktor sumber pencemar.
.
6
2 TINJAUAN PUSTAKA
Pencemaran Udara Ambien
Perubahan komposisi kualitas udara dapat terjadi secara fisik maupun
kimiawi.Perubahan tersebut seperti pengurangan maupun penambahan konsentrasi
salah satu komponen yang juga disebut dengan pencemaran udara. Pengertian
pencemaran udara menurut Peraturan Pemerintah (PP) Nomor 41 tahun 1999
adalah masuknya atau dimasukkannya zat, energi, dan/atau komponen lain ke
dalam udara ambien oleh kegiatan manusia, sehingga mutu udara ambien turun
sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan udara ambien tidak dapat
memenuhi fungsinya. Di dalam PP Nomor 41 tersebut didefinisikan lebih lanjut
mengenai udara ambien sebagai udara bebas di permukaaan bumi pada lapisan
troposfir yang berada di dalam wilayah yuridiksi Republik Indonesia yang
dibutuhkan dan mempengaruhi kesehatan manusia, makhluk hidup dan unsur
lingkungan hidup lainnnya. Turunnya udara ambien diakibatkan ketidakmampuan
daya dukung lingkungan untuk mengurangi ataupun mengatasi dampak
pencemaran tersebut.
Pencemaran udara perkotaan pada saat ini merupakan masalah yang pelik
dan cenderung semakin meningkat dari waktu ke waktu serta menjadi masalah
utama dalam kualitas udara perkotaan terutama di negara-negara
berkembang.Masalah utama pengendalian pencemaran lingkungan udara
disebabkan karena pencemaran udara tidak mengenal batas administrasi
wilayah.Pencemaran udara di suatu wilayah dampak tidak hanya berasal dari
trasportasi lokal sekitar wilayah dampak namun emisi tersebut dapat pula berasal
dari transportasi lintas provinsi maupun negara.Hal ini disebabkan bahan
pencemar dapat berpindah dari lokasi sumber ke lokasi dampak karena
dipengaruhi oleh faktor meteorogi berupa arah dan kecepatan angin. PP No 41
tahun 1999 menyatakan bahwa terdapat dua belas parameter sumber pencemar
udara yang perlu dikendalikan,yaitu SO2, CO, NO2, O3, HC, Particulate Matter
(PM), Total Suspended Particulate (TSP), Pb, dustfall, total flourida, flour (F)
indeks, kholrin, khlorin dioksida serta sulfat (SO4) indeks.
Particulate Matter (PM)
Udara yang belum tercemar tersusun atas campuran gas primer dan
sekunder, uap air dan aerosol yang mengelilingi seluruh permukaan bumi.Aerosol
merupakan suatu partikel padat atau cair tersuspensi sangat kecil yang berada di
atmosfer dengan konsentrasi kurang dari 1%. Aerosol sering mengacu atau
disebut sebagai campuran PM dengan rentang ukuran partikel 0.001-10
micrometer yang berasal dari komponen-komponen utama seperti mineral debu,
garam laut, sulfat, karbon organik, Black Carbon (BC), dan nitrat.
PMdidefinisikan sebagai subdivisi kecil dari material padat tersuspensi dalam gas
atau cair. PM terjadi akibat emisi langsung ke udara yang disebut partikulat
primer dan melalui bentukan sekunder di atmosfer yang berasal dari emisi gas
sulfur dioxide, nitrogen oksida, ammonia, dan campuran organik volatile bukan
7
methan yang dihasilkan dari aktivitas kegiatan manusia, seperti pembangkit
listrik, industri, transportasi dan proses alam (Theakston 2006).
Sebagian besar komposisi PM (±90%) berasal dari emisi alam, seperti
gunung meletus yang pada umumnya mengeluarkan gasmengandung sulfat,
kebakaran hutan yang mengemisikan karbon organik ke udara serta garam laut
yang terevaporasi dari air laut.Sebagian besar PM yang berasal dari emisi alam
terakumulasi dalam ukuran partikulat kasar (PM>2.5µm) yang teremisi secara
primer ke atmosfer.Partikel kasar memiliki sifat waktu tinggal yang pendek di
atmosfer sehingga dampak yang ditimbulkan cenderung bersifat lokal.
Komposisi ± 10% merupakan partikulat halus (PM
TEKNIK ANALISIS NUKLIR DAN STRATEGI PENGENDALIANNYA
STUDI KASUS KOTA TANGERANG SELATAN
LEONS RIXSON
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Karakterisasi Particulate
Matter (PM) dengan Teknik Analisis Nuklir dan Strategi Pengendaliannya Studi
Kasus Kota Tangerang Selatanadalah benar karya saya denganarahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
L eons Rixson
NIM P052130771
RINGKASAN
LEONS RIXSON.Karakterisasi Particulate Matter (PM) dengan Teknik Analisis
Nuklir dan Strategi Pengendaliannya Studi Kasus Kota Tangerang
Selatan.Dibimbing oleh ETTY RIANI dan MUHAYATUN SANTOSO.
Kota Tangerang Selatan merupakan wilayah yang mempunyai batas
administrasi dengan DKI Jakarta, Bogor dan Kabupaten Tangerang,sebagai
daerah yang berbatasan langsung dengan Ibukota DKI Jakarta menjadi dasarfokus
utama pembagunan Kota Tangerang Selatan adalah di sektor pemukiman.
Ketersediaan lahan pemukiman serta fasilitasnya serta semakin sempit dan
mahalnya harga lahan di DKI Jakarta menjadi pendorong bagi masyarakat untuk
bertempat tinggal di kawasan ini.Peningkatan pertumbuhan penduduk di Kota
Tangerang Selatanmenyebabkan terjadinyapeningkatan aktivitas kegiatan
manusiaseperti transportasi, industri pemukiman dan lain-lain hingga kemudian
dapat mempengaruhi kualitas lingkungan udara.Penurunan kualitas udara tidak
hanya berasal dari sumber pencemar lokal namun dapat berasal dari suatu lokasi
yang jauh melintasi batas provinsi maupun negara karena dipengaruhi oleh faktor
meteorologi yaitu arah dan kecepatan angin.Salah satu komponen udara yang
dikaji dalam penelitian ini adalah paramater Particulate Matter
(PM)yangmemiliki dampak paling berbahaya bagi kesehatan manusia karena
kemampuannya untuk menembus sistem pernapasan manusia yang paling dalam.
Sampel partikulat (PM2.5 dan PM2.5-10) dikumpulkan di kawasan
PUSPIPTEK dengan pencuplik udara Gent Stacked Filter Unit (Gent SFU
Sampler), periode Januari 2011 sampai Desember 2013, sebanyak 3 s.d 5 kali
dalam sebulan dengan laju alir 18 liter/menit selama 24 jam. Identifikasi multi
unsur dianalisis dengan spektroskopi X-Ray Fluorescence (XRF), karakterisasi
sumber pencemar dilakukan dengan reseptor model Positif Matriks Factorization
(PMF), estimasi lokasi sumber pencemar lokal dengan metode Conditional
Probability Function (CPF) sedangkan perkiraan sumber pencemar dari lokasi
jauh dilakukan menggunakan model dispersi waktu mundurHybrid Single
ParticleLagrangian Integrated Trajectory(HYSPLIT)
Hasil menunjukkan rentang rata-rata konsentrasi massa PM2.5 adalah 12.63
± 1.60 - 15.89 ± 1.70 μg/m3 sedangkan untuk PM10 berkisar 29.00 ± 3.96 - 31.04
± 3.28 μg/m3. Multi unsur yang teridentifikasi dengan XRF adalah Al, Ca, Co, Cr,
Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, S, Si, Ti, V dan Zn. Karakterisasi partikulat halus
(PM2.5) teridentifikasi 5 faktor yaitu industri peleburan logam Pb (9.61%), debu
tanah (17%), campuran industri peleburan logam dan garam laut (13.02%),
transportasi (44.36%) serta pembakaran biomassa (22.58%).Profil sumber
pencemar PM2.5-10 menghasilkan 5 faktor yaitu Industri peleburan logam (6.48%),
campuran industri dan debu tanah (19.04), Campuran garam laut dan biomassa
(3.67%), Debu tanah (45.19%), dan transportasi (25.60%).
Estimasi lokasi sumber pencemar lokal dengan metode CPFmenunjukkan
bahwa salah satu faktor sumber pencemar yaitu sektor industri peleburan logam
Pb berasal dari arah barat bagian luar wilayah administrasi Kota Tangerang
Selatan sedangkan.Hasil Analisis sumber pencemar lokasi jauh dengan
pemodelanHYSPLIT menunjukkan bahwa terdapat kontribusi kebakaran hutan
Negara bagian utara Australia terhadap konsentrasi PM di Kota Tangerang
Selatan.Pengendalian pencemaran PM di Kota Tangerang Selatan dapat dilakukan
dengan mempertimbangkan tiga hal utama yaitu lingkungan, keteknikan yang
ramah lingkungan dan ekonomi.
Kata kunci: Pencemaran udara,XRF Spektroskopi, karekterisasi sumber pencemar,
Conditional probability function (CPF)
SUMMARY
LEONS RIXSON. Characterization of Particulate Matter (PM) with Nuclear
Analysis Technic and Control Strategic study case South Tangerang.Supervised
by ETTY RIANIand MUHAYATUN SANTOSO.
South Tangerang City is an area that has administrative borders with Jakarta,
Bogor and Tangerang, as the area bordering to the capital city of Jakarta the main
focus of development South Tangerang City is in the residential sector.
Availability of residential land and also the facilities as well as the increasingly
narrow and high prices of land in Jakarta is an incentive for people to reside in
this region. Increased population growth in South Tangerang City led to an
increase in the activity of community activities such as transportation, industry
settlementsand further may affect the quality of the air environment. A decrease in
air quality not only from local pollution sources but can come from a faraway
location that can across provincial and state boundaries because it is influenced by
meteorological factors likelyspeed and wind direction. One component of air that
were examined in this study is Particulate Matter (PM), which have the most
harmful effects to human health because of its ability to penetrate deepest of the
human respiratory system.
Samples of particulate matter (PM2.5 and PM2.5-10) were collected in the area
PUSPIPTEK using air samplerGent Stacked Filter Units (Gent SFU Sampler), the
period is January 2011 until December 2013, the frequency is 3 to 5 times a
month with a flow rate of 18 l/m for 24 hours. Identification of multi elements
were analyzed by X-Ray Fluorescence spectroscopy (XRF), the characterization
of pollutant sources analyzed with receptor model of Positive Matrix Factorization
(PMF), the estimated locations of local pollution sources using Conditional
Probability Function (CPF)methods, while estimates of pollutant sources from a
remote location by backward dispersion models Hybrid Single Particle
Lagrangian Integrated trajectory (HYSPLIT).
Results show the average range mass concentration of PM2.5 was 12.63 ±
1.60 to 15.89 ± 1.70 pg / m3, while for PM10 range was 29.00 ± 3.96 to 31.04 ±
3.28 ug / m3. Multi element identified by XRF is Al, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg,
Mn, Na, Ni, Pb, S, Si, Ti, V and Zn. Characterization of fine particulate matter
(PM2.5) identified five factors: Pb metal smelting industry (9.61%), dust land
(17%), mixture of metal smelting industry and sea salt (13.02%), transportation
(44.36%) and biomass burning (22.58%). Profile pollutant sources of coarse
particulate (PM2.5-10)also generate 5 factors: metal smelting industry (6.48%),
mixture of industrial and dust (19.04%), mixture of sea salt and biomass (3.67%),
Dust land (45.19%), and transport (25.60 %).Estimate the location of a local
pollutant sources with the CPF method gives results that one of the factors that
pollutant sources of Pb metal smelting industry sector coming from the west outer
region of South Tangerang city administration.
Analysis results of pollutant sources from distant locations by HYSPLIT
model indicates that there is a contribution of forest fires in Australia's Northern
Territory to the concentration of PM in South Tangerang City. PM pollution
control in South Tangerang City can be done by considering three main points
that is environmental, engineering and economics.
Keyword:air pollution, XRF spectroscopy, characterization of pollutantsource,
conditional probability function
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
KARAKTERISASI PARTICULATE MATTER (PM) DENGAN
TEKNIK ANALISIS NUKLIR DAN STRATEGI PENGENDALIANNYA
STUDI KASUS KOTA TANGERANG SELATAN
LEONS RIXSON
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Prof.Dr.June Mellawati
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian ialahKarakterisasi Particulate Matter (PM) dengan
Teknik Analisis Nuklir dan Strategi Pengendaliannya Studi Kasus Kota
Tangerang Selatan yang dilaksanakan sejak bulan Januari-Juni 2015.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr.Ir Etty Riani, MS, Ibu Prof.Dr
Muhayatun Santoso, MT selaku pembimbing dan kepadaProf.Dr. June
Mellawatiselaku penguji luar komisi pembimbing yang telah banyak memberi
pengetahuan dan saran dalam penulisan tesis ini. Di samping itu,
penghargaanpenulis sampaikan kepada Kementerian Riset dan Teknologi atas
bantuan dana beasiswa,rekan-rekan pegawai bidang Senyawa Bertanda dan
Radiometri Pusat Sains Teknologi Nuklir Terapan-BATAN (PSTNT-BATAN),
Bapak Dr. Hendig Winarno selaku Kepala Pusat Aplikasi Isotop dan RadiasiBATAN (PAIR-BATAN), rekan-rekan Bidang Keselamatan Kerja dan
LingkunganPAIR-BATAN, Bapak Cepy di PPIKSN-BATAN dan Bapak Esrom
Panjaitan di PUSRPEDAL yang telah membantu selama pengumpulan dan
pengolahan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, istri
dan putri tercinta serta seluruh keluarga, atas segala dukungan doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini mampu memberikan informasi dan pengetahuan
yang bermanfaat bagi pembacanya.
Bogor, Agustus 2015
Leons Rixson
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
xv
DAFTAR GAMBAR
xv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
1
2
4
5
5
2 TINJAUAN PUSTAKA
Pencemaran Udara Ambien
Particulate Matter (PM)
Unsur-Unsur Penyusun Particulate Matter (PM)
Black Carbon (BC) dalam Particulate Matter (PM)
Dampak Kesehatan Particulate Matter (PM) dan Mekanismenya
Spektroskopi XRF
Teknik Reseptor Model
Model Reseptor Positif Matriks Factorization (PMF)
Unsur-Unsur Penanda dan Sumber Pencemar PM
Kebijakan Pengendalian Pencemaran Udara
6
6
6
8
8
9
11
13
14
15
17
3 METODE
Waktu dan Lokasi
Alur Penelitian
Alat dan Bahan
Preparasi Filter dan Sampling PM
Analisis data
Konsentrasi Massa Particulate Matter (PM)
Konsentrasi Massa Black Carbon (BC)
Identifikasi Unsur dengan XRF
Reconstructed Mass (RCM) dan Unsur-unsur Penanda
Karakterisasi dengan EPA Positif Matriks Factorization (PMF) 5.0
Estimasi Lokasi Sumber Pencemar
20
20
20
22
23
24
24
24
26
27
28
29
4 GAMBARAN UMUM DAERAH PENELITIAN
Informasi Lokasi Sampling
Letak Geografis dan Administrasi Wilayah
Tata Guna Lahan dan Kependudukan
Topografi dan Meteorologi
Perkiraan Potensi Sumber Pencemar
31
31
31
32
34
34
5 ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Particulate Matter (PM) Berdasarkan Periode Tahun
Konsentrasi Particulate Matter Berdasarkan Perbedaan Musim
Identifikasi Multi Unsur
Analisis Black Carbon(BC) dan Recunstructed Mass (RCM)
Korelasi Antar Unsur Filter Halus PM2.5
Profil Reseptor Model PMF Filter Halus (PM2.5)
Faktor Profil Reseptor Model Partikulat Kasar (PM2.5-10)
Estimasi Lokasi Sumber Pencemar Lokal
Analisis Trayektori Polutan PM
Manajemen Pengendalian Kualitas Udara
Rekomendasi Pengendalian Pencemaran Udara Particulate Matter (PM)
Pengendalian Sumber Pencemar Lokal
Pengendalian Sumber Pencemar Particulate Matter (PM) Non Lokal
36
36
40
41
43
45
47
49
50
53
55
56
57
59
6 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
60
60
61
DAFTAR PUSTAKA
62
LAMPIRAN
67
RIWAYAT HIDUP
79
DAFTAR TABEL
1. Perbandingan nilai baku mutu Indonesia, USA dan WHO
2. Tinjauan unsur penanda PM oleh de Bruin et al. (2006)
3. Analisis data serta tujuannya
4. Secondary target dan tujuan analisa unsurnya
5. Penggunaan lahan di Kota Tangerang Selatan tahun 2009
6. Kependudukan berdasarkan kecamatan tahun 2013
7. Kondisi meteorologi Kota Tangerang Selatan.
8. Titik rawan kemacetan Kota Tangerang Selatan
9. Hasil deskriptif PM2.5dan PM10periode tahun 2011-2013
10. Uji anova PM periode 2011 s.d 2013
11. Uji Post Hoc
12. Persentase kontribusi PM2.5terhadap PM10
13. Curah hujan Kota Tangerang Selatan periode 2011-2013
14. Analisis deskriptif PM berdasarkan musim
15. Konsentrasi massa rata-rata identifikasi multi unsur PM2.5
16. Konsentrasi massa faktor pembentuk RCM terhadap PM2.5
17. Matrik korelasi antar unsur PM2.5
18. Faktor loadingPM2.5 dengan PCA
8
17
25
26
33
33
35
35
37
38
38
38
39
40
42
44
46
46
DAFTAR GAMBAR
1. Bagan alir kerangka pikir
2. Mode ukuran partikulat udara
3. Proses terjadinya radiasi sinar-X karakteristik
4. XRF Epsilon5 PANalytical
5. Eksitasi tidak langsung pada XRF spectrometer Epsilon5 PANalytical
6. Polarisasi radiasi pendar sinar-X spectrometer Epsilon5 PANalytical
7. Prinsip dasar detektor semikonduktor
8. Contoh unsur penanda hasil emisi pembangkit listrik tenaga batu bara
9. Peta Administrasi Kota Tangerang Selatan
10. Diagram alur penelitian
11. Skematik (a) dan bentuk fisik Gent SFU Sampler(b)
12. Skematik dan bentuk fisik kepala kontainer hitam
13. Smokestain reflectometer
14. Input data matriks EPA PMF 5.0
15. Input S/N pada masing-masing unsur
16. Input data pengolahan estimasi lokasi metode CPF
17. Contoh hasil estimasi lokasi pencemaran metode CPF
18. Rencana Tata Ruang Kota Tangerang Selatan 2011-2030
19. Konsentrasi massa PM2.5 dan PM10 periode 2011-2013
20. Korelasi PM2.5 terhadap PM10periode 2011-2013
21. Grafik konsentrasi massa PM berdasarkan musim
22. Box and whisker plot tiap unsur
23. Time Series unsur K dari pembakaran biomassa
24. Regresi RCM terhadap PM2.5
25. Unsur-unsur sebagai input reseptor model PMF
4
9
11
12
13
13
13
16
20
21
22
23
26
28
29
30
30
32
37
40
41
43
45
45
48
26. Lima faktor sumber pencemar (a) dan komposisi masing-masing faktor profil
(b) PM2.5
49
27. Lima faktor sumber pencemar (a) dan komposisi masing-masing faktor profil
(b) PM2.5-10
50
28. Estimasi lokasi sumber pencemar pada profil 1 dan 3
51
29. Estimasi lokasi sumber pencemar pada profil 2
52
30. Estimasi lokasi sumber pencemar pada profil 4
53
31. Estimasi lokasi sumber pencemar pada profil 5
53
32. Konsentrasi unsur K tertinggi dalam periode tahun sebagai penanda
pembakaran biomassa
54
33. Peta lahan terbakar di Australia Utara berdasarkan bulan tahun 2011
54
34. Trayektori tanggal 29 Agustus 2011
55
35. Modifikasi bagan manajemen kualitas udara menurut US EPA tahun 2015 56
DAFTAR LAMPIRAN
1. Unsur-unsur Penanda PM
67
2. Baku mutu parameter pencemar udara PM, Ozon, NO2 dan SO2 menurut
WHO AQGs 2006
69
3. Time series konsentrasi PM2.5 dan PM10
70
4. Korelasi PM2.5terhadap PM10 periode 2011-2013
71
5. Kesesuaian multi unsur PM2.5terhadap model PMF
72
6. Kesesuaian multi unsur PM2.5 -10terhadap model PMF
73
7. Survei estimasi lokasi sumber pencemar
74
8. Konsentrasi massa multi unsur dan box whisker plotPM2.5-10
75
9. Statistik deskripsi unsur K dalam PM2.5
76
10. Citra satelit dan backward trajectory 16 Agustus 2012
77
11. Backward trajectory 24 September 2013
78
1
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Udara bersih mempunyai komposisi kimia yaitu udara (O2) ± 21 %,
Nitrogen (N2)sebesar ± 78 %, Argon (Ar) ± 0.93%, dan karbondioksida (CO2)±
0.03%, sedangkan sisanya adalah senyawa gas yang berasal dari berbagai proses
alamiah seperti gunung berapi, aerosol lautan, reaksi kimia di atmosfer dan proses
alamiah lainnya.Penurunan kualitas udara yang disebabkan aktivitas alam
(biogenik) dan aktivitas manusia(antropogenik) telah memberi dampak perubahan
komposisi udara bersih atmosfer.Meningkatnya pertumbuhan populasi penduduk
manusia dari waktu ke waktuberakibat terhadap peningkatan kebutuhan akan
energi, sedangkan kebutuhan energi masih bergantung pada bahan bakar fosil
terutama minyak bumi dan batu bara sehingga mengakibatkan konsentrasi gas
SO2, NOx, hidrokarbon, CO2, Particulate Matter (PM), dan Black Carbon (BC) di
atmosfer semakin juga semakin meningkat.
Pertumbuhan populasi penduduk di Kota Tangerang Selatan dengan
berbagai aktivitasnya secara nyata terbukti telah berperan meningkatkan polutan
antropogenik yang mengakibatkan berubahnya komposisi kimia atmosfer
sehingga mengakibatkan menurunnya daya dukung lingkungan udara.Kota
Tangerang Selatan terdiri dari 7 Kecamatan, 49 kelurahan dan 5 desa. Jumlah
penduduk kota Tangerang Selatan hingga tahun 2013 adalah lebih dari 1.4 juta
jiwa dengan kepadatan penduduk 9806 setiap 1 km2, sedangkan rata-rata laju
pertumbuhan 2.72% setiap tahunnya. Laju pertumbuhan penduduk Kota
Tangerang Selatan adalah yang tertinggi dibandingkan dengan kabupaten/kota
yang ada di Propinsi Banten (BPS Tangerang Selatan 2014).Aktivitas manusia
yang beragam mulai dari sektor pertanian, perkebunan, pendidikan, sektor industri
dan transportasi memberikan konstribusi emisi polutan yang dapat menimbulkan
pencemaran udara dan pada akhirnya dapat mempengaruhi kesehatan manusia
serta menimbulkan penyakit yang berhubungan dengan saluran pernafasan.
Publikasi Badan Pusat Statistik (BPS) Kota Tangerang Selatan menyebutkan
Penyakit Infeksi Saluran Pernapasan Akut (ISPA) menempati peringkat ketiga
pada tahun 2013 dan kelima pada tahun 2014 dari sepuluh daftar penyakit
terbanyak pada pasien rawat jalan dan rawat inap di Rumah Sakit Umum Daerah
(RSUD) Kota Tangerang Selatan (BPS Tangsel 2013 dan 2014).
Kajian kualitas udara di kawasan Asia periode tahun 2002-2005 menyatakan
rata-rata konsentrasi massa terendah partikulat kasar dan halus adalah dari Negara
New Zealand, namun demikian 12 dari 22 negara yang ikut berpartipasi
konsentrasi massa PM kasar dan halusnya melebihi nilai baku mutu yang
ditetapkan World Health Orginazation (WHO) (Hopke et al. 2008). Kajian
mengenai kualitas PM di Indonesia belum banyak dilakukan, dari 44 buah stasiun
stasiun pemantau kualitas udara yang dimiliki Badan Meteorologi Klimatologi
dan Geofisika(BMKG)tidak ada stasiun pemantau pencemaran PM2.5(KLHRI
2012).Laporan status lingkungan hidup Indonesia menyatakan bahwa sebelum
tahun 2012 pamantauan konsentrasi perameter pencemaran udara adalah CO, SO2,
NOx, O3 dan PM10.Selain itu, laporan tersebut menyatakan bahwa dari sepuluh
hanya tiga Kota yang aktif melakukan pemantauan PM10, yaitu Jakarta, Surabaya
2
dan Palangkaraya(KLHRI 2012).Hasil kajian yang pernah dilakukan pada bulan
Mei tahun 2007 di calon tapak Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir(PLTN)
Semenanjung Lemahabang Kabupaten Jepara menyatakan bahwa konsentrasi
PM10dan PM2.5 telah melewati nilai baku mutu udara ambien Nasional (Gindo dan
Hari 2008).
Berdasarkan uraianhasil kajian kualitas PM di kota lain, dampak yang
ditimbulkan polutan PM terhadap resiko kesehatan, peringkat penyakit ISPA,
peningkatan pertumbuhan populasi penduduk dan aktivitas kegiatannnya yang
dapat berpotensi sebagai sumber pencemar udara maka diperlukan kajian
pemantauan kualitas parameter pencemar PM di Kota Tangerang Selatan, yang
meliputi identifikasi multi unsur PM, karakterisasi jenis dan estimasi lokasi
sumber pencemar serta rekomendasi strategi pengendaliannya.Penelitian ini
dilakukan di Pusat Sains Teknologi Terapan (PSTNT-BATAN). Lokasi sampling
berada di kawasan Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-Serpong
(PUSPIPTEK-Serpong) yang merupakan salah satu Kecamatan di Kota
Tangerang Selatan dengan periode data sampling adalah pada tahun 2011-2013.
Perumusan Masalah
Kajian mengenai distribusi konsentrasi cemaran PMtelah banyak dilakukan
oleh para pakar namun identifikasi unsur PM, karakterisasi sumber pencemar dan
estimasi lokasi masih sedikit kajian yang dihasilkan khususnya untuk Indonesia.
Identifikasi unsurPM sertakarakterisasi sumber pencemar diperlukan untuk
menyelesaikan masalah polusi udara berdasarkan komposisi kontaminan terukur
di atmosfer yang berasal dari sumber pencemar lokal di dalam suatu daerah atau
area (Abu-Allaban et al.2007). Penyelesaian masalah polusi udara dilakukan
dengan mengendalikan kualitas udara ambien agar tidak melebihi nilai
bakumutunya. Pengendalian pencemar udara di Tangerang Selatan merupakan
bagian dari pengelolaan lingkungan hidup yang bertujuan untuk mewujudkan
pembangunan berkelanjutan yang berwawasan lingkungan hidup untuk
kesejahteraan masyarakat (PERDA Tangsel No 13 tahun 2012).
Kajian mengenai sumber pencemar PM, identifikasi unsur partikulat serta
perkiraan lokasi sumber pencemar udara wilayah Kota Tangerang Selatan
merupakan bagian penting dalam kajian pemantauan partikulat udara karena
dampak kesehatan yang dapat ditimbulkan oleh polutan PM serta kemampuannya
untuk melakukan perpindahan yang jauh dari pusat emisi ke lokasi yang tidak
tercemar.Metode umumyang digunakan untuk menganalisis sampel PM dalam
pemantauan kualitas udara adalah metode gravimetri, namun demikian metode
gravimetri hanya dapat mengukur nilai konsentrasi dari partikulat udara.
Kandungan unsur dari partikulat, karakterisasi sumber, dan estimasi lokasi
pencemar tidak dapat dilakukan dengan metode gravimetri sehingga diperlukan
suatu metode analisis tambahan.
Kajian yang pernah dilakukan tahun 2008-2010 menyebutkan bahwa
konsentrasimassa rata-rataPM2.5 wilayah serpong melebihi dari nilai baku mutu
rata-rata tahunan sebesar 15.00 µg/m3.Selain itu, kajian tersebut menyatakan
bahwa ada kenaikan konsentrasi massa rata-rata PM2.5dari 15.20 ± 7.00 µg/m3
pada tahun 2008 hingga 20.60 ± 6.00 µg/m3pada tahun 2010,
3
sedangkanPM10sebesar 31.17 ± 13.70 µg/m3 di tahun 2008 menjadi 34.17 ± 7.20
– 20.60 µg/m3pada tahun 2010 (Mukhtar et al. 2011). Hasil identifikasi unsur
periode Agustus sampai November tahun 2008 (short term) menunjukkan
konsentrasi massa rata-rata tertinggi logam berat Pb pada kandungan partikulat
udara PM10 dan PM2.5 di salah satu kawasan industri wilayah Serpong adalah 1.60
dan 0.63 µg/m3 (Santoso et al. 2011), namun demikian kajian tersebut belum
menentukan karakterisasi dan perkiraan lokasi darisumber pencemar sehingga
diperlukan analisis tambahan dalam bentuk model karakterisasi dan perkiraan
lokasi darisumber pencemar.
Identifikasi kandungan unsur partikulat udara dapat dianalisis dengan teknik
nuklir yang memiliki keunggulan dibandingkan metode konvensional, seperti
analisis multi unsur, hasil pengukuran yang sensitif, bobot sampel kecil,
dll.Metode analisis dengan teknik nuklir yang digunakan pada penelitian ini
adalah dengan teknik spektroskopiX-Ray Flourescence(XRF) yang merupakan
metode untuk analisis kandungan material yang memanfaatkan interaksi sinar-X
primer yang ditembakan terhadap sampel. Karakterisasi sumber pencemar dengan
reseptor model Positive Matrix Factorization (PMF). Estimasi perkiraan lokasi
sumber pencemar bergantung pada variabel meteorologi yaitu perbedaan
kecepatan dan arah angin untuk menjadi sumber dalam menentukan perkiraan
lokasi sumber pencemar lokal dengan metode Conditional Probability
Function(CPF) dan sumber pencemar dari lokasi jauh (long Transport)
menggunakan model dispersi waktu mundurHybrid Single ParticleLagrangian
Integrated Trajectory(HYSPLIT).Hasil model dan estimasi lokasi akhirnya
dianalisis secara deskriptif sebagai dasar untuk strategi pengendalian pencemaran
polutan parameter PM di udara yang disajikan dalam bentuk bagan alir kerangka
pikir pada Gambar 1.
Berdasarkan penjelasan kerangka pikir yang telah diuraikan di atas
menyebabkan timbulnya pertanyaan-pertanyaan rumusan masalah yang harus
dijawab, yaitu:
1.
2.
3.
4.
5.
Bagaimana pola konsentrasi massa (µg/m3) PM2.5dan PM10 periode
2011-2013 di Kota Tangerang Selatan?
Bagaimana identifikasi unsur partikulat kasar dan halus periode 20112013 di Kota Tangerang Selatan?
Karakteristik sumber pencemar apa saja yang ada pada unsur partikulat
kasar dan halus?
Dimanakah estimasi lokasi sumber pencemar lokal dan non lokal
partikulat kasar dan halus?
Rekomendasi apa yang akan digunakan dalam pengendalian PM
berdasarkan analisis data yang ada?
4
Permasalahan Pencemaran Udara
Emisi Alam
Emisi Antropogenik
Dampak Kesehatan
Dampak ekosistem
Gravimetri
Pemantauan
Konsentrasi PM (µg/m3
Receptor Modeling
(Positif Matrix
Factorization)
Teknik Nuklir (XRF)
Identifikasi unsur PM
Tracetory
CPF, CSPF,
HYSPLIT
Data meteorolgi (Wind Speed - Direction)
Jenis Sumber
Pencemar
Estimasi Lokasi sumber pencemar
Strategi Pengendalian
pencemaran udara PM
Gambar 1.Bagan alir kerangka pikir
Tujuan Penelitian
Dalam rangka menjawab pertanyaan dari rumusan masalah tersebut maka
tujuan dari penelitian iniadalah :
1. Mengkaji perubahan konsentrasi massa (µg/m3) PM2.5dan PM10periode
2011-2013 di Kota Tangerang Selatan
2. Menganalisishasil identifikasi unsur sampel partikulat udara kasar dan
halus periode 2011-2013 di Kota Tangerang Selatan.
3. Mengkarakterisasi sumber pencemar partikulat udara kasar dan halus.
4. Mengestimasi lokasi sumber pencemar lokal dan non lokal partikulat
udara kasar dan halus
5. Rekomendasi strategi pengendalian partikulat udara secara deskriptif
5
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan mampu memberikan sumbangan pemikiran
yang bermanfaat untuk:
1. Pemerintah Kota Tangerang Selatan, sebagai referensi atau acuan dalam
menyusun kebijakan pengendalian pencemaran udara di Kota
Tangerang Selatan.
2. Masyarakat, memberikan kontribusi hasil pemikiran ilmiah terkait
kajian pencemaran PMpada udara ambien Kota Tangerang Selatan.
3. Ilmu pengetahuan, sebagai bahan referensi dalam mengembangkan
identifikasi unsur serta pemodelan pencemaran udara di Kota
Tangerang Selatan.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini mencakup pola kecenderunganhasil
pengukuran konsentrasi massarata-rata dan identifikasi multiunsur PMtahun 20112013 menggunakan spektroskopi XRF. Nilai konsentrasi massaserta
ketidakpastian multi unsur selanjutnya digunakan sebagai matrik input reseptor
model dengan perangkat lunak PMF 5.0 untuk mendapatkan karakterisasi sumber
pencemar partikulat halus dan kasar. Metode CPF dan HYSPLIT dengan
dukungan data meterologi parameter arah dan kecepatan angin digunakan untuk
mendapatkan estimasi lokasi sumber pencemar lokal dan non lokal. Strategi
pengendalian sumber pencemar parameter PM didapatkan berdasarkan analisis
secara desktiptif dari nilai konsentrasi PM, identifikasi unsur, karakterisasi dengan
reseptor model serta estimasi lokasi faktor sumber pencemar.
.
6
2 TINJAUAN PUSTAKA
Pencemaran Udara Ambien
Perubahan komposisi kualitas udara dapat terjadi secara fisik maupun
kimiawi.Perubahan tersebut seperti pengurangan maupun penambahan konsentrasi
salah satu komponen yang juga disebut dengan pencemaran udara. Pengertian
pencemaran udara menurut Peraturan Pemerintah (PP) Nomor 41 tahun 1999
adalah masuknya atau dimasukkannya zat, energi, dan/atau komponen lain ke
dalam udara ambien oleh kegiatan manusia, sehingga mutu udara ambien turun
sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan udara ambien tidak dapat
memenuhi fungsinya. Di dalam PP Nomor 41 tersebut didefinisikan lebih lanjut
mengenai udara ambien sebagai udara bebas di permukaaan bumi pada lapisan
troposfir yang berada di dalam wilayah yuridiksi Republik Indonesia yang
dibutuhkan dan mempengaruhi kesehatan manusia, makhluk hidup dan unsur
lingkungan hidup lainnnya. Turunnya udara ambien diakibatkan ketidakmampuan
daya dukung lingkungan untuk mengurangi ataupun mengatasi dampak
pencemaran tersebut.
Pencemaran udara perkotaan pada saat ini merupakan masalah yang pelik
dan cenderung semakin meningkat dari waktu ke waktu serta menjadi masalah
utama dalam kualitas udara perkotaan terutama di negara-negara
berkembang.Masalah utama pengendalian pencemaran lingkungan udara
disebabkan karena pencemaran udara tidak mengenal batas administrasi
wilayah.Pencemaran udara di suatu wilayah dampak tidak hanya berasal dari
trasportasi lokal sekitar wilayah dampak namun emisi tersebut dapat pula berasal
dari transportasi lintas provinsi maupun negara.Hal ini disebabkan bahan
pencemar dapat berpindah dari lokasi sumber ke lokasi dampak karena
dipengaruhi oleh faktor meteorogi berupa arah dan kecepatan angin. PP No 41
tahun 1999 menyatakan bahwa terdapat dua belas parameter sumber pencemar
udara yang perlu dikendalikan,yaitu SO2, CO, NO2, O3, HC, Particulate Matter
(PM), Total Suspended Particulate (TSP), Pb, dustfall, total flourida, flour (F)
indeks, kholrin, khlorin dioksida serta sulfat (SO4) indeks.
Particulate Matter (PM)
Udara yang belum tercemar tersusun atas campuran gas primer dan
sekunder, uap air dan aerosol yang mengelilingi seluruh permukaan bumi.Aerosol
merupakan suatu partikel padat atau cair tersuspensi sangat kecil yang berada di
atmosfer dengan konsentrasi kurang dari 1%. Aerosol sering mengacu atau
disebut sebagai campuran PM dengan rentang ukuran partikel 0.001-10
micrometer yang berasal dari komponen-komponen utama seperti mineral debu,
garam laut, sulfat, karbon organik, Black Carbon (BC), dan nitrat.
PMdidefinisikan sebagai subdivisi kecil dari material padat tersuspensi dalam gas
atau cair. PM terjadi akibat emisi langsung ke udara yang disebut partikulat
primer dan melalui bentukan sekunder di atmosfer yang berasal dari emisi gas
sulfur dioxide, nitrogen oksida, ammonia, dan campuran organik volatile bukan
7
methan yang dihasilkan dari aktivitas kegiatan manusia, seperti pembangkit
listrik, industri, transportasi dan proses alam (Theakston 2006).
Sebagian besar komposisi PM (±90%) berasal dari emisi alam, seperti
gunung meletus yang pada umumnya mengeluarkan gasmengandung sulfat,
kebakaran hutan yang mengemisikan karbon organik ke udara serta garam laut
yang terevaporasi dari air laut.Sebagian besar PM yang berasal dari emisi alam
terakumulasi dalam ukuran partikulat kasar (PM>2.5µm) yang teremisi secara
primer ke atmosfer.Partikel kasar memiliki sifat waktu tinggal yang pendek di
atmosfer sehingga dampak yang ditimbulkan cenderung bersifat lokal.
Komposisi ± 10% merupakan partikulat halus (PM