Bab III Metodologi Penelitian - digilib.itb.ac.id Sumber Pencemar Kontribusinya dengan Model PMF...

Bab III Metodologi Penelitian

Studi Pustaka

Menentukan parameter yang diukur: • Konsentrasi massa

rata-rata fine & coarse particles

• Elemen Logam,Ion dan Black Carbon

• Meteorologi

Menentukan durasi sampling : 24 jam

Pemilihan Lokasi : Tegalega

Metode Sampling yang digunakan : Dichotomous Sampler dan MiniVol

Constraints : Ekonomi, waktu, teknis, personal

Pengambilan Sampel di Lapangan

Analisa Laboratorium : • Gravimetri • Reflektometer • Ekstraksi • AAS dan IC

Identifikasi Sumber Pencemar Kontribusinya dengan Model

PMF

Data Meteorologi (Wind Rose)

Unsur Penanda dari profil sumber US-EPA, AIT dan literatur-literatur lain

Kesimpulan & Saran

Menentukan Tujuan Penelitian

Gambar III.1 Diagram Alir Penelitian

Yandhinur Dwi Mauliadi NIM – 253 05 019 III-1

III.1 Umum Suatu penelitian dilakukan dengan tujuan untuk menemukan,

mengembangkan dan menguji kebenaran dari suatu pengetahuan, yang

dilakukan dengan menggunakan metode ilmiah tertentu. Agar hasil yang

diperoleh semakin akurat, penelitian ini harus dilandasi oleh teori-teori yang

telah ada serta data yang lengkap. Data yang diperlukan dalam melakukan

analisis kontribusi sumber ini antara lain : konsentrasi PM2.5 dan PM10 beserta

komposisinya dan data sekunder seperti aktivitas antropogenik.

III.2 Penentuan Lokasi Sampling Lokasi yang diambil harus memiliki kelayakan sebagai titik sampling yaitu

dapat mewakili fungsi/tata guna kawasan yang ditinjau, bebas dari gangguan

lokal, tersedia suplai listrik yang kontinyu dan memadai dan ketinggian

mencukupi. Penempatan alat sampling ditentukan berdasarkan ketentuan

seperti : bebas dari gangguan bangunan sekitar, sirkulasi udara antar inlet alat

sampling terbebas satu sama lain, dan kemudahan akses pengoperasian alat.

Untuk studi ini, dipilih kawasan aktivitas campuran (mixed area) yang

dianggap memiliki banyak sumber emisi yang berasal dari berbagai aktivitas

antropogenik dan alami. Kawasan yang dipilih terletak di Kolam Renang

Tirtalega Jl. Moh.Toha 70, wilayah Tegalega, Kecamatan Regol, sebelah

selatan Kotamadya Bandung. Pengambilan sampel dilakukan di atas atap

gedung Dinas Pertamanan dan Pemakaman. Lokasi pengambilan sampel ini

setinggi 4 m dari permukaan tanah. Peralatan sampling diletakkan diatas

sebuah meja setinggi 1,5 m. Gedung ini berjarak sekitar 100 m dari stasiun

monitoring kualitas udara ambien milik BPLH Kota Bandung.


Terminal Abdul Muis berjarak sekitar 1 km ke sebelah utara dari lokasi

sampling ini dan Terminal Bis Leuwi Panjang berjarak sekitar 2,5 km ke

sebelah barat. Sedangkan di sekitar lokasi sampling ini terdapat banyak

aktivitas perdagangan, lokasi Tempat Pembuangan Sementara (TPS) serta

pemukiman yang cukup padat. Pada jarak sekitar 1,5 - 5 km dari lokasi

sampling terdapat beberapa industri, diantaranya industri tekstil, industri

logam, dan industri kulit. Oleh sebab itu kawasan ini dapat dikatakan

mewakili daerah pencampuran aktivitas manusia, yaitu daerah perdagangan,

pemukiman, transportasi, dan industri.

Gambar III.2 Peta Lokasi Sampling[19]

III.3 Penentuan Ukuran dan Durasi Sampling Partikulat yang diambil pada penelitian ini adalah PM2,5 dan PM10 agar

diperoleh ukuran partikulat yang halus dan kasar. Durasi sampling mengacu

pada standar pengukuran kualitas udara ambien, yaitu 24 jam. Pengukuran

dihentikan pada saat kondisi tidak memungkinkan, yaitu pada saat hujan dan

pengukuran dilanjutkan kembali sekitar 2 jam kemudian setelah hujan reda.


Bila hujan cukup lama dengan intensitas yang tinggi maka pengukuran ini

dilanjutkan sekitar 8 jam kemudian setelah hujan reda. Hal ini dilakukan

dengan asumsi bahwa kondisi udara ambien relatif bersih atau bebas dari

pencemar setelah hujan reda (rainout & washout) (Seinfeld, 1986). Penelitian

ini dilakukan dalam dua musim, yaitu musim hujan dan musim kemarau tahun

2005 – 2007. Sampel musim hujan diambil pada periode bulan September

2005 – Maret 2006 sementara sampel musim kemarau diambil pada periode

bulan Maret 2005 – Juli 2007.

III.4 Sampling

III.4.1 Alat Sampling Penelitian ini menggunakan dua macam alat yang keduanya digunakan untuk

mengumpulkan sampel partikulat di lokasi-lokasi sampling. Penggunaan dua

macam alat ini dimaksudkan untuk memudahkan peneliti dalam menganalisis

kandungan logam, Black Carbon dan kation-anion yang terdapat di partikulat.

Alat-alat sampling tersebut terlebih dahulu dikalibrasi flowrate-nya dengan

menggunakan alat kalibrator yaitu Gilibrator 2.

Tabel III.1 Alat Sampling yang Digunakan

Parameter dan Alat Produk Total Flow Rate Kation - Anion

PM2,5 Minivol Airmetrics

PM10 Minivol Airmetrics 5 l/mnt

Elemen Logam dan Karbon Elemental PM2,5 Dichotomous S-244 Sierra Andersen

PM2,5-10 Dichotomous S-244 Sierra Andersen 16,7 l/mnt

Alat Dichotomous Sampler digunakan karena alat ini merupakan alat yang

disarankan untuk digunakan dalam pengumpulan sampel partikulat fraksi

halus dan kasar oleh USEPA. Pada penelitian ini, alat Dichotomous Sampler


digunakan untuk mengumpulkan sampel yang dipersiapkan untuk analisis

Black Carbon dan unsur logam. Untuk analisis anion-kation, pada penelitian

ini digunakan alat MiniVol yang diproduksi oleh Airmetrics. MiniVol ini

digunakan karena beberapa keunggulannya antara lain, ekuivalen dengan

metode pengukuran yang dipersyaratkan oleh USEPA Federal Reference

(Hill, Patel dan Turner, 1999) serta ringan dan murah.

Gambar III.3 Airmetrics MiniVol Sampler


Gambar III.4 Sierra Andersen Dichotomous Sampler

III.4.2 Filter Filter yang digunakan untuk analisis logam adalah filter membrane selulosa

diameter 37 mm ukuran pori 0,8 µm. Sementara untuk analisis kation-anion,

filter yang digunakan dalam pengukuran konsentrasi PM2,5 dan PM10 adalah

filter quartz 47 mm dengan efisiensi 99% untuk partikel dengan diameter 0,3

µm. Untuk tiap-tiap instrumen yang digunakan, disediakan juga filter blangko

yang berfungsi sebagai kontrol. Ketika filter dimasukan ke dalam alat,

blangko disimpan di dalam petri disk yang tertutup, hal ini untuk mengetahui

sampai sejauh mana kondisi cuaca di sekitar daerah sampling mempengaruhi

filter.


III.4.3 Prosedur Sampling Filter ditimbang terlebih dahulu dengan menggunakan Neraca Mettler.

Namun sebelum ditimbang, filter harus bebas dari kandungan air, kotoran dan

debu serta telah dikondisikan dalam desikator setidaknya selama 24 jam pada

temperatur rata-rata 20 – 23 oC dan kelembaban rata-rata 30 – 40% (USEPA

Filter Conditioning and Weighing Facilities and Procedures for PM2.5

Reference and Class I Equivalent Methods, 1998). Filter ditimbang beberapa

kali sampai perbedaan untuk tiap-tiap pengukuran pada sampel yang sama

hanya 0.010 mg. Filter harus segera digunakan dalam 30 hari setelah

ditimbang.

Alat sampling diprogram selama 24 jam. Untuk MiniVol, batere yang akan

digunakan harus di-charge terlebih dahulu selama 18 jam. Selama sampling,

setiap kondisi baik meteorologi maupun alat sampling harus dicatat secara

berkala.

III.5 Analisis Sampel Filter hasil sampling dibawa ke laboratorium dan distabilkan sehingga bisa

ditimbang secara gravimetrik. Kemudian masing-masing dilakukan perlakuan

ekstraksi untuk analisis logam dengan AAS dan untuk analisis kation-anion

dengan kromatografi ion. Setelah mendapat perlakuan awal sesuai dengan

prosedur pra-analisis masing-masing, semua sampel dianalisis dengan

metode, alat dan tempat seperti dalam tabel dibawah ini.

Model PMF yang digunakan pada penelitian ini membutuhkan input berupa

nilai konsentrasi tiap-tiap spesi serta nilai uncertainty-nya. Oleh karenanya,

pada penelitian ini tidak hanya dihitung nilai kosentrasi tiap-tiap spesi kimia

saja, namun juga nilai uncertainty tiap-tiap spesinya. Detil metodologi

perhitungan untuk analisis gravimetri serta kandungan spesi kimia dan nilai

uncertainty yang terukur pada penelitian ini dapat dilihat di lampiran.


Tabel III.2 Metode Analisis Sampel

Metode Parameter Alat Tempat

Gravimetrik Berat Neraca Mettler Dept.TL-ITB Ekstraksi logam - Microwave Digestion Batan, Serpong

Ekstraksi ion - Ultrasonic Bath Dept. TL-ITB

Analisis atom Elemen logam AAS FID/GF P3GL Bandung

Kromatografi Spesies ion IC Lapan,Bandung

dan BMG,Jakarta Thermal Optical Karbon Reflectometer Batan, Bandung Keterangan AAS : Atomic Absorption Spectrophotometer FID/GF : Flame Ionization Detector/Graphite Furnace IC : Ion Chromatography

III.6 Pengelolaan Data Pengelolaan data terdiri atas pengelolaan data primer dan sekunder. Data

primer merupakan data yang diperoleh dari hasil pengukuran lapangan dan

hasil analisis laboratorium. Sementara data sekunder merupakan data yang

diperoleh dari hasil penelitian pihak lain. Pengelolaan Data Primer pada

penelitian ini adalah dengan melakukan analisis kontribusi sumber dengan

model PMF. Pengelolaan data sekunder meliputi pengelolaan data profil

sumber dan data unsur-unsur penanda (fingerprint elements) yang diperoleh

dari hasil penelitian sebelumnya ataupun dari literatur-literatur tertentu serta

data meteorologis historis dari BMG atau dari stasiun monitoring Lapangan

Udara Husein Sastranegara Bandung.

III.6.1 Pengolahan Data Sebelum data hasil sampling dijadikan input dalam model, seluruh nilai

konsentrasi dan uncertainty harus dikelola terlebih dahulu sesuai rekomendasi

Polissar et al.(1998) agar diperoleh pembobotan data yang optimal untuk


model reseptor. Nilai konsentrasi yang berada dibawah batas deteksi alat

diganti menjadi setengah nilai limit deteksi alat, dan nilai uncertainty-nya

menjadi 5/6 dari limit deteksi tersebut. Nilai yang hilang diganti dengan rata-

rata geometrik dari seluruh data yang tersedia untuk unsur tersebut, dan

uncertainty-nya sebesar 4 kali nilai rata-rata geometrik tersebut. Metode

Polissar ini diterapkan agar pembobotan dan penyesuaian (weighing &

scaling) data yang akan digunakan dalam model reseptor tepat. Konsentrasi

unsur yang terukur biasanya memiliki nilai uncertainty kurang dari 50%

sementara untuk data yang tidak terdeteksi memiliki nilai uncertainty 100% -

250% dan data yang hilang memiliki nilai uncertainty 400%.

III.6.2 Positive Matrix Factorization (PMF) Model PMF ini membutuhkan input data berupa matrix data konsentrasi tiap-

tiap spesi dan matrix nilai uncertainty-nya dalam file terpisah. Persiapan

matrix data dan uncertainty dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan

software Microsoft Excel. Contoh matrix data konsentrasi dapat dilihat pada

gambar dibawah ini. Langkah selanjutnya adalah mengubah extensi kedua file

tersebut ke dalam format text (txt). File input yang sudah dalam bentuk *.txt

dipindahkan kedalam folder yang sama dimana terdapat model PMF pada

harddisk komputer yang kita gunakan..

Setelah data input model tersedia dalam folder yang sama, Model sudah dapat

dijalankan. Namun sebelumnya terdapat beberapa parameter pada model yang

harus disesuaikan pada file initialization (*.INI). Parameter yang harus

disesuaikan adalah parameter ROWS dan COLUMNS yang menunjukkan

jumlah baris dan kolom pada data yang akan kita analisis, parameter

FACTOR yang menunjukkan berapa perkiraan jumlah faktor yang kita

inginkan dan parameter FPEAK yang berfungsi untuk mengontrol rotasi

model.


Gambar III.5 Contoh Matrix Data Konsentrasi

Gambar III.6 Setting Model PMF


Metodologi yang digunakan untuk setting model PMF ini mengacu pada

panduan yang telah ditetapkan oleh Hopke dalam A Guide to Positive Matrix

Factorization yang secara lengkap dapat dilihat di lampiran. Jumlah faktor

ditentukan dengan membandingkan resultan nilai Q dari beberapa kali

eksekusi model dengan jumlah faktor yang berbeda. Nilai Q merupakan

fungsi FPEAK yang digunakan untuk menentukan rotasi optimal pada model

PMF. Pada penelitian ini, digunakan nilai FPEAK antara -0.4 hingga +0.8.

Setelah seluruh parameter setting model dipilih, model dapat dijalankan

dalam sistem operasi DOS. Model ini akan mengiterasi jumlah faktor dan

nilai FPEAK yang dilakukan berulang-ulang hingga diperoleh nilai kontribusi

sumber (Matrix G) dan profil sumber (Matrix F) yang realistis.

Output yang diperoleh berupa file F-Factor dan file G-Factor akan muncul di

folder yang sama dengan folder dimana kita menyimpan model PMF. File

tersebut kemudian dipindahkan kedalam format Microsoft Excel seperti

terlihat pada gambar dibawah ini.

Gambar III.7 Output Model PMF


Setelah kedua file tersebut dipindahkan ke Microsoft Excel, diperlukan sedikit

perhitungan sebelum nilai profil sumber dan kontribusinya dapat diperoleh.

Dapat dilihat pada gambar III.7 diatas, data G-factor dan F-factor merupakan

nilai yang diperoleh langsung dari model. Nilai tiap-tiap data pada tiap-tiap

kolom data G-factor kemudian dikalikan dengan nilai baris pertama F-factor

pada kolom yang sama, sehingga diperoleh matrix seperti terlihat pada kolom

berwarna coklat pada gambar diatas.Jumlah total nilai pada kolom G-factor

menunjukkan besarnya kontribusi dari sumber emisi faktor tersebut,

sementara jumlah total nilai pada barisnya menunjukkan besarnya massa yang

terkalkulasi oleh model PMF untuk tiap-tiap sampel. Total nilai pada kolom

tersebut dapat diplotkan ke dalam grafik berbentuk pie-chart sehingga dapat

terlihat persentase kontribusi dari tiap-tiap sumber yang teridentifikasi. Data

massa yang terkalkulasi oleh model PMF ini digunakan untuk memvalidasi

model, dengan cara membandingkan nilainya terhadap data konsentrasi massa

yang terukur ketika sampling.

Untuk data F-factor, juga dilakukan perhitungan yang sama dengan file G-

factor. Data-data F-factor baris kedua hingga baris terakhir masing-masing

dikalikan dengan data baris pertama F-factor untuk kolom yang sama,

sehingga menghasilkan data F-factor seperti yang terlihat pada kolom

berwarna coklat. Baris-baris pada data F-factor setelah kalkulasi ini

menunjukkan besarnya nilai kontribusi tiap-tiap sepsi kimia yang kita ukur

terhadap kolom-kolom faktor sumber emisi. Oleh karenanya, untuk

mempermudah analisis, tepat disebelah kiri kolom pertama data F-factor, kita

masukkan spesi-spesi kimia apa saja yang kita ukur pada penelitian ini. Data

F-factor tersebut kemudian dapat kita plotkan kedalam grafik tipe kolom,

sehingga analisis dan identifikasi sumber emisinya dapat lebih mudah

dilakukan seperti terlihat pada bab hasil dan pembahasan.


III.6.3 Data Meteorologi Pengelolaan data meteorologi pada penelitian ini dilakukan dengan membuat

wind rose terhadap data kecepatan dan arah angin yang dikumpulkan selama

sampling dan data yang diperoleh dari stasiun monitoring terdekat.

Pembuatan wind rose ini menggunakan bantuan software WRPLOT View

Version 3.5 buatan Lakes Environmental Software. Software ini dapat

diperoleh secara gratis dengan mengunduh langsung dari website www.Lakes-

Environmental.com.


Bab III Metodologi Penelitian - digilib.itb.ac.id Sumber Pencemar Kontribusinya dengan Model PMF...

Documents

Transcript of Bab III Metodologi Penelitian - digilib.itb.ac.id Sumber Pencemar Kontribusinya dengan Model PMF...