xxiii

INTISARI

Beberapa penelitian yang mengkorelasikan SO2 di udara dengan SO42- dalam air hujan untuk

berbagai tempat telah dipublikasikan. Riset-riset tersebut pada umumnya masih terbatas pada

korelasi antara konsentrasi polutan di udara dengan di air hujan. Dalam penelitian ini, telah

dilakukan pengkajian mengenai pengaruh sumber emisi SO2 dan NO2 , dari sumber bergerak

dan tidak bergerak, terhadap SO42- dan NO3

- dalam air hujan dengan mengambil lokasi Kota

Semarang. Ibu Kota Jawa Tengah ini dipilih mengingat sebagai pusat pertumbuhan ekonomi di

Jawa Tengah yang memiliki kebijakan perkembangan sebagai kota industri, perdagangan, jasa

dan pendidikan. Dampak kebijakan ini berpotensi menimbulkan pencemaran udara dan hujan

asam. Penelitian ini merupakan diskriptis observasional. Riset dimulai dengan mengidentifikasi

sumber emisi lokal yang berpengaruh terhadap sebaran SO2, NO2 di udara dan SO42- dan NO3

-

dalam air hujan, menganalisis SO2, NO2 di udara dan SO42-, NO3

- dalam air hujan dengan

metode analisis colorimetry, menganalisis pengaruh SO2, NO2 dari sumber emisi terhadap SO42-

, NO3- dalam air hujan dengan metode korelasi. Model sebaran SO4

2- dan NO3- dalam air hujan

juga diusulkan pada bagian akhir penelitian. Hasil penelitian menunjukkan bahwa emisi SO2

dari 99 sumber emisi tidak bergerak sebesar 9.999,50 ton/tahun, NO2 sebesar 3.398,94

ton/tahun. Emisi SO2 dari 47 ruas jalan utama sebesar 366,09 ton/tahun dan NO2 sebesar

8.001,16 ton/tahun. Konsentrasi SO42- dalam air hujan 1,69–9,17 mg/l, NO3

- sebesar 0,01–2,89

mg/l. Pengaruh sumber emisi SO2 di Kota Semarang terhadap SO42- dalam air hujan rerata

sebesar 2,65%, NO3- sebesar 33,38%. Pola sebaran SO2 cenderung terkonsentrasi dekat sumber

emisi tidak bergerak, sedangkan NO2 cenderung menyebar di seluruh kota karena pengaruh

sumber bergerak. Pola sebaran SO42- dan NO3

- dalam air hujan terkumpul di bagian utara

sebelah timur disebabkan arah angin dan topografi Kota Semarang. Rumusan model adalah

𝐶𝑆𝑂2,𝑁𝑂2=

0,117𝑄𝑝

𝑈.𝜎𝑦.𝜎𝑧. cos 𝛼 . (1 − 𝑒−𝐾𝑤.𝑡). Hasil penelitian diharapkan dapat digunakan sebagai

model untuk dapat diaplikasikan pada kota-kota lain yang memiliki karakter mirip Kota

Semarang.

Kata kunci: hujan asam, pencemaran udara, pola sebaran, sumber emisi.

xxiv

ABSTRACT

Some researches that correlate SO2 in the air with SO42- in rain water to various places have

been published. The researches generally are still limited to the correlation between the

concentration of pollutants in the air and in rain water. In this study, has conducted the effects

of SO2 and NO2 emission sources, both mobile and stationary sources, to SO42- and NO3

- in

rainwater, has been carried out by taking the location of Semarang. Capital city of Central Java

has been given as the center of economic growth in Central Java which has a policy of

development as a city of industry, commerce, service and education. The impacts of this policy

potentially cause air pollution and acid rain. This is a descriptive observational study. Study

begins by identifying local emissions sources which affect the dispersion of SO2, NO2 in the air

and SO42-, NO3

- in rainwater; analyzing SO2, NO2 in the air and SO42-, NO3

- in rainwater by

colorimetric analysis method; and analyzing the effect of SO2, NO2 from emission sources to

SO42-, NO3

- in the rain with a correlation method. Dispersion model of SO42-and NO3

- in

rainwater is also proposed at the end of the study. The results indicated that SO2 and NO2

emissions from 99 stationary emission sources amounted to 9,999.50 tons/year and 3,398.94

tons/year; and SO2 and NO2 emissions of 47 main roads amounted to 366.09 tons/year and

8,001.16 tons/year, respectively. SO42- concentrations in rainwater from 1.69 to 9.17 mg/l and

NO3- concentrations of 0.01 to 2.89 mg/l. Effect of SO2 emission sources in Semarang against

SO42- and NO3

- in rainwater average of 2.65% and 33.38% in a sequence. SO2 dispersion

patterns tend to be concentrated near the stationary emission source, while NO2 tends to spread

throughout the city because of the influence of mobile sources. SO42-and NO3

- dispersion

patterns in the rainwater accumulated in the north east due to the wind direction and topography

of Semarang. Formula model is 𝐶𝑆𝑂2,𝑁𝑂2=

0,117𝑄𝑝

𝑈.𝜎𝑦.𝜎𝑧. cos 𝛼 . (1 − 𝑒−𝐾𝑤.𝑡). All research results are

expected to be used as a model to be applied in other cities that have a comparable character of

Semarang.

Keywords: acid rain, air pollution, dispersion patterns, emission sources.

xxv

RINGKASAN DISERTASI

MODEL SEBARAN SO42- DAN NO3

- DALAM AIR HUJAN

DI KOTA SEMARANG

A. PENDAHULUAN

Pencemaran udara dan hujan asam merupakan masalah lingkungan serius (Larsen et al.,

1999). Pencemaran udara disebabkan oleh masuknya bahan pencemar ke atmosfer merupakan

dampak dari pembangunan ekonomi (Chernichan, 2012). Pertumbuhan industri sebesar 1%

mengakibatkan peningkatan emisi polutan total sebesar 11,8% (Cherniwchan, 2012). Emisi

polutan di Asia bertambah dengan cepat seiring dengan pertumbuhan ekonomi di kawasan ini.

(Chantara, 2012). Konsumsi energi dari bahan bakar fosil di Asia diperkirakan meningkat dua

kali lipat dalam dua dekade terakhir. Diperkirakan tahun 2030 konsumsi mencapai 6,3 Btoe

(billions ton oil equivalent) disebabkan oleh laju urbanisasi, industrialisasi dan pertumbuhan

penduduk (Mukherjee and Sovacool, 2012).

Emisi gas NO2 dan SO2 ke udara dapat teroksidasi membentuk polutan sekunder berupa

asam nitrat (HNO3) dan asam sulfat (H2SO4). Kedua asam tersebut merupakan asam kuat dan

sangat larut dalam air sehingga dapat menyebabkan pH air hujan turun menjadi < 5,6 atau yang

sering disebut sebagai hujan asam. Air hujan yang mengadung asam dapat menyebabkan

kerusakan lingkungan. Peningkatan keasaman pada badan air (sungai dan danau) menimbulkan

efek toksik (keracunan) pada hewan dan tanaman yang hidup di dalamnya terutama ikan.

Banyak spesies ikan yang dapat hidup pada pH > 5,5 tetapi hanya sedikit spesies yang yang

mampu bertahan hidup pada pH di bawah ≤ 5 (Tietenberg, 2003).

Di Indonesia, menurut Deputi Bidang Pengendalian Pencemaran Lingkungan

Kementrian Lingkungan Hidup, berdasarkan data tahun 2001-2009 peristiwa hujan asam telah

terjadi di beberapa kota yaitu Jakarta, Serpong, Kototabang, Bandung dan Maros. Air hujan

pada kota-kota tersebut mempunyai pH turun hingga 5,40 – 4,30 (www.antaranews.com).

Kota Semarang merupakan ibukota dan pusat pertumbuhan ekonomi di Jawa Tengah.

RPJMD Kota Semarang tahun 2010 – 2015 menetapkan arah kebijakan Kota Semarang

berkembang sebagai kota industri, perdagangan, jasa dan pendidikan. Perkembangan kota dapat

memicu terjadinya urbanisasi dan peningkatan jumlah penduduk. Jumlah penduduk pada tahun

xxvi

2012 sebanyak 1.558.380 jiwa dan tingkat pertumbuhan jumlah penduduk per tahun sebesar

0,96% (BPS Kota Semarang, 2013). Pertambahan jumlah penduduk di Kota Semarang berasal

dari pertumbuhan alami dari kelahiran dan kematian serta pertambahan penduduk disebabkan

karena urbanisasi dengan tujuan untuk pendidikan dan pekerjaan.

Perkembangan industri di Kota Semarang dari tahun 2005 – 2009 mengalami fluktuasi,

pertumbuhan industri tahun 2005 sebesar 13,6%; tahun 2006 sebesar 2,6%; 2007 sebesar

10,6%; 2008 sebesar 5,9% dan 2009 sebesar 0,17% (Pemerintah Kota Semarang, 2010).

Pengembangan kawasan industri pada daerah pengembangan terutama di daerah perbatasan.

Sebelah selatan: Srondol Kulon. Sebelah timur: Kawasan Industri Terboyo, Muktiharjo,

Banjardowo dan Plamongan sari. Sebelah barat: kawasan Industri Tugu, Candi, Tambakaji dan

Jatibarang. Pemusatan industri pada satu kawasan dapat menyebabkan penumpukan polutan

dan pencemaran.

Berdasarkan uraian di atas, perkembangan Kota Semarang sebagai kota industri,

perdagangan, jasa dan pendidikan, meningkatnya sarana transportasi, meningkatnya konsumsi

bahan bakar serta telah terindikasi hujan asam di beberapa kota di Indonesia. Perlu diadakan

penelitian untuk menganalisis kejadian hujan asam dengan melakukan penelitian terhadap

emisi SO2 dan NO2 dari kegiatan industri dan transportasi, konsentrasi SO2 dan NO2 di udara

ambien, pH, SO42- dan NO3

- dalam air hujan, pengaruh SO2 dan NO2 dari kegiatan industri dan

transportasi terhadap SO42- dan NO3

- dalam air hujan serta mengembangkan model hujan asam

agar dapat diketahui sumber emisi dominan penyebab terjadinya hujan asam di wilayah tertentu

di Kota Semarang sehingga dapat dilakukan upaya pengendalian dan pencegahan terjadinya

hujan asam.

Berdasarkan permasalahan di atas dapat dirumuskan tujuan penelitian sebagai berikut:

a. Mengkaji sumber emisi SO2 dan NO2 dari aktifitas industri dan transportasi serta pola

sebaran SO2 dan NO2 di Kota Semarang.

b. Mengkaji karakteristik pH, DHL, SO42- dan NO3

- dalam air hujan di Kota Semarang.

c. Mengkaji dampak emisi SO2 dan NO2 dari aktifitas industri dan transportasi terhadap

SO42- dan NO3

- dalam air hujan di Semarang.

d. Membuat model sebaran SO2 dan NO2 di ambien serta SO42- dan NO3

- dalam air hujan

di Kota Semarang.

xxvii

Penelitian ini perlu dilakukan dalam upaya mengurangi dampak perkembangan industri

dan transportasi Kota Semarang terhadap pencemaran SO2 dan NO2 melalui identifikasi dan

penilaian sumber-sumber emisi dominan SO2 dan NO2 di Kota Semarang yang berpengaruh

terhadap SO2 dan NO2 di udara serta SO42- dan NO3

- dalam air hujan di Kota Semarang.

B. METODE PENELITIAN

Penelitian ini merupakan penelitian deskriptif kuantitatif observasional. Berdasarkan

analisis merupakan penelitian deskriptif untuk memperoleh gambaran keadaan sumber-sumber

emisi, pencemaran udara dan karakter hujan asam pada wilayah studi. Berdasarkan ruang

lingkup penelitian ini adalah penelitian observasi di lapangan dan peneliti tidak mempunyai

kontrol langsung terhadap variable bebas karena fenomena telah terjadi atau fenomena sukar

dimanipulasi. Berdasarkan hubungan antar variabel, merupakan penelitian analitik dengan

menentukan korelasi antara variabel-variabel tekait. Populasi dalam penelitian ini adalah semua

kejadian hujan dan sebagai sampel adalah air hujan yang dikumpulkan pada lokasi penelitian.

Jumlah sample air hujan pada tiap-tiap lokasi adalah 7 – 12 sampel. Variabel penelitian terdiri

dari variabel terikat, variabel bebas dan variabel penyerta.Variabel terikat dalam penelitian ini

adalah derajat keasaman (pH), SO42- dan NO3

- dalam air hujan. Variabel bebas adalah SO2 dan

NO2 di atmosfer dan sumber emisi. Variabel penyerta adalah faktor meteorologi (arah angin,

kecepatan angin, temperatur udara dan tekanan udara). Data meteorologi diperoleh dari Badan

Meteorologi Klimatologi dan Geofifika (BMKG) Semarang. Data konsentrasi SO2 dan NO2 di

udara ambien adalah data dari BLH Kota Semarang dan BLH provinsi Jawa Tengah beasal dari

laporan RKL-RPL perusahaan-perusahaan di Kota Semarang pada musim kering tahun 2012

(bulan Juli – September), musim basah tahun 2013 - 2014 (bulan Oktober 2013 – Mei 2014)

dan musim kering 2013 (Juni-September). Konsentrasi SO2 menggunakan metode colorimetri

menggunakan pararosanillin yang dikembangkan oleh Scaringelli F.P., et.al. tahun 1967

dijadikan metode uji penentuan SO2 di atmosfer dalam American Standard for Testing Material

ASTM D2914-1995 dan adopsi dalam Standar Nasional Indonesia SNI 19-7119.7 2005.

Pengukuran NO2 di udara ambien diukur dengan metoda Colorimetri-Saltzman yang

dikembangkan Saltzman B.E. et. al. tahun 1955 dan dijadikan metode uji penentuan NO2 di

atmosfer dalam American Standard for Testing Material ASTM D1607-91 (1995) dan diadopsi

xxviii

oleh Standar Nasional Indonesia SNI 19-7119.2 2005. Konsentrasi SO2 dan NO2 dari emisi

sumber bergerak (transportasi) dilakukan dengan cara menghitung jumlah kendaraan yang

melintas pada ruas jalan pada rentang waktu 10 menit dengan pengulangan 3 kali. Waktu

pengukuran dilakukan pada pagi (pukul 06.00 – 08.00), siang (pukul 08.00 – 15.00), sore (pukul

15.00 – 19.00) dan malam hari (pukul 19.00 – 22.00). Perhitungan emisi SO2 dan NO2

menggunakan faktor emisi menurut PERMENLH No. 12 tahun 2012. Derajat keasaman (pH)

menggunakan pH meter yang dikalibrasi dengan larutan buffer standar 4 dan 7 sebelum

dilakukan pengukuran sesuai dengan metode pengukuran pH ASTM D1293 yang diadop

Standar Nasional Indonesia SNI 06-6989.11-2004. Pengukuran daya hantar listrik (DHL)

menggunakan metode Conductivity meter Standar Nasional Indonesia SNI 06-6989.1:2004.

Konsentrasi SO42- menggunakan metoda Turbidimetri Standar Nasional Indonesia SNI

6989.20:2004. Konsentrasi NO3- dalam air hujan menggunakan metoda Elektroda Selektif

Standar Nasional Indonesia SNI 6989.74:2004. Pengukuran SO42- dan NO3

- dilakukan oleh

Laboratorium terakreditasi ISO/IEC SNI 17025:2008 yaitu Laboratorium Balai Pengujian dan

Laboratorium Lingkungan Hidup (BPL2H) Badan Lingkungan Hidup Provinsi Jawa Tengah

dan Laboratorium Balai Pengujian dan Informasi Konstruksi (BPIK) Dinas Cipta Karya dan

Tata Ruang Provinsi Jawa Tengah.

C. HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Kondisi Fisik Kota Semarang

Kondisi fisik Kota Semarang mempunyai permukaan yang bervariasi, daerah pantai dan

lorong dataran rendah yang memanjang barat-timur yang dibatasi laut lepas di utara dan dinding

perbukitan di selatan dengan ketinggian 0 sampai dengan 348 m dpl. Arah angin dominan di

Semarang pada bulan Januari berasal dari arah utara hingga barat, bulan Februari – Maret arah

angin dominan berasal dari Barat Laut. Akhir bulan April hingga pertengahan Mei arah angin

dominan berasal dari timur. Pertengahan bulan Mei hingga akhir Juni arah angin banyak terjadi

perubahan dari barat laut, utara, timur laut, timur hingga tenggara. Kecepatan angin yang

bertiup di Kota Semarang kurang dari 0.5 m/dt mencapai 64,39%. Klasifikasi stabilitas atmosfer

harian di Semarang pada bulan Januari 2013 – Juni 2013 senantiasa berubah sebagaimana

perubahan kecepatan angin dan intensitas matahari. Bulan Januari-Februari 2013 stabilitas

xxix

atmosfer cederung dalam katagori tidak stabil (Klas B). Bulan Maret-Juni 2013 stabilitas

atmosfer cenderung dalam katagori tidak stabil-sangat tidak stabil (Klas A-AB).

2. Konsentrasi SO2 dan NO2 di Udara Ambien Pada Musim Basah dan Musim Kering

Konsentrasi SO2 dan NO2 di udara ambien merupakan akumulasi dari berbagai sumber

emisi. Keberadaan SO2 dan NO2 bertambah dengan adanya emisi dan berkurang karena terjadi

reaksi kimia membentuk senyawa lain, terjadi proses penyisihan karena pengaruh gravitasi

bumi dan penyisihan oleh air hujan serta bergerak mengikuti gerakan angin (Manahan, 2000).

Dinamika yang terjadi pada atmosfer menyebabkan adanya perbedaan konsentrasi SO2 dan

NO2. Konsentrasi SO2 dan NO2 di udara ambien pada periode musim basah bulan Nopember

2012 – April 2013 konsentrasi SO2 di atas permukaan tanah adalah 0,17 – 46,73 µg/m3 dan

konsentrasi NO2 sebesar 0,01 – 123,80 µg/m3.

Konsentrasi SO2 pada musim kering bulan Mei – Oktober tahun 2011 adalah 3,31 –

145,80 µg/m3, dan konsentrasi NO2 11,36 – 138,40 µg/m3, sedangkan pada 2012 konsentrasi

SO2 adalah 37,00 – 111,00 µg/m3, dan konsentrasi NO2 3,19 – 113,30 µg/m3. Konsentrasi SO2

tertinggi terdapat di lokasi pemantauan dekat dengan industri. Tahun 2011, konsentrasi SO2

tertinggi terdapat di Kawasan Industri Lamicitra sebesar 145,80 µg/m3 dan tahun 2012 terjadi

di Kawasan Industri Wijaya Kusuma dengan konsentrasi SO2 adalah 111,10 µg/m3.

Konsentrasi NO2 tertinggi terjadi pada lokasi pemantauan dekat jalan raya. Pada tahun 2011,

konsentrasi NO2 tertinggi terjadi di Jalan Pandaranan sebesar 138,40 µg/m3, sedangkan tahun

2012 terjadi di Jalan Kaligawe dengan konsentrasi sebesar 110,11 µg/m3.

Perbandingan antara uji statistik deskriptif dan uji klastering antara konsentrasi SO2 dan

NO2 di bulan basah dan bulan kering pada konsentrasi terendah dan rerata klaster terendah

menunjukan bahwa konsentrasi SO2 dan NO2 di bulan basah lebih rendah dibanding dengan

pada bulan kering. Hal ini berarti peristiwa washout oleh air hujan menurunkan konsentrasi SO2

dan NO2 di udara ambien. Hal ini menunjukkan adanya dampak deposisi basah oleh air hujan

menyebabkan atmosfer menjadi lebih bersih (Huang et al, 2011),

xxx

3. Sumber Emisi SO2 dan NO2

a. Emisi sumber tidak bergerak

Kota Semarang pada tahun 2009 tingkat Pro-Investasi peringkat ke-6 se Jawa Tengah

dan peringkat ke-13 Nasional. Predikat tersebut dapat meningkatkan daya tarik investor untuk

menanamkan modal (Pemerintah Kota Semarang 2010). Hal ini menyebabkan terjadinya

pertumbuhan berbagai jenis usaha baik industri manufakturing, jasa perbengkelan, hotel,

pertokoan dan lain-lain. Industri manufakturing di Kota Semarang berkembang pada kawasan-

kawasan industri. Di bagian selatan: Kawasan Industri Srondol. Bagian timur: Kawasan Industri

Terboyo, Muktiharjo, Banjardowo dan Plamongan Sari. Bagian barat: Kawasan Industri Tugu

Wijaya Kusuma, Candi, Tambakaji dan Jatibarang. Penempatan industri di kawasan industri

memungkinkan adanya banyak sumber emisi (cerobong asap) terdapat di suatu kawasan.

Pencemaran udara bisa terjadi bila di udara ambien disebabkan oleh kontribusi cemaran dari

banyak sumber emisi. Jumlah SO2 diemisikan oleh 99 sumber tidak bergerak sebesar 27,40

ton/hari atau sebesar 9.999,50 ton/tahun dan emisi NO2 sebesar 9,31 ton/hari atau 3.398,94

ton/tahun. Sumber-sumber emisi tidak bergerak lebih banyak terdapat di sisi utara Kota

Semarang.

b. Emisi sumber bergerak

Emisi SO2 dan NO2 dari sumber bergerak bergantung dari kepadatan lalu lintas dan jenis

kendaraan yang melintas. Kepadatan lalulintas di jalan raya sangat berfluktuasi. Perubahan

kepadatan dari waktu ke waktu terjadi sangat cepat. Secara umum kecenderungan kepadatan

lalulintas Kota Semarang dapat dibagi menjadi 4 (empat) yaitu padat pagi hari terjadi pada

pukul 06.00 – 08.00, normal siang hari pada pukul 08.00 – 15.00, padat sore hari pada pukul

15.00 – 19.00 dan normal malam hari pada pukul 19.00 – 22.00, setelah pukul 22.00 kepadatan

lalulintas cenderung rendah bila dibandingkan dengan kepadatan lalulintas pada siang hari. .

Emisi SO2 dari transportasi pada ke-47 ruas jalan utama di Semarang 65,28 g/dt atau 1,003

ton/hari, sedangkan emisi NO2: 1.444,97 g/dt atau 21,921 ton/hari. Ruas jalan penyumbang

emisi SO2 dan NO2 dominan adalah jalan TOL ruas Gayam, Tembalang dan Jatingaleh (pada

saat penelitian dilakukan ruas Banyumanik belum dibuka untuk truk dan bus) dan jalan arteri

primer: Jl. Siliwangi, Jl. Yos Sudarso, Jl. Kaligawe dan jalan arteri sekunder: ruas JL. Perintis

Kemerdekaan, Jl. Majapahit (Gayam – Pedurungan), Jl. Woltermonginsidi dengan sumber

utama dari bus dan truk.

xxxi

4. Sifat Hujan Asam

Musim hujan di Kota Semarang terjadi pada bulan Nopember – April dengan puncak

hujan pada bulan Januari – Februari. Kejadian hujan di Kota Semarang terjadi pada hampir

setiap bulan dalam setahun. Derajat keasaman air hujan tidak sama pada setiap kejadian hujan.

Air hujan yang turun pada lokasi dan waktu berbeda mempunyai pH berbeda. Sebagian besar

air hujan mempunyai pH normal (pH mendekati 7). Hujan dengan pH di bawah 5,6 terjadi 3

sampel (3%) kasus yaitu di Kandri Gunungpati, Ngaliyan dan Wonodri Sendang.

Air hujan yang mengandung asam dapat menyebabkan kerusakan lingkungan. Saat ini

telah terjadi peristiwa hujan asam di berbagai negara dan menimbulkan kerusakan lingkungan.

Kerusakan tanaman akibat hujan asam telah terjadi pada hutan di Jerman dan California Utara.

Peningkatan keasaman pada badan air (sungai dan danau) menimbulkan efek toksik

(keracunan) pada hewan dan tanaman yang hidup di dalamnya terutama ikan dan hanya sedikit

spesies ikan yang yang mampu bertahan hidup pada pH di bawah ≤ 5 (Tietenberg, 2003). Di

Kanada, lebih dari 50% danau-danau di Kanada mempunyai pH ≤ 5,5 (Bellehumeur et.al.,

2000). Di Italia bagian utara, hujan dengan pH rerata 5,2 menyebabkan penurunan konsentrasi

unsur hara sebagai nutrisi tanaman (Bini et.al., 1998). Di Shaoshan China, hujan asam

menyebabkan pembilasan (leaching) Ca2+, K+ dan Cl- pada kanopi hutan (Xiang R., et.al.,

2008). Korosi pada bangunan, jaringan listrik, peralatan dan material logam disebabkan karena

efek ion Hidrogen [H+] (Tietenberg, 2003). Pelarutan logam menyebabkan bertambahnya

kandungan logam di perairan dan menyebabkan dampak lain akibat pencemaran logam di

perairan (Cunningham, 2004, Manahan, 2000).

Konsentrasi SO42- rerata berkisar antara 1,69 – 9,17 mg/l. Konsentrasi terendah terjadi

di Meteseh yaitu 1,45 mg/lt, tertinggi di Sendang Mulyo 9,16 mg/lt. Konsentrasi NO3- retata

terdapat perbedaan yang di antara lokasi pengujian dan pada tiap-tiap lokasi pengujian

mempunyai rentang nilai yang besar. Konsentrasi NO3- rerata berkisar antara 0,01 – 2,89 mg/l.

Konsentrasi terendah terjadi di Mijen yaitu 0,01 mg/lt, tertinggi di Tlogosari sebesar 2,89 mg/lt.

Di sisi lain, SO42- dan NO3

- merupakan unsur hara yang dibutuhkan tanaman. Tanaman

membutuhkan unsur N pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Unsur N diserap dalam

bentuk NO3- dan NH4

+. Ion sulfat merupakan sumber unsur S bagi tanaman yang berfungsi

untuk membentuk enzim, vitamin, merangsang nodulasi untuk fiksasi N dan sangat penting

xxxii

dalam pembentukan klorofil. Tanaman yang cukup mengandung unsur N, warna daun menjadi

hijau tua dan mempunyai kadar klorofil tinggi. Kekurangan unsur N pada tanaman

menyebabkan klorosis daun, pertumbuhan lambat dan menjadi kerdil. Kelebihan unsur N

menyebabkan pertumbuhan vegetatif meningkat dan berkurangnya produktifitas.

Pola sebaran SO2 dan NO2 dipengaruhi oleh topografi Kota Semarang. Angin dari barat

laut - utara bergerak ke selatan menabrak perbukitan di Semarang Bagian Selatan sehingga

berbelok arah menyebabkan terjadinya konsentrasi SO2 dan NO2 di Semarang bagian utara

sebelah timur. Pola sebaran SO2 cenderung terkonsentrasi pada daerah utara. Hal ini

disebabkan sumber dominan SO2 berasal dari sumber tidak bergerak dan lebih banyak di

Semarang bagian utara. Pola sebaran NO2 cenderung lebih menyebar dibandingkan dengan

pola sebaran SO2. Sebaran NO2 lebih merata di semua wilayah kota karena dipengaruhi oleh

sumber emisi bergerak.

5. Dampak sumber emisi SO2 dan NO2 terhadap SO42- dan NO3

- dalam air

hujan

Pengaruh sumber emisi SO2 dari sumber bergerak dan sumber tidak bergerak terhadap

SO42- dalam air hujan dilakukan dengan membandingkan SO4

2- yang terbentuk dari SO2 di

udara berdasarkan Hukum Henry dan SO42- dalam air hujan hasil pengukuran. Terbentuknya

SO42- dari SO2 melalui mekanisme pelarutan gas SO2, disosiasi SO2 terlarut dan oksidasi

membentuk SO42-. Pengaruh sumber-sumber emisi SO2 di Kota Semarang terhadap SO4

2- dalam

air hujan rerata sebesar 2,65%. Dengan demikian, SO42- dalam air hujan yang turun di Semarang

lebih banyak berasal dari luar Semarang yang terkandung di dalam awan. SO2 merupakan

senyawa kimia yang lambat bereaksi dengan senyawa lain di atmosfer dan mempunyai life time

panjang. Transformasi SO2 paling mudah berekasi dengan OH dengan life time 26 hari

(Atkinson, 1998). Dalam waktu tersebut, sebaran SO2 oleh pengaruh gerakan angin dapat

mencapai jarak ratusan kilometer. SO2 dari sumber emisi di Kota Semarang menyebar

mengikuti angin ke wilayah lain dan SO2 dari sumber emisi di wilayah lain dalam jarak ratusan

kilometer dapat menyevbar di Semarang. Pada saat musim basah udara banyak mengandung

uap air, SO2 dalam bentuk gas dan aerosol terlarut dalam awan. Sumber-sumber SO2 di sekitar

Kota Semarang berasal dari alam maupun aktifitas antropogenik. Di sebelah utara, sumber SO2

berasal dari oksidasi dimetil sulfida (DMS) yang diemisikan oleh organisme di laut. Di sebelah

xxxiii

barat, SO2 berasal dari aktifitas industri di Kaliwungu Kabupaten Kendal serta aktifitas jalan

raya di jalur pantura. Di sebelah timur, SO2 berasal dari aktifitas industri di Sayung Kabupaten

Demak serta aktifitas jalan raya di jalur pantura. Di sebelah selatan, selain dari industri-industri

dan transportasi di Kabupaten Semarang, sumber SO2 berasal dari asap sulfatara Gunung

Merapi. Sumber-sumber SO2 di sekitar Kota Semarang mempengaruhi kandungan SO42- dalam

air hujan yang turun di Kota Semarang.

Pengaruh sumber emisi NO2 dari sumber bergerak dan sumber tidak bergerak terhadap

NO3- dalan air hujan dilakukan dengan membandingkan NO3

- yang terbentuk dari NO2 di udara

berdasarkan Hukum Henry dan NO3- dalam air hujan hasil pengukuran. Pengaruh sumber-

sumber emisi NO2 di Kota Semarang terhadap NO3- dalam air hujan rerata sebesar 33,35%.

Dengan demikian, NO3- dalam air hujan yang turun di Semarang dipengaruhi oleh sumber emisi

NO2 dari industri dan transportasi di Kabupaten Demak, Semarang dan Kendal.

6. Model Sebaran Hujan Asam

Model hujan asam dikembangkan untuk memperoleh gambaran dari sistem udara

terhadap konsentrasi SO2 dan NO2 dengan adanya pembentukan SO42- dan NO3

- karena

pengaruh kejadian hujan dengan persamaan 𝐶𝑆𝑂2,𝑁𝑂2=

0,117𝑄𝑝

𝑈.𝜎𝑦.𝜎𝑧. cos 𝛼 . (1 − 𝑒−𝐾𝑤.𝑡).

Validasi model dengan membandingkan konsentrasi SO2 dan NO2 prediksi menggunakan

model dengan SO2 dan NO2 data observasi mengunakan metoda Korelasi Pearson, RMSE,

MAE dan Index of Agreement serta secara visual menggunakan Grafik. Validasi model SO2 dan

NO2 disajikan dalam Tabel Validasi Model. Berdasarkan Tabel Validasi Model, korelasi

Pearson antara SO2 observasi dengan prediksi sebesar 0,93 dan untuk NO2 sebesar 0,96

menunujkkan adanya tingkat korelasi kuat antara observasi dengan prediksi (nilai korelasi lebih

besar dari 0,8) dan signifikasi (p) kurang dari 0,05 sehingga korelasi antara observasi dan

prediksi adalah signifikan dengan tingkat korelasi kuat. Koefisien determinasi (R2)

menunjukkan nilai mendekati 1,0. Koefisien determinasi untuk SO2 sebesar 0,87 dan NO2

sebesar 0,93, sehingga berdasarkan koefisien determinan kinerja model masih dalam batas

diterima. Uji kesalahan berdasarkan RMSE (root mean square error) menunjukkan bahwa nilai

RMSE untuk SO2 sebesar 0,11 dan NO2 sebesar 0,58. Uji eror berdasrkan MAE (mean absolute

error) menunjukkan bahwa nilai MAE untuk SO2 sebesar 0,036 dan NO2 sebesar 0,19.

xxxiv

Berdasarkan uji kesalahan dengan RMSE dan MAE, eror model masih dalam batas untuk dapat

diterima.

Tabel 1. Validasi Model

SO2 NO2

Observasi- Prediksi Observasi Prediksi

Rerara 1,69 1,66 2,16 1,96

Standar Deviasi 1,22 0,93 3,44 2,44

Korelasi Pearson 0,94 dengan

p=0,00

0,96 dengan

p=0,00

Koefisien Determinan (R2) 0,87 0,93

d (index of agreement) 0,95 0,93

RMSE (root mean square error), ug/m3 0,11 0,58

MAE (mean absolute error), ug/m3 0,036 0,19

Diolah dari Penelitian Disertasi

D. KESIMPULAN DAN SARAN

1. Kesimpulan

a. Sumber emisi SO2 dan NO2 dari aktifitas industri Total emisi SO2 dari 99 sumber emisi

tidak bergerak sebesar 9.999,50 ton per tahun dan emisi NO2 sebesar 3.398,94 ton per

tahun. Emisi SO2 dari 47 ruas jalan utama sebesar 366,095 ton per tahun dan emisi NO2

sebesar 8.001,165 ton per tahun. Lokasi sumber emisi tidak bergerak lebih banyak di

Semarang bagian utara, sedangkan emisi dari sumber bergerak cenderung menyebar di

seluruh bagian Kota.

b. Adanya potensi terjadinya hujan asam di Kota Semarang pada bulan Februari – Juni 2013

dengan indikator:

i. Adanya 3 sampel air hujan (2,6%) dengan pH di bawah 5,6.

ii. Daya hantar listrik (DHL) air hujan tinggi yaitu sebesar 5,9 – 109,2 μS. Besarnya

nilai DHL menunjukkan bahwa dalam air hujan terdapat senyawa kimia yang dapat

menghantarkan arus listrik.

xxxv

iii. Kandungan SO42- dalam air hujan dengan konsentrasi 1,69 – 9,17 mg/l.

iv. Kandungan NO3- dalam aie hujan dengan konsentrasi 0,01 – 2,89 mg/l.

c. Pengaruh sumber-sumber emisi SO2 di Kota Semarang terhadap SO42- dalam air hujan rerata

sebesar 2,65%. Pengaruh sumber-sumber emisi NO2 di Kota Semarang terhadap NO3-

dalam air hujan rerata sebesar 33,38%. Sebaran SO42- dan NO3

- dalam air hujan

terkonsentrasi pada daerah Semarang bagian timur laut disebabkan oleh arah angin

dominan berasal dari barat laut – utara dan topografi Kota Semarang membelokan arah

gerakan angin yang membawa polutan ke timur laut.

d. Model konsentrasi SO2 dan NO2 di udara berdasarkan hujan asam adalah:

𝐶𝑆𝑂2,𝑁𝑂2=

0,117𝑄𝑝

𝑈.𝜎𝑦.𝜎𝑧. cos 𝛼 (1 − 𝑒−𝐾𝑤.𝑡).

Sedangkan model SO42- dan NO3

- dalam air hujan adalah

𝐶𝑆𝑂42−,𝑁𝑂3

− =0,117𝑄𝑝

𝑈. 𝜎𝑦.𝜎𝑧. cos 𝛼 . (𝑒−𝐾𝑤.𝑡)

e. Sumber emisi dominan konsentrai SO2 dan NO2 di udara Kota Semarang berasal dari

sumber-sumber emisi di Kota Semarang. Sumber dominan SO2 berasal dari aktifitas

industri sedangkan NO2 dari aktifitas transportasi. Sebaran SO2 dan NO2 sangat

dipengaruhi oleh arah angin dan topografi Kota Semarang. Kandungan SO42- dan NO3

-

dalam air hujan berasal dari sumber emisi di Kota Semarang dan sumber-sumber emisi dari

luar yang terkandung dalam awan.

2. Saran

a. Dilakukan penelitian pada daerah dengan karakteristik seperti Kota Semarang yaitu

pada Kota Jepara, Cirebon, Bandar Lampung dan kota lain yang serupa.

b. Upaya mencegah terjadinya pencemaran SO2 dan NO2 di daerah dekat sumber emisi,

dilakukan dengan:

i. Peraturan pembatasan beban emisi tiap sumber eisi atau beban emisi total dari

sumber-sumber emisi di suatu kawasan dan pembatasan penambahan konsentrasi

polutan (ΔC) pada emisi sumber tidak bergerak.

xxxvi

ii. Penanaman tanaman dengan tajuk rapat sebagai sabuk hujau (Green belt) di

sekitar sumber emisi tidak bergerak sebagai penahan sebaran polutan di sekitar

sumber industri dan penanaman tanaman di pinggir jalan terutama pada jalan TOL

dan Jalan Arteri Primer.

c. Mengurangi emisi SO2 dari sumber tidak bergerak melalui konversi bahan bakar

batubara menjadi bahan bakar gas.

d. Pembangunan jalan arteri (outer ring road) sebagai jalur kendaraan berat agar tidak

melintas di tengah kota serta jalur kendaraan untuk mengurangi kepadatan lalulintas di

tengah kota.

e. Ditegakannya sanksi administrasi bagi perusahaan yang tidak menyerahkan laporan

RKL-RPL secara kontinyu kepada instansi terkait (BLH Kota Semarang) sesuai dengan

Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 02 Tahun 2013 Tentang Pedoman

Penerapan Sanksi Administratif Di Bidang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan

Hidup.

xxxvii

SUMMARY

DISPERSION MODEL OF SO42- AND NO3

- IN RAINWATER IN

SEMARANG CITY

A. INTRODUCTION

Air pollution and acid rain are serious environmental issues (Larsen et al., 1999). Air

pollution caused by the entry of pollutants into the atmosphere is the impact of economic

development (Chernichan, 2012). Industrial growth by 1% led to an escalation in total pollutant

emissions by 11.8% (Cherniwchan, 2012). Pollutant emissions in Asia are growing rapidly in

line with economic growth in the region (Chantara, 2012). The energy consumption of fossil

fuels in Asia presumed doubled in the last two decades. It is estimated that in 2030 the

consumption reached 6.3 Btoe (billions tons of oil equivalent) caused by urbanization,

industrialization and population growth (Mukherjee and Sovacool, 2012).

NO2 and SO2 emissions into the atmosphere can be oxidized to form secondary

pollutants such as nitric acid (HNO3) and sulfuric acid (H2SO4). Both the acid is a strong acid

and highly soluble in water so as bring about the pH of rainwater declines to <5.6 or often

referred to as acid rain. Rainwater that had the acid can lead environmental degradation.

Increased acidity in water bodies (rivers and lakes) is able to cause toxic effects (toxicity) in

animals and plants that live therein, especially the fish. Many species of fish could live at pH>

5.5, but only a few species that are capable of survive below pH ≤ 5 (Tietenberg, 2003).

In Indonesia, according to Deputy for Environmental Pollution Control of Ministry of

Environment, based on data for 2001-2009 acid rain occurrences have transpired in several

cities inter alia Jakarta, Serpong, Kototabang, Bandung and Maros. Rainwater in those cities is

having a pH of 5.40 to 4.30 (www.antaranews.com).

Semarang is the capital city and a center of economic growth in Central Java. RPJMD

of Semarang in 2010 - 2015 defines the policy direction of Semarang City evolve as city of

industry, commerce, services and education. Urban development may induce urbanization and

soaring population. The population in 2012 as 1,558,380 inhabitants and a population growth

rate of 0.96% per year (BPS of Semarang, 2013). The number of people in Semarang City is

xxxviii

derived from the natural growth of births and mortality also population growth due to

urbanization with the objective of education and employment.

Industrial development in Semarang City of year 2005 - 2009 has fluctuated viz.

industrial growth in 2005 amounted to 13.6%; 2006 amounted to 2.6%; 2007 amounted to

10.6%; 2008 amounted to 5.9% and 2009 amounted to 0.17% (Government of Semarang City,

2010). The development of industrial areas established in the development region especially in

the border regions where Southern (Srondol Kulon); Eastern (Terboyo Industrial Area,

Muktiharjo, Banjardowo and Plamongan Sari) and Western (Tugu Industrial Area, Candi,

Tambakaji and Jatibarang). Centralization of Industry only in one area potentially leads a

pollutants accumulations and pollution.

On aforementioned description, the Semarang City development as city of industry,

commerce, services and education; rising transportation; increased fuel consumption as well as

acid rain indication in several cities in Indonesia, so there should be a study to analyze

occurrence of acid rain by doing research on SO2 and NO2 emissions from industrial activities

and transport; SO2 and NO2 concentrations in ambient air; pH, SO42- and NO3

- in rain water;

the effect of SO2 and NO2 from industrial activities and transport on SO42- and NO3

- in rainwater

and to develop models of acid rain in order to define the dominant emissions source which

cause acid rain in certain areas in Semarang City so do efforts to control and prevent of acid

rain.

Based on the above issues can be formulated as the following research objectives.

e. Assessing sources of SO2 and NO2 emissions from industrial activities and transport as

well as dispersion pattern of SO2 and NO2 in Semarang City.

f. Assessing characteristics of pH, EC, SO42- and NO3

- in rainwater in Semarang City.

g. Assessing the impact of SO2 and NO2 emissions from industrial activities and

transportation on SO42- and NO3

- in rainwater in Semarang.

h. Creating dispersion models of SO2 and NO2 in ambient as well as SO42- and NO3

- in

rainwater in Semarang City.

xxxix

This research needs to be established in an effort to mitigate the impact of industrial

development and transportation of Semarang City on SO2 and NO2 pollution through the

identification and assessment of the dominant sources of SO2 and NO2 emissions in Semarang

City that affect the SO2 and NO2 in the atmosphere as well as SO42- and NO3

- in rainwater in

Semarang City.

B. RESEARCH METHODS

This research is an observational quantitative descriptive research. Based on the

analysis, is a descriptive study to acquire a picture of emissions sources, air pollution and acid

rain characteristics in the study area. Based on the scope of this study, is a field observation

research and researcher does not have direct control over the independent variable because the

phenomenon have been occurred or difficult to manipulated. Based on the scope of time, is

cross-sectional study because only conducted on the state of research. Based on the relationship

between variables, is an analytical study to determine the correlation among related variables.

The population in this study was all rainfall occurrence and rainwater as samples were

assembled at the study site. The amount of rainwater samples at each location is 7-12 samples.

The variables consisted of the dependent variable, independent variable and associated variable.

Dependent variables are the degree of acidity (pH), SO42- and NO3

- in rainwater. Independent

variables are SO2 and NO2 in the atmosphere and emission sources. Associated variables are

meteorological factors (wind direction, wind speed, air temperature and air pressure).

Meteorological data attained from the Meteorology, Climatology and Geophysics (BMKG) of

Semarang. Data concentrations of SO2 and NO2 in ambient air are data obtained from

Environmental Agency of Semarang City and Central Java province, Environmental

Management and Monitoring Plan Report of Companies in Semarang City in the dry season of

2012 (July - September), the wet season of 2013 - 2014 (October 2013 - May 2014) and dry

season of 2013 (June to September).

SO2 measurement method using pararosanillin colorimetry developed by Scaringelli

F.P., et.al 1967 used as a test method of determining SO2 in the atmosphere in the American

Standard for Testing Materials ASTM D2914-1995 and adoption of the Indonesian National

Standard SNI 19-7119.7:2005. NO2 measurement of ambient air was conducted by the

Colorimetry-Saltzman method developed by Saltzman B.E., et.al. of 1955 and used as a test

xl

method of determining NO2 in the atmosphere in the American Standard for Testing Materials

ASTM D1607-91 (1995) adopted by the Indonesian National Standard SNI 19-7119.2:2005.

SO2 and NO2 measurements performed by an accredited laboratory to ISO/IEC SNI

19025:2008. The concentration of SO2 and NO2 from mobile emissions sources (transportation)

were accomplished by counting the number of passing vehicles on the road in a span of 10

minutes with 3 times repetition. Time measurements were performed in the morning (at 6:00 to

08:00), afternoon (at 08:00 to 15:00), evening (at 15:00 to 19:00) and night (at 19:00 to 22:00).

Calculation of SO2 and NO2 emissions using emission factors according to Minister of

Environment Regulation PERMENLH No. 12 of 2012.

The degree of acidity (pH) using a pH meter calibrated with buffer solutions standard

of 4 and 7 prior to measurement in accordance with method of pH measurement ASTM D1293

which adopted by Indonesian National Standard SNI 06-6989.11:2004. Measurement of

electrical conductivity (EC) using Conductivity meter method of Indonesian National Standard

SNI 06-6989.1:2004. SO42- concentration measurement using turbidimetry method of

Indonesian National Standard SNI 6989.20:2004. NO3- concentration in rainwater measurement

applying Selective Electrode method of Indonesian National Standard SNI 6989.74:2004. SO42-

and NO3- measurements performed by laboratories acredited ti ISO / IEC 17025:2008 is The

Laboratory for Testing and Environmenal Laboratory, Environmenta Agency of Central Java

Province and Laboratory for Testing and Information Construction, Departement of Human

Settlements and Spatial Planning Central of Java Province.

C. RESULT AND DISCUSSION

1. Physical Condition of Semarang City

The physical conditions of Semarang City have heterogeneous surface, hilly areas,

lowland and coastal areas with an altitude of 0 to 348 m above sea level. The dominant wind

direction in Semarang on January came from north to west; February to March came from the

Northwest; whereas late April to mid May came from the east. Wind direction of Mid May to

late June encounter many changes from the northwest, north, northeast, east to southeast. Wind

speed blowing in Semarang City less than 0.5 m/sec reached 64.39%. Classification of daily

atmospheric stability in Semarang on January 2013 - June 2013 changing along with changes

in wind speed and intensity of the sun. Atmospheric stability of January to February 2013 tends

xli

in an unstable category (Class B) while March to June 2013 tends to be in the category of

unstable - very unstable (Class A-AB).

2. Concentration of SO2 and NO2 in Ambient Air on Wet and Dry Season

Concentration of SO2 and NO2 in ambient air is accumulated from various emissions

sources. The existence of SO2 and NO2 augmented by emissions and dwindled due to a chemical

reaction to form other compounds lead a removal process caused by the influence of Earth's

gravity and removal by rainwater as well as move to follow the wind movement (Manahan,

2000). Dynamics of the atmosphere ensued on the difference in SO2 and NO2 concentration.

Concentrations of SO2 and NO2 in ambient air in the wet season period of November 2012 -

April 2013 above the ground level are 0.17 - 46.73 µg/m3 and 0.01 - 123.80 µg/m3, respectively.

SO2 concentration in the dry season of May to October 2011 was 3.31 - 145.80 µg/m3,

and NO2 concentration was 11.36 - 138.40 µg/m3, whereas SO2 concentration in 2012 was 37.00

- 111.00 µg/m3, and NO2 concentration was 3.19 - 113.30 µg/m3. The highest SO2 concentration

in the monitoring location was close to the industrial area where was in Lamicitra Industrial

Area amounted of 145.80 µg/m3 in 2011 and in Wijaya Kusuma Industrial Area amounted of

111.10 µg/m3 in 2012. While the highest NO2 concentration was near the highway. In 2011, the

highest NO2 concentrations occured in Pandaranan Street amounted of 138.40 µg/m3, whereas

in 2012 occurred in Kaligawe Street with a concentration of 110.11 µg/m3.

Comparison between descriptive statistical test and clustering test among SO2 and NO2

concentrations in the wet and dry months at the lowest concentration and also the mean of

lowest cluster showed that SO2 and NO2 concentration in the wet months is lower than dry

months. This means the washout by rainwater diminish SO2 and NO2 concentration in ambient

air which indicates the impact of wet deposition by rainwater lead to cleaner atmosphere (Huang

et al, 2011).

3. SO2 dan NO2 Emission Sources

a. Stationary Emission Source

In 2009, Semarang City achieved the level of Pro-Invest ranked 6th in Central Java and

ranked 13th in National which able to increase the investors attractiveness to invest (Semarang

City Government 2010). This leads to the growth of various types of businesses both

xlii

manufacturing industry, workshop services, hotels, shops and others. Manufacturing industry

in Semarang thrive in industrial areas where in the southern part is Srondol Industrial Area; the

eastern part are Terboyo Industrial Area, Muktiharjo, Banjardowo and Plamongan Sari; and the

western part are Tugu Wijaya Kusuma Industrial Area, Candi, Tambakaji and Jatibarang.

Industrial placement in an industrial area enable for many emission sources (stacks) contained

in a region. Air pollution can befall when ambient air pollution caused by the contribution of

many emissions sources. The amount of SO2 emitted by 99 stationary emission sources of 27.40

tons/day or a total of 9,999.50 tons/year and NO2 emissions by 9.31 tons/day or 3,398.94

tons/year.

b. Mobile Emission Source

SO2 and NO2 emissions from mobile sources depend on traffic density and passing

vehicles type. The traffic density on the highway is highly fluctuating and changes arise very

quickly from time to time. In general tendency, Semarang traffic density can be divided into 4

(four) which are dense in the morning occurred at 06:00 - 08:00, normal during the day at 8:00

- 15:00, dense in the afternoon at 15:00 - 19:00 and normal in the night at 19:00 - 22:00.

Whereas, traffic density which after 22:00 tends to be low when compared during the day. SO2

and NO2 emissions from transport of 47 main roads in Semarang amounted of 65.28 g/s or

1.003 tons/day, and 1,444.97 g/s or 21.921 tons/day, respectively. Dominant roads of SO2 and

NO2 emitter are toll road segment of Gayam, Tembalang and Jatingaleh (Banyumanik toll road

segment had not been opened yet for trucks and buses at the time of the study held); primary

arterial road such as Jl. Siliwangi, Jl. Yos Sudarso, Jl. Kaligawe and secondary arterial roads

such as Jl. Perintis Kemerdekaan, Jl. Majapahit (Gayam - Pedurungan), Jl. Woltermonginsidi,

which the main sources are from buses and trucks.

4. Characteristics of Acid Rain

The rainy season of Semarang City occurred in November to April with peak rainfall in

the month of January to February. Rainfall occurence of Semarang City come about in almost

every month of the year. The degree of acidity of rainwater is not the same in every rainfall

occurence. Rainwater fell in locations and at different times have different pH. Most of the

rainwater has a normal pH (pH close to 7). Rainfall with a pH below 5.6 occurred in 3 samples

(3%) cases which are in Kandri Gunungpati, Ngaliyan and Wonodri Sendang.

xliii

SO42- concentration averages ranged from 1.69 - 9.17 mg/l. The lowest concentrations

occurred in Meteseh of 1.45 mg/l and the highest occured in Sendang Mulyo of 9.16 mg/l. There

is difference of average NO3 concentration on each measurement location which has a large

range of values. Average NO3 concentration ranged from 0.01 - 2.89 mg/l. The lowest

concentrations occurred in Mijen of 0.01 mg/l and the highest occured in Tlogosari of 2.89

mg/l.

Rainwater containing acid is able to cause environmental degradation. Currently, there

is acid rain occurence in various countries which cause environmental degradation. Crops

damage has occurred as a result of acid rain on forests in Germany and Northern California.

Increased acidity in water bodies (rivers and lakes) cause toxic effects (toxicity) in animals and

plants that live therein, especially the fish and only few species that are capable of survive below

pH ≤ 5 (Tietenberg, 2003). In Canada, more than 50% of lakes have a pH ≤ 5.5 (Bellehumeur

et al, 2000). In northern Italy, the rainfall with an average pH of 5.2 led to a decrease in nutrient

concentrations as plant nutrients (Bini, et.al., 1998). In Shaoshan China, acid rain causes

leaching of Ca2+, K+ and Cl- in the forest canopy (Xiang R., et.al., 2008). Corrosion in buildings,

electricity networks, metallic equipment and materials due to the effects of hydrogen ions [H

+] (Tietenberg, 2003). Dissolving of metal will increase the metal content in the water causing

other effects due to metal pollution in water (Cunningham, 2004; Manahan, 2000).

On the other hand, SO42- and NO3

- are nutrients that plants need. Plants necessitate of N

element on growth and development. Plants contain enough elements of N will have dark green

color leaves and a high chlorophyll content. Deficiency of N in the plant lead leaf chlorosis,

slow growth and become stunted. Excess of N lead increased vegetative growth and reduced

productivity. Most elements of N absorbed in the form of NO3- and NH4

+. Sulfate ion is S

element source for plants that serve to form the enzymes, vitamins, stimulate nodulation and N

fixation which are essential in the formation of chlorophyll.

According to BMKG of Semarang, Semarang average rainfall within the last 30 years

reaching 2,879 mm. Width area of Semarang is 373.70 km2, the average concentration of sulfate

is 3.39 mg/l and nitrate is 0.57 mg/l so that wet deposition of SO42- is 4,228.22 tons/year or

11.31 tons/km2/year, while the average nitrate concentration is 0.57 mg/l so as to the wet

deposition of NO2 is 0.61 tons/year or 1.64 tons/km2/year. The content of sulfate and nitrate in

rainwater in the form of SO42- and NO3

- has benefits for plants as nutrients to meet the needs of

xliv

S and N elements, but when too many elements of N lead greater vegetative growth and inhibit

plant productivity.

SO2 and NO2 dispersion patterns are influenced by Semarang City topography. The

wind from the northwest - north moved to south crashing hills in southern Semarang thus turn

directions causes SO2 and NO2 concentration accumulation in the north east of Semarang. SO2

dispersion patterns tend to be concentrated in the northern region due to the dominant source

of SO2 derived from stationary sources and beyond in the northern Semarang. NO2 dispersion

patterns tend to be more spread out than SO2. There is more equitable dispersion of NO2 in all

areas of the city due to influence of mobile emission sources.

5. The Impact of SO2 and NO2 Emission Sources on SO42- and NO3

- in Rainwater

Effect of SO2 emission sources from mobile and stationary sources on SO42- in rainwater

is defined by comparing SO42- formed of SO2 in the atmosphere by Law of Henry and SO4

2- in

rainwater measurement results. SO42- formation of SO2 through the mechanism of SO2

dissolution, dissolved SO2 dissociation and oxidation. Effect of SO2 emission sources in

Semarang City on SO42- in rainwater is average of 2.65%. Thus, SO4

2- in rainwater that fell in

Semarang is added from other region contained in the clouds. SO2 is a chemical compound that

is slow to react with other compounds in the atmosphere and have a long life time.

Transformation easiest SO2 reacts with OH with a life time of 26 days (Atkinson, 1998). In that

time, the distribution of SO2 by the influence of wind movement can reach distances of

hundreds of kilometers. SO2 emissions from sources in the city of Semarang spread with the

wind to other areas and SO2 emissions from sources in other areas within several hundred

kilometers can menyevbar in Semarang. In the wet season when the air contains a lot of water

vapor, SO2 in the form of dissolved gases and aerosols in the cloud. SO2 sources around the

city of Semarang derived from natural and anthropogenic activities. In the north, the source of

SO2 from the oxidation of dimethyl sulfide (DMS) emitted by organisms in the sea. In the west,

SO2 comes from industrial activities in Kaliwungu Kendal as well as activities in the lane

highway north coast. In the east, SO2 comes from industrial activities in Sayung Demak and

activities pantura lane highway. In the south, apart from industries and transport in the district

of Semarang, a source of SO2 sulfatara smoke coming from Mount Merapi. SO2 sources around

the city of Semarang affect the content of SO42- in rainwater that fell in the city of Semarang.

xlv

Effect of NO2 emission sources from mobile and stationary sources on NO3 in rainwater

is determined by comparing NO3 formed of NO2 in the atmosphere by Law of Henry and NO3

in rainwater measurement results. Effect of NO2 emission sources in Semarang City on NO3 in

rainwater is average of 33.35%. Thus, NO3 in rainwater that fell in Semarang is more from

other region contained in the clouds. Thus, NO3- in rainwater that fell in Semarang influenced

by the source of NO2 emissions from industry and transport in Demak regency, Semarang and

Kendal.

6. Dispersion Model of Acid Rain

Acid rain models developed to obtain a picture of the atmosphere system on SO2 and NO2

concentration in the presence of SO42- and NO3

- formation due to the influence of rainfall

occurrences with equation; 𝐶𝑆𝑂2,𝑁𝑂2=

0,117𝑄𝑝

𝑈.𝜎𝑦.𝜎𝑧. cos 𝛼 . (1 − 𝑒−𝐾𝑤.𝑡).

Model validation ensured by comparing SO2 and NO2 concentration predictions using the

model with SO2 and NO2 observed data by Pearson correlation method, RMSE, MAE and Index

of Agreement as well as visually using graph which is presented in Table below.

Table 1. Model Validation

SO2 NO2

Observation Prediction Observation Prediction

Mean 1.69 1.66 2.16 1.96

Standar Deviasi 1.22 0.93 3.44 2.44

Pearson Correlation 0.94, p=0.00 0.96, p=0.00

Determinant Coefficient (R2) 0.87 0.93

d (index of agreement) 0.95 0.93

RMSE (root mean square error), ug/m3 0.11 0.58

MAE (mean absolute error), ug/m3 0.036 0.19

Adapted from Research Dissertation

According to Model Validation Tables, Pearson correlation of SO2 and NO2 between

observations and predictions of 0.93 and 0.96, respectively showed strong correlation

xlvi

(correlation value is greater than 0.8) and significance (p) is less than 0.05 so that the correlation

between observations and predictions are significant at the level of strong correlation. The

coefficient of determination (R2) indicates the value of approximately 1.0. The SO2 and NO2

coefficient of determination is 0.87 and 0.93, so the performance of the model notwithstanding

within acceptable limits. Test of error based RMSE (root mean square error) shows that the

RMSE values for SO2 and NO2 by 0.11 and 0.58. Test of error based MAE (mean absolute

error) indicates that the value of MAE for SO2 and NO2 by 0.036 and 0.19. Based on tests of

error with RMSE and MAE, model error is within the acceptable limits.

D. CONCLUSION AND RECOMMENDATION

1. Conclusions

a. Emissions sources of SO2 and NO2 from industrial and transpotation activities. Total

SO2 emissions from 99 stationary sources 99 at 9999.50 tons per year and NO2

emissions by 3398.94 tons per year. SO2 emissions from the 47 main roads amounted

to 366.095 tons per year and NO2 emissions amounted to 8001.165 tons per year. The

location of stationary sources in the northern part of Semarang, while emissions from

mobile sources tend to spread in all parts of the city.

b. The potential occurrence of acid rain in the city of Semarang in February to June

2013, with indicators:

i. The existence of three rainwater samples (2.6 %) with a pH below 5.6.

ii. Electrical conductivity (EC) of high rain water that is equal to 5.9 to 109.2 μS. The

value of DHL indicate that the rain water are chemical compounds that can conduct

electric current.

iii. The content of SO42- in rain water with a concentration of 1.69 to 9.17 mg / l.

iv. The content of NO3 in the rain with a concentration of 0.01 to 2.89 mg / l.

c. The influence of the sources of SO2 emissions in the city of Semarang on SO42- in

rainwater average of 2.65%. Effect of NO2 emission sources in Semarang against NO3-

in rainwater average of 33.38%. Distribution SO42- and NO3

- in rainwater concentrated

in the northeastern part of Semarang area due to the dominant wind direction comes

xlvii

from the northwest - north and topography of Semarang diverting the direction of

movement of winds that bring pollutants into the northeast .

d. Model of SO2 and NO2 concentrations in the atmosphere by acid rain is as follows:

𝐶𝑆𝑂2,𝑁𝑂2=

0,117𝑄𝑝

𝑈.𝜎𝑦.𝜎𝑧. cos 𝛼 (1 − 𝑒−𝐾𝑤.𝑡).

While the model SO42- and NO3

- in rainwater is as follows:

𝐶𝑆𝑂42−,𝑁𝑂3

− =0,117𝑄𝑝

𝑈. 𝜎𝑦.𝜎𝑧. cos 𝛼 . (𝑒−𝐾𝑤.𝑡)

e. The dominant source of emissions of SO2 and NO2 concentration was in the air of

Semarang derived from the sources of emissions in the city of Semarang. The dominant

source of SO2 comes from industrial activities, while NO2 of transport activity. Distribution

of SO2 and NO2 is strongly influenced by wind direction and topography of Semarang. The

content of SO42- and NO3

- in the rainwater comes from emission sources in the city of

Semarang and the sources of emissions from the outside are contained in the cloud.

2. Recommendations

a. Conducted research on areas with characteristics such as the City of Semarang ie Jepara,

Cirebon, Bandar Lampung and other similar cities.

b. In preventing SO2 and NO2 pollution in the area adjacent to emission source, conducted

by:

i. There should be regulatory on emissions load restrictions on each emissions

source or total emissions load from emission sources in a region or restrictions

on the addition of pollutant concentration (ΔC) on stationary emissions

sources.

ii. Planting crops as pollutant dispersion barrier around the source of industrial as

a Green belt and roadside plantings, especially the toll road and primary arterial

road.

c. Reducing SO2 emissions from stationary sources through fuel conversion of coal into

fuel gas

xlviii

d. Construction of arterial roads (outer ring road) as a heavy vehicle lanes so as not to pass

in the city center as well as the path of the vehicle to reduce traffic congestion in the city

center.

e. Sanctions enforcement for companies which do not continuously submit the

Environmental Management and Monitoring Plan report to the relevant agencies

(Environmental Agency of Semarang City) in accordance with the Regulation of the

Minister of Environment No. 02 of 2013 on Guidelines for Implementation of

Administrative Sanctions in the Field of Environmental Protection and Management.