BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Industri Semen

2.1.1. Proses pembuatan semen

Seperti yang ditunjukkan pada diagram proses dibawah, proses

pembentukan dapat dibagi menjadi 4 komponen utama berikut : akuisisi bahan

baku dan penanganan, persiapan bahan untuk kiln, pyroprocessing, dan grinding

semen. Inti dari proses pembentukan ini terletak pada pyroprocessing.

Gambar 2.1 Cement Manufacturing and emissions (EPA, 2001).

Dari setiap proses diatas digambarkan bahwa dalam setiap proses terdapat

emisi berupa PM (Particulate Matter) dan gas. Partikulat ( PM dan PM10 ),

nitrogen oksida ( NOx ), sulfur dioksida ( SO2 ) , karbon monoksida ( CO ), dan

CO2 adalah emisi utama dalam pembuatan semen. Sejumlah kecil senyawa

6

organik volatil (SOV), amonia ( NH3 ), klorin, dan hidrogen klorida ( HCl ) juga

dapat dipancarkan dalam proses ini (EPA, 2001).

2.1.2 Polutan dari proses pembuatan semen

Terdapat empat polutan utama dari proses pembuatan semen :

2.1.2.1. PM (Particulate Matter)

Sumber PM di pabrik semen meliputi (1) penggalian dan penghancuran, (2)

penyimpanan bahan baku, (3) penggilingan dan pencampuran (dalam proses

kering saja), (4) produksi klinker, (5) setelah penggilingan dan (6) kemasan dan

pemuatan. Sumber emisi terbesar dari PM dalam pabrik semen adalah sistem

pyroprocessor yang mencakup penumpukan pada kiln dan pendingin klinker.

Seringkali, debu dari kiln dikumpulkan dan didaur ulang menjadi kiln, sehingga

menghasilkan klinker dari debu (EPA, 2001). Sumber tambahan PM adalah

penyimpanan bahan baku tumpukan, konveyor, silo penyimpanan, dan fasilitas

bongkar muat. Aturan untuk emisi dari pabrik semen portland dibuat pada 17

Agustus 1971 untuk membatasi emisi PM dari portland kiln semen 0,15 kg / Mg

(£ 0,30 / ton) pakan (basis kering), dan untuk membatasi PM emisi dari klinker

pendingin untuk 0.050 kg / Mg (£ 0,10 / ton) pakan (basis kering) (EPA, 2001).

PM dapat dibagi berdasarkan ukurannya menjadi partikel debu kasar

(diameter > 2.5-10 µm, disebut PM10), halus (diameter ≤ 2.5 µm, disebut PM2.5),

dan sangat halus (diameter < 0.1 µm, disebut PM0.1) (Mukono, 2008). PM10

berpengaruh dalam progresifitas gejala batuk produktif, dan peningkatan

keparahan obstruksi saluran nafas (Pramuansup et al, 2013). Sementara studi

eksperimental yang dilakukan pada tikus Sprague-Dawley untuk melihat efek

pajanan PM2.5 terhadap fisiologi paru, menunjukkan bahwa terjadi peningkatan

7

Laktat Dehidrogenase (LDH) pada Bronchoalveolar Lavage (BAL) hingga

mencapai 153% dari keadaan normal. Peningkatan LDH menunjukkan respon

inflamasi yang diakibatkan oleh peningkatan netrofil. Inflamasi tersebut

selanjutnya mendorong terjadinyapenyakit ISPA yang bermanifestasi klinis

menjadi keluhan batuk, sesak nafas, dan nafas berbunyi (Dye et al, 2001).

2.1.2.2. NOX (Nitrogen Oksida)

Nitrogen oxida dihasilkan selama pembakaran melalui oksidasi ikatan kimia dan

fiksasi termal nitrogen di udara pembakaran. Dengan meningkatnya suhu, jumlah

termal yang menghasilkan nitrogen oksida meningkat, begitu juga dengan NOX

yang dihasilkan oleh bahan bakar. Dalam pembuatan semen, NOX dihasilkan

pada zona pembakaran di kiln dan di pipa precalcining. Dalam proses

pembakaran di kiln, jenis bahan bakar dan suhu pembakaran mempengaruhi emisi

NOX yang dihasilkan. Jika suhu api tinggi dan bahan bakarnya mengandung

banyak nitrogen, NOX yang dihasilkan lebih sedikit daripada yang menggunakan

batu bara atau minyak tapi suhu api lebih rendah (EPA, 2001). Penelitian

epidemiologi menunjukkan bahwa gejala bronkitis pada anak dengan asma

meningkat pada paparan jangka panjang terhadap NO2 (EPA, 2015). Hal ini akan

menyebabkan keluhan pernafasan berupa batuk dan sesak nafas.

2.1.2.3. SO2 (Sulfur Dioksida)

Sulfur dioksida dapat dihasilkan melalui bahan baku ataupun melalui bahan

bakar. SO2 ditentukan dari kadar volatile sulfur dalam bahan bakar, dan

diemisikan pada akhir sistem kiln ketika suhu rendah (EEA, 2013). Gas SO2 dapat

menimbulkan efek iritasi pada saluran nafas bagian atas karena mudah larut dalam

air yang mengakibatkan produksi lendir meningkat serta inflamasi dinding saluran

8

nafas sehingga terjadi penyempitan saluran nafas dan bermanifestasi klinis

menjadi sesak nafas disertai dengan pemanjangan ekspirasi (Alsagaff, 2005).

2.1.2.4. CO (Karbon Monoksida)

Karbon monoksida adalah gas yang tak berwarna, tak berbau, dan tak

berasa. Ia terdiri dari satu atom karbon yang secara kovalen berikatan dengan satu

atom oksigen. Karbon monoksida dihasilkan dari pembakaran tak sempurna dari

senyawa karbon, sering terjadi pada mesin pembakaran dalam industri pembuatan

semen. Efek yang paling signifikan pada paparan CO terhadap kesehatan adalah

ikatannya yang kuat terhadap Hemgolobin (Hb). COHb mengganggu kapasitas

pembawa oksigen dari darah, meletakkan beban pada jaringan dengan kebutuhan

oksigen yang tinggi, seperti jantung dan otak. CO juga mengikat sitokrom

oksidase, yang dapat mengurangi kemampuan sel untuk memanfaatkan oksigen.

Paparan dengan karbon monoksida dapat mengakibatkan keracunan sistem saraf

pusat dan jantung. Setelah keracunan, sering terjadi efek yang berkepanjangan.

Karbon monoksida juga memiliki efek-efek buruk bagi bayi dari wanita hamil.

Gejala dari keracunan ringan meliputi sakit kepala dan mual-mual pada

konsentrasi lebih dari 100 ppm (Fierro, 2001). Paparan CO tidak secara langsung

mempengaruhi keluhan pernafasan.

2.2 Pernafasan

2.2.1. Defenisi Pernafasan

Pernafasan secara harfiah berarti pergerakan oksigen (O2) dari atmosfer

menuju ke sel dan keluarannya karbon dioksida (CO2) dari sel ke udara bebas

(Wilson, 2006). Sedangkan menurut Soemantri (2008), pernafasan (respirasi)

9

adalah gabungan aktifitas mekanisme yang berperan dalam proses suplai oksigen

ke seluruh tubuh dan pembuangan karbondioksida atau hasil dari pembakaran sel.

2.2.2. Fungsi Pernafasan

Fungsi utama paru adalah menyediakan oksigen agar diambil melalui

kapiler paru dan menyediakan sarana pembuangan karbondioksida melalui proses

difusi dengan arah sebaliknya. Keberhasilan pertukaran gas ini memerlukan tiga

sistem fungsi, yaitu ventilasi, transfer gas, dan transpor gas-darah (Harrington,

2005). Tujuan dari pernafasan adalah untuk menyediakan oksigen bagi jaringan

dan membuang karbondioksida (Guyton & Hall, 1997).

Pertukaran karbondioksida dan oksigen antara darah dan udara

berlangsung di alveolus paru-paru. Pertukaran tersebut diatur oleh kecepatan dan

dalamnya aliran udara timbal-balik (pernafasan), dan tergantung pada difusi

oksigen dari alveoli kedalam darah kapiler dinding alveoli. Hal yang sama juga

berlaku untuk gas dan uap yang dihirup. Paru-paru merupakan jalur masuk

terpenting dari bahan-bahan berbahaya lewat udara pada paparan kerja (WHO,

1995).

2.2.3. Anatomi Sistem Pernafasan

Pada dasarnya, sistem pernafasan terdiri dari suatu rangkaian saluran udara

yang menghantarkan udara luar agar bersentuhan dengan membran kapiler

alveoli, yaitu pemisah antara sistem pernafasan dan sistem kardiovaskuler.

Saluran penghantar udara yang membawa udara ke dalam paru adalah hidung,

faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkiolus. Ketika masuk rongga hidung,

udara disaring, dihangatkan, dan dilembabkan. Partikel debu yang kasar disaring

oleh rambut-rambut yang terdapat dalam lubang hidung, sedangkan partikel yang

10

halus akan terjerat dalam lapisan mukus. Gerakan silia mendorong lapisan mukus

ke posterior di dalam rongga hidung, dan superior di dalam sistem pernafasan

bagian bawah menuju ke faring. Kemudian partikel halus akan tertelan atau

dibatukkan keluar.

Udara mengalir dari faring menuju laring. Laring terdiri dari rangkaian

cincin tulang rawan yang dihubungkan oleh otot-otot dan mengandung pita suara.

Ruang berbentuk segitiga diantara pita suara (glotis) bermuara ke dalam trakea

dan membentuk bagian antara saluran pernafasan atas dan bawah. Glotis

merupakan pemisah antara saluran pernafasan bagian atas dan bawah. Trakea

disokong oleh cincin tulang rawan berbentuk seperti sepatu kuda yang panjangnya

kurang lebih 12,5 cm (5 inci). Struktur trakea dan bronkus dianalogkan dengan

11

sebuah pohon, dan oleh karena itu dinamakan pohon trakeobronkial. Trakea

bercabang pada sisi kiri dan kanannya, menjadi bronkus. Tempat percabangan

menjadi bronkus utama tersebut dikenal sebagai karina. Karina memiliki banyak

saraf dan dapat menyebabkan bronkospasme dan batuk berat jika diransang.

Bronkus utama yang terbagi atas bronkus kiri dan kanan tidak simetris.

Bronkus utama kanan lebih pendek dan lebih lebar. Sebaliknya, bronkus utama

kiri lebih panjang dan lebih sempit. Cabang utama bronkus kanan dan kiri

bercabang lagi menjadi bronkus lobaris dan kemudian bronkus segmentalis.

Percabangan ini berjalan terus menjadi bronkus yang ukurannya semakin kecil

sampai akhirnya menjadi bronkiolus terminalis, yaitu saluran udara terkecil yang

tidak mengandung alveoli (kantong udara).

Alveolus merupakan suatu gelembung gas yang dikelilingi oleh jaringan

kapiler sehingga batas antara cairan dan gas membentuk tegangan permukaan

yang cenderung mencegah pengembangan saat inspirasi dan cenderung kolaps

saat ekspirasi (Wilson, 2006).

Namun secara fungsional, saluran pernafasan dibagi menjadi dua bagian

(Alsagaff & Mukty, 2005):

1. Zona Konduksi yang terdiri dari hidung, faring, trakea, bronkus, serta

bronkioli terminalis.

2. Zona Respiratorik yang terdiri dari bronkioli respiratorik, sakus alveoli

serta alveoli.

2.2.4. Fisiologi Pernafasan

Proses fisiologi pernafasan yaitu proses O2 dipindahkan dari udara ke

dalam jaringan-jaringan, dan CO2 dikeluarkan ke udara ekspirasi yang dapat

12

dibagi menjadi tiga stadium. Stadium pertama adalah ventilasi, yaitu masuknya

campuran gas-gas ke dalam dan keluar paru. Stadium kedua, yaitu transportasi

harus ditinjau dari beberapa aspek:

1. Difusi gas-gas antara alveolus dan kapiler paru (respirasi eksterna) dan

antara darah sistemik dan sel-sel jaringan.

2. Distribusi darah dalam sirkulasi pulmonar dan penyesuaiannya dengan

distribusi udara dalam alveolus-alveolus.

3. Reaksi kimia dan fisik dari O2 dan CO2 dengan darah.

Respirasi sel atau respirasi interna merupakan stadium akhir respirasi,

yaitu saat zat-zat dioksidasi untuk mendapatkan energi, dan CO2 terbentuk

sebagai sampah proses metabolisme sel dan dikeluarkan oleh paru.

2.3 Keluhan Pernafasan

2.3.1. Defenisi

Keluhan yang dirasakan akibat adanya gangguaan pernafasan mulai dari

hidung sampai alveoli serta organ-organ adneksnya seperti sinus, rongga telinga

tengah dan pleura (Depkes RI, 1999)

2.3.2. Bentuk gangguan Pernafasan

Penyakit paru dapat menimbulkan tanda-tanda dan gejala umum maupun

tanda dan gejala pernafasan. Adapun tanda dan gejala pernafasan mencakup batuk,

13

sputum yang berlebihan atau abnormal, hemoptisis, dispnea, dan nyeri dada

(Wilson, 2006).

1. Batuk

Batuk merupakan refleks pertahanan yang timbul akibat iritasi

percabangan. Kemampuan untuk batuk merupakan mekanisme yang penting

untuk membersihkan saluran nafas bagian bawah. Batuk juga merupakan gejala

tersering penyakit pernafasan. Namun batuk bukan merupakan gejala yang

spesifik, dan batuk di pagi hari merupakan keluhan yang sering ditemukan

(Ringel,2012). Selain itu menurut WHO (1995), paparan jangka panjang terhadap

berbagai bahan kimia iritan dapat menyebabkan gejala-gejala bronkitis, seperti

batuk dengan atau tanpa sputum atau mengi.

2. Sputum

Sputum adalah mukus yang dibatukkan keluar karena tertimbun dalam

faring. Timbunan tersebut dapat terjadi karena mukus yang dihasilkan berlebihan,

sehingga proses normal pembersihan pada saluran pernafasan tidak efektif lagi.

Pembentukan mukus yang berlebihan dapat disebabkan karena gangguan fisik,

kimiawi, atau infeksi pada membrane mukosa.

Pembentukan sputum pada seseorang perlu dievaluasi sumber, warna,

volume, dan konsistensinya. Sputum yang dihasilkan sewaktu membersihkan

tenggorokan kemungkinan besar berasal dari sinus atau saluran hidung, dan bukan

dari saluran nafas bagian bawah. Sputum yang berwarna kekuningan

menunjukkan adanya infeksi. Sputum yang berwarna hijau merupakan petunjuk

adanya penimbunan nanah. Banyak penderita infeksi pada saluran nafas bagian

bawah mengeluarkan sputum berwarna hijau pada pagi hari, tetapi makin siang

14

menjadi kuning. Dalam hal sifat dan konsistensi sputum juga perlu diperhatikan.

Sputum yang berwarna merah muda dan berbusa merupakan tanda edema paru

akut. Sputu yang berlendir, lekat dan berwarna abu-abu atau putih merupakan

tanda bronkitis kronik. Sedangkan sputum yang berbau busuk merupakan tanda

asbes paru atau bronkiektasis.

3. Hemoptisis

Hemoptisis adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan batuk darah,

atau sputum yang berdarah. Setiap proses yang mengganggu kesinambungan

pembuluh darah paru dapat mengakibatkan perdarahan. Penyebab hemoptisis lain

yang sering adalah karsinoma bronkogenik, infark paru, bronkiektasis, dan abses

paru.

4. Dispnea

Dispnea atau sesak nafas adalah perasaan sulit bernafas dan merupakan

gejala utama dan merupakan gejala utama dari penyakit kardiopulmonar.

Seseorang yang mengalami dispnea sering mengeluh nafasnya menjadi pendek

atau merasa tercekik. Sesak nafas tidak selalu menunjukkan adanya penyakit,

sebab orang normal juga akan mengalami hal yang sama setelah melakukan

kegiatan fisik dalam tingkat-tingkat yang berbeda.

5. Nyeri Dada

Nyeri yang berasal dari saluran pernafasan bagian bawah menyatakan

secara tidak langsung iritasi dinding dada dan/atau pleura. Nyeri dada terutama

berkaitan dengan pernafasan. Dan nyeri dada ini dapat digolongkan dengan

menggunakan templat nyeri umum; di mana, berapa lama, seberapa berat, sifat,

apa yang membuat lebih baik, dan apa yang memperburuk (Ringel, 2012).

15

2.4 Efek polutan akibat proses produksi semen terhadap Keluhan

Pernafasan

Industri semen adalah salah satu penyumbang terbesar partikel

debu/particulate matter PM terbesar terhadap polusi udara (Lei et al, 2010).

Particulate Matter yang berukuran < 10 (PM10) menyebabkan kerusakan pada

paru. PM10 hasil paparan polusi udara terhirup dan masuk ke paru-paru. PM10 yang

masuk ke jaringan paru akan di proses oleh sel-sel di paru seperti makrofag dan

sel epitel sehingga diproduksilah mediator pro inflamasi. Proses ini akan

mengeluarkan IL-8 yang merangsang keluarnya sel PMN (Polymorphonuclear)

dalam hal neutrofil sehingga terjadilah inflamasi lokal. Pada proses lanjutnya akan

disekresikan sitokin seperti GM-CSF di sum-sum tulang yang menyebabkan

pengeluaran leukosit dan platelet dan IL-6 di hati yang menyebabkan aktivasi

komplemen (Stephan, 2010). PM10 yang masuk juga menyebabkan penurunan

aktivitas silia dan fagosit, sehingga pertahanan paru yang melemah sering

menyebabkan terjadinya infeksi rekuren pada paru. Pada proses selanjutnya tubuh

mengkompensasi dengan batuk sebagai respon pertahanan diri terhadap

pengeluaran zat asing atau mikroorganisme yang masuk ke saluran pernafasan

(Price, 2005).

PM10 menyebabkan terjadinya stres oksidatif yaitu keadaan dimana jumlah

radikal bebas di tubuh melebihi kapasitas tubuh untuk menetralkannya. Stres

oksidatif mengaktivasi gen inflamasi, inaktivasi antiprotease, merangsang

pembentukan mukus, dan merangsang eksudasi plasma. Hipersekresi mukus juga

disebabkan metaplasia dengan jumlah peningkatan sel goblet dan pembesaran

kelenjar submukosa akibat iritasi kronik karena paparan polusi udara (GOLD,

16

2013). Partikulat dengan ukuran di bawah 2,5 mikron (PM2.5) dapat secara leluasa

masuk ke dalam saluran pernapasan dan mengendap di alveoli. PM2.5 yang berasal

dari kegiatan industri biasanya mengeluarkan berbagai material logam berat dan

sulfur dioksida, diestimasikan 90% PM2.5 yang dikeluarkan di udara mengandung

SO2 (EPA, 2001). Gas SO2 dapat menimbulkan efek iritasi pada saluran nafas

bagian atas karena mudah larut dalam air yang mengakibatkan produksi lendir

meningkat serta inflamasi dinding saluran nafas sehingga terjadi penyempitan

saluran nafas dan bermanifestasi klinis menjadi sesak nafas disertai dengan

pemanjangan ekspirasi (Alsagaff, 2005).

17