PEMODELAN LINGKUNGAN

BAHAN MATERI KULIAH PEMODELAN LINGKUNGAN

PEMODELAN REKAYASA

LINGKUNGAN

DISUSUN OLEH

SYAFRUDIN

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2003

PEMODELAN LINGKUNGAN 1


BAB IPENGANTAR PEMODELAN LINGKUNGAN

1.1. SISTEM LINGKUNGAN

Pendefinisian sistem lingkungan dapat dilakukan dengan banyak

cara tergantung pada tujuan dari pendefinisan tersebut . Untuk

tujuan pemodelan lingkungan yang memiliki prinsip sebagai "

pendugaan dan perkiraan " digunakan dalam proses pengelolaan

lingkungan . Pengelolaan lingkungan itu sendiri adalah upaya

terpadu pemantauan , pengendalian, pengawasan dan perbaikan

unsur-unsur lingkungan lingkungan dari kemungkinan degradasi

lingkungan. Unsur lingkungan terdiri atas unsur abiotik dan biotik

yang merupakan bagian dari mahluk hidup ( manus, tanaman dan

hewan) , udara , tanah dan air. Pengelolaan lingkungan berasaskan

pelestarian kemampuan lingkungan yang serasi dan seimbang

untuk menunjang pembangunan yang berkelanjutan bagi

peningkatan kesejahteraan manus.

Oleh karena itu sistem lingkungan dapat didefinisikan sebagai

obyek pengamatan berupa himpunan elemen-elemen alam baik

kimiawi, dan atau biologi yang sifat-sifatnya mengalami proses

perubahan dalam skala ruang dan waktu tertentu menurut hukum

alam yang berlaku.

Dari definisi diatas ada empat faktor yang dapat diidentifikasikan

dalam setiap sistem lingkungan yakni obyek, elemen , sifat dan

proses . Sebagai contoh Sistem Lingkungan dari Sungai Banjir

Kanal Barat atau Sungai Kaligarang :



Obyek : Sungai termasuk morfologi badan air

sungai ,

Elemen-elemen : air, pencemar, ikan , sedimen,

rumput dan tanaman di sekitar kawasan sungai dan sebagainya,

Sifat-sifatnya : Kecepatan aliran, laju aliran (debit ),

konsentrasi, jumlah , suhu, populasi ikan dan sebaginya,

Proses Perubahan : aveksi -difusi, reaksi kimia, reproduksi dan

mati.

1.2. MACAM MODEL LINGKUNGAN

Model dalam sistem lingkungan dapat di bagi menjadi dua yakni

model fisik dan model matematis. Model fisik adalah konsep model

lingkungan yang dilakukan sedemikian rupa dengan skala tertentu

mirip/sepadan dengan sesuatu aslinya atau berskala tertetu sesuai

degan aslinya contoh model Sungai Kaligarang pada skala

laboratorium.

Ini berarti, model sistem lingkungan adalah tiruan dari sistem

aslinya yang mana dapat dikatakan unsur tiruan yang ada pada

model sistem lingkungan ada yang ditirukan dalam sistem

lingkungan aslinya dan tidak sebaliknya.

Model fisik ini memiliki persayaratan secara jelas karena fenomena

fisik yang ada di lapangan ditransformasikan dengan skala tertentu

pada suatu laboratorium maupun tempat diluar (out door).

Sehingga diperoleh mendekati kenyataan sebetulnya. Model fisik

adalah sistem fisik yang kelakuannya menyerupai sistem aslinya

berdasarkan prinsip analogi.

Sistem Asli Model Sistem



Rawa Pening Kolam ikan

Sungai Kaligarang Selokan

Model matematik pada sistem lingkungan adalah model yang

disusun berdasarkan kriteria tertentu dapat mewakili realitas fisik

yang walaupun dalam skala tertentu. Model matematik adalah

sistem persamaan matematik yang hasil penyelesaiannya

dinterpretasikan sebagai hasil pengamatan terhadap sistem

aslinya.

Contoh : Misal Fenomena Pencemaran Mikroba

Sumber mikroba yang terdapat didalam air sungai berasal

dari limpasan limbah rumah tangga, sampah dan limbah

peternakan. Mikroba-mikroba utama yang banyak

dijumpai pada badan-badan air adalah bakteri dan virus.

Di perairan, mikroorganisme akan mati karena kondisi

lingkungannya kurang sesuai. Kematian mikroorganisme

dalam perairan hampir sama dengan penguraian zat

organic, yaitu :

= KB ……………………………………………….

(1.1)

Integrasikan persamaan (1) akan diperoleh :

ln = - Kt …………………………………………. (1.2)

untuk bilangan dasar e, atau



log = - kt ……………………………………….. (1.3)

untuk bilangan dasar IO, dimana :

BO = jumlah mikroorganisme semula

B = jumlah mikroorganisme pada saat t

B/BO = bagian mikroorganisme yang hidup

(1 - B/BO) = bagian mikroorganisme yang mati

Laju penguraian kematian mikroorganisme K tergantung dari

temperatur, pH, nutrien, sedimentasi dan absorpsi, serta

kompetisi mikroorganisme itu sendiri.

Model matematik dapat dibagi m,enjadi model numerik dan model

statitistik. Model numerik (Numerical Model) adalah model prediksi

yang dibuat dengan menghilangkan variabel tertentu serta

melinierkan fungsi aljabar untuk mempermudah penyelesaian.

Misal model Statistik Timbulan Limbah Padat Perkotaan dapat

dinyatakan sebagai fungsi linier sebagai berikut :

…………………………………………………………

…(1.4)

keterangan : Y =besar timbulan rata-rata dalam satuan (liter/hari),

a1 =kontanta timbulan untuk faktor X1 (perkembangan

perkotaan) ,

a2 =kontanta timbulan untuk faktor X2 (Peningkatan

jumlah penduduk)

a3=kontanta timbulan untuk faktor X3 ( Tingkat

pendapatan masyarakat),



Dengan mengetahui model timbulan tersebut , kita dapat

emprediksi jumlah tmbulan limbah padat (sampah) suatu kota

untuk tahun tahun mendatang.

1.3. PEMODELAN MATEMATIK DAN PEMROGRAMAN SISTEM LINGKUNGAN

Pemodelan matematik sistem lingkungan dapat dikerjakan menurut

langkah dibawah ini secara berurutan sebagaimana penjelasan

dibawah ini.

1.3.1 Pendefinisian Model Sistem Lingkungan

Dalam tahap ini diskripsi model tiruan dari sistem lingkungan yang

aslinya ditetapkan dengan menggunakan asumsi-asumsi

pendekatan . Faktor-faktor umum yang perlu disiapkan adalah

sebagai berikut :

- Ruang dan waktu

Batasan ruang yang ditempati oleh sistem harus didefinsikan

secara jelas dalam bentuk sketsa " volume kontrol". Bidang batas

dengan sekeliling sistem harus ditentukan terbuka atau tertutup .

Sifat distributif atau non distributip dari sistem lingkungan yang

akan dianalisa harus ditentukan . Jika sistem tersebut bersifat

distributif tetapkan sistem koordinat ruang yang akan digunakan .

Demikian juga apakah sifat aliran dalam ruang bersifat steady

(tunak) atau bersifat dinamik atau unsteady dari sistem yang

harus ditetapkan.

- Sifat-sifat Fisika,Kimia dan Biologi



Semua sifat-sifat fisika , kimiawi, dan atau biologi,yang akan

terlibat didalam analisis harus diwujudkan dalam bentuk simbol

matematik dilengkapi dengan sistem satuannya .Klasifikasikan

apakah sifat-sifat fisis tersebut konstant atau variabel dan hitung

jumlah variabel yang ada . Jika sifat fisis tersebut adalah variabel,

tetapkan apakah variabel akan bersifat eksogen atau endogen.

Endogen adalah variabel yang terkait satu sama lainnya dan dapat

berubah karena keterkaitannya menurut hukum. Sedangkan

Eksogen adalah variabel yang dapat diubah diluar sistem misal

variabel pengadukan dan suhu harus ada ada enerji (manipulated

variabel).

- Proses Perubahan

Tetapkan jenis fenomaena alam yang mendasari terjadinya proses

perubahan sifat fisis yang terlibat dalam bentuk hukum alam yang

berlaku. Fenomena alam tersebut antara lain adalah :

1) Proses Perpindahan masaa, energi dan momentum,

2) Proses Reaksi Kimia,

3) Proses perubahan fasa,

4) Proses Kesetimbangan kimia;

5) Proses Kesetimbangan Fasa.

Bila pemodelan lingkungan digunakan untuk pengambilan

keputusan , maka menurut Basta dan Bower (1982) dalam

Hufschmidt et al (1983) karakteristik model -model penaksiran

alam mempunyai ciri yang lebih spesifik adalah :

1) Berciri " Waktu "



Menggambarkan bagaimana arus dan gerak buangan (residu)

bervariasi sejalan dengan waktu , baik secara konsepsi maupun

perhitungan yang bisa menggunakan manual atau komputasi

tergantung akan kompleksitas suatu masalah yang dikaji. Biasanya

informasi yang diberikan meliputi (1) variabilitas waktu ( steady,

quasy steady atau non steady) ; (2) Satuan waktu penerapan

termasuk nilai input dan nilai output serta tahapan waktu

perhitungan.

2) Berciri " Ruang "

Menggambarkan kemampuan model menangkap perubahan

konsentrasi buangan (residu ) dalam variasi ruang . Informasi yang

diberikan (1) memiliki dimensi model misal dimensi tunggal dengan

bidang horizontal dan vertikal ; atau dimensi ganda dengan bidang

longitudinal dan vertikal (2) memiliki kemungkinan agregasi ruang

yaitu jumlah dan ukuran dari berbagai kemungkinan segmen ,

lapisan dan volume serta (3) memiliki penerapan satuan -satuan

khusus yang sesuai .

3) Berciri " Fisik "

Menggambarkan proses-proses fisik yang dianggap mempengaruhi

gearak limbah /buangan . Informasi yang diberikan akan meliputi

berbagai hal seperti (1) kekuatan pengerak utamanya pengerak

hidraulik maupun meteorologik (seperti gerak pasang surut,arus

angin, arus sungai (2) memiliki fenomena proses fisik seperti

adveksi -difusi, dilusi dan konveksi, bajet panas temperatur, tenaga

angin dan tenaga akselerasi cariolis.



4) Berciri " Kimiawi "

Menggambarkan transportasi dan interaksi kimiawi yang diyakini

menimbulkan perubahan konsentrasisejalan dengan waktu.

Informasinya meliputi (1) proses kimia dasar ( kesetimbangan

/equilibrium, termo kimia, dan reaksi-reaksi kimia kopel dan non

kopel serta (3) penyajian indikator-indikator kualitas ambien

termasuk baku mutu seperti senyawa -senyawa konservatip

ataupun non konservatip).

5) Berupa " Proses Ekologis "

Menggambarkan proses biologi dasar yang mempengaruhi interaksi

antara indikator-indikator kualitas lingkungan dan konstituenya

serta antara berbagai organisme yang diikutkan dalam konsep

dasar model . Komponen proses termasuk dalam katagori ini

adalah (1) proses biologi - kimia (seperti fotosintesa dan respirasi

pembusukan biologis dan (2) dinamika trofik (seperti tingkatan

trofik , dinamika pertumbuhan penduduk, mortalitas serta interaksi

ekosistem pemangsa -mangsa).

6) Berciri " Matematis "

Menggambarkan dasar teoritika atas representasi matematis dari

suatu ,model serta metoda-metoda penyelesaian/penuntasan untuk

diterapkan pada suatu model. Informasinya mencakup (1) aspek

teoritiknya ( deterministik, stokastik, atau kombinasinya

keduanya ) (2) aneka metoda penyelesaian lain ( statistik seperti

regresi ; numerik ; integrasi analitik dan sebagainya ).

7) Memiliki Status " Komputasi "



Bila penyelesaian secara matematis memerlukan perhitungan yang

sangat panjang baik untuk skala ruang dan waktu serta karena

kompleksitas persoalan, perhitungan analitik secara

konvensional /manual tidak mungkin digunakan . Hal tersebut

pertimbangan waktu dan pembiayaan yang relatif mahal. Oleh

karena status komputasi dalam permodelan juga dapat diterapkan.

Informasinya mengenai (1) apakah suatu model terkode atau tak

terkodikasi (2) apa bahasa komputer yang akan digunakan (basic,

visual basic, SCI, fortran, dan pascal serta pascal dengan borland

delphinya )(3) kebutuhan agar berbagai kemungkinan

perlengkapan komputer dan pelengkapnya .

8) Membutuhkan " Data Eksisting dan Data Surut Kebelakang"

Data kondisi saat ini dibutuhkan disamping untuk menganalisa

persoalan yang ada dapat juga untuk memprediksi kearah depan

suatu masalah. Oleh karena itu banyaknya kebutuhan data akan

memberikan gambaran bentuk, mantapnya, serta kemudahan dan

ketelitian model yang ditunjukan pada saat proses verifikasi model.

Mungkin juga data ytang dibutuhkan dapat bersifat umum atau

khas data lokal tergantung kepada seberapa jauh aplikasi

pengembangan model nantinya yang akan dikehendaki.

9) Memiliki Konsep Dasar Pemakaian

Menggambarkan dasar kesulitan yang mungkin dihadapi dalam

mendapatkan, menyesuaikan ataupun menerapkan suatu model.

Informasinya (1) ketersediaan model dan dokumentasi penunjang

dari berbagai sumber (2) pengenalan terhadap bidang-bidang

kesulitan dalam menerapkan suatu model.



10) Memiliki gambaran Output dan Prakiraan Bentuk Outputnya

Menggambarkan hasil dari suatu model sehubungan dengan

macam informasinya yang bisa didapat, baik secara spasial

maupun temporer serta dilengkapi format penyajian hasil itu .

11) Memiliki keterkaitan terhadap model lainnya.

Menggambarkan hubungan suatu model lingkungan terhadap

model-model analisis mutu lingkungan lainnya serta bagaimana

bentuk hubungan itu. Misalnya dapat diinformasikan tentang

hubungan antara model kerusakan dan model manfaat.

12) Kebutuhan Personil Sumber Daya sesuai klasifikasi.

Menggambarkan tipe , jumlah, dan kadar pengalaman yang harus

dimiliki personil dalam rangka mengetrapkan suatu model .

Informasinya (1) diskripsinya posisi (insinyur, programmer, analisa

sistem, ekologis, atau lainnya (2) kadar pendidikan dan

kemampuannya (3) pengalaman menyangkut bidang interdisiplinya

yang harus dimiliki dalam suatu tim.

13) Kebutuhan Pembiayaan Pemodelan.

Menggambarkan pembiayaan yang terkait dengan penerapan

model sejak penelusuran awal hingga penerapan dan pembahasan

hasil penerapan model

14) Memiliki tingkat Keakuratan " Ketelitian dan Kepekaan

Model"



Menggambarkan kemampuan model secara utuh dalam

mewujudkan citra suatu sistem alam yang nyata dengan berbagai

proses inti yang ada padanya. Informasinya : (1) kadar

keterwakilan hubungan yang sebenarnya ada dalam sistem yang

nyata, khususnya berkenaan dengan asumsi; (2) ketelitian

numerik, baik kemapanan maupun penyimpangan ; dan (3)

kepekaan terhadap kesalahan pada input.

15) Bagaimana " catatan lain " .

Menggambarkan beragam kenyataan mengenai suatu model,

sejarah perkembangannya, hasil pengamatan terhadap

keterpakaian model itu dalam menganalisis mutu lingkungan.

Informasinya : (1) keterbatasan dan syarat-syarat penggunaan

suatu model; (2) kelebihan khusus serta pilihan yang ada; (3)

penemu model dan prosedurnya, serta perkembangan derivatnya.



Gambar 1 : Bagan Alir Proses Pemodelan Matematis Sistem

Lingkungan

1.3.2 Penurunan Persamaan Model

Penurunan sistem persamaan yang menyusun model matematik

sistem lingkungan dapat dilakukan sebagaimana berikut :



- Pemberlakuan Hukum Kekekalan

Hukum kekekalan yang dapat diberlakukan adalah hukum

kekkekalan masa , enerji dan momentum. Pemberlakuan hukum

kekelan terhadap volume kontrol secara umum berbentuk input

sama dengan output ditambah dengan akumulasi. Semua variabel

yang terlibat dalam laju alir massa, enerji, dan momentum akan

terikat oleh persamaan ini.

- Pemberlakuan hukum perpindahan dan reaksi kimia,

Semua variabel yang terlibat dalam laju perpindahan massa ,

enerji dan momentum serta kecepatan reakasi yang dirumuskan

secara eksplisit diikutsertakan dalam sistem persamaan yang

dihasilkan .

- Pemberlakuan hukum kesetimbangan,

Semua variabel yang terlibat dalam hukum kesetimbangan massa ,

fasa dan persamaan-persamaan keadaan yang berlaku akan

membentuk sistem persamaan tersendiri sebagai pelengkap.

- Penyelesaian Sistem Persamaan.

Sebelum penyelesaian sistem persamaan yang dihasilkan dilakukan

analisa derajat bebas dengan menghitung selisih antara jumlah

variabel dengan jumlah yang ada . Syarat agar supaya sistem

persamaan dapat diselesaikan adalah bahwa jumlah derajat harus

sama dengan nol . Bila derajat bebas lebih besar dari nol , maka

model tersebut belum legkap. Usaha yang harus dilakukan adalah

menambah jumlah persamaan atau dengan mengurangi jumlah



variabel yang ada . Salah satu cara untuk mengurangi jumlah

variabel adalah dengan memberikan harga yang konstan pada

variabel tersebut . Sebaliknya jika derajat bebas lebih kecil dari nol,

maka model tersebut terlalu lengkap . Usaha yang biasa dilakukan

dengan mengurangi jumlah persamaan yang ada atau dengan

menambah jumlah variabel yang baru.

Penyelesaian persamaan yang sederhana dapat dilakukan secara

analitis, tetapi untuk persamaan yang rumit lebih baik jika

dilakukan dengan metode numerik. Metode penyelesaian numerik

persamaan tergantung pada jenis persamaan yang ada . Adapun

jenis-jenis persamaan yang terjadi dalam model matematik sistem

lingkungan adalah sebagai berikut :

1.3.2.1 Sistem Persamaan Aljabar

Model matematik sistem steady (tunak) ang non distributif

biasanya berbentuk sistem persamaan aljabar. Secara sistem

persamaan alajabar dapat dirumuskan dalam bentuk :

……………………………………………………….

(1.5)

keterangan : X adalah vektor :

F adalah fungsi vektor :

Hasil yang diharapkan dari penyelesaiaan sistem ini adalah berupa

satu set akar berupa vektor X.

Metode penyelesaian tergantung kepada liniearitas dari sistem

persamaan. Jika persamaan adalah linier dapat diselesaikan antara

lain dengan metode eliminasi Gauss atau metode dekomposisi

Matrik . Jika persamaan adalah non linier dapat diselesaiakan

antara lain dengan metode Newton Raphson pada matematika

rekayasa.



1.3.2.2 Sistem Persamaan Diferensial Biasa

Sistem dinamik yang non distributif biasanya memiliki persamaan

bentuk persamaan sistem deferensiasi biasa. Sistem persamaan

diferensial biasanya secara umum dapat ditulis dalam bentuk :

dengan syarat awal …………..

(1.6)

keterangan :

X adalah vektor …………………..

)

F adalah fungsi vektor …………

)

Dan t adalah waktu .

Hasil yang diharapkan dari penyelesaian sistem ini adalah satu set

akar berupa vektor X harganya merupakan fungsi dari t . Metode

penyelesaian yang numerik praktis antara lain dengan metode

euler , Runge Kutta dan sebagainnya.

1.3.2.3 Sistem Persamaan Diferensial -Aljabar

Sistem dinamik yang non distributif disertai dengan fenomena

kesetimbangan fase dan kesetimbangan kimia mempunyai bentuk

sistem persamaan diferensial aljabar . Bentuk sistem persamaan



deferensial aljabar ini adalah campuran antara bentuk sistem

persamaan aljabar dan sistem persamaan deferensial bersama .

Bentuk umumnya adalah sebagai berikut :

……………………………………………

(1.7)

dengan syarat awal :

keterangan : X adalah vektor …………………………….

G adalah fungsi Vektor …………………..

H adalah fungsi vektor …………………..

F adalah fungsi vektor……………………

Dan t adalah waktu.

Hasil yang diharapkan dari penyelesaian sistem ini adalah sama

dengan hasil penyelesaian sistem persamaan diferensial biasa

yaitu satu set akar berupa vektor X harganya merupakan fungsi

dari t . Metode penyelesaian yang numerik praktis antara lain

dengan metode semi implisit, Euler dan Rungge Kutta.

1.3.2.4 Sistem Persamaan Diferensial Parsiel

Sistem dinamik yang distributif biasanya mempunyai bentuk sistem

persamaan diferensial parsiel . Bentuk sistem persamaan

deferensial parsiel secara umum berbentuk :



………………………………………….(1.8)

dengan syarat batas :

………………………………………

(1.9)

dan syarat awal

………………………………………………

(1.10)

keterangan : X adalah vektor koordinat ruang =

U adalah fungsi vektor …………………..…

Hasil penyelesaian dari sistem persamaan ini adalah vektor U yang

merupakan fungsi waktu t dan vektor koordinat ruang X.

Metode penyelesaian numerik dari sistem persamaan differensial

parsiel ini antara lain adalah dengan mentransformasikannya

kedalam bentuk sistem persamaan diferensial biasa atau aljabar.

Transformasi ini dapat dilakukan antara lain dengan metode

kuadratik differensial atau kologasi ortogonal pada matematika

rekayasa.

1.4 PENYUSUNAN ALGORITMA

Untuk menyelesaikan sistem persamaan dengan metode apapun

termasuk metode matematik (statistik atau numerik) yang tersedia

secara tuntas maka perlu dahulu disusun algoritma yang berupa

urutan perhitungan /langkah demi langkah dari pemasukan data



sampai penulisan hasil persamaan. Algoritma dapat dibuat dalam

bentuk diagram alur atau flow chart atau bisa juga dalam bentuk

pseudo-code dalam bahasa komputer.

1.5 PEMROGRAMAN KOMPUTER

Pada tahap ini algoritma penyelesaian sistem persamaan model

matematis diterjemahkan dalam bahasa pemrograman. Bahasa

pemrograman komputer bila memang persoalan tidak dapat

diselesaikan secara konvensional /manual maka dapat digunakan

bahasa FORTRAN, VISUAL BASIC, SCI, PASCAL dan TURBO PASCAL

dengan Kelengkapan BORLAND DELPHInya. Pemilihan bahasa

disamping selera juga dipengaruhi oleh penampilan dan kecepatan

prosesnya. Tujuan utama pemrograman adalah untuk membantu

menghasilkan perhitungan yang teliti dan cermat serta cepat tanpa

membutuhkan waktu yang relatif lama.

1.6 VALIDASI MODEL

Pada tahap ini diadakan uji coba terhadap hasil penyelesaian

model apakah interpretasi hasil penyelesaiannya sudah menirukan

kelakuan sistem lingkungan yang aslinya apa tidak?. Uji coba dapat

dilakukan dengan perbandingan langsung menggunakan data dari

sistem lingkungan yang asli atau menggunakan " enggineering

judgment".

Jika hasil uji coba belum memadai , maka urutan pekerjaan kembali

pada tahap-tahap sebelum ini. Jika sebaliknya hasil uji coba telah

memadai , maka program komputasi hasil penyelesaiaan model

tersebut dapat disempurnakan untuk keperluan proses simulasi.



1.7 PROSES SIMULASI MODEL SISTEM LINGKUNGAN

Proses simulasi adalah metode memerankan model sebagai sarana

dalam meirukan sistem lingkungan aslinya . Dengan simulasi maka

perlakuan ekperimen terhadap sistem aslinya dapat ditirukan .

Untuk menjalankan proses simulasi maka model matematik pada

khususnya harus menyediakan fasilitas yang diperlukan .

BAB III

MODEL KUALITAS AIR PERMUKAAN

3.1. PENDAHULUAN

Model kualitas air merupakan alat untuk memberikan masukan

dalam menentukan strategi pengelolaan dan pemantauan

kualitas air. Suatu bahan pencemar yang dibuang ke suatu

perairan akan mengalami berbagai proses tergantung dari sifat

bahan pencemar tersebut dan factor hidraulis dari badan air

penerima.



Unsur pencemar dikatagorikan menjadi 4 (empat) golongan

yaitu :

1. Unsur Non Konservatif

2. Unsur Konservatif

3. Unsur Panas ( Thermal )

4. Zat Radio Aktif

Unsur non konserfatif merupakan zat organic yang akan terurai

secara biologis oleh mikroorganisma yang ada di dalam air.

Unsur konservatif merupakan zat anorganik yang tidak terurai

didalam air. Jadi apabila unsur konservatif ini dibuang ke suatu

perairan, konsentrasinya tidak akan berubah ataupun berkurang

dari suatu badan air. Pengurangan unsur yang disebut

belakangan ini hanya dapat terjadi oleh factor pengenceran.

Ditinjau dari cara pencemaran, digolongkan menjadi 2 (dua)

macam, yaitu :

1. Pencemaran (pembuangan) titik

2. Pencemaran (pembuangan) garis

Pembuangan air limbah yang dilakukan di satu tempat tertentu,

merupakan titik pembuangan, disebut pencemaran titik.

Contohnya adalah pembuangan air lim\bah industri yang

dibuang melalui suatu pipa ke badan air penerima, dan anak

sungai yang mengalir ke suatu induk sungai. Pembuangan air

limbah yang melimpah ke dalam suatu badan air sepanjang

jarak tertentu disebut pencemaran garis. Contohnya adalah

urban run off, air limbah pertanian yang tidak dilengkapi dengan

saluran drainase dan air limbah erosi.



Selain dari kedua jenis pencemaran tersebut di atas, terdapat

juga cara pencemaran kombinasi, misalnya kombinasi

pencemaran titik dan garis, dan kombinasi pencemaran banyak

titik.

Dilihat dari badan air penerima dapat dikatagorikan menjadi 4

(empat) golongan yaitu :

1. Sungai

2. Danau

3. Air Tanah

4. Pantai (Estuary)

Dari kombinasi faktor-faktor tersebut di atas maka sekurang-

kurangnya akan terdapat 32 model kualitas air yang diperoleh

dari 4 unsur pencemar x 2 cara pencemaran x 4 badan air

penerima.

Makalah ini hanya membahas dua badan air penerima yaitu

sungai dan danau.

3.2. KONSEP NERACA MASSA PADA TITIK PEMBUANGAN



GAMBAR 3.1 : KONSEP NERACA KESEIMBANGAN

Apabila suatu air sungai dengan debit Q1 mengandung unsur

pencemar sebesar C1, menerima air buangan (air limbah)

dengan debit Q2 dan mengandung unsur pencemar pencemar

sebanyak C2, maka konsentrasi campuran CO dari air buangan

adalah :

CO = --------------------------------------- (3.1)

QO = Q1 + Q2

Apabila pada sedikit setelah posisi buangan titik tersebut

berlaku Peraturan Pemerintah No.20 Tahun 1990 Tentang

Pencemaran Air yang mengatur tentang Baku Mutu Peruntukkan

badan Air Permukaan / Sungai seperti :

TABEL 3.1 : PERUNTUKKAN GOLONGAN SUNGAI



No KELAS PERUNTUKKAN BADAN AIR/SUNGAI

1 I Air yang digunakan sebagai air baku air minum, pariwisata air, perikanan air tawar, penyiraman tanaman dan peruntukkan lain yang sesuai dengan mutu kebutuhannya.

2 II Air yang digunakan perikanan air tawar, penyiraman tanaman dan peruntukkan lain yang sesuai dengan mutu kebutuhannya.

3 III Air yang digunakan sebagai perikanan air tawar, penyiraman tanaman dan peruntukkan lain yang sesuai dengan mutu kebutuhannya.

4 IV Air yang digunakan penyiraman tanaman dan peruntukkan lain yang sesuai dengan mutu kebutuhannya.

Sumber : Peraturan Pemerintah No.82 Tahun 2001 Tentang Pencemaran Air.

Kelas tersebut memiliki baku mutu standar ( Streamt Standart )

yang bilamana konsentrasinya terlampui setiap parameter ( baik

fisika, kimia dan biologi ) dapat dikatakan kondisi perairan

tercemar.

Model tersebut berlaku untuk unsur pencemar yang bersifat non

konservatif, konservatif pembuangan panas, maupun zat radio

aktif. Permasalahannya apabila kondisi perairan dibagian hulu

buangan titik ini sudah tercemari maka pengelolaannya tidak

sesederhana mungkin. Jika bagian hilir yang diperhitungan

ternyata kondisi tercemar maka pengelolaannya bisa dilakukan

pada sumber buangan titik tersebut selama bagian hulu belum

mengalami pencemaran.

Contoh Soal :



Ada sebuah sungai dimana terletak buangan titik dari suatu

industri dengan kondisi sebagaimana berikut :

3.3. ZONA PENGADUKAN SEMPURNA

Air limbah yang dibuang ke suatu sungai (pencemaran titik)

akan teraduk sempurna setelah mengalir sejauh Lm dari titik

pencemaran. Jarak Lm tergantung dari cara menempatkan lokasi

titik pembuangan ke dalam sungai, yaitu apabila titik

pembuangan dilaksanakan di tepi sungai, modelnya adalah :

Lm = 2.6 U ---------------------------------- (3.2)

Sedangkan untuk titik pembuangan yang dilaksanakan di tengah

sungai modelnya adalah :

Lm = 1.3 U ---------------------------------- (3.3)

Keterangan :

Lm = jarak dari titik pencemaran ke zona

pengadukan sempurna, ft.

U = kecepatan air sungai r

ata-rata, fps



B = lebar air sungai rata-rata, ft

H = dalam/tinggi air sungai rata-rata, ft

3.4. UNSUR NON KONSERVATIF

a. Pembuangan titik

Unsur non konservatif yang dibuang ke dalam sungai akan

terurai secara biologis menurut reaksi tingkat pertama, yaitu

laju penguraian unsur tersebut berbanding lurus dengan

konsentrasi pada setiap waktu. Dengan demikian persamaan

neraca masa pada keadaan tunak adalah persamaan

diferensial linier tingkat pertama, yaitu :

= - KC…………………………………….

(3.4)

Keterangan:

A = luas penampang basah sungai

Q = debit air sungai

C = konsentrasi unsur non konservatif (zat

organic)

x = jarak dari titik pembangan ke titik yang

ditinjau ke arah hilir

K = konstanta laju penguraian zat organic

Pada jarak x = 0, maka C = CO, dimana CO diperoleh dari

persamaan (3.1).



Apabila debit air konstan, = 0, maka persamaan (3.4)

menjadi :

= - KC

Asumsikan luas penampang basah sungai tetap, dA/dx = 0,

maka :

U = - KC …………………………………. (3.5)

Pemecahan persamaan (3.5) dengan kondisi C = CO adalah :

C = CO exp. ……………………………….(3.6)

Apabila L = maka persamaan (3.6) menjadi :

C = CO exp. (- Kt)…………………………….. (3.7)

Dimana t = waktu tempu zat organic mengalir didalam air

sungai. Logaritmik dari persamaan (3.7) adalah :

ln C = ln CO - Kt …………………………………(3.8)

apabila ln C diplot terhadap t atau x pada kertas semi

logaritmik maka akan diperoleh garis lurus dengan sudut = K

untuk absis t dan sudut K/U untuk absis jarak.



GAMBAR 3.3 : GRAFIK PENGURANGAN

CEMARAN

Unsur non konservatif akan berkurang secara eksponensial

dengan laju penurunan sebesar K.

b. Pencemaran Mikroba

Sumber mikroba yang terdapat didalam air sungai berasal

dari limpasan limbah rumah tangga, sampah dan limbah

peternakan. Mikroba-mikroba utama yang banyak dijumpai

pada badan-badan air adalah bakteri dan virus.

Di perairan, mikroorganisme akan mati karena kondisi

lingkungannya kurang sesuai. Kematian mikroorganisme

dalam perairan hampir sama dengan penguraian zat organic,

yaitu :

= KB ………………………………………………..

(3.9)



Integrasikan persamaan (3.9) akan diperoleh :

ln = - Kt …………………………………………

(3.10)

untuk bilangan dasar e, atau

log = - kt …………………………………………

(3.11)

untuk bilangan dasar IO, dengan keterangan :

BO = jumlah mikroorganisme semula

B = jumlah mikroorganisme pada saat t

B/BO = bagian mikroorganisme yang hidup

(1 - B/BO) = bagian mikroorganisme yang mati

Laju penguraian kematian mikroorganisme K tergantung dari

temperatur, pH, nutrien, sedimentasi dan absorpsi, serta

kompetisi mikroorganisme itu sendiri.

c. Pembuangan Garis

Model dari pembuangan garis kedalam sungai adalah :

C = (1 – e-Kx/u) = ((1 – e-Kt) ………………

(3.12)

Keterangan :

CD = , dan W = beban pencemaran



Notasi lainnya sama dengan notasi sebelumnya.

GAMBAR 3.4 :BEBAN GARIS

3.5. UNSUR KONSERVATIF

Unsur konservatif dengan konsentrasi CO tidak berkurang atau

bertambah sepanjang aliran sungai selama tidak ada

penambahan atau pengurangan debit dan konsentrasi.

Jadi unsur konservatif konsentrasinya akan berubah bila ada

pembebanan baru atau pencemaran.

3.6. PENCEMARAN PANAS

Pencemaran panas dapat memberikan dampak terhadap

kehidupan flora dan fauna yang ada dalam air.



GAMBAR 3.5 : INPUT PENYEBARAN PANAS

Input panas kedalam suatu badan air dinyatakan dengan :

WH = P . CP . Qe . T ……………………………… (3.13)

Keterangan :

WH = input panas

P = berat jenis air limbah

CP = spesifik panas dari air

Qe = debit

T = temperatur air limbah

Satuan WH yang tipikal adalah :

Wh (106 Btu/hari) = P . l . Q . l (Of) .

atau



Wh (K cal/hari) = P . l . Q . l (Oc) . 103

Pada kondisi tunak dimana tidak ada perubahan pada parameter

iklim dan variable lingkungan lainnya maka persamaan dasar

dari penurunan panas sepanjang aliran sungai adalah :

U = - kC ……………………………………… (3.14)

atau

U = - (T – Tb) = - Kr (T – Tb) …… (3.15)

Keterangan :

T = temperatur air sungai rata-rata,OC

Tb = temperatur air sungai mula-mula, OC

K = koefisien pertukaran panas rata-rata (heat

exchange coefficient), cal/cm2 . menit . OC

P = berat jenis air, g/cm3

Cp = spesific panas dari air, cal/g . OC

H = kedalaman air, cm]

Kr = koefisien pertukaran (exchange coefficient),

hari-1

Keterangan :

Kr =

Pada jarak x = 0, maka T = TO (temperatur campuran).



Substitusikan parameter-parameter ini ke persamaan (3.15)

akan diperoleh :

T = (TO – Tb) exp. + Tb ………………………… (3.16)

Harga K tergantungdari temperatur rata-rata air sungai dan

kecepatan angin di atas permukaan di atas permukaan air

seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini :

GAMBAR 3.6 : design chart for surface heat exchange

coefficient

3.7 . UNSUR RADIO AKTIF

Pengurangan zat radio aktif dalam perairan dinyatakan dengan

model berikut :

- = λ N ………………………………………(3.17)

Integrasikan menjadi :



Ln m= -λ t ……………………………….. (3.18)

= e -λt ………………………………………(3.19)

untuk bilangan dasar e, dan

= 10 – 0,434 λt …………………………… (3.20)

untuk bilangan dasar 10.

Keterangan :

NO = banyaknya atom radioaktif semua, pada

t = 0

N = banyaknya atom radioaktif pada saat t =

t

= bagian atom radio aktif yang tinggal

(sisa)

1 - = bagian atom radioaktif yang tinggal

(telah terurai)

λ = kkonstanta laju penguraian atom

radioaktif

konstanta laju penguraian λ biasanya dinyatakan dengan waktu

paro T, yaitu waktu t dimana 50% aktivitas radioaktif telah

terhenti (mati), tidak aktif dan tinggal 50%.

Hubungan antara konstanta laju penguraian dan waktu paro T

diperoleh dengan mensubstitusi ½ untuk N/NO dan T untuk t

pada persamaan (3.19) yaitu :



½ = e-λ T atau ln2 = λ T

sehingga :

λ T = 0,693 …………………………………… (3.21)

Radioaktif dinyatakan dengan satuan Curie (Ci), milicurie = mci

= 10-3 Ci, mikrocurie = μ Ci = 10-6 Ci. Dinyatakan dengan mgd

atau cfs, atau l/det. Bila konsentrasi dalam μ C i/ml, maka beban

limbah radioaktif W (bila debit Q dalam mgd) adalah :

W = x 106 x x

W = 3,785 x 103 Ci/hari

Bila Q dalam cfs, maka :

W = x x x

W = 2,436 x 103 Ci/hari

3.8. MODEL OKSIGEN TERLARUT (DISSOLVED OKSIGEN)

Zat organic (unsur non konservatif) yang dibuang ke suatu badan

air akan diuraikan oleh mikroba-mikroba menjadi unsur-unsur lain

yang lebih stabil, CO2 dan H2O. Mikroba dalam menguraikan zat

organic ini membutuhkan oksigen untuk proses respirasi dan

oksigen ini diambil dari oksigen terlarut yang ada didalam air. Laju

pemakaian oksigen terlarut oleh mikroorganisme adalah K1, dimana

besarnya K1 tergantung dari jenis zat organiknya sendiri. Zat

organic yang sulit terurai nilai K1 kecil sedangkan zat organic yang

mudah terurai nilai K1 besar. Konstanta K1 berkisar antara 0,08

sampai dengan 0,30. koefisien K1 dinamakan koefisien deoksigensi.



Karena oksigen terlarut dipakai oleh mikroorganisme maka lama

kelamaan oksigen terlarut dalam air sungai akan berkurang atau

malahan habis sama sekali. Dalam keadaan ini maka kondisi sungai

menjadi anaerobic dan septic sehingga timbul gas-gas H2S, CH4 dan

sebagainya yang berbau dan air sungai berubah warnanya menjadi

kelabu sampai hitam. Secara grafis pengurangan oksigen terlarut

dalam air sungai digambarkan pada grafik di bawah ini.

GAMBAR 3.7 : FENOMENA OKSIGEN TERLARUT

Namun kedalam air sungai ini akan masuk oksigen terlarut dari

udara karena adanya turbulensi dari air sungai. Selain daripada itu

oksigen terlarut juga akan terbentuk dalam air sungai dengan

adanya proses fotosintesa. Laju penambahan oksigen terlarut ke

dalam air sungai adalah K2 dimana besarnya K2 tergantung dari

profil sungai dan besarnya turbulensi dari air sungai itu sendiri.

Koefisien K2 dinamakan koefisien reaerasi, yang nilainya antara

0,05 untuk kolam/sungai kecil sampai dengan 0,50 untuk sungai

besar dan turbulensinya tinggi. Koefisien reaerasi K2 ditentukan di

lapangan.



Laju deoksigenasi dinyatakan dengan :

= k1 (La – y ) …………………………………..

(3.22)

sedangkan laju reaerasi dinyatakan dengan :

= k2 D ……………………………………………………

(3.23)

Keterangan :

D = defisit oksigen, mg/l

La = BOD ultimate campuran, mg/l

y = banyaknya zat organic yang telah terurai, mg/l

Dengan demikian banyaknya oksigen terlarut yang ada dalam air

sungai merupakan resultante dari proses deoksigenasi dan proses

reaerasi, yaitu dD/dt merupakan selisih persamaan (3.22) dan

(3.23).

= K1 (La – y) – K2 D …………………………………… (3.24)

y = La (1 – 10-Kt) ………………………………. (3.25)

Substitusi persamaan (3.25) ke persamaan (3.24) diperoleh

= K1 [ La – La (1 – 10-K t ) ] - K2D …. (3.26)

Integrasi, dan selesaikan persamaan (3.26), menghasilkan



Dt = (10-Kt) + Da . 10-Kt……………….. (3.27)

Keterangan :

Dt = defisit oksigen terlarut pada setiap titik, pada

saat t hari, dalam mg/l

K1 = konstanta deoksigenasi, hari-1

K2 = konstanta reaerasi, hari-1

La = BOD ultimate campuran, mg/l

Da = defisit oksigen campuran, mg/l

K1, K2 dan La tergantung dari temperatur

K1(T) = K1(20)(1,047)T-20

K2(T) = K2(20)(1,016)T-20

T = nilai pada temperatur 20O C

LT = L20 [ 1 + 0,02 (T – 20) ]

Persamaan 3.27 adalah persamaan kurva oksigen terlarut dan

dinamakan modal Streeter & Phelps. Secara grafis digambarkan

pada gambar berikut (absis = waktu atau jarak, dan ordinat =

defisit oksigen).

GAMBAR 3.8 : FENOMENA OKSIGEN TERLARUT DEFISIT



Yang perlu menjadi perhaian pada kurva ini adalah waktu kritis tc

dan defisit kritis DC. Waktu kritis adalah waktu dimana terjadi defisit

oksigen yang maksimum = DC.

Waktu kritis dinyatakan dengan :

tc = log …

(3.28)

Defisit kritis

DC = La 10-K1tc…………………………………………………………..….

(3.29)

Nilai K2 ditentukan berdasarkan pengukuran di lapangan.

Beberapa rumus empiris dalam menetapkan nilai K2 adalah :

a. O’Connor, Churchill, Langbein & Durum

K2 = C ………………………………….……………….

(3.30)

Keterangan :

U = kecepatan rata-rata aliran air (m/dtk)

H = kedalaman penetrasi sinar matahari, diukur

dengan Secchi Disk, m

c, n, m = konstanta



TABEL 3.2 : KONSTANTA PENCEMARAN

Peneliti C m n

O’Connor 1,29 0,5 1,5

Churchill 5,0 1,0 5/3

Langbein &

Durum3,3 1,0 4/3

b. Water Pollution Control Federation

K2 = ……………………….

(3.31)

Keterangan :

B = lebar saluran, m

R = jari-jari hidraulis, m

R = ………………………………..

(3.32)

c. US Geological Survey

K2 = ------------------------------------- (3.33)

Notasi sama dengan model-model di atas

Contoh Soal :

Diketahui sebuah sungai terdapat input buangan yang telah

melalui proses pengolahan dengan metode aerasi dengan

gambaran sebagai berikut :



A

A

Potongan A-A adalah : 30 m

50 m

Koefisien reaerasi ( 1 ) = 1,05

Koefisien deksigenasi i ( 2 ) = 1,02

Koefisien waktu penguraian :

K1 (20 ) = 0,23 hari –1 untuk reaerasi;

K2 (20 ) = 3,00 hari –1 untuk reaerasi

Ditanyakan:

1. Berapa BOD Maksimum yang boleh dibuang ke sungai ?

2. Berapa efisiensi pengolahan yang seharusnya ada dan

dimiliki oleh sumber buangan?;

3. Bagaimana gambar profil pencemaran yang terjadi?.

Gunakan metode Stretter Pelp untuk menyelesaikan masalah ini ?

Jawaban :

1. Untuk parameter “ Dissolved Oksigen “ (DO) dan T “

PEMODELAN LINGKUNGAN

BOD = 800 mg/l ; Q debit = 125 m3/detik ; DO = 6 mg/lT = 31 0C

BOD=20 mg/lDO = 8 mg/lT = 220CQ = 250 m3/detik

Baku Mutu Air untuk DO > 5,0 mg/l

40


Pada suhu normal T = 250 C , maka DO jenuh sebesar 8,38

mg/l

(Metcalf Eddy, 1999) . Sehingga Da = DO defisit dapat

diperhitungkan :

DO defisit = 8,38 – 7,33 = 1,05 mg/l .

2. Untuk parameter “ Biochemical Oxygen Demand /BOD “

Menghitung koefisien K1 dan K2 dengan

mentransformasikan untuk suhu 250 C yaitu :

Selanjutnya dengan menggunakan Metode Stretter Pelph

dicari harga : tc dan Dc .

Sesuai dengan baku mutu = Dc = 8,38 – 5,00 = 3,38 mg/l

Ini nilai DO baku mutu



……………..(1)

…………………………………………..(2)

Dengan menggunakan metode pendekatan matematis “

trial and error “ untuk menyelesaikan persamaan ber “

anu dua buah “ yang belum diketahui yakni

Coba La (mg/l) tc (hari) Dc (mg/l)

1 100 0,770 7,03

2 50 0,727 3,56 La =47,4 mg/l

3 40 0,703 2,87 (ultimate BOD)

4 45 0,716 3,12 tc=0,722 hari

5 48 0,723 3,42 (waktu

mencapai

6 47 0,721 3,35 Defisit)

7 47,4 0,722 3,38

Sehingga dapat dihitung konsentrasi BOD campuran

maksimal yang diijinkan :


Sesuai Dc yang diminta sehingga proses trial and error dihentikan dan harga pada baris ke tujuh yang berlaku

42


Sedangkan konsentrasi BOD maksimal yang harus keluar

dari proses pengolahan adalah dihitung berdasarkan :

……………sehingga harga C1

(konsentrasi BOD maksimal yang harus keluar ) adalah

sebesar 93,2 mg/l.

Pada hal sumber cemaran/industri membuang 800 mg/l maka

efisiensi pengolahan adalah sebesar :

Selanjutnya untuk membuat diagram hubungan antara tc, Dt, dan

BOD digunakan persamaan sebagai berikut :

dengan memasukkan nilai “ t “ sembarang pada persamaan diatas

sebanyak-banyak nya maka akan dapat digambarkan grafik

hubungan antara Dt, t dan BOD sebagaimana gambar 3.8 diatas.

Kondisi dialam diatas dalam skala laboratorium dapat dilakukan

dengan mengubah skala variabel debit dan kecepatan serta

morphologinya aliran dalam skala laboratorium akan tetapi dengan



menggunakan jenis air yang sama dengan jenis air yang ada di

alam (konsentrasinya tetap).

3.9. PENCEMARAN AIR TERGENANG (DANAU DAN

RESERVOIR)

Danau merupakan badan air yang sering kali menerima buangan

air limbah dari industri, domestik, maupun limbah pertanian.

Ditinjau dari aspek hidraulis, aor dalam danau dapat tercampur

sempurna atau berlapis (stratifield lake). Waktu tinggal hidraulis

dalam danau td dinyatakan formula sebagai berikut :

td = -------------------------- (3.34)

keterangan :

V = volume danau

Q = debit air yang masuk kedalam danau

a. Danau tercampur sempurna

Neraca masa dari suatu danau yang tercampur sempurna

adalah :

= W (t) – QC – KVC …………………… (3.35)

keterangan :

C = konsentrasi unsur yang ditinjau dalam

danau



W = beban pencemaran yang masuk ke dalam

danau

t = waktu

K = koefisien laju penguraian unsur pencemar

Pencemaran (3.35) menyatakan bahwa laju penguraian

(perubahan) konsentrasi C terhadap waktu t dalam suatu

system adalah sama dengan banyaknya beban yang masuk

dikurangi dengan masa yang keluar dan masa yang hilang

oleh penguraian. K untuk unsur konservatif sama dengan nol.

Persamaan (3.35), ditulis berdasarkan asumsi bahwa debit Q

dan koefisien laju penguraian K konstan terhadap waktu.

Apabila volume danau juga diasumsikan konstan, maka

penyelesaian persamaan ini menjadi :

= v + C

= v , dimana = 0

Pada saat t = 0 maka C = CO, sehingga dengan demikian

persamaan (3.35) menjadi :

v + QC + KVC = Q(t) ………………………….

(3.36)

atau

v + K’C = W(t) ………………………………..

(3.37)



dimana : K’ = Q + KV

Input (masukan) dari persamaan (3.36) dan (3.37) adalah

W(t), outputnya (keluaran) adalah C(t) dan sistem

parameternya konstan yaitu K, V dan Q. Penyelesaian

persamaan (3.35) terdiri dari dua bagian yaitu a)

penyelesaian pelengkap (implementary) dimana ruas kanan

persamaan diatas sama dengan nol, dan b) penyelesaian

khusus dimana W(t) mempunyai bentuk yang spesifik.

Penyelesaian pertama, bila W(t) = 0, yaitu bila tidak ada

input konsentrasi, maka :

+ = 0

dan pemecahan persamaan ini adalah :

C= CO exp.

= CO exp.

= CO exp. ………………………. (3.38)

Persamaan (3.38) menunjukkan bahwa, dengan

bertambahnya waktu, pengaruh dari kondisi konsentrasi awal

CO akan berangsur-angsur berkurang dan hilang dari sistem.

Pengurangan konsentrasi terhadap waktu pada suatu level

tertentu tergantung dari dua faktor, yaitu :

i) Berbanding terbalik dengan waktu tinggal dalam danau

dan

ii) Koefisien laju penguraian unsur pencemar

Bentuk spesifik dari W(t) adalah apabila input berubah, dari

satu level ke level yang lainnya tidak lagi pada konsentrasi



konstan (atau pembebanan nol), maka persamaan

diferensialnya menjadi :

V + K’C = W U(t) ………………………………..

(3.39)

Keterangan :

K’ = koefisien laju penguraian dari unsur pencemar

yang baru

= pembebanan baru

Penyelesaian persamaan di atas menjadi :

CU = …………………………..

(3.40)

Atau

CU = ……………….

(3.41)

= ………………….….

(3.42)

Indeks u menyatakan “step response”

Apabila adalah konsentrasi keseombangan (konsentrasi

jenuh)

maka :



……………………… (3.43)

Untuk unsur konservatif K = 0 sehingga konsentrasi

keseimbangannya adalah :

= ………………………………………….. (3.44)

Respon total merupakan penjumlahan persamaan (3.38)

sebagai kondisi awal, dan respon yang disebabkan oleh

pembebanan tambahan (step load) persamaan (3.42), yaitu :

C =

………………………………………………………………………….

(3.45)

b. Danau berlapis

Terjadinya danau berlapis diakibatkan oleh perbedaan

temperatur air dibagian atas dan dibagian bawahnya. Bagian

atas yang mempunyai temperatur lebih tinggi daripada

dibagian bawah dinamakan zona epilimnion sedangkan

dibagian bawahnya dinamakan hipolimnion.



GAMBAR 3.9 : DANAU / KOLAM BERLAPIS

Zona epilimnion menerima beban W yang masuk dari luar

dan juga aliran Q, namun kemudian tercampur dengan zona

hipolimnion. Bagian bawah danau, atau lapisan bawah danau,

juga menerima unsur/zat yang berasal dari bawah danau

sebagai akibat dari penguraian sedimen. Persamaan neraca

masa untuk epilimnion (indeks 1) dan hipolimnion (indeks 2)

adalah :

V1 = W1 – QC1 + E’12 (C2 – C1) – V1K1C1……………

(3.46)

V2 = W2 + E’12 (C1 – C2) – V2K2C2……………………

(3.47)

dimana E’12 adalah koefisien pencampuran vertikal yang

dinyatakan dengan :



E’12 = ………………………………………….

(3.48)

dimana E12 adalah dispersi vertikal. A12 adalah luas

permukaan antara lapisan 1 dan lapisan 2 (interfacial), dan

Z12 adalah jarak vertikal dari pusat lapisan I sampai ke jarak

yang sama di lapisan 2 apabila H2 > H1, dan t yang sama.

Jarak ini akan menjadi = H/2 bila H2 = H1, dimana H adalah

kedalaman/tinggi air total sedangkan H1 dan H2 masing-

masing adalah tingginya zona epilimnion dan hipolimnion.

Penyelesaian persamaan (3.46) dan (3.47) pada keadaan

tunak menghasilkan :

(Q + E12’ + V1K1) C1 + (-E12’) C2 = W1 …………………….

(3.49)

(-E12’) C1 + (E12’ + V2K2) C2 = W2 …………….……

(3.50)

atau dalam bentuk matriks dapat ditulis sebagai berikut :

…………………………………

(3.51)

Keterangan :

a11 = Q + E’12 + V1K1

a12 = -E’12

a21 = -E’12



a22 = E’12 + V2K2

Dengan demikian konsentrasi unsur pencemar di zona

epilimnion dan hipolimnion masing-masing adalah :

C1 = ………………………

(3.52)

C2 = β …………………………………….

(3.53)

Keterangan :

β = ………………………………………..

(3.54)

Contoh Soal:

Jika suatu danau , kemasukkan beban limbah sebesar (W1) sebesar 1000

lb/day dan pada danau itu pula terdapat masukkan debit dari sungai

sekitarnya sebesar Q = 40 cfs dan beban sedimen sebesar W2 = 100 lb/day .

Bila luas permukaan danau adalah sebesar A = 1x 106 ft2 dan besarnya

koefisien vertikal dispersion (E) sebesar 0,1 m2/sec dengan laju penguraian

kandungan cemaran organik k = k1 – k2 = 0,2 hari-1 . Ditanyakan konsentrasi

lapisan (1) dan lapisan (2) atau nilai C1 dan C2 .



Jawab : W1 = 1000 lb/day

H1 =4 ft Q=40cfs E 1

2

H2 = 6ft

W2 = 100 lb/day

Luas danau = A = 1 x 106 ft2 ; Koefisien Vertikal Dispersi =(E12 = 0,1

cm2/sec

Koefisien laju penguraian k = k1 = k2 = 0,2/hari

Dari data yang diketahui H1 H2 maka Z12’ = (H1 +H2 )/ 2

Z12’ = (4+6 )/ 2 = 5 ft bila 1 ft = 30,48 cm, maka

Kemudian dilakukan pencarian volume lapisan epilimniom dan hipoliminiom

sebagai mana berikut :



Mencari harga dengan menggunakan rumus :

Mencari konsentrasi lapisan permukaan (1) dan (2)

dimana 1 mg/l = 5,4 lb/hari .



Soal Lainnya :

Jika terdapat danau yang terletak seri pada suatu ekosistem aliran

sebagaimana digambarkan pada diagram berikut :

K=0 47 ug/l

270 ug/l

td =99,1 th td=22,6 th

51,900 cfs 175,400 cfs

Berapa lama waktu yang dibutuhkan di waduk/danau 1 dan 2 bila dikendaki

konsentrasi dari masing-masing waduk tinggal 0,5 dari nilai maksimum pada

saat pencemaran dihentikan ?

Jawab :

Zat pencemar adalah konservatif maka nilai K = 0 sehingga pada Waduk (1)

terdapat kondisi :

WADUK (1)

dan

Konsentrasi maksimum di Waduk 1 adalah C10 = 270 ug/l sehingga :


1 2

54


mengingat sisa konsentrasi waduk yang diinginkan adalah C1 =

270/2 =135 ug/l. Selanjutnya dicari nilai t dengan menggunakan rumus

berikut :

hingga

sehingga nilai t dapat dicari dengan

t untuk waduk (1) = 68,9 th

WADUK (2)

Sehingga nilai C2 dapat dicari.

C2 = C21 +C22

Dengan menggunakan hubungan C2 dan t dan cara trial and error maka

diperoleh :

C2 maksimum =62 ug/l pada t = 26 tahun sehingga :



C2 = 62/2 = 31 ug/l pada t = 120 tahun.

Bila digambarkan dalam sketsa gambar tanpa skala sebagaimana berikut :

C2 = 62 ug/l

47 ug/l C21

C2 =31 ug/l

C22

26 tahun 120 tahun


Washout dari waduk (1)

Washout dari waduk (2)

56


BAB IVPENCEMARAN TANAH DAN AIR TANAH

4.1 UMUM

Eksploatasi sumber alam secara besar-besaran dan limbah dalam

kehidupan modern dapat menimbulkan dampak tercemar nya air

tanah . Faktor -faktor yang dapat menyebabkan terjadinya

pencemar air tanah antara lain intrusi/resapan air garam, residu

pupuk tanah pertanian, limbah septic tank, fermentasi mayat di

pemakaman, buangan limbah lindi dari lokasi tempat pembuangan

akhir, eksploatasi pertambangan , radioaktif dan sebagainya.

Penyebab pencemar tersebut akan bergerak bersama-bersama

dengan arah aliran air tanah dan bila kedua zat cair tersebut

bertemu pada titik temunya akan terlihat batas yang tegas dan

akan terbentuk pula daerah transisi dimana sifat kedua zat cair

akan berubah . Perubahan zat cair disebabkan karena fenomena

difusi molekuler dan permeabilitas pada media berpori ( media

porous). Faktor yang berpengaruh pada terjadinya pencemar air

tanah adalah arah penyebaran dan aliran air tanah.

4.2 KOMPONEN TANAH

Tanah sebagai sistim tersusun atas oleh tiga fase yaitu fase padat,

fase cair dan fase gas ( Tan, 1982) Fase padat merupakan

campuran mineral dan bahan organik yang membentuk jaringan

atau struktur tanah . Dalam struktur ini terdapat pori yang

ditempati bersama oleh fase cairan dan gas . Dari segi komponen,

tanah terdiri atas lima komponen yaitu mineral, air, udara , materi

organik dan organisme ( Luthin, 1970) . Dua yang utama adalah

materi mineral ( inorganik) dan materi organik yang dapat



dikelompokkan kedalamnya. Untuk selanjutnya pembahasan akan

difokuskan pada ked`

a komponen diatas .

4.2.1 KOMPONEN CAIR

Air tanah mengisi ruang ( pori) tanah ataupun menempel pada

partikel tanah bila tanah tersebut dalam kondisi hanya lembab

( moist ) saja. Air tanah secara alami juga tidak murni ( pure) . Air

tanah ini mengandung paling tidak sedikit gas dan padatan yang

terlarut. Komposisi dari larutan tanah atau air tanah tergantung

dari beberapa faktor seperti misalnya komposisi semula dari air itu

sendiri sebelum sampai atau menjadi air tanah , tekanan parsial

dari gas-gas yang terlarut , jenis mineral tanah dimana air tersebut

telah atau sedang berada., pH dan potensial oksidasi dari air atau

larutan tanah tersebut.

Sebagai medium untuk bergeraknya zat-zat misalnya zat

Pencemar yang terlarut , fungsi air tanah ini sangat penting.

Raeaksi-reaksi antara zat pencemar dengan partikel tanah pada

umumnya adalah reaksi antara zat dalam bentuk terlarut dalam air

tanah ( solil solution) dengan partikel tanah. Sebaliknya tanah-

tanah yang telah tercemar akan melepaskan zat pencemarnya ,

melalui mekanisme desorpsi ataupun pelarutan kedalam air tanah

tersebut yang selanjutnya akan bergerak bersama air tanahnya.

Kondisi dinamis selalu terjadi antara zat atau kation yang terdapat

dalam fase cair dengan yang terdapat dalam fase padat yakni

massa tanah tersebut ( solid matrix) . Dalam hal ini jelas bahwa

luas kontak antara partikel tanah dengan air merupakan faktor

yang penting dalam reaksi zat terlarut denga tanah selain karakter



dari zat pencemar tersebut. Makin luas bidang kontak , akan

semakin intensif reaksi yang terjadi. Dengan demikian kadar atau

konsentrasi zat atau ion-ion dalam air tanah akan selalu berubah-

ubah tergantung lingkungannya .Dalam kondisi tidak jenuh

pergerakan massa air masih terjadi , walaupun tidak selancar

pergerakan dalam kondisi jenuh. Pergerakan dalam kondisi tak

jenuh ini umumnya adalah gerakan vertikal.

Pada kondisi jenuh , air tanah mengisi penuh ruang atau pori

antara butir tanah. Kondisi jenuh ini umumnya masih diisertai juga

dengan adanya gelembung udara atau gas-gas lain. Selain itu,

didalam air juga terdapat gas-gas yang terlarut seperti misalnya

oksigen, karbondioksida dan sulfida.

Air ini dapat meresap atau ditahan oleh tanah karena adanya

beberapa gaya yang bekerja padanya seperti gaya adhesi, kohesi

dan gravitasi. Berdasrkan gaya-gaya tersebut diatas maka air

didalam tanah dapat dibedakan menjadi :

1. Air higroskopis

Air yang diserap tanah dengan sangat kuat oleh gaya-gaya

permukaan yang sangat kuat , seperti misalnya gaya adhesi antara

partikel tanah dengan air dan gaya kohesi. Air yang terkat oleh

gaya adhesi ini praktis atidak bergerak dan tidak bisa digunakan

oleh tanaman.

2. Air Kapiler

Air kapiler adalah air yang terikat oleh gaya kohesi yatu gaya tarik

antar molekul-molekul air yang terdapat dalam bentuk vcair berupa

lapisan tipis air disekeliling partikel tanah dalam pori mikro. Air

dalam kondisi ini dapat bergerak dan diserap oleh air . Reaksi



antara zat pencemar dengantanah atau sebaliknya dapat terjadi

secara intensif dalam air kehesi ini.

3. Air Gravitasi

Air gravitasi adalah air yang terdapat dalam pori makro dan

bergerak bebas melalui pori-pori dalam responnya terhadap

gravitasi . Air gravitasi ini dapat mengalir dengan bebas dan

berperan penting dalam transportasi zat pencemar dalam tanah.

4.2.2 KOMPONEN PADAT

Ditinjau dari komponen yang membentuk padatan , tanah

terbentuk dari dua komponen yakni komponen anorganik dan

komponen organik. Komposisi dari kedua komponen tersebut

sangat bervariasi . Dari segi profil , dapat dikatakan bahwa lapisan

atas top soil umumnya mempunyai komponen organik yang lebih

banyak dibandingkan lapisan dibawahnya . Tanah dengan vegetasi

penutup yang lebat juga mempunyai komponen organik yang lebih

tinggi bila dibandingkan dengan tanah yang tidak ditumbuhi

tanaman. Tanah hutan misalnya akan mempunyai lapisan humus

(zat organik) yang lebih banyak dibandingkan dengan tanah

gersang.

Konsep yang membagi tanah sesuai dengan posisi vertikal

/kedalaman dan tipikal kandungan zat organik atau tingkat

pelapukannya sering digunakan dengan sebutan horizon tanah .

Horizon tanah dapat digambarkan sebagai berikut :

Horizon O Horizon A ( A1, A2…..An ) Horizon B ( B1, B2…..Bn )

Horizon C Bed Rock



Gambar -1 : Horizon Tanah ( Suprihanto, 1994)

Keterangan :

Horizon O = merupakan tanah yang mengandung zat organik

yang diantaranya belum terurai atau terdegradasi. Horizon ini

biasanya dibuang.

Horizon A = merupakan tanah yang banyak mengandung zat

organik yang telah terurai atau tidak dalam bentuk aslinya lagi .

Biasanya mencapai berbagai lapisan-lapisan.

Horizon B = merupakan bagian tanah yang belum

mengalami pelapukan secara sempurna tetapi telah

mengandung unsur -unsur dari luar misalnya zat organik.

Biasanya batas A dan B tidak jelas yang terbagi atas dasar

visualisasi warna misalnya.

Horizon C = tanah asli yang belum melapuk atau sedikit

melapuk

Selain padatan didalam tanah juga terdapat udara atau gas yang

mengisi poriatau ruang antar padatan . Ruang pori tersebut juga

mungkin terisi oleh air.

a. Komponen Anorganik

Komponen anorganik tanah terdiri atas fragmen batuan dan

mineral dalam berbagai ukuran dan komposisi. Komposisi utama

dari fragmen batuan umumnya terdiri atas mineral silika dan

oksida. Dengan ukuran yang berbeda , ukuran tersebut dapat

digolongkan menjadi menjadi 3 kerlompok utama yakni fraksi



pasiran ( fraksi kasar) , fraksi sangat halus ( debu dan silt) dan

fraksi lempung ( liat ).

Mineral silikat yang merupakan mineral utama dari kulit bumi dapat

digolongkan beradasrkan susunan tetrahedra SiO4 dalam

strukturnya menjadi enam tipe yaitu ( Tan,1992) :

Inosilikat,

Nesosilikat,

Filosilikat,

Sorosilikat,

Siklosilikat,

Tektosilikat.

Fraksi pasir dan silt (debu) umumnya merupakan siklo, inomeso ,

sero atau tektosilikat. Fraksi inilah yang menyusun kerangka atau

struktur tanah . Sedangkan bagian yang terhalus yaitu lempung

umumnya didominasi oleh filosilikat. Filosilikat ini merupakan

mineral lempung dengan struktur lembaran tetrahedra Si204 .

Mineral-mineral tersebut diatas dengan struktur mineral silikat

mempunyai ikatan yang kuat dibandingkan dengan struktur yang

lain . Hal ini bisa dilihat dari energi pembentukannya yang relatif

besar yaitu antara 3110 - 3140 kg kal/mol, bila dibandingkan

misalnya dengan mineral yang berbentuk jaringan dengan energi

pembentukannya yang hanya sekitar 1800 kg kal/mol . Mineral

dengan kation K+ atau Na+ bahkan mempunyai energi

pembentukan yang lebih rendah lagi yaitu sekitar 300 kg kal / mol.

Selain terbentuk dari mineral silikat diatas , fraksi lempung juga

dapat terbentuk oleh oksida hidrous besi dan alumunium serta

kation lain yang termasuk dalam struktur mineralnya seperti Ca+ ,



Mg2+ dan K+ .Fraksi ini tidak termasuk dalam filosilikat , tetapi

merupakan oksida besi dan alumunium yang mengandung air yang

bearasosiasi dengannya .

Fraksi lempung mempunyai peran dalam menunjang terjadinya

proses antara komponen tanah dengan zat pencemar . Hal ini

disebabkan lempung mermpunyai permukaan yang berbeda

dibandingkan dengan mineral atau butir mineral dari fraksi yang

lebih besar . Lempung yang umumnya terbentuk oleh kristal

mineral , mengandung anion oksigen dan hidroksil yang terikat

dengan kation alumunium dan silikon. Dengan demikian pada sisi-

sisi dari kristal tersebut , ikatan yang terbuka dari anion atau

kation tersebut membentuk permukaaan yang mungkin reaktif.

Oleh karena sifatnya yang penting dalam proses atau reaksi antara

zat pencemar dengan tanah , maka lempung akan dibahas lebih

lanjut. Selain itu, ion logam atau kation yang membentuk inti kristal

dari mineral tersebut juga akan menentukan karakter atau

reaktifitas dari mineral . Hal ini disebabkan karena adanya proses

subtitusi kation yang dinamakan proses subtitusi isomorfik yatitu

proses subtitusi kation dengan kation lain tanpa merubah susunan

kristalnya sering terjadi.

a. Lempung dan Strukturnya .

Lempung terutama terdiri dari kristal alumunium atau magnesium

silikat dengan struktur lembar tetrahedra silikat , T, yang mengapit

atau saling bersusunan dengan lembar okatahedral O misalnya

lapisan gipsite untuk alumunium . Lapisan Tetrahedral merupakan

susunan ataom silikon yang masing-masing dikelilingi oleh 4 atom

oksigen tetrahedral ( Lihat Gambar 2 ) .



O2

Si

O2

O2

O2

Gambar-2 : Diagram Lapisan Tetrahedral

Sementara lapisan oktahedral ini terdiri dari 2 lembar yang

terbentuk dari ataom oksigen atau hidroksil dalam susunan

hexagonal dengan atom alumunium atau magnesium pada lokasi

oktahedral atau bidang diagonalnya .

Gambar -3 : Diagram Lapisan Oktahedral

Lembar lembar ini saling melekat membentuk lapisan yang

terbentuk dari dua lembar atau tiga lembar (T-O atau T - O - T )

dimana atom ataom oksigen menjadi pengikat antara masing-


O2

O2O2

O2

O2

O2

O2

64


masing struktur kristal dan digunakan bersama antara dua kristal .

Atom oksigen dalam lembar O yang bebas artinya tidak digunakan

oleh dua atau lebih sisi kristal akan menjadi grup hidroksil yang

akan berperan penting dalam penentuan sifat-sifat elektrokimia

lempung.

Beberapa kelompok yang penting dari lempung tersebut antara lain

dari kelompok kaolinite, montmorilonit, ilite dan klorit. Selain

susunan lapis terdapat pula lempung dengan susunan campuran

yang membentuk struktur lapis campuran seperti jaringan (fibrous)

( Grimm, 1969).

Kelompok Kaolinite

Lempung dari kelompok kaolinite mempunyai lembar dua lapis

yang masing-masing lapis terdiri dari atas lembar T dan O yakni T -

O atau O - T . Beberapa contoh dari mineral kelompok ini adalah

kaolinit dan halosit.

Mineral kaolinite adalah alumino silikat terhidrasi dengan komposisi

kimia umum 2SiO2.Al2O3.2H2O persel unit , sementara haloisit

mempunyai komposisi kimia yang hampir sama dengan kaolinit

yaitu Al2O3. 2SiO2.4H2O. Perbedaannya hanya terletak pada

susunanlapisan yang kurang teratur dan kehadiran dua atau lebih

lapis molekul air dalam ruang antar lapisan ( Tan, 1992) . Ditinjau

dari pembentukannya , diduga haloisit merupakan precursor

( suatu pengaktif ) dari kaolinit karena pembentukannya kaolinit

mengikuti suatau tahapan sebagai berikut :

Batuan beku montmorilonit haloisit metahaloisit

Kaonlinit



Lempung dari kelompok kaolinit ini mempunyai sifat mengembang

atau mengerut yang kecil dan sulit dihancurkan (stabil). Hal ini

disebabkan oleh kekokohan ikatan struktural dari mineralnya .

Selain itu lempung kelompok ini mempunyai luas permukaan

spesifik yang sempit sekitar 7 sampai dengan 30 m2/gram dan

kapasitas tukar kation ( KTK) yang sangat rendah dan dapat

berubah dengan pH . Nilai KTK ini biasanya berkisar antara 1

sampai dengan 10 mev/100 gram lempung.

Kelompok kaolinite juga meempunyai sifat subtitusi isomorfik yang

rendah . Subtitusi isomorfik artinya subtitusi atom dalam struktur

kristal oleh atom lain tanpa merubah struktur kristal tersebut.

Kondisi ini mendukung sifat kestabilan struktur mineral.

Kelompok Montmorilonit

Kelompok montmorilonit atau kadang kadang disebut sebagai

kelompok ssmektit mempunyai struktur 3 lembar T-O-T . Kelompok

montmorilonit ini mempunyai rumus umum yang sering dinyatakan

sebagai Al2O3. 4SiO2.H2O + x H2O, walaupun komposisinya sangat

beragam. Salah satu jenis lempung dari kelompok ini adalah yang

dikenal dengan nama komersiel bentonit. Bentonit ini mempunyai

atom-atom Mg dan ion-ion feri pada lembar oktahedralnya.

Mineral-mineral dalam lempung kelompok montmorilonit

mempunyai ukuran butiran yang sangat halus . Luas area

permukaan spesifiknyanadalh sebesar 700 s/d 800 m2/g. Karena

luasnya permukaan spesifik ini dan lemahnya ikatan antara lembar

penyusunnya, menyebabkan lempung ini bila berkontak dengan air

akan mengembang. Pengembangan ini disebabkan oleh

penyerapan air dalam ruang antar lembar tersebut ( misel) dan



dilaporkan hingga mencapai dua kali volume asalnya . Bila

lempung tersebut mengering maka akan terjadi penyusutan dan

pengerasan.

Sifat penting lain dari lempung kelompok ini adalah kemampuan

untuk menukar kation (KTK) yang cukup besar . Nilai KTK sebesar

70 s/d 100 mev/100g lempung dilaporkan sebagai nilai tipikal untuk

montmorilonit. Lempung ini juga mempunyai kapasitas

subtitusiisomorfik yang cukup baik.

Kelompok Illit

Kelompok illit merupakan kelompok lempung dengan struktur

mineral lapis yang terdriri 3 lembar untuk setiap lapisnya seperti

kelompok montmorilonit (T - O - T ) tetapi tidak mengembang.

Lempung kelompok ini adalah tipe mineral lempung yang

mengandung mika yang terbentuk secara sekunder. Mineral ini

juga mengandung unsur Kalium (K) , dengan kadar yang umum

variasinya antara 7 s/d 8 %. Kehadiran unsur K ini dalam struktur

antar lapisnya menyebabkan lempung kelompok ini mempunyai

ikatan antar lembarnya menjadi kuat. Kuatnya ikatan ini

menyebabkan kelompok ini tidak mengembang bila terkena air.

Kapasitas tukar kation (KTK) dari lempung kelompok ini berkisar

antara 30 mev/100g lempung . Walaupun strukturnya leih dekat

kedalam kelompok montmorilonit, tetapi sifat-sifat fisiknya lebih

condong ke kaolinit. Contoh dari lempung kelompok illit ini adalah

mineral muskovit

Kelompok Chlorit



Kelompok chlorit mempunyai struktur lapisan yang berbentuk dari

tiga lembar ( T - O - T ), tetapi lapisan tengah terdiri dari lembar O (

brucit, Mg(OH)2) . Mineral ini komposisinya beragam tetapi

komposisi umumnya dilaporkan sebagai berikut (Tan, 1992) :

( Mg, Fe, Al ) 6 (Si,Al )4 O10 (OH)8

Selain itu dapat pula terjadai bahwa beberap Al(III) menggantikan

silikon dalam suatu proses subtitusi isomorfik . Sementara itu Mg

pada posisi oktahedra (O) pun dapat disubtitusi oleh Al atau Fe.

Umumnya lempung dari kelompok ini mempunyai sifat

mengembang yang kecil. Lempung kelompok ini juga mempunyai

KTK yang rendah. Keberadaan lempung ini dialam boleh dikatakan

dalam frekuensi yang jarang.

4.3 FENOMENA ALIRAN PENCEMAR TANAH

4.3.1 Fenomena Transport Dan Dispersi Massa Zat Terlarut

Dalam mempelajari kontaminasi air tanah , maka perlu terlebih

dahulu dipahami teori dasar pergerakan zat terlarut yang

terkandung didalam air tanah. Secara umum pergerakan pencemar

didalam air tanah akan dipengaruhi oleh pearmibilitas ,porositas

dan tekanan piezometrik. Sedangkan mekanisme penyebaran



pencemar didalam air tanah akan mengalami beberapa proses

yaitu proses konveksi, proses difusi , proses dispersi dan proses

kimiawi.

Pada proses perpindahan atau pergerakan zat-zat terlarut

( Pencemar) ini melalui media berpori adalah rumit. Secara

matematis proses perpindahan atau pergerakan Pencemar dalam

air tanah tetap dapat dirumuskan , namun dalam beberapa hal

dibutuhkan data lapangan yang relatif cukup untuk dapat

menerapkan persamaan -persamaan teori tersebut.

Ada dua proses dasar yang bekerja terhadap transport (konveksi)

dan dispersi zat terlarut dalam air tanah ( Fetter, 1988)

sebagaimana terurai sebelumnya :

1. Proses Konveksi adalah proses dimana pencemar terlarut

didalam air tanah mempunyai kecepatan dan arah pergerakan

yang sama dengan aliran air tanah . Konveksi ini bergantung

pada kecepatan aliran dimana kecepatan aliran dipengaruhi oleh

aliran piezometris , pearmibilitas ( konduktivitas hidrolik) dan

porositas dalam air tanah. Proses ini terdiri atas proses :

a. Proses Difusi adalah proses spesies-spesies ionik dan

molekuler yang terurai dalam air berpindah dari daerah

berkonsentrasi tinggi (aktifitas kimia ) ke daerah dengan

konsentrasi rendah. Proses diffusi adalah proses

pencampuran antara pencemar dengan air tanah secara

molekuler . Proses ini disebabkan oleh adanya perbedaan

konsentrasi antara dua cairan yang yang memiliki

konsentrasi berbeda. Proses melalui air dapat dijelaskan

dengan hukum Fick I yang menjelaskan fluk suatu zat

terlarut pada kondisi mantap (Fetter, 1988) :



…………………………………………….(4.1)

Keterangan :

F = fluks massa zat terlarut persatuan luas persatuan

waktu,

d = Koefisien difusi ( luas / waktu)

C = Konsentrasi zat terlarut ( massa / volume)

dC/dx = gradien konsentrasi ( massa/volume/ jarak)

Tanda negatif mengindikasikan bahwa perpindahan zat

terlarut adalah dari daerah konsentrasi tinggi kedaerah

konsentrasi rendah . Untuk Kation dan anion utama dalam

air harga berkisar dari 1 x 10-9 sampai 2 x 10-9 m2/detik. Bagi

sistem-sistem dimana konsentrasi bisa berubah terhadap

waktu maka Hukum Fick II bisa diterapkan ( Fetter, 1988) :

…………………………………………. (4.2)

Keterangan :

dC / dt = perubahan konsentrasi terhadap waktu

d = Koefisien difusi ( luas / waktu)

Kedua hukum Fick diatas hanya berlaku untuk situasi

berdimensi tunggal . Oleh karena itu memperhitungkan 3

dimensi maka dibutuhkan persamaan yang lebih umum .

Dalam media berpori, difusi tidak secepat difusi didalam air

permukaan karena ion-ion harus menempuh jalur yang lebih

panjang ketika lewat disekitar butir-butir mineral .

Disamping itu difusi berlangsung hanya melalui lubang -

lubang pori karena butir-butir mineral akan sangat



menghambat atau menutup jalur. Untuk memperhitungkan

ini harus dipakai suatu koefisien difusi effektif ( d* ) yang

dapat dihitung :

……………………………………………..…(4.3) w adalah koefisien empiris yang ditentukan berdasarkan

eksperimen di laboratorium . Untuk zat-zat yang tidak

teradsorpsi pada permukaan mineral , nilai w berkisar dari

0,01 sampai 0,5. Jika zat terlarut diserap kepermukaan

mineral yang merupakan medium berpori , maka laju difusi

bersih jelas lebih kecil dari pada laju difusi untuk zat-zat

yang tidak teradsorpsi.

Zat terlarut bisa bergerak melalui suatu medium berpori

dengan cara difus, bahkan walaupun air tanah tidak

mengalir . Jadi walaupun gradien hidrolik sama dengan nol ,

suatu zat terlarut masih dapat mengalir atau berpindah .

Dalam batuan dan tanah yang pearmibilitasnya sangat

rendah , air mungkin akan mengalir walaupun lambat . Pada

kondisi ini , difusi bisa menyebabkan zat terlarut berpindah

lebih cepat dari pada air tanah . Pada kondisi yang

demikian difusi lebih penting dari pada proses adveksi.

b. Proses Adveksi adalah proses air tanah yang mengalir dan

mengangkut zat terlarut.. Kecepatan aliran air tanah dapat

ditentukan dari hukum Darcy ( Fetter, 1988) :

…………………………………………………….(4.4)

Keterangan :

Vx = Keepatan linier rata-rata ( kecepatan pori )

cm/detik,,



k = Konduktifitas hidrolik ( cm/detik)

= Porositas effektif

dh/dl = gradien hidrolik

Bahan Pencemar yang mengalami adveksi berpindah

dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan rata-rata

linier air tanah.

2. Proses Dipersi adalah zat Pencemar dalam perpindahannya

mengalami proses penyebaran. Proses dispersi adalah proses

penyebaran pencemar akibat adanya gradien kecepatan dalam

pori-pori tanah . Dispersi ini dapat terjadi dalam arah

longitudinal dan dispersi dalam arah transversal. Proses ini

untuk mengencerkan zat terlarut serta memperkecil

konsentrasinya . Pengenceran Pencemar yang yang terjadi

akibat tercampurnya fluida /zat terlarut terkontaminasi

dengan yang tidak . Pencampuran yang terjadi sepanjang

disepanjang jalur lintas fluida tersebut dinamakan dispersi

longitudinal, sedang dispersi yang terjadi pada arah normal

( tegak lurus ) terhadap lintas fluida disebut dispersi lateral.

Ada 3 faktor terjadinya dispersi longitudinal :

- Bila fluida bergerak melalui pori yang mana alirannya lebih

cepat pada lubang pori dibandingkan melalui tepi pori,

- Sebagian fluida itu akan berpindah melalui lintasan yang

lebih panjang,

- Fluida yang berpindah melalui lubang-lubang pori yang besar

akan bergerak lebih cepat dari pada fluida yang bergerak

melalui pori-poriyang lebih kecil.

Sedangkan dispersi lateral ditimbulkan oleh fakta karena fluida

mengandung Pencemar yang mengalir melalui medium berpori



maka lintasannya dapat terpecah dan bercabang . Ini terjadi

sekalipun kondisinya merupakan kondisi lairan laminer, yang

umum terjadi pada aliran air tanah. Secara umum dispersi

mekanis dapat dirumuskan :

……………………………………………….(3.5)

Keterangan :

Dm = Koefisien dispersi mekanis,

aL = Besarnya dispersivitas dinamis,

Vx = Kecepatan linier rata-rata.

Walaupun demikian pada kenyataannya proses difusi dan

dispersi tidak dapat dapat dipisahkan pada air tanah yang

mengalir. Oleh karena gabungan antara proses difusi dan

proses dipersi mekanis disebut dispersi hidrodinamis yang

secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

……………………………………………….(3.6)

Keterangan :

DL = Koeffisien dispersi longitudinal,

aL = Dispersivitas dinamis,

Vx = Kecepatan linier rata-rata air tanah,

d* = difusi molekuler.

Difusi dan dispersi mekanis menyebabkan zat terlarut bergerak

maju lebih cepat dari pada yang diprediksi berdasarkan

kecepatan linier rata-rata. Koefisien dispersi hidrodinamis (aL )

adalah fungsi yang berkaitan dengan skala artinya semakin

luas daerah pengukurannya akan semakin besar harganya.

Sejumlah harga di lapangan , untuk dispersivitas longitudinal



sedimen aluvial adalah 39 - 200 ft ( 12 - 50 m) , sedangkan

dispersi lateral untuk batuan yang sama misalnya berkisar 13 -

98 ft 9 4 - 30 m ) . Suatu penelitian tentang endapan glacier

memperlihatkan harga dispersi longitudinal 69 ft ( 21 m) dan

harga dispersi lateralnya 13 ft ( 4 m). Harga -harga yang lebih

besar ditunjukkan oleh batuan basal yang pecah yang secara

fisika bersifat heterogen. Untuk penggunaan praktis koefisien

dispersiivitas longitudinal aL bisa dipilih kira-kira 0,1 panjang

lintasan aliran.Dalam materaial homogen , dispersivitas

longitudinalnya konstan pada harga 3 ft ( 1 m) atau kurang

pada jarak kira 164 ft dari sumber.

Akibat dispersi hidrodinamis , konsentrasi zat akan menurun

bila jarak bertambah besar. Zat terlarutnya akan menyebar

lebih banyak pada arah aliran air tanah bila dibandingkan

dengan penyebaran para arah tegak lurus terhadap arah aliran.

Oleh karena dispersivitas longitudinal selalu cenderung lebih

besar dari pada dispersi lateral.

Dalam proses dispersi dan transport zat terlarut dalam air tanah

disamping ada proses kimia diatas juga terdapat proses fisika

yang memperlambat pergerakan zat terlarut sehingga

kecepatan perpindahannya tidak sebesar kecepatan

perpindahan yang diiindikasikan oleh laju adveksi.

3. Proses kimia adalah proses reaksi kimia yang meliputi reaksi

adsorpsi-desorpsi, reaksi presipitasi , reaksi reduksi dan oksidasi

serta reaksi ion komplek dan reaksi sintesa secara mikrobiologis.

Proses kimia ini sebetulnya tidak dapat dipisahkan degan

kondisi kimia tanahnya . Oleh karena itu yang berakitan dengan

keberadaan Pencemar dalam tanah adalah masalah adsorpsi



dan pertukaran kation . Fenomena jerapan ( adsorpsi) dan

pertukaran ion dikemukakan pertama kali oleh Thomas Way

( 1852).

A. Kapasitas Tukar Kation (KTK)

Kapasitas Tukar Kation (KTK) suatu tanah dapat dikatakan suatu

kemampuan kolod tanah menjerap dan mempertukarkan kation

yang dinyatakan dalam milliekuivalen per 100 gram ( Tan,

1982)

Sedangkan adsorpsi terjadi sebagai hasil dari penarikan ion

positif oleh ion negatif yang ada pada permukaan mineral

lempung, alumunium hidroksida , besi oksida dan lain-lain. KTK

sebetulnya sekaligus merupakan pentujnjukk terhadap

kemampuan tanah untuk mengadsorpsi ion-ion positifdari air

limbah ( seperti logam beranya.

Menurut penelitian diketahui bahwa lapisan tanah dengan

kandungan lempung dan organik tinggi memiliki adsorpsi yang

sangat besar dibandingkan tanah pasir. Meskipun demikian

jenis lempung yang terkandung dalam tanah juga

mempengaruhi kapasitar penjerapan.

Kenyataan KTK dari berbagai tanah sangat beragam , bahkan

tanah sejenispun berbeda KTKnya . Besarnya KTK tanah

diupengaruhi oleh sifat dan ciri tanah itu sendiri antara lain

adalah ( Hakim dkk, 1986) :

1. Reaksi tanah atau pH,

2. Tekstur tanah atau jumlah liat,

3. Jenis mineral liat,

4. Bahan organiknya.



Kapasitas tukar kation untuk berbagai tanah di Indonesia

dapat dilihat sebagaimana tabel dibawah ini :

Tabel -1 : Kapasitas Tukar Kation beberapa Tanah di

Indonesia Yang bearagam telksturnya

( Soepardi,1979)

N

o

Tanah asal Klas Tekstur Kapasitas Tukar

Kation

(meq/100gram)

1 Ciletuk Lempung berdebu 8,1

2 Pengubuan

(lempung)

Lempung Liat

berdebu

22,9

3 Rentang Barat Liat berdebu 38,8

4 Glapan Sipadi Lempung liat

berdebu

51,2

Sumber : Hakim, N dkk , Dasar-Dasar Ilmu Tanah ( 1986)

Tabel -2 : Kapasitas Tukar Kation beberapa Mineral

Tanah liat ( Coleman and Thomas,1967)

No Mineral Liat Kapasitas Tukar Kation

(meq/100gram)

1 Ilit (muskovit0 37

2 Hidrobiovit 80

3 Montmorillonit 100

4 Kaolinit 5

5 Haloysit 5

Sumber : Hakim, N dkk , Dasar-Dasar Ilmu Tanah ( 1986)



B. Adsorpsi Tanah

Adsorpsi adalah proses dimana atom,partikel atau molekul suatu

zat terikat pada pemukaan zat padat karena adanya gaya tarik

menarik dari atom atau molekul pada lapisan bagian luar atau

permukaanzat padat ( Tan,1982 ). Partikel,atom atau molekul yang

ditarik disebut adsorbat (fasa teradsorpsi),sedangkan zat yang

menariknya disebut adsorben.

Gaya-gaya yang bertanggung jawab atas reaksi adsorpsi (jerapan)

mencakup gaya fisisk,ikatan hidrogen,ikatan elektrostatik dan

reaksi koordinasi.

Bila suatu kation dalam larutan mengadakan kontak dengan suatu

medium penyerap (tanah),maka timbul reaksi adsorpsi-adsorpsi

antara fase larutan dengan fase padat. Pada umumnya reaksi ini

bisa berlangsung sesaat dimana konsentrasi keseimbangan segera

tercapai dan sesudah itu timbul adsorpsi kinetik yang tergantung

pada waktu dimana konsentrasi dalam tanah dan larutan berubah

hingga mendekati keadaan setimbang.

Isoterm adsorpsi lazim dipakai untuk menyatakan hubungan antara

konsentrasi zat terlarut dalam tanah dan konsentrasi zat terlarut

dalam larutan dalam keadaan setimbang pada suhu

tertentu.Berbagai bentuk isoterm telah dikembangkan untuk

menyatakan hubungan ini.

1.Isoterm Adsorpsi Linier



Isoterm adsorpsi setimbang yang paling sederhana paling sering

dipakai adalah isoterm adsorpsi linier. Isoterm adsorpsi linier

dirumuskan dalam bentuk persamaan ( Mathew et al.,1980 ) :

S = KC + a ……………………………………(4.7)Keterangan :

S = konsentrasi zat yang teradsorpsi dalam tanah

C = Konsentrasi zat dalam larutan ( mg / l )

K = Koefisien distribusi adsorpsi setimbang

a = y - intercept (titik potong dengan sumbu y )

2.Isoterm Adsorpsi Nonlinier

Ada empat type persamaan utama yang dapat digunakan untuk

menguraikan isoterm adsorpsi non linier yaitu :

1.Persamaan Freundlich

2.Persamaan Langmuir

3.Persamaan BET ( Brunaeur,Emmett dan Teller).

4. Persamaan Gibbs.

Isoterm adsorpsi non linier yang paling sering digunakan aadalah

isoterm Freundlich dan isoterm Langmuir ( Mathew et all, 1980) ,

sehingga dalam pembahasan ini akan dibatasi pada kedua isoterm

tersebut.

- Isoterm Freundlich.

Isoterm ini dirumuskan dalam bentuk persamaan ( Mathew, 1980 ;

Tan, 1990) :



S = a. Cb ……………………………..(4.8)

Keterangan a dan b adalah konstanta. Persamaan ini berbentuk

parabolik. Untuk membuatnya linier , maka persamaan ini harus di

logaritmis sehingga persamaan ini berbentuk :

Log S = log a + b log C …………………….(4.9)

Persamaan dalam bentuk log tersebut memberikan kurva garis

lurus . Pada waktu menggunakan isoterm Freundlich , fleksibitas a

dan b memungkinkan pencocokan dengan kurva . Seperti pada

kasus isoterm linier , isoterm Freunlich tidak mengandung suku

yang mewakili adsorpsi maksimum.

- Isoterm Langmuir

Persamaan adsorpsi Langmuir pada awalnya diturunkan untuk

menerangkan adsopsi gas pada permukaan bidang . Namun juga

digunakan secara luas untuk menerangkan adsorpsi ion-ion pada

permukaan tanah . Persamaan langmuir didasarkan kepada asumsi

bahwa satu lapisan non molekuler yang terbentuk pada permukaan

- permukaan zat padat . Persamaan Langmuir dapat ditulis dalam

bentuk (Mathew et al, 1980; Tan, 1990) sebagai berikut :

………………………………..…(4.10)

Keterangan :

Sm = konsentrasi maksimum zat yang terserap dalam fase

padat (mg/kg);

B = konstanta kesetimbangan Langmuir.



Perbedaannya dengan persamaan Freundlich, berada pada

konsentrasi yang sangat tinggi sehingga " bC " dalam persamaan

mencapai suatu nilai yang mengakibatkan faktor " 1" dapat

diabaikan . Akhirnya persamaan Langmuir dapat dirubah mewnjadi

S = Sm. Dengan kata lain bila terjadi nilai C yang tinggi,

permukaan adsorben menjadi jenuh dan proses adsorpsi mencapai

maksimum.

4.3.2 Penyebaran Pencemar dan Mekanisme Penyebaran

Pencemar akan bergerak bersama-bersama dengan aliran air tanah

. Bila kedua jenis zat cair tersebut bertemu maka pada permulaan

titik temu akan terlihat bahwa pada bidang kontak terdapat batas -

batas yang tegas, sejalan dengan waktu maka akan terbentuk

daerah transisi dan sifata - sifat di antara keduanya akan berubah.

Efek global tersebut disebabkanoleh beberapa phenomena fisik

seperti difusi molekuler dan perbedaan permeabilitas pada media

berpori yang berlaku serentak.

Mekanisme penyebaran kontaminan merupakan resultan dari aksi

mekanis dan aksi physicochemical. Aksi mekanis merupakan

distribusi kecepatan dari zat cair yang mengalir melalui media

berpori yang tidak seragam, hal ini disebabkan karena efek

perbatasan dari lapisan tanah.

Distribusi kecepatan tersebut dibagi dalam tiga type, yaitu :

1. Distribusi kecepatan pada zat cair kental, akan mempunyai

kecepatan nol pada dinding pori, di mana gradien kecepatannya

akan berbentuk gradien kecepatan pada pengaliran dalam

tabung kapiler.



Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar -4 di bawah ini.

Gambar-4 : Gradien Kecepatan pada Aliran Zat Cair dalam Pipa Kapiler

2. Dsitribusi kecepatan pada media yang tidak homogen, akan

menimbulkan penyebaran kecepatan maksimum sepanjang

sumbu pori.



Gambar -5 : Penyebaran Kecepatan Maksimum

3. Distribusi kecepatan pada fluktuasi arus yang berhubungan dengan aliran rata - rata.

Gambar-6 : Distribusi Kecepatan pada Fluktuasi Arus

Ketiga aksi mekanis tersebut terjadi secara serentak dan

menghasilkan penyebaran mekanis.



Gambar -7: Penyebaran Mekanis

Penyelidikan terhadap aksi mekanis ini memberikansuatu aspek

penyebaran secara geometris.

Dalam penyelidikan tersebut terdapat dua aspek dasar yaitu :

a. Penyebaran longitudinal, adalah penyebaran pada arah

aliranyang disebabkan karena adanya perbedaan

makroskopik kecepatan aliran zat cair yang bergerak melalui

pori. Kecepatan rata - ratanya mempunyai resultan dari

komponen kecepatan sepanjang arah aliran.

b. Penyebaran lateral, adalah penyebaran yang terjadi pada

arah normal aliran dan disebabkan karena adanya pemisahan

dan pembelokan aliran yang berulang - ulang oleh partikel -

partikel dalam aliran zat cair. Kecepatan rata - ratanya

merupakan resultan dari keceptan pada bidang yang tegak

lurus arah aliran.

Gambar -7 : Penyebaran Longitudinal dan Penyebaran Lateral

Keterangan :A dan B Penyebaran Longitudinal



C Penyebaran Lateral

Aksi physicochemical merupakan difusi molekuler yang disebabkan

oleh gradien potensial kimiawi. Potensial dimiawi berhubungan

dengan konsentrasi, dimana difusi molekuler terjadi pada fluida

yang berada dalam keadaan tenang. Dengan adanya penyebaran

pencemar dalam aliran zat cair, maka konsentrasi pencemar akan

berkurang sejalan dengan bertambahnya jarak aliran.

Penyebaran Pencemar dalam tanah dapat ditinjau pada reaktif

maupun tidak reaktifnya Pencemar tanah tersebut disamping

medianya yang memiliki karakteristik media homogen dan

karakteristik heterogen.

2.2.1 Pencemar Non Reaktif Dalam Media Homogen

Pencemar non reaktif adalah pencemar yang selama

pergerakkannya tidak mengalami reaksi kimiawi , transformasi

biologi dan perlindihan/perluruhan. Pergerakan pencemar non

reaktif dalam media homogen disebabkan oleh adanya proses

adveksi dan dispersi didalam tanah.Penyebaran pencemar non

reaktif dalam media merupakan suatu bentuk kesetimbangan masa

dalam suatu aquifer yang dapat digambarkan sebagai berikut :



Gambar-8 : Analisis Satu Dimensi Dari Pergerakan Pencemar Dalam

Aquifer Air Tanah.Sumber : Wood,Eric.F, GroundWater Contaminatio From Hazardous Waste , Prentice

Hall,Inc , Englewood Cliffs, New Jersey 1984 Hal 419.

Berdasarkan konsep kesetimbangan massa dapat diturunkan

persamaan aplikatif yang dapat digunakan untuk memprediksi

konsentrasi pencemar non reaktif pada media homogen dalam

suatu aquifer :

…………………………(4.11)

Keterangan :

C = Konsentrasi pencemar pada jarak X (g/m3);

Co=Konsentrasi mula-mula pencemar (g/m3);

Erfc = angka fungsi kesalahan;

X = jarak (m);

Vx= Kecepatan rata-rata dalam arah X (m/det);

Dx= Koefisien Hidrodinamik dalam arah X;

4.4 PENCEMAR NON REAKTIF DALAM MEDIA HETEROGEN

Penyebaran pencemar non reaktif di dalam media heterogen

berbeda dengan penyebaran didalam media homogen . Perbedaan

penyebaran disebabkan oleh nilai permeabilitas . Disamping



berpengaruh terhadap penyebaran , permeabilitas berpengaruh

pula terhadap percepatan distribusi pencemar . Media dengan nilai

permeabilitas rendah akan mengakibatkan jangkauan penyebaran

menjadi kecil demikian pula sebaliknya . Sebagai ilustrasi

penyebaran pencemar dalam media yang heterogen dapat dilihat

dalam gambar :



Gambar - 9 : Pengaruh lapisan terhadap Pola aliran Pencemar dalam air tanah

(a) Kondisi Batas; (b)akifer homogen; (c).Lapisan Permeabilitas

Tinggi; (d).dua lapisan dengan permeabilitas rendah ; (e) dua

Lapisan dengan permeabilitas rendah.

Sumber : Tood,DK, Ground Water Hydrology , New York, John Wiley and Sons, 1980 hal 343.

4.5 PENCEMARAN ALIRAN AIR TANAH

4.5.1 fenomena aliran air tanah

Aliran air tanah adalah gerakan air tanah yang mengalir dari suatu

ketinggian yang lebih tinggi ke yang lebih rendah melalui media

berpori. Dalam hal ini yang dimaksud media berpori adalah

ruangan antar butir ( intergranular) di mana ukuran pori dan jumlah

pori digambarkan dalam bentuk porositas ( porosity ).

Adapun definisi porositas adalah perbandingan volume pori dengan

volume total.

Aliran melalui media berpori dinyatakan dalam Hukum Darcy,

dengan persamaan sebagai berikut :

…………………………………………………………………..(4.12)



……………………………………………………………….(4.13)

Keterangan :

Q = flow rate zat cair yang melalui media dengan luas

penampang A [ L3 t-1]

k = koefisien permeabilitas [ L t-1]

dh = kehilangan terkanan pada jarak dl

dh/dl = gradien hidrolik

A = luas penampang melintang aliran [ L2 ]

V = kecepatan aliran air tanah

Hukum Darcy ini hanya berlaku untuk aliran laminer pada media

berpori. Untuk mengetahui apakah aliran tersebut aliran laminer

atau aliran turbulen, maka digunakan batasan bilangan Reynold.

Persamaan bilangan Reynold tersebut adalah sebagai berikut.

………………………………………………………………….(4.14)

Keterangan :

V = kecepatan aliran [ L T-1]

d = diameter rata - rata butir media [ L]

= densitas zat cair [ M L-3]

= viskositas zat cair [ M L-1 T-1]

Seperti telah dijelaskan dalam Hukum Darcy bahwa kecepatan

aliran air tanah ditentukan oleh gradien hidrolik dan permeabilitas.

Adapun yang dimaksud dengan permeabilitas adalah ' suatu

ukuran yang menyatakan kemampuan tanah untuk menghantarkan

air pada suatu gradien tekanan'.



Koefisien permeabilitas K mempunyai dimensi [ LT-1], yang disebut

juga sebagai konstanta transmisi atau konduktivitas hidrolik.

Angka permeabilitas dapat ditentukan dengan percobaan di

laboratorium dan pengukuran di lapangan.

Angka permeabilitas tersebut tergantung pada :

a. Porositas butir.

b. Sifat - sifat aliran yang melalui pori

c. Konstanta transmisi ( konduktivitas hidrolik )

Harga koefisien permeabilitas dari berbagai media berpori dapat

dilihat pada Tabel berikut.

Tabel-3 : Koefisien Permeabilitas dari Berbagai Jenis Tanah.

Jenis Tanah Permeabilitas [ cm/dt ]

KerikilPasir kasarPasir bercampur tanah liatPasir halusPasir berlumpurLempung berpasirTanah organik terdekomposisi sedangTanah organik terdekomposisi baikLumpurLempung / tanah liat

11 - 0.01

0.01 - 0.050.05 - 0.001

0.02 - 0.00010.005 - 0.0030.006 - 0.002

0.008 - 0.00020.0005 - 0.00001

< 0.00001

Sumber : A.J. Raudkivi and R.A. Callander, Analysis of Ground Water Flow

4.5.2 METODA DAN ANALISA PERJALANAN PENCEMAR

4.5.2.1 Persamaan Penyebaran

Persamaan penyebaran dinyatakan dalam persamaan differensial

yang umum memberikan gambaran hidrodinamika penyebaran dari

media yang homogen.



Persamaan tersebut diturunkan dari persamaan penyebaran dua

dimensi dari suatu aliran zat cair pada media berpori dari suatu

keadaaan aliran yang tenang menjadi suatu dimensi aliran dalam

media.

Persamaan adalah sebagai berikut :

………………………………

……..(4.15)

Keterangan :

C : perbandingan konsentrasi relatif aliran zat cair dengan

konsentrasi mula - mula pada media [ 0 < C < 1 ]

DL : koefisien penyebaran longitudinal

DT : koefisien penyebaran transversal

VX : kecepatan zat cair pada arah X

X : koordinat pada arah aliran

Y : koordinat normal aliran

T : waktu sejak permulaan penyebaran

Kecepatan zat cair selalu diambil dari keceptan rata - rata pori yang

dihitung dari waktu perjalanan suatu pencemar antara dua titik.

Dimensi koefisien dispersi adalah [ L2 t-1], dan bila aliran dari zat

cair tersebut masuk ke media berpori untuk suatu daerah yang

luas, maka penyebaran transversal tidak diperhitungkan, dan

persamaan di atas menjadi sebagai berikut :

……………………………………………….(4.16)

Persamaan di atas adalah pemecahan secara analitik oleh Shamir

dan Harleman untuk meramalkan penyebaran longitudianl suatu

aliran ke bawah yang melalui media horizontal.



Koefisien penyebaran ( DL ) dipengaruhi oleh :

- kecepatan aliran

- bentuk pori

Dari percobaan di laboratorium oleh Harleman dan Shamir

diperolah :

- harga DL berkisar antara 0.0002 - 0.015 cm2/dt

- ukuran pasir berkisar antara 0.45 - 1.4 mm

- harga Vx berkisar antara 0.008 - 0.12 cm/dt

- harga DT berkisar antara 0.0001 - 0.002 cm2/dt

- ukuran rata - rata pasir ( D50 %) berkisar antara 0.48 -

1.67 mm

Penurunan persamaan koefisien dispersi secara matematis tanpa

melalui percobaan di laboratorium sangat sulit dilakukan.

Pada tahun 1970 Bruch menurunkanpersamaan untuk koefisien

penyebaran longitudinal dan transversal, berdasarkan percobaan di

laboratorium diperoleh :

- D50% = 1.205 mm

- D90% = 1.0 mm

- UC = 1.17 ) Uniformity Coeficient )

- Porosity = 39%

Dari percobaan tersebut persamaan yang dihasilkan adalah :

DL = 1.8 NR 1.205

DT = 0.11 NR0.7

Keterangan :

= viskositas kinematik aliran zat cair

NR = Bilangan Reynold



D50%= ukuran rata - rata partikel

Persamaan itu jika diturunkan secara diferensial maka didapatkan

persamaan error function complementary sebagai berikut :

…………………………………………………(4.17)

Keterangan :

Co = konsentrasi pencemar pada titik sumbernya

Ct = konsentrasi pencemar pada waktu tempuh t

X = jarak tempuh pencemar

Vx = keceptan aliran air tanah

T = waktu tempuh pencemar

DL = koefisien penyebaran longitudinal

4.5.2.2 Tingkat Pencemar

Sebelum menghitung tingkat pencemar air tanah dengan

menggunakan rumus tersebut di atas, maka harus diketahui

terlebih dahulu persamaan matematik yang dipakai untuk

menunjang perhitungan tersebut.

Rumus matematik yang dipakai adalah sebagai berikut :

erfc X = 1 - erf X erf X = 1 - erfc X

keterangan :

maka

Dengan pertolongan Tabel 5 error function, maka didapatkan harga X.

Tabel 5 : Harga Error Function X

X Erf X X Erf X



0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

0.00000.22270.42840.60390.74210.84270.91030.95230.97630.98910.9953

2.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.0

0.95530.99810.99930.99980.99991.00001.00001.00001.00001.00001.0000

Sumber : Erwin Kreyszig, Advanced Engineering Mathematics

Contoh Perhitungan Perjalanan Pencemar

Misal akan dihitung sampai sejauh berapa suatu " Pencemar Besi "

dari sumber pencemar yang masuk kedalam air tanah bersama-

sama dengan dengan aliran air tanah tepat mempunyai konsentrasi

sama dengan nol, bila diasumsikan pada awal sebagai berikut :

Vx = Kecepatan aliran air tanah = 28 x 10-4 cm/detik.

X = Jarak antara sumber pencemar dan sumur pipa air tanah

dangkal yang diperkirakan tercemar 5 meter,

Co = konsentrasi Pencemar besi dalam sumber pencemar pada t =

o detik adalah 550 mg/liter,

Ct = adalah konsentrasi besi dalam air tanah pada waktu t detik

dalam satuan mg/liter.

= 40 mg/liter

D50% = 1,205 mm ; D90% = 1,000 mm ; Porosity tanah = 39%

dan koeffisien uniformity = 1,17

Bila temperatur 270C maka diperoleh = 0,8554 x 10-2 cm2 /detik .

Dengan menggunakan cara matematis dan rumus-rumus umum

tersebut maka dilakukan perhitungan sebagai berikut :



0,07273 =1/2 erfc X maka erfc X = 0,14546

erfc x = 1 - erf X maka erf X = 1 - erfc X maka erf X = 1 - 0,14546

= 0,85454

dari tabel error function didapatkan harga x sebagai berikut :

erf X = 0,8427 maka X = 1,0

erf X = 0,9103 maka X = 1,2

maka dengan interpolasi didapat harga X = 1,035

[ 0.1478 t1/2 = 500 - 28 x 10-4 t ] 2

0.0218 t = 25 x 104 - 2.8t + 784 x 10-8 t2

( dikalikan 108 )

784 t2 - 2.8218 x 108 t + 25 x 1012 = 0



t1 = 202283 detik = 56.19 jam

t2 = 157640 detik = 43.79 jam

Setelah di check ke persamaan

Maka t yang memenuhi persyaratan adalah t = 43.79 jam.

Jadi dengan jarak (x) = 5 meter waktu yang ditempuh untuk

memperoleh konsentrasi besi sebesar 40 mg/l adalah : 43.79 jam

Dengan menggunakan rumus - rumus dan cara perhitungan seperti

tersebut di atas, maka didapatkan harga - harga seperti tabel di

bawah ini :

Tabel 6 : Harga Jarak Tempuh, Waktu Tempuh Pada Air

Tanah Dangkal di Sekitar Sumber Pencemar

Jarak (m) Waktu ( Jam ) Ct/Co Ct (mg/l)

00.250.501.001.502.253.004.005.006.008.0010.0012.0014.0016.0018.0020.0022.00

02.18954.37908.758013.137019.705526.274035.032043.790052.548070.064087.5800105.0960122.6120140.1280157.6440175.1600192.6760

10.3668000.3152000.2486000.2000000.1540000.1190000.0860000.0640000.0470000.268000.0158000.0093000.0052000.0033000.0019000.0012000.000720

550201.740173.360136.730110.00087.70065.45047.30035.26025.85014.7408.6905.1202.8601.8201.0450.6600.396



24.0026.0028.0030.0032.0035.0038.30

210.1920227.7080245.2240262.7400280.2560306.5300335.4310

0.0004200.0002600.0001400.0000860.0000640.0000330.0

0.2310.1430.0770.0470.0350.0180.0

Sumber : Hasil Perhitungan, 1999

Dari hasil perhitungan dapat diperoleh berbagai sebagaimana

berikut :

1 Dari hasil perhitungan pada jarak 38,30 m dari sumber pencemar

didapatkan untuk menempuh Pencemar sejauh 38,30 m

dibutuhkan waktu 335,431 jam,

2 Koefisien dispersi longitudinal tergantung pada degradasi butir

tanah , porositas tanah dan pearmibiltas tanah .

3 Tingkat pencemar tanah ditentukan pula oleh jenis tanah juga

dipengaruhi oleh aliran air tanah.

4 Dengan demikian dapat disimpulkan rumus penyebaran

Pencemar dapat diterapkan apabila kecepatan aliran air tanah

konstan, jenis tanah homogen, dan koefisien dispersi lateral

diabaikan.

5 Tingkat pencemar akan berkurang dengan bertambahnya jarak.



BAB V

PEMODELAN KUALITAS UDARA

5.1 UMUM

Di dalam kehidupan sehari-hari kita banyak membutuhkan

udara untuk kehidupan kita. Udara kita butuhkan terutama untuk

pernafasan kita. Kualitas udara yang kita butuhkan terutama

oksigen semakin hari jumlahnya semakin menurun.Atmosfir yang

digunakan untuk menerima buangan hasil aktivitas manusia

menggunakan proses pembakaran ,baik untuk kebutuhan

domestik maupun untuk kebutuhan energi (listrik).Akumulasi

buangan akibat aktivitas buangan manusia ditambah unsur yang

sudah ada di atmosfer menyebabkan konsentrasi udara tertentu

bertambah besar. Konsentrasi yang rendah atau tinggi dapat

memberikan dampak negatif kepada manusia dan makhluk hidup

lainnya. Pencemaran udara dapat membahayakan kesehatan



manusia serta kesehatan dan kelestarian tanaman dan

hewan,menurunkan penglihatan atau menghasilkan bau yang tidak

menyenangkan.

Pemantauan terhadap pencemaran udara tidak selalu mudah

karena tidak praktis untuk semua buangan dari suatu pencemar. Di

pihak lain cukup beralasan untuk mengontrol buangan sampai pada

suatu tingkat tertentu yang konsisten dengan teknologi yang ada

dan biaya yang terjangkau. Dalam prakteknya seringkali

dibandingkan antara batasan emisi karena pemantauan emisi lebih

mudah dilaksanakan walaupun yang ingin dicapai adalah kualitas

udara ambien.

Pada tugas ini kita diharapkan mampu menghitung dan

menganalisa hasil pemantauan pencenaran udara yang ada di

daerah pedurungan ,Semarang .Parameter yang diukur meliputi

debu, SO2, CO, O3, NO2, NO. setelah menghitung parameter

tersebut kita akan ketahui apakah udara di sekitar kawasan yang

diukur tersebut sehat atau tidak ,melebihi ambang batas atau

tidak. Dengan mengetahui hasil itu diharapkan tingkat pencemaran

dapat dikurangi.

5.2 FENOMENA CEMARAN UDARA

5.2.1 PARTIKEL

Polutan udara berbentuk partikel-partikel kecil padatan dan

droplet cairan yang terdapat dalam jumlah tinggi di udara perlu

dibahas di sini karena hal partikel-partikel tersebut merupakan

masalah lingkungan yang perlu mendapat perhatian, terutama di

daerah perkotaan.

Ukuran partikel berkisar antara diameter 0,0002 mikron

sampai sekitar 500 mikron. Pada kisaran tersebut partikel



mempunyai umur dalam bentuk tersusupensi di udara antara

beberapa detik sampai beberapa bulan. Umur partikel tersebut

dipengaruhi oleh kecepatan pengendapan yang ditentukan dari

ukuran densitas partikel serta aliran (turbulensi) udara.

Sifat optik partikel adalah partikel yang mempunyai diameter

kurang dari 0,1 mikroon mempuruhi sinar seperti seperti halnya

molekul-molekul dan menyebabkan refraksi. Partikel yang

berukuran jauh lebih besar dari 1 mikron mempengaruhi partikel

atmosfer terhadap radiasi dan visibilitas solar energi.

Sumber Polusi Partikel

Sumber polusi partikel berasal diantaranya dari proses alami

seperti letusan volcano dan hembusan debu serta tanah dan angin.

Aktivitas manusia juga berperan dalam penyebaran partikel

misalnya dalam bentuk partikel-partikel debu dan asbes dari bahan

bangunan, abu terbang dari proses peleburan baja dan asap dari

proses pembakaran tidak sempurna, terutama dari abtu arang.

Sumber partikel yang utama adalah dari pembakaran bahan bakar

dari sumbernya, diikuti oleh proses-proses industri.

Pengaruh Partikel Terhadap Lingkungan

Pengaruh Partikel Terhadap Tanaman

Pengaruh partikel terpenting disini adalah debu, dimana debu

tersebut jika bergabung dengan uap air atau air hujan gerimis

membentuk kerak yang tebal pada permukaan daun dan tidak

dapat tercuci denagn air hujan kecuali denagn menggosoknya.

Lapisan kerak tersebut akan mengganggu proses fotosintesis pada

tanaman dan menghambat masuknya sinar matahari dan

mencegah pertukaran CO2 dengan atmosfer.



Pengaruh Partikel Terhadap Manusia

Polutan partikel masuk ke dalam tubuh manusia terutama

melalui sistem pernafasan, oleh karena itu pengaruh yang

merugikan langsung terutama terjadi pada sistem pernafasan.

Faktor yang paling berpengaruh terhadap sistem pernafasan

terutama adalah ukuran partikel karena ukuran partikel yang

menentukan seberapa jauh penetrasi partikel ke dalam sistem

pernafasan.

Partikel-partikel yang masuk dan tertinggal di dalam paru-

paru mungkin berbahaya bagi kesehatan karena tiga hal penting

yaitu :

1. partikel tersebut mungkin beracun karena sifat kimia atau

sifat fisiknya

2. partikel tersebut mungkin bersifat inert ( tidak bereaksi )

tetapi jika tertinggal dalam saluran pernafasan dapat

menggagu pembersihan bahan-bahan lain yang berbahaya.

3. partikel-partikel tersebut mungkin dapat membawa molekul –

molekul gas yang berbahaya baik denagn cara mengabsorbsi

atau mengadsorbsi, sehingga molekul-molekul gas tersebut

dapat mencapai dan tertinggal di bagian paru-paru yang

sensitif.

Pengaruh Partikel Terhadap Benda Lain

Partikel-partikel yang terdapat diudara dapat menyebabkan

berbagai kerusakan pada berbagai bahan. Jenis dan tingkat

kerusakan yang dihasilkan oleh partikel dipengaruhi oleh komposisi

kimia dan sifat fisik bahan tersebut.

Partikel dapat merangsang korosi terutama denagn adanya

komponen yang mengandung sulfur. Polutan partikel juga dapat

merusak bangunan yang terbuat dari tanah, cat dan tekstil.



Pengaruh Partikel Terhadap Radiasi Solar dan Iklim

Partikel yang terdapat dalam atmosfer berpengaruh terhadap

jumlah dan jenis radiasi solar yang dapat mencapai permuakan

bumi. Penyebabnya adalah penyebaran dan absorbsi sinar oleh

partikel. Salah satu pengaruhnya adalah penurunan visibilitas.

Partikel juga dapat mempengaruhi iklim pada waktu pembentukan

awan, hujan maupun salju.

Kontrol Terhadap Emisi Partikel

Teknik untuk mengontrol emisi partikel semua didasarkan

pada penangkapan partikel sebelum dilepaskan ke atmosfer.

Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan tersebut

dipengaruhi oleh ukuran partikel. Beberapa alat yang digunakan

untuk mencapai tujuan tersebut diantaranya sistem ruang

pengendapan gravitasi, kolektor siklon, penggosok/sikat basah dan

presipitor elektrostatik.

5.2.2 SULFUR OKSIDA

Polusi oleh sulfur oksida terutama disebabkan oleh dua

komponen gas yang tidak berwarna yaitu sulfur diokside ( SO2 ) dan

sulfur trioksida ( SO3 ), dan keduanya disebut sebagai SOx. sulfur

diokside mempunyai karakteristik bau yang tajam dan tidak

terbakar diudara, sedangkan sulfur triokside merupakan komponen

yang reaktif.

Mekanisme pembentukan Sox dapat dituliskan dalam dua

tahap reaksi sebagai berikut :

S + O2 SO2

2SO2 + O2 2SO3

So3 bisanya diproduksi dalam jumlah kecil selama

pembakaran. Hal ini disebabkan 2dua faktor yang menyangkut



reaksi diatas. Faktor pertama adalah kecepatan reaksi yang terjadi

dan faktor kedua adalah konsentrasi SO3 dalam campuran

ekuilibrium yang dihasilkan dari reaksi tersebut. Reaksi

pembentukan SO3 berlangsung sangaat lambat pada suhu relatif

rendah, tetapi kecepatan reaksi meninhgkat denagan kenaikan

suhu. Produksi SO3 terhambat pada zona pembakaran suhu tinggi

karena kondisi ekuilibrium. Jika produk dijauhkan dari zona tersebut

dan didinginkan, kondisi ekuilibrium dapat tercapai, tetapi

kecepatan reaksi akan menghambat pembentukan SO3 dalam

jumlah tinggi.

Adanya SO3 di udara dalam bentuk gas hanya mungkin jika

konsentrasi uap air sangat rendah. Jika uap air terdapat dalam

jumlah cukup seperti biasanya , SO3 dan air akan segera bergabung

membentuk droplet asam sulfat ( H2SO4 ) dengan reaksi sebagai

berikut :

SO3 + H2O H2SO4

Oleh karena itu komponen yang normal terdapat di dalam atmosfer

bukan SO3 melainkan H2SO4. Tetapi jumlah H2SO4 atmosfer ternyata

lebih tinggi dripada yang dihasilkan dari emisi SO3, hal ini

menunjukkan bahwa produksi H2SO4 juga berasal dari mekanisme-

mekanisme lainnya.

Sumber Polusi Sulfur Okside

Hanya sepertiga dari jumlah sulfur di atmosfer yang

merupakan hasil aktivitas manusia, dan kebanyakan dalam bentuk

SO2. Sebanyak dua pertiga dari jumlah sulfur di atmosfer berasal

dari sumber-sumber alam seperti volcano, dan terdapat dalam

bentuk H2S dan okside.

Masalah yang ditimbulkan oleh polutan yang dibuat manusia

adalah hal distribusinya yang tidak merata sehingga terkonsentrasi

pada daerah tertentu, bukan dari jumlah keseluruhannya,



sedangkan polusi dari sumber alam biasanya lebih tersewbar

merata. Transportasi bukan merupakan sumber utama polutan S)x,

tetapi pembakaran bahan bakar yang merupakan sumber utama,

misalnya pembakaran batu arang, minyak bakar, gas, kayu dan

sebagainya. Sumber SOx yang kedua adalah proses-proses industri

seperti industri pemurnian petroleum, industri asam sulfat, industri

peleburan baja dan sebagainya.

Pengaruh Sulfur Okside Terhadap Lingkungan

Pengaruh SOx terhadap tanaman

Kerusakan tanaman oleh SO2 dipengaruhi dua faktor, yaitu

konsentrasi SO2 dan waktu kontak. Kerusakan tiba – tiba (akut)

terjadi saat kontak denagn SO2 pada konsentrasi tinggi dalam

waktu sebentar, denagn gejala beberapa bagian daun menjadi

kering dan mati, dan biasanay warnanya memucat. Kontak denagn

SO2 pada konsentrasi rendah dalam waktu lama menyebabkan

kerusakan kronis yang ditandai denagn menguningnya warna daun

karena terhambatnya mekanisme pembentukan khlorofil.

Kerusakan akut pada tanaman disebabkan kemampuan

tanaman yang disebabkan kemampuan tanaman untuk mengubah

SO2 yang diabsorbsi menjadi H2SO4 kemudian menjadi sulfat.

Garam-garam tersebut terkumpul pada ujung tepi daun. Sulfat

yang terbentuk pada daun berkumpul dengan sulfat yang

diabsorbsi dari akar, dan jika terakumulasi cukup tinggi terjadi

gejala kronis yang disertai dengan gugurnay daun.

Pengaruh SOx Terhadap Manusia

Pengaruh utama polutan SOx terhadap manusia adalah iritasi

sisitem pernafasan, penelitian menunjukkan bahwa iritasi

tenggorokan terjadi pada konsentrasi 5 ppm atau lebih, bahkan



pada individu tertentu yang sensitive terjadi pada konsentrasi 1-2

ppm. SO2 dianggap polutan berbahaya bagi kesehatan terutama

terhadap orang tua dan penderita yang mengalami penyakit kronis

pada sisitem pernafasan dan kardiovaskular. Individu ini sangat

sensitive terhadap kontak dengan SO2, meskipun dalam

konsentrasi yang rendah misalnya 0,2 ppm atau lebih.

Pengaruh Sox Terhadap Bahan Lain

Kerusakan akibat polutan SO2 terhadap bahan lain terutama

disebabkan oleh asam sulfat yang diproduksi jika SO3 bereaksi

denagn uap air diatmosfer. Salah satu pengaruh SO2 terhadap

bahan lain adalah terhadap cat, dimana waktu pengeringan dan

pengerasan beberapa cat meningkat jika mengalami kontak

denagn SO2.

Konsentrasi asam sulfat dalam jumlah tinggi sebagai polutan

udara dapat menyerang berbagai bahan bangunan, terutama

bahan-bahan yang mengandung karbonat seperti marmer , batu

kapur dan batu.

Kontrol Terhadap Polusi Sulfur Okside

Beberap metode yang dapat dilakukan untuk mengurangi

dan mengontrl emisi SOx adalah sebagai berikutc :

1. Penggunaan bahan bakar bersulfur rendah

2. Substitusi sumber energi lainnya untuk bahan pembakaran

3. Penghilanagn sulfur dari abhan bakar sebelum pembakaran

4. Penghilangan SOx dari gas buanagn

Penggunaanbahan bakar bersulfur rendah mungkin dilakukan

tetapi harganya lebih tinggi dibandingkan denagn bahan bakar

bersulfur tinggi.

Pembakaran minyak menyebabkan emisi SOx sehingga

penggunaan bahan bakar minyak bersulfur rendah juga akan



mengurangi emisi SOx, tetapi harganya lebih mahal dari batu arang

dan persediannya juga terbatas.

Penghilangan sulfur dari bahan bakar sebelum pembakaran

membutuhkan beberapa cara tergantung dari bahan bakarnya dan

bentuk sulfur di dalamnya.

Efisien penghilangan So2 sebanyak 90% dapat tercapai

denagn melalukan gas tersebut melalui larutan kapur. Masalah

utama dalam sisitem ini adalah terbentuknya bahan bangunan

yang cukup tinggi dalam bentuk CaSo4 padat, batu kapur yang

tidak bereaksi dan abu yang harus dibuang. Cara lainnya adalah

menggunakan reaksi antara ion bisulfit dengan ion sitrat.

5.2.3 KARBON MONOKSIDA

Sumber karbon monoksida di udara.

Karbon monoksida adalah suatu komponen tidak berwarna tidak

berbau dan tidak punya rasa yang terdapat dalam bentuk gas pada

suhu di atas –192 C. Komponen ini mempunyai berat sebesar 96,5

% dari berat air dan tidak larut di dalam air. Karbon monoksida

yang terdapat di alam dari salah satu proses sebagai berikut:

1. Pembakaran tidak lengkap terhadap karbon atau komponen

yang mengandung karbon

2. Reaksi antara karbon dioksida dan komponen yang mengandung

karbon pada suhu tinggi.

3. Pada suhu tinggi,karbon dioksida terurai menjadi karbon

monoksida dan oksigen.



Sedangkan CO dapat dihasilkan dari berbagai sumber ,yaitu :

1. Berbagai proses geofisika dan biologis dapat memproduksi CO

tetapi kontribusi CO ke atmosfer relatif kecil.

2. Transportasi terutama dari kendaraan –kendaraan yang

menggunakan bensin sebagai bahan bakar.

3. Pembakaran hasil-hasil pertanian seperti sampah, sisa-sisa kayu

di hutan dan sisa-sisa tanaman di perkebunan.

4. Proses-proses industri terutama industri besi dan baja.

Pengaruh Karbon Monoksida Terhadap Lingkungan

Pengaruh CO terhadap tanaman

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa pemberian CO

selama 1 sampai 3 minggu pada konsentrasi sampai 100 ppm tidak

memberikan pengaruh yang nyata terhadap tanaman-tanaman

tingkat tinggi. Akan tetapi kemampuan untuk fiksasi nitrogen oleh

bakteri bebas akan terhambat dengan pemberian CO selama 35

jam paada konsentrasi 2000 ppm. Demikian pula kemampuan

untuk fiksasi nitrogen oleh bakteri yang terdapat pada akar

tanaman juga terhambat dengan pemberian CO sebesar 100 ppm

selama satu bulan. Karena konsentrasi Co di udara jarang

mencapai 100 ppm , meskipun dalam waktu sebentar, maka

pengaruh CO terhadap tanaman biasanya tidak terlihat secara

nyata.

Pengaruh CO terhadap manusia

Pengaruh beracun CO terhadap tubuh terutama disebabkan

oleh reaksi antara CO dengan hemoglobin ( Hb ) di dalam darah.



Hemoglobin dalam darah secara normal berfungsi dalam sistem

transpor untuk membawa oksigen dalam bentuk oksihemoglobin (

O2Hb ) dari paru-paru ke sel-sel tubuh, dan membawa CO2 dalam

bentuk CO2Hb dari sel-sel tubuh ke paru-paru. Dengan adanya CO

hemoglobin dapat membentuk kaarboksihemoglobin. Jika reaksi

demikian terjadi, maka kemampuan darah menstranspor oksigen

menjadi berkurang. Afinitas CO terhadap hemoglobin adalah 200

kali lebih tinggi daripada afinitas oksigen terhadap hrmoglobin,

akibatnya jika CO dan O2 terdapat bersama-sama di udara akan

terbentuk COHb dalam jumlah jauh lebih banyak daripada O2Hb.

Faktor terpenting yang menentukan pengaruh CO terhadap

manusia adalah konsentrasi COHb yang terdapat dalam darah ,

dimana semakin tinggi persentase henoglobin yang terikat dalam

COHb , semakin parah pengaruhnya terhadap kesehatan manusia.

Polusi udara oleh CO juga terjadi selama nerokok. Asap rokok

mengandung konsentrasi lebih dari 20000 ppm. Selama dihisap ,

konsentrasi terencerkan menjadi 400-500 ppm. Konsentrasi CO

yang tinggi tersrbut mengakibatkan kadar COHb di dalam darah

meningkat.

Kontrol Terhadap Polusi Karbon Monoksida

Berbagai usaha telah dilakukan untuk mengontrol polusi CO

di udara. Kebanyakan usaha tersebut ditujukan untuk mengurangi

polusi CO dari kendaraan bermotor karena sebanyak 64% dari

seluruh emisi CO dihasilkan dari transportasi. Cara-cara tesebut

diantaranya adalah sebagai berikut :

1. modifikasi mesin pembakar untuk mengurangi jumlah polutan

yang terbentuk selama pembakaran .

2. Pengembangan reaktor sistem ekshaust sehingga proses

pembakaran berlangsung sempurna dan polutan yang

berbahaya diubah menjadi polutan yang lebih aman.



3. Penngembangan subtitusi bahan bakar untuk bensin sehingga

menghasilkan polutan dengan konsentrasi rendah selam

pembakaran.

4. Pengembanngan sumber tenaga yang rendah polusi untuk

mengganti mesin pembakaran yang ada

5.2.4 OKSIDAN FOTOKIMIA

Sumber Oksidan Fotokimia

Oksidan fitokimia adalah komponen atmosfer yang diproduksi

oleh proses fotokimia, yaitu suatu proses kimia yang membutuhkan

sinar, yang akan mengoksida komponen-komponen yang tidak

segera dapat dioksidasi oleh gas oksigen.Senyawa yang terbentuk

merupakan polutan sekunder yang diproduksi karena interaksi

antara primer dengan sinar. Polutan sekunder yang paling

berbahaya yang dihasilkan oleh siklus fotolitik NO2 adalah ozon ( O3

) dan peroksiasetilnitrit. Ozon bukan merupakan hidrokarbon, tetapi

konsentrasi O3 di atmosfer naik sebagai akibat langsung dari reaksi

hidrokarbon. Siklus fotolitik NO2 akan terganggu jika terdapat

hidrokarbon karena kemampuannya untuk bereaksi dengan atom

oksigen atau ozon yang diproduksi. Campuran produk-produk

sebagai akibat gangguan hidrokarbon di dalam siklus fotolitik NO2

disebut smog fotokimia, yaitu terdiri dari kumpulan O3, CO, PAN

dan komponen organik lainnya.

Pengaruh Oksidan Fotokimia Terhadap Lingkungan

Pengaruh terhadap tanaman

Polusi udara fotokimia dapat mengakibatkan kerusakan pada

tanaman. Komponen yang paling merusak tanaman aadalah ozon.

Pengaruh ozon yang dapat silihat secara langsung pada tanaman

adalah teerjadinya pemucatan karena kematian sel-sel pada



permukaan daun, dimana daun yang lebih tua lebih sensitif

terhadap kerusakan tersebut.

Pengaruh terhadap manusia

Oksidan fotokimia masuk kedalam tubuh sebagai bagian dari

udara dan pada konsentrasi subletal dapat mengganggu proses

pernafasan normal . Selain itu oksidan fotokimia juga dapat

menyebabkan iritasi mata. Beberapa gejala dapat diamati pada

manusia yang diberi perlakuan kontak dengan ozon,yaitu tidak

ditemukan pengaruh apapun pada konsentrasi ozon sampai 0.2

ppm,dan pada konsentrasi 0.3 ppm mulai terjadi iritasi terhadap

hidung dan tenggorokan. Kontak dengan ozon pada konsentrasi 1.0

sampai 3.0 ppm selama 2 jam mengakibatkan pusing berat dan

kehilangan koordinasi pada beberapa orang yang sensitif.kontak

dengan ozon pad konsentrasi sekitar 9.0 ppm selama beberapa

waktu mengakibatkan edema pulmonari pada kebanyakan orang.

Ozon dapat menyebabkan kerusakan kimia pada beberapa

bahan tertentu seperti organik polimer,termasuk karet serta tekstil

alami dan sintetis.

Kontrol terhadap hidrokarbon dan polutan fotokimia

Ozon merupakan polutan sekunder oleh karena itu kontrol

terhadap polutan tersebut tergantung kontrol terhadap prekursor

primer, yaitu hidrokarbon dan nitrogen okside.Ada empat macam

teknik yang telah digunakan untuk mengontrol emisi hidrokarbon

dari sumbernya, yaitu :

insinerasi

Dua macam alat insinerasi telah digunakan, yang pertama

menggunakan api untuk oksidasi lengkaaaap hidrokarbon menjadi

CO2 dan air, dimana efisirmsi penghilangan hidrokarbon sangat



tinggi. Alat yang kedua menggunakan katalis sehingga oksidasi

hidrokarbon lengkap dapat terjadi pada suhu lebih rendah daripada

dalam alat pertama .Tetapi masalah yang dihaadapi adalah

kemungkinan terjadinya keracunan katalis.

Adsorbsi

Pada metode ini , gas-gas buangan dilakukan pada bed yang

terdiri dari adsorber granular terbuat dari karbon aktif. Uap

hidrokarbon diadsorbsi pada permukaan karbon dan tetap tinggal

pada karbon tersebut sampai kemudian dihilangkan dengan cara

melewatkan uap melalui sistem tersebut. Uap dan hidrokarbon

kemudian dikondensasi menjadi cairan dan hidrokarbon dapat

diperoleh kembali untuk penggunaan selanjutnya.

Absorbsi

Pada metode absorbsi ini garanya hampir sama dengan metode

adsorbsi , hanya bedanya gas-gas buangan mengalami kontak

dengan cairan dimana hidrokarbon akan terlarut atau tersuspensi.

Kondensasi

Metode ini dilakukan nerdasarkan kenyataan bahwa pada suhu

yang cukup rendah gas hidrokarbon akan mengalmi kondensasi

menjadi cairan. Jadi gas-gas buangan dilewatkan melalui

permukaan bersuhu rendah, dan cairan hidrokarbon

NITROGEN OKSIDA

Nitrogen Oksida sering disebut sebagai NOx karena oksida

nitrogen mempunyai 2 macam bentuk yang sifatnya berbeda, yaitu

gas NO2 dan gas NO. Sifat gas NO2 adalah berwarna dan berbau,

sedangkan gas NO tidak berwarna dan tidak berbau. Warna gas

NO2 adalah merah kecoklatan dan berbau tajam menyengat hidung.

Kadar NOx diudara di daerah perkotaan yang berpenduduk

padat akan lebih tinggi dari daerah pedesaan yang berpenduduk

lebih sedikit. Hal ini disebabkan karena berbagai macam kegiatan



yang menunjang kehidupan manusia akan menambah kadar NOx

diudara, seperti transportasi, generator pembangkit listrik,

pembuangan sampah dan lain-lain.

Pencemaran gas NOx di udara terutama berasal dari gas

buangan hasil pembakaran yang keluar dari generator pembangkit

listirk stasioner atau mesin-mesinn yang mneggunakan bahan

bakar gas alam. Sumber pencemaran NOx dapat dilihat dalam tabel

dibawah yang merupakaan data dari hasil penelitian di Amerika.

Keberadaan gas NOx dapat di pengaruhi oleh sinar matahri yang

mengikuti daur reaksi fotolitik gas NO2 berikut ini:

NO2 + sinar matahari NO + O

O + O2 O3 (ozon )

O3 + NO NO2 + O2

Daur reaksi fotolitik nitrogen oksida dapat pula digambarkan

sebagai berikut :

Daur reaksi fotolitik tersebut di atas dapat terganggu apabila

dalam udara terdapat HC (hidrokarbon), karena hidrokarbon akan

bereaksi dengan O maupun O2. Reaksi dengan O akan

menghasilkan radikal bebas HC yang sangat reaktif. Radikal bebas

HC akan menyerang NO menjadi NO2 sehingga jumlah NO akan

berkurang. Radikal bebas HC dapat juga bereaksi dengan HC

lainnya dan menghasilkan senyawa-senyawa organic. Disamping

itu radikal bebas HC yang bereaksi dengan O2 dan NO2 akan

menghasilkan Peroxy Acetyl Nitrares atau disingkat PAN.

Campuran O3, CO, PAN dan senyawa-senyawa organic di udara

tersebut sebagai Photo Chemistry Smog atau kabut foto kimia.

Reaksi pembentukan Peroxy Acetyl Nitrares atau PAN akan

mengikuti model reaksi foto kimia sebagai berikut :

a. mengikuti daur reaksi NOx :

1. NO2 + sinar matahari NO + O



2. O + O2 O3 (ozon )

3. O3 + NO NO2 + O2

b. pembentukan asam nitrat :

4. O3 + NO2 NO3 + O2

5. NO3 + NO2 + H2O 2 HNO3

6. NO + NO2 + H2O 2 HNO2

7. HNO2+ sinar matahari NO + OH

c. pembentukan aldehida dan radikal peroxy :

8. CO + OH + O2 CO2 + H2O

9. HO2 + NO NO2 + OH

10. HC + O R* + RO*

11. HC + O3 l RO2* + m RCHO

12. HC + OH n RO2* + o RCHO

13. HC + RO2 p RO2* + q RCHO

d. oksidasi NO menjadi NO2 :

14. RO2 + NO NO2 + RO*

e. pembentukan PAN :

15. RO2 + NO2 PAN

Penyebaran Nitrogen Okside

Konsentrasi NOx di udara dalam suatu kota bervariasi

sepanjang hari tergantung pada sinar matahari dan aktivitas

kendaraan. Perubahan konsentrasi NOx berlangsung sebagai

berikut :

1. Sebelum matahari terbit, konsentrasi NO dan NO2 tetap

stabil pada konsentrasi sedikit lebih tinggi dari konsentrasi

minimum sehari-hari.



2. Segera setelah aktivitas manusia meningkat ( jam 6 – 8

pagi ) konsentrasi NO meningkat terutama karena

meningkatnya aktivitas lalu lintas yaitu kendaraan bermotor.

Konsentrasi NO tertinggi pada saat ini dapat mencapai 1 – 2

ppm.

3. Dengan terbitnya sinar matahari yang memancarkan

sinar ultraviolet, konsentrasi NO2 meningkat karena perubahan

NO primer menjadi NO2 sekunder. Konsentrasi NO2 pada saat ini

dapat mencapai 0.5 ppm.

4. Konsentrasi ozon meningkat dengan menurunnya

konsentrasi NO sampai kurang dari 0.1 ppm.

5. Jika intensitas energi solar ( sinar matahari ) menurun

pada sore hari ( jam 5 – 8 sore ) konsentrasi NO meningkat

kembali.

6. Energi matahari tidak tersedia untuk mengubah NO

menjadi NO2 ( melalui reaksi hidrokarbon ), tetapi O3 yang

terkumpul sepanjang hari akan bereaksi dengan NO. Akibatnya

terjadi kenaikan konsentrasi NO2 dengan penurunan konsentrasi

O3.

Dari perhitungan kecepatan emisi NOx dapat diketahui bahwa

waktu tinggal rata-rata NO2 di atmosfer kira-kira adalah 3 hari,

sedangkan waktu tinggal NO rata-rata 4 hari. Dari waktu tinggal ini

dapat diketahui bahwa proses-proses alami , termasuk reaksi

fotokimia, mengakibatkan hilangnya nitrogen okside tersebut.

Produk akhir dari polusi NOx dapat berupa asm nitrat, yang

kemudian diendapkan sebagai garam-garam nitrat di dalam air

hujan atau debu.

Pengaruh Nitrogen Okside Terhadap Lingkungan

Pengaruh terhadap tanaman



Adanya NOx di atmosfer akan mengakibatkan kerusakan

tanaman, tetapi sukar ditentukan apakah kerusakan tersebut

disebabkan langsung oleh NOx atau karena polutan sekunder yang

diproduksi dalam siklus fotolitik NO2. Beberapa polutan sekunder

diketahui bersifat sangat merusak tanaman. Percobaan dengan

cara fumigasi tanam-tanaman dengan NOx menunjukkan terjadinya

bintik-bintik pada daun dan jika digunakan konsentrasi 1.0 ppm,

sedangkan dengan konsentrasi lebih tinggi ( 3.5 ppm atau lebih )

terjadi nekrosis atau kerusakan tenunan daun.

Fumigasi tanaman buncis dan tomat dengan 10 ppm NO

menunjukkan penurunan kecepatan fotosintesis sebanyak 60-70 %,

yaitu dengan cara mengukur absorbsi CO2. Absorbsi CO2 akan

kembali normal segera setelah pemberian NO dihentikan.

Perlakuan tersebut tidak menyebabkan timbulnya kerusakan

tenunan daun.

Pengaruh terhadap manusia

Kedua bentuk nitrogen okside, yaitu NO dan NO2 sangat

berbahaya terhadap manusia. Penelitian aktivitas mortalitas kedua

komponen tersebut menunjukkan bahwa NO2 empat kali lebih

beracun daripada NO. Selama ini belum pernah dilaporkan

terjadinya keracunan NO yang mengakibatkan kematian. Pada

konsentrasi yang normal ditemukan di atmosfer, NO tidak

mengakibatkan iritasi dan tidak berbahaya, tetapi pada konsentrasi

udara ambient yang normal NO dapat mengalami oksidasi menjadi

NO2 yang lebih beracun.

Hewan percobaan yang diberi NO dengan dosis yang sangat

tinggi akan memprlihatkan gejala paralisi sistem syaraf dan

konvulsi. Penelitian lainnya menunjukkan bahwa tikus yang diberi

NO sampai jumlah 2500 ppm akan hilang kesadarannya setelah 6-

7 menit, tetapi jika kemudian diberi udara segar akan sembuh



kembali setelah 4-6 menit. Tetapi jika pemberian NO pada

konsentrasi tersebut dilakukan selama 12 menit, pengaruhnya

tidak akan dapat dihilangkan kembali, dan semua tikus yang diuji

akan mati. NO2 bersifat racun terutama terhadap paru-paru.

Konsentrasi NO2 sebesar 800 ppm atau lebih mengakibatkan 100 %

kematian pada hewan-hewan nyang diuji dalam waktu 29 menit

atau kurang. Pemberian sebanyak 5 ppm NO2 selama 10 menit

terhadap manusia mengakibatkan sedikit kesukaran dalam

bernafas.

Kontrol Terhadap Polusi Nitrogen Okside

Penelitian dan pengembangan kontrol terhadap polusi NOx

terutama diarahkan pada dua macam metode kontrol yaitu

modifikasi kondisi pembakaran untuk menurunkan jumlah NOx yang

dihasilkan, dan metode lainnya adalah cara untuk menghilangkan

NOx dari gas pembuangan. Dalam hal ini perlu diperhatikan faktor-

faktor yang mempengaruhi pembentukan NOx dalam bentuk NO,

yaitu suhu pembakaran, adanya kelebihan udara yang tersedia dan

waktu tinggal reaktan-reaktan pada suhu pembakaran tersebut.

Suhu pembakaran yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak

NOx. Jumlah udara yang lebih rendah umumnya akan menghasilkan

NOx lebih sedikit, tetapi kelebihan udara pada konsentrasi tertentu

akan mengencerkan gas-gas pembakaran sehingga menghasilkan

suhu pembakaran yang lebih rendah, dan akibatnya terjadi

penurunan jumlah NOx. Dengan prinsip ini maka beberapa cara

telah dilakukan untuk mengurangi jumlah NOx yang diproduksi

selama pembakaran, misalnya dengan cara pembakaran dua

tahapa, resirkulasi gas pembuangan, dan injeksi dengan uap atau

air.

Pada metode pembakaran dua tahap, sebagian bahan bakar

dibakar dengan udara dalam jumlah stoikhiometrik lebih rendah



dari yang tersedia, sehingga oksigen yang tersedia tidak berlebih

dan mengurangi jumlah produksi NO. Pada tahap kedua

pembakaran dilanjutkan setelah penyuntikan udara ke dalam

campuran. Dengan cara menghilangkan panas di antara dua

tahap, suhu dimana pembakaran terjadi pada keadaan udara

berlebih menjadi lebih rendah sehingga konsentrasi NO juga akan

berkurang.

Resirkulasi gas-gas buangan kembali ke dalam ruang

pembakaran akan menurunkan konsentrasi oksigen yang tersedia.

Kedua hal tersebut mengakibatkan penurunan produksi NO. Uap air

atau air yang disuntikkan ke dalam ruang pembakaran juga dapat

menurunkan suhu apai dan mengurangi produksi NOx. Penyuntikan

dengan air lebih sering dilakukan daripada uap air karena lebih

mudah tersedia, biayanya lebih murah, dan pengaruh

pendinginannya lebih besar.

Penghilangan NOx dari gas-gas buangan terutama dilakukan

menggunakan reactor katalitik atau sistem absorbsi. Penggunaan

katalis untuk mengubah NOx kembali menjadi N2 merupakan

pemecahan masalah dalam mengatasi emissi NOx dari kendaraan

bermotor. Salah satu masalah yang harus dipecahkan adalah

mendapatkan satu katalis yang tahan lama. Satu katalis yang baik

sekaligus dapat memecahkan beberapa masalah polutan udara,

yaitu produksi CO, hidrokarbon, dan NOx dari kendaraan bermotor.

Pada sistem tersebut, suatu katalis pengoksidasi dibutuhkan untuk

mengubah CO dan hidrokarbon menjadi CO2dan air, sedangkan

katalis pereduksi dibutuhkan untuk mengubah NOx menjadi N2.

Metode adsorbsi tidak praktis digunakan untuk mengontrol

produksi NOx dari kendaraan bermotor, tetapi efektif digunakan

untuk mengadsorbsi gas-gas yang keluar dari teropong asap. Gas

yang keluar dilalukan melalui adsorbser padat arau cair dimana

NOx akan tertahan. Sistem adsorbsi yang mengandung air akan



lebih efektif digunakan, terutama jika air tersebut mengandung

komponen alkali atau asam sulfat. Sistem yang telah

dikembangkan dapat menghilangkan NO2 dan sulfur okside

sekaligus.

5.5 CONTOH MODEL

5.5.1 DATA

Misal data yang digunakan dalam laporan ini adalah data

yang diperoleh dari Laporan harian kualitas udara di stasiun

pemantau pada tanggal 2 Juli 2001 di stasiun SEF 2 (Pedurungan).

Parameter yang dianalisa meliputi:

Partikel (PM 10)

Sulfur dioksida (SO2)

Karbon monoksida (CO)

Ozon (O3)

Nitrogen oksida (NO2, NO)

Data selengkapnya dapat dilihat pada tabel terlampir.

5.6 MODEL PERHITUNGAN

Data yang telah diperoleh dihitung untuk mendapatkan harga

Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU). Perhitungan besarnya

indek parameter-parameter dasar didasarkan pada Lampiran

Keputusan Kepala Badan Pengendalian Dampak Lingkungan Nomor

KEP-107/KABAPEDAL / III/1997 Tanggal 21 November 1997 Tentang

Pedoman Teknis Perhitungan dan Pelaporan Serta Informasi Indeks

Standar Pencemar Udara sebagaimana berikut:

Konsentrasi ambien dinyatakan dalam (Xx) dalam satuan ppm,

mg/m3 dan lainnya.

Angka nyata Indeks Standar Pencemar Udara dinyatakan dalam

(I)



Rumus yang digunakan dalam perhitungan adalah:

dimana : I = ISPU terhitung

IA = ISPU batas atas

IB = ISPU batas bawah

XA = Ambien batas atas

XB = Ambien batas bawah

XX = Kadar ambien nyata hasil pengukuran

Hasil perhitungan selengkapnya dapat dilihat dalam tabel

terlampir.

ANALISA

1. Partikel (PM 10)

Dari hasil perhitungan diperoleh hasil ISPU rata-rata untuk partikel

(PM 10) adalah 49.08. Kategori udara secara umum adalah baik,

karena harga ISPU kurang dari 50. Pada kondisi pukul 07.30 sampai

09.00 WIB, ISPU menunjukkan kategori tidak sehat karena harga

ISPU lebih dari 100. Pada kondisi ini jarak pandang turun dan

terjadi pengotoram debu dimana-mana. Tingkat udara semacam ini

bersifat merugikan bagi manusia maupun hewan yang sensitif atau

bisa menimbulkan kerusakkan pada tumbuhan dan nilai estetika.

Ada juga beberapa kondisi yang menunjukkan kondisi udara dalam

kategori sedang (ISPU dalam rentang 50 – 100). Dalam kondisi ini

terjadi penurunan pada jarak pandang tetapi tidak berpengaruh



pada kesehatan manusia atau hewan tetapi berpengaruh pada

tumbuhan yang sensitif dan nilai estetika.

Pada jam 07.30 – 09.00, partikel meningkat sampai kondisi tidak

sehat (ISPU > 100) karena pada jam tersebut merupakan jam sibuk

lalu lintas. Partikel-partikel ini berasal dari proses-proses mekanis

seperti erosi angin, penghancuran dan penyemprotan, dan

pelindasan benda-benda oleh kendaraan atau pejalan kaki.

Pada kondisi sedang sampai kondisi tidak sehat, partikel

menimbulkan pengaruh antara lain:

Pada tumbuhan, partikel tersebut jika bergabung dengan uap air

atau hujan gerimis, membentuk kerak yang tebal pada

permukaan daun, dan tidak dapat tercuci dengan air hujan

kecuali dengan menggosoknya. Lapisan ini akan mengganggu

proses fotosintesis pada tanaman karena menghambat

masuknya sinar matahari dan mencegah pertukaran CO2 dengan

atmosfer. Sehingga pertumbuhan terganggu terlebih lagi jika

partikel tersebut mengandung komponen kimia yang berbahaya.

Pada manusia, udara pada kondisi tidak sehat-lah yang

mempengaruhi kesehatan manusia. Partikel yang masuk dan

tertinggal di dalam paru-paru mungkin berbahaya antara lain

karena:

Partikel tersebut mungkin beracun karena sifat kimia dan

fisiknya.

Partikel tersebut mungkin bersifat inert (tidak bereaksi)

tetapi jika tertinggal di dalam saluran pernafasan dapat

mengganggu pembersihan bahan-bahan lain yang

berbahaya.

Partikel tersebut mungkin dapat membawa molekul-molekul

gas yang berbahaya.



Pada bahan lain, partikel dapat merangsang korosi, terutama

dengan adanya komponen yang mengandung sulfur.

2. SULFUR OKSIDA (SO2)

Kondisi udara dengan parameter SO2 dalam kondisi baik. Hal ini

ditunjukan dengan harga ISPU rata-rata 2,86. Pada kondisi ini akan

menyebabkan luka pada beberapa spesies tumbuhan akibat

kombinasi O3 selama 4 jam. Tanaman bervariasi dari spesies ke

spesies dalam sensitivitasnya terhadap kerusakan SO2. Meskipun

dalam satu spesies, terjadi perbedaan sensitivitas yang disebabkan

oleh kondisi lingkungan seperti suhu, air tanah, konsentrasi nutrien,

dan sebagainya. Kerusakan tanaman ditandai dengan

menguningnya warna daun karena terhambatnya mekanisme

pembentukan klorofil.

Kalau konsentrasi SO2 yang rendah sudah dapat merusakkan

tanaman, lain halnya dengan konsentrasi SO2 yang dapat

menimbulkan gangguan terhadap manusia maupun hewan.

Manusia dan hewan dapat terganggu oleh udara yang tercemar

oleh gas SO2 yang konsentrasinya lebih tinggi. Jadi pada kondisi ini

manusia dan hewan belum terpengaruh.

3. KARBON MONOKSIDA (CO)

Dari hasil perhitungan didapat nilai ISPU rata-rata sebesar 8.94 .

Hali ini menunjukkan bahwa tingkat kualitas udara termasuk dalam

kategori baik . Dimana tingkat kualitas udara tidak memberikan

efek begi kesehatan manusia maupun hewan dan tidak

berpengaruh pada tumbuhan,bangunan ataupun nilai estetika.

Angka hasil perhitungan minimum adalah 1.4 sedangkan angka

maksimum 40.2 .

Nilai ISPU rata-rata untuk CO termasuk kecil dibandingkan nilai

ISPU rata-rata paraneter yang lain . Hal ini berhubungan dengan



mekanisne alami dari penbersihan CO dari udara yang

kemungkinan terjadi disebabkan karena beberapa proses sebagai

berikut:

1. Reaksi atmosfer yeng berjalan sangat

lambat sehingga jumlah CO yang hilang sangat sedikit

2. Aktivitas mikroorganisne yang terdapat di

dalam tanah dapat menghilangkan CO dengan kecepatan

relatif tinggi dari udara.

Berbagai mikroorganisme yang terdapat di dalam tanah dapat

menghilangkan CO dari udara secara cepat. Meskipun tanah

dengan mikroorganisme didalamnya dapat berfungsi dalam

pembersihan CO di atmosfer, tetapi kenaikan konsentrasi CO di

udara sering terjadi. Hal ini disebabkan tanah yang tersedia tidak

tersebar merata, bahkan di daerah-daerah dimana produksi CO

sangat tinggi kadang persediaan tanah sangat terbatas.

4. OZON (O3)

Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) rata-rata untuk ozon (O3)

dari hasil perhitungan termasuk kategori baik karena nilainya

kurang dari 50, yaitu 17.41. Efek adanya O3 sama dengan yang

ditimbulkan SO2, karena O3 yang berkombinasi dengan SO2 dalam

jangka waktu yang panjang ( 4 jam) akan menimbulkan

kerusakkan pada beberapa spesies tumbuhan. Pengaruh ozon yang

dapat terlihat langsung pada tanaman adalah terjadinya

pemucatan karena kematian sel-sel pada permukaan daun, dimana

daun yang lebih tua lebih sensitif terhadap kerusakkan tersebut.

Efek pada manusia atau hewan tidak dapat ditemukan pada

konsentrasi ozon yang rendah.

5. NITROGEN OKSIDA (NO & NO2)



Pada perhitungan ISPU diperoleh nilai rata-rata ISPU NO 52.18,

sedangkan NO2 83.29. Hal ini menunjukkan bahwa udara dalam

kondisi sedang. Pada kondisi ini Nitrogen oksida akan menimbulkan

bau. Adanya NOx di atmosfer akan mengakibatkan kerusakan

tanaman ,tetapi sukar ditentukan apakah kerusakan tersebut

disebabkan langsung oleh NOx atau karena polutan sekunder yang

diproduksi dalam siklus fotolitik NOx. Pengaruh gas Nox pada

tanaman ditunjukkan dengan terjadinya bintik-bintik pada daun

sedangkan dengan konsentrasi yang lebih tinggi terjadi nekrosis

atau kerusakan tenunan daun. Selain itu dapat menurunkan

kecepatan fotosintesis daun sebanyak 60 – 70 %.

Udara yang mengandung gas NO dalam batas normal relatif aman

dan tidak berbahaya, kecuali bila gas NO berada dalam konsentrasi

tinggi. Konsentrasi gas NO yang tinggi dapat menyebabkan

gangguan pada sistem syaraf yang mengakibatkan kejang-kejang.

Bila keracunan ini terus berlanjut akan dapat menyebabkan

kelumpuhan. Gas NO akan menjadi lebih berbahaya apabila gas itu

teroksidasi oleh oksigen sehingga menjadi gas NO2.

Efek lain yang ditimbulkan yaitu timbulnya Peroxy Acetil

Nitrates (PAN) yang menyebabkan iritasi pada mata (mata terasa

pedih dan berair). Campuran PAN bersama senyawa kimia lainnya

yang ada di udara dapat menyebabkan terjadinya kabut fotokimia

atau photo chemistry smog yang sangat mengganggu lingkungan.



DAFTAR PUSTAKA

Fardiaz, Srikandi . 1992 . Polusi Air dan Udara . Kanisius :

Yogyakarta .

Wardhana, Wisnu Arya . 1999 . Dampak Pencemaran

Lingkungan .

Andi Offset : Yogyakarta .



LAMPIRAN


PEMODELAN LINGKUNGAN

Documents

Transcript of PEMODELAN LINGKUNGAN