Modul Ajar · Pencemaran Udara
Parameter Pencemaran Udara dan Pemantauan: mengukur yang tak selalu terlihat
Tujuan pembelajaran
Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa mampu…
Kata kunci
Kata kunci Bab 4
4.1 · Partikulat
TSP, PM₁₀, PM₂.₅, PM₁, dan partikel ultrahalus
Diameter aerodinamik menentukan nasib melayang, deposisi, dan penetrasi ke paru — bukan sekadar besar massa.
Partikulat atau aerosol adalah partikel padat maupun tetes cair yang melayang di udara. Sifat yang paling penting adalah diameter aerodinamik, yaitu diameter bola dengan rapatan 1 g/cm³ yang memiliki kecepatan pengendapan sama dengan partikel nyata. Ukuran ini menentukan kemampuan partikel untuk tetap melayang dan masuk ke saluran pernapasan. Di kota dengan lalu lintas padat, PM₁ dapat menyumbang sekitar 80% massa PM₂.₅, sedangkan PM₂.₅ dapat menyumbang sekitar 70% massa PM₁₀. Proporsi tersebut bersifat spesifik lokasi dan tidak dapat digeneralisasi.
Tabel 4.1 — Fraksi partikulat yang dipantau (PP 22/2021, SNI 7119)
| Fraksi | Definisi operasional | Baku mutu Indonesia | Metode rujukan |
|---|---|---|---|
| TSP | Inlet HVAS hingga ±100 µm | 230 µg/m³ (24 jam) | Gravimetri HVAS SNI 7119-3:2017 |
| PM₁₀ | ≤10 µm (cut 50% 10 µm) | 75 (24 jam) / 40 (tahunan) | Gravimetri SNI 7119-15:2016; BAM/TEOM |
| PM₂.₅ | ≤2,5 µm | 55 / 15 | Gravimetri SNI 7119-14:2016; BAM/TEOM |
| PM₁ | ≤1 µm | Belum ada | Optis/gravimetri khusus |
| UFP | ≤0,1 µm (jumlah/cm³) | Belum ada (WHO: good practice) | CNC/SMPS |
PM₂.₅ adalah subset PM₁₀ yang adalah subset TSP; rasio PM₂.₅/PM₁₀ 0,6–0,8 menandakan dominasi pembakaran (kendaraan/PLTU/open burning), rasio rendah = debu jalan. TSP tidak dapat menggantikan PM₁₀/PM₂.₅.
Distribusi ukuran dan morfologi
Distribusi menurut jumlah didominasi sangat halus, menurut massa didominasi partikel lebih besar — keduanya berbeda. Tiga mode klasik: nukleasi (<0,1 µm) dari gas-ke-partikel (knapot/H₂SO₄), akumulasi (0,1–2 µm) via koagulasi/kondensasi yang sulir hilang (dominan PM₂.₅, visibilitas), dan kasar (>2 µm) mekanis yang cepat mengendap. Morfologi SEM: agregat rantai soot, mineral tak beraturan, sulfat/nitrat droplet/kristal. Komposisi PM₂.₅ tipikal: OC, sulfat, nitrat, amonium, EC/black carbon, garam laut — basis source apportionment CMB/PMF (Bab 7).
Fakta Indonesia. Stacked filter unit Gent pada 17 kota (Jawa–Papua) menunjukkan variasi besar antar-kota dan dominasi halus di kota berlalu-lintas padat (Santoso et al. 2019) — basis data PM nasional terlengkap sebelum era sensor murah.
4.2 · Gas kriteria
SO₂, NOx/NO₂, CO, O₃, dan Pb
Lima gas (bersama partikulat) adalah pencemar kriteria — dasar hampir semua rezim baku mutu.
Tabel 4.2 — Sifat, sumber, dan waktu tinggal gas kriteria (orde literatur)
| Parameter | Sifat kunci | Sumber antropogenik utama | Waktu tinggal |
|---|---|---|---|
| SO₂ | Tak berwarna, tajam; → sulfat sekunder | PLTU batu bara, minyak residu, smelter; alami gunung api | ±2–4 hari |
| NO/NO₂ (NOx) | NO tak berwarna; NO₂ cokelat; siklus fotostasioner | Thermal NOx: kendaraan, PLTU, industri | ±1 hari |
| CO | Tak warna/bau; COHb 200–250× O₂ | Tidak sempurna: bensin, biomassa | ±1–3 bulan (via OH) |
| O₃ (troposferik) | Sekunder; NOx+VOC+sun | Tidak diemisikan langsung; puncak siang | Hari–minggu |
| Pb | Logam pada partikulat | Historis bensin bertimbal (hapus 2006); kini smelter/baterai | Hari–minggu |
Pola diurnal primer–sekunder. Los Angeles klasik: CO/NO memuncak jam sibuk pagi → NO₂ → O₃ siang — rantai konversi langsung. Data SPKU perkotaan Indonesia serupa; pembentukan O₃ memerlukan radiasi kuat sehingga PP 22/2021 menetapkan jendela waktu ukur khusus oksidan (sub-bab 4.8).
4.3 · Hidrokarbon
NMHC, VOC, dan PAH
Dariprekursor ozon yang diatur hingga karsinogen yang melekat pada partikel halus.
NMHC dan VOC
NMHC diatur dalam PP 22/2021 dengan nilai 160 µg/m³ untuk waktu rata-rata 3 jam (06.00–10.00). Pengukurannya menggunakan hydrocarbon analyzer FID sesuai SNI 7119-13:2009. Metana dikecualikan karena reaktivitasnya rendah. VOC merupakan kelompok yang lebih luas, mencakup antara lain bensin, pelarut, aldehida, dan terpena biogenik. Bersama NOx, VOC menentukan laju pembentukan O₃. Karena itu, strategi pengendalian perlu mempertimbangkan apakah suatu wilayah berada pada rezim terbatas VOC atau NOx (Bab 7). Pilihan pengendaliannya mencakup substitusi bahan, pemulihan uap, oksidasi, dan biofiltrasi (Bab 9).
PAH
PAH (≥2 cincin benzena) dari tidak sempurna: diesel, biomassa/sampah, rokok. Ringan (2–3 cincin, naftalena) di fase gas; berat (≥4, benzo[a]piren/BaP) pada PM₂.₅ — IARC Grup 1. UE: target BaP 1 ng/m³ (tahun, Direktif 2004/107/EC). Indonesia belum punya baku mutu ambien PAH; pengendaliannya via emisi sektoral (Bab 8).
4.4 · HAP
Logam berat, dioksin/furan, benzena, dan formaldehida
Ratusan toksik udara di luar kriteria — di AS 187 HAP; di Indonesia belum punya baku mutu ambien.
Logam berat (Hg, As, Cd, Cr). Hg terdapat sebagai Hg⁰ (gas, ~1 tahun, global) dan Hg²⁺/partikulat (lokal); metilmerkuri terakumulasi — subjek Konvensi Minamata (diratifikasi UU 11/2017). As/Cd/Cr(VI) IARC Grup 1; sumber PLTU, smelter, semen, insinerator. Emisi Hg pembangkit mulai dikendalikan sektoral (Bab 9.9).
Dioksin/furan (PCDD/F) dari pembakaran berklorin dan metalurgi; POPs Konvensi Stockholm; toksisitas sebagai TEQ terhadap 2,3,7,8-TCDD via faktor WHO. Kendali: suhu 3T, quench cepat, karbon aktif.
Benzena (bensin, petrokimia) leukemia Grup 1 — WHO: tidak ada aman, dinyatakan sebagai unit risk. Formaldehida (tidak sempurna, sekunder VOC, dalam ruang) Grup 1; kolomnya terpantau satelit Sentinel-5P/TROPOMI sebagai proksi VOC reaktif.
Status Indonesia. Lampiran VII PP 22/2021 belum menetapkan ambien untuk HAP (selain Pb) — pengendalian via baku mutu emisi sektoral. Data ambien rutin HAP belum tersedia; hanya kajian AMDAL/riset khusus.
4.5 · Emerging
Black carbon, amonia, dan mikroplastik atmosferik
Belum masuk baku mutu, tetapi makin relevan secara ilmiah dan kebijakan.
Black carbon (BC) — fraksi EC dari tak sempurna (diesel, biomassa, lahan). Ganda: PM₂.₅ kesehatan + SLCP (hari–minggu). Alat: aethalometer/MAAP/EC-OC termal-optik. Data rutin BC Indonesia belum ada; inventarisasi EDGAR/CCAC (model).
NH₃ — satu-satunya basa penting (peternakan, pupuk) yang menetralkan asam sulfat/nitrat menjadi amonium — komponen PM₂.₅ sekunder. Waktu tinggal jam–hari; NH₃ kolom dipantau satelit IASI/CrIS.
Mikroplastik atmosferik (<5 mm) — serat/fragmen dari abrasi ban/rem, tekstil sintetis, sampah plastik, terbawa lintas wilayah, berpotensi inti kondensasi. Metode: deposisi pasif/aktif pada filter → µ-FTIR/Raman. Belum ada STM/baku mutu.
Kotak 4.1 — Bukti lokal (ilustratif). BRIN 2025: hujan pesisir Jakarta ±15 mikroplastik/m²/hari (poliester, nilon). ECOTON–SIEJ (Mei–Juli 2025): 18 kota/kab tertinggi Jakpus 37/2 jam → Malang 2. Teluk Jakarta: 3,68×10⁹ partikel/hari. AS: ~1.000 ton/tahun “hujan plastik”. Semua semi-kuantitatif; bukan klaim nasional.
4.6 · Teknik manual
SNI 7119, analizer kontinu, dan passive sampler
Pertanyaan desain pengukuran: representativitas lokasi, transfer tanpa loss, dan waktu rata-rata.
Tujuan menentukan desain: kepatuhan, karakterisasi sumber, epidemiologi, atau pemetaan spasial. Untuk cerobong berlaku sampling isokinetik (SNI 7117).
Tabel 4.3 — Metode manual udara ambien SNI 7119
| Parameter | SNI | Prinsip | Media & analisis |
|---|---|---|---|
| Lokasi | SNI 19-7119.6-2005 | Kriteria titik pantau | Jarak sumber, tinggi inlet, akses |
| TSP | SNI 7119-3:2017 | Filtrasi HVAS | Filter 20×25 cm, 1,1–1,7 m³/menit, 24 jam → gravimetri |
| PM₁₀ | SNI 7119-15:2016 | Inlet cut 10 µm | HVAS-PM₁₀ / rendah, 24 jam → gravimetri |
| PM₂.₅ | SNI 7119-14:2016 | Cut 2,5 µm (VSCC) | Filter membran, 24 jam → gravimetri |
| Pb | SNI 7119-4:2017 | Pb pada TSP | Filter HVAS → AAS |
| NO₂ | SNI 7119-2:2017 | Impinger Griess–Saltzman | Midget impinger → UV-Vis |
| SO₂ | SNI 7119-7:2017 | Impinger penyerap | Impinger → UV-Vis |
| O₃ | SNI 7119-8:2017 | NBKI, I₂ bebas | Impinger → 352 nm |
| CO | SNI 7119-10:2011 | Instrumental | Analizer langsung |
| HC | SNI 7119-13:2009 | FID | Hydrocarbon analyzer |
Tabel 4.4 — Analizer kontinu SPKU (FRM/FEM US EPA)
| Parameter | Prinsip | Cara kerja ringkas | Rujukan |
|---|---|---|---|
| SO₂ | Fluoresensi UV | Eksitasi ±214 nm → fluoresensi | FRM App. A-1 |
| NO/NO₂ | Kemiluminesens | NO+O₃→hν; NO₂→NO via Mo | FRM App. F |
| CO | NDIR | Serapan ±4,6 µm | FRM App. C |
| O₃ | Fotometri UV | Serapan 254 nm | FRM App. D |
| PM | BAM / TEOM | Beta/ frekuensi meruncing | BAM-1022 FEM |
| HC | FID | Arus ion ∝ karbon | SNI 13:2009 |
Passive sampler, seperti tabung Palmes untuk NO₂ dan Ogawa untuk NO₂/NOx/SO₂/O₃, menangkap pencemar melalui difusi tanpa pompa. Metode ini lebih murah untuk pemetaan banyak titik, tetapi waktu paparannya berlangsung hari hingga minggu dan presisinya lebih rendah daripada analizer. Permen 14/2025 menetapkan pengukuran pasif minimal satu kali pada musim kemarau dan musim hujan, masing-masing selama 14 hari. Pengukuran aktif memerlukan sedikitnya 24 data harian per tahun. Jaminan mutu tetap wajib dilakukan melalui kalibrasi zero/span, blanko lapangan, duplikat, penetapan LOD/LOQ, dan kelengkapan data minimal 75%.
4.7 · Teknologi modern
Sensor murah, jejaring komunitas, satelit, dan LIDAR
Dari padat-ruang IoT hingga kolom orbit: melengkapi, bukan menggantikan, rujukan.
Sensor biaya rendah (LCS) berbasis IoT
PM optis (Plantower/Sensirion) dan elektrokimia gas harganya 2–3 orde di bawah rujukan. Evaluasi R² 1 jam mentah 0,2–0,58 → ±0,72 setelah perataan; RMSE dapat >7 µg/m³ (ambang EPA). Kolokasi 7–12 hari dengan rujukan plus koreksi suhu–kelembapan meningkatkan kinerja. Peran: pemetaan spasial, tren, edukasi — bukan kepatuhan.
Jejaring komunitas
Nafas >200 sensor, 6 tahun, dipakai studi kesehatan PM₂.₅ Jabodetabek 2020–2022; Maret 2026 mengecil karena dana dan menjadi yayasan — pelajaran keberlanjutan kelembagaan. IQAir >500.000 lokasi (agregator ilustrasi tren).
Satelit TROPOMI/Sentinel-5P & LIDAR
TROPOMI (13 Okt 2017): sapuan 2.600 km, resolusi ≈7×3,5 km (O₃ profil 28×21, CO/CH₄ 7×7), pita UV 270–495 / NIR 675–775 / SWIR 2.305–2.385 nm. Produk: kolom NO₂ troposferik, SO₂, HCHO (proksi VOC), CO, O₃, CH₄, aerosol. Kelebihan: harian nasional, keterbatasan: yang diukur kolom (bukan permukaan), terpengaruh awan, lintas ±13.30. Aplikasi Jakarta: variasi NO₂ COVID (ITS 2020; AAQR 2021). LIDAR (MPLNET/NASA, AD-Net) untuk profil vertikal PBL/asap; di Indonesia riset (BRIN), belum rutin.
4.8 · Satuan & ISPU
Dari ppm ke µg/m³ dan dari konsentrasi ke ISPU
Konversi bergantung kondisi acuan; ISPU mengubah angka menjadi kategori kesehatan.
Hubungan ppm ↔ µg/m³
Keterangan: V_m = volume molar gas (L/mol); R = 0,08206 L·atm·K⁻¹·mol⁻¹; T = suhu absolut (K); P = tekanan (atm). Pada 25 °C/1 atm, V_m ≈ 24,45 L/mol; pada 0 °C (Nm³) V_m = 22,4 L/mol.
Keterangan: C = konsentrasi (µg/m³ atau ppm); BM = berat molekul (g/mol); V_m = volume molar (L/mol); 10³ mg→µg. Pada 25 °C dipakai faktor 40,9×BM.
Keterangan: Kotak = bentuk ringkas pada kondisi acuan PP 22/2021 (25 °C = 298,15 K; 1 atm). Contoh: CO 10.000 µg/m³ (BM 28) → 8,7 ppm; O₃ 100 µg/m³ (BM 48) → 0,051 ppm = 51 ppb.
Koreksi kondisi acuan
Keterangan: C_acuan = konsentrasi pada 25 °C/1 atm; C_aktual = hasil ukur pada T,P lapangan. Untuk emisi, laporkan mg/Nm³ basis kering dengan koreksi O₂ sektoral.
Waktu rata-rata
Oksidan 1 jam: rerata 2×30 menit antara 11.00–14.00; O₃ 8 jam: 06.00–18.00; NMHC 3 jam: 06.00–10.00. Hasil pada waktu rata-rata berbeda tidak boleh dibandingkan silang.
Tabel 4.5 — Baku mutu ambien PP 22/2021 vs WHO AQG 2021 (25 °C, 1 atm)
| Parameter | Waktu | PP 22/2021 | WHO AQG 2021 | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| SO₂ | 1 j / 24 j / thn | 150 / 75 / 45 | — / 40 / — | WHO 24 j naik 20→40 (satu-satunya naik) |
| CO | 1 j / 8 j | 10.000 / 4.000 | — / 4.000 (24 j) | Beda waktu; jangan langsung bandingkan |
| NO₂ | 1 j / 24 j / thn | 200 / 65 / 50 | 200 / 25 / 10 | Tahunan 40→10 |
| O₃ | 1 j / 8 j / puncak* | 150 / 100 / 35 | — / 100 / 60* | *Maksimum 8 j 6 bln terburuk |
| NMHC | 3 j | 160 | — | Tidak ada WHO |
| TSP | 24 j | 230 | — | WHO tidak pakai TSP |
| PM₁₀ | 24 j / thn | 75 / 40 | 45 / 15 | Tahunan 20→15 |
| PM₂.₅ | 24 j / thn | 55 / 15 | 15 / 5 | 3× gap thn; IT 35/25/15/10 |
| Pb | 24 j | 2 | — | Tidak diperbarui WHO |
4.9 · Kondisi terkini
Ledakan data real-time dan tantangan kalibrasi
Dari SPKU rujukan hingga peta sensor padat dan kolom satelit.
Jejaring pemerintah. SPKU KLHK/DLH dengan ISPU real-time (ispu.menlhk.go.id; 7 parameter P.14/2020: 0–50 Baik … ≥300 Berbahaya). Nasional 39 lokasi (2021)+14 rencana →46 (2022, 37 KLHK) → DKI 21 (2023)→111 (Okt 2025, 11 DLH +12 KLHK) + portal udara.jakarta.go.id; BMKG near real-time PM₂.₅ + early warning 3 hari.
Non-pemerintah. Nafas >200 sensor → studi kesehatan Jabodetabek 2020–2022; Maret 2026 mengecil menjadi yayasan (isu keberlanjutan). IQAir >500.000 lokasi (agregator). Variasi intra-kota yang dulu tak terlihat kini terukur, tetapi mutu sensor perlu kurasi (R², drift).
Satelit & model. Kolom TROPOMI ~7×3,5 km + AOD→PM₂.₅ + asimilasi LCS menghasilkan peta km meski di wilayah tanpa stasiun. Ilustrasi tren (agregator, bukan pemerintah): PM₂.₅ pop-weighted Indonesia 2024 ~35 µg/m³ (~7× WHO 5; ±peringkat 15) dan nasional ~6× WHO (IQAir 2025) — baca dengan keterbatasan (bias kota besar, koreksi bervariasi). Tantangan: kalibrasi 7–12 hari + T/RH, keberlanjutan dana, ketimpangan Jawa vs Sumatera/Kalimantan karhutla, data fusion, dan perluasan parameter BC/NH₃/UFP/mikroplastik yang belum masuk baku mutu.
Rangkuman
Pokok pembelajaran
- Partikulat TSP/PM₁₀/PM₂.₅/PM₁/UFP dibedakan oleh diameter aerodinamik dan mode log-normal; rasio PM₂.₅/PM₁₀ menandakan dominasi pembakaran vs debu.
- Gas kriteria SO₂/NOx/CO/O₃/Pb memiliki waktu tinggal jam–bulan dan pola diurnal primer→sekunder; NMHC (160 µg/m³ 3 jam) dan VOC menentukan laju O₃.
- HAP (Hg, As, Cd, Cr, dioksin TEQ, benzena, HCHO) belum punya baku mutu ambien Indonesia — dikendalikan via emisi dan konvensi Minamata/Stockholm.
- Emerging: BC (aethalometer, SLCP), NH₃ (endapan amonium), mikroplastik (<5 mm, µ-FTIR) belum ada baku mutu.
- SNI 7119/7117 + analizer kontinu (fluoresensi UV, kemiluminesens, NDIR, BAM/TEOM) + passive sampler (Tabung Palmes 14 hari/musim) dengan QA ≥75%.
- Teknologi modern: LCS (R² 0,2→0,72), nafas >200 sensor, TROPOMI kolom 2600 km, LIDAR vertikal — menuju data fusion.
- Konversi ppm↔µg/m³ via V_m=RT/P (40,9×BM pada 25 °C); waktu rata-rata harus sama; ISPU PM₂.₅ via interpolasi breakpoint 0–500.
- Ekosistem real-time: SPKU 39→46→111, BMKG early warning, dan tantangan kalibrasi/ketimpangan spasial.
Checkpoint
Uji pemahaman
Enam soal tentang fraksi partikulat, analizer, baku mutu, konversi, LCS, dan satelit.
Diskusi
Pertanyaan diskusi
Buka petunjuk setiap pertanyaan untuk memulai pembahasan.
Latihan
Latihan mandiri
Enam tugas penerapan; progres tersimpan otomatis di perangkat ini.
Referensi