AirEnvironment: Karakteristik dan Dampak SO2, CO2, dan NO2

Pencemar udara kriteria adalah pencemar-pencemar udara yang dijadikan kriteria dalam mengukur tingkat pencemaran yang terjadi di suatu daerah. Pencemar udara kriteria adalah:

Sulfur dioksida (SO2)
Karbon Monoksida (CO)
Nitrogen dioksida (NO2)
Ozon (O3)
Hidrokarbon
Pb (Timah Hitam)
TSP (Total Suspended Particles)
PM 10, Parameter debu (PM 2.5)

1. Sulfur dioksida (SO2)

A. KARAKTERISTIK PENCEMAR (SO_x)

Sulfur dioksida adalah salah satu spesies dari gas-gas oksida sulfur (SOx). Gas ini sangat mudah terlarut dalam air, memiliki bau, dan tidak berwarna. Sebagaimana O₃, pencemar sekunder yang terbentuk dari SO₂, seperti partikel sulfat, dapat berpindah dan terdeposisi jauh dari sumbernya. SO₂ dan gas-gas oksida sulfur lainnya terbentuk saat terjadi pembakaran bahan bakar fosil yang mengandung sulfur. Sulfur sendiri terdapat dalam hampir semua material mentah yang belum diolah seperti minyak mentah, batu bara, dan bijih-bijih yang mengandung metal seperti alumunium, tembaga, seng, timbal, dan besi. Di daerah perkotaan, yang menjadi sumber sulfur utama adalah kegiatan pemangkit tenaga listrik, terutama yang menggunakan batu bara ataupun minyak diesel sebagai bahan bakarnya, juga gas buang dari kendaraan yang menggunakan diesel dan industri-industri yang menggunakan bahan bakar batu bara dan minyak mentah.

Gambar 1.1 Struktur Sulfur Dioksida

Sumber: [1

SUMBER

Pencemaran SOx diudara terutama berasal dari pemakaian baru bara yang digunakan pada kegiatan industri, transportasi, dan lain sebagainya. Belerang dalam batu bara berupa mineral besi peritis atau FeS2 dan dapat pula berbentuk mineral logam sulfida lainnya seperti PbS, HgS, ZnS, CuFeS2 dan Cu2S. Dalam proses industri besi dan baja (tanur logam) banyak dihasilkan SOx karena mineral-mineral logam banyak terikat dalam bentuk sulfida. Pada proses peleburan sulfida logam diubah menjadi oksida logam.

Gambar 1.2 Sumber Emisi Sulfur Dioksida

Sumber: [2]

B. DAMPAK PENCEMAR

Pengaruh SO2 pada masyarakat dan lingkungan sangat bervariasi tergantung pada:

a. Jumlah gas yang terbuang ke atmosfer

b. Jarak tempuh gas ke atmosfer bumi, troposfer atau stratosfer

c. Angin regional atau global dan pola iklim yang dapat menyebarkan gas

1. Kesehatan Manusia

SOx mempunyai ciri bau yang tajam, bersifat korosif (penyebab karat), beracun karena selalu mengikat oksigen untuk mencapai kestabilan phasa gasnya. SOx menimbulkan gangguan sitem pernafasan, jika kadar 400-500 ppm akan sangat berbahaya, 8-12 ppm menimbulkan iritasi mata, 3-5 ppm menimbulkan bau. Konsentrasi gas SO2 diudara akan mulai terdeteksi oleh indera manusia (tercium baunya) manakala kensentrasinya berkisar antara 0,3 – 1 ppm.

Dalam bentuk gas, SO2 dapat menyebabkan iritasi pada paru-paru yang menyebabkan timbulnya kesulitan bernafas, terutama pada kelompok orang yang sensitive seperti orang berpenyakit asma, anak-anak dan lansia. SO2 juga mampu bereaksi dengan senyawa kimia lain membentuk partikel sulfat yang jika terhirup dapat terakumulasi di paru-paru dan menyebabkan kesulitan bernapas, penyakit pernapasan, dan bahkan kematian (EPA, 2007).

Tabel 1.1 Pengaruh Konsentrasi Sulfur Dioksida

Sumber: [3]

2. Ekosistem dan Lingkungan

Tingginya kadar SO2 di udara merupakan salah satu penyebab terjadinya hujan asam. Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor dalam bahan bakar fosil serta nitrogen di udara yang bereaksi dengan oksigen membentuk sulfur dioksida dan nitrogen oksida. Zat-zat ini berdifusi ke atmosfer dan bereaksi dengan air untuk membentuk asam sulfat dan asam nitrat yang mudah larut sehingga jatuh bersama air hujan. Air hujan yang asam tersebut akan meningkatkan kadar keasaman tanah dan air permukaan yang terbukti berbahaya bagi kehidupan ikan dan tanaman.

Kelebihan zat asam pada danau akan mengakibatkan sedikitnya species yang bertahan. Jenis Plankton dan invertebrate merupakan mahkluk yang paling pertama mati akibat pengaruh pengasaman. Apa yang terjadi jika didanau memiliki pH dibawah 5, lebih dari 75 % dari spesies ikan akan hilang.

3. Tumbuhan

Sulfur dioksida juga berbahaya bagi tumbuhan karena dengan konsentrasi tinggi dapat membunuh jaringan pada daun, pinggiran daun dan daerah diantara tulang-tulang daun rusak. Secara kronis SO2 menyebabkan terjadinya kshlorosis. Kerusakan tanaman ini akan diperparah dengan kenaikan kelembaban udara. SO2 diudara akan berubah menjadi asam sulfat. Oleh karena itu, didaerah dengan adanya pencemaran oleh SO2 yang cukup tinggi, tanaman akan rusak oleh aerosol asam sulfat.

Kadar SO2 yang tinggi di hutan menyebabkan noda putih atau coklat pada permukaan daun, jika hal ini terjadi dalam jangka waktu yang lama akan menyebabkan kematian tumbuhan tersebut. Menurut Soemarmoto (1992), dari analisis daun yang terkena deposisi asam menunjukkan kadar magnesium yang rendah. Sedangkan magnesium merupakan salah satu nutrisi assensial bagi tanaman. Kekurangan magnesium disebabkan oleh pencucian magnesium dari tanah karena pH yang rendah dan kerusakan daun meyebabkan pencucian magnesium di daun.

Dalam sejumlah kasus terjadi seleksi genetik didalam beberapa komunitas tanaman alamiah terhadap daya tahan pencemaran atmosfer. Pengaruh sulfur dioksida dan presipitasi asam paling nyata dan buruk dalam ekosistem hutan yang berbatasan dengan peleburan atau beberapa sumber pusat pencemaran lainnya. Sejalan dengan penelitian lainnya, spesies lumut bertambah dan diversivitas meningkat dengan meningkatnya jarak dari gedung dibandingkan dengan sisi arus angin naik. Jenis pepohonan tertentu, sweet birch dan pinus putih, diketahui paling rentan terhadap pencemaran atmosfer.

Gambar1.3 Kerusakan Tanaman Akibat Hujan Asam

Sumber: [4]

4. Hewan

The National Academy Of Sciences (1978) juga menyimpulkan pengaruh pH terhadap ikan. Di Norwegia, presipitasi asam juga mempunyai pengaruh terhadap perikanan komersial. Wright dkk (1977) melaporkan bahwa penurunan penangkapan ikan salmon di sungai-sungai selama seratus tahun yang lalu, disebabkan oleh penurunan pH yang tetap..Dengan penurunanya pH terjadi serangkaian perubahan kimiawi yang menyebabkan penurunan laju daur zat makanan dalam sistem perairan. Dengan demikian, terdapat penurunan jumlah bahan organik dalam suatu daerah dansuatu pergeseran keadaan oligotropik didanau. Perubahan ekologis mengikuti pengaruh umum zat toksik terhadap ekosistem.

Sebagaimana tumbuhan, hewan juga memiliki ambang toleransi terhadap hujan asam. Spesies hewan tanah yang mikroskopis akan langsung mati saat pH tanah meningkat karena sifat hewan mikroskopis adalah sangat spesifik dan rentan terhadap perubahan lingkungan yang ekstrim. Spesies hewan yang lain juga akan terancam karena jumlah produsen (tumbuhan) semakin sedikit. Berbagai penyakit juga akan terjadi pada hewan karena kulitnya terkena air dengan keasaman tinggi. Hal ini jelas akan menyebabkan kepunahan spesies.

5. Material

Kerusakan oleh pencemaran SO2 juga dialami oleh bangunan yang bahan-bahannya seperti batu kapur, batu pualam, dolomit akan dirusak oleh SO2 dari udara. Efek dari kerusakan ini akan tampak pada penampilannya, integritas struktur, dan umur dari gedung tersebut. Ancaman serius juga dapat terjadi pada bagunan tua serta monument termasuk candi dan patung. Hujan asam dapat merusak batuan sebab akan melarutkan kalsium karbonat, meninggalkan kristal pada batuan yang telah menguap. Seperti halnya sifat kristal semakin banyak akan merusak batuan.

Gambar 1.4 Korosi pada Material

Sumber: [5]

2. KARBON MONOKSIDA (CO)

A. KARAKTERISTIK PENCEMAR CO

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senjawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO₂) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Tidak seperti senyawa CO mempunyai potensi bersifat racun yang berbahaya karena mampu membentuk ikatan yang kuat dengan pigmen darah yaitu haemoglobin.

SUMBER

1. Sumber Alami

Pembakaran bahan fosil dengan udara, berupa gas buangan. Misalnya : Dari lautan, oksidasi metal di atmosfer, pegunungan, aktivitas gunung berapi dan kebakaran hutan

2. Sumber Antropogenik

Sumber CO buatan antara lain kendaraan bermotor, terutama pengguna bahan bakar bensin. Berdasarkan laporan WHO (1992), dinyatakan paling tidak 90% dari CO di udara perkotaan berasal dari emisi kendaraan bermotor, sisanya berasal dari sumber tidak bergerak seperti pembakaran batubara dan minyak dari industri dan pembakaran sampah domestik.

Sumber CO dari dalam ruang (indoor) termasuk dari tungku dapur rumah tangga dan tungku pemanas ruang. Dalam beberapa penelitian ditemukan kadar CO cukup tinggi di dalam kendaraan sedan maupun bus. Sumber lain CO adalah gas arang batu yang mengandung lebih 5% CO, yaitu alat pemanas berbahan bakar gas, lemari es gas, kompor gas, dan cerobong asap yang bekerja tidak baik.

B. DAMPAK PENCEMAR

1. Kesehatan Manusia

CO diserap melalui paru dan sebagian besar diikat oleh hemoglobin secara reversible, membentuk karboksi-hemoglobin (COHb). Selebihnya mengikat diri dengan mioglobin dan beberapa protein heme ekstravaskular lain, seperti cytochrome c oxidase dan cytochrome P-450. Afinitas CO terhadap protein heme bervariasi 30 sampai 500 kali afinitas oksigen, tergantung pada protein heme tersebut. Untuk hemoglobin, afinitas CO 208-245 kali afinitas oksigen.

CO bukan merupakan racun yang kumulatif. Ikatan Hb dengan CO bersifat reversible dan setelah Hb dilepaskan oleh CO, sel darah merah tidak mengalami kerusakan. Absorbsi atau ekskresi CO ditentukan oleh kadar CO dalam udara lingkungan (ambient air), kadar COHb sebelum pemaparan (kadar COHb inisial), lamanya pemaparan, dan ventilasi paru. Bila orang yang telah mengabsorbsi CO dipindahkan ke udara bersih dan berada dalam keadaan istirahat, maka kadar COHb semula akan berkurang 50% dalam waktu 4,5 jam. Dalam waktu 6-8 jam darahnya tidak mengandung COHb lagi. Inhalasi oksigen mempercepat ekskresi CO sehingga dalam waktu 30 menit kadar COHb telah berkurang setengahnya dari kadar semula. Umummya kadar COHb akan berkurang 50% bila penderita CO akut dipindahkan ke udara bersih dan selanjutnya sisa COHb akan berkurang 8-10% setiap jamnya. Hal ini penting untuk dapat mengerti mengapa kadar COHb dalam darah korban rendah atau negatif pada saat diperiksa, sedangkan korban menunjukkan gejala dan atau kelainan histopatologis yang lazim ditemukan pada keracunan CO akut.

Tabel 2.1 Efek CO pada Konsentrasi Tertentu

Sumber : [6]

2. Ekosistem dan Lingkungan

Di udara,karbon monoksida (CO) terdapat dalam jumlah yang sangat sedikit, hanya sekitar 0,1 ppm. Di perkotaan dengan lalu lintas yang padat konsentrasi gas CO antara 10-15 ppm. Sudah sejak lama diketahui bahwa gas CO dalam jumlah banyak (konsentrasi tinggi) dapat menyebabkan gangguan pada ekosistem dan lingkungan kita.

3. Hewan

Pada hewan, dampak dari kadar karbon monoksida yang berlebihan hampir menyerupai dampak yang terjadi pada manusia, dapat menyebabkan kematian.

4. Tumbuhan

Bagi Tumbuhan, kadar CO 100ppm pengaruhnya hampir tidak ada khususnya tumbuhan tingkat tinggi. Kadar CO 200ppm dengan waktu kontak 24 jam dapat mempengaruhi kemampuan fiksasi nitrogen oleh bakteri bebas terutama yang terdapat pada akar tumbuhan.

5. Material

Karbon monoksida dapat berasal dari alam ataupun kegiatan manusia. Apabila berasal dari kegiatan manusia, umumnya berasal dari kendaraan bermotor menggunakan bahan bakar bensin, ataupun hasil pembakaran industri minyak dan batubara.Karbon monoksida sendiri tidak terlepas dari efeknya yang menimbulkan sisi negatif pada benda material. Pada material, dampak pencemaran udara oleh karbon monoksida dapat berupa perubahan warna kehitaman pada daerah yang telah tercemar oleh karbon monoksida. Selain itu, apabila gas CO teroksidasi menjadi CO2, maka dapat menimbulkan efek hujan asam juga yang dapat mengakibatkan peningkatan laju korosi pada benda-benda logam.

3. NITROGEN OKSIDA (NOx)

A. KARAKTERISTIK PENCEMAR NO_X

Oksida Nitrogen (NOx) adalah kelompok gas nitrogen yang terdapat di atmosfir yang terdiri dari nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO₂). Walaupun ada bentuk oksida nitrogen lainnya, tetapi kedua gas tersebut yang paling banyak diketahui sebagai bahan pencemar udara. Nitrogen monoksida merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. Nitrogen monoksida terdapat diudara dalam jumlah lebih besar daripada nitrogen dioksida. Pembentukan NO dan NO2 merupakan reaksi antara nitrogen dan oksigen diudara sehingga membentuk NO, yang bereaksi lebih lanjut dengan lebih banyak oksigen membentuk NO2.

Udara terdiri dari 80% Volume nitrogen dan 20% Volume oksigen. Pada suhu kamar, hanya sedikit kecendrungan nitrogen dan oksigen untuk bereaksi satu sama lainnya. Pada suhu yang lebih tinggi (di atas 1210°C) keduanya dapat bereaksi membentuk NO dalam jumlah banyak sehingga mengakibatkan pencemaran udara. Dalam proses pembakaran, suhu yang digunakan biasanya mencapai 1210 – 1.765 °C, oleh karena itu reaksi ini merupakan sumber NO yang penting. Jadi reaksi pembentukan NO merupakan hasil samping dari proses pembakaran.

SUMBER DAN DISTRBUSI

Secara umum, sumber NOx di alam berasal dari bakteri dan akitivitas vulkanik, proses pembentukan petir, dan emisi akibat aktivitas manusia (antropogenik). Emisi antropogenik NOx terutama berasal dari pembakaran bahan bakar fosil seperti pembangkit tenaga listrik dan kendaraan bermotor. Sumber lain di atmosfer berupa proses tanpa pembakaran, contohnya dari hasil produksi asam nitrat, pengelasan, dan penggunaan bahan peledak.

Dari seluruh jumlah oksigen nitrogen (NOx) yang dibebaskan ke udara, jumlah yang terbanyak adalah dalam bentuk NO yang diproduksi oleh aktivitas bakteri. Akan tetapi pencemaran NO dari sumber alami ini tidak merupakan masalah karena tersebar secara merata sehingga jumlahnya menjadi kecil. Yang menjadi masalah adalah pencemaran NO yang diproduksi oleh kegiatan manusia karena jumlahnya akan meningkat pada tempat tertentu.

Kadar NOx diudara perkotaan biasanya 10–100 kali lebih tinggi dari pada di udara pedesaan. Kadar NOx diudara daerah perkotaan dapat mencapai 0,5 ppm (500 ppb). Seperti halnya CO, emisi NOx dipengaruhi oleh kepadatan penduduk karena sumber utama NOx yang diproduksi manusia adalah dari pembakaran dan kebanyakan pembakaran disebabkan oleh kendaraan bermotor, produksi energi dan pembuangan sampah. Sebagian besar emisi NOx buatan manusia berasal dari pembakaran arang, minyak, gas, dan bensin. Kadar NOx di udara dalam suatu kota bervariasi sepanjang hari tergantung dari intensitas sinar mataharia dan aktivitas kendaraan bermotor.

B. DAMPAK PENCEMAR

1. Kesehatan Manusia

Oksida nitrogen seperti NO dan NO₂ berbahaya bagi manusia. Penelitian menunjukkan bahwa NO₂ empat kali lebih beracun daripada NO. Selama ini belum pernah dilaporkan terjadinya keracunan NO yang mengakibatkan kematian. Diudara ambien yang normal, NO dapat mengalami oksidasi menjadi NO2 yang bersifat racun. NO2 bersifat racun terutama terhadap paru. Kadar NO2 yang lebih tinggi dari 100 ppm dapat mematikan sebagian besar binatang percobaan dan 90% dari kematian tersebut disebabkan oleh gejala pembengkakan paru ( edema pulmonari ). Kadar NO2 sebesar 800 ppm akan mengakibatkan 100% kematian pada binatang-binatang yang diuji dalam waktu 29 menit atau kurang. Pemajanan NO2 dengan kadar 5 ppm selama 10 menit terhadap manusia mengakibatkan kesulitan dalam bernafas. Berikut adalah beberapa bahaya atau dampak paparan nitrogen oksida (NOx) pada manusia yaitu:

-Keracunan akut/infeksi saluran pernafasan

- Lemah, sesak nafas, batuk menimbulkan gangguan pada jaringan paru-paru

- Dapat menyebabkan asma

Tabel 3.1 Efek NO2 pada Konsentrasi Tertentu

efek	konsentrasi NO2		waktu terjadi efek
efek	mg/m3	ppm	waktu terjadi efek
batas timbul bau	0.23	0.12	segera
batas pada adaptasi gelap	0.14	0.075	tidak dilaporkan
peningkatan resisten pada udara bebas	0.5	0.26	tidak dilaporkan
	1.3-3.8	0.7-2.0	20 menit
	3.0-3.8	1.6-2.0	15 menit
	2.8	1.5	45 menit
	3.8	2	45 menit
	5.6	3	45 menit
	7.5-9.4	4.0-5.0	40 menit
	9.4	5	15 menit
	11.3-75.2	6.0-40.0	5 menit
penurunan kapasitas difusi paru-paru	7.5-9.4	4.0-5.0	15 menit

Sumber : [7]

2. Ekosistem dan Lingkungan

Pencemaran oksida nitrogen (NOx) bagi tumbuhan menyebabkan bintik-bintik pada permukaan daun, bila konsentrasinya tinggi dapat mengakibatkan nekrosis atau kerusakan jaringan daun yang mengakibatkan prosesfotosintesis terganggu. Dalam keadaan seperti ini daun tidak dapat berfungsi sempurna sebagai temapat terbentuknya karbohidrat melalui proses fotosintesis. Akibatnya tanaman tidak dapat berproduksi seperti yang diharapkan. Konsentrasi NO sebanyak 10 ppm sudah dapat menurunkan kemampuan fotosintesis daun sampai sekitar 60% hingga 70% (Pohan, 2002).

Di udara oksida nitrogen dapat menimbulkan PAN (Peroxy Acetyl Nitrates) yang dapat menyebabkan iritasi mata (pedih dan berair). PAN bersama senyawa yang lain akan menimbulkan kabut foto kimia (Photo Chemistry Smog) yang dapat mengganggu lingkungan dan dapat merusak tanaman. Daun menjadi pucat karena selnya mati. Jika hidrokarbon bercampur bahan lain toksitasnya akan meningkat (Anonim, 2008).

3. Hewan

Berdasarkan studi menggunakan binatang percobaan, pengaruh yang membahayakan seperti misalnya meningkatnya kepekaan terhadap radang saluran pernafasan, dapat terjadi setelah mendapat pajanan sebesar 100 μg/m3 (Tugaswati, 2004).

4. TumbuhaN

Selain mempengaruhi ekosistem perairan, peningkatan jumlah nitrogen yang terserap dalam tanah akibat adanya hujan asam juga dapat mengakibatkan ketidakseimbangan nutrisi di dalam tanah. Gejala ini menyebabkan terjadinya pencucian mineral seperti Ca, Mg, dan Potassium, yang merupakan yamg merupakan mineral utama bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Mineral tersebut digantikan oleh logam berat seperti Al, yang justru menghambat pertumbuhan akar dan menghambat penyerapan air. Tanaman kemudian mulai mati, karena kekurangan air. Adanya pelapukan dalam batang menandakan terjadinya kerusakan sistem transportasi air pada tanaman.Akibatnya produktivitas tumbuhan menurun dan menghilangkan keragaman hayati karena hanya sepesies tertentu saja yang dapat bertahan. Pada tumbuhan Nitrogen dioksida (NO₂) menimbulkan kerusakan jaringan sel mesophyll. Kerusakan ditandai oleh adanya bercak warna putih atau coklat pada permukaan daun. Kebutuhan nitrogen dalam tanaman hanya diperlukan dalan jumlah yang tidak terlalu banyak.

5. Material

Hujan asam juga dapat mempercepat proses pengkaratan dari beberapa material seperti batu kapur, pasirbesi, marmer, batu pada dinding beton serta logam. Ancaman serius juga dapat terjadi pada bagunan tua serta monumen termasuk candi dan patung. Hujan asam dapat merusak batuan sebab akan melarutkan kalsium karbonat, meninggalkan kristal pada batuan yang telah menguap. Seperti halnya sifat kristal semakin banyak akan merusak batuan.