No. Urut : 397/S2-TL/TML/2008
APLIKASI MODEL POSITIVE MATRIX FACTORIZATION DALAM STUDI IDENTIFIKASI SUMBER EMISI PARTIKULAT DI KOTA BANDUNG
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
YANDHINUR DWI MAULIADI NIM : 25305019 Program Studi Teknik Lingkungan
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
ABSTRAK APLIKASI MODEL POSITIVE MATRIX FACTORIZATION DALAM STUDI IDENTIFIKASI SUMBER EMISI PARTIKULAT DI KOTA BANDUNG Oleh
Yandhinur Dwi Mauliadi NIM : 253 05 019
Metode Receptor Model Positive Matrix Factorization (PMF) digunakan untuk mengidentifikasi sumber emisi partikel halus dan kasar di kota Bandung. Data dikumpulkan dengan menggunakan Dichotomous Sampler yang akan digunakan untuk menganalisis kandungan logam dan carbonnya serta MiniVol yang akan digunakan untuk menganalisis kandungan kation anion yang terdapat pada partikulat. Spesi yang dianalisis pada penelitian ini terdiri dari Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Sb, Pb, Li, Mo, Cl-, NO3-, SO4=, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+. Penelitian ini dilaksanakan di kawasan Dago Pakar pada musim hujan dan kemarau. Sumber emisi yang teridentifikasi pada musim hujan untuk fraksi halus adalah Aerosol Sekunder (NH4)2SO4 (14%), Aerosol Sekunder NH4NO3 (12%), Debu Vulkanik (6%), Debu Tanah (10%), Pembakaran Biomassa (13%), Debu Kapur (10%), Kendaraan Diesel (17%), Motor (9%), dan mobil (9%); dan untuk fraksi kasar adalah Debu kapur (20%), Debu Tanah (20%), Industri (15%), Debu Vulkanik (4%), debu konstruksi (15%) dan Garam Laut (26%). Sumber emisi yang teridentifikasi pada musim kemarau untuk fraksi halus adalah Aerosol Sekunder (NH4)2SO4 (25%), Kendaraan bermesin diesel (12%), Pembakaran Biomassa (16%), Kendaraan dengan BBM bensin (3%), Aged Sea Salt (13%), Industri Elektroplating (24%) dan Motor (7%); dan untuk fraksi kasar adalah Garam Laut (14%), Industri besi (23%), industri semen (11%), Debu Vulkanik (25%), Debu tanah (15%), dan aged sea salt (3%). Kata Kunci : Receptor Model, PMF, Sumber Emisi
i
ABSTRACT APPLICATION OF POSITIVE MATRIX FACTORIZATION IN SOURCE APPORTIONMENT OF PARTICULATE POLLUTANTS IN BANDUNG CITY By
Yandhinur Dwi Mauliadi NIM : 253 05 019
A Receptor Model method of Positive Matrix Factorization (PMF) was used to identify the emission sources of fine and coarse particulates in Bandung City. The data were collected using Dichotomous Sampler to collect samples which will be analyzed for its carbon and metal contents and MiniVol to collect samples which will be analyzed for its cation-anion elements.The species analyzed in this study are Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Sb, Pb, Li, Mo, Cl-, NO3-, SO4=, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+. This study took place in Dago Pakar during wet and dry season. The results show that during wet season, fine particles were contributed by Secondary Aerosol (NH4)2SO4 (14%), Secondary Aerosol NH4NO3 (12%), Volcanic Dust (6%), Soil Dust (10%), Biomass Burning (13%), Lime Dust (10%), Diesel Vehicle(17%), Motorcycle (9%), and gasoline Vehicle (9%), while coarse particles were contributed by Lime Dust (20%), Soil Dust (20%), Industry (15%), Volcanic Dust (4%), Construction Dust (15%) and Sea Spray (26%). During dry season, fine particles were contributed by Secondary Aerosol (NH4)2SO4 (25%), Diesel Engine Vehicle (12%),, Biomass Burning (16%),Gasoline Vehicle (3%), Aged Sea Salt (13%), Electroplating Industry (24%) and Motorcycle (7%), while coarse particles were contributed by Sea Spray (14%), Ferrous Industry (23%), Cement Industry (11%), Volcanic Dust (25%), Soil Dust (15%), and Aged Sea Salt (3%). Key words : Receptor Model, PMF, Emission Source
ii
LEMBAR PENGESAHAN APLIKASI MODEL POSITIVE MATRIX FACTORIZATION DALAM STUDI IDENTIFIKASI SUMBER EMISI PARTIKULAT DI KOTA BANDUNG
Oleh
Yandhinur Dwi Mauliadi NIM : 253 05 019 Program Studi Teknologi dan Manajemen Lingkungan Institut Teknologi Bandung
Menyetujui Tanggal .................................................. Pembimbing
Ir. Puji Lestari,Ph.D
iii
ACKNOWLEDGEMENT THIS RESEARCH WAS FUNDED BY SWEDISH INTERNATIONAL DEVELOPMENT COOPERATION AGENCY (SIDA) THROUGH ASIAN REGIONAL RESEARCH PROGRAM ON ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY (ARRPET) COORDINATED BY ASIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY (AIT) BANGKOK This research is part of the research project on “Improving Air Quality in Indonesia” under Dr. Puji Lestari Department of Environmental Engineering Institut Teknologi Bandung
iv
PEDOMAN PENGGUNAAN THESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
v
Dipersembahkan kepada Putie Ratih Juita
vi
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmaanirrahiim. Segala puji hanya untuk-Mu ya Allah, atas berkah dan rahmat-Mu akhirnya saya dapat menyelesaikan penelitian ini yang merupakan salah satu syarat kelulusan bagi program magister di Institut Teknologi Bandung. Penelitian ini merupakan suatu studi dalam upaya pengidentifikasian sumber pencemar partikulat dan kontribusinya terhadap polusi udara partikulat di kota Bandung. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan untuk penelitian-penelitian selanjutnya dalam rangka pengelolaan kualitas udara ambien di kota Bandung. Saya menyadari bahwa hasil penelitian ini masih memiliki beberapa kekurangan dan kelemahan. Oleh karenanya, saya berharap pembaca dapat memberikan masukan, kritik dan saran serta perbaikan agar penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan lebih baik lagi. Saya mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian ini. Tanpa bantuan pihak-pihak tersebut, sulit kiranya tugas ini dapat diselesaikan dengan segera. Ucapan terima kasih saya sampaikan kepada : 1. Ir. Puji Lestari,Ph.D selaku pembimbing thesis yang telah memberi saya banyak kesempatan untuk belajar dan mendalami dunia Receptor Modeling 2. Prof.Dr.Enri Damanhuri, Dr.Mont Kania Dewi,ST,MT dan Dr.Eng Asep Sofyan,ST,MT sebagai penguji saat sidang
yang telah bersedia
memberikan banyak masukan dan kritikan 3. Mama Yati dan Papa Dedi serta Mama Ati dan Papa Bahar atas doa dan dukungannya agar saya dapat segera menyelesaikan penelitian thesis ini. Semoga Allah selalu melindungi Mama dan Papa semua.
vii
4. Putie Ratih Juita, istriku tercinta yang tak henti-hentinya berdoa dan memberi semangat agar saya segera menyelesaikan thesis ini. Terima kasih telah selalu menemaniku mengisi hari-hari yang panjang dalam mengerjakan thesis ini dengan selalu memberikan kehangatan dan cinta. I Luv U So Much, Ibeb... 5. Teteh,Arfi,Putie dan Odra yang juga tak henti-hentinya mendoakan saya gara dapat segera menyelesaikan thesis ini. 6. Rekan-rekan penelitian, atas bantuannya dalam mengambil sampel,analisis serta pengolahan datanya. 7. Rekan-rekan S2 TL angkatan 2005, terima kasih untuk hadir pada seminar saya dan juga selalu memberi semangat dan dukungan untuk saya. 8. Staff Administrasi Departemen Teknik Lingkungan, atas bantuannya memperlancar proses studi selama saya berkuliah. 9. Dan pihak-pihak lain yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, terima kasih atas bantuannya selama ini.
Bandung, Februari 2008
Yandhinur Dwi Mauliadi
viii
DAFTAR ISI
ABSTRAK .............................................................................................................. i ABSTRACT ........................................................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii ACKNOWLEDGEMENT................................................................................... iv PEDOMAN PENGGUNAAN THESIS ............................................................... v KATA PENGANTAR......................................................................................... vii DAFTAR ISI......................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR........................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xiv Bab I Pendahuluan..............................................................................................I-1 I.1 Umum ..........................................................................................................I-1 I.2 Batasan Masalah ..........................................................................................I-2 I.3 Tujuan Penelitian .........................................................................................I-2 I.4 Ruang Lingkup Penelitian ...........................................................................I-3 I.5 Sistematika Penulisan ..................................................................................I-3 Bab II Tinjauan Pustaka .................................................................................. II-1 II.1 Umum ....................................................................................................... II-1 II.2 Model Reseptor ........................................................................................ II-3 II.2.1 Sumber Diketahui ....................................................................... II-3 II.2.2 Sumber Tidak Diketahui ............................................................. II-6 II.2.3 Unsur Penanda (Fingerprint Elements) ...................................... II-9 II.3 Hasil-hasil Penelitian Menggunakan Model reseptor ............................ II-11 II.3.1 Penelitian di Luar negeri ........................................................... II-11 II.3.2 Penelitian di Indonesia .............................................................. II-13 Bab III Metodologi Penelitian........................................................................ III-1 III.1 Umum..................................................................................................... III-2 III.2 Penentuan Lokasi Sampling................................................................... III-2 III.3 Penentuan Ukuran dan Durasi Sampling ............................................... III-3 III.4 Sampling ................................................................................................ III-4 III.4.1 Alat Sampling ............................................................................ III-4 III.4.2 Filter ........................................................................................... III-6 III.4.3 Prosedur Sampling ..................................................................... III-7 III.5 Analisis Sampel...................................................................................... III-7 III.6 Pengelolaan Data.................................................................................... III-8 III.6.1 Pengolahan Data ........................................................................ III-8 III.6.2 Positive Matrix Factorization (PMF) ......................................... III-9 III.6.3 Data Meteorologi ..................................................................... III-13
ix
Bab IV Gambaran Umum Daerah Studi .......................................................IV-1 IV.1 Umum ....................................................................................................IV-1 IV.2 Tata Guna Lahan Kota Bandung............................................................IV-1 IV.3 Kondisi Meteorologi ..............................................................................IV-2 IV.4 Profil Sumber Emisi...............................................................................IV-2 IV.4.1 Sumber Emisi Alami ..................................................................IV-5 IV.4.2 Sumber Emisi Antropogenik......................................................IV-6 Bab V Hasil dan Pembahasan.......................................................................... V-1 V.1 Konsentrasi Hasil Pengukuran ................................................................. V-1 V.1.1 Musim Hujan............................................................................... V-2 V.1.2 Musim Kemarau.......................................................................... V-4 V.2 Variasi Temporal dan Korelasi PM2.5 dengan PM10 ................................ V-6 V.3 Identifikasi Sumber Emisi di Tegalega .................................................... V-8 V.3.1 Musim Hujan............................................................................... V-8 V.3.2 Musim Kemarau........................................................................ V-17 V.4 Pengaruh Musim Terhadap Kontribusi Emisi di Tegalega .................... V-24 Bab VI Kesimpulan dan Saran .......................................................................VI-1 VI.1 Kesimpulan ............................................................................................VI-1 VI.2 Saran ......................................................................................................VI-1 DAFTAR PUSTAKA
x
DAFTAR TABEL Tabel II.1 Tabel II.2 Tabel II.3 Tabel II.4 Tabel III.1 Tabel III.2 Tabel V.1 Tabel V.2 Tabel V.3 Tabel V.4 Tabel V.5
Unsur-unsur Penanda Sumber Emisi tertentu[14] ............................ II-9 Unsur Penanda Pada Profil Sumber AIT ..................................... II-10 Unsur Penanda Sumber Transportasi di Bandung ....................... II-10 Rentang Ukuran Komposisi Kimia Partikulat Udara[29] .............. II-11 Alat Sampling yang Digunakan .................................................... III-4 Metode Analisis Sampel ............................................................... III-8 Tabel Rata-rata Massa dan Interval Massa di Tegalega................. V-2 Hasil Pengukuran Rata-rata Logam untuk Musim Hujan .............. V-3 Hasil Pengukuran Rata-rata Ion Untuk Musim Hujan ................... V-4 Hasil Pengukuran Rata-rata Logam Untuk Musim Kemarau ........ V-5 Hasil Pengukuran Rata-rata Ion Untuk Musim Kemarau .............. V-6
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Gambar II.2 Gambar III.1 Gambar III.2 Gambar III.3 Gambar III.4 Gambar III.5 Gambar III.6 Gambar III.7 Gambar IV.1 Gambar IV.2 Gambar IV.3 Gambar IV.4 Gambar IV.5 Gambar IV.6 Gambar V.1 Gambar V.2 Gambar V.3 Gambar V.4 Gambar V.5 Gambar V.6 Gambar V.7 Gambar V.8 Gambar V.9 Gambar V.10 Gambar V.11 Gambar V.12 Gambar V.13 Gambar V.14 Gambar V.15
Skema Urutan Pencemar dari Sumber ke Reseptor[16] ................ II-2 Ilustrasi Prinsip Penerapan Chemical Mass Balance (CMB)[22] . II-4 Diagram Alir Penelitian ............................................................. III-1 Peta Lokasi Sampling[19] ............................................................ III-3 Airmetrics MiniVol Sampler...................................................... III-5 Sierra Andersen Dichotomous Sampler..................................... III-6 Contoh Matrix Data Konsentrasi ............................................. III-10 Setting Model PMF .................................................................. III-10 Output Model PMF .................................................................. III-11 Peta Tata Guna Lahan Kota Bandung[34] ...................................IV-1 Data Windrose Bulanan Kota Bandung Tahun 1998 – 2003[34] ................................................................IV-3 Wind Rose Musim Hujan Kota Bandung Tahun 2006 - 2007 .....................................................................IV-4 Wind Rose Musim Kemarau Kota Bandung Tahun 2006 - 2007 .....................................................................IV-5 Peta Jawa Barat[1] .......................................................................IV-7 Pertumbuhan Jumlah Kendaraan di Kota Bandung[2] ................IV-8 Komposisi Partikulat di Tegalega pada Musim Hujan ............... V-2 Komposisi Partikulat di Tegalega pada Musim Kemarau........... V-4 Variasi Temporal Konsentrasi Partikel Halus dan Kasar............ V-6 Korelasi PM2.5 Dengan PM10 Pada Musim Kemarau ................. V-7 Korelasi PM2.5 Dengan PM10 Pada Musim Hujan ...................... V-7 Komposisi Sumber Untuk Fraksi Halus pada Musim Hujan .... V-10 Komposisi Sumber Untuk Fraksi Kasar pada Musim Hujan .... V-12 Kontribusi Sumber Emisi Fraksi Halus pada Musim Hujan..... V-14 Kontribusi Sumber Emisi Fraksi Kasar pada Musim Hujan..... V-15 Konsentrasi Measured Mass Vs. Calculated Mass Fraksi Halus pada Musim Hujan............................................... V-16 Konsentrasi Measured Mass Vs. Calculated Mass Fraksi Kasar pada Musim Hujan............................................... V-16 Komposisi Sumber Untuk Fraksi Halus pada Musim Kemarau ............................................................... V-18 Komposisi Sumber Untuk Fraksi Kasar pada Musim Kemarau ............................................................... V-21 Kontribusi Sumber Emisi Fraksi Halus pada Musim Kemarau ............................................................... V-22 Kontribusi Sumber Emisi Fraksi Kasar pada Musim Kemarau ............................................................... V-23
xii
Gambar V.16 Konsentrasi Measured Mass Vs. Calculated Mass Fraksi Halus pada Musim Kemarau.......................................... V-23 Gambar V.17 Konsentrasi Measured Mass Vs. Calculated Mass Fraksi Kasar pada Musim Kemarau.......................................... V-24 Gambar V.18 Wind Rose Tegalega Pada Musim Hujan Tahun 2006-2007 ...................................................................... V-25 Gambar V.19 Wind Rose Tegalega Pada Musim Kemarau Tahun 2006-2007 ...................................................................... V-26
xiii
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A MATRIX DATA DAN UNCERTAINTY LAMPIRAN B METODOLOGI PERHITUNGAN KONSENTRASI MASSA, SPESI KIMIA DAN NILAI UNCERTAINTY-NYA LAMPIRAN C TABEL PERHITUNGAN KONSENTRASI DAN UNCERTAINTY BLACK CARBON LAMPIRAN D MANUAL MODEL PMF LAMPIRAN E OUTPUT MODEL PMF LAMPIRAN F PROFIL SUMBER AIT
xiv
