BAB III METODOLOGI PENELITIAN
III.1 Umum Bab ini berisi tentang metodologi yang akan dilakukan selama penelitian, di dalamnya berisi mengenai cara-cara pengumpulan data (data primer maupun sekunder), urutan kegiatan selama penelitian, perhitungan nilai faktor emisi berdasarkan hasil pengukuran emisi, serta metode analisa hasil penelitian yang akan dipakai. Penelitian ini dilakukan untuk menindaklanjuti penelitian mengenai cara pengelolaan sampah yang dilakukan oleh masyarakat kota Bandung dengan cara pembakaran terbuka. Studi dikhususkan untuk penentuan faktor emisi pembakaran sampah secara terbuka di wilayah Bandung. Penelitian dilakukan pada tanggal 7 Juni sampai dengan 29 Juli 2007. Media simulasi pembakaran dilakukan pada insinerator mini single chamber, tanpa alat alat pengendali pencemar dan dilengkapi dengan suplai udara secara konstan berlebih sesuai dengan kondisi sebenarnya. Pengukuran emisi menggunakan auto emission analyzer secara kontinu selama selang waktu pembakaran. Waktu pembakaran disesuaikan hingga sampah habis terbakar. Diagram alir penelitian akan disajikan dalam Gambar 3.1
III.2 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini diantaranya adalah : 1. Menentukan nilai (melakukan perhitungan) dari faktor emisi CO dan CH4 hasil pembakaran terbuka sampah domestik wilayah Bandung untuk tingkat sosial ekonomi atas, menengah dan bawah. 2. Menganalisa hubungan antara nilai konsentrasi emisi yang didapat dengan karakteristik sampah dan kondisi saat pembakaran.
III-1
Gambar 3.1 Alur Penelitian
III.3 Ruang Lingkup Penelitian dilakukan terhadap besarnya emisi berupa gas karbon monoksida (CO) dan hidrokarbon (sebagai CH4) yang dikeluarkan oleh pembakaran terbuka sampah domestik di wilayah Bandung. Dari nilai emisi yang dikeluarkan tersebut, dapat dihitung nilai dari faktor emisi CO dan CH4 dari pembakaran terbuka sampah di
III-2
wilayah kota Bandung. Penelitian juga mencakup karakterisasi sampah sebagai obyek pembakaran. Hal lain yang dilakukan selama penelitian adalah mengetahui karakterisasi pembakaran yang terjadi selama percobaan berlangsung.
III.4 Studi Literatur Studi literatur dilakukan dengan membaca buku referensi, jurnal penelitian, laporan penelitian, serta informasi dari internet yang relevan dengan penelitian. Fungsi dari studi literatur ini adalah untuk dijadikan rujukan dalam memahami penelitian, membantu memilih metode yang akan digunakan serta membantu dalam pembuatan analisa hasil penelitian
III.5 Peralatan dan Bahan Peralatan dan bahan yang digunakan selama selama penelitian diantaranya adalah: Peralatan 1.
Bahan
Riken Auto Emission Analyzer model
1.
Silika gel
RI-503AD/RI-503A 2.
Insinerator mini single chamber
2.
Minyak tanah
3.
Termometer ruang
3.
Sampah domestik
4.
Sampling box
4.
Batu baterei
5.
Timbangan mekanik dan pegas
5.
Trashbag
6.
Cawan penguap
7.
Impinger
8..
Pompa
9.
Rotameter (flowmeter)
10. Oxigen analyzer
III.6 Pra Simulasi Pembakaran Untuk mengetahui kondisi sebenarnya pembakaran sampah secara terbuka, maka sebelum melakukan pembakaran di laboratorium dilakukan terlebih dahulu simulasi percobaan pembakaran di lapangan. Hal tersebut dimaksudkan agar pembakaran yang dilakukan dilaboratorium mendekati kondisi pembakaran di sampah
III-3
di udara terbuka. Data yang dapat terukur saat simulasi dengan adalah temperatur rerata pembakaran. Temperatur yang terukur pada pembakaran sampah di udara terbuka saat simulasi berkisar antara 100-500°C. III.7 Pengumpulan Data Sekunder Data sekunder didapatkan dari laporan tesis I Made Wahyu Widyarsana, yang berjudul Internalisasi Eksternalitas Dalam Penanganan Sampah kota Bandung, tahun 2006. Pengumpulan data sekunder dibatasi pada daerah domestik di wilayah Bandung. Data sekunder yang diambil diantaranya data ritasi rerata pembakaran sampah di kota Bandung yaitu 0.63 kali per minggu. Jenis sampel terbagi menjadi tiga kategori yaitu sampel dari kategori sosial ekonomi rendah, sosial ekonomi menengah dan sosial ekonomi atas. Data sekunder lain adalah data dari alat yang digunakan dalam percobaan di laboratorium yaitu dengan insinerator mini skala laboratorium dan auto emission analyzer. Spesifikasi dari
insinerator sebagai media pembakaran adalah sebagai
berikut: 1. Debit udara konstan 4,5 m3/min 2. Volume ruang insinerator : 0.11775 m3. 3. Temperatur maksimum : 1200 °C 4. Ukuran : 0,5 φ x 0.6 H 5. Tanpa dipasang alat pengendali pencemar. Sedangkan untuk auto emission analyzer data yang diambil diantaranya spesifikasi alat meliputi, prinsip alat, cara kerja dan parameter yang dibaca beserta rentang pengukurannya. Data auto emission analyzer secara lengkap akan dijelaskan dalam pengukuran emisi.
III.8 Pengambilan Data Primer Pengumpulan data primer dilakukan dengan pengambilan contoh sampah dan pelaksanaan percobaan di laboratorium.
III-4
III.8.1 Pengambilan Contoh Sampah Pengambilan contoh sampah dilakukan acak (random) sesuai dengan tingkat sosial ekonomi
yang telah ditentukan sebelumnya (atas, menengah, rendah) di
wilayah kota Bandung. Cara pengambilannya dengan memberikan trashbag sampah kepada pemilik sosial ekonomi, kemudian trashbag sampah tersebut diambil satu hari setelahnya. Sampah yang diambil dipastikan hanya berisi sampah untuk satu hari. Sampah yang diambil tidak dibedakan antara organik dan anorganik (dicampur). Pada pengambilan sampel sampah didapatkan juga data jumlah penghuni tiap sosial ekonomi. Data jumlah penghuni tersebut digunakan untuk mengukur besarnya timbulan sampah tiap orang per hari. Jumlah contoh sampah yang diambil adalah sepuluh sampel sampah untuk tiap kategori. Jumlah total contoh sampah yang diambil berjumlah tigapuluh sampel.
III.8.2 Pelaksanaan Percobaan di laboratorium III.8.2.1 Pengumpulan Data Karakteristik Sampah a. Komposisi Sampah Data mengenai komposisi sampah dikumpulkan dan disusun berdasarkan komposisi dasar penyusun sampah tersebut. Komposisi sampah dibedakan menjadi komposisi sampah organik dan anorganik. Komposisi sampah dinyatakan dalam nilai persen berat sesuai dengan persamaan 3.1. % massa organik =
Berat komponen organik (kg) x 100% Berat total sampah
(3.1)
Komposisi organik sampah meliputi sampah sisa makanan dan sampah dari halaman sedangkan sampah anorganik meliputi kertas, plastik, kain, botol, dan lain-lain. Data komposisi sampah ini mencakup juga berat dan volume masing-masing komponen (organik dan anorganik), berat total dan volume total sampah. Pengukuran berat total sampah menggunakan timbangan pegas dengan maksimal pengukuran 5 kg, sedangkan untuk menghitung volume sampah digunakan sampling box dengan ukuran (35 x 35 x 40) cm3.
III-5
Setiap sampah yang berasal dari sumber yang berbeda akan mempunyai komposisi yang berbeda-beda pula. Komposisi rata-rata sampah dari tiap jenis sosial ekonomi akan dilihat kecenderungannya.
b. Densitas Sampah Data mengenai densitas sampah diperlukan untuk mengetahui tingkat dari kerapatan sampah tersebut. Densitas sampah akan mempengaruhi tingkat dari emisi gas hasil pengukuran. Densitas sampah tersebut merupakan hasil perbandingan antara massa total sampah dengan volume total sampah yang dihasilkan. Densitas sampah yang didapat adalah densitas sampah basah (as received). Nilai dari densitas sampah dapat mempengaruhi pembakaran yang terjadi. Pengukuran densitas sampah berdasarkan SNI 19-3964-1995 tentang Metode Pengambilan dan Pengukuran Contoh Timbulan dan Komposisi Sampah Perkotaan. Persamaan yang digunakan dalam penentuan densitas sampah adalah : Densitas sampah (kg/l) =
massa total (kg) volume total (l)
(3.2)
c. Kadar Air Sampah Kadar air dalam sampah lebih dikenal dengan istilah humiditas. Prinsip pengukuran yang dilakukan adalah sampah dipanaskan pada temperatur 105°C agar semua air yang terkandung didalamnya dapat menguap. Data mengenai kadar air yang terkandung dalam sampah yang akan dibakar akan berguna dalam analisa, karena tingkat emisi dari setiap pembakaran akan dipengaruhi oleh kondisi dari sampah yang akan dibakar. Sedangkan kadar air sampah dalam pembakaran bergantung pada komposisi sampel sampah. Besarnya kadar air dalam sampah dapat dihitung dengan persamaan : % kadar air =
Berat cawan isi (a) - Berat cawan isi (b) x 100% Berat cawan isi (a) - Berat cawan kosong
Dimana : Cawan a : berat cawan ditambah berat sampah basah
III-6
(3.3)
Cawan b : berat cawan ditambah sampah setelah di oven 105°C
III.8.2.2 Data Karakterisasi Pembakaran a. Data Kadar air Pembakaran Pengukuran kadar air selama pembakaran pada dasarnya merupakan suatu cara untuk mengekstrak jumlah uap air yang ada selama pembakaran dengan flowrate yang konstan. Kelembaban selama pembakaran diambil secara volumetri atau gravitasi. Kadar air dalam pembakaran dinyatakan dalam berat H2O. Dalam perhitungan kadar air ini digunakan impinger yang berisi silika gel dan dipasang secara triplo. Impinger dihubungkan dengan flowmeter dan pompa dengan flowrate sebesar 0.5557 l/min. Susunan alat adalah sebagai berikut. Stack (inlet)
flowmeter (0.56 lpm)
Impinger (triplo)
Pompa (sedot)
Kadar air selama pembakaran merupakan hasil pembagian antara massa air yang diserap oleh impinger dengan volume udara yang diserap oleh pompa, yang selanjutnya dikonversi dengan massa air yang ada di insinerator dengan perbandingan udara yang ada di insinerator. Konsentrasi air yang diserap oleh impinger dapat dihitung dengan rumus : (M air impinger / Vudara pompa) = (mf – mi) g / (q x t) m3
(3.4)
Dimana : mf : massa akhir impiger (g) mi : massa awal impiger (g) q : debit sedot pompa (0.5557 l/min) t
: waktu pembakaran (min)
Sedangkan volume udara yang mengalir di insinerator dapat dihitung dengan rumus: Vudara insinerator = Q (m3/min) x waktu pembakaran (min)
(3.5)
Perbandingan antara kadar air pembakaran yang diukur oleh impinger dengan kadar air pembakaran keseluruhan adalah : Mair impinger / Vudara impinger = Mair insinerator / Vudara insinerator
III-7
(3.6)
Dari persamaan diatas maka didapatkan massa air yang ada dalam pembakaran di insinerator.
b. Data Temperatur Pembakaran Pada percobaan ini temperatur pembakaran awal akan disesuaikan dengan kondisi pembakaran di lapangan.
Besarnya temperatur dalam pembakaran selalu
diukur, karena data mengenai temperatur pembakaran akan berhubungan dengan konsentrasi dari emisi gas buang yang akan dihasilkan. Temperatur pembakaran yang diukur mencakup temperatur pembakaran dalam insinerator dan temperatur gas dalam cerobong. Data temperatur dalam insinerator didapat dari pembacaan alat dalam insinerator, sedangkan temperatur gas dalam cerobong menggunakan termometer ruang dengan sensor infrared. Akan tetapi untuk keperluan analisa yang digunakan adalah temperatur pembakaran yang terukur di insinerator. Pengukuran temperatur digunakan untuk mengetahui kecenderungan (trend) fluktuasi temperatur selama pembakaran berlangsung. Pencatatan temperatur pembakaran dilakukan secara kontinu untuk selang waktu setiap 2 menit selama pembakaran berlangsung.
c. Data Waktu Pembakaran Lama waktu pembakaran pun diperlukan untuk pengukuran nilai dari faktor emisi dari setiap pembakaran. Waktu pembakaran diukur dari awal pembakaran hingga selesai. Pengertian selesai disini adalah sampai sampah habis (sudah tidak dapat terbakar lagi). Lamanya waktu pembakaran bergantung pada komposisi sampah yang dibakar. Pengukuran durasi pembakaran menggunakan stopwacth.
d. Kadar Oksigen Besarnya kadar air dalam oksigen dihitung secara kontinu setiap 2 menit selama selang waktu pembakaran dengan oxigen analyzer. Kadar oksigen dinyatakan dalam persen volume. Pengukuran konsentrasi oksigen ini dilakukan hanya untuk memastikan bahwa dalam udara selalu terdapat oksigen 21 %, akan tetapi pada zona pembakaran akan kadang terjadi fluktuasi besarnya konsentrasi oksigen karena terpakai dalam proses pembakaran.
III-8
III.8.2.3 Pengukuran Emisi a. Pemilihan Parameter Parameter yang akan diperiksa dalam pengukuran emisi kali ini didasarkan pada perkiraan pencemar yang terbentuk pada pembakaran sampah yang tidak sempurna. Parameter emisi utama yang akan diukur dalam penelitian ini adalah CO dan HC (dinyatakan dalam CH4) , karena gas-gas tersebut merupakan gas-gas yang dihasilkan dalam setiap pembakaran yang berlangsung tidak sempurna. Khususnya untuk pembakaran sampah secara terbuka, kondisi pembakaran sempurna akan sulit untuk diciptakan. Kedua parameter tersebut dipilih pula karena komponen utama dari sampah adalah unsur C dan H. Oleh karena itu, ada kemungkinan besar jika tidak terbakar dengan sempurna maka konsentrasi dari kedua gas tersebut akan besar pada aliran gas buang. Besarnya konsentrasi yang terukur pada CO dinyatakan dalam %, sedangkan pada CH4 dinyatakan dalam ppm, yang terlebih dahulu harus dikonversi menjadi mg/m3 untuk mempermudah perhitungan faktor emisi. Persamaan yang digunakan untuk mengkonversi % menjadi mg/m3 adalah : mg/m3 =
% x Berat Molekul x 104 24,5
(3.7)
Sedangkan untuk ppm menjadi mg/ m3, digunakan persamaan : mg/m3 =
ppm x Berat Molekul 24,5
(3.8)
b. Metode Sampling Metode pengambilan sampel udara dilakukan berdasarkan jenis pencemar (debu atau gas), lokasi (emisi atau ambien) dan sampel berdasarkan waktu (kontinu, integrated grab sampling, intermittent sampling, atau kombinasi dari ketiga jenis sampling tersebut). Letak dari titik sampling yang diambil adalah satu titik kira-kira di tengah diameter cerobong. Titik di tengah diameter cerobong tersebut diambil karena di titik tersebut dianggap sebagai titik yang dapat mewakili secara representatif flowrate
III-9
udara yang mengalir selama pembakaran dan titik tersebut dianggap paling stabil karena letaknya cukup jauh dari dinding cerobong. Selain hal tersebut, posisi dari probe sampling pun harus tetap dari awal hingga akhir pengukuran selama pengumpulan data emisi berlangsung. Hal tersebut dimaksudkan agar hasil emisi yang terukur konstan atau representatif. Metode sampling yang digunakan pada penelitian ini adalah pengambilan sampel emisi continue di satu titik samping, setiap 2 menit selang waktu pembakaran selama pembakaran berlangsung.
c. Pemilihan Peralatan Pada sampling gas dalam penelitian ini untuk mengukur konsentrasi gas CO dan CH4 digunakan alat auto emission analyzer. NDIR adalah sebuah metode yang menggunakan absorpsi gabungan dari energi infrared pada hampir seluruh spektrum senyawa, menghasilkan konsentrasi hasil pengukuran campuran gas secara kuantitatif. Teknik penentuannya adalah perbedaan energi yang diabsorbsi pada panjang gelombang tertentu antara sampel gas yang mengandung senyawa tertentu dengan penunjukan sampel tertutup yang mengandung infrared yang tembus cahaya. Diasumsikan bahwa perbedaan energi yang diabsorbsi sama dengan konsentrasi senyawa pada sampel udara. Sensitivitas teknik NDIR ditentukan berdasarkan bunyi elektrik dan optik, ditambah lagi dengan karakteristik dan performasi komponen pemroses sinyal. Alat auto emission analyzer tersebut mempunyai rentang pengukuran yang berbeda-beda untuk tiap jenis parameter yang akan diukur. Spesifikasi rentang dari auto emission analyzer diantaranya adalah : a. CO (Karbon monoksida) : Ketika terjadi pembakaran sempurna maka konsentrasi CO akan 0 %. Range pengukuran dari alat ini untuk gas CO adalah 0 – 10,00 % volume. b. HC (dinyatakan dalam CH4) : Range pengukuran antara 0-10.000 ppm.
III-10
d. Metode Pencatatan Terdapat beberapa jenis metode pencatatan data yang tersedia seperti : •
Recorder tampilan grafis
•
Scanning analog atau digital electronic data loggers
•
Pencatatan data secara manual
Pada penelitan ini data emisi CO dan CH4 dicatat secara manual.
e. Penentuan Faktor Emisi Perhitungan rata-rata nilai dari faktor emisi dilakukan dengan metode OBTF (Open Burning Test facilities) berdasarkan dokumen EPA dengan judul US-EPA Open Burning of Household in Barrels. Persamaan yang digunakan dalam perhitungan faktor emisi dalam penelitian ini adalah :
FE=
Csampel x Qinsinerator x t
(3.9)
msampah
Dimana : FE
: faktor emisi (g/kg sampah)
Csampel
: konsentrasi pencemar dalam sampel sampah (mg/m3) 3
Qinsinerator : debit udara yang mengalir di insinerator (4,5 m /min) t
: waktu pembakaran (menit)
Msampah
: massa sampah yang dibakar (kg). Dari keseluruhan faktor emisi yang diperoleh, maka nilai dari faktor emisi
yang diukur dibagi menjadi tiga nilai sesuai dengan tingkat ekonomi (atas, menengah, bawah) yang kemudian dirata-ratakan menjadi nilai faktor emisi dari pembakaran sampah di wilayah Bandung.
III.9 Metode Pengolahan Data dan Analisa
Pengolahan data dan analisis dilakukan dengan Microsoft Excel dalam bentuk grafik dan tabel dan analisa statistik dengan SPSS.13. Analisa dilakukan dengan membandingkan perhitungan faktor emisi berdasarkan hasil pengukuran emisi dengan literatur yang ada. Analisa lain yang dilakukan adalah korelasi hasil pengukuran emisi
III-11
terhadap tigapuluh sampel dengan variasi karakteristik sampah dan kondisi pembakaran dengan menggunakan analisa statistika SPSS.13 dengan metode analisa non-parametrik Spearman’s rho. Analisa ini statistik ini digunakan untuk data yang terdistribusi tidak normal. Hipotesa nol yang digunakan dalam analisa ini adalah kedua parameter yang dibandingkan tidak mempunyai korelasi. Analisa korelasi dilakukan dengan menggabungkan ketigapuluh data menjadi satu untuk melihat kecenderungan hubungan yang terjadi.
III.10 Kesimpulan dan Saran
Penulisan kesimpulan dan saran pada penelitian ini didasarkan pada hasil penelitian yang didapat.
III-12
