PENENTUAN FAKTOR EMISI CO DAN HC HASIL PEMBAKARAN TERBUKA SAMPAH DOMESTIK KOTA BANDUNG

Transkripsi

1 No : 12193/1007/P/2007 PENENTUAN FAKTOR EMISI CO DAN HC HASIL PEMBAKARAN TERBUKA SAMPAH DOMESTIK KOTA BANDUNG TUGAS AKHIR Karya Tulis sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Oleh : Chandra Swesty NIM : Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

2 Lembar Pengesahan Tugas Akhir Sarjana PENENTUAN FAKTOR EMISI CO DAN HC HASIL PEMBAKARAN TERBUKA SAMPAH DOMESTIK KOTA BANDUNG Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya, baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, 25 September 2007 Penulis, Chandra Swesty NIM Bandung, 25 September 2007 Pembimbing, Drs. Moch Irsyad, MSi NIP Mengetahui, Program Studi Teknik Lingkungan, Ketua, Dr. Ir. Agus Jatnika Effendi NIP

3 ABSTRAK Berdasarkan penelitian sebelumnya, 28,84 % dari penduduk kota Bandung mengolah sampah domestik mereka dengan pembakaran secara terbuka karena kurangnya pelayanan dari PD. kebersihan. Pada pembakaran terbuka akan sulit tercipta kondisi pembakaran yang sempurna. Oleh karena itu, pembakaran tersebut akan menghasilkan gas pencemar seperti CO dan HC. Terdapat dua mekanisme timbulnya gas CO dalam pembakaran, yang pertama kurangnya turbulensi antara oksigen dan material yang akan dibakar dan yang kedua CO dapat terbentuk pada suhu pembakaran yang sangat tinggi diatas 2000 K. Sedangkan untuk HC cenderung lebih dominan terbentuk karena kurangnya temperatur pembakaran sehingga hidrokarbon komplek dari sampah tidak dapat terdegradasi dengan sempurna. Terdapat lima hal yang dapat mempengaruhi jenis pembakaran yang terjadi dalam pembakaran sampah terbuka, diantaranya yaitu temperatur pembakaran, suplai udara (oksigen) untuk pembakaran, jenis bahan yang dibakar, waktu kontak dan turbulensi. Faktor emisi merupakan suatu nilai representatif yang menunjukkan kuantitas polutan yang dibuang ke atmosfer per satuan unit penghasil emisi. Penelitian ini bertujuan untuk menghitung nilai dari faktor emisi gas CO dan HC (sebagai CH 4 ) yang dikeluarkan oleh pembakaran terbuka sampah domestik dan mengetahui hubungannya dengan komposisi sampah dan kondisi pembakaran. Sebanyak tigapuluh sampel diambil secara random di seluruh kota Bandung. Simulasi pembakaran dilakukan dengan insinerator mini, kamar tunggal, tanpa disertai alat pengendali pencemar. Besarnya konsentrasi CO dan CH 4 akan diukur dengan sebuah auto emission analyzer secara kontinu selama selang pembakaran berlangsung. Dari hasil penelitian terdapat kecenderungan besarnya emisi gas CO dan CH 4 hasil penelitian akan sebanding dengan besarnya fraksi massa organik sampah, densitas sampah, kadar air sampah dan cenderung berbanding terbalik dengan besarnya fraksi massa anorganik sampah dan tingginya temperatur pembakaran. Open Burning Test Facilities (OBTF) yang ditulis dalam dokumen AP- 42 oleh US-EPA, adalah metode yang yang digunakan utuk mengukur besarnya faktor emisi dalam penelitian ini. Dari penelitian ini didapatkan nilai dari faktor emisi per berat basah sampah yang dibakar untuk gas CO sebesar 230,81 g/kg dan HC (sebagai CH 4 ) sebesar 11,56 g/kg. Kata kunci: pembakaran terbuka sampah domestik, CO, CH 4, faktor emisi iii

4 ABSTRACT Based on the last research, about 28,84% Bandung resident treat their domestic waste by open burning, because of the less services from PD.Kebersihan. It is hard process to get complete combustion in open burning of domestic waste. Unfortunately, the incomplete combustion will cause some air pollution such as CO and HC.There are two CO forming mechanisms in combustion, first the lean mixture between oxygen and the material which is burned and the second is the forming of CO in high temperature of combustion, above 2000 K. In other hand, CH 4 can be produced because of insufficient combustion temperature, so the complex hydrocarbon of waste is not degradable as its natural habit. There are five parameters which affect combustion process; those are combustion temperature, air supply (oxygen) for the combustion, material for combustion, contact time and turbulence. Emission factor is a representative value which shows the pollutant amount which is released by source pollution unit. The purposes of this research is to calculate the amount of emission factor for CO and HC (as CH 4 ) which is produced from domestic waste open burning and to find out its correlation between waste characteristic and the combustion condition. Thirty samples were taken randomly from the Bandung City. The combustion simulation was held in mini incinerator, single chamber, without air pollution control. The amount of CO and CH 4 concentration were measured continually with auto emission analyzer during the combustion. Based on the research, the amount of CO and CH 4 emission tend equal with organic mass fraction, waste density, waste water content and tend for having inverse relations with the an organic mass fraction and combustion temperature. Open Burning Test Facilities (OBTF) method which written in AP-42 document by US-EPA, is the used method to calculate the emission factor in this research. From this research, the emission factor per wet waste mass for CO is 230,81 g/kg and HC (as CH 4 ) is 11,56 g/kg. Key words: open burning domestic waste, CO, CH 4, emission factor iv

5 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, Alhamdulillah, Alhamdulillah hirobbil alamin, segala puji atas kehadirat Allah SWT, yang senantiasa memberikan rahmat dan petunjuk-nya sehinggga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Penentuan Faktor Emisi CO dan HC Hasil Pembakaran Terbuka Sampah Domestik Kota Bandung. Dengan mengumpulkan segala doa, semangat, tenaga dan pikiran akhirnya Tugas Akhir ini dapat selesai. Penulis mengucapkan terima kasih atas segala bantuan yang telah diberikan oleh semua pihak dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, khususnya kepada: 1. Keluargaku tercinta, Bapak, Ibu, mas Bayu, mbak Oyom, Dhik Ndi, untuk doa dan kasih sayangnya. 2. Drs. Moch irsyad, MSi, selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, tanpa bimbingan dari bapak saya tidak akan dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. 3. Ir. R. Driejana, MSCE, PhD atas semua saran dan masukan yang diberikan kepada penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Priana Sudjono dan Ibu Mont. Kania Dewi, selaku dosen penguji. 5. Dr. Sukandar selaku kordinator ujian sarjana dan Dr. Benno Rahardyan selaku kordinator seminar yang telah memberikan kemudahan kepada penulis. 6. Bapak Tedy Tedjakusuma selaku dosen wali yang selalu memberikan motivasi. 7. Segenap staf dosen Program Studi Teknik Lingkungan, ITB, yang telah memberikan ilmunya kepada penulis. 8. Pak Yusep, Mbak Yona, Pak Abduh, dan seluruh staf Laboratorium Kualitas Udara. Pak Deni, Mbak Nia, Mas Wahyu dan seluruh staf Laboratorium B3 atas bantuan yang diberikan dalam melakukan penelitian di laboratorium. 9. Bu Titi, Pak Wawan, Pak Ade, Pak Asep, Pak Nana, Bu Sri, Pak Sadrah, dan seluruh pegawai di Program Studi Teknik Lingkungan, yang telah memberikan banyak bantuan kepada penulis. v

6 10. Teman setia di laboratorium, Dini. Akhirnya semuanya selesai. 11. Rofie, Wening, Citra, menjadi yang terbaik selama di TL. 12. Imla, Eka, Pritta, Adis, Aso, Arin Sipil, Nike, Dira, Nike, Orig, Anggi, Deo, Juju, Denia, yang telah membantu dalam proses pengambilan data. 13. Mbak Arti, Titi, mbak Nurul, mbak Ayu, Asty, Kak Imul, Kak Fikri, Kak Tia, Nana, Kanti, Bona, Dea, Karin, mbak Vega, mbak Desi, mbak Ntin, si gendut, dan semua penghuni Sangkuriang Q-6, membuat hidup lebih sempurna. 14. Oriental 2003, Pandu, Luthfi, Imam, Puti, Haryo, Ayam, Abe, Aie, Mel, Ratri, Ochi, Pare, Eka, Dira, Oia, Ei, Krisna, Emi, Denia, niken, Cindy, Kania, Ochi, Opik, Muti, Vidya, Bluher, Umi, Hasti, Novi, Emon, Heni, Verta, Lucky, Ricky, Ninda, Picky, Alim, Puput, Danu, Wahyu, Donal, Ana, Codet, Diah C, Diah P, Korentz, Om-Doz, Cing-cing, Tiza, Yuli, Mike, Carya, Icha, Indri, Saputra. Banyak hal yang tidak bisa terlupakan. 15. Reza, Inta, Mono, Bram, Theco, Theo, Risang, Feri, Momo, Ratih, Mas Romi, Mas Primus, kalian membuat hidup di ITB menjadi lebih berwarna. 16. Nanang, Wisnu, Puji, Hapidh A, Hapidh S, Syafiq, Andi, Fajar, Aji, Husni, Adi, alumni SMUNSA SKA Semua pihak yang telah membantu penyelesaian Tugas Akhir ini. Terimakasih. Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis menyadari masih banyak kekurangan yang terdapat didalamnya, karena adanya keterbatasan pengetahuan yang penulis miliki, akan tetapi penulis berharap penelitian ini dapat berguna bagi kepentingan ilmu pengetahuan. Bandung, September 2007 Penulis, vi

7 DAFTAR ISI Lembar Pengesahan ii Abstrak iii Abstract iv Kata Pengantar v Daftar Isi vii Daftar Gambar x Daftar Tabel xii Daftar Lampiran xiii I Pendahuluan I-1 I.1 Latar Belakang I-1 I.2 Maksud dan Tujuan I-2 I.3 Ruang Lingkup I-2 I.4 Metodologi Penelitian I-3 I.5 Sistematika Penulisan Laporan I-3 II Tinjauan Pustaka II-1 II.1 Komposisi Sampah II-1 II.2 Karakteristik sampah II-2 II.3 Teori Dasar Thermal Processing II-2 II.3.1 Pembakaran (combustion) II-2 II.3.2 Stoikiometri Pembakaran II-3 II.3.3 Kebutuhan Udara II-6 II.4 Pembakaran Terbuka (open burning) II-6 II.5 Karakterisasi Emisi II-8 II.5.1 Karbon Monoksida (CO) II-8 II Sifat dan Karakteristik II-8 vii

8 II Sumber dan Distribusi II-8 II Dampak Kesehatan II-9 II Reaksi Pembentukan II-9 II.5.2 Hidrokarbon II-11 II Sifat atau Karakteristik II-11 II Sumber dan Distribusi II-13 II Pengaruh Kesehatan II-14 II Reaksi Pembentukan Hidrokarbon II-14 II.6 Faktor Emisi II-15 II.7 InventarisasiEmisi II-19 III Metodologi Penelitian III-1 III.1 Umum III-1 III.2 Tujuan Penelitian III-1 III.3 Ruang Lingkup III-2 III.4 Studi Literatur III-3 III.5 Peralatan dan Bahan III-3 III.6 Pra Simulasi Pembakaran III-3 III.7 Pengumpulan Data Sekunder III-4 III.8 Pengambilan Data Primer III-4 III.8.1 Pengambilan Contoh Sampah III-5 III.8.2 Pelaksanaan Percobaan di laboratorium III-5 III Pengumpulan Data Karakteristik Sampah III-5 III Data Karakterisasi Pembakaran III-7 III Pengukuran Emisi III-9 III.9 Metode Analisa III-11 III.10 Kesimpulan dan Saran III-12 IV Pengolahan Data dan Pembahasan IV-1 IV.1 Pengolahan Data IV-1 viii

9 IV.1.1 Pengolahan Data Karakterisasi Sampah IV-1 IV.1.2 Pengolahan Data Perhitungan Faktor Emisi Pembakaran IV-2 IV.1.3 Pengolahan Data Karakterisasi Pembakaran IV-5 IV Pengolahan Data Kadar Air Pembakaran IV-5 IV Pengolahan Data Temperatur Pembakaran IV-6 IV.2 Pembahasan IV-7 IV.2.1 Umum IV-7 IV.2.2 Analisa Karakterisasi Sampah IV-7 IV.2.3 Analisa Besarnya Konsentrasi Emisi Gas CO dan CH 4 hasil IV-11 Pembakaran Sampah Terbuka IV Hubungan antara Fraksi Massa Organik Sampah IV-13 dengan Konsentrasi CO dan CH 4 IV Hubungan antara Konsentrasi Fraksi Massa Anorganik dengan Konsentrasi CO dan CH 4 IV Hubungan antara konsentrasi Kadar Air Sampah dengan Konsentrasi CO dan CH 4 IV Hubungan antara Densitas Sampah dengan Konsentrasi CO dan CH 4 IV Hubungan antara Temperatur Aktual Pembakaran IV-15 IV-17 IV-19 IV-21 Konsentrasi dengan CO dan CH 4 IV Hubungan antara Konsentrasi CO dan Kadar Air IV-23 Pembakaran IV.2.4 Analisa Hubungan Fluktuasi Konsentrasi CO dan CH 4 IV-26 Dalam Selang Waktu Pembakaran IV.2.5 Analisa Faktor Emisi CO dan CH 4 IV-29 V Kesimpulan dan Saran V-1 V.1 Kesimpulan V-1 V.2 Saran V-2 Daftar Pustaka xiv LAMPIRAN ix

10 x

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Pembakaran Sampah di Udara Terbuka II-6 Gambar 2.2 Skematik Pembentukan Karbon Monoksida Dalam Pembakaran II-10 Gambar 2.3 Skematik Bentuk-Bentuk Hidrokarbon II-12 Gambar 2.4 Simulasi Pembakaran Sampah dalam Barrels II-15 Gambar 3.1 Alur Penelitian III-2 Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Komposisi dan Kadar Air Sampah IV-8 Gambar 4.2 Fluktuasi Fraksi Massa Organik dan kadar Air Sampah IV-9 Gambar 4.3 Grafik Rerata Perbandingan Densitas Sampah Domestik IV-10 Gambar 4.4 Hubungan antara Konsentrasi CO dan Konsentrasi CH 4 IV-12 Gambar 4.5 Hubungan Antara Fraksi Massa Organik dan Konsentrasi CO IV-13 Gambar 4.6 Hubungan Antara Fraksi Massa Organik dan Konsentrasi CH 4 IV-14 Gambar 4.7 Hubungan Antara Fraksi Massa Anorganik dan Konsentrasi CO IV-15 Gambar 4.8 Hubungan Antara Fraksi Massa Anorganik dan Konsentrasi CH 4 IV-16 Gambar 4.9 Hubungan Antara Kadar Air Sampah dan Konsentrasi CO IV-17 Gambar 4.10 Hubungan Antara Kadar Air Sampah dan Konsentrasi CH 4 Gambar 4.11 Hubungan Antara Densitas Sampah dan Konsentrasi CO Gambar 4.12 Hubungan Antara Densitas Sampah dan Konsentrasi CH 4 Gambar 4.13 Hubungan Temperatur Aktual Pembakaran dan Konsentrasi CO Gambar 4.14 Hubungan Temperatur Aktual Pembakaran dan Konsentrasi CH 4 Gambar 4.15 Hubungan Antara Kadar Air Pembakaran dan Konsentrasi CO Gambar 4.16 Hubungan Antara Kadar Air Pembakaran dan Konsentrasi CH 4 Gambar 4.17 Fluktuasi Konsentrasi CO terhadap Waktu Pembakaran Gambar 4.18 Fluktuasi Konsentrasi CH 4 terhadap Waktu Pembakaran IV-18 IV-19 IV-20 IV-21 IV-22 IV-24 IV-25 IV-26 IV-27 x

12 Gambar 4.19 Perbandingan Faktor Emisi CO dan Konsentrasi CO Gambar 4.20 Perbandingan Faktor Emisi CH 4 dan Konsentrasi CH 4 Gambar 4.21 Perbandingan Faktor Emisi CO dan CH 4 Gambar 4.22 Perbedaan Komposisi sampah Domestik di USA dan Bandung IV-29 IV-30 IV-31 IV-33 xi

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Substansi Dalam Pembakaran II-3 Tabel 2.2 Konstanta Equilibrium untuk CO - CO 2 II-11 Tabel 2.3 Komposisi Standar Hidrokarbon C1-C5 II-12 Tabel 2.4 Faktor Emisi Pembakaran Sampah Domestik II-17 Tabel 4.1 Komposisi, Kadar Air, Densitas dan Timbulan Sampah Domestik Tingkat Sosial Ekonomi Atas IV-1 Tabel 4.2 Komposisi, Kadar Air, Densitas dan Timbulan Sampah Domestik Tingkat Sosial Ekonomi Menengah IV-2 Tabel 4.3 Komposisi, Kadar Air, Densitas dan Timbulan Sampah Domestik Tingkat Sosial Ekonomi Bawah IV-2 Tabel 4.4 Nilai Faktor Emisi CO dan CH 4 Pembakaran Sampah Domestik Tingkat Sosial Ekonomi Atas IV-3 Tabel 4.5 Nilai Faktor Emisi CO dan CH 4 Pembakaran Sampah Domestik Tingkat Sosial Ekonomi Menengah IV-3 Tabel 4.6 Nilai Faktor Emisi CO dan CH 4 Pembakaran Sampah Domestik Domestik Tingkat Sosial Ekonomi Bawah IV-4 Tabel 4.7 Rekapitulasi Kadar Air Pembakaran Sampah Domestik IV-6 Tabel 4.8 Rekapitulasi Temperatur Rerata Pembakaran IV-6 xii

14 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E Data Hasil Pengukuran Tanggal dan Daerah Pengambilan Sampel Sampah Contoh Perhitungan Data Hasil Analisa Statistik Non-Parametrik Spearman s rho Dokumentasi xiii