BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1. Air
Air merupakan salah satu sumber daya alam yang memiliki banyak fungsi dan manfaat bagi kehidupan manusia dan makhluk hidup yang berada di air serta untuk memajukan kesejahteraan umum dan merupakan modal dasar dalam pembangunan. Air juga merupakan salah satu senyawa kimia yang ketersediannya berlimpah akan tetapi ketersedian air yang memenuhi syarat bagi keperluan manusia dan lingkungan relatif sedikit karena dibatasi oleh berbagai faktor (Suyasa, W. B., 2015). Pengelolaan kualitas air sangat penting untuk diawasi terutama terhadap zat-zat berbahaya terutama oleh limbah. Pemantauan kualitas air merupakan salah satu langkah awal yang diperlukan dalam perkembangan dan pengelolaan sumber daya air. Pemantauan kualitas air merupakan subjek yang kompleks yang melibatkan kimia padat, hidrologi dan karakteristik biologi air (Bhawan, 2007).
2.2. Limbah
perusahaan-perusahaan yang bergerak pada bidang pertambangan. Sumber daya alam yang partikel-partikelnya tidak mampu diuraikan disebut dengan limbah anorganik (Zulkarnain, 2015).
2.3. Baku Mutu
Baku mutu air merupakan ukuran batas atau kadar makhluk hidup, zat, energi, atau komponen yang ada atau harus ada. Mutu air merupakan kondisi kualitas air yang diukur berdasarkan parameter-parameter tertentu. Dengan membandingkan kondisi mutu air dengan baku mutu air maka dapat diketahui status mutu air. Baku mutu air ditujuhkan untuk mengendalikan tingkat pencemaran suatu air yang dimana disebabkan oleh masuknya atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi atau komponen-komponen lain sehingga mengakibatkan kualitas air menurun hingga tidak layak untuk digunakan pada tingkatan tertentu. Baku mutu air limbah merupakan batas atau kadar unsur pencemar yang terkandung didalamnya yang akan dibuang atau dilepaskan ke dalam perairan atau sumber air (PP. Nomor 82 tahun 2001).
Tabel 2.1. Klasifikasi Nilai Skor Parameter-Parameter Kualitas Air (Peraturan Direktur Jenderal RLPS tentang monitoring dan evaluasi daerah aliran sungai,
2009).
No Parameter Kualitas Air Nilai Kelas
A Fisik:
1. Warna - Jernih/tidak berwarna
- Agak berwarna/tidak bau 3. Turbidity atau kekeruhan
(NTU) 2. DHL atau Konduktivitas
Tabel 2.1. Klasifikasi Nilai Skor Parameter-Parameter Kualitas Air (Peraturan Direktur Jenderal RLPS tentang monitoring dan evaluasi daerah aliran sungai,
2009).
No Parameter Kualitas Air Nilai Kelas
3. Nitrat sbg N (mg/l) - ≤ 10
2.4. Perangkat Keras (Hardware) 2.4.1. Sensor derajat keasaman (pH)
Potensial elektrokimia yang terjadi antara larutan didalam glass electrode dengan larutan glass electrode menjadi dasar dari pengukuran pH. Lapisan tipis dari gelembung kaca akan berinteraksi dengan ion hidrogen yang ukurannya relatif kecil dan aktif. Potensial elektrokimia ion hidrogen yang terjadi akan diukur oleh glass electrode dan akan dibandingkan dengan sebuah reference electrode (Zulkarnain, 2015).
Pengukuran tegangan sensor terhadap kadar larutan pH memiliki nilai tegangan positif untuk pH diatas 7, untuk nilai pH dibawah 7 memiliki nilai tegangan negatif dan untuk nilai pH 7 atau netral memiliki nilai tegangan mendekati 0 (Mahendra, S., & Heriyanto. 2014). Istilah pH berasal dari “p” yang merupakan lambang matematika dari negatif logaritma, dan “H” merupakan lambang kimia untuk
unsur kimia. Untuk bentuk persamaan pH dapat dinyatakan sebagai berikut “pH = -
Gambar 2.1. Sensor pH (Libelium, 2014) Berikut adalah spesifikasi sensor pH yang digunakan : - Jangkauan pengukuran : 0 ~ 14pH - Suhu pada saat penggunaan : 0 ~ 80oC
- Waktu respon : <1 Menit
- Akurasi pembacaan : Hingga 0.01 (dengan kalibrasi)
- Gangguan : <0.5 mV
2.4.2. Sensor suhu
Sensor PT1000 merupakan sensor suhu yang bertindak sebagai referensi suhu termokopel cold-junction. Sensor PT1000 terdiri dari lapisan platinum thermo-resistors tipis yang tertanam ke dalam substrat aluminia (Sebastian, E., 2010). Suhu merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi perubahan nilai pH, konduktivitas dan oksigen terlarut.
Gambar 2.2. Sensor Suhu (Libelium, 2014) Berikut adalah spesifikasi sensor suhu yang digunakan: - Jangkauan pengukuran : 0 ~ 100oC
- Ketepatan : DIN EN 60751
- Diameter : 6mm
2.4.3. Sensor konduktivitas
Konduktivitas atau disebut juga dengan daya hantar listrik (DHL) merupakan kemampuan suatu larutan dalam menghantarkan arus listrik. Besar kecilnya kemampuan suatu larutan dalam menghantarkan arus listrik ditentukan oleh keberadaan ion, total konsentrasi ion, valensi konsentrasi relatif ion dan suhu larutan pada saat diuji (Suyasa, W. B., 2015).
Nilai konduktivitas yang baik jika suatu larutan atau perairan lebih kecil dari 500 µmhos/cm sedangkan nilai konduktivitas yang buruk jika suatu larutan atau perairan lebih besar dari 2000 µmhos/cm (Peraturan Direktur Jenderal RLPS tentang monitoring dan evaluasi daerah aliran sungai, 2009).
Untuk mengukur nilai konduktivitas suatu larutan digunakan formula sebagai berikut:
Dengan ketentuan sebegai berikut: - σ : Konduktivitas (S atau mho) - Ksel :Konstanta sel (cm-1)
- R : Resistansi terukur (ohm)
- α : Faktor kompensasi temperatur dalam persen perubahan oC - T : Temperatur terukur dalam oC
Konduktivitas dapat dinyatakan dalam satuan µS/cm atau mS/cm dimana 1 mS/cm = 1000 µS/cm atau 1000 mmhos/cm (Ginting, R. P., 2017).
Gambar 2.3. Sensor Konduktivitas (Libelium, 2014) Berikut adalah spesifikasi sensor konduktivitas yang digunakan: - Tipe sensor : Dua elektroda
- Bahan elektroda : Platinum 1
1 + ( α ) . ( T – 25 ) R
- Konstanta sel konduktivitas : 1 ± 0.2 cm-1 2.4.4. Sensor oksigen terlarut
Sensor oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) yang digunakan ini mempunyai sel galvanik yang memberikan nilai keluaran berupa tegangan yang sebanding dengan pengukuran konsentrasi oksigen terlarut dalam larutan. Nilai keluaran dari sensor ini lalu diperkuat untuk mendapatkan resolusi yang lebih baik dan diukur dengan konversi analog digital yang terdapat pada Smart Water Board (Libelium, 2014). Oksigen terlarut merupakan gas oksigen yang terlarut atau terdapat di perairan dalam bentuk molekul oksigen yang biasanya dinyatakan dalam satuan mg/l (ppm). Jumlah oksigen terlarut dalam air dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya suhu air, bakteri, limbah dan lain sebagainya. Berkurangnya kadar oksigen terlarut berdampak terhadap tumbuh dan berkembangnya bakteri anaerob (Darsono, 1992).
Oksigen dapat larut dalam air dan tidak bereaksi dengan air secara kimiawi. Kelarutan oksigen dalam air dipengaruhi oleh suhu dan tekanan atmosfer (Suyasa, W. B., 2015). Kadar oksigen terlarut atau Dissolved Oxygen dapat digolongkan dalam beberapa penilaian diantaranya jika kadar oksigen ≥ 100% dapat dikatakan sangat baik, kadar oksigen yang berkisar antara 90 – 100 % dapat dikatakan baik, kadar oksigen yang berkisar antara 80 – 89 % dapat dikatakan memadai, kadar oksigen yang berkisar antara 60 – 79 % dapat dikatakan masih bisa diterima dan kadar oksigen yang buruk jika memiliki nilai dibawah 60% (Water Quality With Calculators, 2006).
Gambar 2.4. Sensor Oksigen Terlarut (Libelium, 2014) Berikut adalah spesifikasi sensor oksigen terlarut yang digunakan:
- Tipe sensor : Sell Galvanik
- Jangkauan sensor : 0 ~ 20mg/L
- Ketepatan : ±2%
- Batas maksimal suhu : 50oC
2.4.5. Waspmote main board
Waspmote Main Board merupakan papan utama dimana digunakan untuk menanamkan program dan mengambil data dari sensor. Waspmote Main Board ini kemudian akan disatukan dengan Smart Water Board. Waspmote berfungsi untuk mengambil data dari lingkungan yang sesuai dengan penggunaan sensor dan modul (Fadli, F., 2016).
Gambar 2.5. Waspmote Main Board (Libelium, 2014) Berikut adalah beberapa karakteristik umum Waspmote Main Board: - Microcontroller : ATmega1281
- Frequency : 14.74 MHz - SRAM : 8 kB - EEPROM : 4 kB - FLASH : 128 kB - SD card : 2 GB - Weight : 20 g
2.4.6. Smart water board
Smart Water Board merupakan papan yang dirancang untuk membantu pengukuran parameter kimia yang paling penting yang memungkinkan dilakukannya pemantauan jarak jauh yang meliputi pengawasan terhadap kontaminasi dilingkungan yang berbeda seperti sungai, danau, kolam ikan dan lain sebagainya. Beberapa parameter yang digunakan dalam hal ini berupa sensor pH, conductivity, dissolved oxygen dan temperature (Libelium, 2014).
Gambar 2.6. Smart Water Board (Libelium, 2014) Berikut adalah spesifikasi Smart Water Board yang digunakan:
- Berat : 20gr
- Ukuran : 73.5mm x 1.3mm
- Jangkauan Suhu : [-20oC, 65oC] 2.4.7. Waspmote 3G module
Waspmote 3G Module merupakan modul komunikasi yang mendukung jaringan 3G yang dalam hal ini digunakan untuk pengiriman data sensor dari Waspmote Main Board menuju server yang dapat dilakukan dengan method get ataupun pos (Nasution, A. B. A., 2016).
2.5. Wireless Sensor Network (WSN) 2.5.1. Definisi wireless sensor network
Wireless Sensor Network adalah sebuah jaringan komunikasi yang menghubungkan sensor node dengan data node yang bertujuan untuk memantau keadaan lingkungan tertentu pada lokasi yang berbeda antara sensor dan titik akhir (end node). Wireless Sensor Network memiliki network hardware yang dalam hal ini digunakan sebuah network hardware berupa Wapsmote 3G Module yang terhubung dengan Waspmote Main Board yang berfungsi untuk mengirimkan data dari sensor ke jaringan internet. Wireless Sensor Network dibangun berdasarkan beberapa perangkat sensor yang saling terhubung. Perangkat sensor yang dapat dihubungkan dapat berjumlah ratusan bahkan ribuan sensor yang dapat beroperasi pada daerah terpencil (Nasution, A.B.A., Siregar, B., & Fahmi, 2016).
2.6. Internet Of Things
2.6.1. Pengertian internet of things
Untuk memberikan manfaat yang lebih baik dan mewujudkan suatu konektivitas internet yang berlangsung secara terus menerus maka dibentuklah suatu konsep atau gagasan yaitu Internet of Things. Dewasa ini, benda-benda fisik maupun virtual yang digunakan untuk eksploitasi data dihubungkan dengan Internet of Things yang merupakan sebuah infrastruktur global (Nasution, A. B. A., 2016).
Internet of Things juga memberikan akses langsung untuk informasi tentang objek fisik dan mengarah ke layanan inovatif dengan efisiensi yang tinggi dan produktivitas. Beberapa teknologi penting yang terkait dengan Internet of Things diantaranya Ubiquitous Computing, RFIP, Wireless Sensor Network dan Cloud Computing. Internet of things memiliki beberapa area aplikasi diantaranya otomatisasi
rumah, pemantauan lingkungan air, pemantauan kualitas air dan lain-lain (Vijayakumar ,R & Ramya, R., 2013).
2.6.2. Protokol HTTP
Sebagai protokol yang digunakan untuk komunikasi data atau melayani permintaan data oleh client, dalam hal ini HTTP memiliki delapan method diantaranya Connect, Delete, Get, Head, Options, Post, Put dan Trace (Nasution, A. B. A., 2016). Pada sistem ini Waspmote Main Board yang dihubungkan dengan shield atau board smart water berperan untuk mengambil data dari air menggunakan sensor-sensor yang digunakan peneliti kemudian melakukan komunikasi ke web server dengan menggunakan post method. Data yang diterima oleh server kemudian disimpan kedalam database server yang kemudian akan diolah oleh sistem.
2.7. Penelitian Terdahulu
Penelitian yang dilakukan oleh N. Vijayakumar dan R. Ramya mengenai pemantauan kualitas air secara real-time pada lingkungan Internet of Things. Pada penelitian ini N. Vijakumar dan R. Ramya memantau kualitas air dengan menggunakan beberapa sensor diantaranya sensor ph, suhu, konduktivitas, oksigen terlarut dan sensor kekeruhan. Sensor yang digunakan dipasang pada Raspberry PI dimana juga terdapat keyboard dan monitor yang terpasang pada Raspberry PI. Untuk membaca data sensor maka pengguna harus memberikan sebuah perintah di command line sebagai input untuk setiap kali kita ingin mengetahui pembacaan sensor. Untuk pengiriman data ke server digunakan sebuah modul wifi dimana modul ini terkoneksi dengan sebuah perangkat mobile (Vijayakumar ,R & Ramya, R., 2013).
Penelitian yang dilakukan Mithila Barabde dan Shruti Danve mengenai sistem pemantauan kualitas air secara real-time dilakukan dengan mengumpulkan data-data dari sensor dan mengirimkannya ke server dan memberikan pemberitahuan melalui sms. Sensor yang digunakan pada penelitian ini yaitu sensor ph, konduktivitas dan sensor kekeruhan dimana setiap sensor merupakan sebuah node yang kemudian akan mengirimkan data ke sebuah base station menggunakan modul RF Tx dan akan diterima oleh modul RF Rx dengan frekuensi 433MHz. Data sensor kemudian akan ditampilkan melalui lcd pada base station kemudian data tersebut dikirimkan kembali ke remote station menggunakan modul zigbee tx dan akan diterima oleh modul zigbee rx lalu dengan menggunakan sebuah komunikasi serial max232 data dikirim ke server.
Penelitian yang dilakukan Surya Mahendra dan Heriyanto mengenai pemantauan limbah cair menggunakan mikrokontroler berbasis website menggunakan beberapa sensor diantaranya sensor pH, suhu, kekeruhan dan sensor gas CO. Sensor pH yang digunakan dapat mendeteksi pH dengan nilai 1 sampai 13, untuk mengetahui tingkat kekeruhan digunakan sensor infrared dan untuk tingkat gas CO digunakan sensor MQ-7. Jika nilai sensor melewati atau kurang dari batas yang sudah ditentukan pada program maka data akan dikirim melalui sms ke gammu service yang kemudian data akan dikirim kembali ke server BLH. Website diakses secara offline (local host) (Mahendra, S. & Heriyanto, 2014).
Tabel 2.2. Penelitian Terdahulu No. Peneliti
(Tahun)
Alat yang digunakan Keterangan
1. Vijayakumar, turbidity sensor, IoT module (USR-WIFI232 -X-V4.4,), mobile devices, monitor
Penelitian ini menggunakan sebuah Raspberry PI B+ sebagai penerima data sensor yang akan dikirim ke server dengan menggunakan wifi yang terhubung ke sebuah mobile yang terkoneksi dengan internet, data yang dikirim merupakan pemantauan kualitas air.
Tabel 2.2. Penelitian Terdahulu No. Peneliti
(Tahun)
Alat yang digunakan Keterangan
3. Barabde, M, et al. (2015)
pH sensor, turbidity sensor, conductivity sensor, RF module
(433MHz), ARM
controller, layar lcd, ZigBee module, remote station, gsm module, serial communication (MAX232)
Penelitian ini menggunakan beberapa sensor untuk mengetahui kualitas air dimana setiap sensor merupakan sebuah node yang mengirimkan data melalui RF module. Data dikirimkan ke server menggunakan komunikasi serial yang kemudian dapat diakses menggunakan aplikasi yang dirancang menggunakan MATLAB.
