Pembuatan Purwarupa Sistem Pemantauan Parameter Total Suspended Solid secara Realtime Efluen Instalasi Pengolahan Air Limbah
Ahmad Abdurrohman
1*, Mirna Apriani
1, dan Alma Vita Sophia
1¹Program Studi Teknik Pengolahan Limbah, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Surabaya 60111.
*E-mail :[email protected]
Abstrak
Pemantauan secara terus menerus pada hasil output Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) sukar dilakukan oleh operator. Sistem pemantauan yang kontinu dapat mengatasi kekurangan operator dalam pemantauan dan mendeteksi pencemaran agar lebih efisien. Metode pemantauan secara realtime lebih representatif menunjukkan kualitas air limbah setiap waktunya. Total Suspended Solid (TSS) merupakan salah satu parameter yang wajib pantau. TSS merupakan penyebab kekeruhan dalam air, tidak dapat mengendap dan tidak terlarut menyebabkan menurunnya kadar Dissolved Oxygen dalam air. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain dan melakukan pengujian purwarupa pemantauan TSS pada air limbah berbasis Internet-of- Things(IoT). Menggunakan Arduino UNO yang dihubungkan dengan ESP8266 yang diintegrasikan dengan IoT melalui media website menggunakan jaringan internet. Data sensor turbidity dapat dipantau secara realtime malalui website thingspeak dalam bentuk grafik. Pengujian purwarupa dilakukan dalam skala laboratorium. Hasil pengujian purwarupa menunjukkan bahwa alat mampu mengirim tiga data pengukuran dalam satu menit dan sensor membutuhkan waktu stabil kurang lebih tiga menit. Serta, hasil kalibrasi menunjukkan persen error sensor TSS sebesar 0,001%.
Keywords: Internet-of-Things, Limbah, Pemantauan, Thingspeak, TSS.
1. PENDAHULUAN
Meningkatnya hasil air limbah dengan karakteristik yang berbeda merupakan imbas dari berkembangnya industri-industri yang berdampak pada lingkungan. Sebab kondisi fluktuatif konsentrasi pencemar dipengaruhi oleh proses pengolahan dan kualitas air limbah output IPAL. Sistem pemantauan pada IPAL memilki pengawasan yang rendah pada output. Kekurangan tenaga operator dalam mendeteksi pencemaran secara cepat dan efisien pada output IPAL dapat teratasi oleh sistem pemantauan yang kontinu dan efisien.
Menggunakan Pengembangan sebuah sistem pengawasan secara realtime untuk memantau kualitas dari tiap parameter ( Kumer & Ramya, 2013). Pada penelitian ini parameter yang dipantau adalah Total Suspended Solid (TSS).
Parameter TSS adalah salah satu parameter yang wajib pantau secara realtime dan terintegrasi.
Berdasarkan pada Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia Nomor P.93/MENLHK/SETJEN/KEM.1/2018 tentang Pemantauan Kualitas Air Limbah Secara Terus Menerus Dalam jaringan Bagi Usaha/Atau Kegiatan. Parameter TSS yang melebihi baku mutu dapat menyebabkan turunnya kandungan oksigen terlarut. Peristiwa ini terjadi akibat terhalangnya sinar matahari oleh padatan melayang yang dapat menganggu proses fotosintesis oleh tanaman air (Ningrum, 2018). Produksi oksigen dalam air akan terhambat dan akan berpengaruh pada nilai Dissolved Oxygen (DO). Peristiwa ini menyebabkan tanaman akan berhenti memproduksi oksigen dan mati. Kadungan TSS yang melebihi baku mutu menyebabkan penurunan kejernihan dalam air (Purba, 2009). Untuk itu diperlukan suatu sistem pemantauan untuk memantau kandungan TSS. Sebuah sistem pemantauan yang kontinu dan efisien untuk mengatasi masalah tersebut (Yudo, 2016). Sistem pemantauan realtime yang terintegrasi dengan perangkat Internet-of-Things (IoT) dapat menjadi solusi untuk memantau parameter TSS pada output IPAL.
Penelitian ini bertujuan membuat purwarupa sistem pemantauan parameter TSS menggunakan Arduino UNO & sensor turbidity yang terhubung dengan ESP8266. Purwarupa dapat terkoneksi dengan internet menggunakan WiFi/perangkat lain. Sehingga parameter TSS dapat dipantau melalui website dimana saja.
Data yang dipantau disajikan dalam bentuk grafik yang realtime dan mudah diakses tanpa perlu mengistal aplikasi. Serta, hasil desain purwarupa ini diharapkan dapat dimanfaatkan untuk menjaga ekosistem perairan agar tidak tercemar. Desain purwarupa dibuat portable memudahkan untuk penggunaan dengan sumber daya
sumber listrik sulit untuk dijangkau dan memerlukan waktu pengukuran yang lama.
2. METODE
Perencanaan purwarupa pemantauan air limbah ini memiliki beberapa tahapan, diantaranya adalah requirement, perancangan purwarupa dan pengujian alat dalam skala laboratorium.
Requirement
Kebutuhan perencanaan (requirement) menjelaskan kebutuhan alat dan bahan yang diperlukan untuk pembuatan purwarupa yang terbagi menjadi dua bagian yaitu:
a. Hardware
Sensor turbidity, board Arduino UNO, jumper, breadboard, laptop, power supply, modul ESP8266, bentonite clay, rangkaian emergency dan aki.
b. Software
Arduino IDE, Fritzing, Microsoft excel dan Thingspeaks.
Perancangan purwarupa
Perancangan purwarupa dalam penelitian ini terdiri dari pembuatan desain dan perangkaian alat.
Pembuatan desain bertujuan untuk mengidentifikasi kebutuhan dari purwarupa yang dirancang. Purwarupa terdiri dari sensor turbidity, board Arduino UNO, rangkaian emergency, power supply, modul ESP8266, laptop dan website Thingspeaks. Blok diagram purwarupa dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 menjelaskan bagian dari purwarupa, terdapat sensor turbidity untuk mengukur kadar TSS. Arduino sebagai tempat data untuk diproses, kebutuhan daya dari purwarupa disuplai oleh Aki dan power supply.
Modul ESP8266 dapat menghubungkan secara nirkabel rangkaian elektronika dengan internet (Sasmoko,2017). Selanjutnya, data hasil pengukuran akan ditampilkan melalui website thingspeaks. Semua komponen dirangkai dalam sebuah tempat sehingga menjadi purwarupa alat pemantauan air limbah.
Pengujian alat
Tahapan ini dilakukan proses kalibrasi dan pengujian dari purwarupa. Kalibrasi dilakukan untuk mengetahui karakteristik sensor dan nilai tegangan sensor terhadap kekeruhan (NTU) (Putera dkk., 2017) serta rentang masukan nilai ADC terhadap output sensor(Ramadhan & Muhammad, 2018). Keakuratan pengukuran sensor terhadap nilai TSS menggunakan referensi data sekunder. Data tersebut adalah grafik pengujian keakuratan sensor yang tertera pada website resmi dari sensor. Grafik tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.
Sensor
turbidity Arduino ESP8266 Cloud server
Sumber PLN 220 volt/60hz
Power Supply
Laptop
Website thingspeaks Aki & rangkaian
emergency
Gambar 18. Blok diagram alat
Gambar 19. Grafik hubungan antara turbidity & tegangan
Gambar 20. Rangkaian alat pemantauan air
Dalam grafik, unit yang mengukur kekeruhan ditunjukkan sebagai NTU, juga dikenal sebagai JTU (Unit Turbiditas Jackson), 1 JTU = 1NTU = 1 mg/L (dikutip dari wiki.dfrobot.com pada pukul 11:30, 20 Juni 2020). Dalam melakukan pengukuran terdapat kesalahan/persen error pembacaan alat, dapat diketahui melalui persamaan persen error berikut.
% error =(nilai pada alat − nilai larutan uji) nilai pada alat x100
Dalam mengoperasikan purwarupa alat pemantauan air ini, ada beberapa langkah yang harus diperhatikan dalam pengoperasiannya yaitu:
1. Purwarupa dihubungkan ke sumber daya listrik.
2. Purwarupa dihidupkan dengan menekan tombol.
3. Probe sensor ditempatkan untuk melakukan pengukuran.
4. Memastikan setiap komponen terhubung dengan melihat indikator lampu pada tiap komponen.
5. Sensor memerlukan waktu selama ± 2 untuk menstabilkan pengukuran.
6. Data hasil pembacaan sensor dapat dilihat pada website thingspeak.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Rangkaian dan Desain Hasil Perakitan Purwarupa
Rangkaian sistem dari purwarupa alat pemantauan air limbah dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 dijelaskan proses kerja dari alat. Pertama, sensor akan melakukan pembacaan nilai TSS dalam air, nilai tersebut diterjemahkan oleh sensor menjadi nilai analog. Arduino berfungsi untuk mengolah nilai analog menjadi nilai tegangan. Data tegangan yang diperoleh selanjutnya diolah lagi menjadi nilai TSS. Data nilai TSS selanjutnya dikirim menggunakan modul ESP8266 menuju cloud server, untuk diteruskan ke website thingspeak.
Kinerja Kehandalan Alat
Pengujian sensor pada purwarupa dilakukan dengan membandingkan hasil data pengukuran pada serial monitor dan tegangan yang dikeluarkan sensor. Tegangan sensor akan dikalikan dengan rumus dibawah ini:
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 = −1.120,4 ∗ (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑇𝑆𝑆)2+ 5.742,3 ∗ (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑇𝑆𝑆) − 4.352,9
Gambar 4. Grafik TSS pada thing speak Tabel 1. Persentase Error Sensor TSS
Pada pengujian sensor TSS diperoleh hasil persentase error sebesar 0,001%. Dari hasil tersebut diketahui bahwa tegangan yang dikeluarkan sensor menunjukkan kesesuaian dengan nilai pembacaan sensor. Sehingga sensor TSS dapat bekerja dengan baik.
Tahapan Pengukuran dan Penampilan Data.
Pengukuran TSS dilakukan untuk mengetahui kandungan TSS di dalam air serta kemampuan sensor dalam mengukur perubahan TSS. Terlebih dahulu dilakukan input program ke dalam purwarupa.
Pemrograman purwarupa menggunakan software Arduino IDE. Pengujian dilakukan dengan menggunakan larutan dengan tingkat kekeruhan berbeda. Setelah alat dinyalakan maka modul ESP8266 dan sensor akan bekerja. Modul ESP8266 menghubungkan purwarupa dengan WiFi/perangkat internet yang telah diatur melalui program. Sensor yang ditempatkan untuk mengukur kandungan TSS akan mengirim sinyal analog kepada Arduino. Arduino berfungsi untuk mengolahnya menjadi nilai tegangan yang selanjutnya diolah menjadi nilai TSS. Nilai TSS yang telah diperoleh akan diubah menjadi tipe daya karakter (string) untuk selanjutnya dikirim melalui modul ESP8266. Data hasil pemantauan berupa variabel bertipe string yang selanjutnya dikirim thingspeak (Palimbunga, 2017). Data hasil pemantauan yang ditampilkan berupa grafik, grafik tersebut dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4 diketahui cuplikan hasil pemantau selama kurang lebih 6 menit. Data yang telah ditampilkan melalui website thingspeak dapat diunduh dalam bentuk file csv.
Cuplikan data tersebut dapat dilihat pada Tabel 2. Dari Tabel 2 diketahui terdapat tiga data dalam satu menit yang berhasil dikirim ke website thingspeak. Data tersebut menunjukkan bahwa alat dapat melakukan pengukuran secara realtime. Sehingga dapat digunakan untuk mengetahui kandungan TSS secara langsung.
Tabel 3. Data hasil pengukuran
No. Waktu pengukuran Nilai TSS (NTU)
1 2020-05-27 14:39:22 UTC 3.238,38
2 2020-05-27 14:39:39 UTC 3.135,5
3 2020-05-27 14:39:55 UTC 1.451,69
4 2020-05-27 14:40:11 UTC 1.130,42
5 2020-05-27 14:40:27 UTC 1.853,09
6 2020-05-27 14:40:45 UTC 984,6
4. KESIMPULAN
Berdasarkan purwarupa yang telah dibuat terdapat beberapa kesimpulan dari penelitian ini:
1. Purwarupa terdiri dari board Arduino, sensor turbidity, aki, rangkaian emergency, ESP8266, dan power supply. Hasil pemantauan dari sistem dapat dipantau dan dicatat melalui website thingspeak.
Tegangan sensor (volt) Hasil rumus (NTU) Hasil sensor (NTU) Persentase error (%)
2,5635 3.004,74 3.004,70 0,001
2. Sensor TSS dalam satu menit mampu mengirim tiga data yang terpantau ke website thingspeak.
Sensor memerlukan waktu stabil kurang lebih tiga menit serta uji kehandalan sensor TSS menunjukkan hasil persen error sebesar 0,001%.
5. DAFTAR PUSTAKA
Dfrobot [Online]. Tersedia: https:// wiki.dfrobot.com, ( 18 Desember 2019).
Kumer, N.V. dan Ramya., 2013. The Real Time Monitoring of Water Quality in IOT Environment. in International Conference on Circuit, Power and Computing Technologies (ICCPCT ’15). IEEE.
Ningrum, S. O., 2018. Analisis Kualitas Badan Air dan Kualitas Air Sumur di Sekitar Pabrik Gula Rejo Agung baru Kota Madiun. Jurnal Kesehatan Masyarakat DOI: 10.20473/jkl.v10i1.2018.1-12.
Palimbunga, R.L., 2017.Sistem Pemantauan Keasaman Air Berbasis Jaringan Nirkabel WIFI IP. Tugas Akhir. Jakarta: Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia Nomor P.93/MENLHK/SETJEN/KEM.1/2018 tentang Pemantauan Kualitas Air Limbah Secara Terus Menerus Dalam jaringan Bagi Usaha/Atau Kegiatan.
Purba, M.E.K., 2009. Analisis Kadar Total Suspended Solid (TSS), Amoniak (𝑁𝐻3), Sianida (𝐶𝑛− ) Dan Sulfida (𝑆2− ) Pada Limbah Cair Bapedaldasu. Skripsi. Medan: Departemen Kimia Program Studi Diploma-3 Kimia Analis, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.
Putera, G. A., dan Christian D. H. F. M., 2017. Perancangan Alat Ukur Kadar Padatan Terlarut, Kekeruhan dan pH Air Menggunakan Arduino UNO. Tugas Akhir. Makassar: Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin.
Ramadhan,M., dan Muhammad R., 2018.Sistem Kontrol Tingkat Kekeruhan Pada Aquarium Menggunakan Arduino Uno. JURNAL TEKNIK ITS, Vol. 7, No. 1
Sasmoko, D., 2017. Implementasi Penerapan Internet-of-Things (IoT) pada Montitoring Infus Menggunakan ESP8266 dan Web untuk Berbagi Data. Jurnal Ilmiah Informatika, Volume 2 no. 1. 91-92
Yudo, S., 2016. Pengembangan Sistem Pemantauan Kualitas Air Untuk Memantau Air Limbah Industri.Secara Online. Pusat Teknologi Lingkungan-BPPT: JAI, Vol. 9, No. 1.
