Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro Volume 6 Tahun 2021
300
Aplikasi Turbidity Untuk Mengukur Kekeruhan pada Sistem Pemonitor
Penyaringan Limbah Cair
Zahran Nur’Addha Muhammad
1, Agus Muhemin
2, B.S. Rahayu Purwanti
3, Yogi Widiawati
41,2,3,4Politeknik Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Elektro, Jl. Prof.Dr.G.A.Siwabessy, Kampus UI, Depok,16424
E-mail: 1)zahran.nam@gmail.com, 2)agusmuhemin09@gmail.com, 3)rahayu.purwanti@elektro.pnj.ac.id, 4)yogiwidiawati@yahoo.com.
Abstract
In Blok Tempe, about 288 craftsmen (of the total 300 households) are required for one production of processing soybean (200-600 kg) into tempeh. The river water is contaminated by liquid with a rough calculation about 345.600 dm3 (liters). The production waste enters the drainage channel and integrates with the wastewater from households. Pollution causes the river to be turbid, yellow-greenish in color, and smells bad. Liquid waste filtration monitoring system is one of the solutions to this problem. This device integrates turbidity sensor and TFT LCD to monitor the filtration system. Using this device, the turbidity measurement is accurate and constantly monitored through Nextion HMI. Test methods includes turbidity sensor calibration, effects of total suspended solids on turbidity, turbidity sensor voltage output and turbidity correlation, and liquid waste filtration system turbidity measurement.
Keywords: Turbidity, Waste, Filtration, Monitoring.
Abstrak
Di blok Tempe, sekitar 288 pengrajin (dari total 300 rumah tangga) diperlukan untuk satu kali produksi pengolahan kedelai (200-600 kg) menjadi tempe. Air sungai terkontaminasi oleh cairan dengan perhitungan kasar sekitar 345.600 dm3 (liter). Limbah produksi memasuki saluran drainase dan menyatu dengan limbah rumah tangga. Polusi menyebabkan sungai menjadi keruh, kuning-kehijauan, dan bau. Sistem pemonitor penyaringan limbah cair adalah salah satu solusi untuk masalah ini. Alat ini mengintegrasikan sensor Turbidity SKU-SEN0189 dan TFT LCD untuk memonitor sistem penyaringan. Dengan menggunakan alat ini, pengukuran turbidity akurat dan terpantau melalui HMI Nextion. Metode pengujian mencakup kalibrasi sensor turbidity, korelasi output tegangan sensor dengan turbidity, dan pengukuran turbidity proses penyaringan limbah cair.
Kata Kunci: Turbidity, Limbah, Penyaringan, Pemonitor.
1. PENDAHULUAN
Limbah cair sisa produksi mengalir dan masuk sungai Cibeber, pembatas wilayah RT 02/RW 11 dengan RW 13, Desa Citeureup, Kabupaten Bogor. Satu kali produksi mengolah kedelai (200-600 kg) menjadi tempe, jumlah pengrajinnya 96 % dari total warga 300 KK. Satu kali produksi memerlukan 6 drum air bersih untuk tahap-tahap pencucian, perendaman/fermentasi, perebusan, dan penghancuran. Sisa produksi berupa limbah padat, kulit kedelai dan sudah ditampung pengepul untuk pakan ternak. Limbah cair produksi tempe/tahu di Blok Tempe masih perlu ditangani agar tidak mencemari lingkungan.
Perhitungan kasar air sungai terisi limbah cair (6 x 288) drum = 1.728 drum kali 200 dm3. Limbah yang masuk ke sungai Cibeber > 345.600 dm3 (liter) per produksi/hari. Perhitungan tersebut belum termasuk buangan air rumah tangga. Limbah produksi tersebut masuk ke saluran drainase dan menyatu dengan buangan air dari rumah tangga. Air sungai keruh, warna kuning-kehijauan, dan berbau tak sedap, akibat aliran kecil dan tercemar limbah (Gambar 1). Bila hal ini tidak segera ditangani, maka lingkungan sarat penduduk dan padat karya dapat terganggu lingkungannya.
301
Penanganan limbah dengan metode filterisasi telah dilakukan sebelumnya. Penggunaam arang aktif sebagai bahan penghilang warna keruh, bau, dan resin air limbah rumah tangga [1]. Pasir kuarsa berguna untuk mengurangi tingkat kekeruhan, atau lumpur dan bau pada air [2]. Zeolite berfungsi sebagai adsorben dan penyaring molekul serta sebagai ion converter (penukar ion) dalam pengolahan air [3]. Ketiga peneliti tersebut belum membahas kendala proses penyaringan yang ditemukan pada upaya pengolahan limbah cair di Blok Tempe. Penyumbatan filter model drum vertikal (Gambar 2) dimulai dari ruang sekat paling atas. Poresitas sela-sela pasir kuarsa material filter ruang sekat paling atas tersumbat. Penyumbatan akibat padatan limbah yang terfilter ini belum diperhitungkan sebelumnya. Nyiru dapat diangkat berikut material filternya jika penyaringan selesai. Kejadian penyumbatan saat penyaringan belum ditemukan sebelumnya di skala laboratorium. Penyumbatan filter akibat padatan limbah yang tersaring menjadi ide untuk mengimplementasikan harapan pengusul dengan integrasi dua sensor (turbidity dan flow meter) penumpukan padatan limbah dapat terdeteksi sebelum penyumbatan. Kedua sensor ini terkoneksi juga ke pemonitor, agar padatan limbah yang terfilter terukur di ruang sekat material filter. Penyaringannya terdiri dari tiga tahapan dengan material berbeda, yaitu media filter pasir kuarsa, zeolite, dan arang aktif. Sepasang sensor dipasang pada setiap ruang sekat filter limbah cair dalam tangki set drum ke-1. Sensor Turbidity SKU-SEN0189 mendeteksi tingkat kekeruhan dalam satuan NTU (Nepholomeric). Makin banyak padatan penyumbat meningkat pula hasil deteksi sensor kekeruhan yang nilai kekeruhannya didisplai ke TFT LCD 3.5”. Selain dua set drum yang dipasang di salah satu produsen di Blok Tempe, dibuat juga alat peraga skala laboratorium untuk uji sistem filter. Bahan material sama tetapi ruang filter menggunakan kotak acrylic sebagai pengganti drum. Pompa dari set drum 1 ke 2 lebih kecil daya dan ukurannya.
2. METODE PENELITIAN
Perancangan sistem pemonitor penyaringan limbah cair secara umum dibagi menjadi tiga bagian, yaitu mekanik, pemrograman sistem, dan perancangan desain tampilan HMI. Realisasi sistem fokus pada; (1) instalasi turbidity
sebagai pengukur kekeruhan, (2) pemrograman instruksi
pemroses data pada mikrokontroler Arduino Mega, (3)
perancangan tampilan HMI pada TFT LCD Nextion 3,5”. Perancangan sitem pemonitor penyaringan limbah cair mengikuti diagram blok pada gambar 1. Berikut adalah penjelasan pada setiap bloknya.
1. Sensor Turbidity SKU-SEN0189
Turbidity diukur oleh sensor turbidity (Gambar 2) dengan cara mengukur jumlah transmitted light dan
scattered rate, yang tergantung pada total suspended solids (TSS) dalam air. LED pada probe sensor memancarkan cahaya pada air [4]. Detector berupa phototransistor menerima cahaya yang tembus (transmitted light) dan terhambur (scattered light) oleh air. Phototransistor menjadi saturasi akibat cahaya yang diterima tersebut. Semakin bersih airnya maka cahaya yang diterima semakin besar dan tegangan yang dihasilkan pun semakin besar. Tegangan output probe sensor kemudian dihubungkan dengan adaptor sensor yang bertujuan untuk meningkatkan akurasi pengukuran turbidity. 2. Mikrokontroler Arduino Mega
Pengolahan data hasil deteksi tegangan sensor dengan instruksi mikrokontroler Arduino Mega (Gambar 3). Arduino Mega membutuhkan supply tegangan 5 V DC dan dilengkapi dengan (1)54 pin I/O digital (15
dapat digunakan sebagai output PWM), (2)16 pin
analog input, 4 UART, 16 MHz crystal oscillator, dll. Hasil konversi deteksi sensor (turbidity) diproses oleh mikrokontroler dan ditampilkan pada tampilan HMI Nextion.
3. TFT LCD Nextion 3,5”
Nextion TFT LCD (Gambar 2.5) memiliki 4 pin yaitu ground, Rx, Tx, dan VCC [5]. TFT LCD mendapatkan sumber tegangan VCC dan ground dari mikrokontroller Arduino Mega. Pengaturan koneksi Nextion memungkinkan perangkat untuk terhubung dengan mikrokontroler yang berbeda, seperti Arduino Mega (Gambar 4), Raspberry Pi, dan NodeMCU12e. Perangkat ini memiliki dua pin komunikasi, TX untuk mengirim data, RX untuk menerima data. Kedua pin ini dihubungkan ke pin Rx dan Tx mikrokontroler. Keseluruhan cara kerja alat pendeteksi turbidity pada sistem pemonitor penyaringan limbah cair mengacu pada flowchart (Gambar 5). Sensor turbidity terhubung ke pin analog Arduino Mega dan pin (Rx dan Tx) TFT LCD 3,5” terhubung ke pin digital (Rx dan Tx) Arduino Mega. Instruksi program “pendeteksi turbidity” mikrokontroler berfungsi untuk mengkonversi hasil deteksi tegangan sensor dan menampilkan hasil konversi tersebut pada tampilan HMI Nextion.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian alat terdiri dua yaitu (1)kalibrasi sensor
turbidity dan (2)hubungan antara tegangan output (volt)
dengan turbidity (NTU). Pada (1)kalibrasi sensor, sampel
limbah diukur kekeruhannya dari hasil konversi tegangan deteksi sensor. Hasil konversi deteksi tersebut dibandingan dengan turbidimeter WGZ-1B (Tm). Analisa hubungan antara tegangan output dan turbidity menggunakan metode regresi linear. Sampel limbah diukur kekeruhannya dari hasil konversi deteksi tegangan
Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro Volume 6 Tahun 2021
302
sensor. Hasil konversi deteksi tersebut kemudian dibandingkan dengan tegangan output.
Kedua pengujian tersebut menghasilkan data berupa, (1)
hasil deteksi sensor dan turbidimeter (tabel 1) dan (2) hasil
deteksi tegangan output dan turbidity (tabel 2). Kedua tabel tersebut dapat dianalisis hubungan liniernya dengan persamaan regresi (1 dan 2).
𝑦𝑦 = 0,9163𝑥𝑥 + 6,2255 (1) 𝑦𝑦 = −878,4𝑥𝑥 + 3906 (2)
4. KESIMPULAN
Berdasarkan pengujian alat pendeteksi turbidity pada sistem pemonitor penyaringan limbah cair, diperoleh kesimpulan:
1 Penerapan sensor turbidity pada sistem pemonitor penyaringan limbah cair sudah sesuai dengan tujuan yaitu mendeteksi tingkat kekeruhan limbah cair. 2 Berdasarkan kalibrasi pengukuran, didapatkan hasil
97,5-192,5 NTU (sensor turbidity) dan 93-108 NTU (turbidimeter). Melalui perhitungan didapatkan rata-rata persentase error dari keempat sensor yaitu 4,11%. Dalam arti lain nilai rata-rata akurasi sensor sebesar 95,99%, sehingga sensor sudah layak untuk digunakan sebagai parameter mengukur kekeruhan. 3 Kinerja alat sebagai pendeteksi turbidity pada sistem
pemonitor penyaringa limbah cair sudah sesuai dengan algoritma. Sensor turbidity mengukur kekeruhan (turbidity) dari konversi hasil deteksi (tegangan) sensor. Hasil pengukuran ditampilkan pada tampilan HMI TFT LCD 3.5”.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Pusat Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (P3M) PNJ yang telah mendanai penelitian ini dalam skim Bantuan Tugas Akhir Mahasiswa (BTAM) Tahun Anggaran 2020.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Assiddieq, M., Darmayani, S., Kudonowarso, W. (2017). The use of silica sand, zeolite and active charcoal to reduce BOD, COD, and TSS of laundry waste water as a biology learning resources. Indonesian Journal of Biology Education 3(3): 202-207.
[2] Mohanty, B., Beran, G., Dhruvit T., Keval, P. (2017). Design and Construction of a Modified Rapid Sand Filter for Treatment of Raw Water. Journal for Research 3(3): 9-13.
[3] Mgbemere, H.E., Ekpe, I.C., Lawal, G.I. (2017). Zeolite Synthesis, Characterization and Application Areas: A Review. International Research Journal of Enviromental Sciences (IRJES) 6(10): 45-49. [4] Wang, Y., Rajib, S.M., Collins, C., Grieve, B. 2018.
Low-cost Turbidity Sensor for Low-power Wireless Monitoring of Fresh-Water Courses. IEEE Sensors Journal 18(11): 1-8.
[5] Carlos, B.A., Barros A.R., Silva, É.O.L., Mantovani, L.A.T. (2018). An Experiment with Arduino Uno and Tft Nextion for Internet of Things. International Conference on Recent Innovations in Electrical, Electronics & Communication Engineering (ICRIEECE). Bhubaneswar. Juli: 2138-2142.
[6] Adzuan, M.A., Rahiman, M.H.F., Azman, A.A. 2017. Design and development of infrared turbidity sensor for Aluminium Sulfate coagulant process. IEEE 8th Control and System Graduate Research Colloquium (ICSGRC). Shah Alam. Agustus: 105-109.
[7] Kirkey, W.D., Bonner, J.S., Fuller, C.B. 2018. Cost Submersible Turbidity Sensors Using Low-Frequency Source Light Modulation. IEEE Sensors Journal 18(22): 9151-9162.
[8] Ramadhan, M.S., Rivai, M. (2018). Sistem Kontrol Tingkat Kekeruhan Pada Aquarium Menggunakan Arduino Uno. Jurnal Teknik ITS 7(1): A87-A91. [9] Trevathan, J., Read, W., Schmidtke, S. (2020).
Towards the Development of an Affordable and Practical Light Attenuation Turbidity Sensor for Remote Near Real-Time Aquatic Monitoring. IEEE Sensors Journal 20(7): 1993
[10] S. Ammari, W. Harmadi. (2019). Rancang Bangun Sistem Peringatan Dini Banjir Berdasarkan Tingkat Kekeruhan Air Hulu Sungai dengan Turbidity Sensor SEN0189 dan Transceiver nRF24L01+. Jurnal Fisika Unand 8(3):240-244.
\
Gambar 2. Sensor Turbidity SKU-SEN0189 Gambar 3. Mikrokontroler Arduino Mega
Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro Volume 6 Tahun 2021
304
Gambar 6. Grafik Perbandingan Sensor Turbidity
dan Turbidimeter Gambar 7. Grafik Perbandingan Hasil Deteksi Tegangan Output dan Turbidity
Tabel 1. Hasil Deteksi Sensor dan Turbidimeter Tabel 2. Hasil Deteksi Tegangan Output dan
Turbidity
Sampel Ts1 TSensor Turbidity (NTU) s2 Ts3 Ts4 Rata- (NTU) Tm Error(%) rata 1 98 95 102 95 97,5 93 4,8 2 108 117 113 102 110 105 4,7 3 117 108 112 123 115 116 0,8 4 130 129 125 120 126 124 1,6 5 166 151 159 157 158 148 6,7 6 170 161 159 166 164 157 4,4 7 187 182 194 173 184 176 4,5 8 202 189 194 185 192 182 5,4 Rata-rata 143 137 4,11 Sample
Limbah Turbidity(NTU) Tegangan Output (Volt)
1 2898,12 1,48
2 2863,08 1,24
3 1702,17 2,21
4 1031 2,87
5 661,5 4,01
Gambar 8. Box Pemonitor
