BAB 2 LANDASAN TEORI Air

Transkripsi

1 6 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 zatzat 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) Limbah Limbah merupakan sisa akhir yang tidak dipakai atau dibuang yang dihasilkan oleh suatu proses produksi industri besar maupun domestik (rumah tangga). Sampah, air kakus (black water) dan grey water merupakan jenis limbah yang dihasilkan oleh masyarakat. Sampah atau limbah padat merupakan salah satu jenis limbah yang tidak dikehendaki kehadirannya karena tidak memiliki nilai ekonomis (Zulkarnain, 2015). Bila ditinjau secara kimiawi, limbah terdiri dari bahan kimia senyawa organik dan anorganik. Kehadiran limbah dapat berdampak negatif terhadap lingkungan terutama bagi kesehatan manusia dalam konsentrasi dan kuantitas tertentu sehingga perlu adanya penanganan terhadap limbah. Limbah organik merupakan jenis limbah yang mudah diuraikan zat-zatnya menjadi partikel-partikel yang berguna untuk lingkungan sedangkan limbah anorganik berasal dari limbah pabrik dan perusahaan-

2 7 perusahaan yang bergerak pada bidang pertambangan. Sumber daya alam yang partikel-partikelnya tidak mampu diuraikan disebut dengan limbah anorganik (Zulkarnain, 2015) 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 - Berwarna/berbau 2. TDS atau Total Padatan Terlarut (mg/l) Turbidity atau kekeruhan (NTU) - > > 25 B Kimia: 1. ph - 6,5 7,5-5,5 6,5 / 7,5-8,5 - < 5,5 / > 8,5 2. DHL atau Konduktivitas (µmhos/cm) > 2000

3 8 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) > Sulfat (ml/l) > Posfat sbg P (mg/l) > 5 6. Klorida/Cl (mg/l) > 600 C. Biologi: 1. DO/Oksigen terlarut (mg/l) < Perangkat Keras (Hardware) 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 = - log [H+], nilai ph didapat dari informasi kuantitatif yang dinyatakan oleh tingkat keasaman atau basa yang berkaitan dengan aktivitas ion Hidrogen (Nuriman, R. F., 2016)

4 9 Gambar 2.1. Sensor ph (Libelium, 2014) Berikut adalah spesifikasi sensor ph yang digunakan : - Jangkauan pengukuran : 0 ~ 14pH - Suhu pada saat penggunaan : 0 ~ 80 o C - Waktu respon : <1 Menit - Akurasi pembacaan : Hingga 0.01 (dengan kalibrasi) - Gangguan : <0.5 mv Sensor suhu Sensor PT1000 merupakan sensor suhu yang bertindak sebagai referensi suhu termokopel cold-junction. Sensor PT1000 terdiri dari lapisan platinum thermoresistors 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 ~ 100 o C - Ketepatan : DIN EN Diameter : 6mm - Panjang : 40mm

5 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: σ = K sel R ( α ). ( T 25 ) Dengan ketentuan sebegai berikut: - σ : Konduktivitas (S atau mho) - K sel : Konstanta sel (cm -1 ) - R : Resistansi terukur (ohm) - α : Faktor kompensasi temperatur dalam persen perubahan o C - T : Temperatur terukur dalam o C 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

6 11 - Konstanta sel konduktivitas : 1 ± 0.2 cm 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 % dapat dikatakan baik, kadar oksigen yang berkisar antara % dapat dikatakan memadai, kadar oksigen yang berkisar antara % 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 : 50 o C - Tekanan : 0 ~ 100psig (7.5Bar)

7 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 : ATmega Frequency : MHz - SRAM : 8 kb - EEPROM : 4 kb - FLASH : 128 kb - SD card : 2 GB - Weight : 20 g - Dimensions : 73.5 x 51 x 13 mm - Temperature range : [-10 ºC, +65 ºC] - Clock : RTC (32 khz)

8 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 : [-20 o C, 65 o C] 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). Gambar 2.7. Waspmote 3G Module (Libelium, 2014)

9 Wireless Sensor Network (WSN) 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) Internet Of Things 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) Protokol HTTP Hypertext Transfer Protocol (HTTP) merupakan protocol jaringan berbasis hypertext yang digunakan untuk sistem informasi terdistribusi. Standar untuk mengakses HTML ialah dengan menggunakan protokol HTTP dan protokol ini merupakan salah satu bagian dari protokol aplikasi TCP/IP (Nasution, A. B. A., 2016).

10 15 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 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. Nilai sensor akan diberitahukan kepada pengguna melalui sms saat kadar air dalam kondisi tidak baik atau status berbahaya dengan menggunakan sebuah modul GSM (Barabde, M. & Danve, S., 2015).

11 16 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) 1. Vijayakumar, N, et al (2013) 2. Mahendra, S, et al. (2014) Alat yang digunakan Raspberry PI B+, ph sensor, temperature sensor, conductivity sensor, DO sensor, turbidity sensor, IoT module (USR-WIFI232 -X-V4.4,), mobile devices, monitor Electrode ph, sensor gas CO MQ-7, infrared, layar lcd, modem GSM wavecom, serial RS 232, RTC DS1307, sensor suhu LM35, rangkaian mikrokontroler Keterangan 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. Penelitian ini menggunakan rangkaian mikrokontroler yang terhubung dengan beberapa sensor untuk mendeteksi kualitas air. Data yang diperoleh kemudian dikirim menggunakan sms dan diterima oleh gammu service yang kemudian disimpan dan dapat diakses secara lokal menggunakan website.

12 17 Tabel 2.2. Penelitian Terdahulu No. Peneliti (Tahun) 3. Barabde, M, et al. (2015) Alat yang digunakan ph sensor, turbidity sensor, conductivity sensor, RF module (433MHz), ARM controller, layar lcd, ZigBee module, remote station, gsm module, serial communication (MAX232) Keterangan 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. Perbedaan penelitian yang dilakukan dengan penelitian terdahulu adalah jika penelitian terdahulu melakukan pemantauan kualitas air dan mengirimkan data melalui modul gsm dimana data diakses secara lokal dan juga menggunakan modul wifi yang terkoneksi dengan perangkat mobile, maka pada penelitian ini peneliti menggunakan modul 3G dan mengirimkan data sensor ph, konduktivitas, kadar oksigen terlarut, suhu air dan daya baterai ke server yang diakses menggunakan koneksi internet yang dimana peneliti menerapkan konsep Internet of Things kemudian data-data sensor dapat dipantau secara real-time berbasis web application serta terdapat sistem notifikasi yang muncul ketika data sensor tidak sesuai dengan nilai baku mutu yang telah diisi oleh pengguna.