Sebagian besar masyarakat, baik di kawasan perumahan maupun pedesaan, masih membuang limbah cair domestik secara langsung tanpa pengolahan yang memadai. Limbah ini berasal dari aktivitas rumah tangga seperti mencuci pakaian, memasak, dan mandi, ketika tidak dikelola sesuai prosedur pengolahan limbah dengan baik maka dapat menyebabkan pencemaran air serta berdampak buruk bagi ekosistem dan kesehatan manusia .

Limbah domestik sebelum dibuang ke lingkungan harus memenuhi standar baku mutu air yang telah ditetapkan. Berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia Nomor P.68/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2016, pH limbah yang dibuang harus berada dalam kisaran 6 hingga 9 . Selain itu, Keputusan Menteri Kesehatan Nomor 907 Tahun 2002 menetapkan bahwa kekeruhan air yang memenuhi syarat air bersih harus di bawah 5 NTU, sedangkan Total Dissolved Solids (TDS) tidak boleh melebihi 1000 mg/L . Oleh karena itu, sebelum dibuang, limbah domestik harus melalui pengolahan yang efektif agar sesuai dengan standar baku mutu.

Elektrokoagulasi (EC) menjadi salah satu metode yang efektif dalam proses mengelolah limbah , yang bekerja berdasarkan prinsip pemberian arus listrik untuk memicu reaksi kimia dalam air, sehingga sebagian besar polutan seperti partikel terlarut, bakteri, virus, logam, hidrokarbon, dan senyawa organik dapat diendapkan.

Berdasarkan penelitian Terdahulu menggunakan filtrasi multimedia dengan Elektrokoagulasi untuk proses penjernih air dengan pengaturan tegangan 0-12 volt dan arus 1-30 Amper secara manual didapatkan waktu pengolahan yang bervariasi dari 15 menit hingga 60 menit besar tegangan dan lama proses mempengaruhi kualitas limbah yang diolah ketika tingkat kandungan limbah semakin pekat maka proses menjadi semakin lama dan harus melakukan pengaturan teganan dan arus manual jika ingin proses pengolahan limbah menjadi cepat. Oleh karena itu, diperlukan sistem yang mampu mengatur daya secara adaptif agar lebih efisien dan optimal dalam menurunkan parameter pencemar dalam air limbah.

Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan konverter buck sinkronyang memiliki efisiensi tinggi dalam penyediaan daya untuk elektroda elektrokoagulasi. konverter buck sinkron merupakan jenis konverter DC-DC yang dapat mengontrol tegangan keluaran dengan presisi, sehingga memungkinkan pengaturan daya yang lebih efisien dalam sistem elektrokoagulasi . Selain itu, penerapan kontrol PI (Proportional-Integral) dalam sistem ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas pengaturan tegangan, keandalan, serta efisiensi konversi daya, sehingga konsumsi energi dapat lebih dioptimalkan .

Sebagai tambahan, untuk memastikan bahwa kualitas air hasil dari pengolahan sudah memenuhi standar baku mutu, sistem kontrol berbasis fuzzy logic mamdani diterapkan. Fuzzy logic memungkinkan sistem melakukan evaluasi terhadap parameter pH, TDS, kekeruhan, dan suhu, serta menentukan apakah air hasil pengolahan sudah sesuai dengan standar. Output dari fuzzy logic ini berupa tegangan DC yang berkisar antara 12 hingga 40 volt, yang digunakan untuk mengontrol daya yang diberikan pada elektroda elektrokoagulasi. Dengan pendekatan ini, sistem dapat secara otomatis menyesuaikan daya sesuai dengan karakteristik air limbah yang masuk, tanpa memerlukan seting manual yang jika terjadi perubahan kadar limbah.

Metode Jartest dapat menjadi salah satu metode pengolahan untuk mengelola dan menguji air bersih dan limbah , yang bertujuan untuk mengevaluasi efektivitas sistem elektrokoagulasi dalam menurunkan parameter pencemar seperti pH, TDS, dan kekeruhan. Pengujian ini juga digunakan untuk menilai konsumsi daya serta efisiensi energi dari sistem yang telah dikembangkan. Dengan menerapkan konverter buck sinkron dengan kontrol PI serta sistem fuzzy logic, diharapkan dapat diperoleh peningkatan efisiensi dalam konsumsi daya, pengurangan penggunaan bahan kimia, serta efektivitas dalam menurunkan kadar pencemar dalam limbah domestik agar sesuai dengan standar baku mutu yang telah ditetapkan.

Gambar 1. Tahapan Penelitian

Merancang sistem elektrokoagulasi dengan Converter Buck Sinkron dan kontrol PI berdasarkan prinsip-prinsip yang ditemukan dari studi literatur. Pada Gambar 2. Sistem Elektrokoagulasi dengan Converter Buck Sinkron dan kontrol PI untuk mengolah limbah domestik, dirancang memiliki 3 bagian utama yang pertama yaitu bagian converter buck sinkron dengan kontrol PI pada bagian block ini berfungsi untuk mengatur menaik dan menurunkan tegangan yang disuplay oleh block power suplay, pada bagian converter buck sinkron ini tegangan input dari block power suplay sebesar 45 volt akan diatur dalam rentang 12 volt hingga 40 volt berdasarkan input yang diumpankan oleh block kontrol sensor , kontrol PI pada bagian in Berfungsi agar tegangan output akan sesuai dengan tegangan setpoin yang di beri oleh control sensor limbah selain itu block ini juga mengirim data arus tegangan dan nilai setpoint intuk dipantau melalui port USB ke komputer, output block converter buck sinkron dihubungkan pada elemen jartest sebagai suplay proses elektrokoagulasi.

Pada bagaian kedua yaitu, block kontrol sensor memiliki fungsi untuk membaca nilai sensor yang akan dijadikan refrensi sistem mengenai kualitas limbah dalam proses menentukan kualitas limbah hasil baca sensor akan diproses dengan kontrol fuzzy logic untuk menghasilkan nilai kualitas kemudian dikonversi ke nilai tegangan 12-40 volt dan akan dikirim ke block konverter buck sinkron melalui serial monitor pada blok ini juag mengirimkan data baca sensor dan kualitas limbah ke komputer melalui port usb. Pada bagian terakhir adalah pada block power suplay berfungsi untuk memberi suplay pada sinkronus buck converter sebesar 45volt 1000w dan menyuplay tegangan 24 volt dan 5 volt untuk kebutuhan suplay microcontroler dan sensor.

Tempat uji jart test yang dapat dilihat pada Gambar 3. didesain memiliki ukuran dengan panjang 23 cm, lebar 7 cm dan tinggi 20 cm, material tempat jartest di buat dari bahan Akrilik dan penambahan kran digunakan untuk pengambilan sampel limbah yang sudah di olah, dengan peletakan kran sedikit lebih tinggi dari dasar tempat jar test sehingga sluge tidak ikut terambil saat proses pengambilan sempel limbah yang sudah di olah.

Gambar 3. Desain Reaktor Jar test

Sistem elektrokoagulasi yang menggunakan elektrode aluminium dengan konfigurasi pelat paralel terbukti efektif untuk pengolahan air. Elemen elektro koagulasi dibuat dengan plat Aluminium dengan ukuran luas 10 cm x 10 cm dengan ukuran ketebalan 1 mm dan palat di susun dengan jarak 5 mm yang dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Desain dan wiring elemen elektrokoagulasi

Gambar 5. Blok diagram konverter buck sinkron

Penggunaan konverter buck sinkron berfungsi mengatur tegangan input DC menjadi tegangan output DC yang lebih rendah menggunakan dua sakelar MOSFET yang dioperasikan secara bergantian. Perbedaan utama dengan konverter buck konvensional adalah penggunaan MOSFET sinkron pada posisi dioda, yang meningkatkan efisiensi dengan mengurangi kerugian [7], [10]. Rangkaian driver mosfet menggunakan ic SI8233, IC driver ini menggunggunakan standar iso yang support dengan tegangan masukkan ttl dengan memiliki kemampuan arus 4 A [11]. Kontrol PI digunakan untuk mengatur tegangan output supaya sesuai dengan set point yang di berikan yaitu tegangan variasi 24 volt- 40 volt. Output kontrol PI digungkan untuk mengatur PWM duty cycle.

Tabel 1. Parameter desain synchronus buck converter

Dilakukan perhitungan untuk menentukan nilai dutycycle yang nantinya akan digunakan untuk menyeting nilai maksimal dan minimal Kontrol PI.

(1)

Menentukan nilai induktor Untuk memenuhi atau melebihi persyaratan arus ripple, induktansi harus lebih besar dari induktansi minimum yang dihitung, dan arus saturasi induktor harus lebih tinggi dari arus puncak konverter pada beban maksimum.

(2)

System elektrokoagulasi mengunakan konverter buck sinkron dengan kontrol PI untuk pengolahan limbah domesti, dalam penggunaan alat ini pengujian pengolahan limbah domestic diterapkan dalam pengujian jar test dengan volume limbah 1,5 Liter. Tampilan alat secara keseluruhan Terdiri dari : 1. Modul Synchronus buck converter dengan Batasan arus 20A, 2. Power suplay tiga bagian yaitu power suplay Eltek SMPS 1000 dengan tegangan 45 volt power suplay 24 volt 5 Ampere dan power suplay 5 volt 3A yang dihubungkan dengan tegangan 220 volt, 3. Tempat uji jartest 4. Modul sensor control kualitas limbah yang digunakan untuk memberi feedback kondisi limbah yang menghasilkan nilai kualitas limbah kemudian di konver menjadi nilai tegangan yang nantinya akan digunakan untuk setpoin modul konverter buck sinkron dan Modul control limbah di hubungkan ke Laptop melalui port USB, yang digunakan untuk memantau nilai dari modul control sensor dan modul konverter buck sinkron.

Gambar 10. Realisasi alat.

Melakukan tuning pada nilai Kp sehingga sistem menjadi osilasi seperti Gambar 7. Dimana didapatkan nilai Kp sama dengan nilai critical gain (Kcr) yaitu 0.03, untuk critical period (Pcr) didapat dari periode frekuensi osilasi yaitu 0.9351Hz kemudian didapatkan periode 1.07 S. Jika sudah di dapat nilai Kcr dan nilai Pcr makan akan dilakukan Perhitungan menggunakan persamaan kontrol PI pada Tabel 1.

0,9

Hasil fine tuning didapatkan nilai yang paling optimal yaitu Kp = 0.12, Ki = 0.40.

Gambar 11. Pengukuran Osilasi konverter buck sinkron.

Pada pengujian ini akan dilakukan pengujian kontrol PI synchronus buck converter apakah dapat mengatur tegangan output sesuai setpoin yang kita inginkan, kemudian dilakukan pengujian efisiensi hasil analisa pengujian dapat dilihat pad Tabel 3.

Tabel 3. Tabel pengujikan Konverter buck sinkron

Pengambilan sampel limbah dilakukan di Perumahan X, daerah Candi, Sidoarjo. Sebanyak 10 sampel diambil dari titik pembuangan selokan perumahan yang mengalir ke sungai.

Gambar 12. Tempat Pengambilan Limbah

Gambar 13. Sampel limbah sebelum di proses.

Untuk mengetahui bahwa sensor PH, sensor TDS, sensor suhu dan sensor kekeruhan ini apakah dapat digunakan dapat ditentukan dengan menghitung nilai eror dan presentase eror serta melakukan kalibasi dalam menentukan nilai error dapat menggunakn persamaan 5 .

Untuk menghitung persentase eror digunakan persamaan 6.

Pengujian sensor ph dilakukan dengancara membandingkan pengukuran larutan kalibrasi PH dengan alat ukur PH EZ 9909 dan sensor PH. Dari perbandingan didalam Tabel 4. tersebut didapat rata rata error pembacaan untuk alat ukur 0.25 % dan untuk sensor 2.3 %

Tabel 4. Tabel pengujikan sensor PH

Pengujian sensor TDS dan Suhu dilakukan dengan mengkalibrasi dan membandingkan pembacaan dengan alat ukur. Dimana dari hasil pengujian sensor tds hanya memiliki kemampuan membaca dengan baik hingga 700 ppm memiliki eror pembacan rata rata 0.35% dan untuk rata rata eror sensor suhu yaitu 1,53% , hasil analisa pengujian sensor TDS dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Pengujian Sensor TDS dan Suhu

Pengujian sensor kekeruhan menggunakan larutan formazin 0 NTU dan 100 NTU kemudian didapatkan tegangan output sensor dan dihitung menggunakan regresi linear 2 titik sehingga menghasilkan nilai NTU, pada sensor kekeruhan memiliki batasan pengukuran 0 NTU – 100 NTU, hasil analisa pengambilan data tegangan hasil baca sensor kekeruhan terhadap larutan formazin dapat dilihat pada tabel 6.

Tabel 6. Tabel pengambilan data tegangan sensor turbidity

Dari tegangan yang didapat digunakan regresi linear untuk menghitung nilai NTU nya menggunakan persamaan 7 dan Persamaan 8.

Dengan nilai a = 3.796 dan b = 0.00465, persamaan regresi linear yang diperoleh adalah:

Pengujian keseluruhan sistem dilakukan dengan mengevaluasi modul kontrol limbah melalui analisis hasil pembacaan sensor pH, suhu, TDS, dan kekeruhan untuk menentukan nilai kualitas limbah. Pada modul konverter buck sinkron, pengujian dilaksanakan selama 25 menit dengan pengambilan sampel arus input-output serta tegangan input-output setiap 5 menit. Data yang diperoleh kemudian dirata-ratakan untuk menghitung efisiensi konverter. Seluruh proses pengujian menggunakan limbah cair sebanyak 1,5 liter sebagai media uji.

Gambar 14. Pengujian Keseluruhan System

Pada proses Percobaan pertama dilakukan pengambilan data sensor modul kontrol limbah dan pembacaan alat ukur sebelum dilakukan proses uji jartest dengan elektrokoagulasi menggunakan konverter buck sinkron dengan kontrol PI pada limbah yang akan di uji. Selain analisa pembacaan sensor kemudian dilakukan pencatatan kualitas limbah sebelum diolah dan output tegangan yang akan digunakan sebagai setpoin modul konverter buck sinkron untuk mengolah limbah hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 7.

Tabel 7. Hasil pembacaan sensor, alat ukur, kualitas limbah dan tegangan output setpoin sebelum proses elektrokoagulasi dilakukan

Pada proses Percobaan kedua dilakukan pengambilan data sensor modul kontrol limbah dan pembacaan alat ukur sesudah dilakukan proses uji jartest dengan elektrokoagulasi menggunakan konverter buck sinkron dengan kontrol PI pada limbah yang akan di uji. Selain analisa pembacaan sensor kemudian dilakukan pencatatan kualitas limbah sesudah diolah dan output tegangan yang akan digunakan sebagai setpoin modul konverter buck sinkron untuk mengolah limbah dan hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 8.

Tabel 8. Hasil pembacaan sensor, alat ukur, kualitas limbah dan tegangan output setpoin setelah proses elektrokoagulasi dilakukan.

Pada pengujian ketiga proses pengam bilan data dilakukan ketika seluruh sistem di jalankan. Pada prosespengujian ini akan dilakukan pengukuran arus Input dan arus output konverter buck sinkron, pengambilan data arus dilakukan setiap interval 5 menit untuk mencatat peubahan arus input dan output, hasil pengujian ini dapat dilihat pada tabel 9. Setelah didapatkan data arus input maka dilakukan perhitungan arus rata rata.

Tabel 9. Tabel Arus input dan output converter buck sinkron setiap 5 menit.

Pada pengujian ke empat dilakukan pengambilan data tegangan setiap 5 menit pada setiap limbah guna untuk menghitung rata rata tegangan input dan tegangan output selama proses pengujian hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 10.

Tabel 10.hasil ukur tegangan input dan output converter buck sinkron setiap 5 menit.

Pada pengujian lima, Setelah didapatkan data rata rata arus dan tegangan maka dilakukanlah perhitungan rata rata Daya dan perhitungan efisiensi synchronus buck converter saat sistem berjalan dan hasil nya dapat dilihat pada tabel 11.

Tabel 11. Tabel pengujikan Konverter buck sinkron saat seluruh sistem dijalankan

Setelah dilakukan pengujian dari limbah sampel 1 – 10 Gambar 15. adalah gambar hasil pengujian limbah domestik.

Gambar 15. Sampel limbah sesudah diproses

Kesimpulan Penelitian ini berhasil membuktikan bahwa sistem elektrokoagulasi berbasis konverter buck sinkron dengan kontrol PI mampu bekerja secara efisien untuk pengolahan limbah domestik. Konverter buck sinkron menunjukkan performa yang mengesankan dengan mencapai efisiensi hingga 94% pada beban tinggi, meskipun efisiensinya menurun signifikan pada beban rendah. Kontrol PI terbukti efektif dalam mengatur tegangan output secara stabil pada rentang 12-40V, walaupun memerlukan proses tuning manual menggunakan metode Ziegler-Nichols.

Dalam hal monitoring kualitas limbah, sistem sensor yang terdiri dari pH, TDS, dan kekeruhan menunjukkan hasil yang cukup akurat. Sensor pH memiliki error rata-rata 2,3%, sementara sensor TDS memiliki keterbatasan akurasi di atas 700 ppm. Sistem kontrol berbasis fuzzy logic berhasil mengklasifikasikan kualitas limbah dan mengkonversinya menjadi sinyal kontrol tegangan, meskipun memiliki keterbatasan dalam hal akurasi pembacaan parameter tertentu.

Analisis terhadap efektivitas pengolahan menunjukkan hasil yang beragam. Sistem ini berhasil menstabilkan pH dalam kisaran 7,47-8,17 yang memenuhi baku mutu, serta mengurangi kekeruhan sebesar 32-56% dari 100 NTU menjadi 44-68 NTU. Untuk parameter TDS, terjadi penurunan sebesar 15,3% dari 795,3 ppm menjadi 673,6 ppm yang sudah memenuhi standar baku mutu limbah domestik. Namun, terdapat kenaikan suhu sebesar 5-7,5°C akibat proses elektrolisis yang perlu menjadi pertimbangan.

Secara keseluruhan, sistem ini telah memenuhi tujuan utama penelitian dalam menciptakan solusi pengolahan limbah domestik yang efisien. Meskipun demikian, masih terdapat ruang untuk pengembangan lebih lanjut, terutama dalam meningkatkan akurasi sensor, mengoptimasi kontrol, serta mengintegrasikan metode pengolahan tambahan untuk parameter yang belum sepenuhnya memenuhi standar. Temuan penelitian ini memberikan dasar yang kuat untuk pengembangan sistem pengolahan limbah yang lebih komprehensif di masa depan.

Ucapan Terima Kasih