Mengapa IoT Digunakan dalam Pemantauan Kualitas Air Secara Real-time?

Pemantauan kualitas air secara real-time menggunakan Internet of Things (IoT) dapat menghemat jutaan dolar bagi perusahaan dalam hal penarikan produk, kerusakan reputasi, dan denda. Di Amerika Serikat, pelanggaran Undang-Undang Air Bersih dapat menyebabkan denda antara $25.000 dan $50.000 per hari. Perangkat IoT memungkinkan personel kontrol kimia untuk mengumpulkan dan memantau data kualitas air secara real-time, sehingga menghindari konsekuensi finansial negatif.

Industri yang terkait dengan makanan dan minuman, farmasi, dan manufaktur kimia secara langsung terkait dengan konsumsi dan kesehatan manusia, yang menjadikan sektor-sektor ini paling penting dari perspektif pemantauan kualitas air .

Pengenalan IoT dalam pemantauan kualitas air merupakan terobosan besar, membuka kemampuan seperti transmisi data nirkabel dan penyimpanan data berbasis cloud. Fitur-fitur ini mengarah pada pengurangan biaya operasional untuk lokasi terpencil di mana pengawasan 24 jam tidak memungkinkan. Pemilik bisnis dan organisasi pemantauan lingkungan dapat memvisualisasikan data secara real-time untuk memastikan kepatuhan terhadap peraturan. Dalam artikel ini, kita akan mengeksplorasi bagaimana pengenalan sensor berbasis IoT meningkatkan kemampuan pemantauan, pengoperasiannya, manfaat, tantangan, dan tren masa depan.

Tujuan Penggunaan IoT dalam Pemantauan Kualitas Air

★ Kebutuhan akan Pemantauan Berkelanjutan

Dalam pendekatan klasik, pengendalian kimia air memerlukan pengambilan sampel air secara berkala dengan frekuensi tertentu. Interval antara setiap pembacaan dapat berkisar dari 1 jam hingga beberapa jam. Perubahan kimia air di antara interval ini tidak akan terdeteksi sampai hasil sampel diperoleh. Regulator sedang beralih ke pemantauan air secara terus menerus, yang menghasilkan peningkatan pengendalian regulasi.

Sensor-sensor ini, dikombinasikan dengan pemantauan langsung dan berkelanjutan, dapat memicu tindakan secara real-time, mengendalikan elemen-elemen yang menyebabkan penurunan kualitas air.

★ Pengambilan Keputusan Waktu Nyata

Sistem kualitas air berbasis IoT memungkinkan tindakan segera jika terjadi kontaminasi. Kondisi kualitas air yang memburuk dapat dideteksi dengan cepat, dan sumbernya dapat diidentifikasi dan diatasi. Sensor kekeruhan, pH, klorin, dan oksigen terlarut secara kolektif dapat memberikan gambaran lengkap tentang kualitas air. Nilai alarm untuk setiap parameter dapat diatur menggunakan sistem kontrol yang memantau data.

★ Manajemen Air Berbasis Data

Memiliki kumpulan data besar untuk dianalisis, dikombinasikan dengan alat AI modern, dapat memfasilitasi pemeriksaan sistem secara mendalam. Hal ini dapat mengarah pada tindakan prediktif dan preventif yang dapat dilakukan sebelum terjadi kegagalan kualitas air. Setiap degradasi dapat dideteksi secara langsung. Hal ini juga memungkinkan analisis jangka panjang, seperti mengidentifikasi tren musiman dan sumber polusi yang berulang.

Selain tindakan cepat, alat ini juga dapat langsung membantu menunjukkan perilaku sensor pengotoran. Alat ini juga dapat memprediksi kegagalan peralatan bahkan sebelum terjadi.

Apa itu Sistem Pemantauan Kualitas Air IoT?

1. Komponen-Komponen Sistem Berbasis IoT

Implementasi praktis sistem berbasis IoT untuk aplikasi tertentu membutuhkan kombinasi komponen. Semua komponen ini bekerja sama untuk membentuk sistem yang berfungsi.

● Sensor (kekeruhan, pH, DO, konduktivitas, TDS)

Pemantauan kualitas air melibatkan analisis berbagai parameter fisik dan kimia dari sampel. Sensor-sensor ini biasanya dipasang di dalam tangki dan pipa dengan air yang mengalir atau diam. Kekeruhan, pH, DO, konduktivitas, dan TDS secara kolektif memungkinkan analisis kualitas air.

• • Kekeruhan: Kehadiran material tersuspensi dalam air dapat menyebabkan air menjadi keruh atau berkabut. Jumlah material tersuspensi ini dideteksi menggunakan sensor kekeruhan yang kompatibel dengan sistem IoT modern. Misalnya, Sensor Kekeruhan Rika (Seri RK500-07) dapat mendeteksi perubahan kecil sebesar 0,01 NTU.
  • pH: Pengukuran pH memberikan wawasan tentang keasaman dan alkalinitas air. pH yang lebih rendah berarti air bersifat asam. Rika RK500-12 menawarkan akurasi deteksi 0,01 pH, yang cocok untuk sebagian besar sistem pemantauan kualitas air.
  • DO:Aktivitas mikroba dapat mengubah kadar oksigen terlarut (DO) dalam air. Selain itu, keberadaan oksigen di pembangkit listrik dapat menyebabkan kerusakan pada logam. Oleh karena itu, sensor optik seperti RK500-04 dapat memberikan nilai langsung kadar DO dalam air untuk menjaga keseimbangan kimia yang tepat sesuai dengan persyaratan aplikasi.
  • Konduktivitas: Keberadaan kandungan ion dan salinitas air dapat dideteksi menggunakan meter konduktivitas. Konduktivitas 0–2 mS/cm cocok untuk air minum. Oleh karena itu, detektor EC, seperti RK500-13, dengan rentang 0–200 mS/cm (akurasi ±1–2%), sangat penting agar sistem IoT dapat berfungsi secara efisien.
  • TDS:Total padatan terlarut (TDS) harus <500 mg/L (air minum, pedoman WHO), hingga 2000 mg/L (irigasi), dan >10.000 mg/L (air garam/industri). Mendeteksinya sangat penting untuk memastikan kepatuhan terhadap peraturan. Biasanya, sensor EC seperti Sensor EC/Salinitas RK500-13 juga dapat mendeteksi TDS melalui konversi.

● Gateway dan Sistem PLC/SCADA

Sinyal dari semua sensor kualitas air diproses, dan tindakan yang relevan diambil oleh pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC). Kemudian, masing-masing PLC ini mengumpulkan data dan mengirimkannya ke sistem pemantauan terpusat, yang dikenal sebagai SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), yang memungkinkan intervensi operator bila diperlukan.

● Modul Komunikasi (LoRaWAN, seluler, Wi-Fi)

Sistem pemantauan terpusat dapat berada di dekat lapangan tempat data dikumpulkan, atau dapat berada pada jarak yang cukup jauh sehingga memerlukan transmisi nirkabel. Untuk itu, terdapat kartu SIM seluler 4G di perangkat IoT (V-box) untuk mengirim data yang dikumpulkan PLC ke cloud melalui MODBUS TCP/IP. Pendekatan lain untuk komunikasi meliputi:

• • Jarak Pendek: Dalam kasus jarak pendek, WiFi adalah metode terbaik yang memungkinkan transmisi data di dalam pabrik tanpa memerlukan kabel.
  • Jangkauan Jauh: Untuk pemantauan jarak jauh, LoRaWAN menyediakan komunikasi berdaya rendah dan jangkauan jauh, sehingga ideal untuk sumber air di daerah pedesaan dan titik pemantauan yang tersebar.

● Platform Penyimpanan dan Analisis Cloud

Semua data dari sensor, setelah melewati modul komunikasi, disimpan dan dianalisis. Data ini kemudian menghasilkan pemantauan yang lebih baik dengan studi prediktif. Segala hal mulai dari pemeliharaan preventif, kondisi sensor, pengaruh musiman, dan kendala terkait disoroti pada tahap ini.

2. Prinsip Kerja

Prinsip kerja, jika kita menggabungkan semua komponen ini, dapat dengan mudah dijabarkan langkah demi langkah:

• Langkah 1: Pengumpulan data
• Langkah 2: Transmisi
• Langkah 3: Penyimpanan
• Langkah 4: Visualisasi
• Langkah 5: Peringatan

Manfaat IoT dalam Pemantauan Kualitas Air Secara Real-time

✔ Pengumpulan Data Otomatis dan Berkesinambungan

Kombinasi IoT dengan sistem pemantauan kualitas air secara real-time menyediakan pengawasan 24/7. Melalui transmisi data nirkabel, lokasi pemantauan jarak jauh dengan sistem SCADA dapat menerima peringatan dan data real-time dari berbagai lokasi. Hal ini juga memungkinkan pemilik bisnis untuk menerima peringatan real-time tentang kondisi tersebut melalui dasbor seluler atau web mereka. Sensor dari RIKA dapat memberikan waktu respons 1 detik untuk pengukuran yang hampir terus menerus.

✔ Pengambilan Keputusan yang Lebih Cepat dan Akurat

Keberadaan sensor kualitas air yang menyediakan pengumpulan data setiap detik memungkinkan tren yang akurat. Tren ini memungkinkan pengambilan keputusan sebelum parameter air apa pun mencapai kondisi ambang batas. Hal ini dapat mengurangi waktu henti dan memungkinkan pengambilan keputusan tepat waktu. Misalnya, pengaturan PLC dan gateway IoT memungkinkan alarm waktu nyata jika parameter apa pun melebihi ambang batas, seperti kekeruhan lebih besar dari5 NTU (SIAPA).  

✔ Penghematan Biaya dan Efisiensi Sumber Daya

Pengambilan sampel manual dapat memakan waktu, yang mengurangi peluang deteksi dini terhadap kelainan apa pun. Menurut Journal of Soft Computing Exploration , sensor TDS dan kekeruhan mengurangi beban kerja pengujian manual dan memberikan hasil yang akurat dengan kesalahan rata-rata hanya 1,53%. Hal ini memungkinkan optimalisasi dosis bahan kimia dan mengurangi kebutuhan energi dengan meningkatkan persyaratan pencucian balik untuk filter dalam proses pengolahan air.

✔ Integrasi dengan Sistem Kontrol

Penggunaan perangkat IoT yang terus menerus mengirimkan data dan melakukan aktuasi berdasarkan data yang diterima dari pusat kendali memungkinkan tindakan kontrol otomatis. Tindakan ini dapat mencakup siklus pencucian balik, pengoperasian katup, pemberian dosis bahan kimia, dan penggantian membran, di antara lainnya. Penggunaan SCADA/PLC memungkinkan otomatisasi proses.

✔ Kepatuhan dan Pelaporan Regulasi

Mematuhi persyaratan peraturan pemerintah daerah atau standar internasional mengharuskan penggunaan pemantauan kualitas air secara real-time. Untuk menghindari denda besar, implikasi serius bagi perusahaan, dan masalah keuangan, memiliki sistem yang menyediakan log historis dalam SCADA berbasis cloud sangat penting. Sistem ini dapat menyediakan jejak audit dan memungkinkan ekspor data untuk regulator.

Tantangan dan Pertimbangan

Perangkat IoT sangat luar biasa untuk pemantauan dan pengendalian, tetapi ada beberapa tantangan yang menyertainya. Berikut beberapa tantangan dan pertimbangan yang perlu disadari sebelum mengadaptasi cara modern pemantauan kualitas air:

A. Catu Daya untuk Lokasi Terpencil

Jika sensor dipasang di lokasi terpencil, peralatan terkaitnya, termasuk PLC dan modul komunikasi, akan membutuhkan daya. Situasi di luar jaringan listrik mungkin memerlukan penggunaan tenaga surya dengan baterai. Hal ini mungkin menambah modal awal, tetapi akan menguntungkan dalam jangka panjang.

B. Kekhawatiran tentang Keamanan dan Privasi Data

Mengirimkan data melalui internet atau secara nirkabel membuatnya rentan terhadap pencurian. Dalam kasus di mana keamanan data merupakan fitur utama, seperti enkripsi dan penggunaan sinyal jaringan WiFi dan seluler terbaru (5G), hal ini dapat terbukti bermanfaat.

C. Keterbatasan Konektivitas di Daerah Pedesaan/Industri

Akan selalu ada tempat-tempat di mana koneksi internet seluler atau kabel tidak tersedia. Dalam kasus seperti itu, menggunakan layanan internet berbasis satelit adalah satu-satunya solusi, yang bisa mahal untuk dipasang dan dipelihara.

D. Biaya Implementasi untuk Utilitas Kecil

Bagi perusahaan utilitas kecil, memanfaatkan sensor dan mikrokontroler berbiaya rendah, menghindari server lokal yang mahal, melakukan implementasi secara bertahap, dan memanfaatkan infrastruktur bersama (misalnya, pusat SCADA regional) dapat membuat IoT layak diterapkan bahkan untuk operator kecil.

Tren Masa Depan dalam Pemantauan Kualitas Air dengan IoT

Pertumbuhan pesat dunia digital memungkinkan perusahaan untuk meningkatkan efisiensi dan produktivitas. Untuk tetap unggul dalam menghadapi pertumbuhan ini, pertimbangkan aspek-aspek penting ini dan terapkan sejak dini agar tetap relevan.

● Analisis Prediktif Berbasis AI/ML

Kecerdasan Buatan (AI) dan pembelajaran mesin (ML) adalah teknik modern untuk analisis prediktif dan studi perilaku. Algoritma ini dapat menganalisis basis data berbasis cloud yang besar dan mengidentifikasi pola dalam pergeseran sensor atau data arus pompa, sehingga memungkinkan penjadwalan perawatan sebelum terjadi kerusakan, dan dengan demikian mengurangi waktu henti yang tidak direncanakan.

● Integrasi dengan Kota Pintar dan Kembaran Digital

Bagi kota-kota yang sudah menggunakan perangkat IoT untuk mengontrol dan memantau berbagai instalasi kota, seperti lampu jalan, detektor akustik, dan kamera, mereka dapat mengintegrasikan pemantauan kualitas air secara real-time untuk meningkatkan kepatuhan terhadap peraturan dari berbagai industri.

● Keberlanjutan dan Komputasi Tepi untuk Pemrosesan Lebih Cepat

Sistem-sistem ini cenderung menggunakan pengaturan IoT berdaya rendah (29 W) yang dirancang untuk pengoperasian berkelanjutan dengan jejak energi minimal, selaras dengan tujuan keberlanjutan. Sistem berbasis PLC yang andal membutuhkan lebih sedikit intervensi manual, mengurangi perjalanan ke lokasi terpencil (menurunkan jejak karbon). Selain itu, PLC dan gateway IoT lokal dapat memproses alarm di lokasi, memungkinkan pengambilan keputusan tanpa menunggu pemrosesan cloud — ini pada dasarnya adalah komputasi tepi (edge ​​computing). Hal ini juga dapat memastikan tindakan penting (seperti menutup katup) dilakukan bahkan jika konektivitas internet terputus.

Kesimpulan

Pergeseran menuju penggunaan IoT dalam pemantauan kualitas air tidak dapat dihindari. Hal ini telah diadopsi oleh Jaringan Pemantauan Danau dan Sungai (Eropa & AS), Kota Air Pintar (Singapura), dan Instalasi Pengolahan Air Limbah Pagla milik Dhaka WASA. Tujuan mereka adalah untuk membuat pemantauan menjadi efisien dan berkelanjutan. Penambahan fitur seperti AI dan ML untuk data cloud dapat memberikan wawasan mendalam yang sulit ditemukan melalui intervensi manusia.

Sensor dan perangkat IoT telah memungkinkan pemeliharaan preventif, kontrol yang tepat, pengawasan yang lebih baik, dan manajemen jarak jauh. Merek seperti RIKA menawarkan layanan ujung-ke-ujung untuk solusi terintegrasi terkait pemantauan kualitas air secara real-time. Sensor mereka berkualitas unggul, dengan salah satu akurasi dan resolusi tertinggi di industri, sesuai standar industri.

Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

Q1: Parameter apa saja yang dapat diukur oleh pemantauan kualitas air berbasis IoT?

Pemantauan kualitas air berbasis IoT terutama terdiri dari pemantauan parameter kekeruhan, pH, DO, konduktivitas, dan TDS. Pemantauan ini memberikan gambaran lengkap tentang kondisi kualitas air. Organisasi internasional biasanya memiliki batasan untuk parameter-parameter ini. Pemantauan parameter-parameter tersebut memastikan kepatuhan terhadap peraturan.

Q2: Apakah pemantauan IoT cocok untuk sistem air minum?

Penggunaan IoT dalam pemantauan sistem air minum sangat direkomendasikan. Ini adalah metode paling canggih untuk menjaga kualitas air minum. Perubahan kecil pun dapat dengan mudah dideteksi oleh algoritma AI dan ML. Hal ini memungkinkan pemberian dosis bahan kimia dan identifikasi sumber kontaminasi secara real-time tanpa penundaan.

Q3: Dapatkah IoT mengurangi biaya pengolahan air?

Ya, penggunaan perangkat IoT dapat mengurangi biaya dengan mengurangi kebutuhan pengambilan sampel berkala melalui tenaga kerja. Untuk daerah terpencil, kunjungan berkala dapat dikurangi secara drastis. Perangkat ini juga dapat mengurangi konsumsi bahan kimia dan memungkinkan pemeliharaan prediktif. Secara keseluruhan, hal ini dapat mengurangi biaya tenaga kerja, operasional, dan pemeliharaan untuk industri pengolahan air.

Q4: Berapa kisaran tipikal sensor kualitas air IoT?

Biasanya, sensor kualitas air IoT seperti yang dari Rika dapat menawarkan sensor kekeruhan (RK500-07) yang mengukur dari 0-4000 NTU, sensor pH (RK500-12) yang biasanya mengukur 0–14 pH dengan resolusi 0,01 pH, sensor Oksigen Terlarut (DO) (RK500-13) yang mendukung rentang pengukuran 0–20 mg/L, sensor Konduktivitas (RK500-23) yang mencakup 0–20 mS/cm dengan beberapa pilihan rentang (dapat disesuaikan untuk air dengan salinitas rendah/tinggi). Sensor TDS umumnya digunakan hingga 1000 ppm atau lebih untuk klasifikasi air.

Q5: Seberapa aman transmisi data IoT?

Sistem modern menggunakan protokol komunikasi terenkripsi (misalnya, TLS, HTTPS, VPN, atau MODBUS melalui TCP/IP yang aman) dan jaringan seluler dengan otentikasi SIM. Hal ini membuat pencurian data menjadi sulit. Selain itu, firewall, sistem deteksi intrusi, dan pembaruan firmware secara berkala menjaga sistem tetap mutakhir terhadap ancaman modern. Sistem canggih akan menggunakan agen AI untuk mendeteksi serangan.