Design & Implementation of a Sensor-Based Dental Unit Wastewater Treatment (SDUWT) System for Real-Time Monitoring & Control

                                               

       

                                                        Disusun oleh : 

                                      Iqbay Al Izraqi, NIM : 240801032

Dosen Pengampu :

Kiyai Khalifah Dr. Muhammad Sontang Sihotang, S.Si., M.Si.

PENDAHULUAN

Latar Belakang

 

Dokter gigi dalam memberikan tindakan pengobatan kepada pasiennya selalu dilakukan di dental unit. Dental unit terdiri dari kursi gigi, lampu, mangkuk kumur (bowl-rinse), saluran pembuangan air, dan meja instrumen (Wahyu dkk, 2021). Tindakan perawatan gigi akan menghasilkan limbah cair yang berasal dari rongga mulut pasien berupa saliva, darah, plak, dan karang gigi yang mengandung bakteri serta zat-zat organik lainnya. Limbah lain seperti bahan-bahan kedokteran gigi dapat juga dibuang melalui saluran air pada dental unit. Misalnya pada tindakan pembongkaran tambalan gigi, tindakan penambalan atau pencetakan gigi, tindakan perawatan saluran akar yang menggunakan larutan seperti sodium hipoklorit, EDTA, klorheksidin, dan larutan salin. Limbah-limbah ini akan dibuang ke parit melalui saluran air pada dental unit tanpa ada penyaringan (Indraswari dkk, 2021). Pada umumnya praktik mandiri dokter gigi akan membuang limbah cair medis dari dental unit ke septic tank atau ke selokan (Putri dkk, 2018). Padahal limbah cair medis ini merupakan limbah infeksius yang masih perlu pengelolaan sebelum dibuang ke lingkungan sehingga tergolong ke dalam limbah B3 (Bahan Berbahaya Beracun). Pengelolaan limbah B3 mutlak diperlukan untuk meminimalkan dampak terhadap lingkungan dan kesehatan dengan dilakukan cara terbaik untuk meminimalkan dampak tersebut (Ciawi dkk, 2024).

Metode pengelolaan pembuangan limbah cair medis dari dental unit yang ada di rumah sakit adalah dengan mengumpulkan limbah cair B3 di suatu ruangan untuk kemudian diserahkan pada pihak ketiga atau menggunakan instalasi pengelola air limbah (IPAL) (Kinanti dkk, 2021). Instalasi Pengelola Air Limbah (IPAL) telah banyak digunakan pada beberapa fasilitas pelayanan kesehatan, seperti rumah sakit, dengan sistem biofilter anaerob-aerob. Akan tetapi, metode ini belum dapat diterapkan pada praktik mandiri. Metode pengelolaan ini dinilai memberatkan karena volume limbah cair medis yang dihasilkan tidak sebanding dengan biaya yang harus dikeluarkan (Indraswari, 2021). Berdasarkan hasil penelusuran literatur, belum ada alat pengolah limbah cair medis untuk praktek mandiri.

Dari masalah diatas, diperlukan suatu alat yang dapat mengolah limbah cair yang berasal dari dental unit agar aman untuk dialirkan ke parit pembuangan umum. Melalui Program Kreativitas Mahasiswa dengan skema Karsa Cipta ini, tim akan membuat sebuah prototipe alat pengolah limbah cair medis yang disambungkan ke dental unit dengan memanfaatkan cangkang kerang darah (Anadara granosa) sebagai biofilter dan penggunaan beberapa sensor berbasis mikrokontroler Arduino untuk mendeteksi kualitas akhir dari olahan limbah cair medis. Alat ini bernama SDUWT: Sensor-based Dental Unit Wastewater Treatment. Cara kerja alat ini akan mengadopsi cara pengolahan air pada instalasi pengelola air limbah (IPAL). Alat ini diharapkan dapat bermanfaat bagi praktik dokter gigi mandiri guna mematuhi Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No. 101 Tahun 2014 tentang Pengelolaan Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun dan

Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan RI No. 6 tahun 2021 tentang tata cara dan persyaratan pengelolaan limbah bahan berbahaya dan beracun. Selain itu juga untuk mendukung pelaksanaan SDGs No. 3 tentang kehidupan sehat dan sejahtera serta No. 6 tentang air bersih dan sanitasi layak (KLHK, 2021; Pemerintah RI, 2014).

 

Tujuan Laporan

 

Tujuan yang akan dihasilkan berupa laporan kemajuan, laporan akhir, prototipe atau produk fungsional alat Sensor-based Dental Unit Wastewater Treatment (SDUWT), dan akun media sosial. Luaran tambahan dari laporan ini adalah paten sederhana.

 

Manfaat Laporan

Laporan karya cipta ini diharapkan dapat menciptakan suatu prototipe alat yang bermanfaat di bidang kedokteran gigi untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh limbah cair medis yang dihasilkan dari dental unit pada fasilitas layanan kesehatan gigi khususnya di praktik dokter gigi mandiri. Prototipe alat ini diharapkan dapat menjadi dasar untuk pengembangan alat yang lebih fungsional dan sempurna di masa yang akan datang.

 

TINJAUAN PUSTAKA

 

Limbah Cair Medis Gigi & Mulut

 

Menurut PP No. 12 tahun 1995, limbah adalah sisa atau produk yang dihasilkan dari proses usaha atau kegiatan yang tidak terpakai dan terbuang serta dapat menimbulkan dampak buruk terhadap makhluk hidup dan lingkungan. Dari aspek bentuknya limbah dapat digolongkan menjadi tiga yaitu limbah padat, limbah cair, dan limbah gas (Pemerintah RI, 1995). Limbah cair medis merupakan limbah yang berasal dari aktivitas medis seperti rumah sakit atau unit kesehatan. Limbah cair medis mengandung bahan berbahaya atau beracun, seperti bahan kimia, obat- obatan, bahan biologis, mikroorganisme patologis, cairan tubuh, dan jaringan tubuh penyebab penyakit menular yang harus diolah secara khusus agar tidak mencemari lingkungan (Kinanti dkk, 2021). Limbah cair medis dari perawatan gigi dan mulut dapat berupa limbah padat dan cair. Limbah padat dapat berupa bahan tambalan gigi (amalgam, semen atau resin komposit), bahan cetak gigi, jaringan, dan mikroorganisme. Sedangkan limbah cair dapat berupa saliva, darah, pus, cairan etsa asam, cairan obat kumur dan cairan obat-obatan lainnya (Binner dkk, 2021). Limbah-limbah ini bersifat infeksius dan toksik terhadap lingkungan. Sebagai contoh adalah pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh bahan tambal gigi berbasis amalgam. Bahan tambal amalgam mengandung merkuri yang dapat lepas ke air dan tanah yang bisa terakumulasi. Dimana sumber utama pelepasan merkuri dari amalgam berasal dari limbah cair medis yang dihasilkan dari praktik dokter gigi (Mulligan dkk, 2018).

 

Sistem Pengelolaan Limbah Cair

 

Limbah cair medis yang tidak diolah dengan baik dapat mencemari sistem ekologi terbuka seperti laut, sungai, danau, udara, dan tanah. Hal ini secara tidak langsung dapat membawa dampak negatif bagi kesehatan manusia dan kelangsungan hidup makhluk biotik serta kelestarian alam (Beulah dan Muthukumaran, 2020). Terdapat beberapa cara pengolahan limbah cair medis agar tidak menjadi polutan. Salah satu cara pengolahan tersebut yaitu sedimentasi. Sedimentasi merupakan salah satu proses pengolahan limbah cair secara fisika yang menggunakan gaya gravitasi untuk memisahkan partikel padatan tersuspensi yang telah terbentuk dari dalam air. Selain sedimentasi, mikroorganisme juga digunakan dalam pengolahan limbah cair medis. Penggunaan aktivitas mikroorganisme ini merupakan proses biologis dengan biakan tersuspensi untuk menguraikan senyawa polutan yang ada dalam air. Pada proses ini mikroorganisme yang digunakan dibiakkan secara tersuspensi di dalam suatu reaktor. Mikroorganisme ini nantinya akan digunakan untuk menyeleksi mikroba-mikroba lainnya yang terkandung di dalam cairan limbah (Lovet, 2020). Mikroorganisme tersebut biasanya adalah bakteri baik yang bersifat aerob atau anaerob. Proses pengolahan secara biologi merupakan proses alami yang cukup efektif dan efisien karena berbiaya rendah, ramah terhadap lingkungan dan dapat diaplikasikan untuk menurunkan berbagai polutan organik dan non-organik termasuk kandungan lemak dan minyak yang bersifat stabil serta kandungan logam dalam limbah (Martini dkk, 2020).

Pada proses pengolahan limbah cair, proses filtrasi juga memegang peranan penting sebelum akhirnya limbah cair dibuang ke lingkungan. Proses filtrasi atau penyaringan berperan sebagai upaya menghilangkan polutan dan meningkatkan kemurnian air. Tingkat kemurnian air dapat dilihat dari kadar keasaman (pH) dan kekeruhan air. Menurut Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan RI No. 68 tahun 2016 tentang baku mutu air limbah domestik bahwa kadar pH air limbah yang aman untuk dibuang adalah. Jika pH air limbah kurang dari 6 atau lebih dari 9 maka air tersebut dapat membahayakan lingkungan (KLHK, 2016). Adapun kadar kekeruhan air yang diperbolehkan menurut standar baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah adalah 6-9 NTU (Wiguna, 2020).

 

Potensi Cangkang Kerang Sebagai Biofilter

 

Kandungan kalsium karbonat (CaCO3) pada cangkang kerang dapat dijadikan sebagai material kalsium oksida (CaO) (Evi dkk, 2020). CaO yang berasal dari limbah cangkang kerang memiliki sifat ramah lingkungan sehingga aman jika digunakan sebagai biokoagulan (Afriani dkk, 2018). Keunggulan cangkang kerang antara lain tidak beracun, biodegradable, serta mudah untuk berinteraksi dengan zat organik lainnya seperti protein. Pada proses bio-koagulan terjadi penggumpalan partikel kecil menjadi partikel lebih besar yang menyatu dengan CaO. Hal tersebut menjadikan CaO berpotensi untuk mengatasi polutan di dalam air sehingga alternatif ini sangat cocok digunakan (Tiandho dkk, 2018). Pemberian koagulan dengan kadar yang tepat pada limbah cair dengan tingkat kekeruhan yang tinggi dapat menjernihkan air tersebut. Kadar CaO yang dapat dijadikan biokoagulan adalah sebanyak 2 gram per liter (Evi dkk, 2020). CaO dan H2O bereaksi menghasilkan Ca(OH)2 yang memiliki sifat basa dan kapur. Ca(OH)2 merupakan gabungan aluminat aktif dan memiliki kemampuan koagulasi kuat yang sangat efektif untuk menarik koloid dan flok dengan bentuk lebih padat dan cepat mengendap. Oleh karena itu, senyawa Ca(OH)2 cocok digunakan untuk air yang tingkat kejernihannya rendah (Rachman dan Syaban, 2020).

 

Sistem Mikrokontroler dan Sensor

Alat SDUWT akan menggunakan beberapa sensor yang dikendalikan melalui mikrokontroler Arduino. Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer yang dikemas dalam satu chip IC (Integrated Circuit) yang bertugas dalam menerima, mengelola dan mengirimkan suatu sinyal sesuai dengan program yang dijalankan. Mikrokontroler yang sering digunakan dalam pembuatan alat berbasis sensor dan IoT yaitu mikrokontroler Arduino. Mikrokontroler Arduino bisa diprogram pada perangkat lunak Arduino IDE yang menggunakan bahasa pemrograman C. Selain itu di dalam mikrokontroler Arduino telah terdapat antarmuka serial, sehingga untuk pengguna laptop atau komputer dapat menggunakan kabel USB yang bisa pasangkan langsung pada board mikrokontroler Arduino. Mikrokontroler Arduino memiliki beberapa pin digital dan analog untuk input dan output. Sensor-sensor yang digunakan akan diintegrasikan melalui pin analog sedangkan LCD yang menggunakan koneksi I2C akan dihubungkan ke pin SDA dan SCL pada Arduino (Pratama dkk, 2022).

 

Sensor yang akan digunakan pada prototipe alat ini adalah sensor pH, ketinggian air (water level), dan kekeruhan (turbidity). Sensor ketinggian air adalah alat yang digunakan untuk memberikan sinyal kepada alarm panel bahwa permukaan air telah mencapai level tertentu. Pendeteksi level ketinggian air akan membaca nilai tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing rangkaian pembagian tegangan yang tersusun oleh empat luaran (Khair, 2020). Sensor pH dapat mengukur kadar keasaman atau kebasaan di dalam cairan atau larutan. Cara kerja utama dari sensor pH terletak pada bagian probe sensor dengan material yang terbuat dari elektroda kaca. pH meter akan mengukur perbedaan potensial antara elektroda kaca dan elektroda pembanding dengan cara mengukur jumlah ion H3O⁺ di dalam larutan kemudian mengkonversinya menjadi pembacaan pH (Pratama dkk, 2022). Sensor turbidity adalah sensor yang berfungsi mengukur tingkat kekeruhan air. Sensor ini mendeteksi partikel tersuspensi dalam air dengan cara mengukur transmitansi dan hamburan cahaya yang berbanding lurus dengan kadar Total Suspended Solids (TTS). Semakin tinggi kadar TTS, maka semakin tinggi pula tingkat kekeruhan air tersebut (Fatturahman, 2019).

 

PEMBAHASAN

 

Analisis dan Pengumpulan Informasi

 

Pengumpulan informasi didapatkan melalui jurnal, website, dan referensi lain yang mendukung untuk menambah wawasan mengenai pembuatan alat ini. Adapun hal yang dicari seperti mekanisme pengolahan air limbah, cara kerja sensor, dan pemrograman mikrokontroler Arduino.

 

Perencanaan dan Perancangan Alat

 

Bentuk dan desain alat SDUWT ini dirancang menggunakan aplikasi Sketchup. Alat ini bekerja menggunakan daya listrik sebesar 50 watt. Alat SDUWT terdiri dari 3 bak utama berbahan akrilik transparan. Bak pertama sebagai ruang pengumpul (15x15x30 cm), bak kedua sebagai ruang pengendapan (15x15x30 cm) dan bak ketiga sebagai ruang filtrasi (60x15x30 cm) yang terdiri dari filtrasi anaerob, filtrasi aerob, dan ruang indikator yang juga berfungsi sebagai ruang pengumpul akhir. Bagian atas bak dirancang memiliki konsep buka-tutup untuk memudahkan pengguna melakukan perawatan pada alat. Sensor water level akan diletakkan pada ruang pengendapan dan ruang indikator. Sensor pH dan turbidity akan diletakkan di ruang indikator. Biofilter dari cangkang kerang darah yang ditempatkan di dalam saringan stainless steel akan diletakkan pada ruang pengumpul sedangkan pada ruang pengendapan akan diletakkan dispenser yang mengandung bubuk CaO sebagai biokuagulan dan akan terbuka ketika sensor water level mengirim sinyal. Mikroorganisme yang akan diletakkan pada ruang filtrasi anaerob adalah bakteri Streptococcus mutans dan di ruang filtrasi aerob adalah bakteri Staphylococcus aureus. Pada ruang filtrasi aerob diletakkan blower agar mengkondisikan lingkungan aerob bagi kelangsungan hidup bakteri aerob. Pada ruang indikator diletakkan pompa sirkulasi untuk memompa air limbah yang tidak lolos syarat pH dan kekeruhan kembali ke bak filtrasi. Jika air limbah memenuhi syarat maka akan dialirkan ke saluran pembuangan yang dilengkapi dengan klorinator. Untuk memantau hasil pembacaan sensor secara real-time, maka akan dipasangkan monitor LCD (Liquid Crystal Display) di bagian luar alat. Desain alat dan cara kerja alat dapat dilihat pada gambar 1 dan gambar 2 berikut ini:

 

Gambar 1 : Flowchart Cara Kerja SDUWT

 

 

Gambar 2 :  Skema Desain Alat SDUWT

 

Gambar 3 : Desain 3D Alat SDUWT

Pelaksanaan Kegiatan

Proses pelaksanaan kegiatan akan ditampilkan dalam diagram pada gambar 3 :

Gambar 4 : Diagram Proses Pelaksanaan Kegiatan

Pemodelan Sistem

Pemodelan sistem SDUWT berbasis mikrokontroler Arduino dimulai dengan pembacaan sensor water level terhadap kondisi ketinggian air pada ruang pengendapan. Jika ketinggian air yang dibaca sensor telah mencapai 25 cm maka sensor akan mengirimkan data hasil pembacaan sensor ke Arduino melalui koneksi serial atau analog. Arduino akan memproses data dari sensor dan menginstruksikan relay untuk membuka dispenser CaO untuk menumpahkan CaO sebanyak 11 gram dan setelah beberapa saat Arduino akan menginstruksikan relay lainnya untuk memutar solenoid valve pertama yang akan membuka jalur air ke ruang biofilter anaerob. Selanjutnya sensor pH dan sensor turbidity akan membaca kondisi air pada ruang indikator dan mengirimkan data ke Arduino. Selanjutnya Arduino akan memproses data dari sensor dan mengirimkan hasilnya ke layar LCD yang terhubung dengan Arduino melalui koneksi I2C. Arduino akan menginstruksikan relay untuk memutar solenoid valve kedua yang akan membuka jalur air untuk keluar dan mengalami proses klorinasi. Apabila hasil penyaringan belum optimal maka Arduino akan menginstruksikan relay untuk mengaktifkan pompa sirkulasi.

Perakitan dan Pembuatan Alat

 

1.   Pembuatan rangka akrilik: Pada tahap ini dimulai dengan memotong papan akrilik sesuai ukuran bak. Seluruh kerangka akrilik yang disatukan dengan perekat, mur, dan baut sehingga berbentuk balok.
 
2.   Pembuatan saluran: Pada tahap ini akan dilakukan pemasangan pipa dan solenoid valve pada saluran pembuangan dental unit, antara ruang pengendapan dengan ruang pengumpul, antara ruang pengendapan dengan ruang biofilter anaerob, antara ruang biofilter anaerob dengan ruang biofilter aerob, antara ruang indikator dengan saluran pembuangan akhir.
 
3.   Pemasangan blower: Blower udara akan dipasang pada ruang biofilter aerob, dimana blower udara akan membawa oksigen untuk mendorong pertumbuhan mikroorganisme aerob dan memastikan setiap molekul air mendapatkan oksigen tambahan. Blower dihubungkan langsung ke sumber listrik.
 
4.   Pemasangan pompa sirkulasi: Pompa sirkulasi akan dipasang pada ruang indikator dan ruang biofilter aerob. Pompa sirkulasi akan diintegrasikan dengan sistem sensor sehingga akan mensirkulasi ulang limbah yang belum sesuai standar pembacaan sensor kembali ke ruang biofilter aerob.
 
5.   Pemasangan filter: Filter stainless steel yang berfungsi sebagai filter limbah padatan yang dibawa oleh limbah cair medis dari dental unit akan diletakkan pada ruang pengumpul. Filter anaerob dan aerob akan dipasang pada ruang biofilter.
 
 
6.   Pemasangan dispenser CaO: Dispenser berisi bubuk CaO yang berfungsi sebagai biokoagulan akan diletakkan pada ruang pengendapan.
 
7.   Pemasangan mikrokontroler, LCD, dan sensor: Sensor water level yang pertama akan dipasang pada ruang pengendapan berfungsi untuk mengaktifkan dispenser filter CaO. Pada ruang indikator akan dipasang sensor water level yang kedua, sensor pH, dan sensor turbidity. Sensor-sensor, solenoid valve, LCD, dan pompa sirkulasi diintegrasikan pada Arduino. Kemudian Arduino dan relay-relay yang digunakan dihubungkan langsung dengan sumber listrik.

 
8.   Pemasangan klorinator: klorinator berisi tablet kaporit yang berfungsi sebagai penjernih air dan diletakkan pada saluran pembuangan akhir. Pembuatan rangka akrilik: Pada tahap ini dimulai dengan memotong papan akrilik sesuai ukuran bak. Seluruh kerangka akrilik yang disatukan dengan perekat, mur, dan baut sehingga berbentuk balok.

 

Uji Coba Alat
 
Pada tahap ini dilakukan uji coba pada alat tersebut yang dilakukan dengan melihat beberapa indikator yaitu:

1.  Alat dapat menyala dengan baik,
2.  Tidak ada kebocoran pada setiap ruangan,
3.  Sensor dapat membaca ketinggian, keasaman, dan kekeruhan air dengan baik,
4.  LCD bisa menampilkan hasil pengukuran sensor,
5.  Blower dan pompa sirkulasi dapat bekerja dengan baik,
6.  Terdapat gumpalan pada ruangan pengendapan yang dihasilkan oleh CaO.
7.  Hasil uji baku mutu air limbah.
 
Evaluasi Akhir
 
Evaluasi keberfungsian alat dilakukan berdasarkan hasil uji coba yang akan menjadi data untuk pengembangan alat selanjutnya.