Penggunaan Storage Rainwater Harvesting dan Pengolahannya Menjadi Air Siap Pakai Dengan Sistem Elektrolisis Energi Surya Di SMK 6 Kota Bandung

Abstrak

Tahun 2045 Indonesia diproyeksikan akan menjadi negara maju, dengan ekonomi terbesar ke-4didunia. Prediksi tersebut dilatarbelakangi dengan bonus demografi yang akan terjadi padatahun 2030-2040. Hal ini merupakan keuntungan jika berhasil mendidik generasi mudanya.

Sebaliknya akan menjadi “bencana” apabila kualitas masyarakat Indonesia tidak disiapkan dengan baik. Indonesia merupakan negara memiliki potensi energi matahari 207,8 GWp dancurah hujan berkisar antara 2000-3000 mm per tahun. Potensi energi matahari dan air hujanyang besar belum termanfaatkan secara optimal. Air hujan dapat menjadi sumber air yangmenyegarkan dan aman untuk digunakan dalam keperluan sehari – hari. Masalah lainnyaadalah masih adanya alumni SMK yang menganggur, sehingga tingkat kesejahteraannya masihkurang. Program pengabdian masyarakat ini telah dilakukan pada siswa dan guru di SMK 6 kotaBandung berupa penyuluhan dan pembuatan storage rainwater harvesting berukuran 1000 literatau water ionizer dengan menggunakan sumber energi dari modul sel surya surya sebesar 200Watt. Hasil Kuesioner menunjukan bahwa nilai rata-rata setuju/sangat setuju 93,3% danmasyarakat menerima dan berharap kegiatan-kegiatan seperti ini dilanjutkan di masa yang akandatang.

Latar belakang

Musim Hujan di Indonesia umumnya terjadi pada bulan September-Maret. Waktu kecil orangtua saya, menjelaskan bahwa biasanya mulai hujan pada bulan ber-beran, dan akanret/berakhir pada bulan maret. Akan tapi tahun 2023/24 sepertinya berubah hujan terjadimulai bulan desember dan diperkirakan akan berakhir pada bulan April/Mei. Saat penulisan jurnal ini, tanggal 22 Februari hujan terus mengguyur kota Bandung. Kemarin hujan terjadimulai jam 2 subuh dan baru selesai sekitar jam 9 pagi. Dan Hujan lagi sekitar jam 6 sore, hingga jam 7 malam. Angin puting beliung di sekitar Jatinangor dan Rancaekek yang menyebabkankerusakan bangunan dan tumbangnya pepohonan. Salah seorang peneliti muda BRIN Indonesiamenyatakan bahwa angin yang diduga puting beliung merupakan tornado pertama diIndonesia

Tinjauan Pustaka

Curah hujan adalah ketinggian air hujan yang terkumpul dalam alat penakar hujan pada tempatyang datar, tidak menyerap, tidak meresap, tidak mengalir. Berdasarkan data Biro pusat Statistik, di Bandung Kota, curah hujan tertinggi rata-rata pada tahun 2020-2022 terjadi padabulan November 332,8 mm dan terendah pada bulan Agustus 54,6 mm. Curah hujan bulanan10 cm atau 100 mm , artinya bahwa diperoleh ketinggian 10 cm (100 mm) pada kolam kotakberukuran 1 m3 = 1m x 1m x 1m), karena hujan selama satu bulan,bersih setelah dikurangievaporasi. Gambar 1a merupakan contoh ilustrasi hasil pengukuran curah hujan 1mm, volumeair yang diperoleh kurang lebih 0,1 cm x 100 cm x 100 cm =1000 cc atau 1 liter. Gambar 1 merupakan konsep sederhana dari pemanenan air hujan. RainWater Harvesting / Pemanenan air hujan adalah pengumpulan/penyimpanan air hujan yangmengalir dari atap rumah, taman, lahan terbuka, jalan dan sebagainya. Pemanenan air hujanmembantu meningkatkan penggunaan air yang tersedia dari curah hujan untuk penggunaanlangsung atau penyimpanan.Beberapa keuntungan dari sistem pemanenan air hujan adalah:membantu dalam menghemat air dengan cara yang murah dan mudah perawatannya. Tujuanutama pemanenan air hujan adalah untuk meningkatkan permukaan air tanah. Beberapa faktorpenting yang mempengaruhi jumlah air hujan yang dipanen adalah fitur daerah tangkapanair,ketersediaan teknologi,kapasitas tangki penyimpanan. Jenis atap dan kemiringannya.Adadua metode penting dalam pemanenan air hujan adalah sebagai berikut: Pemanenan limpasanpermukaan dan pemanenan air hujan di atap bangunan.

Konsep sederhana RWH, Air Hujan dari atap bangunan langsung disalurkan dan ditampungpada torn storage

Elektrolisis Air Hujan, Elektrolisis Air hujan menggunakan elektrode yang terbuat dari bahankhusus, yaitu plat yang terbuat dari bahan inert yang tidak mudah bereaksi (bahan karbon danStainless Steel/SS) Ketika air arus listrik yang mengalir melalui air. Arus listrik inilah yangmemicu reaksi elektrolisis yang memisahkan air menjadi dua komponen utama, yaitu air alkalidan air asam. Elektrode positif (anode) menghasilkan air asam, sedangkan elektroda yangbermuatan negatif (katode) menghasilkan air alkali/basa. Gambar 2. Menunjukan ProsesElektrolisis Air hujan yang dapat menghasilkan air alkali dan air asam.

Gambar 2. Menurut teori reaksi-reaksi yang terjadi dalam elektrolisis water ionizer dapatdijelaskan sebagai berikut: Pada katode, terjadi dua reaksi reduksi, yang pertama yaitu reduksidua mol ion hidrogen (H⁺) oleh dua elektron (2e-) membentuk satu mol gas hidrogen (H²), padakeadaan standar dengan besar Eo = 0,00 volt.

2 H⁺(aq) + 2e- → H² (g) ; Eo = 0,00 volt

Dua mol air (H²O(l) ) direduksi oleh elektron (2e-) membentuk satu mol gas H² dan dua mol ionhidroksida OH-, dengan memerlukan tegangan Eo = -0,83 volt

2 H²O(l) + 2e -→ H² (g) + 2OH- (aq); Eo = -0,83 volt

Pada anode juga terjadi dua reaksi oksidasi yaitu, yang pertama adalah ion OH- membentuk gasoksigen (O2), dan molekul H²O(l) ,dengan tegangan Eo = + 0,40 volt.

4OH-(aq) → O²(g) + H²O(l) + 4e-; Eo = + 0,40 volt

Reaksi yang kedua adalah reaksi dua mol air terurai menjadi gas oksigen, melepaskan 4 ion H⁺dengan tegangan Eo = +1,23 volt, serta mengalirkan elektron ke sumber tegangan.

2 H²O(l) → O² (g) + 4 H⁺ (aq) + 4e-; Eo = + 1,23 volt

Persamaan reaksi ringkas pembentukan gas hidrogen dan oksigen. Gas oksigenlangsung terjadi di sisi anode dari reaksi oksidasi air. Ion H⁺ yang terbentuk di sisi anode tertarik kesisi katode dan tereduksi menjadi gas hidrogen. Elektron-elektron berasal dari sumber teganganarahnya mengalir seperti gambar

Pada kenyataan dalam air ion H⁺ tidak dapat berdiri sendiri, melainkan bergabung denganmolekul air membentuk ion hidronium H³O+. Hal ini terjadi adanya ikatan hidrogen yang kuat.Dengan demikian persamaan reaksi yang terjadi sebenarnya adalah :

Di sisi katode:

2 H²O(l) + 2e-→ H²(g) + 2OH- (aq)

2 H³O⁺(aq) + 2e-→ H²(g) + 2 H²O(l)

——————————————————-+

2 H³O+ (aq) + 4 e-→ 2 H²(g) + 2 OH- (aq)

Di sisi anode:

2 OH-(aq) → ½ O²(g) + H²O(l) + 2e3

H²O(l) →½ O²(g) + 2 H³O+ (aq) + 2e

——————————————————-+

2 H²O(l) + 2 OH-(aq) → O²(g) + 2 H³O+ (aq) + 4e-

Persamaan-persamaan reaksi di atas dapat menjelaskan bahwa volume air di sisi anode akanberkurang, sedangkan di sisi katode tetap

Proses pembentukan air asam dan air alkali pada elektrolisis air mineral, Ion OH- akanbergabung dengan ion-ion basa mineral termasuk Ca²⁺, MG²⁺, Na⁺, K⁺, membentuk air alkali, yaituyang mengandung NaOH, KOH, Ca(OH)², atau Mg(OH)². Sementara itu, ion-ion asam, termasuk Cl- ,SO^42-, NO^3- , CO^32- akan berkumpul pada kutub positif (anode), dan bergabung dengan ion H-,membentuk air asam, yaitu air yang mengandung HCl, H_² SO⁴, HNO³ , atau H²CO³

Air alkali memiliki pH yang lebih tinggi dari air biasa. Ini dicapai dengan meningkatkankonsentrasi ion hidroksida (OH-) dalam air. Air alkali yang dihasilkan memiliki pH antara 8,5 – 9,5tergantung sumber airnya, dapat dijadikan air minum sehari-hari. Air asam yang dihasilkan olehmesin Kangen Water memiliki pH yang lebih rendah dari air biasa. Ini dicapai denganmeningkatkan konsentrasi ion hidrogen (H⁺) dalam air. Air asam ini biasanya digunakan untukkeperluan antiseptik atau desinfektan

Persiapan dan Pelaksanaan

Tahapan Program Pengabdian Masyarakat di SMK meliputi :1.

Survei Lokasi,

Lokasi SMKN 6 Bandung terletak dekat jalan Sukarno -Hatta, terletak sebelahutara dari kampus Telkom university. Di Jalan tersebut terdapat kios yang menjual kempuibm, drum plastik dan filter air. Jurusan yang berkaitan dengan program pengambdianmasyarakat di SMKN6 adalah Jurusan Teknik Audio – Video, dan Teknik Instalasi TenagaListrik.Alamat Lengkap : Jalan Soekarno-Hatta, Komplek Riung Bandung RT.05/ RW.10,Kelurahan Cisaranten Kidul, Kecamatan Gedebage, Bandung 40295.

Kami dari tim dosen Pengabdian Masyarakat bekerja sama dengan Tim mahasiswaInnovillage yang diwakili oleh saudara Teguh, Ekki dan Ghufran

2. Pembelian alat dan bahan.

Setelah proposal disetujui, maka tahapan berikutnya adalahpembelian alat dan bahan. Alat yang beli di lokasi terdekat dengan SMK 6 adalah : Filter airdiameter 14 cm , Toren/Kempu 1000 liter, drum plastik 150 liter, keran. Sedangkan modulsel surya, elektrode dan lain-lain dibeli melalui toko online.

Pada pengabdian ini menggunakan modul surya bertipe fleksibel.Modul surya fleksibel adalahmodul surya tipis dan lentur yang bisa ditekuk mengikuti lokasi pemasangannya. Jenis modulsurya ini memiliki tebal hanya beberapa milli jika dibandingkan dengan modul surya biasa. Sel-sel aktif dari modul itu sendiri biasanya setebal rambut manusia dan kaku(Dallaev et al., 2023).Selain itu modul ini juga dapat tahan lama karena dapat bertahan ketika terjatuh maupun saatdigulung ketika ingin dipindahkan ke suatu tempat. Gambar 6 Berikut merupakan spesifikasidari panel surya tersebut.

Modul Surya ini memiliki seri Model No 32-100 dengan Daya maksimal 100 Watt, padakeadaan intensitas radiasi/iradiasi cahaya 1000 watt/m², spektrum matahari pada massaudara /Air Mass AM 1,5; suhu 25^oC Intensitas sebagai fungsi dari AM, I = f(AM), AM =1/costheta yang merupakan arah sinar matahari. ID =1353 x 0,7 (AM) ID (0) =1353 watt/m2. ID(1,0)=947 , ID(1,5) = 846 IG = 1000 watt/m2 ( IG=1,1ID). Arus puncak maksimal 5,55 A, Teganganpuncak maksimal 18 V, Arus short circuit 5,9 A, Tegangan open circuit 20,5 V. Selain itu alatini juga mempunyai dimensi 1050x 540 x 2.5 mm, kotak sambungan juction box yang sudahbersertifikasi IP67 Rated yang berarti mampu kedap terhadap debu serta tahan air hingga 1 mdalam 30 menit.

alat ukur yang diperlukan pada pengabdian masyarakat terdiri dariAVO meter, VA digital dan PH meter, dan TDS meter. AVO meter digunakan untuk mengukurketersambungan alat dan besar tegangan yang dihasilkan modul sel surya. Sementara VA digital meter rencananya akan dipasang pada alat untuk mengukur besar tegangan dan arus dalamkeadaan berbeban. pH dan TDS meter digunakan untuk mengukur kadar keasaman dankonsentrasi ion-ion dalam air.

Mesin gerinda tangan adalah jenis mesin gerinda yang mana gaya penggeraknya diteruskan dariengkol menuju roda gerinda melalui transmisi roda gigi. Bor Tangan, Mesin bor ini selaindigunakan untuk membuat lubang juga bisa digunakan untuk mengencangkan baut maupunmelepas baut karena dilengkapi 2 putaran yaitu kanan dan kiri.Kunci allen atau kunciheksagonal, atau sering disebut kunci L (dapat disebut juga kunci inbus), digunakan untukmelepas baut yang kepala bautnya berbentuk bulat tetapi di dalamnya terdapat lubang yangberbentuk segienam. Kunci ini dibuat dari baja heksagonal high tensile, sering kali

dibengkokkan dengan sudut yang tepat dan berbentuk huruf ”L”

Ukuran Allen Key menurutsistem metric bervariasi. Antara lain 1,5mm, 2mm, 2,5mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 8mm, dan10mm.

3. Penyuluhan.

Kegiatan dilakukan di ruangan kelas, diawali dengan sambutan sambutan dariketua tim Abdimas dan kepala sekolah SMKN6, disertai penandatanganan berita acarasimbolis penyerahan alat paket modul sel surya seperti pada Gambar 9.Penyuluhan singkatmeliputi penjelasan singkat tentang konsep Rain Water Harvesting RWH dan ElecrolizedReduced Water ionizer (ERW).

4. Pembuatan Alat.

Storage RWH 1000 liter, warna putih, sekaligus sebagai wadah bagiankatode water ionizer. menghasilkan air yang bersifat basa (alkali). Menggunakan gergajislave , kempu 1000, sekrup kerangkeng bahan alumunium dengan kunci L, Plastik bagianatas di gergaji, sehingga terbuka, agar memudahkan penempatan drum plastik 150 literberwarna biru, yang akan dijadikan sebagai sisi anode, ,menghasilkan air yang bersifat asam.

Pembuatan lubang pada drum plastik dengan bor listrik diameter 1 cm, kemudian disisipkankapas yang menjadi membran elektrolisis, untuk memastikan terjadi aliran arus listrikdan menjadi pertukaran kation dan anion.

Hasil pengukuran tegangan panel surya (dua buah modul dihubungakan serial) dalamkeadanntanpa beban sebesar 39,0 volt, sedang besar tegangan saat dibebani arus elektrolisissebesar 35,6 volt, yang berarti bahwa tegangan beban sebesar 39-35,6 = 3,4 volt. Pengukuranarus elektrolisis rencananya akan diukur oleh VA digital meter, namun tidak dilakukan karenaVA meter mengalami kerusakan.

Analisis Hasil Pengukuran

pH merupakan indikator tingkat asam atau basa pada air yang dinilai dengan skala 0-14. Sifat airterbagi menjadi 2 yakni Asam dan Basa. Air yang netral alias tidak asam ataupun basa memilikikandungan pH dengan skala 7 sedangkan air asam memiliki pH kurang dari skala 7 dan lebihdari skala 7 memiliki sifat basa. Setiap angka menggambarkan perubahan derajat asam ataupunbasa sebesar 10 kali. Jadi air dengan pH 50 kali lipat lebih asam dari pada air dengan pH enam.Kadar pH dalam air sangat dipengaruhi oleh kandungan kimia di dalamnya. Oleh karenanya, pHsering dipakai sebagai indikator apakah air tersebut mengalami perubahan kimiawi atau tidak.Air dengan pH yang terlalu tinggi atau rendah, masing-masing memiliki efek samping. Air yangsangat asam dapat menimbulkan korosi atau bahkan menghancurkan logam. Sedangkan airyang memiliki kadar pH yang tinggi memiliki kadar basa yang terlalu tinggi mengakibatkan rasayang pahit serta menimbulkan endapan yang melapisi pipa dna alat perkakas.Kadar pH pada air minum pada umumnya adalah 6-7 tetapi ada juga air minum dengan tingkatpH yang lebih tinggi, yaitu 8-9. Air minum dengan skala 8-9 ini disebut dengan air alkali. Banyakorang yang percaya bahwa air alkali dapat menetralkan asam dalam tubuh. Sebagian pakarkesehatan menentang penggunaannya karena penelitian yang ada saat ini masih dianggapbelum cukup untuk membuktikan berbagai klaim mengenai manfaat air alkali. Akan tetapibeberapa dari penelitian menunjukan bahwa air alkali memiliki beberapa bermanfaat. Air alkalidipercaya dapat menurunkan asam lambung, pada pH 8,8 dapat membantu menonaktifkanpepsin atau enzim penyebab refluks asam lambung. Air alkali dapat memperlambatpertumbuhan sel kanker pada manusia. Sel-sel kanker dalam tubuh akan berkembang baik jikatubuh memiliki kondisi asam yang tinggi.Air alkali dipercaya dapat membantu mengurangi kadar asam pada darah sehingga diperkirakandapat bermanfaat untuk memperlambat atau menghentikan proses pertumbuhan sel-selkanker. Air alkali dipercaya mampu menyehatkan tulang. Beberapa penelitian telah dilakukanuntuk membuktikan bahwa air alkali dapat menyehatkan tulang. Sebuah penelitian pada tahun2009 menunjukan bahwa air alkali dengan kandungan kalsium yang tinggi dapat meningkatkankekuatan pada tulang. Air alkali juga dipercayai seseorang meningkatkan metabolisme,membantu tubuh menyerap nutrisi dengan lebih efektif, dan memperlambat proses penuaan.Lalu air minum yang baik untuk kita saat ini harus memiliki pH air berapa? Air minum yang baikbagi kita saat ini ialah air minum yang memiliki kadar pH 6-7. Air minum yang memiliki kadar pH6-7 ini sudah dibuktikan dan terpercaya hingga saat ini. Para perusahaan air mineral yangmenjualkan minuman air mineralnya itu haruslah yang memiliki pH air 6-7. Sedangkan jikamelebihi dari angka tersebut yang ditakutkan adalah terendapnya air pada organ dalam tubuhkita karena sifat basa yang terjadi pada pH air yang tinggi.Mengkonsumsi air yang berkualitas tentu mendukung kesehatan tubuh. Untuk dapatmengkonsumsi air yang aman dan berkualitas, salah satunya kita harus mengerti TDS pada air.Total Dissolved Solids (TDS) adalah indikator dari jumlah partikel senyawa organik dan

anorganik, meliputi mineral, garam, dan ion yang terlarut dalam air. Saat air melalui bebatuan,pipa, tanah atau permukaan lainnya, partikel-partikel tersebut terbawa dan terlarut ke dalamaliran air. Konsentrasi TDS pada air digambarkan dalam satuan bagian per juta atau part permillion (ppm).Berikut adalah jenis-jenis senyawa partikel yang biasanya termasuk dalam Total Dissolved Solids(TDS) dalam air:Kalsium,Klorida,Magnesium,Kalium,Zinc,Aluminium,Tembaga,Timbal,Arsenikum,Besi,Klorin,Sodium,Fluorida,Bikarbonat,Sulfat dan lain-lain. Nilai TDS dalam air minum berasal dari partikel-partikel yang berada pada permukaan yang aliri oleh air. Air adalah pelarut universal dandengan mudah menyerap serta melarutkan senyawa mineral, bahkan juga menyerap kotorandengan cepat.Sumber partikel yang dialiri dan diserap oleh air tersebut dapat berasal darisumber alami, juga dapat dari buatan manusia. TDS yang berasal dari sumber alami dapatbersumber dari mata air alami, sungai, tumbuh-tumbuhan, bebatuan dan juga dari tanah.Contohnya, jika air berasal dari mata air, maka air tersebut menyerap mineral-mineral, sepertikalsium, magnesium, potasium dari bebatuan.Namun, nilai TDS juga dapat bersumber dari tempat yang banyak dihuni oleh manusia.Contohnya senyawa pestisida yang dapat berasal dari pengairan kebun atau sawah, timbal yangberasal dari pipa-pipa yang berkarat, senyawa-senyawa berbahaya dari limbah, dan sebagainyayang dapat berakibat buruk bagi kesehatan.Perbedaan Nilai Total Dissolved Solids (TDS) padaAirNilai TDS pada air membantu menunjukkan apakah air minum layak untuk dikonsumsi,memerlukan penyaringan, atau sangat terkontaminasi.Pengujian TDS dapat dilakukan denganTDS meter yang prinsip kerjanya samadengan Electrical Conductivity (EC) meter.Nilai TDS juga dapat dihitungdengan persamaan:TDS (mg/L) = (0,6 x Alkalinitas total sebagai CaCO³ ) + Na⁺ +Mg²⁺ + K⁺+ Ca²⁺ + SO^42- + Cl^– + NO^3- + F – + SiO^32- (APHA 2005).Besar 0,6 xAlkalinitas Total sebagai CaCO 3 nilainya hampir sama dengan konsentrasi ionHCO^3- ,Jadi ion bikarbonat :HCO^3- (mg/L) = (0,6 x Alkalinitas Total sebagai CaCO 3 nilainya) = TDS(mg/L) – Na⁺ +Mg²⁺ +n K⁺+ nCa²⁺ + nSO^42- +n Cl^– + NO^3- + F^– + SiO^32- (APHA 2005). jikakonsentrasi ion F^– dan SiO^32- terlalu kecil maka dapat diabaikan.

Hasil Kuesioner

Kuesioner dilakukan setelah kegiatan abdimas, angket disebarkan di grup peserta dan mitraabdimas. Pertanyaan pada Kuesioner yakni : Materi kegiatan abdimas sesuai dengankebutuhan masyarakat, Waktu pelaksanaan kegiatan abdimas ini relatif sesuai dan cukup,Materi/kegiatan abdimas yang disajikan jelas dan mudah dipahami, Panitia memberikanpelayanan yang baik selama kegiatan abdimas, Masyarakat menerima dan berharap kegiatan-kegiatan seperti ini dilanjutkan di masa yang akan datang.

Blog Terkait

Water Ionizer Penghasil Air Hidrogen, Air Alkali,dan Air Asam Untuk Meningkatkan KesehatanMasyarakat

March 18, 2024

Pengabdian Masyarakat

Penyebaran virus covid-19 di seluruh dunia belum bisa dihentikan. Perkiraan para ahli, wabah pandemi…