Tahap aerobik dengan biological nutrient removal (BNR) mampu memangkas nitrogen dan fosfor hingga 90%+, tetapi justru berpotensi “membuang” pupuk murah. Opsi lain: aplikasikan efluen terolah ke lahan untuk mendaur ulang air dan nutrisi, memangkas belanja pupuk kimia.
Industri: Palm_Oil | Proses: Palm_Oil_Mill_Effluent_(POME)_Treatment
Minyak sawit menghasilkan arus samping yang super kaya organik: palm oil mill effluent (POME). Segar keluar pabrik, POME berisi ≈95–96% air dan ≈4–5% total padatan, termasuk 2–4% debris lignoselulosa tersuspensi (data komposisi: researchgate.net). Beban organiknya jumbo—COD ≈30.000–50.000 mg/L dan BOD ≈25.000–30.000 mg/L; kandungan nitrogen total (TN) ≈750 mg/L dan amonia-N (NH₃‑N) ≈120–220 mg/L (mg/L = miligram per liter) (scialert.net). Satu ton CPO (crude palm oil) memunculkan ≈2,5–3,5 m³ POME—riset yang sama melaporkan ≈750 mg/L TN dan 220–120 mg/L NH₃‑N (scialert.net).
Artinya setiap ton CPO membawa ≈2–3 kg N dan ≈0,4 kg P di aliran efluen. Sistem kolam anaerob–aerob konvensional memangkas BOD, namun sering menyisakan N dan P. Di Malaysia, efluen akhir dari sistem kolam lazimnya masih BOD ≈60–500 mg/L dan TSS ≈100–200 mg/L (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), dan amonia sering di atas ambang ekosistem; Class A mensyaratkan 10 mg/L NH₄‑N (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Di Indonesia, baku mutu efluen POME menekankan COD ≤350 mg/L (researchgate.net), tanpa batas nutrien yang ketat.
BNR aerobik dan ambisi kepatuhan
BNR (biological nutrient removal: penghilangan nutrien secara biologis) di tahap aerobik ditujukan untuk nitrifikasi (oksidasi amonia menjadi nitrit/nitrat) dan—bila dirancang—denitrifikasi (reduksi nitrat menjadi gas nitrogen di kondisi anoksik) agar beban N/P turun. Setelah pencernaan anaerob (waste-water biological digestion), unit aerobik seperti activated‑sludge (activated-sludge) atau SBR (sequencing batch reactor, operasi batch fleksibel) (sequence-batch-reactor-sbr) mampu memangkas nitrogen dan fosfor signifikan.
Studi Liew dkk. pada empat pabrik skala penuh menunjukkan rangkaian kolam + digester anaerob + extended‑aeration activated‑sludge dengan media tetap menghilangkan ≈92,5% TN dan ≈94,5% amonia‑N (researchgate.net). Dalam konfigurasi terbaik, hanya ≈7,5% TN dari umpan yang tersisa; amonia‑N turun ≈93–94%. Penghilangan P bervariasi (beberapa sistem ≈90% TP), namun asimilasi mikroba di aerobik tetap menekan P terlarut (researchgate.net).
Kinerja ini menuntut DO (dissolved oxygen) dan waktu tinggal memadai karena nitrifier tumbuh lambat; kolam aerasi terbuka sering gagal nitrifikasi penuh. Sistem kompak—mis. SBR (sequence-batch-reactor-sbr), MBBR (moving-bed biofilm reactor) berbasis media bergerak (moving-bed-bioreactors-mbbr), atau biofilter/media tetap (fixed-bed-bio-reactors)—lebih andal mencapai nitrifikasi penuh. Publikasi menekankan bioreaktor aerobik terkontrol dapat konsisten mencapai >90% konversi NH₄‑N (researchgate.net); SBR yang mengolah POME melaporkan efluen NH₄‑N <50 mg/L (sering <10 mg/L) dengan kontrol pH dan umur lumpur yang tepat (researchgate.net).
Dalam studi lain, wetland buatan berbasis rumput gajah (Napier) menghilangkan ≈62,3% amonia‑N, efektif sebagai polishing lanjutan (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kesimpulannya, bila menargetkan baku mutu, desain BNR aerobik kerap dibidik untuk >90% penghilangan TN sehingga TN efluen berada di kisaran “a few tens of mg/L” (researchgate.net) (researchgate.net). Pada kasus terbaik, TAN (total ammoniacal nitrogen) efluen bisa <100 mg/L dengan TN serupa rendah (researchgate.net). Untuk kebutuhan BNR yang terukur, opsi sistem engineered tersedia sebagai nutrient-removal dan media biofilm berpermukaan tinggi seperti honeycomb-bio-media.
Biaya peluang: nutrien hilang vs pupuk kembali
Ada harga yang harus dibayar: penghilangan N/P 90%+ berarti nutrien berharga itu tidak lagi kembali ke lahan. Jika tujuan manajemen bergeser dari sekadar kepatuhan ke pemulihan sumber daya, operator dapat memilih BNR parsial atau bypass sebagian tahap agar nutrien tersisa untuk reuse lahan. Bahkan bila nitrifikasi tinggi, efluen kaya nitrat tetap dapat diaplikasikan ke lahan dan diserap tanaman.
Aplikasi lahan sebagai daur ulang nutrisi
Efluen POME terolah masih menyimpan N, P, dan K yang berguna sebagai “pupuk cair”. Dalam uji biofertilizer, efluen hasil anaerobic digester—ketika dipadukan dengan kotoran ayam—memberi “substantial NPK” dan mendorong pertumbuhan >50% dibanding kontrol (researchgate.net). Peneliti menekankan “the treated POME exhibits substantial NPK nutrients” dan dapat menjadi substitusi pupuk kimia berbiaya rendah (researchgate.net). Dalam studi terkait, aplikasi ≈5 ton POME/ha pada Napier meningkatkan biomassa secara nyata.
Uji lapang di Sumatra memperkuat manfaat agronomis: aplikasi lahan POME meningkatkan produktivitas. Pada satu percobaan, petak yang diberi POME mencatat ≈38 tandan buah segar (FFB) per bulan (≈40% lebih banyak pohon berbuah) dan ≈791 kg/38FFB per bulan (≈44% bobot tandan lebih tinggi) dibanding kontrol tanpa pupuk (iopscience.iop.org). Studi itu memang menggunakan POME mentah, namun mengilustrasikan nilai pupuknya; bila sebagian nutrien masih tersisa setelah treatment, respons agronomis tetap mungkin.
Kuantifikasi potensi substitusi pupuk
Perkiraan sederhana menegaskan potensinya. Jika 1 ton CPO menghasilkan ≈3 m³ POME dengan ≈0,7–0,75 g/L N, maka tersedia ≈2,1–2,3 kg N per ton CPO. Pada produktivitas ≈20 t CPO/ha/tahun, ini setara ≈40–45 kg N/ha/tahun dari efluen. Rekomendasi Indonesia untuk kelapa sawit matang ≈200–300 kg N/ha/tahun (akvopedia.org), jadi POME berpotensi mengganti ≈15–20% kebutuhan N. Fosfor dan kalium di POME juga menyumbang sebagian pengganti; misalnya ≈0,08 kg P₂O₅ per m³ POME mentah.
Dampak jangka panjang ke tanah juga dilaporkan positif: aplikasi POME menaikkan sifat fisik-kimia tanah, seperti kapasitas tukar kation dan pH di tanah masam (scialert.net), dan meningkatkan pH serta EC (electrical conductivity) (palmoilmagazine.com). Uji Malaysia menunjukkan tanah perkebunan lazim menyerap 60–77% amonia POME dalam hitungan hari, menurunkan risiko limpasan (scialert.net).
Operasi aplikasi lahan terkontrol
Praktiknya, sistem aplikasilahan memakai pipa, truk tangki, atau injeksi “bio‑bore”. Laju aplikasi tipikal menyerupai irigasi, sekitar 20–30 mm per minggu, POME dapat diencerkan atau dipisahkan dari TSS, serta menghindari genangan. Batasan utamanya adalah memastikan patogen atau fitotoksin tidak hadir (efluen kolam matang umumnya aman) dan mencegah akumulasi salinitas. Karena POME berasal dari biomassa sawit, isu logam berat minimal dibanding air limbah domestik.
Sudut pandang bisnis dan penjadwalan
Dari sisi biaya, fertigasi POME memangkas belanja pupuk. Mengacu uji Lampung (iopscience.iop.org), kenaikan hasil 40–44% semata dari POME menunjukkan kontribusi nutrien substansial; bahkan jika liftnya 20–30% setelah memperhitungkan inefisiensi aplikasi, porsi belanja pupuk yang bisa diganti tetap signifikan. Secara perencanaan, volume efluen dan muatan nutrisinya dibandingkan dengan luas kebun: misalnya, pabrik 1.000 m³ POME/hari (≈100 t CPO/hari) dapat mengairi ≈100 ha dengan ≈10 mm/hari, memasok ≈7 kg N/ha per sekali irigasi. Penjadwalan yang tepat selama musim kering memberi N sebelum fase vegetatif. Penyerapan tanah yang tinggi (60–77% amonia dalam beberapa hari) membantu meredam limpasan (scialert.net).
Implikasi desain BNR untuk sirkularitas
Dilema desainnya jelas: BNR ketat (nitrifikasi + denitrifikasi) mendekatkan nutrien ke nol di efluen—bagus untuk pelepasan ke badan air, tetapi nutrien hilang. Alternatifnya, operasi nitrifikasi dibatasi (aerasi parsial) agar sebagian amonium tersisa sehingga tetap bernilai pupuk, atau anoksik denitrifikasi ditiadakan. Air kaya nitrat pun tetap agronomis bila diarahkan ke lahan; dalam skema reuse, target TN efluen tidak perlu seketat skenario buang ke perairan.
Perencanaan berbasis data dimungkinkan. Uji efluen pasca‑aerasi untuk TN dan K: jika ≈100–200 mg/L TN dan ≈50–100 mg/L K, maka tiap m³ mengandung ≈0,1–0,2 kg N dan ≈0,05–0,1 kg K. Beberapa meter kubik per pohon per aplikasi berpotensi mengganti sebagian kantong pupuk. Pemantauan nitrat tanah penting untuk mencegah akumulasi garam. Dalam praktik BNR, opsi proses seperti activated-sludge, SBR, dan MBBR memberi ruang kendali terhadap aerasi, SRT (umur lumpur), hingga pemakaian media tetap (fixed-bed-bio-reactors) guna menyeimbangkan kepatuhan dan pemulihan nutrien. Untuk jalur nutrien removal yang terintegrasi, tersedia paket nutrient-removal yang disesuaikan sasaran TN/TP.
Rujukan parameter dan standar
Fakta kunci dari studi dan ringkasan regulasi: karakteristik POME mentah (COD ≈30.000–50.000 mg/L; BOD ≈25.000–30.000 mg/L; TN ≈750 mg/L; NH₃‑N ≈120–220 mg/L) (scialert.net), komposisi fisikokimia (air 95–96%; padatan 4–5%; lignoselulosa tersuspensi 2–4%) (researchgate.net), kepatuhan efluen kolam (BOD ≈60–500 mg/L; TSS ≈100–200 mg/L) dan batas Class A Malaysia untuk NH₄‑N 10 mg/L (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), serta baku mutu Indonesia COD ≤350 mg/L (researchgate.net). Rangkaian BNR aerobik berbasis bioreaktor terkontrol mengonversi >90% NH₄‑N; SBR dapat mencapai NH₄‑N efluen <50 mg/L, bahkan <10 mg/L dengan kontrol pH dan umur lumpur yang tepat (researchgate.net). Selain itu, wetland Napier mencatat penghilangan amonia ≈62,3% (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Pada akhirnya, angka‑angka itu mendefinisikan trade‑off: BNR aerobik dapat menghilangkan ≈92,5% TN dan ≈94,5% amonia‑N (kasus top‑performing hanya menyisakan ≈7,5% TN) (researchgate.net), namun nutrien yang sama bisa didaur ulang ke kebun untuk mengganti porsi pupuk kimia. Keselarasan proses–kebun—bukan sekadar kepatuhan efluen—menjadi kunci desain pabrik POME generasi berikutnya.
