Indonesia menghasilkan 100–150 juta m³ POME per tahun—limbah cair berkekuatan tinggi yang kini wajib ditekan hingga BOD₅ ≤100 mg/L dan COD ≤350 mg/L. Jawabannya: pabrik tiga tahap yang kompak—pretreatment, digester anaerob berkecepatan tinggi, lalu polishing aerobik—yang sekaligus memanen biogas.
Industri: Palm_Oil | Proses: Palm_Oil_Mill_Effluent_(POME)_Treatment
POME (palm oil mill effluent, limbah cair pabrik kelapa sawit) muncul sekitar 2,5–3,5 m³ per ton CPO (crude palm oil). Angkanya melonjak ketika basisnya adalah Indonesia: produksi 2018 mencapai 42,87 juta ton CPO—yang berarti kira-kira 100–150 juta m³ POME saban tahun (www.mdpi.com; www.mdpi.com). Ini bukan air biasa: BOD (biochemical oxygen demand, kebutuhan oksigen biologis) tipikal 10.000–44.000 mg/L dan COD (chemical oxygen demand, kebutuhan oksigen kimia) 16.000–100.000 mg/L (www.mdpi.com). Kandungan minyak bebasnya pun ~0,6–0,7% volume (www.mdpi.com). Praktiknya, BOD POME mentah kerap melampaui 20.000 mg/L.
Regulasi memaksa. Baku mutu Indonesia (Keputusan Menteri 2014) menetapkan BOD₅ ≤100 mg/L, COD ≤350 mg/L, TSS (total suspended solids) ≤250 mg/L, minyak & lemak ≤25 mg/L, Total-N ≤50 mg/L, pH 6–9—standar yang lebih ketat dari nilai lama (BOD 250, COD 500 mg/L) (www.mdpi.com). Itulah yang membentuk desain multi-tahap di bawah.
Konteks beban limbah dan target regulasi
Limbah POME yang keluar dari klarifikasi berada di 80–90 °C—panas, kaya organik, dan mengandung minyak. Desain yang efektif mengubahnya jadi tiga blok: pretreatment untuk mendinginkan, menyaring, dan memisahkan minyak; digester anaerob (proses tanpa oksigen) berkecepatan tinggi untuk merontokkan mayoritas BOD/COD sambil menghasilkan biogas; kemudian polishing aerobik (dengan oksigen) agar aman dilepas sesuai baku mutu (www.mdpi.com; www.mdpi.com).
Pretreatment termal, pemisahan padatan, dan minyak
Pertama, pendinginan. Dalam sistem kolam konvensional, “cooling pond” 7–10 hari menurunkan suhu ke 35–38 °C sekaligus menstabilkan pH sebelum tahap anaerob (www.mdpi.com). Pada pabrik kompak, penukar panas atau kolam pendek 1–2 hari cukup. Suhu ~35 °C menguntungkan mikroba mesofilik.
Screening dan sedimentasi kasar mengangkat serat, pith, dan partikel. Fine screen 1–2 mm dan pengendapan beberapa jam dapat menurunkan TSS >20–30%, mencegah sumbatan serta mengurangi beban hilir. Di tahap ini, paket pemisahan fisik seperti sistem primary treatment relevan untuk menangani debris dan minyak sejak awal, dan pada intake yang berfluktuasi, automatic screen membantu pelepasan kontinyu.
Minyak & lemak ditangani dengan oil–water separator. Sebuah oil trap dengan waktu tinggal 8–10 jam (atau bak bersekat setara) mampu menangkap >80% minyak bebas; praktik lapangan lazimnya memakai “fat-collection tank” 0,3–0,5 hari, dan kajian menunjukkan fat trap 0,4–1 hari HRT (hydraulic retention time, waktu tinggal hidraulik) cukup untuk minyak yang mudah mengapung (www.mdpi.com). Minyak skim dapat didaur ulang atau dijual (sludge minyak sawit). Solusi pemisahan seperti oil removal unit membantu menjaga O&G di hulu.
Secara total, pretreatment yang rapi mampu menurunkan COD/BOD 10–20% sebelum anaerob. Efluen hasil pretreatment (pH mendekati netral) lalu dialirkan ke digester.
Digester anaerob berkecepatan tinggi
Target tahap anaerob: menghapus mayoritas organik dan memanen biogas. Rekomendasi: reaktor berkecepatan tinggi seperti UASB (upflow anaerobic sludge blanket, reaktor lumpur anaerob aliran ke atas) atau fixed-film/dua tahap, di suhu mesofilik ~35 °C.
Parameter desain kunci: HRT 15–25 hari; studi skala besar menemukan HRT optimal 22 hari (www.sciencedirect.com). OLR (organic loading rate, laju beban organik) disetel 5–15 kg COD/m³·hari; operasi UASB POME yang dilaporkan berkisar ~2–15 kg COD/m³·hari. Volume reaktor mengikuti debit dan HRT: pabrik 100 t/hari CPO (~300 m³/hari POME) pada HRT 20 hari memerlukan ~6.000 m³.
Efisiensi COD/BOD: sistem anaerob berkecepatan tinggi yang dikelola baik lazimnya menghilangkan 80–95% COD influen (www.mdpi.com), dengan data laboratorium menunjukkan hingga ~96–97% untuk basis UASB (lihat Tabel 3 pada sumber yang sama). Untuk rancangan, asumsi konservatif ~90% COD removal wajar. Secara keseluruhan, digester mampu menurunkan BOD ~80–90% (COD kerap >95% di praktik baik). Bila BOD awal 20.000 mg/L, 85–90% penghilangan akan menyisakan ~2.000–3.000 mg/L.
Produksi biogas: biogas POME mengandung ~60–65% CH₄ (metana). Yield lazim ~0,23–0,30 m³ CH₄ per kg COD yang dihilangkan. Pada satu pabrik teroptimasi dengan rasio resirkulasi 148% dan HRT 22 hari, laju biogas mencapai ~859 m³/jam, dengan 0,259 m³ CH₄ per kg COD dihilangkan (www.sciencedirect.com)—menunjukkan kira-kira 50–60% COD influen dikonversi ke metana. Dalam satuan energi, 0,259 m³ CH₄ setara ~2,5–3,0 kWh (kWel) per kg COD dihilangkan. Dengan basis pabrik 100 t/hari CPO (~300 m³/hari POME), estimasi konservatifnya menghasilkan ~200–300 m³/hari CH₄ (sekitar 8–12 MWh/hari energi).
Kendali operasi: suhu ~35 °C; pH ideal ~6,8–7,2. POME bisa mengasam; diperlukan buffer (alkalinitas) atau inokulasi awal. Pencampuran via pengadukan atau resirkulasi gas internal menjaga homogenitas. Pada kebutuhan start-up, inokulum dapat disejajarkan dengan solusi praktis seperti starter bakteri. Untuk paket proses anaerob–aerob secara umum, rangkaian sistem pencernaan biologis menjadi tulang punggungnya.
Tipe reaktor: UASB, UASBF (fixed film), atau dua tahap (asidogenik + metanogenik) semuanya terbukti pada POME; UASB paling mapan. Varian hibrida seperti UASFF atau UASB‑HCPB dilaporkan mencapai beban lebih tinggi dengan retensi lumpur lebih baik (www.mdpi.com).
Penanganan dan pemanfaatan biogas
Gas dari tahap anaerob wajib ditangkap (bukan dibuang terbuka) dan dimanfaatkan. Di kisaran CH₄ 60–65%, ini adalah bahan bakar terbarukan bernilai. Umumnya dipakai untuk listrik/panas via CHP (combined heat and power) engine atau turbin; contoh 859 m³/jam biogas (~520 m³/jam CH₄, www.sciencedirect.com) dapat menggerakkan mesin 3–5 MW. Alternatifnya untuk panas tambahan (boiler/pengering) atau diproses menjadi biomethane.
Dari sisi emisi, penangkapan metana dari POME memotong jejak GRK; satu studi menyebut ~9–18% emisi CO₂‑ekuivalen pabrik berasal dari metana POME (www.researchgate.net).
Polishing aerobik pasca-anaerob
Setelah anaerob, efluen masih menyimpan beban organik tersisa dan amonia dari degradasi protein. Tahap aerobik menghabiskan sisa ini untuk memenuhi baku mutu. Opsi yang lazim: activated sludge (lumpur aktif) atau SBR (sequencing batch reactor, reaktor batch berurutan), diikuti klarifier.
Parameter desain: HRT 20–24 jam; F/M (rasio makanan/mikroba) ~0,2–0,5 kg BOD/kg MLSS·hari, dengan MLSS (mixed liquor suspended solids) ~3.000–5.000 mg/L untuk influen BOD pasca-anaerob ~2.000 mg/L. DO (dissolved oxygen) ≥2 mg/L. Studi menunjukkan polishing aerobik mampu mencapai 96–99% BOD removal; pada SBR 22 jam, BOD turun >99% untuk efluen anaerob (www.mdpi.com). Implementasi praktis SBR dapat dirujuk melalui unit SBR.
Kualitas efluen: dengan removal tersebut, BOD akhir bisa ditekan ke 20–50 mg/L. COD ikut turun; misal dengan COD influen ~4.000 mg/L, removal 96% menghasilkan ~160 mg/L—memenuhi batas Indonesia (COD ≤350 mg/L, BOD ≤100 mg/L, www.mdpi.com). Selain lumpur aktif dan SBR, biofilm reactor seperti MBBR juga dipakai.
Penghilangan nutrien (opsional): POME membawa nutrien (N dan P). Pasca-anaerob, efluen bisa mengandung amonia (tipikal 500–1.000 mg/L N). Tahap aerobik akan menitrifikasi amonia menjadi nitrat bila SRT (solid retention time) ≥10–15 hari dan oksigen memadai; namun nitrat akhir bisa melampaui limit TN tanpa denitrifikasi atau dilusi. Batas Total‑N Indonesia per 2024 adalah 50 mg/L (www.mdpi.com). Fokus desain di sini pada organik; nutrien ditangani metode standar nitrifikasi/denitrifikasi.
Klarifikasi akhir: setelah reaktor, klarifier atau bak pengendap memisahkan biosolid; air jernih bisa dilepas atau dipakai ulang. Perangkat clarifier menjadi unit utama di sini. Sludge aerobik berlebih berkisar 0,5–1,0 kg padatan per kg BOD yang dihilangkan; sludge primer (pretreatment) dan sekunder (aerasi) perlu dikelola (dewatering dan co‑digestion atau dibuang sesuai aturan).
Kinerja total dan capaian efluen
Dengan kombinasi ~90% removal BOD pada anaerob + ~98% pada aerob, penghilangan total BOD >99% tercapai—misal 20.000 → <20 mg/L. COD pun melampaui 98%: dari ~40.000 mg/L menjadi ≈200–300 mg/L, di bawah limit 350 mg/L (www.mdpi.com; www.mdpi.com). Dalam praktik, rancangan dapat menargetkan BOD akhir <50 mg/L dan COD <300 mg/L. Minyak & lemak dapat ditekan <5 mg/L bila oil trap berfungsi baik (batas 25 mg/L). TSS pasca-klarifikasi bisa minimal (<30 mg/L sebagai target aman di bawah limit 250 mg/L).
Waktu tinggal total dan jejak lahan: HRT gabungan (pendinginan + anaerob + aerob) ~25–30 hari—jauh lebih cepat ketimbang kolam terbuka 80–100 hari (www.mdpi.com; www.mdpi.com). Volume reaktor pun jauh lebih kecil: untuk contoh 100 t/hari CPO (300 m³/hari POME), ~6.000 m³ anaerob + 300 m³ aerob; sistem kolam butuh footprint 10–20× lebih besar.
Biogas/energi: memakai yield literatur (0,26 m³ CH₄/kg COD; 60% CH₄), contoh pabrik 100 t/hari (≈10.000 kg COD/hari) menghasilkan ~2.600 m³ CH₄/hari—ekuivalen ~26.000 kWh (95 MJ) energi—cukup untuk menggerakkan 2–3 MW daya kontinu. Kasus lain berskala industri mencatat 859 m³/jam biogas dari POME, dengan yield metana 0,259 m³ CH₄/kg COD dihilangkan (www.sciencedirect.com).
Alasan desain berbasis data
Pretreatment: kebutuhan pendinginan ke 35–38 °C dan oil trap dengan HRT ~0,5 hari terdokumentasi luas, meniru praktik kolam konvensional untuk stabilitas dan pengurangan beban padatan/minyak (>20–30% TSS lewat settling beberapa jam) (www.mdpi.com; www.mdpi.com; www.mdpi.com).
Anaerob: UASB/hibrida konsisten mencapai ~90–97% removal COD pada POME (www.mdpi.com); optimasi (termasuk resirkulasi untuk menaikkan HRT efektif) menempatkan HRT ~20–22 hari sebagai ideal (www.sciencedirect.com). Yield metana 0,259 m³/kg COD menempel pada ekspektasi mekanistik (www.sciencedirect.com).
Aerob: data SBR menunjukkan BOD removal mencapai 99% dalam 22 jam pada efluen anaerob, sejalan dengan kinerja lumpur aktif di tugas polishing (www.mdpi.com).
Regulasi: rancangan ini menyasar standar Indonesia (www.mdpi.com). Sebagai ilustrasi konservatif—dengan 98% removal COD pada 40.000 mg/L, efluen 800 mg/L; tahap aerob mendorongnya ke ~10 mg/L. Bahkan dengan skenario 90% + 98%, capaian <350 mg/L tetap aman; rancangan hati-hati (mis. 95% & 98%) memberi margin (40.000 → 2.000 → 40 mg/L).
Implementasi dan operasi
Skala/biaya: investasi lebih tinggi dari kolam tanah, namun jejak lahan dan waktu tinggal jauh lebih rendah. Biaya utama: konstruksi digester (beton/baja), penanganan gas (flare/engine), blower aerasi, dan klarifier. Di wilayah dengan lahan terbatas, risiko iklim, atau insentif karbon, keekonomian membaik.
Operasi: butuh operator terampil pada start‑up anaerob (pengembangan granula), kontrol pH, dan kontrol aerasi. Banyak pabrik telah berhasil mengoperasikan sistem ini. Pemantauan daring (sensor BOD, ORP, aliran gas) membantu optimasi. Perlengkapan pendukung seperti wastewater ancillaries relevan untuk memastikan keekonomian operasi harian.
Produk samping: sludge anaerob dan aerob perlu pengelolaan. Sludge anaerob bisa dicerna bersama (bila ada unit digestor sludge), atau dikeringkan sebagai pembenah tanah (setelah inaktivasi patogen). Sludge aerob bisa diaplikasikan ke lahan atau diolah lanjut.
Pemulihan energi: dengan metana 60–65%, biogas wajib dilihat sebagai sumber daya. Praktik umum memasang genset untuk menyuplai listrik pabrik. Dengan yield 0,259 m³ CH₄/kg COD (www.sciencedirect.com), sizing engine terhadap output yang diharapkan mengunci ROI jangka panjang.
