Pengolahan limbah cuci hasil panen butuh ketepatan: beban padatan, organik, dan residu pestisida tinggi, tapi anggaran lahan dan energi terbatas. Inilah rancangan scalable yang dipakai insinyur—lengkap dengan angka, efisiensi, dan pilihan teknologi.
Industri: Agriculture | Proses: Harvesting_Equipment
Setiap kilogram sayur atau buah yang dicuci menghabiskan rata-rata 3–5 liter air minum—dan mengubahnya menjadi limbah ber-strength tinggi sarat tanah, organik, nutrien, dan residu pestisida (www.researchgate.net). Tanpa perlakuan, angka-angka itu jauh melampaui baku mutu umum. Sebagai rujukan, regulasi Indonesia (mis. Keputusan Menteri 51/1995 untuk pabrik kelapa sawit) menetapkan batas efluen sekitar 500 mg/L COD, 250 mg/L BOD, 300 mg/L TSS, dan 30 mg/L minyak/lemak (www.saka.co.id).
Praktiknya, banyak pengolah hasil pertanian membidik level polutan yang lebih rendah lagi—apalagi bila air akan dipakai ulang untuk irigasi atau pendinginan. Artinya, “kereta” proses (treatment train) harus stabil menghilangkan padatan tersuspensi, organik, dan jejak pestisida sebelum dibuang atau digunakan kembali.
Pra-perlakuan dan pemisahan awal
Langkah pertama adalah menyaring debris besar—kulit, biji, pasir—dengan penyaring kasar (coarse screen) atau grit chamber. Data laboratorium menunjukkan screening sederhana sangat efektif untuk limbah “washing-only” yang kaya pasir atau kulit umbi (www.researchgate.net). Opsi praktis meliputi unit penyaringan batch seperti manual screen untuk debris >1 mm.
Untuk operasi kontinu, lini penyisihan primer seperti automatic screen dan paket waste-water physical separation menjaga aliran tetap bersih dari serpihan. Di hilir, hidroklon/hidro-siklon atau centrifuge efektif melepas pasir berat; satu studi mencatat hydrocycloning memberi hasil “very good to excellent” pada pengurangan TSS/DS di limbah cucian umbi (www.researchgate.net). Mengeluarkan grit sedini mungkin mencegah sumbatan proses berikutnya dan menekan volume lumpur.
Koagulasi–flokulasi kimia
Setelah debris besar tersaring, tahap koagulasi–flokulasi kimia (C&F) menggabungkan padatan halus, koloid, dan COD tinggi. Rekomendasi: koagulan berperforma tinggi seperti polyaluminum chloride (PAC), polyferric sulfate, atau koagulan polimerik (polyDADMAC/polyamine) agar dosis dan sludge minimal. Studi bench menunjukkan koagulan polimerik lazimnya hanya perlu dosis sangat rendah (~5–250 mg/L), sementara garam logam konvensional sering butuh ordo besaran lebih tinggi (250–5.000 mg/L) (www.researchgate.net) (www.researchgate.net).
Karena polimer (mis. kationik polyacrylamide atau chitosan) bekerja pada rentang pH luas dan mengikat padatan organik/anorganik, konsumsi kimia dan biaya turun drastis. Pilihan “terbaik” tetap spesifik komposisi limbah—jenis komoditas berbeda, beban partikel pun berbeda—namun jar test umumnya menunjukkan >80% penurunan kekeruhan (solids) pada dosis polimer optimal (www.researchgate.net) (www.researchgate.net). Settling pasca-koagulasi kerap memberi “excellent to very good” reduksi kekeruhan dan COD, meski pada stream dengan garam/organik terlarut sangat tinggi—seperti daun hijau atau buah—penurunan COD bisa lebih rendah, sehingga butuh polishing lanjutan (www.researchgate.net) (www.researchgate.net).
Implementasi praktisnya: gunakan paket coagulants dan flocculants yang sesuai hasil jar test, lalu injeksikan presisi memakai dosing pump agar konsumsi bahan efisien.
DAF vs klarifier gravitasi
Setelah flok terbentuk, pemisahan fisik bisa lewat dissolved-air flotation (DAF) atau klarifier gravitasi. Di DAF, gelembung udara halus 20–30 μm ditambahkan di bawah tekanan sehingga flok menempel dan mengapung, menyisakan air jernih di bawahnya. DAF sangat efektif untuk TSS dan FOG (minyak/lemak) tinggi; pada konteks hasil panen, performa DAF konsisten mengungguli pengendapan.
Analogi kuat datang dari studi mikroalga: DAF mencapai ~98% removal vs 87% untuk settling biasa (www.researchgate.net). Uji limbah cuci buah/sayur juga menunjukkan DAF “lebih efektif mengurangi COD daripada settling dan C&F+settling” sekaligus menghilangkan minyak/lemak dan nutrien tambahan (www.researchgate.net). Sludge DAF jauh lebih kental: studi alga mencatat sedimentasi menghasilkan sludge encer (~1,1% padatan), sementara DAF mengumpulkan sludge ~3,4% padatan (3× lebih kental) (www.researchgate.net).
Selain jejak lahan 5–10× lebih kecil dan waktu tinggal menit alih-alih jam, DAF memang butuh resirkulasi udara bertekanan dan sistem skimming. Namun analisis teknoekonomi terbaru menunjukkan pada pabrik skala besar, kombinasi flok+DAF (dengan dewatering hilir) memiliki total CAPEX 33% lebih rendah dan OPEX 20% lebih rendah per unit organik yang dihilangkan dibandingkan sistem flok+klarifier settling—terutama karena biaya dewatering turun berkat sludge lebih kering (www.researchgate.net). Untuk aplikasi ini, unit seperti DAF kerap menjadi pilihan cost-effective saat lahan premium.
Klarifier gravitasi menahan air flokulasi pada kecepatan rendah—overflow rate sekitar ~1 m³/m²·jam atau kurang—sehingga flok turun secara gravitasi. Desainnya sederhana tanpa pemampatan udara dan cocok untuk debit besar, tetapi butuh area dan waktu tinggal lebih besar. Efektivitasnya sedikit di bawah DAF (80–90% TSS removal pada uji lab) dan menghasilkan sludge sangat encer (www.researchgate.net). CAPEX kolam beton bisa lebih rendah, namun OPEX dewatering/disposal kerap lebih tinggi. Bila biaya lahan/bangunan rendah, clarifier tetap menarik untuk operasi batch atau debit rendah.
Rekomendasi operasional: pilot-test kedua opsi pada limbah aktual. Banyak pabrik modern memakai pendekatan hibrida—misalnya klarifier untuk beban rutin, dan DAF atau flotation thickener skala kecil untuk beban puncak atau FOG tinggi.
Polishing residu pestisida
Usai padatan dan organik bulk diturunkan, residu pestisida dan disinfektan harus ditangani. Dua pendekatan matang: adsorpsi pada karbon aktif dan advanced oxidation processes (AOP, proses oksidasi lanjutan).
Karbon Aktif (AC/PAC). Granular (GAC) atau powdered (PAC) mampu mengadsorpsi berbagai pestisida (herbisida, fungisida, insektisida) dan organik terlarut lain. Sejumlah studi menegaskan efektivitasnya; sebuah kasus pada air terkontaminasi pestisida menunjukkan perlakuan PAC menghilangkan ~60–65% COD dan menurunkan toksisitas akut secara signifikan (www.mdpi.com). Secara umum, bed GAC yang dirancang baik (10–20 menit empty-bed contact time/EBCT) dapat memangkas mayoritas konsentrasi pestisida >80%. Tidak ada produk samping berbahaya, tetapi media perlu regenerasi/pembuangan berkala. Praktik umum: unit activated carbon sebagai tahap polishing—misalnya kolom GAC dengan 5–10 menit kontak atau slurry PAC dengan klarifikasi berikutnya—untuk menurunkan residu ke jejak atau tidak terdeteksi.
AOP. AOP menghasilkan radikal reaktif (•OH) yang menguraikan pestisida menjadi senyawa lebih kecil (hingga CO₂). Opsi umum: ozon, O₃/H₂O₂, UV/H₂O₂, dan reagen Fenton (Fe²⁺/H₂O₂). Efektivitas tinggi datang dengan biaya lebih tinggi. Studi pilot pada limbah “fresh-cut produce” (diperkaya 0,1 mg/L berbagai pestisida) menemukan ozonasi pada pH 6,3 mencapai >80% penghilangan pestisida setelah ~120 menit kontak (total dosis O₃ ~180 mg/L) (www.mdpi.com). Ozon sangat cepat untuk disinfeksi—5 menit kontak memberikan >5-log inaktivasi E. coli (www.mdpi.com)—namun degradasi pestisida lebih lambat sehingga butuh dosis tinggi.
Reagen Fenton menunjukkan daya yang impresif: pada satu studi limbah pabrik pestisida, Fenton mencapai ~95% COD removal dan nyaris meniadakan toksisitas akut, mengungguli koagulasi besi dan PAC (www.mdpi.com). Catat, Fenton memerlukan kontrol pH ketat dan menghasilkan sludge besi.
Catatan desain AOP dan kombinasi
Tempatkan AOP setelah padatan tersisih (turbiditas rendah) agar UV/ozon tidak “termakan” oleh partikel. Untuk ozon, laju injeksi tipikal 0,1–0,2 g O₃/L·jam pada contactor bertekanan, dengan waktu tinggal 30–60 menit guna mencapai multi-log penghilangan pestisida (www.mdpi.com). UV/H₂O₂ juga layak, apalagi bila transmitansi UV sudah membaik. Banyak fasilitas memilih kombinasi: GAC diikuti polishing ozon/UV berdurasi singkat—hibrida ini dapat mencapai >90% penghilangan pestisida dengan penggunaan bahan kimia moderat. Untuk kebutuhan reuse, unit ultraviolet kerap ditambahkan sebagai disinfeksi akhir.
Rancangan kereta proses yang scalable
Contoh konfigurasi yang dapat diskalakan (kapasitas dan ukuran mengikuti kebutuhan):
1) Equalization/Screening. Tangki equalization 1–2 jam untuk meredam fluktuasi, plus mixer dosing. Screening kasar 5–10 mm untuk debris. 2) Koagulasi/Flokulasi. Rapid-mix tank 0,5–1 m³ untuk dosis koagulan (mis. PAC atau polyferric) 20–200 mg/L, diikuti zona flokulasi 15–30 menit dengan pengadukan lembut. Dosis komersial polyaluminum atau koagulan polimerik lazim 10–100 mg/L (www.researchgate.net). Desain energi aduk mengikuti panduan umum: G≃100–200 s⁻¹ (rapid mix) dan G≃20–50 s⁻¹ (flok).
3) Pemisahan primer atau DAF. Klarifier dengan surface overflow ~0,5–1 m³/m²·jam (detention ~1–2 jam), atau unit DAF dengan waktu flotasi ~2–5 menit. Untuk DAF silindris, pastikan tekanan saturasi udara resirkulasi ~4–6 bar agar terbentuk gelembung ~20–50 μm. Lakukan pilot-scale test untuk menetapkan dosis koagulan dan mengevaluasi penurunan turbidity/COD; targetkan ≥90% TSS removal dan penurunan COD signifikan. 4) Penanganan sludge. Sludge/skim dikumpulkan kontinu. Sludge DAF biasanya 3–5% padatan (www.researchgate.net) sehingga pengentalan opsional; sludge klarifier (~1% padatan) mungkin perlu thickening; dewatering bisa dengan filter press atau centrifuge.
5) Polishing (AC/AOP). Efluen jernih menuju polishing. Opsi: a) Filter GAC dengan 5–10 menit EBCT; b) Reaksi PAC dosis contoh 20–50 mg/L dalam tank kecil, lalu settling atau microfilter; dalam praktik, microfilter seperti cartridge filter membantu menangkap partikel PAC halus; c) Ozon/UV: contactor bertekanan dengan injeksi ozon sekitar 0,1 g/L·jam selama 30–60 menit. Banyak pabrik menggunakan GAC plus sesekali “ozone spike” (CIP/cleaning in place) untuk membunuh patogen. 6) Pascaperlakuan. Sesuaikan pH (terutama pasca-Fenton/alum), tambah klorin residual hanya bila perlu. Efluen akhir ditujukan lolos batas lokal (mis. BOD, TSS, NH₃). Untuk reuse internal, tambahkan filtrasi akhir dan UV.
Penerapan produk sesuai tahapan membantu disiplin desain—misalnya koagulan berbasis PAC melalui PAC pada tahap C&F, sedangkan pemisahan primer dapat mengandalkan clarifier atau DAF bergantung jejak lahan dan target sludge.
Kinerja dan ekonomi
Dengan desain dan dosing tepat, kereta proses di atas biasanya mencapai >90% penghilangan TSS dan BOD/COD—cukup untuk target reuse irigasi. Kombinasi koagulasi+DAF sering menurunkan COD 50–80% (bergantung influen), lalu >80% residu pestisida dihapus oleh AC/AOP. Data bench juga menunjukkan DAF + aerasi turut menurunkan sebagian COD via transfer oksigen (www.researchgate.net). Untuk nutrien, penghilangan N dan P bersifat moderat pada langkah fisiko-kimia ini, namun >50% reduksi TN/TP (total nitrogen/total phosphorus) pernah diamati saat menggunakan DAF dengan aerasi (www.researchgate.net).
Dari sisi biaya, analisis parametrik mengindikasikan biaya kimia (koagulan + PAC) di kisaran ~US$0,05–0,10 per m³ air yang diolah (tergantung harga lokal). Daya listrik untuk pompa/blower berada pada ordo serupa. CAPEX per m³/hari terpasang ada di “mid-four-figures (USD)” untuk pabrik kecil. Pengungkit kunci: pilihan koagulan—flocculant polimerik mungkin lebih mahal per kg dibanding alum, tetapi konsumsi total kimia lebih rendah (www.researchgate.net). Memilih DAF juga dapat memangkas jejak lahan dan volume sludge; satu studi mencatat sistem berbasis DAF menurunkan biaya siklus hidup sekitar ~US$0,20 per kg biomassa yang “dipanen” (www.researchgate.net). Pada akhirnya, analisis ekonomi lengkap harus memasukkan disposal sludge (yang turun berkat sludge DAF lebih kental), pemakaian reagen, energi, serta potensi penghematan reuse air.
