Di RAS intensif, waktu adalah segalanya: feses harus keluar secepatnya atau ia pecah jadi partikel halus yang menyumbat biofilter. Data terbaru membedah kinerja drum filter, radial‑flow settler, dan protein skimmer—seraya menunjukkan dampaknya ke biofilter, UV, ozon, dan konsumsi O₂.
Intensifikasi pakan di Recirculating Aquaculture Systems (RAS, sistem budidaya resirkulasi) secara langsung menaikkan beban padatan partikulat (feses, pakan sisa) dan organik terlarut—hubungannya linier dengan input pakan (www.sciencedirect.com). Prinsip praktisnya sederhana namun krusial: “the aim should be to remove the faeces…as quickly as possible” di RAS, agar fragmen halus tak sempat terbentuk dan mengganggu filtrasi biologis (www.fishfarmingexpert.com).
Di lantai pabrik, insinyur lazimnya merangkai beberapa tahap: semacam unit pengendap awal (coarse settler), diikuti microscreen (drum filter), dan—pada beban tinggi—protein skimmer (foam fractionator) kerap dipasang bersama ozon. Panduan ini membandingkan efisiensi tiga teknologi itu untuk menangani padatan halus dan organik terlarut, sekaligus implikasinya ke biofilter dan unit hilir lainnya.
Pemulihan CO₂ Pabrik Bir: Tangkap, Murnikan, dan Hemat Biaya Produksi
Microscreen drum filter 60–200 μm
Drum filter bekerja secara filtrasi kontinu: silinder berputar dengan kain saringan 60–200 μm (μm: mikron, seperseribu milimeter). Air tak tertangani mengalir masuk dan tersaring oleh gravitasi plus sedikit vakum; padatan menumpuk di kain dan secara periodik dibersihkan balik (backwash) ke perangkap lumpur (www.fishfarmingexpert.com; link.springer.com).
Untuk fraksi kasar, kinerjanya impresif: studi Pfeiffer dkk. (2024) menunjukkan unit komersial menghapus ≥90% partikel >55 μm (academic.oup.com). Namun efisiensi turun tajam di partikel halus: hanya 8–26% untuk <55 μm, dan total TSS (total suspended solids, padatan tersuspensi total) yang tersaring berada di kisaran 19–44% tergantung konfigurasi (academic.oup.com). Dalam RAS salmonid, drum filter menyumbang sekitar 40–45% penghilangan massa TSS total (www.researchgate.net).
Catatan penting: filter mekanis tidak menghapus nutrien terlarut (amonia, nitrat, DOC/dissolved organic carbon) kecuali yang terikat pada partikel; beban nutrien ke biofilter tetap penuh. Dari sisi operasi, drum filter butuh energi untuk pompa dan backwash. Sebuah laporan lapangan mencatat disc filter (alternatif microscreen) mengurangi air backwash dan energi sekitar 45% dibanding drum filter untuk jumlah padatan yang sama (www.fishfarmingexpert.com). Perawatan kain saringan perlu dijadwalkan; anyaman lebih halus menangkap lebih banyak, tetapi lebih cepat fouling dan meningkatkan kehilangan tekan (head loss) (link.springer.com).
Implikasi desain: tentukan luas kain (atau jumlah drum) yang cukup untuk beban padatan desain. Dalam praktik, drum filter dapat memangkas beban padatan ke biofilter kira‑kira separuh, namun banyak partikel halus yang lolos tetap menuntut penanganan hilir.
Radial‑flow settler sebagai klarifier gravitasi
Radial‑flow settler (klarifier aliran radial) mengandalkan sedimentasi pasif: air masuk perlahan, menyebar radial di area besar; partikel berat dan flok mengendap ke hopper bawah. Lumpur secara periodik ditarik dengan drain/pompa. Unit dikontrol dengan parameter “surface loading” (debit per luas klarifier, satuan m³/s·m²).
Efektivitasnya pada TSS kasar terukur tinggi. Johnson & Chen (2006) melaporkan radial‑vertical cell settler menghapus TSS rata‑rata 82% (influen 11,4 mg/L ke efluen 2,1 mg/L) (www.researchgate.net). Davidson & Summerfelt (2005) menunjukkan radial‑flow settler mencapai 77,9%±1,6% penghilangan TSS pada kondisi yang sama, jauh di atas swirl separator yang hanya ~37,1%±3,3% (www.researchgate.net). Klarifier juga menurunkan ukuran rata‑rata partikel ~33–48% melintasi unit (www.researchgate.net). Secara ringkas, unit yang didesain baik lazimnya menghapus ~75–80% SS yang dapat mengendap, sementara koloid sangat halus (<30–50 μm) cenderung tetap melayang.
Soal hidraulika, studi tadi menggunakan surface loading sekitar 0,0031 m³/s·m² (~4,6 gpm/ft²; gpm/ft²: gallon per minute per square foot) (www.researchgate.net), dan insinyur sering menargetkan 0,003–0,005 m³/s·m² di RAS. Kenaikan debit atau penurunan area menekan efisiensi; geometri inlet/outlet dan tinggi tangki juga berpengaruh—umumnya dirancang berbasis panduan empiris atau uji pilot untuk partikel spesifik fasilitas.
Keunggulan OPEX (operating expenditure, biaya operasi) datang dari gravitasi murni: tanpa backwash, hanya pengurasan lumpur periodik. Kekurangannya adalah tapak (footprint) besar dan kebutuhan head space; tinggi 3–5 m sering dipakai demi HRT (hydraulic retention time, waktu tinggal) memadai. Dalam skema hulu, opsi klarifikasi seperti klarifier lazim dipasang sebelum microscreen: dengan ~80% SS terambil di settler, drum filter bekerja lebih ringan dan volume lumpur turun. Jika hanya mengandalkan settler tanpa saringan mekanis, beban partikel halus dan organik terlarut akan bergeser ke biofilter.
Protein skimmer/foam fractionator dan fraksi terlarut
Protein skimmer (foam fractionator) menargetkan materi organik hidrofobik dan partikel mikro lewat gelembung udara/ozon. Buih yang terbentuk (foamate) mengangkut konsentrat limbah ke wadah kolektor. Skimmer paling efektif di salinitas tinggi tetapi dapat diaplikasikan di RAS air tawar dengan bantuan ozon, penambahan garam, atau surfaktan (orbit.dtu.dk).
Dari sisi TSS, skimmer bukan penyaring utama. Pada uji RAS ikan laut salinitas rendah, foam fractionator menghapus total padatan sekitar 6,5% hingga 38,5%, tergantung konfigurasi; untuk perbandingan, drum filter pada uji yang sama mencapai 19–44% (academic.oup.com). Pada kondisi terbaik (head tinggi, aerasi kuat), skimmer menghilangkan ≈26,9% padatan <55 μm (academic.oup.com). Artinya, skimmer efektif sebagai pemoles (polishing) fraksi halus yang lolos saringan, bukan pengganti filter mekanis.
Untuk organik terlarut, skimmer dapat menurunkan beban DOC/COD (chemical oxygen demand, kebutuhan oksigen kimia). Studi dengan ozon menunjukkan penurunan COD 25–53% seiring kenaikan dosis ozon (www.sciencedirect.com). Kovács dkk. (2023) mengamati ozon + skimming secara signifikan menurunkan mikro‑partikel dan aktivitas bakteri, sekaligus menaikkan kejernihan dan ORP (oxidation–reduction potential) di RAS komersial (orbit.dtu.dk). Catatan: skimmer tidak menghapus nitrogen anorganik; amonia/nitrit tetap perlu ditangani biofilter atau unit denitrifikasi.
Dari sisi energi, skimmer memerlukan suplai udara/venturi dan generator ozon bila digunakan. Outputnya berupa foamate berkonsentrasi sangat tinggi (sering >1–2 g/L padatan) namun volume kecil (hanya beberapa persen aliran), sehingga pembuangannya harus disiapkan. Efek aerasi/stripping CO₂ ada, tetapi kurang konsisten dibanding unit degassing khusus. Dalam desain, skimmer (sering bersama loop ozon) ditempatkan di hilir biofilter atau sebagai side‑stream, untuk meringankan beban COD/BOD (biochemical oxygen demand, kebutuhan oksigen biokimia) tanpa mengganggu strategi proses. Karena fraksi TSS yang dihapus hanya sebagian, skimmer paling efektif sebagai pelengkap. Ruang kolom skimmer dan pembuangan foamate perlu dialokasikan.
Pemulihan CO₂ Pabrik Bir: Tangkap, Murnikan, dan Hemat Biaya Produksi
Dampak ke biofilter, O₂/CO₂, UV dan lumpur
Beban padatan yang tak terkelola mengancam nitrifikasi. Emparanza (2009) mencatat akumulasi padatan “menyumbat” media fixed‑bed, menurunkan luas permukaan efektif untuk nitrifier dan memicu kematian bakteri (www.researchgate.net). Sebaliknya, skema yang menghapus ~80% padatan dengan settler ditambah ~40% oleh drum filter jarang mengalami clogging. Dengan lebih sedikit organik, kompetisi heterotrof turun dan nitrifier tumbuh lebih stabil. Praktisnya, RAS yang “polished” memadai bisa merancang biofilter hanya untuk beban amonia, sedangkan sistem dengan filtrasi minim cenderung memperbesar biofilter atau menerapkan desain berjenjang/moving‑bed untuk menghadapi BOD ekstra.
Organik yang tertinggal juga menambah konsumsi O₂ oleh mikroba dan produksi CO₂. Penghilangan padatan yang tegas menurunkan kebutuhan O₂ harian dan level CO₂. Bahkan, jika skimmer mengekstrak sebagian amino‑nitrogen sebelum biofilter, oksigen yang semestinya dipakai nitrifier/heterotrof pun bisa dihemat.
Disinfeksi dan degassing turut terdampak. Kekeruhan tinggi melemahkan UV karena bakteri “bersembunyi” di partikulat. Gullian Klanian dkk. (2012) menunjukkan ruang UV mencapai ~90% inaktivasi bakteri hanya pada kekeruhan <10 NTU (NTU: Nephelometric Turbidity Unit) (www.researchgate.net). Dalam praktik, kombinasi drum filter dan settler mampu menurunkan kekeruhan ke beberapa NTU sehingga dosis UV lebih efektif. Ozonasi juga kurang efisien saat organik tinggi—ozon “habis” oleh COD, sehingga dosis atau waktu kontak harus dinaikkan. Maka, pra‑filtrasi padatan yang kuat meringankan spesifikasi unit UV/ozon dan berpotensi memangkas belanja modal/energi.
Manajemen lumpur berbeda antar teknologi. Drum filter menghasilkan lumpur relatif kering dan mudah didewatering (sering 5–10% padatan). Settler menghasilkan lumpur encer (sering <5% padatan) yang butuh pengentalan. Skimmer menghasilkan foamate sangat terkonsentrasi (COD tinggi, volume kecil). Rantai penanganan harus didesain sesuai—misalnya penebalan atau filter press pasca drum, belt press/pengering untuk lumpur settler, dan jalur pembuangan kecil untuk buih skimmer—dengan dukungan peralatan bantu pengolahan air.
Saat biofilter harus menanggung sisa beban, beberapa fasilitas menerapkan reaktor bergerak; rujukan seperti MBBR (moving bed biofilm reactor) dapat dipertimbangkan dalam strategi desain biologis tanpa mengubah fakta kinerja penghilangan padatan yang disajikan di atas.
Data kunci untuk perancangan
- Di RAS air dingin, sebuah radial‑flow clarifier mencatat TSS influen ≈11,4 mg/L dan efluen ≈2,1 mg/L (82% penghilangan) (www.researchgate.net). Microscreen drum filter di sistem tersebut menangkap ~40–45% massa TSS (www.researchgate.net).
- Settler vs swirl: di satu tangki salmonid skala penuh (4.500 L/menit), radial settler menghapus 77,9%±1,6% TSS, dibanding vortex (swirl) separator 37,1%±3,3% (www.researchgate.net). Penghilangan oleh settler juga lebih konsisten pada variasi beban.
- Penghilangan berdasarkan ukuran oleh drum filter: Pfeiffer dkk. (2024) melaporkan >90% partikel >55 μm tersaring, namun hanya 8–26% untuk <55 μm; total penghilangan berkisar 19–44% (academic.oup.com).
- Foam fractionator: pada kondisi optimal (head tinggi, impeler aspirasi), penghilangan fraksi <55 μm mencapai ~26,9%; total penghilangan tak pernah melebihi ~40% di uji tersebut (academic.oup.com).
- Energi/Air: laporan profesional menyebut filter cakram dapat memangkas air backwash ~45% dan energi ~45% dibanding drum untuk beban padatan sama (www.fishfarmingexpert.com). Drum filter dapat membackwash 0,5–1,0× laju sirkulasi sistem sepanjang 12–24 jam.
- Efek ozon: studi skala laboratorium pada RAS melaporkan COD turun 25–53% selama 8 hari (dosis ozon rendah→tinggi) dan transparansi naik 15% (www.sciencedirect.com), mengindikasikan kombinasi ozon+skimmer mampu menekan BOD/COD dan meningkatkan kejernihan—dengan catatan sizing ozon harus mengikuti beban pakan atau pengukuran residual ozon.
Implikasi desain RAS
Insinyur sebaiknya memilih dan mensizing teknologi penghilangan padatan menurut beban pakan dan spesies. Misalnya, farm tilapia besar di Indonesia (feed rate tinggi) dapat membenarkan radial settler besar plus drum filter, sedangkan hatchery udang resirkulasi berskala lebih kecil mungkin memilih drum filter dan skimmer ozon saja. Dalam semua kasus, estimasi % penghilangan padatan menjadi basis kapasitas nitrifikasi biofilter. Rule‑of‑thumb: anggap ~50–80% SS dapat dihapus oleh klarifikasi mekanis (settler+drum) (www.researchgate.net; www.researchgate.net); sisa beban terlarut dan koloid ditangani biologis/kimia.
Desainer juga harus memastikan kepatuhan baku buang atau standar sirkulasi ulang (misalnya, regulasi Indonesia kerap mensyaratkan batas SS/BOD pada efluen). Dengan mengkuantifikasi penghilangan tiap tahap (seperti di atas), maka perancang dapat menyeimbangkan capital
Baca juga:
Pemulihan CO₂ Pabrik Bir: Tangkap, Murnikan, dan Hemat Biaya Produksi
Catatan metodologis dan rujukan
Semua angka dan kutipan berasal dari literatur peer‑reviewed dan industri RAS. Lihat Johnson & Chen (2006) dan Davidson & Summerfelt (2005) untuk kinerja settler (www.researchgate.net; www.researchgate.net); Pfeiffer dkk. (2024) untuk data foam fractionation (academic.oup.com); Kovács dkk. (2023) tentang protein skimming + ozon (orbit.dtu.dk); Emparanza (2009) tentang clogging biofilter (www.researchgate.net); Gullian Klanian dkk. (2012) terkait UV vs kekeruhan (www.researchgate.net); serta ulasan mekanisme ozon (www.sciencedirect.com).
