Dua senjata utama untuk polishing tersier air limbah minyak & gas—adsorpsi granular activated carbon (GAC) dan advanced oxidation processes (AOP)—bisa menekan organik jejak ke level sangat rendah. Namun target reuse tinggi nyaris selalu memanggil reverse osmosis (RO) sebagai penghalang terakhir.
Sisa organik—dari minyak, fenol, aromatik hingga senyawa terlarut—umumnya lolos dari tahap primer/sekunder pada produced water dan limbah kilang. Polishing tersier mengejar kualitas sangat rendah untuk buang atau pakai ulang. Dua opsi kunci adalah adsorpsi GAC (granular activated carbon) dan AOP (advanced oxidation processes), yang sama-sama bisa mendorong organik ke “angka bawah”, tetapi berbeda dalam biaya, kompleksitas, dan by‑product (carbotecnia.info; mdpi.com). Untuk target reuse tinggi (process/injection water), membran—kebanyakan RO—sering menjadi langkah final.
Adsorpsi GAC untuk jejak organik
GAC adalah media karbon aktif granular yang menyerap organik terlarut—terutama senyawa non‑polar dan kovalen—setelah klarifikasi/filtrasi, menurunkan COD/toxicity serta memperbaiki warna/bau; GAC tidak mendegradasi, sehingga material teradsorpsi perlu desorpsi/regenerasi (carbotecnia.info). Media GAC komersial seperti activated carbon lazim dipasang setelah filtrasi multimedia.
Di praktik, GAC berkinerja tinggi pada konsentrasi rendah: COD 30–100 mg/L bisa ditekan menjadi ~2–10 mg/L pada tahap tersier (carbotecnia.info). Uji municipal melaporkan ~90% removal untuk suite micropollutants (mdpi.com), sementara pilot kilang menunjukkan GAC pasca‑AOP menurunkan TOC ke ~4–8,5 mg/L (AOP pra‑langkahnya sendiri hanya 10–18% TOC removal) (researchgate.net).
Kapasitas GAC terbatas: pada beban tinggi terjadi “breakthrough” dalam hitungan minggu. Contoh: sistem BAC (biological GAC) kilang berjalan 84 hari pada ~65% removal, sedangkan GAC baru jenuh dalam ~28 hari (researchgate.net). Pada WWTP municipal, removal turun dari 97,6% ke 80,7% selama 13 minggu (2.184 bed volumes) seiring saturasi (mdpi.com).
Operasi GAC menuntut kekeruhan rendah (<5 NTU) dan tanpa oil bebas/oksidan (klorin) agar tidak fouling. Lajunya tipikal 1–5 gal/min‑ft² (0,004–0,02 m³/menit·m²) dengan EBCT (empty bed contact time, waktu kontak media kosong) 10–30 menit, dan penekanan COD dari ~50 mg/L ke <5 mg/L tergolong rutin (carbotecnia.info). GAC kerap memberi penurunan 50–100× untuk banyak senyawa; energi minim (pompa), biaya utama karbon (~$1–2/kg). Media pendahulu seperti sand silica filter membantu menahan partikel 5–10 mikron sebelum GAC.
Untuk keamanan operasi, banyak sistem menambahkan tahap saringan akhir; housing dan elemen cartridge filter umum dipakai sebagai polishing partikel halus.
Baca juga:
Mengapa Sterilizer Horizontal & Kontrol Otomatis PLC/SCADA Jadi Pilihan Utama di Pabrik Kelapa Sawit
Advanced oxidation processes (AOP)
AOP menghasilkan radikal reaktif (utamanya •OH) untuk mengoksidasi organik hingga CO₂, H₂O, atau asam kecil. Ragam umum di migas: Fenton (Fe²⁺ + H₂O₂ pada pH≈3), ozon (O₃/O₃‑UV), UV/H₂O₂, persulfate, dan fotokatalisis (TiO₂ + UV)—menangani senyawa toksik/non‑biodegradabel yang lolos biologi (pubs.rsc.org). Sumber UV komersial seperti modul ultraviolet digunakan pada skema UV/H₂O₂ atau O₃/UV.
Kinerja sangat bergantung dosis/kondisi. Uji bench pada produced water menunjukkan Fenton menurunkan COD ~33% dan TOC ~60% pada suatu studi (researchgate.net), sementara studi kilang melaporkan Fenton memineralisasi ~53% DOC pada kondisi optimal (pubs.rsc.org). Pilot UV/H₂O₂ mencapai 97,1% removal micropollutants dengan 40 ppm H₂O₂ dan 10 kJ/m² UV, sedangkan rata‑rata baseline ~76% (mdpi.com). AOP berbasis ozon (O₃ atau O₃/H₂O₂) kerap mencapai 70–80% penurunan TOC pada oily wastewater dengan waktu kontak memadai; photo‑Fenton/UV‑TiO₂ meluruhkan fenolik/aromatik ~60–90% di iradiasi kuat.
Sendirian, AOP jarang menembus “hampir nol” organik; karena itu sering dipasangkan adsorpsi/filtrasi. Contoh, efluen Fenton dengan ~50% COD removal kemudian dialirkan ke GAC atau UF (ultrafiltration) untuk memenuhi baku mutu (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Pada kasus kilang di atas, AOP ~10–18% TOC removal diikuti BAC mencapai TOC <10 mg/L (researchgate.net); ozon kerap ditempatkan di hulu GAC untuk memecah molekul kompleks menjadi bentuk yang lebih mudah diadsorpsi.
Biaya operasional AOP berasal dari bahan kimia/energi. Fenton memakai H₂O₂ dan besi (murah) tetapi menghasilkan lumpur Fe(OH)ₓ ~0,15–0,5 L lumpur basah per L larutan pada removal tinggi (pubs.rsc.org). UV/H₂O₂ perlu listrik untuk lampu dan dosis H₂O₂; ozon butuh generator (dengan risiko bromate bila ada bromida). OPEX kimia tipikal ~$0,1–0,5/m³, sering perlu netralisasi/quenching; sebaliknya, AOP menghindari limbah padat jenuh (kecuali lumpur) dan bisa di‑tune real‑time. Dosis oksidan yang presisi lazim dialirkan dengan dosing pump agar stabil pada fluktuasi beban.
Desain AOP ditentukan waktu kontak dalam detik–menit (Fenton 5–30 menit) dan dosis. Fenton pada pH optimal menurunkan DOC ~50–60% (pubs.rsc.org); UV/H₂O₂ menghapus 70–90% micropollutants pada ~20–40 mg/L H₂O₂ dan ~5–10 kJ/m² UV (mdpi.com). Dosis ozon 1–20 mg/L·menit memberi orde reduksi COD aromatik yang serupa; mendorong removal dari 80% ke 97% membutuhkan hampir dua kali energi kimia (mdpi.com).
Baca juga: Pengolahan Limbah Secara Kimia
Perbandingan GAC vs AOP
Dalam uji head‑to‑head di instalasi municipal untuk micropollutants, GAC mengungguli UV/H₂O₂ secara rata‑rata: 90,0±4,6% vs 76,4±6,2% removal (mdpi.com). Di awal, filter GAC terkelola baik mencapai ≈97,6% dan turun ke ≈80,7% setelah ~2.184 bed volumes (13 minggu) (mdpi.com), sementara menaikkan dosis oksidan bisa mendorong AOP ke 97,1% removal pada kondisi 40 ppm H₂O₂ dan 10 kJ/m² UV (mdpi.com).
Untuk limbah kilang, kombinasi AOP+GAC menghasilkan efluen TOC ~4–9 mg/L—jauh di bawah efluen sekunder (>50 mg/L COD)—sedangkan AOP sendiri hanya memberi penurunan moderat (researchgate.net). Skema gabungan semacam ini kerap memanjangkan umur GAC; alternatif membran pretreatment seperti ultrafiltration juga dipakai untuk mengurangi fouling di hilir.
Dari sisi by‑product, GAC “menangkap” organik tanpa meninggalkan apa pun dalam larutan (kecuali potensi desorpsi oksigenat), sedangkan AOP dapat membentuk intermediat (asam karboksilat/aldehida) bila oksidasi tak tuntas; contoh Fenton menunjukkan 53% mineralisasi DOC dengan ko‑presipitasi besi (pubs.rsc.org). Implikasinya, AOP sering butuh polishing lanjutan, sementara GAC tidak butuh reagen proses.
Resiliensi operasional menjadi pembeda: AOP mudah di‑adjust mengikuti beban; GAC berkapasitas tetap dan performa menurun menuju regenerasi. Banyak fasilitas memilih keduanya: AOP untuk memecah senyawa tangguh, disusul kolom GAC; skema H₂O₂/UV + GAC, misalnya, mencapai TOC <10 mg/L, sementara GAC tunggal cepat jenuh (researchgate.net).
Kompleksitas/biaya: reaktor/generator AOP (ozonator, bank UV) lebih rumit dibanding bed GAC. Biaya GAC bergantung penggantian/regenerasi (tipikal $0,5–$2 per kg karbon dan umur layanan ~1.000–10.000 m³ per rebuild), sementara AOP menyerap listrik dan kimia; contoh UV/H₂O₂ mengonsumsi ~5–20 kWh/m³ UV power dan ~20–50 mg/L H₂O₂ (biaya kimia ~$0,05–$0,15/m³) untuk ~90% removal (mdpi.com). Isu keselamatan: AOP mungkin butuh destruksi ozon/penanganan asam‑basa; GAC menuntut penanganan/disposal spent carbon. Di hilir, perumusan bahan kimia utilitas tersedia melalui paket chemicals air/limbah.
Baca juga:
Kondensat Sterilizer Sawit: Limbah Panas yang Bisa Diubah Jadi CPO dan Penghematan Energi
Membran untuk target reuse tinggi (RO)
Bila target reuse sangat tinggi—proses cooling, boiler feed, hingga recharge—langkah membran, terutama RO (reverse osmosis), menjadi “barrier” akhir. RO menyingkirkan hampir semua spesies terlarut (garam, logam, organik), menghasilkan air nyaris terdemineralisasi; studi mixed industrial wastewater menunjukkan Al turun ke <3 mg/L (dari >40 mg/L), nitrat ke <20 mg/L, dan Na/Cl ke level brackish; permeate memenuhi kriteria ketat nasional (mdpi.com). Paket membrane systems industri/municipal mengintegrasikan UF/RO sesuai target kualitas.
RO modern menolak >99% TDS dan organik >100 Da; COD permeate kerap <5 mg/L dan konduktivitas <50 µS/cm. Karena non‑selektif, RO ikut mengangkat organik kecil; ini menjadikannya “final polish” setelah GAC/AOP. Untuk brackish feed (TDS 2–6 g/L), konfigurasi brackish RO lazim dipilih.
Energi/biaya RO berskala salinitas: brackish ~1–3 kWh/m³, seawater ~3–6 kWh/m³ (dengan energy recovery). Produced water bisa jauh lebih asin (hingga 70–100 g/L), perlu multi‑stage RO atau evaporative brine concentration sehingga energi >10 kWh/m³; OPEX BWRO dilaporkan ~$0,4–$0,7/m³ (TDS ~2–6 g/L) dan CAPEX ~$500–3.000 per m³/hari kapasitas; perawatan membran signifikan (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Untuk salinitas ekstrem, opsi desain ala SWRO dipertimbangkan.
Pretreatment RO harus sangat bersih: koagulasi/flokulasi + filtrasi media, pemisahan minyak, mungkin UF, dan sering AOP/GAC. Sebuah pilot mengombinasikan Fenton → klarifikasi → GAC → UF sehingga RO (atau UF) berjalan dengan fouling minimal; pada kasus itu UF mencapai <50 mg/L COD (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Unit pemisahan fisik seperti primary screens/oil removal sering diletakkan paling depan.
Untuk beban minyak/SS tinggi, flotasi terlarut DAF umum dipakai sebelum media filter; dosis koagulan seperti PAC dan flocculants membantu menurunkan kekeruhan. Di banyak kilang, UF menjadi pra‑RO standar, sementara NF kadang dipakai untuk menurunkan hardness dengan tekanan lebih rendah daripada RO.
Isu utama RO adalah fouling organik dan scaling (Ca/Mg/silika); kontrol pH dan antiscalant wajib. Program antiscalant tersedia seperti membrane antiscalants, dengan opsi pembersihan berkala menggunakan membrane cleaners. Pilihan membran dari FilmTec atau Toray lazim pada retrofit kilang/petrokimia.
RO menghasilkan konsentrat 10–50% dari debit masuk berisi garam/organik tertolak; brine ini butuh disposal atau treatment sekunder. Integrasi AOP/GAC di hulu membantu: organik dikurangi lebih dulu sehingga RO lebih banyak menolak anorganik, menyederhanakan penanganan konsentrat. Pada skema reuse lain, RO dipasangkan dengan ozon + karbon aktif untuk meminimalkan biofouling (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
Untuk target reuse maksimum—landscaping, cooling, steam, hingga indirect potable—RO hampir selalu diperlukan. Secara internasional, banyak kilang/petrokimia yang membidik ≥80% reuse memasang RO dua tahap; contoh, Petrobras (Brasil) melaporkan >70% reuse via UF+RO. Di titik ini, data dari [33†L80‑L88] menunjukkan hampir semua polutan teregulasi (metals, COD, hardness) dapat ditekan di bawah limit (mdpi.com; pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Baca juga:
Rangkuman berbasis data
GAC terbukti efektif mem‑“polish” organik: penurunan COD relatif ~90% dari efluen sekunder ke satu digit mg/L (carbotecnia.info) dan penghilangan ~90–98% micropollutants (mdpi.com). O&M moderat, tetapi kolom perlu sering diganti/regenerasi; GAC sangat cocok untuk air relatif stabil (COD 20–100 mg/L) agar lolos discharge ketat atau reuse parsial, terutama untuk organik non‑polar (fenol, BTEX).
AOP menawarkan fleksibilitas tinggi; dengan dosis cukup, degradasi >90% organik resisten mungkin. Contoh: UV/H₂O₂ mencapai ~97% micropollutant removal (mdpi.com); Fenton memineralisasi ~53% DOC (pubs.rsc.org). AOP menangani lonjakan beban, menghindari limbah padat jenuh; biaya per ton COD lebih tinggi dan oksidasi parsial dapat memerlukan langkah lanjut.
RO/NF/UF adalah jalur untuk kualitas reuse tertinggi. Data menunjukkan RO memenuhi spesifikasi ketat reuse (metals <ppm, organik ~0, hardness ~0) dengan OPEX ~$0,5–$1/m³ untuk salinitas moderat (mdpi.com; pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Fasilitas yang membidik near‑zero discharge atau ≥80% reuse sebaiknya merencanakan RO dengan pretreatment kuat; kombinasi AOP + UF + RO pada pilot memangkas COD ke <50 mg/L dengan ~50% biaya tambahan (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Intinya: tak ada satu “polish” yang pas untuk semua. GAC paling efisien menangani organik jejak yang tersisa; AOP menurunkan bulk organics dan adaptif pada variasi; dan untuk reuse kelas atas, tahap membran—sering RO—adalah penghalang final. Skema hibrida (koagulasi/filtrasi → AOP → GAC → RO) sering optimal (mdpi.com; carbotecnia.info; researchgate.net).
