Target TN (total nitrogen) makin ketat — dari TN<30 mg/L hingga TN<15 mg/L — memaksa kilang membenahi pengolahan limbah: wajib nitrifikasi–denitrifikasi biologis dengan disiplin kontrol DO, pH, SRT, dan rasio C/N.
Air limbah kilang minyak tidak lagi dinilai hanya dari jejak hidrokarbon. Nitrogen—dalam bentuk amonium (NH4+) dan nitrogen organik—ikut diawasi ketat, terutama bila sumbernya berasal dari kondensat distilasi mentah dan injeksi urea. Di Tiongkok, standar GB 31570‑2015 menetapkan TN<30 mg/L, sementara beberapa daerah bahkan menekan hingga TN<15 mg/L (pubs.rsc.org).
Sebuah studi menunjukkan instalasi lumpur aktif (activated sludge) kilang mampu menghapus COD >93% namun gagal menurunkan nitrogen, sehingga strategi SND (simultaneous nitrification/denitrification) dilirik (www.researchgate.net). Setelah pemisahan awal minyak/FOG, TN baku limbah kilang lazimnya berada di kisaran 20–30 mg/L. Contoh di Liaohe: aliran antara proses “CAST” mencatat ~0,82 mg/L NH4–N dan 22,3 mg/L NO3–N (TN≈24,2 mg/L) (pubs.rsc.org).
Pra‑perlakuan fisik tetap krusial untuk menahan beban ke proses biologis. Unit seperti layar, pemisah minyak, dan pra‑treatment primer dapat dirangkum dalam solusi waste-water-physical-separation. Untuk pemindahan minyak tersuspensi dan padatan halus, banyak kilang mengandalkan DAF sebelum tahap biologis.
Konfigurasi reaktor aerob–anoksik
Nitrifikasi (NH4→NO3; oksidasi amonia oleh bakteri nitrifikasi) berlangsung di zona aerob. Denitrifikasi (NO3→N2; reduksi nitrat oleh bakteri heterotrof) berlangsung di zona anoksik. Tata letak MLE (Modified Ludzack–Ettinger) menempatkan influen ke kolam anoksik lebih dulu—di sana BOD mudah terurai bercampur dengan resirkulasi internal yang kaya nitrat—lalu ke kolam aerob untuk nitrifikasi (www.suezwaterhandbook.com). Lumpur campuran yang sudah ternitrifikasi kemudian dikembalikan ke anoksik dengan laju 100–350% dari debit influen (www.suezwaterhandbook.com).
Rasio BOD/N sekitar ~4:1 lazim diperlukan untuk denitrifikasi lengkap; pada rasio ini, pasca‑denitrifikasi tercapai NO3–N ≈5–7 mg/L—cukup untuk memenuhi target TN 10 mg/L dari influen 40 mg/L TN (www.suezwaterhandbook.com). Jika beban organik rendah atau TN target lebih ketat, dibutuhkan karbon eksternal atau volume reaktor tambahan.
Untuk TN sangat tinggi atau baku mutu yang lebih ketat, proses tiga zona menambahkan tahap anoksik “endogen” setelah aerasi—dengan aerasi intermiten di zona akhir untuk menghabiskan sisa NOx via respirasi endogen (www.suezwaterhandbook.com). Desain step‑feed membagi BOD influen ke beberapa sel anoksik agar seimbang dengan nitrat. Alternatifnya, “oxidation ditch” atau sistem siklik ala SBR (sequencing batch reactor) mengatur fase anoksik–aerob di satu tangki dengan menyalakan/mematikan aerasi berdasarkan sensor nitrat dan amonia: aerasi baru dinyalakan setelah anoksik menghabiskan NOx, dan dimatikan ketika NH4+ sudah terkumpul (www.suezwaterhandbook.com). Konfigurasi lumpur aktif konvensional dapat dirujuk pada activated-sludge, sedangkan operasi batch fleksibel tersedia pada sequence-batch-reactor-sbr.
Retensi biomassa sama pentingnya. Nitrifier tumbuh lambat (waktu gandaan ~1–2 hari), sehingga SRT (sludge retention time; waktu tinggal lumpur) tinggi ≈10–15 hari atau lebih diperlukan agar tidak ter‑washout. Banyak instalasi memakai carrier MBBR/IFAS atau sludge granular untuk mengikat nitrifier. Opsi biofilm tersuspensi tersedia melalui moving-bed-bioreactors-mbbr, sementara media biofilm tetap dapat diadopsi lewat fixed-bed-bio-reactors atau media permukaan tinggi seperti honeycomb-bio-media.
Baca juga:
Parameter operasi kritis
DO (dissolved oxygen; oksigen terlarut) menentukan arah reaksi: nitrifikasi butuh ~2 mg/L DO karena AOB/NOB bersifat aerob ketat, sedangkan denitrifikasi hanya terjadi saat DO<0,5 mg/L. Di zona aerob, DO dijaga cukup untuk oksidasi NH4+ tuntas; di anoksik, DO harus mendekati nol (tanpa aerasi, hanya mixing). Kontrol dilakukan lewat katup/blower dan probe daring. DO berlebih di anoksik “memutus arus” denitrifikasi; aerasi berlebihan di aerob memboroskan energi dan dapat menguapkan senyawa organik volatil yang seharusnya menjadi karbon denitrifikasi. Perangkat kontrol dan instrumentasi dapat dirangkum sebagai waste-water-ancillaries.
pH & alkalinitas: nitrifikasi menghasilkan keasaman dan mengonsumsi alkalinitas sekitar 7,14 mg/L sebagai CaCO3 per 1 mg/L NH4–N teroksidasi (www.cwea.org). Jika alkalinitas kurang, pH turun (sering jatuh di pH<6,8) dan nitrifikasi terhenti (www.cwea.org). Praktiknya, pH dikelola netral (7–8) dan dipastikan sisa alkalinitas ≥70 mg/L CaCO3 pasca‑nitrifikasi (www.cwea.org). Pada air asam, kapur atau bikarbonat ditambahkan. Denitrifikasi menghasilkan alkalinitas (menaikkan pH), namun hanya sebagian mengimbangi kebutuhan keseluruhan. Operator memantau pH/alkalinitas (atau profil nitrat) untuk mengatur dosis kapur dan menjaga pH 7,0–8,0.
Suhu: laju pertumbuhan nitrifier sensitif terhadap suhu—kira‑kira melambat separuh untuk tiap penurunan 10°C di bawah ~30°C; di bawah ~10°C, nitrifikasi sangat lambat. Iklim tropis seperti Indonesia (≈25–30°C) umumnya menguntungkan, namun musim hujan dapat menurunkan laju sehingga HRT (hydraulic retention time) atau SRT perlu disetel (atau memanfaatkan aliran yang lebih panas). Denitrifier lebih tahan suhu rendah dan masih bekerja hingga ~10°C bila karbon cukup, meski total laju penghilangan N tetap melambat saat dingin.
Rasio C/N: denitrifikasi butuh karbon organik yang mudah terurai. Setelah primer/sekunder, rasio BOD/N atau COD/TKN sering turun. Jika COD/TKN <3–5, sumber karbon eksternal (metanol, asam asetat, atau aliran samping dengan COD tinggi) diperlukan. Pada limbah kilang heavy oil, kondisi optimum ditemukan pada rasio asetat COD/NO3–N ≈3,75 (pubs.rsc.org). Studi yang sama memanfaatkan effluent DAF sekunder (COD/NO3 ≈5,4) sebagai karbon “low‑cost”; penambahan 25% volume aliran ini menjaga denitrifikasi stabil tanpa bahan kimia murni (pubs.rsc.org). Rasio BOD/N ~4:1 lazimnya menghasilkan TN efluen ~5–7 mg/L (memenuhi target TN 10 mg/L dari influen 40 mg/L), sementara rasio lebih rendah memunculkan “kebocoran” nitrat ke efluen (www.suezwaterhandbook.com). Penyaluran karbon eksternal yang presisi biasanya dilakukan dengan dosing-pump.
SRT/MLSS: AOB/NOB (ammonia‑oxidizing/nitrite‑oxidizing bacteria) ber‑yield rendah dan tumbuh lambat. Banyak unit menjaga MLSS (mixed liquor suspended solids) ~3–6 g/L dengan SRT ≈10–15 hari untuk stabilitas nitrifikasi. Dalam satu studi IPAL, menaikkan MLSS menjadi ~10 g/L (mengurangi pembuangan lumpur/menambah resirkulasi) meningkatkan removal TN secara nyata di kondisi SND (www.researchgate.net).
Pencampuran: mixing memadai memastikan kontak N dan C terlarut dengan biomassa. Di anoksik, mixing tanpa aerasi harus cukup untuk mensuspensikan lumpur dan mendistribusikan organik—mixing kurang memicu dead zone, berlebih merusak flok. Pada studi kilang Tehran, mixing kuat (300 rpm pada reaktor 5 L) membantu SND lengkap. Di skala besar, mixer celup atau draft tube bertenaga dipakai.
Pada praktiknya, banyak fasilitas mengotomatiskan DO, pH, dan/atau ORP (oxidation‑reduction potential). Contoh sequencing “Green Bass” di oxidation ditch: sensor amonia dan nitrat mengatur aerasi—dihentikan saat amonia habis (sudah ternitrifikasi) dan dinyalakan kembali ketika amonia muncul lagi (www.suezwaterhandbook.com). Implementasi lain menyalakan aerasi hanya setelah anoksik menghabiskan NOx, dan mematikannya ketika NH4+ sudah terkumpul (siklus on/off di satu bak dengan kontrol sensor; sumber sama).
Baca juga:
Kondensat Sterilizer Sawit: Limbah Panas yang Bisa Diubah Jadi CPO dan Penghematan Energi
Kinerja dan hasil terukur
Dengan desain dan kontrol yang tepat, penghilangan N >80–90% dengan efluen N di kisaran satu digit mg/L bukan hal langka. Pada reaktor skala lab yang mensimulasikan limbah kilang, total N turun ~95% pada umpan sintetis dan ~87% pada efluen nyata, dengan nitrifikasi selesai ~4 jam dan denitrifikasi ~3 jam (www.researchgate.net).
Pada pilot kilang heavy oil yang memakai reaktor denitrifikasi terimobilisasi diikuti reaktor biofilm aerob, laju penghilangan N volumetrik mencapai 0,82 kg N/m3·hari. Rangkaian ini menurunkan TN efluen dari 24 mg/L menjadi ~1,5 mg/L—jauh di bawah limit 15 mg/L (pubs.rsc.org; pubs.rsc.org). Pada beban tinggi (HRT 6–8 jam), efluen NH4–N ~0 mg/L dan NO3–N ~<2 mg/L pada pilot yang sama (sumber sama).
Pendekatan SBR di Iran juga mencatat nitrifikasi–denitrifikasi efisien saat DO dikontrol ketat; pada MLSS 10 g/L, removal N oleh SND dinilai “sangat efisien” (www.researchgate.net; www.researchgate.net).
Di skala penuh, nitrifikasi umumnya menekan amonia hingga <0,5 mg/L. Dengan karbon memadai, denitrifikasi hilir memangkas nitrat signifikan. Capaian lazim: >90% penghilangan amonia dan >80% penghilangan total N. Sebagai konteks, dari influen TN 30 mg/L, rancangan BNR (biological nutrient removal) yang baik dapat menghasilkan TN efluen <5–10 mg/L, tergantung pasokan karbon. Panduan berbasis data—seperti yang dirujuk di SUEZ Water Handbook—menyarankan untuk target TN<10 mg/L dari 40 mg/L, jaga BOD/N≥4 dan resirkulasi internal ~150%.
Figure (konseptual): skema alir nitrifikasi/denitrifikasi (zona anoksik + resirkulasi internal + zona aerob). Konfigurasi bisa bervariasi, namun intinya selalu ada kompartemen oksik untuk nitrifikasi dan kompartemen anoksik untuk denitrifikasi, plus resirkulasi efluen ternitrifikasi.
Literatur menegaskan: jika stratifikasi DO terjaga, karbon cukup, dan biomassa nitrifier terlindungi, maka nitrifikasi–denitrifikasi andal mencapai efluen jauh di bawah target—terbukti oleh laju penghilangan >0,8 kgN/m3·hari, penghilangan N ~90–95%, dan angka efluen satu digit mg/L (pubs.rsc.org; www.researchgate.net).
Baca juga:
Mengapa Sterilizer Horizontal & Kontrol Otomatis PLC/SCADA Jadi Pilihan Utama di Pabrik Kelapa Sawit
Konteks sumber dan ulasan proses
Klaim dan angka di atas ditopang jurnal terulas sejawat dan manual rekayasa proses: studi limbah kilang heavy oil dan parameter optimum denitrifikasi (pubs.rsc.org), panduan konfigurasi reaktor dan aturan desain kunci (www.suezwaterhandbook.com; www.suezwaterhandbook.com), serta ulasan proses penghilangan nitrogen yang menyoroti peran pH, suhu, DO, dan faktor operasi lainnya (www.sciencedirect.com; www.sciencedirect.com). Standar TN dan performa pilot yang disebutkan di atas juga dirujuk dari sumber yang sama (pubs.rsc.org).
