Menguras Nutrien dari Limbah Akuakultur: Desain IPAL Tiga Tahap yang Siap Regulasi
Efek samping pakan adalah nitrogen dan fosfor yang mencemari. Inilah bagaimana klarifikasi, BNR, dan presipitasi kimia dipasang seri untuk menurunkan TN dan TP ke level izin, lengkap dengan parameter desain serta biaya bahan kimia dan energi.
Intensifikasi budidaya ikan dan udang menghasilkan efluen kaya organik dan nutrien. Studi di budidaya patin menunjukkan emisi sekitar 46 kg N dan 14,4 kg P per ton ikan yang diproduksi (basis pakan komersial) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Di lapangan, efluen dari RAS (recirculating aquaculture systems) atau kolam udang mentah sering memuat puluhan hingga ratusan mg/L nitrogen total — dominan sebagai NH₄⁺/NH₃ dan NO₃⁻ — serta beberapa mg/L fosfor; tipikalnya 50–200 mg NH₄‑N/L dan ~5–15 mg PO₄‑P/L (orde besaran) sebelum perawatan, dengan TSS (total suspended solids/total padatan tersuspensi) pada kisaran puluhan mg/L.
Artinya, tiap 1.000 m³ efluen akuakultur dapat mengangkut sekitar 50–200 kg nitrogen dan 5–15 kg fosfor — cukup untuk memicu eutrofikasi bila dibuang tanpa olah. Konteks skalanya besar: produksi akuakultur dunia mencapai ~94,4 juta ton ikan pada 2022 (www.fao.org).
Reject Dewatering RAS: MBBR vs Presipitasi Kimia, Integrasi Skid Mudah
Karakteristik beban nutrien dan padatan
Dominasi nitrogen terlarut (NH₄⁺/NO₃⁻) dan fosfat, plus TSS dari pakan tak termakan/feses, menuntut train pengolahan berjenjang: penghilangan padatan, BNR (biological nutrient removal/penghilangan nutrien biologis) untuk N, lalu presipitasi kimia untuk P. Target akhir lazimnya TN rendah (misal <10 mg/L untuk instalasi 10.000 m³/hari) dan TP <1 mg/L, diverifikasi di lokasi operasi.
Tahap 1 — Penghilangan padatan (klarifikasi + koagulasi/flokulasi)
Langkah pertama menurunkan beban TSS agar unit biologis tidak cepat tersumbat. Penyisihan awal dapat dimulai dari pra‑penyaringan kontinyu menggunakan automatic screen sebagai bagian dari physical separation untuk debris >1 mm. Inti tahapnya adalah clarifier (bak pengendap) — misalnya lamella/multi‑tube — sering didahului koagulasi/flokulasi cepat.
Hanya dengan pengendapan kasar, reduksi TSS ~50–60% dan BOD (biochemical oxygen demand/permintaan oksigen biokimia) ~20–30% dilaporkan (blog.enduramaxx.co.uk). Menambahkan koagulan (alum atau ferric chloride) dan flokulan (polimer) meningkatkan tangkapan padatan: uji “jar test” dengan 40 mg/L FeCl₃ plus ~0,5 mg/L polimer menghilangkan ~70% PO₄‑P sekaligus mencapai 80–90% TSS removal dan ~50% BOD removal (nepis.epa.gov) (nepis.epa.gov).
Di uji lapangan, hydrocyclone screen dan drum filter mencatat ~15–58% penghilangan padatan per lintasan (mjae.journals.ekb.eg). Dengan desain baik dan flokulasi, klarifikasi lazimnya menyisihkan ~80% padatan mengendap.
Parameter desain: laju overflow clarifier ~12–18 m³/m²·jam; waktu flokulasi ~10–20 menit plus pengendapan ~30–60 menit. Dosis koagulan tipikal ~50–300 mg/L (sebagai Al atau Fe). Sebagai contoh, alum 150 mg/L (rasio Al:P ≈1,5:1 bobot) menghilangkan ~74% P influen (nepis.epa.gov). Lumpur (sludge) dialirkan ke hopper untuk pengentalan/pengeringan. Hasil keseluruhan: sekitar 60–90% TSS turun dan sebagian beban BOD terpotong via sedimentasi (nepis.epa.gov) (mjae.journals.ekb.eg).
Secara peralatan, bak pengendap kompak seperti lamella settler membantu memangkas jejak lahan hingga jauh dibanding konvensional, sementara clarifier standar cocok untuk waktu detensi 0,5–4 jam. Dosis kimia presisi dicapai dengan dosing pump untuk koagulan dan flokulan. Untuk polishing akhir alternatif, DAF (dissolved air flotation) memberi waktu detensi singkat.
Tahap 2 — Penghilangan nitrogen biologis (nitrifikasi/denitrifikasi)
Setelah padatan turun, N terlarut (NH₄⁺/NO₃⁻) ditangani secara biologis. Skema umum: zona aerob untuk nitrifikasi diikuti zona anoksik (tanpa DO/dissolved oxygen) untuk denitrifikasi. Nitrifikasi oleh bakteri autotrof (mis. Nitrosomonas/Nitrobacter) mengoksidasi NH₄⁺→NO₂⁻→NO₃⁻ dan memerlukan ~4,6 g O₂ per g NH₄‑N yang teroksidasi. Pedoman desain biofilter RAS sering memakai laju 0,1–0,3 kg NH₄‑N/m³·hari (tergantung media dan suhu) dengan DO ≥2 mg/L dan pH ~7,5–8,5. Contoh aplikasi praktis: trickling filter atau rotating biological contactor disetel EBCT (empty‑bed contact time/waktu kontak bed kosong) 10–20 menit dengan rasio udara/limbah memadai untuk 90% penghilangan NH₄‑N.
Nitrat (NO₃⁻) kurang toksik dan dapat terakumulasi hingga ~200 mg/L tanpa dampak berbahaya (www.intechopen.com), namun target izin atau reuse biasanya tetap menuntut denitrifikasi. Di zona anoksik, bakteri heterotrof mereduksi NO₃⁻→N₂ dengan karbon organik sebagai donor elektron. Karena efluen akuakultur sering miskin karbon pasca‑klarifikasi, sumber karbon eksternal (mis. metanol, asetat) lazim ditambahkan.
Stokiometri kasar: ~3 kg metanol per kg NO₃‑N dihilangkan; pada harga ~$0,5/kg, biaya bahan baku sekitar ~$1,5 per kg‑N. Zona denitrifikasi umumnya dialokasikan ~20–40% volume reaktor total. Laju denitrifikasi volumetrik dapat mencapai 0,1–0,2 kg NO₃‑N/m³·hari. DO dijaga <0,5 mg/L; dosis karbon dikontrol untuk 85–95% penghilangan N. Kontrol mutu: pantau NH₄, NO₂, NO₃ harian — biofilter berukuran tepat akan mendorong NH₄→NO₃ dan menghapus >80–90% NH₄‑N. Pada operasi yang baik, RAS sering mencapai ~70–90% penghilangan N total.
Platform proses fleksibel: sistem activated sludge aliran kontinu, biofilm seperti MBBR (moving bed biofilm reactor), atau batch terurut SBR. Media berpermukaan tinggi seperti honeycomb bio media atau foam‑based MBBR meningkatkan luas biofilm pada jejak kecil. Nutrien tambahan bakteri tersedia melalui consumables seperti starter culture dan nutrisi mikroba. Dosis karbon metanol presisi mengandalkan dosing pump, sementara capaian target N dan P dapat dirangkum pada paket nutrient removal.
RAS Hemat Air: Cara Reuse Air Backwash hingga 96%
Tahap 3 — Presipitasi fosfor (alum/ferric)
Nitrifikasi tidak menghilangkan fosfor, sehingga tahap kimia diperlukan. Reagen umum: aluminum sulfate (“alum”) atau ferric chloride yang bereaksi dengan fosfat membentuk floks AlPO₄/FePO₄. Dosis tipikal dalam literatur: alum ~150–350 mg/L untuk ~75–94% penghilangan P (nepis.epa.gov). Contoh: 150 mg/L alum (Al:P ≈1,5:1) menghapus 74% P influen, sedangkan 350 mg/L (Al:P ≈3,9:1) menghapus 94% (nepis.epa.gov). Uji lain menunjukkan 40 mg/L FeCl₃ (plus flokulan) menurunkan P terlarut ~70% (nepis.epa.gov).
Praktik lapangan sering menargetkan efluen P <1 mg/L (banyak regulasi <0,5–1 mg/L), sehingga ujung atas rentang dosis kerap digunakan. Reagen diinjeksi ke rapid‑mix dan bak flokulasi sebelum clarifier akhir (atau clarifier sekunder yang ada). Lumpur Al/Fe‑P diperdalam dan dibuang. Catatan desain: alum menurunkan pH (membentuk keasaman), sehingga alkalinitas (mis. kapur) mungkin diperlukan untuk menjaga pH ~6,5–7,5; garam besi juga mengasamkan. Setelah presipitasi, pengendapan akhir ~30–60 menit atau DAF bisa memoles floks. Pada konsentrasi khas peternakan ikan (2–10 mg/L P), presipitasi dengan sedimentasi mencapai >80–95% penghilangan P. Pedoman desain municipal menyebut dosis koagulan ~2–4 bagian massa logam per 1 bagian P menghasilkan residu P ~0,5–1,5 mg/L (nepis.epa.gov) (nepis.epa.gov). Pada jar test air kolam udang, flokulasi juga memberi ~80–90% reduksi TSS — indikasi presipitasi fosfor membantu klarifikasi total (nepis.epa.gov).
Secara pengadaan, opsi koagulan berbasis PAC/PACl dapat dipertimbangkan via PAC/ACH selain alum/ferric; proses koagulasi‑flokulasi tetap membutuhkan dosing pump presisi dan klarifikasi di clarifier atau polishing menggunakan DAF.
Panduan desain dan strategi operasi
Urutan pengolahan dipasang seri. Insinyur umumnya memulai sizing clarifier (debit puncak + faktor keselamatan 1,5×; laju overflow permukaan ~12–18 m³/m²·jam). Downstream dibangun reaktor multi‑zona: anoksik (waktu tinggal ~1–3 jam) diikuti aerob nitrifikasi (~4–8 jam), atau disusun sesuai layout. Pantau DO dan pH: DO ≈0 (atau <0,5 mg/L) di anoksik, dan ≥2 mg/L di aerob. Baffle/jalur alir terpisah mencegah carryover oksigen ke denitrifier.
Aerasi difusor gelembung halus atau aerator mekanik; reaktor nitrifikasi 25–30 °C lazimnya menghapus ~0,1–0,3 kg NH₄‑N/m³·hari. Desainer memantau NH₄ vs NO₃ dalam mixed liquor untuk menyeimbangkan nitrifikasi–denitrifikasi. Secara praktik, SBR atau aliran kontinu activated sludge/biofilm dapat dipakai. Untuk nitrifier alir dorong (plug flow), beban hidrolik disetel agar NH₄ efluen memenuhi limit (sering <1 mg/L).
Pada denitrifikasi, cukupi karbon: bila BOD efluen < kebutuhan, tambah metanol atau asetat. Dosis karbon kasar C:N ≈3:1. Contoh, menghapus 100 kg N/hari (sebagai NO₃) butuh ~300 kg COD/hari (mis. ~225 kg CH₃OH/hari). Secara berkala, ukur N efluen dan sesuaikan laju resirkulasi, dosis karbon, dan aerasi. Pada steady‑state, tipikal penghilangan: ~80–90% NH₄‑N (menjadi nitrat), ~70–90% nitrat via denitrifikasi (dengan karbon cukup), dan ~80–95% TP melalui presipitasi kimia. Banyak fasilitas menargetkan nitrat <50 mg/L dan total P <1–2 mg/L (izin lokal bervariasi). Peralatan penunjang seperti ancillaries membantu stabilitas operasi harian.
Biaya bahan kimia dan energi
Koagulan/flokulan: alum dan ferric chloride berkisar ~US$150–$300/ton (harga bulk, 2024) (nepis.epa.gov). Polyaluminum chloride atau polyaluminum ferric chloride serupa. Polimer flokulan sintetis lebih mahal, ~US$1.000–$2.000/ton. Dosis alum tipikal (200 mg/L) pada pabrik 10.000 m³/hari mengonsumsi ~2 ton/hari → ~US$300–$600/hari biaya kimia. Karbon denitrifikasi (metanol) ~US$0,4–$0,6/kg: dengan ~3 kg metanol per kg NO₃‑N, biayanya ~US$1,5/kg‑N. Untuk 100 kg‑N/hari, biaya metanol ~US$150/hari.
Energi: aerasi mendominasi konsumsi (iwaponline.comiwaponline.com). Aerator efisiensi tinggi mentransfer ~0,8–2,0 kg O₂ per kWh (iwaponline.com). Karena nitrifikasi 1 g NH₄‑N butuh ~4,6 g O₂, maka pada 2 kgO₂/kWh perlu ~2,3 kWh per kg‑N; pada 0,8 kgO₂/kWh ~5,8 kWh/kg‑N. Praktiknya, asumsi ~3–5 kWh per kg NH₄‑N dihapus.
Contoh beban: farm yang menghapus 100 kg N/hari mungkin memakai ~300–500 kWh/hari untuk aerasi, plus pompa sirkulasi/klarifikasi ~0,1–0,3 kWh/m³. Pada ~US$0,07/kWh (tarif industri Indonesia; www.globalpetrolprices.com), biayanya ~US$20–$35 per 100 kWh, atau ~US$2.000–$3.650 per bulan untuk 30.000 kWh. Ringkasnya, energi bisa ~5–15% biaya operasi, dengan aerasi ~10% dari biaya operasional tambak (iwaponline.com).
Kinerja target dan kepatuhan regulasi
Sistem multi‑tahap yang disetel baik rutin mencapai >90% penghilangan TN dan >80% TP. Untuk instalasi 10.000 m³/hari, target praktisnya efluen <10 mg/L TN dan <1 mg/L TP, dengan verifikasi on‑site. Di Indonesia, regulasi baru (Permen LHK No. 1/2025) secara eksplisit mewajibkan pengolahan efluen tambak udang, sehingga batas nutrien ketat (sering ~2–3 mg/L TN, <1 mg/L TP) kemungkinan wajib — menjadikan skema multi‑tahap ini perlu dan layak untuk unit skala besar (nepis.epa.gov) (nepis.epa.gov).
Cara Menghilangkan Air Bau Lumpur: Kimia, Biofilter & Ventilasi
Sumber dan parameter rujukan
Komposisi efluen dan data penghilangan dari studi akuakultur: pmc.ncbi.nlm.nih.gov, mjae.journals.ekb.eg; parameter desain dan efisiensi dari manual/kasus WWTP: nepis.epa.gov (nepis.epa.gov); aspek energi/biaya: iwaponline.com, tarif listrik Indonesia: www.globalpetrolprices.com, produksi global FAO: www.fao.org, serta toleransi nitrat: www.intechopen.com.
