Air limbah migas itu bandel: hidrokarbon, garam tinggi, logam berat, plus bahan kimia. Standar makin ketat—hingga 10–40 mg/L hidrokarbon terdispersi lepas pantai—memaksa pabrik memilih teknologi biologis yang benar-benar tahan banting.
Di ruang operasi, pilihan mengerucut ke tiga: Conventional Activated Sludge (CAS), Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR), dan Membrane Bioreactor (MBR). Masing-masing punya trade-off di robustness, footprint, dan kemampuannya menjinakkan air limbah yang toksik dan kompleks. Regulasi lepas pantai mendorong batas hidrokarbon terdispersi ≲10–40 mg/L (www.mdpi.com), sementara target BOD/COD kian ke angka puluhan mg/L—arus kuat ke biotreatment tingkat lanjut.
Faktanya, “produced water” dan efluen kilang berisi BTEX (benzena–toluena–etilbenzena–ksilena), PAHs (polisiklik aromatik), fenol, TDS tinggi (salinitas), logam berat, dan bahan kimia proses. Tipikal COD/BOD ratusan hingga ribuan mg/L, oil & grease sering di kisaran puluhan mg/L. Itu sebabnya praperlakuan fisik jadi keharusan sebelum biologi; praktik umum mencakup pemisahan awal (mis. hydrocyclone) dan unit seperti pemilahan fisik atau DAF untuk menurunkan minyak bebas ke hulu proses biologis.
Konvensional: Activated Sludge dan Klarifier
CAS (Conventional Activated Sludge) bekerja dengan flok mikroba tersuspensi di reaktor aerasi; efluen dialirkan ke klarifier untuk pengendapan lumpur. Konfigurasi ini lazim dipasang di fasilitas migas untuk mengurangi organik dan melakukan nitrifikasi. Implementasi komersial tersedia sebagai paket activated sludge yang dipadukan dengan klarifier.
Ketika diaklimasi baik, CAS bisa sangat tinggi kinerjanya: studi lapangan melaporkan penghilangan COD/TPH (total petroleum hydrocarbons) di kisaran 90–99%. Satu operasi aerob kontinu pada produced water dengan SRT ≈20 hari (solids retention time, umur lumpur) dan MLSS ~730 mg/L (mixed liquor suspended solids) mencapai ≈98–99% TPH removal (www.researchgate.net). Uji lain meraih 92% COD dan 99% BTEX setelah aklimasi (www.researchgate.net). CAS itu terbukti dan akrab bagi operator.
Namun harga yang dibayar adalah footprint besar (tangki dan klarifier), dan sensitif terhadap kejutan toksik atau salinitas ekstrem—flok mudah terhambat minyak terdispersi atau biocide. Kinerja sangat bergantung pada SRT panjang (mingguan); SRT pendek menurunkan nitrifikasi dan degradasi hidrokarbon. Kualitas efluen moderat—umumnya 80–90% penghilangan BOD/COD—sehingga kerap tak lolos standar reuse yang lebih ketat (≥30–50 mg/L BOD). CAS juga menghasilkan volume sludge besar untuk resirkulasi atau pembuangan. Ringkasnya, CAS bisa menghilangkan ~99% organik target jika direkayasa pada SRT tinggi, tetapi tanpa carrier/membran lebih rentan terhadap pulse toksik (washout flok) dan menghasilkan efluen yang lebih rendah mutunya (mis. COD sering 50–100 mg/L).
Baca juga:
Mengapa Sterilizer Horizontal & Kontrol Otomatis PLC/SCADA Jadi Pilihan Utama di Pabrik Kelapa Sawit
Biofilm Bergerak: Moving Bed Biofilm Reactor
MBBR menggunakan media carrier plastik mengapung tempat biofilm tumbuh; carrier bersirkulasi dalam reaktor ber-aerasi. Umumnya diikuti klarifier atau pascatreatment untuk menangkap padatan yang terlepas. Produk MBBR modern, seperti unit MBBR dengan media berpermukaan tinggi atau media busa seperti levapor foam, memungkinkan operasi hybrid (biofilm + lumpur tersuspensi).
Keunggulan MBBR adalah robustness. Biofilm melindungi mikroba dari toksin dan mencegah washout. Dalam uji lapangan lepas pantai yang menangani produced water asin 100 g/L (carrier teraklimasi), >90% BOD dihilangkan hanya dengan HRT 1 jam (hydraulic retention time, waktu tinggal hidrolik) pada beban organik sangat tinggi, OLR ≈12 kg COD/m³·hari (www.mdpi.com)—kinerja yang tak tercapai CAS pada salinitas setinggi itu. Studi yang sama menegaskan biofilm teraklimasi sangat mengurangi kehilangan biomassa saat upset (salinitas atau beban), dibanding konfigurasi CAS (www.mdpi.com).
Secara praktis, MBBR menangani salinitas sedang-tinggi (~20–35 g/L TDS, total dissolved solids) dengan penghilangan COD tipikal >80%. Contoh, MBBR laboratorium pada produced water sintetis mempertahankan >90% COD removal ketika TDS dinaikkan dari 1,5 ke 20 g/L (www.mdpi.com). Studi bench lain menunjukkan >90% penghilangan TPH ketika memakai media MBBR bertambah karbon, dibanding ~57% tanpa karbon (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
Operasional MBBR juga sederhana: tak perlu pompa return sludge—hanya kelebihan biofilm yang dibuang (www.researchgate.net). Dengan massa biomassa per volume lebih tinggi (usia padatan di biofilm lebih panjang), reaktor dapat lebih kecil; bahkan retrofit ke bak ASP eksisting dengan menambahkan carrier kerap menaikkan kapasitas 30–50% tanpa membangun tangki baru.
Trade-off-nya: MBBR butuh aerasi/agitasi kuat untuk menjaga carrier tersuspensi sehingga energi naik. Untuk studi 5 MLD, kebutuhan aerasi ~4763 (unit) dibanding ~2418 pada CAS (www.thembrsite.com)—sekitar 2× kebutuhan oksigen. Sloughing biofilm yang terlalu tebal bisa memicu fluktuasi TSS, sehingga klarifier sekunder lazim dipasang. Kualitas efluen baik tapi umumnya tak sepolish MBR; fenolik residual atau COD moderat bisa tersisa. Seperti CAS, busa/biomassa masih bisa terdampak zat sangat toksik (inhibitor korosi atau biocide dapat merusak biofilm bila belum teraklimasi). Biaya modal lebih tinggi dari CAS (media dan potensi tangki baru) tetapi lebih rendah dari MBR. Untuk kendali busa aerasi, operator kerap menyiapkan bahan kimia operasi seperti antifoam sebagai penunjang.
Baca juga: Pengolahan Limbah Secara Kimia
Membran Terintegrasi: Membrane Bioreactor
MBR menggabungkan reaktor lumpur tersuspensi dengan membran mikro/ultrafiltrasi (UF, ultrafiltration). Membran menahan hampir semua biomassa, memungkinkan MLSS sangat tinggi dan “memisahkan” SRT dari HRT. Hasilnya efluen sangat jernih (mendekati 0 padatan tersuspensi; sebagian besar bakteri/patogen tertahan). Solusi komersial meliputi paket MBR dengan modul UF untuk retensi padatan total.
Keunggulan MBR adalah kualitas efluen. Dalam studi di petrokimia/kilang, MBR secara rutin menghilangkan ≥80–90% COD dan pada dasarnya seluruh amonia (nitrifikasi) berkat SRT panjang. Contohnya, MBR laboratorium yang mengolah limbah petrokimia nyata mencapai >80% COD removal dan ~99,9% NH₄–N removal (scholars.cityu.edu.hk). Tanpa klarifier terpisah, footprint menjadi sangat kecil: pemodelan menunjukkan MBR skala penuh dapat ~24–42% lebih kecil pada jejak bangunan dibanding CAS (www.thembrsite.com); rentang sempit ini memperhitungkan volume peralatan—pada luas tangki murni MBR bisa ~42% lebih kecil (www.thembrsite.com). SRT tinggi juga memberi stabilitas proses: biomassa tak ter-washout, sehingga kejutan beban/toksik lebih teredam.
Di efluen kilang dan petrokimia, banyak instalasi besar mengandalkan MBR untuk memenuhi batas COD, fenol, serta oil & grease yang ketat. Jejak karbon spesifik MBR ~25–30% lebih rendah dibanding CAS (www.thembrsite.com), sejalan dengan tangki yang lebih kecil. Limbah sludge juga berkurang karena dekomposisi endogen lebih tinggi pada SRT panjang.
Kelemahannya jelas: capex dan opex tinggi. Fouling membran adalah isu besar—minyak cenderung “cake” pada membran, sehingga pembersihan kimia lebih sering. MBR juga sensitif terhadap suspended solids credit (umumnya butuh praperlakuan oil removal yang baik). Energi pun naik: pada kasus 5 MLD, aerasi ~4151 (unit) versus 2418 untuk CAS (~1,7×) (www.thembrsite.com). Umur membran dan pembersihan kimia menambah biaya; pada limbah sangat toksik, biomassa tetap bisa terinhibisi meski tertahan membran.
Baca juga:
Kondensat Sterilizer Sawit: Limbah Panas yang Bisa Diubah Jadi CPO dan Penghematan Energi
Ringkasan Perbandingan dan Trade-off
- Footprint: MBR < MBBR < CAS. Model memperkirakan pabrik MBR ~25–40% lebih kecil areanya dibanding CAS untuk debit sama (www.thembrsite.com). MBBR sering muat di bak eksisting (lebih kecil dari upgrade CAS karena tanpa recycle klarifier), meski umumnya tak sekompak MBR.
- Efisiensi penghilangan organik: Semuanya bisa tinggi, namun kapasitas beban organik (OLR, organic loading rate) berbeda. CAS yang dioperasikan baik (SRT panjang) dapat menghilangkan ~90–99% organik petroleum (www.researchgate.net) (www.researchgate.net). MBBR serupa bila teraklimasi (~90–95% TPH dengan media enhanced (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)) dan sanggup pada OLR jauh lebih tinggi. MBR memastikan ≥80–90% COD removal di limbah migas (dengan >99% nitrifikasi) (scholars.cityu.edu.hk). Dalam praktik, MBR paling konsisten pada efluen.
- Robustness terhadap kejutan/toksin: MBBR dan MBR jauh lebih tangguh dari CAS. Carrier MBBR melindungi mikroba; pilot menunjukkan kehilangan biomassa nyaris nol saat upset, sementara CAS kehilangan flok (www.mdpi.com). MBR menahan seluruh biomassa via membran. Perbandingan lintas-teknologi mencatat proses moving-bed tidak butuh recycle sludge (hanya buang biomassa berlebih) (www.researchgate.net). Sebaliknya, CAS (terutama pada minyak/ TDS tinggi) bisa mengalami disrupsi flok, bulking, atau kehilangan lumpur dan butuh aklimasi hati-hati. Toleransi salinitas mengikuti: MBBR/MBR teraklimasi sanggup menangani puluhan g/L dengan penurunan moderat—misalnya Sharghi dkk. memperoleh 94–82% COD removal saat salinitas naik 100→250 g/L (www.mdpi.com). CAS yang belum teraklimasi umumnya gagal pada ekstrem ini.
- Energi/Opex: MBR dan MBBR butuh aerasi/pengadukan lebih tinggi dibanding CAS. Dalam satu studi, aerasi MBBR ~2× CAS, dan MBR ~1,7× CAS untuk debit sama—contoh 5 MLD: MBBR ~4763 (unit), MBR ~4151, CAS ~2418 (www.thembrsite.com). MBBR menghindari energi pompa recycle sludge (tanpa loop recycle) (www.researchgate.net), tetapi perlu daya untuk sirkulasi carrier. MBR menambah energi scouring/pompa membran serta cleaning kimia. CAS mungkin termurah per unit debit, namun diimbangi footprint besar dan potensi kebutuhan polishing tersier.
- Kemampuan menangani kompleksitas: MBBR dan MBR lebih cocok untuk senyawa sulit terurai. Komponen sulit-biodegradasi (mis. alkilfenol, hidrokarbon berat) cenderung lebih baik didegradasi oleh biofilm steady-state atau biomassa SRT tinggi. MBR, khususnya, digunakan untuk memenuhi standar fenol pada efluen petrokimia (scholars.cityu.edu.hk). Ketika logam berat atau biocide hadir, tak ada yang benar-benar menghilangkannya—namun biofilm terimmobilisasi (MBBR) dan retensi lumpur tinggi (MBR) dapat mensekuestrasi sebagian logam dan menurunkan toksisitas. Dalam praktik, praperlakuan (mis. hydrocyclone untuk oil removal) diterapkan di hulu; pemilihan proses biologis lalu bergantung pada target pasca-penghilangan minyak.
Implikasi Desain dan Rantai Praperlakuan
Setiap teknologi di atas berkinerja lebih stabil bila beban minyak bebas dan padatan besar diturunkan lebih dahulu. Di fasilitas migas, paket pemisahan awal seperti oil removal dan penyaringan kontinu automatic screen kerap dipadukan dengan flotasi tekanan terlarut DAF untuk menyiapkan efluen ke CAS/MBBR/MBR. Pada fase aklimasi mikroba, operator juga lazim menambahkan nutrien bakteri untuk membantu start-up yang stabil, misalnya melalui nutrisi bakteri yang dirancang bagi sistem biologis.
Baca juga:
Kesimpulan Praktis untuk Pabrik Migas
MBR menawarkan kualitas efluen terbaik dan footprint terkecil (volume tangki), dengan robustness tinggi dalam mempertahankan biomassa saat shock. Biaya/fouling adalah komprominya. MBBR memberi jalan tengah: lebih ringkas dan resilien dari CAS, lebih sederhana (dan sering lebih hemat) daripada MBR. CAS adalah opsi paling low-tech tetapi ber-footprint terbesar dan paling rentan terhadap aliran yang toksik atau sangat asin. Untuk proyek baru/upgrade, banyak insinyur kini memilih MBBR atau MBR untuk memenuhi batas COD/BOD dan toksisitas yang ketat: pilot MBR dan MBBR sukses memenuhi verse COD (>90%) dan BOD (>95%) removals dalam ridge-water trials (scholars.cityu.edu.hk) (www.mdpi.com), dan direkomendasikan ketika lahan terbatas atau target pelepasan menuntut polishing di atas kemampuan CAS.
Sumber: literatur peer-reviewed dan industri seperti dikutip. Seluruh statistik di atas berasal dari studi eksperimental dan pemodelan (www.researchgate.net) (www.mdpi.com) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (www.thembrsite.com) (www.researchgate.net).
