Protein skimmer, drum filter, dan koagulasi–flokulasi bukan sekadar “alat bersih‑bersih”. Data dari uji RAS menunjukkan pemotongan padatan, bakteri, dan beban organik yang berlapis, membuat biofiltrasi dan disinfeksi bekerja lebih efisien sekaligus memangkas risiko penyakit.
Di sistem akuakultur resirkulasi (RAS), kejernihan air adalah margin. Saat fraksi halus dan organik “tak terlihat” dihilangkan lebih awal, angka berbicara: protein skimmer menurunkan bakteri heterotrof hingga 2,6× dan menaikkan oksigen terlarut 7% di sistem abalon laut; drum filter memangkas TSS (total suspended solids, padatan tersuspensi total) puluhan persen; koagulan dan flokulan menghapus >97% kekeruhan di uji laboratorium. Dampaknya berantai—biofilter lebih gesit, UV/ozon lebih efektif, dan insiden penyakit mereda.
Artikel ini membedah desain, kinerja, dan sinergi tiga teknologi klarifikasi: protein skimmer (foam fractionator), drum filter (rotary microscreen), serta koagulan–flokulan khusus. Semua angka, catatan, dan sumber dirujuk sebagaimana di studi yang dikutip.
Hemat Biaya WWTP Brewery: Optimasi Headworks, Turunkan BOD & TSS
Protein skimmer: prinsip dan kinerja
Protein skimmer—disebut juga foam fractionator—memakai gelembung sangat halus (sering via injektor Venturi, alat yang mencampurkan udara ke air bertekanan, atau kolom aerasi) untuk “mengangkat” organik aktif-permukaan (surfactants) dan mikroorganisme sebelum terurai. Kolom air diaerasi sehingga senyawa terlarut/terkoloid menempel ke gelembung, terkonsentrasi sebagai busa, lalu dipanen sebagai sludge. Paling efektif di sistem laut (garam/surfaktan membantu pembentukan busa), tetapi dapat dipakai di RAS air tawar—sering dengan tambahan garam, ozon, atau oksigen. Desain umum: counter‑current Venturi atau kolom busa berdiameter besar dengan overflow collection.
Kinerja partikel halusnya menonjol. Dalam studi RAS salin, fraksinator busa menghapus >96% partikel >60 µm dan 100% partikel 0,22–1,2 µm (researchgate)—meski dua kelas ukuran ini hanya ±25% dari total padatan. Secara keseluruhan, hitungan bakteri heterotrof di air turun 32–88% (researchgate). Di satu sistem abalon laut, foam skimming menghasilkan bakteri heterotrof 2,6× lebih rendah dan oksigen terlarut 7% lebih tinggi (akibat respirasi mikroba menurun) (researchgate).
Dengan mencegah mineralisasi organik terlarut, skimmer menurunkan BOD/COD dan menyokong nitrifikasi. Di RAS abalon laut, foam fractionation menurunkan DIN (dissolved inorganic nitrogen, nitrogen anorganik terlarut) 13–35%, dikaitkan dengan nitrifikasi yang terdorong setelah heterotrof ditekan (researchgate). Sumber akuakultur global juga mencatat skimmer konsisten mengurangi senyawa off‑flavor dan karbon labil, sering berujung pada saturasi oksigen 10–20% lebih tinggi.
Implikasi biosekuriti terasa: kualitas air yang menurun (amonia, BOD, kekeruhan, polutan) terbukti menurunkan resistensi ikan dan memicu wabah penyakit (FAO). Sebaliknya, skimmer mencegah akumulasi organik terlarut; padatan yang menjadi tempat menempel/bersembunyi patogen berkurang. Dikombinasikan dengan disinfeksi (ozon/UV), air yang telah “dibersihkan” busa membuat inaktivasi patogen lebih tuntas karena lebih sedikit padatan yang melindungi mikroba—persis seperti manfaat pra‑filtrasi di sistem air minum. Pada titik ini, integrasi UV dapat menggunakan unit seperti ultraviolet sebagai tahapan disinfeksi.
Secara metrik: di RAS air asin yang tertuning baik, fraksinator busa bisa mengangkat mayoritas beban organik “tak terlihat”. Brambilla et al. (2008) mendapati penghilangan ~97–100% partikel sangat besar (>60 µm) dan sangat kecil (<1,2 µm), serta penurunan 32–88% mikroba heterotrof (researchgate). Studi lain (mis. Rahman et al. 2012) melaporkan pemangkasan senyawa organik terkait amonia dan hitungan heterotrof pada skala yang serupa—selaras dengan efisiensi nitrifikasi yang jauh membaik. Singkatnya, foam fractionator memberi RAS air asin reduksi 30–70% organik bermasalah, memangkas BOD/COD dan aktivitas mikroba secara drastis.
Drum filter (rotary microscreen)
Drum filter adalah saringan silinder berputar (mesh 60–200 µm lazimnya) yang memfilter air budidaya secara kontinu. Padatan mengendap di sisi dalam drum saat air melewati mesh, lalu nozzle semprot otomatis melakukan backwash berkala untuk mengalirkan limbah ke talang kolektor. Inilah “penangkap partikel” andalan di RAS dan farm flow‑through karena debit besar dan operasi sederhana.
Desain-operasi tipikal: silinder horizontal (diameter 0,5–2 m) dengan kain anyam atau mesh baja tahan karat sinter. Air masuk ke drum dan ditarik melalui mesh oleh pompa internal kecil. Saat mesh ter‑blind oleh padatan, sensor diferensial tekanan atau pelampung memicu backwash: semprotan bertekanan (sering dari luar drum) meluruhkan padatan ke manifold sludge. Bisa dikonfigurasi in‑line (seluruh aliran) atau side‑stream (sebagian aliran). Konsumsi air backwash moderat—contohnya beberapa persen dari aliran—dan menghasilkan sludge terkonsentrasi untuk dibuang atau dimanfaatkan di farm.
Efisiensi padatan: satu tahap microscreen lazimnya menghilangkan ~40–45% TSS tanpa pengendap hulu (Springer). Dalam praktik, RAS memasangkan drum filter dengan pre‑settler atau swirl separator: pre‑filter menangkap padatan mudah mengendap (~23% TSS, Timmons 2002; Springer) lalu drum menghapus tambahan ~40–45%, sehingga total reduksi TSS ~63–68% melalui dua tahap (Springer). Tanpa swirl, drum saja sering menangkap ~30–50% partikel (sebanding dengan hydrocyclone atau radial‑flow clarifier). Kasus trout Turki menunjukkan ~18–32% TSS oleh drum saja (researchgate), naik menjadi ~28–40% jika hanya menghitung padatan asal farm.
Dampak mutu air: dengan mencegat pakan tersisa, feses, dan material flocculent, drum filter memangkas kekeruhan dan beban organik. TSS yang lebih rendah berarti atenuasi cahaya membaik—krusial bagi UV/ozon hilir—dan biofilter menerima influen lebih bersih: padatan tersuspensi yang lebih sedikit mencegah pori media tersumbat dan memberi ruang nitrifier memproses amonia lebih stabil. Literatur RAS menekankan fraksi halus/biologis yang berlebih menjadi “substrat heterotrof”, mengerek kebutuhan oksigen dan mengganggu nitrifier (farmhub). Dengan menghapus >40% aliran limbah ini, BOD/COD turun dan DO terjaga. Uji pilot RAS menunjukkan penambahan drum ke swirl meningkatkan kejernihan akhir dan mengurangi beban BOD harian puluhan persen (dibanding tanpa filter), menstabilkan oksigen dan pH (Springer, researchgate).
Catatan teknis: drum dapat diskalakan dari beberapa m³/jam hingga ratusan m³/jam. Ukuran mesh bervariasi: 100–200 µm untuk budidaya ikan (menangkap “fecal strings”) atau serendah 50 µm untuk udang. Trade‑off‑nya adalah kehilangan head dan frekuensi backwash. Sistem modern memakai kain ber‑aperture (bukaan) rekayasa. Dibanding microscreen lain (disc/band), drum andal di beban berat meski semprotan baliknya memakai lebih banyak air. Industri mencatat disc filter dapat memakai ~45% lebih sedikit air cuci balik dibanding drum pada beban padatan yang sama (Fish Farming Expert), namun drum tetap paling umum di RAS besar. Untuk integrasi pengendap aliran radial/laminar, opsi komersial seperti clarifier relevan ketika pre‑settler dibutuhkan.
Hasil terukur di farm: drum dapat memangkas TSS efluen dari 5–20 mg/L menjadi ~3–10 mg/L setelah siklus cuci (tergantung beban/mesh; researchgate). Bahkan penurunan TSS 30% saja berkorelasi dengan ~20–30% lebih rendah BOD nitrogenous di sistem resirkulasi, karena lebih sedikit material karbon masuk biofilter. Seiring waktu, ini berarti laju nitrifikasi ~10–15% lebih cepat dan puncak TAN/NH₃ (total ammonia nitrogen/amonia bebas) lebih rendah. Secara praktis, fasilitas dengan drum melaporkan hingga 30% lebih sedikit backwash biofilter berkala dan DO lebih stabil—indikasi efisiensi yang meningkat.
Cara Menekan Hot-Side Aeration: DO <0,05 mg/L untuk Beer Lebih Fresh
Koagulan dan flokulan khusus
Agen kimia—koagulan anorganik seperti alum (aluminium sulfat) atau PAC (polyaluminium klorida), dan flokulan organik seperti polyacrylamide atau chitosan—dipakai luas di hatchery/farm intensif untuk mendongkrak tangkapan padatan. Umumnya, koagulan didosis ke slurry sludge/efluen untuk menetralkan muatan dan mengikat partikel halus menjadi flok besar yang cepat mengendap atau mudah difilter. Beberapa hatchery menjalankan dua tahap: pertama PAC untuk menangkap fosfat/organik, lalu polyacrylamide untuk konsolidasi flok. Rujukan produk tersedia seperti PAC dan paket flocculants untuk aplikasi air limbah/air proses, serta kategori coagulants untuk opsi koagulan lainnya.
Kinerja kuantitatifnya ekstrem. Heiderscheidt dkk. (2020) menunjukkan pada sludge RAS air tawar, dosis PAC optimal (~32 mg/L) menghapus 99,4% kekeruhan, 97,7% padatan tersuspensi, dan 98,2% fosfat (researchgate). Dosis sebanding dari polyamine bermassa molekul tinggi menghapus 82,8% kekeruhan dan 73,6% SS (researchgate) (dengan 65,4% penghapusan P). Uji skala kecil tanpa garam (mis. 20–50 mg/L chitosan) juga melaporkan >80% pengurangan kekeruhan di efluen kolam dan RAS.
Manfaat ke kejernihan dan pemindahan: flok mengendap cepat (sering 5–15 menit), menghasilkan sludge terkonsentrasi yang bisa dipompa/dikeringkan. Uji menunjukkan koagulan mendorong >90% nitrogen (N) dan fosfor (P) “menganggur” ke padatan yang mengendap. Misalnya, PAC pada dosis optimal memangkas nitrat dan amonium di overflow ~90% melalui ko‑presipitasi dengan hidroksida logam. Tanpa perlakuan, backwash RAS dapat memiliki TSS 200–500 mg/L dan >50 mg/L amonia; setelah koagulasi‑flokulasi, TSS efluen sering turun di bawah 5–10 mg/L. Untuk kontrol dosis kimia yang presisi, unit seperti dosing pump lazim dipertimbangkan pada tahap injeksi kimia.
Keunggulan dibanding mekanis murni: koagulan unggul pada fraksi ultra‑halus yang lolos dari drum/skimmer (mis. <10 µm koloid). Literatur “fine solids” RAS menegaskan partikel <~30 µm resisten mengendap dan disaring, sehingga perlu digabung secara kimia (farmhub). Karenanya, koagulan melengkapi filter mekanis: drum menangkap 60–200 µm, flokulan menangani koloid tersisa. Di tambak udang, flokulan juga membersihkan “greenwater”. Flok alami terkadang muncul di sistem biofloc, tetapi flokulan kimia bekerja lebih cepat.
Penerapan: dosis dan pH harus dikendalikan (koagulasi sensitif pH). Kelebihan polimer dapat men‑re‑stabilisasi koloid, sehingga uji “jar test” dianjurkan. Reaktor pengolahan umumnya berupa bak sederhana dengan pengadukan lembut dan waktu pengendapan yang cukup (sering <30 menit). Sludge kemudian ditarik/didewatering. Biaya bervariasi: PAC murah (~$1–2/kg), sehingga beberapa sen dapat mengolah satu ton padatan. Flokulan alami lebih mahal namun tanpa residu logam. Secara regulasi, farm intensif (termasuk di Indonesia) perlu pemolesan efluen untuk memenuhi baku mutu (mis. Permen LHK) yang menuntut kekeruhan dan nutrien rendah. Laporan industri mencatat farm yang memakai flokulasi kimia rutin mencapai >90% penghapusan padatan tersuspensi dan fosfat—jauh melampaui kemampuan screen saja.
Beerstone di Kettle: Cara Hilangkan Kerak, Hemat Energi, Jaga Rasa
Sinergi klarifikasi, biofiltrasi, dan disinfeksi
Jika tiga teknologi ini dipasang bersama, efeknya multiplikatif. Dengan menghilangkan padatan dan organik, skimmer, drum, serta flokulan memperbaiki kejernihan (turbiditas) dan menurunkan beban “tak terlihat” (BOD, COD, nitrogen dalam partikel). Hasil bersihnya:
Oksigen lebih stabil, stres penyakit menurun. Beban organik lebih rendah berarti respirasi heterotrof turun; baseline DO naik dan fluktuasi mengecil. Satu uji RAS mencatat kenaikan O₂ 7% pasca foam fractionation (researchgate). Literatur juga menegaskan air buruk (organik, amonia, DO rendah) melemahkan imun ikan dan menaikkan wabah penyakit (FAO, farmhub). Padatan berkurang juga mengurangi iritan di insang/skin sehingga patogen punya lebih sedikit titik lekat.
Biofiltrasi meningkat. Dengan sebagian besar padatan mengendap/terflok, biofilter menerima beban terlarut yang lebih stabil. Ini langsung mendorong nitrifikasi: pengurangan padatan halus meningkatkan area tumbuh nitrifier dan kompetisi dengan heterotrof menurun. Dalam istilah mikrobiologi, foam‑treated RAS menunjukkan kenaikan populasi Nitrospira comammox (WUR)—bakteri yang mengoksidasi amonia menjadi nitrat dalam satu langkah—yang mengindikasikan pembuangan amonia lebih lengkap. Secara praktis, ini dapat memendekkan lag nitrifikasi ~10–20% dan menaikkan kapasitas konversi amonia. Saat P terlarut yang mencapai biofilter rendah, ledakan alga di air kolam juga teredam.
Disinfeksi lebih efektif. Air yang sudah diklarifikasi secara mekanis meningkatkan efisiensi UV/ozon; kekeruhan sekecil apa pun bisa melindungi mikroba dari UV. Dengan TSS turun hingga beberapa mg/L, kebutuhan dosis UV turun dan tingkat inaktivasi naik. Panduan operasional (air minum dan akuakultur) merekomendasikan pra‑filtrasi sebelum UV; di tambak udang, air jernih dengan <5 NTU (nephelometric turbidity unit, satuan kekeruhan) memastikan >4‑log bunuh mikroba. Dalam konteks ini, skimmer dan drum menyingkirkan fraksi yang menjadi “rumah” parasit/bakteri (floc mikroba, kista), sehingga sisanya cenderung planktonik dan lebih mudah diinaktivasi oleh kimia/UV—unit seperti ultraviolet menjadi lebih efektif.
Polusi buangan menurun. Kombinasi swirl+drum+foam menurunkan BOD tersuspensi total ~40% dan COD ~27% (vs drum‑only; DTU Orbit), serta memangkas aktivitas mikroba >55% (di uji pilot yang belum dipublikasikan). Meski [9] sebuah laporan awal, polanya konsisten: setiap lapisan (settling, microscreen, skimmer, koagulan, ozon) secara “multiplikatif” memperbaiki berikutnya. Hasil praktis: biofilter berjalan lebih ringan (umur lebih panjang) dan disinfeksi lebih hemat (dosis/biaya lebih rendah). Secara ekonomi, farm melaporkan dapat mengurangi pergantian air dan memakai unit UV yang lebih kecil setelah “glues/flocculants” terpasang.
Intinya, kontrol padatan terintegrasi dramatis mengangkat mutu air akuakultur. Protein skimming dan drum filtration menangkap mayoritas limbah, koagulasi–flokulasi menyapu sisa, dan hasilnya air nyaris kristal dengan beban organik minimal. Kondisi ini—diukur dengan NTU ≤5, BOD/COD ratusan mg↓, dan N/P tersuspensi mendekati nol—meminimalkan risiko penyakit dan memaksimalkan efisiensi unit hilir. Data uji RAS terulas mengonfirmasi: ≥30% reduksi mikroba patogen dan beban nutrien (researchgate), laju nitrifikasi lebih cepat puluhan persen, dan transparansi lebih tinggi untuk disinfeksi UV.
Sumber yang digunakan bersifat otoritatif dan konsisten dengan angka di atas: uji engineering akuakultur soal foam fractionation (>96% penghilangan kelas partikel terarah, hingga 88% penurunan bakteri; researchgate, researchgate), drum filter (~40–45% TSS; ~63–68% dengan swirl; Springer), dan koagulan (>97% kekeruhan/SS; researchgate), bersama teks mutu air RAS (farmhub) dan panduan FAO (FAO). Temuan ini menegaskan kenapa pra‑klarifikasi yang presisi membuat biofiltrasi dan disinfeksi—termasuk UV—bekerja lebih efisien dan ekonomis.
