Tiga Jalan Menghilangkan Warna Limbah Pulp: Koagulasi, Karbon Aktif, Membran—Efektivitas dan Biaya

Dalam pasar yang makin ketat soal pembuangan dan makin haus air, pabrik pulp dan kertas didorong ke arah tertiary treatment hingga zero liquid discharge (ZLD, target tanpa limbah cair) untuk mengendalikan warna efluen. Pilihan teknologi bergantung pada komposisi influen—fraksi molekul besar vs kecil—target kualitas, serta total biaya (CAPEX + OPEX). Analisis ini menimbang koagulasi/flokulasi kimia, karbon aktif, dan membran menggunakan data kinerja dan biaya dari studi terverifikasi (MDPI; Open Chemistry/ResearchGate) dan tren pasar (Verified Market Research).

Sumber warna dan tolok ukur pengukuran

Warna cokelat khas efluen pulp/kertas terutama berasal dari lignin, tanin, dan organik turunan kayu, terutama dari proses bleaching. Senyawa aromatik ini menyerap cahaya tampak dan memunculkan “apparent color”. Indeks warna umum: satuan APHA dan serapan UV₂₅₄ (absorbansi pada 254 nm sebagai proksi organik aromatik). Efluen tak-terolah bisa menunjukkan UV₂₅₄ pada kisaran 1–2 m⁻¹ dan warna ratusan unit APHA karena lignin terlarut (MDPI; ResearchGate).

Dorongan regulasi beragam per wilayah. Di pasar ketat/haus air (termasuk sebagian Asia-Pasifik), pabrik mengejar reuse/ZLD dan membenamkan langkah penghilangan warna dalam tertiary treatment (Verified Market Research; MDPI).

Baca juga: 

Mengapa Sterilizer Horizontal & Kontrol Otomatis PLC/SCADA Jadi Pilihan Utama di Pabrik Kelapa Sawit

Koagulasi/flokulasi kimia

Koagulan logam seperti alum (Al₂(SO₄)₃), ferric chloride, ferrous sulfate, kapur, dan magnesium sulfate terhidrolisis membentuk endapan hidroksida yang “menyapu” (sweep flocs) atau menetralkan muatan organik. Mekanisme ini terutama menurunkan organik bermolekul besar dan bermuatan (lignin, asam humat) yang mendominasi warna (MDPI).

Kinerja sangat peka pada pH dan dosis. Mehmood dkk. (2019) menunjukkan alum 1200 mg/L pada pH 6 menghilangkan 96% warna (dari awal 519 unit), sedangkan magnesium sulfate butuh 3400 mg/L untuk ~89% warna (MDPI; MDPI). Dalam studi lain, kombinasi polyaluminum chloride (PACl) + polimer pada pH 9 menurunkan ~58% UV₂₅₄ (ResearchGate). Praktiknya, koagulasi yang dioptimalkan kerap mencapai 80–95% penghilangan warna nyata (MDPI).

Sensitivitas per senyawa: koagulasi unggul pada warna turunan lignin bermolekul besar. Tinjauan Nawaz dkk. melaporkan hingga ~90% pemulihan lignin dengan alum, bahkan ~100% dengan koagulan khusus (oxo-titanium sulfate + alum) (PubMed). Namun senyawa kecil terlarut seperti mono/di-klorofenol atau pewarna dari kertas daur ulang jauh lebih sulit; tanpa bantuan flokulan, pemangkasan UV₂₅₄ sering hanya ~50–60% (ResearchGate).

Dosis lazim 200 hingga >1000 mg/L memunculkan lumpur koagulasi signifikan (hidroksida Al/Fe dengan organik terikut), dengan volume orde 100–200 mL per liter Sludge Volume Index—ini perlu dewatering/penanganan (MDPI). Biaya kimia cenderung moderat (sering < US$0,50/m³), tetapi biaya lumpur menaikkan OPEX.

Pada skala 6000 m³/hari, skema fisiko-kimia (pengendapan + koagulasi kapur/alum + polishing karbon) diperkirakan bernilai US$2,09/m³; polishing karbon aktif tersier sendiri berkisar US$1,10–3,30/m³; proses hibrida alum + karbon sekitar ~US$2,31/m³. Selisih antara konfigurasi koagulasi vs koagulasi + bantuan flokulan umumnya hanya “puluhan sen” per m³ (MDPI).

Dalam implementasi lapangan, pemilihan koagulan seperti PAC/ACH dan kontrol pH yang presisi dibantu dosing pump akurat. Unit pemisahan padatan koagulasi lazim menggunakan clarifier atau, untuk beban flotasi, DAF. Untuk rantai pasok dan formulasi, katalog coagulants dan flocculants relevan pada tahap ini.

Adsorpsi karbon aktif

Karbon aktif (AC) menyerap organik terlarut pada permukaan pori, efektif pada senyawa relatif kecil dan hidrofobik—termasuk fragmen fenolik dan aromatik berklorin—yang lolos dari koagulasi (MDPI; Springer). Sebagai polishing pascabiologi atau pascakimia, AC kerap menurunkan warna ke level sangat rendah.

Kinerja teruji tinggi: granular AC (5 g/L) mencapai 99,5% penghilangan warna (dari ~255 ke ~30 unit) setelah 4 jam (MDPI). Eksperimen lain menggunakan AC dari char plastik (1,25 g per 100 mL; 7 jam) menghilangkan 96,5% warna pada limbah aktual pabrik kertas (Springer). Pada 2 jam, penurunan warna dilaporkan 83%, naik menjadi 96% pada 4 jam (MDPI).

Dosis lazim 0,5–5 kg/m³; Mehmood dkk. memperkirakan make‑up ~0,5 kg AC per m³ untuk mempertahankan 5 kg/m³ di reaktor kontak (MDPI). Kolom AC memerlukan backwash atau penggantian periodik saat jenuh; AC tidak menghasilkan lumpur, tetapi media jenuh harus direaktivasi/dibuang. Biaya operasi didominasi material AC: polishing tersier umumnya US$1,10–3,30/m³ (MDPI).

Penggunaan sumber AC berbiaya rendah (mis. dari sludge kertas/plastik) terbukti memberi penghilangan 94–96% dengan potensi biaya material lebih rendah (Springer). Untuk melindungi kolom dari fouling partikulat, pra‑filtrasi sederhana memakai cartridge filter sering ditambahkan. Opsi media dan sistem paket tersedia di activated carbon.

Baca juga: 

Kondensat Sterilizer Sawit: Limbah Panas yang Bisa Diubah Jadi CPO dan Penghematan Energi

Filtrasi membran (UF/NF/RO)

Membran memisahkan berdasarkan ukuran dan tolakan muatan. Ultrafiltration/UF (MWCO ~1–100 kDa, batas ukuran molekul yang lolos) menahan TSS, koloid, dan sebagian organik besar; Nanofiltration/NF (~200–1000 Da) dan Reverse Osmosis/RO (<100 Da) menangkap organik kecil terlarut dan garam. Dalam efluen pulp, UF lazim sebagai pra‑treatment, diikuti NF/RO untuk menangkap pewarna terlarut (ResearchGate).

Efektivitas: pilot UF keramik 30 kDa pada kondisi asam melaporkan 99% penghilangan kekeruhan dan 81% penurunan UV₂₅₄ (ResearchGate). Namun studi black liquor terkait mencatat UF hanya ~15% untuk lignin (mencerminkan batas MWCO) (MDPI). Sebaliknya, NF menolak >92% TOC (indikasi lignin+hemiselulosa tertahan) (MDPI; MDPI).

Kombinasi UF+NF menghasilkan permeat nyaris bening: UF mengangkat mayoritas kromofor ber-MW tinggi, NF/RO menangkap sisanya; penurunan total organik dilaporkan ~90% pada permeat NF (MDPI). Secara operasional, UF berjalan 1–3 bar dengan flux ~75–100 L/m²·jam (1–2 bar), sementara NF/RO di 10–40 bar dengan flux lebih rendah (mis. 20–30 L/m²·jam pada 20–35 bar) (MDPI; MDPI). Backwash dapat memulihkan 88–91% flux pada membran keramik, menandakan fouling sebagian besar reversibel.

Fouling menjadi isu besar tanpa pra‑treatment (screening, koagulasi, filtrasi). Banyak skema menempatkan UF setelah klarifikasi/koagulasi dan menggunakan AC atau penukar ion sebelum NF/RO bila perlu. Dari sisi energi, UF ~0,5–1 kWh/m³, NF/RO beberapa kWh/m³; studi black liquor memperkirakan ~13 kWh/m³ bila semua liquor ditangani dengan evaporasi vs ~0,6 kWh/m³ untuk skenario NF parsial (MDPI). Membran tidak menghasilkan lumpur; namun konsentrat NF/RO perlu dikelola (sering diuapkan atau dibakar). Seringkali, permeat UF sudah memenuhi parameter pembuangan (pH, BOD, kekeruhan)—yang tersisa adalah fraksi warna untuk dipoles oleh NF atau AC (ResearchGate).

Pada implementasi, UF sebagai pra‑treatment dapat dirujuk ke ultrafiltration, dilanjutkan nano‑filtration untuk organik terlarut, dan opsi RO air payau di brackish‑water RO bila target total terlarut (TDS) ketat. Paket skid membrane systems serta membran dari Toray atau Filmtec umum di aplikasi ini. Pra‑perlakuan partikel awal dapat memakai physical separation untuk melindungi membran.

Perbandingan kinerja berbasis senyawa

Kinerja: koagulasi/flokulasi efektif untuk bulk color (lignin/humik) dengan tipikal 80–95% bila teroptimasi (MDPI; MDPI). Karbon aktif menambahkan 10–20% penghilangan lanjutan—membawa warna mendekati nol (MDPI; Springer). Membran (khususnya NF/RO) menolak >90% solut pewarna terlarut, apalagi bila didahului UF (MDPI). Uji head‑to‑head menunjukkan UF mengungguli koagulasi pada UV₂₅₄ (~80% vs ~60% di studi Simonič) (ResearchGate).

Kesesuaian per tipe senyawa: lignin & aromatik bermolekul besar—ketiganya efektif, namun koagulasi + AC adalah standar; koagulan spesifik seperti titanium sulfate dapat mendorong pemulihan lignin ~90–100% (PubMed). Fenolik berklorin atau pewarna kecil—AC dan NF unggul; banyak yang lolos flokulasi namun teradsorpsi kuat di karbon atau tertahan membran ketat. Organik refrakter (AOX, adsorbable organic halides)—umumnya ditangani AC atau oksidasi lanjut (tidak dibahas di sini); koagulasi kurang efektif pada spesies klorin terlarut sepenuhnya.

Biaya, operasi, dan kasus nyata

Dari sisi biaya per volume, koagulasi biasanya paling murah (CAPEX rendah, kimia moderat), sedangkan membran paling mahal (CAPEX dan energi). Namun untuk target >90% penghilangan warna, koagulasi saja sering perlu diikuti AC atau UF/NF—menaikkan total biaya. Angka rujukan: hibrida koagulasi+AC ~US$2,31/m³; skema fisiko‑kimia dengan karbon US$2,09/m³; polishing AC US$1,10–3,30/m³ (MDPI). Sistem membran bisa melampaui angka itu, sehingga sering ditujukan untuk reuse ultrapure atau ZLD; konsentrat dapat dikelola dengan pembakaran/evaporasi.

Operasional: koagulasi mudah dijalankan (kontrol pH, pengendapan), AC butuh pemantauan breakthrough dan backwash, membran perlu operator terampil untuk cleaning/kompaksi dan sensitif pada pra‑treatment. Tren mendorong integrasi solusi: koagulasi + AC (atau UF) + NF/RO (MDPI; ResearchGate). Contoh lapangan: sebuah pabrik di Pakistan berhasil mendaur ulang efluen melalui klarifikasi primer + koagulasi alum + karbon aktif dan memenuhi standar reuse (MDPI).

Dorongan pasar di Asia‑Pasifik (termasuk Indonesia) mempercepat belanja teknologi reuse air pulp/kertas, dengan proyeksi pertumbuhan tahunan ~15% sepanjang 2024–2031 (Verified Market Research).

Baca juga: 

Mengapa Sterilizer Horizontal & Kontrol Otomatis PLC/SCADA Jadi Pilihan Utama di Pabrik Kelapa Sawit

Ringkasan angka kunci

Koagulasi/flokulasi: 80–95% penghilangan warna bulk; biaya kimia sekitar ~US$0,5/m³ dengan liabilitas lumpur (MDPI; PubMed). Karbon aktif: 90–99% total warna; biaya ~US$1–3/m³ (MDPI; MDPI; Springer). Membran (UF/NF/RO): sekitar ~80–99% untuk seluruh fraksi warna; biaya tinggi karena CAPEX+energi, dengan UF mengangkat koloid dan NF/RO menghilangkan warna terlarut (ResearchGate; MDPI).