Tiga Jalan Mengolah Limbah Kilang: CAS vs MBBR vs MBR

CAS murah dan mapan namun boros lahan dan sludge; MBBR lebih ringkas serta tahan “toxic shock”; MBR paling kompak dan bersih, tapi paling mahal dan kompleks.

Industri: Oil_and_Gas | Proses: Downstream_

Limbah kilang minyak itu rumit: beracun, fluktuatif, dan penuh komponen sulit terurai. Di lapangan, tiga teknologi biologis paling sering dipakai—Conventional Activated Sludge (CAS/ASP), Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR), dan Membrane Bioreactor (MBR)—masing‑masing datang dengan kompromi berbeda soal ketahanan proses, jejak lahan (footprint), dan kualitas effluent.

Di balik jargon teknis—COD (chemical oxygen demand, indikator beban organik), MLSS (mixed‑liquor suspended solids, konsentrasi biomassa di reaktor), TSS (total suspended solids, padatan tersuspensi), HRT (hydraulic retention time, waktu tinggal)—ada pertanyaan bisnis sangat konkret: mana yang lebih stabil menghadapi senyawa toksik khas kilang, berapa luas tanah yang harus disiapkan, dan seberapa sering harus mengangkut sludge?

Konfigurasi Lumpur Aktif Konvensional (CAS/ASP)

CAS—reaktor aerasi besar dengan biomassa tersuspensi ditambah clarifier—adalah kuda kerja tertua di kilang. Di kondisi beban influen stabil, performanya solid: uji laboratorium melaporkan 94–95% pengurangan COD pada air limbah kilang minyak (researchgate.net). Namun, CAS biasanya beroperasi di MLSS 2–4 g/L—biomassa relatif rendah—sehingga butuh volume reaktor besar.

Dalam praktik dan bench test, aliran toksik/variabel dapat memukul balik: nitrifikasi bisa terhenti dan pemulihan melambat akibat washout atau inhibisi pada lumpur tersuspensi. Literatur membandingkan bahwa proses berbasis film tetap atau membran lebih tahan terhadap kejutan semacam ini (researchgate.net) (researchgate.net).

CAS juga menghasilkan sludge banyak: yield biomassa tipikal ~0,5–0,7 g VSS/g COD terbuang. Satu studi menemukan CAS memproduksi ~135% lebih banyak sludge dibanding MBBR setara, dan ~230% lebih banyak dibanding sistem hibrida berbasis MBR pada beban serupa (mdpi.com). Konsekuensinya, instalasi clarifier besar, pengentalan, dan pembuangan wajib disiapkan—sering kali 1–2% dari debit influen menjadi limbah sludge. Pada titik ini, kebutuhan unit pemisahan sekunder seperti clarifier ikut membengkak.

Kelebihan CAS: teknologi teruji, CAPEX per m³/hari relatif rendah, pengoperasian sederhana untuk beban “mirip domestik”, dan penghilangan COD/BOD (biochemical oxygen demand) bisa >85–90% dengan desain tepat. Kekurangan: footprint terbesar di antara ketiganya; untuk kilang, volume aerasi bisa 2–3× MBR, dan kualitas effluent dibatasi oleh proses pengendapan—TSS/organik residu cenderung lebih tinggi. Dalam komparasi, effluent MBR untuk COD, NH₄‑N, dan TSS “selalu superior” serta tidak bergantung pada fluktuasi influen, sedangkan CAS menunjukkan keluaran lebih tinggi dan variatif (researchgate.net). Pencapaian BOD <10–20 mg/L dan Oil & Grease <5–10 mg/L kerap butuh polishing tambahan.

Untuk membantu stabilitas hulu, pra‑perlakuan fisik seperti pemisahan awal padatan/minyak sangat krusial sebelum CAS, termasuk pemisahan minyak bebas via oil removal agar beban ke clarifier tidak melonjak.

Proses Biofilm Bergerak (MBBR)

MBBR adalah proses attached‑growth: biomassa tumbuh pada carrier (pengisi) yang bergerak, biasanya 40–70% volume reaktor. Kombinasi mode tersuspensi+biofilm ini mempertahankan biomassa aktif tinggi tanpa washout. Secara efektif, MLSS total (bebas+terikat) 6–10 g/L—dibanding ~3 g/L pada ASP—sehingga volume reaktor bisa ~40–50% dari CAS untuk beban sama (mdpi.com). MBBR lazimnya butuh satu bak aerasi dan saringan fisik, bukan clarifier besar; saringan outlet dapat diimplementasikan sebagai automatic screen. Implementasi modular MBBR juga memudahkan retrofit pada bak CAS eksisting.

Produksi sludge MBBR lebih rendah: satu laporan mencatat 23,7 g total sludge vs 37,2 g pada kondisi beban serupa (≈35% lebih rendah daripada CAS) sehingga ukuran clarifier bisa dipangkas (mdpi.com). Media biofilm berpermukaan tinggi—misalnya honeycomb bio media—membantu kepadatan biomassa tanpa memperbesar tanki.

Di aplikasi kilang, MBBR terbukti tangguh. Cao dkk. (2012) melaporkan MBBR yang mengolah air limbah petrokimia pada 1,0 kg COD/m³·hari mencapai >80% penghilangan COD (effluent <50 mg/L), dan pada 2,0 kg/m³·hari tetap ~70% (researchgate.net). “MBBR removal of COD was higher than ASP in all cases” dan menunjukkan resistensi lebih kuat terhadap shock beban organik daripada CAS (researchgate.net).

Schneider dkk. (2011) menemukan pilot MBBR (carrier fill 60%, HRT 6 jam) menghasilkan effluent COD 40–75 mg/L (69–89% penghilangan) pada air limbah kilang nyata (researchgate.net). Biofilm yang melekat membantu menahan senyawa toksik: kepadatan lokal mikroba menyediakan “niche” untuk degradasi senyawa sukar dan mempercepat pemulihan setelah spike. Namun, MBBR tetap menghasilkan floc yang terlepas; filtrasi/clarification tersier biasanya diperlukan.

Kelebihan MBBR: footprint lebih kecil dari CAS, kapasitas tinggi, sludge berkurang (misalnya ~42% lebih rendah dari CAS dalam satu laporan mdpi.com), modular, dan tahan fluktuasi termasuk salinitas/phenol setelah aklimatisasi. Kekurangan: tetap butuh saringan/clarifier (footprint > MBR), carrier perlu agitasi dan pembersihan berkala; aerasi kurang bisa menciptakan dead zone; effluent masih keruh tanpa polishing; oli dapat menyumbat biofilm. CAPEX dan OPEX moderat—lebih tinggi dari CAS namun umumnya di bawah MBR. Alternatif media berbasis foam juga tersedia, seperti foam‑based MBBR media.

Reaktor Biologi Membran (MBR)

MBR menggabungkan biologi tersuspensi dengan filtrasi membran (umumnya mikro/ultra‑filtrasi), menahan semua biomassa. Ini memungkinkan MLSS 7–12 g/L—sekitar 3–4× konvensional—mewujudkan reaktor super‑kompak (±25–50% volume CAS untuk debit sama) dengan kejernihan effluent unggul (mdpi.com). Dalam praktik desain, permeat MBR biasanya TSS <3 mg/L dan sering BOD/COD <20 mg/L (mdpi.com).

Membran memisahkan hampir seluruh zat tersuspensi/terlarut molekul besar (mdpi.com) (mdpi.com), mensterilkan effluent dan membuka jalan reuse; review menekankan peningkatan MBR “reduces plant water footprint” dan menghasilkan “pathogen‑free effluents” yang butuh disinfeksi minimal (mdpi.com). Modul membran ultrafiltration lazim menjadi pemisah padatan utama, terintegrasi dalam paket MBR.

MBR unggul untuk limbah kompleks/toksik. Biomassa tinggi dan umur lumpur panjang mempertahankan organisme tumbuh‑lambat (mis. degradasi fenol atau salinitas tinggi). Head‑to‑head, MBR jauh melampaui CAS pada organik jejak: González dkk. (2007) menunjukkan pilot MBR menghilangkan ~94% alkylphenol surfactants (nonylphenols) yang toksik, versus ~54% pada ASP—effluent mencapai kisaran µg/L (researchgate.net). Mereka menekankan “MBR effluent quality in terms of COD, NH₄⁺, and TSS was always superior” dan relatif tidak sensitif terhadap shock influen (researchgate.net). Berkat tahap ultrafiltrasi, praktis tidak ada padatan atau minyak terbawa, memudahkan pemenuhan batas ketat (mis. BOD <5 mg/L, Oil & Grease <1–3 mg/L).

Kelebihan utama: kualitas effluent dan keringkasan. MBR mampu menembus batas ketat dan memungkinkan reuse—itulah mengapa teknologi ini tengah dipromosikan di Indonesia; sebuah industrial park baru berbasis MBR mencapai 85% reuse dan patuh standar nasional (supremewatertech.com). Teknologi ini sangat robust terhadap fluktuasi beban: low ML Flask, karena hampir semua biomassa ditahan, effluent MBR tetap stabil bahkan saat influen memburuk (researchgate.net). Kebutuhan secondary clarifier hilang—yang ada hanya modul membran (sering terendam).

Kekurangan: CAPEX dan OPEX tertinggi. Membran fouling—terutama oleh minyak/grease tinggi—membutuhkan pembersihan kimia lebih sering; kebutuhan energi lebih besar (aerasi untuk scouring membran dan pemompaan); suku cadang dan keahlian proses lebih menuntut. Analisis ekonomi menunjukkan MBR punya footprint lebih rendah dan OPEX jangka panjang bisa lebih baik, tetapi biaya awal lebih tinggi daripada CAS; menjadi cost‑optimal saat umur pabrik panjang atau izin sangat ketat (researchgate.net). Untuk mitigasi fouling, paket membrane cleaners lazim disiapkan dalam program O&M.

Perbandingan Footprint dan Ketahanan Proses

Dari sisi footprint, MBR paling kecil—sekitar seperempat hingga sepertiga volume tanki CAS—ditopang MLSS yang lebih tinggi (mdpi.com). MBBR berada di tengah (kira‑kira separuh volume CAS di beban ekivalen), dan CAS paling besar (MLSS ~3 g/L). Skala ukuran reaktor secara langsung mengikuti MLSS lebih tinggi di MBR (mdpi.com).

Soal ketahanan terhadap spike toksik dan beban tinggi, urutannya kira‑kira MBR ≥ MBBR > CAS. Penahanan total padatan dan keragaman mikroba membuat MBR paling imun; biofilm MBBR memberi buffer tambahan; studi melaporkan effluent MBR stabil di bawah shock, sedangkan CAS mudah memburuk saat mutu air baku berubah (researchgate.net) (researchgate.net).

Kualitas Effluent dan Tahap Polishing

MBR secara konsisten menghasilkan air kualitas tertinggi—sering siap untuk reuse. CAS sangat bergantung pada efisiensi pengendapan dan biasanya cocok untuk buang, bukan reuse, tanpa polishing tambahan. MBBR di antara keduanya: secara biologis lebih baik daripada CAS, namun tetap butuh klarifikasi. Banyak kilang memilih train hibrida—misalnya CAS atau MBBR diikuti post‑ozonasi dan biologis karbon aktif—untuk mengejar target reuse (researchgate.net) (researchgate.net). Pada bagian ini, adsorber activated carbon sering dipilih sebagai media polishing.

Pra‑perlakuan Minyak/Air dan Integrasi Sistem

ChatGPT Image Oct 10, 2025, 10_29_11 AM

Semua proses butuh pra‑perlakuan—pemisahan minyak/air—sebelum tahap biologis. MBR memang tidak rentan washout, namun oli berat dapat memicu fouling membran; MBBR relatif piawai menghadapi beban organik variabel; CAS paling sederhana untuk influen stabil. Paket physical separation dan unit oil removal lazim ditempatkan di hulu untuk menurunkan beban toksik/oli.

Biaya, Skala, dan Konteks Indonesia

Soal biaya dan skalabilitas: CAS ber‑CAPEX terendah namun OPEX tinggi (biaya hauling sludge). MBBR berada di tengah—CAPEX moderat, energi moderat, biaya sludge lebih rendah (mdpi.com). MBR punya CAPEX dan energi tertinggi, tetapi menghemat lahan dan bisa menghindari biaya polishing tambahan karena sudah memenuhi baku mutu ketat; total biaya jangka panjang bisa lebih rendah jika regulasi mengencang (researchgate.net) (mdpi.com).

Dalam konteks Indonesia, pengetatan regulasi dan kelangkaan air mendorong adopsi biotreatment lanjutan; inisiatif nasional secara eksplisit mempromosikan sistem membran untuk menaikkan kualitas effluent (supremewatertech.com) (id.ionexchangeglobal.com). Pilihan akhirnya tergantung ukuran kilang, baku mutu, ketersediaan lahan, dan anggaran: CAS tetap viable untuk izin kurang ketat; MBBR menawarkan ketahanan dengan footprint sedang; MBR memberi removal maksimum dan potensi reuse di biaya lebih tinggi.

Ringkasan Sumber