Limbah pabrik pupuk bisa mengandung ammonia 10–30 g/L di pH 10–11. Artikel ini merangkum rencana karakterisasi komprehensif dan studi treatability skala laboratorium untuk memilih proses paling efektif bagi campuran polutan kompleks tersebut.
Air limbah pabrik urea dan ammonia bukan sekadar “tinggi nitrogen”—ia ekstrem. Studi melaporkan konsentrasi ammonia tak terolah bisa mencapai 10–30 g/L (10.000–30.000 mg/L) pada pH sekitar 10–11 (www.researchgate.net) (www.researchgate.net). Setelah bercampur atau terencerkan, kadar NH₃‑N tetap sering berada pada puluhan mg/L—sebuah survei lapangan mengukur 50–55 mg/L NH₃‑N di titik buang pabrik urea (turun menjadi 3–13 mg/L di hilir) (www.researchgate.net).
Polutan utamanya: nitrogen anorganik dan organik—ammonia (NH₃/NH₄⁺), urea dan N organik lain (dilaporkan sebagai TKN, total Kjeldahl nitrogen), serta nitrat/nitrit. Konstituen jejak seperti fosfor (P), klorida, sulfat, logam berat, dan minyak/lemak bergantung proses—umumnya ≪1–100 mg/L—namun wajib diuji (nepis.epa.gov) (www.researchgate.net). Contoh analisis effluent pabrik urea menunjukkan NH₃ dan BOD₅ (biochemical oxygen demand 5‑hari) yang tinggi dan tidak layak buang (www.researchgate.net), sementara logam minor (Fe, Cu, Cr, Mn) terukur <0,3 mg/L (www.researchgate.net) (www.researchgate.net). Gas hasil reaksi karbamat (CO₂/H₂O) juga dapat menaikkan pH.
Baca juga:
Hydrolyzer + Steam Stripper: Solusi 98% Penghilangan Amonia Kondensat Pupuk
Parameter analisis dan metode standar
Rencana karakterisasi merekomendasikan paket uji APHA/EPA (asosiasi laboratorium dan regulator air; standar prosedur) minimum: pH, temperatur, konduktivitas; nutrien (NH₄⁺/NH₃, NO₂⁻, NO₃⁻, PO₄³⁻, TKN, urea); organik (COD, chemical oxygen demand; BOD₅; TOC, total organic carbon); padatan (TSS, total suspended solids; kekeruhan; minyak & lemak); anorganik mayor (kation/anion via ion chromatography: Ca, Mg, Na, K, Cl⁻, SO₄²⁻); logam (ICP‑AES untuk Cu, Zn, Ni, dll). Laghari dkk. (2018) menganalisis effluent pabrik urea untuk pH, TDS, TSS, BOD₅, COD, logam berat (Fe, Cu, Cr, Mn) dan NH₃ (www.researchgate.net). Metode baku: 4500‑NH₃ spektrofotometri/elektroda selektif ion atau phenate untuk NH₃/NH₄, Kjeldahl untuk TKN, 5220 untuk COD dikromat, 5210 untuk BOD₅, 2540 untuk TSS/TDS, 4500‑NO₃ (Griess) untuk NO₂/NO₃, molybdate‑blue untuk PO₄. Kontrol mutu (quality controls) dan replikasi laboratorium wajib. Karakterisasi awal menetapkan baseline konsentrasi polutan dan pH (sering basa, 8–11). (Catatan: appendix tables—jika ada—sebaiknya melaporkan debit influen dan konsentrasi.) Sumber metode dan parameter: (www.researchgate.net) (link.springer.com).
Hasil analitik dan keluaran terukur
Analisis praktis akan menampilkan dominasi ammonia–nitrogen (NH₃/NH₄⁺), nitrogen organik (urea/TKN), nitrat/nitrit, COD/BOD, dan padatan. EPA (1979) mencatat effluent pabrik urea sekitar 120 g/m³ NH₄‑N (~120 mg/L) dan 90 g/m³ nitrogen organik (nepis.epa.gov), sedangkan pabrik ammonium nitrat sekitar ~482 mg/L NH₄‑N dan 121 mg/L NO₃‑N (nepis.epa.gov). Selain konsentrasi, hitung beban massa (mg/day) berbasis debit. Keluaran terukur kunci: % removal NH₄‑N; % removal COD/BOD; spesiasi N effluent (NH₄, NO₃, NO₂); sisa beban organik; pembentukan produk samping (mis. yield struvite bila relevan). Dalam uji bangku, catat nilai influen vs effluent dan efisiensi removal. Dalam perbandingan proses, gunakan metrik seperti mg NH₄‑N dihilangkan per g VSS (volatile suspended solids; biomassa) atau adsorben, atau per kWh (untuk stripping). Bila mungkin, kuantifikasi kinetika (mis. laju nitrifikasi mgN/L·h) dan konsentrasi akhir effluent.
Desain uji treatability skala laboratorium
Studi treatability dilakukan paralel pada beberapa kandidat proses, berfokus pada penghilangan ammonia/urea (dengan dukungan penurunan organik):
- Nitrifikasi biologis (diikuti denitrifikasi bila diperlukan). Gunakan reaktor sequencing‑batch atau kontinu; SBR relevan dengan Sequence Batch Reactor. Inokulasikan dengan activated sludge atau biofilm penitrifikasi dan aklimasikan pada NH₄‑N tinggi. Operasikan SBR ter-aerasi pada ~30°C, DO ~2 mg/L. Naikkan bertahap NH₄‑N influen dari moderat (100–300 mg/L) menuju lebih tinggi (500–1500 mg/L). Chen dkk. menaikkan NH₄ dari 100 ke 1500 mg/L dan mencapai ~94% konversi bahkan pada 1500 mg/L (effluent ~90 mg/L) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Pantau NH₄, NO₂, NO₃; hitung laju nitrifikasi (kg N/m³·d atau mgN/gVSS·h). Tambahkan fase anoksik (denitrifikasi) dengan karbon eksternal (mis. methanol/acetate) untuk reduksi NOx ke N₂; ukur removal TN. Untuk MBBR/IFAS, media biofilm dapat diadopsi sebagaimana Moving Bed Bioreactors (MBBR); media biofilm berpermukaan luas seperti honeycomb bio media dapat mendukung pertumbuhan biofilm. Untuk partial nitritation, kendalikan DO/pH guna menekan NOB, mis. DO ~0,3–0,5 mg/L (“phantom bypass”) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Outcome yang diharapkan: % removal NH₄ tinggi hingga ~1000–1500 mg/L (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), dengan N effluent dominan sebagai NO₃ (bila didenitrifikasi) atau NO₂ (bila PN).
- Adsorpsi / ion exchange. Lakukan batch test dengan zeolit atau resin. Uji clinoptilolite atau zeolit sintetis dalam erlenmeyer: campur limbah (mis. 500–1000 mg/L NH₄‑N) dengan dosis adsorben terukur (1–10 g/L), agitasi ~1–2 jam, ukur sisa NH₄‑N untuk mendapatkan kapasitas (mg NH₄‑N/g). Jiang dkk. (2024) melaporkan zeolite‑A dari fly ash menyerap ~32–41 mg NH₄‑N/g (dengan ~32–41% removal pada 100–500 mg/L awal) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Uji regenerasi (mis. elusi 2 M NaCl). Metrik: kapasitas (mg/g), % removal, kebutuhan bed volume, efisiensi regenerasi. Untuk opsi resin, uji sistem ion exchange resin. Untuk karbon, uji PAC; kapasitas NH₄ lebih rendah dari zeolit; karbon aktif relevan dengan activated carbon.
- Presipitasi kimia (struvite/MAP). Lakukan jar test dengan penambahan Mg/P: target rasio stoikiometri Mg:N:P ~1:1:1 (atau rasio praktis); gunakan MgCl₂ atau bittern (air garam kaya Mg) dan KH₂PO₄; atur pH ~9–9,5 dengan NaOH atau MgO. Aduk, endapkan, koleksi padatan. Satu studi menggunakan bittern plus KH₂PO₄ pada pH ~9,6 untuk mempresipitasi MgNH₄PO₄·6H₂O (www.researchgate.net). Analisis supernatan untuk penurunan NH₄‑N; analisis padatan (XRD/FTIR) untuk konfirmasi struvite. Removal umumnya 50–90% bergantung kondisi. Ukur yield (g struvite/kg wastewater) sebagai potensi pupuk daur ulang. Pengaturan dosis larutan dapat dibuat presisi dengan dosing pump.
- Ammonia stripping. Lakukan uji aerasi bangku dalam kolom berbaffle atau vessel: gelembungkan udara atau steam melalui sampel mentah/terkondisikan. Jalankan pada pH ~11 untuk memfavoritkan NH₃ gas. Monitor NH₃‑N keluar terhadap waktu. Lembar fakta EPA menyebut stripping dapat memulihkan >90% NH₄ pada kondisi optimal (nepis.epa.gov). Ukur konsumsi energi dan konsentrasi NH₃ di off‑gas untuk evaluasi kontrol pencemar udara. Uji penangkapan NH₃ dengan scrubbing asam encer (membentuk ammonium sulfate). Catat %NH₄ yang tervolatilisasi vs waktu.
- Oksidasi lanjut/kimia. Lakukan jar test Fenton (H₂O₂+Fe²⁺) atau UV/H₂O₂ untuk melihat penurunan N organik atau COD. Ammonia tidak teroksidasi langsung oleh Fenton pada kondisi normal; proses berat (mis. ozonasi katalitik) dapat sebagian mengoksidasi NH₃ menjadi NO₃. Jika organik proses signifikan, AOP menurunkan COD/BOD. Ukur removal COD/BOD. Ekspektasi: penurunan NH₄ minor, opsi tersier untuk COD.
- Skema sekuensial dan hibrida. Simulasikan multi‑tahap di lab: mis. sebagian di‑nitrifikasi lalu effluent‑nya dipoles di kolom adsorpsi untuk menurunkan NH₄ residual; atau presipitasi ammonia lebih dulu kemudian biological untuk organik residual. Evaluasi total removal N dan COD, kualitas reuse, serta potensi recovery produk samping.
Efisiensi Uap Pabrik Urea: Teknologi Hemat Energi hingga 35%
Metrik evaluasi dan target keluaran
Setiap uji menghasilkan metrik kuantitatif. Untuk proses biologis, pantau efisiensi (%) dan laju (kg N/m³·d atau mgN/L·d; juga mgN/gVSS·h). Chen dkk. melaporkan 94,1% removal NH₄‑N (effluent ~90 mg/L) pada feed 1500 mg/L (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Untuk adsorpsi, laporkan kapasitas (mg/g) dan kurva breakthrough; Jiang dkk. mencapai ~41 mg NH₄‑N per g zeolit (pH 6–8) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Untuk struvite, sebutkan %N recovered dan g struvite per g Mg atau per g NH₄ yang dihilangkan. Untuk stripping, laporkan %NH₄ tervolatilisasi dan konsentrasi NH₃ di off‑gas. Bandingkan semua hasil dengan batas effluent target, termasuk rujukan standar Indonesia (Permen), mis. Baku Mutu NH₄‑N ~10 mg/L untuk industri sejenis.
Dari hasil bench ke desain skala penuh
Rencana ini memberi basis berbasis data untuk desain skala penuh. Dengan mengukur laju removal spesifik dan kapasitas di lab, perancang dapat memproyeksikan ukuran reaktor, dosis kimia, dan biaya. Misal, jika nitrifikasi bangku menghilangkan 95% dari 1000 mg/L NH₄‑N (menjadi 50 mg/L), namun baku mutu 10 mg/L, maka polishing tambahan (adsorpsi atau stripping) terjustifikasi. Mengingat effluent didominasi ammonia—umum di industri pupuk (nepis.epa.gov)—kombinasi nitrifikasi/stripping atau recovery lewat struvite adalah solusi yang lazim di literatur (www.researchgate.net) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kunci seleksi adalah keluaran terukur: removal %, g‑N removed per day, dan konsentrasi effluent akhir di tiap opsi.
Sumber dan metode yang dirujuk
Rencana ini merujuk pada karakterisasi limbah industri pupuk dan studi treatability dalam literatur (nepis.epa.gov) (www.researchgate.net) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (www.researchgate.net) (link.springer.com), serta praktik teknik lingkungan (APHA/EPA methods). Metode pengukuran mengikuti Standard Methods (mis. Nessler atau ion‑chromatography untuk NH₃ (www.researchgate.net), PDAB colorimetry untuk urea, dan lainnya).
Panduan QA Sanitasi No-Rinse Brewery Packaging: PAA, ClO₂ & ATP
Kutipan inline utama
- Komponen N mayor: ammonia (NH₃/NH₄⁺), nitrat, nitrogen organik (nepis.epa.gov).
- Beban ammonia berkisar ~50–55 mg/L mentah hingga puluhan g/L di aliran terkonsentrasi (www.researchgate.net) (www.researchgate.net).
- Analisis effluent mencakup pH, TSS, TDS, BOD₅/COD, NH₃, logam (www.researchgate.net) (link.springer.com).
- Uji nitrifikasi bangku menunjukkan ~94% removal NH₄ pada 1500 mg/L (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
- Adsorpsi zeolit ~32–41 mg NH₄/g (30–41% removal @100 mg/L) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
- Struvite/crystallization (pH ~9,5–10) efektif merecover NH₄ sebagai MgNH₄PO₄·6H₂O (www.researchgate.net).
- Metode ukur mengikuti Standard Methods (mis. Nessler atau ion‑chromatography untuk NH₃ (www.researchgate.net), PDAB untuk urea).
