BOD harus <30 mg/L, COD <80 mg/L, TSS <60 mg/L—angka yang nyaris mustahil dicapai kolam limbah (lagoon) tanpa tahap akhir. Studi ini membedah tiga jalur naik kelas: sand filter, constructed wetland, dan paket biologis SBR/MBR—plus perbandingan biaya–manfaat lengkap.
Industri: Agriculture | Proses: Wastewater_Lagoons_&_Treatment
Indonesia menetapkan standar pembuangan limbah peternakan yang sangat ketat: untuk usaha sapi, BOD<30 mg/L, COD<80 mg/L, TSS<60 mg/L, pH 6–9; untuk babi lebih ketat lagi, BOD<6 mg/L, TSS<12 mg/L (Permen No.11/2009; pembaruan Permen LHK No.5/2014). Di lapangan, effluent kolam limbah (lagoon) jarang menyentuh angka tersebut—sering kali organik dan padatan masih di ratusan mg/L. Artinya, tahap penghalusan (polishing) wajib hadir setelah lagoon.
Opsi pasca-perlakuan yang realistis: intermittent sand filter (ISF), constructed wetland (CW), atau paket reaktor biologis kompak seperti Sequencing Batch Reactor (SBR) dan Membrane Bioreactor (MBR). Di bawah ini ringkasan kinerja, jejak lahan, energi, dan biaya—lengkap dengan rujukan dan angka—sebelum masuk ke desain terperinci.
Standar, target desain, dan istilah teknis
BOD₅ (biochemical oxygen demand 5 hari—indikator beban organik), COD (chemical oxygen demand), TSS (total suspended solids), TN (total nitrogen), TP (total phosphorus) adalah parameter inti. HRT (hydraulic retention time) merujuk waktu tinggal air di unit; intensitas energi diulas sebagai kWh/m³; jejak lahan disajikan sebagai m² per 10 m³/hari untuk memudahkan skala.
Ringkasan kinerja dan biaya per opsi
Lagoon saja: BOD₅ removal ~30–50%, TSS ~30–50%, TN ~10–30%, TP ~10–30%. Jejak lahan besar (kolam), energi praktis nol (~0), investasi awal rendah (sudah ada), O&M berupa pengangkutan lumpur kolam.
Intermittent Sand Filter: BOD removal ~70–90% (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), TSS ~70–80% (climate-policy-watcher.org), TN ~10–20% (rendah; pmc.ncbi.nlm.nih.gov), TP ~30–50% (tanpa perlakuan kimia; pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Jejak lahan kecil (~5–20 m² per 10 m³/hari). Energi ~0,01 kWh/m³ (hanya pompa; nepis.epa.gov). CapEx rendah–moderat (contoh ≈US$8–10k per 1,3 m³/hari; nepis.epa.gov). O&M sangat rendah (screening/filtrasi; nepis.epa.gov).
Constructed Wetland: BOD/COD removal ~75–85% dan TN/TP ~70–85% untuk HRT ~5–10 hari (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), TSS ~80–90% (sering tinggi). Jejak lahan besar (~10–100 m² per 10 m³/hari). Energi ~0–0,01 kWh/m³ (hanya pompa; mdpi.com). CapEx moderat (≳US$30–250/m²; mdpi.com). O&M sangat rendah (~2–5% CapEx; mdpi.com).
Sequencing Batch Reactor (SBR): BOD removal ~90–95% (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), TSS ~90–98%, TN ~80–90% (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), TP ~85–90% (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Jejak lahan moderat (~2–5 m² per 10 m³/hari). Energi ~0,5–1,0 kWh/m³. CapEx moderat (≈US$94k untuk 0,04 MGD; web.deu.edu.tr). O&M tinggi (daya, aerasi, operator terampil).
Membrane Bioreactor (MBR): BOD removal ~95–99% (sangat tinggi), TSS ~99% (hampir tuntas), TN ~85–95%, TP ~85–95%. Jejak lahan sangat kecil (~<2 m² per 10 m³/hari). Energi ~1,5–2,5 kWh/m³ (aerasi + membran). CapEx tinggi (~2–3× SBR; pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). O&M sangat tinggi.
Intermittent Sand Filter: polishing murah, nutrien terbatas
Intermittent sand filter (ISF) adalah filter pasir/kerikil yang didose intermiten untuk memoles effluent lagoon. Kinerja umumnya kuat pada organik dan padatan: BOD dan TSS turun ~70–90% (pmc.ncbi.nlm.nih.gov; climate-policy-watcher.org). Namun penurunan nutrien minimal: nitrogen ≤20% dan fosfor rendah (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Dalam praktiknya, BOD effluent bisa jatuh ke ~10–30 mg/L, tetapi NH₄–N sering tetap tinggi. Contoh biaya: studi U.S. EPA menunjukkan sistem ~350 gpd (≈1,3 m³/hari) menelan ~US$10,8k (1999) (~US$8k per m³/hari kapasitas desain; nepis.epa.gov). Biaya operasi kecil (daya pompa ~US$0,03–0,06/hari; nepis.epa.gov), plus pembersihan media berkala dan tenaga kerja minimal.
Untuk media, penggunaan pasir silika dual media umum; integrasi media seperti sand–silica mempermudah spesifikasi. Pra‑screening debris juga menjaga filter dari sumbatan; opsi sederhana seperti manual screen membantu beban O&M yang memang rendah (screening/filtrasi; nepis.epa.gov).
Keunggulan ISF: CapEx dan energi rendah, teknologi sederhana, jejak lahan kompak. Kekurangan: tidak cukup untuk standar N/P yang ketat—sering butuh unit tambahan untuk penghilangan nitrogen (mis. denitrifikasi) atau presipitasi fosfor (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Untuk presipitasi fosfor, pengumpanan bahan kimia lazim dilakukan melalui unit seperti dosing pump.
Constructed wetland: nutrien turun, energi nyaris nol
Constructed wetland aliran bawah permukaan (hamparan kerikil bervegetasi) mengandalkan proses biologis untuk mengeliminasi organik dan nutrien. Studi melaporkan penurunan COD/BOD ~75–85% serta TN/TP ~70–85% pada HRT ~5–10 hari (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), dengan BOD/TSS effluent sering ~20–50 mg/L dan pemangkasan N/P ~70%.
Biaya cenderung pada pekerjaan tanah, liner, kerikil, dan tanaman: sekitar ≳US$30–250/m² (mdpi.com). Contoh nyata di Filipina (skala multi‑keluarga) bernilai ~US$180k terpasang dengan usia 8–10 tahun dan O&M ~US$4k/tahun—O&M ~2–5% dari CapEx (mdpi.com). Energi boleh dibilang nol—hanya pompa, ~0–0,01 kWh/m³ (mdpi.com).
Pro: pengurangan nutrien sangat baik, operasi pasif, O&M rendah, plus co‑benefit ekologi. Kontra: butuh lahan luas (puluhan m² per 10 m³/hari pada beban ~20 cm/hari; mdpi.com), start‑up lebih lambat di iklim dingin, perawatan vegetasi berkala.
Paket SBR: kontrol proses kuat, footprint kompak
SBR adalah sistem lumpur aktif yang beroperasi dalam siklus isi‑reaksi‑mengendap (fill–react–settle). Dirancang baik, SBR dapat menghilangkan organik ~90–95% dan mencapai nitrifikasi–denitrifikasi kuat; studi pilot melaporkan ~91% pengurangan COD (≈BOD), 83% pengurangan total nitrogen, dan 90% pengurangan fosfor (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Di praktik, BOD dan TSS akhir sering <20 mg/L; bila denitrifikasi belum lengkap, perlu langkah anoksik singkat atau SRT lebih panjang.
Biaya peralatan berada di kelas moderat; data industri menunjukkan ≈US$94k untuk ~0,04 MGD (~45 m³/hari) kapasitas (web.deu.edu.tr). Energi ~0,5–1,0 kWh/m³, dengan O&M yang menuntut (blower, pompa, kontrol). Produksi lumpur ~0,3–0,5 kg TSS per kg BOD yang dihilangkan, sehingga hauling jadi faktor. Untuk implementasi paket, lini seperti sequence batch reactor SBR relevan pada tapak terbatas.
MBR: kualitas efluen terbaik, biaya paling tinggi
MBR menggabungkan reaktor pertumbuhan tersuspensi dengan membran ultrafiltrasi (UF—filter pori halus). Hasilnya: TSS nyaris 100% terhapus, BOD/COD ≥95%, dan dengan nitrifikasi plus desinfeksi dapat menghasilkan air kualitas daur‑ulang. Referensi praktik: efluen BOD <10–15 mg/L, NH₃–N sering <1–2 mg/L; bahkan dibanding SBR (~91% COD dan 83% N di studi rujukan), MBR umumnya setidaknya setara atau lebih baik karena padatan tak pernah lolos (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Harga menjadi penghalang utama. Unit komersial kecil (~50–500 m³/hari) sering di kisaran ~US$500–1.000+ per m³·hari kapasitas (modul membran dan blower dominan; pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), dengan intensitas energi tertinggi: ~1,5–2,5 kWh/m³ (aerasi dan scouring membran). O&M intensif: bahan kimia dan downtime untuk pembersihan/penggantian beberapa tahun sekali. Bagi proyek yang mengejar efluen jernih <2 mg/L turbiditas dan lahan sangat terbatas, platform seperti membrane bioreactors MBR membuka opsi, sementara teknologi ultrafiltration menjadi inti penghalang padatan mikro.
Cost–benefit: trade‑off lahan vs daya vs kualitas
Intinya: sand filter termurah di CapEx dan energi (nepis.epa.gov; nepis.epa.gov) namun hanya memoles BOD/TSS; ia tidak dapat memenuhi standar N/P ketat (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Wetland butuh CapEx moderat (pekerjaan tanah, kerikil, tanaman) tetapi operasi nyaris gratis (mdpi.com); performanya unggul di penghilangan nutrien (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) namun perlu lahan luas.
SBR menuntut CapEx lebih tinggi dan O&M berkelanjutan, tetapi memberi kualitas efluen konsisten (sekitar ~30 mg/L BOD dan sering <1 mg/L NH₃ setelah polishing; pmc.ncbi.nlm.nih.gov). MBR menghasilkan efluen terbaik (sering <10 mg/L BOD, padatan praktis nol) namun di ~2–3× biaya modal SBR dan 2–3× penggunaan energi.
Contoh output desain 200 m³/hari
Sand filter: biaya ~US$150–200k (ditambah tangki pengendapan), BOD turun dari ~200→30 mg/L tetapi NH₃ tertinggal di ~20–30 mg/L.
Constructed wetland: luas ~0,3 ha, biaya ~US$200k–300k, TN/TP berkurang ~80%, efluen ~20 mg/L BOD, ~10 mg/L TN.
Paket SBR 200 m³/hari: ~US$250–400k, andal mencapai BOD<10–20 mg/L, TN<5–10 mg/L (dengan step‑feed atau zona pasca‑anoksik).
MBR 200 m³/hari (mis. 2× train 200 m³/hari): >~US$500k, efluen BOD<5 mg/L dan TN<2 mg/L.
Pada jalur sand filter yang membutuhkan pengendapan, unit seperti clarifier lazim ditambahkan sebelum media untuk menurunkan TSS beban masuk.
Penerapan: memilih lintasan yang pas
Jika lahan dan modal terbatas tetapi target reuse sangat ketat, MBR menjadi pilihan meski mahal. Jika anggaran ketat namun butuh pemangkasan nutrien yang kuat, wetland menawarkan “bang‑for‑buck” terbaik (pengurangan nutrien per dolar besar; pmc.ncbi.nlm.nih.gov; mdpi.com). Opsi menengah, SBR, memberi performa kuat dengan investasi moderat. Sebaliknya, sand filter hanya layak saat targetnya polishing BOD/TSS—biasanya tetap butuh pretreatment septic tank dan tidak dapat sendiri memenuhi kriteria efluen Class I‑A di Indonesia.
Sumber dan rujukan teknis
Regulasi dan angka baku mutu merujuk pada Peraturan Menteri No.11/2009 (text-id.123dok.com). Kinerja sand filter didokumentasikan Laaksonen dkk. 2017 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) dan studi klasik (climate-policy-watcher.org). Efektivitas wetland merujuk studi pilot (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) dan ulasan biaya (mdpi.com; studi Filipina mdpi.com). Kinerja SBR dari Alagha dkk. (2020; pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Biaya ISF dari factsheet EPA (1999; nepis.epa.gov dan nepis.epa.gov), biaya wetland dari Vymazal (2010; mdpi.com), contoh biaya paket SBR (web.deu.edu.tr), serta korelasi biaya OPEX/CapEx MBR (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
