Limbah bleaching pabrik pulp memuat organik pekat, derivat lignin, dan senyawa terklorinasi (AOX) berwarna gelap—jauh di atas baku mutu. Desain multi‑tahap yang menggabungkan biologi, Advanced Oxidation Processes, dan membran terbukti memangkas COD, warna, dan AOX hingga level ketat.
Air limbah bleach plant itu “berat”: organik tinggi (COD/BOD), derivat lignin, dan senyawa organohalogen yang dapat diserap (AOX, adsorbable organohalogens) dengan warna gelap. Sebagai konteks, sebagian pabrik menghasilkan 50–80 m³ limbah per ton pulp, menciptakan ~70–80 ton efluen per ton kertas yang diproduksi (www.mdpi.com). Efluen kraft yang tak diolah bisa memuat COD ratusan hingga ribuan mg/L dan AOX pada kisaran puluhan mg/L.
Regulasi Indonesia (Keputusan MENLH No.51/1995) menahan BOD₅ ≈150 mg/L dan COD ≈350 mg/L (sering diekspresikan per ton pulp) (fliphtml5.com). Dalam praktik, efluen bleach mentah jauh melampaui batas ini, sehingga butuh perawatan multi‑tahap. Bandingkan: banyak pabrik dunia beralih ke bleaching bebas klorin untuk menekan pembentukan AOX.
Karakter limbah dan tolok ukur regulasi
Benchmark lokal itu jelas: BOD₅ ~150 mg/L dan COD ~350 mg/L untuk pabrik pulp (fliphtml5.com). Tidak ada batas spesifik AOX atau warna, namun praktik terbaik menargetkan penghilangan AOX >80% dan penurunan warna mendekati ASTM 20 (kejernihan tinggi). Fasilitas di Indonesia (mis. APICAL, RAPP) juga harus memenuhi standar kualitas air nasional (mis. PP71/2014) yang umumnya menegakkan BOD/COD dan TSS selaras pedoman internasional.
Baca juga:
Mengapa Sterilizer Horizontal & Kontrol Otomatis PLC/SCADA Jadi Pilihan Utama di Pabrik Kelapa Sawit
Pengolahan biologis bertahap
Anaerobik (UASB/EGSB; UASB = upflow anaerobic sludge blanket, EGSB = expanded granular sludge bed) menangani muatan organik besar dan rasio BOD/COD yang relatif tinggi, sambil menghasilkan biogas. Uji skala laboratorium pada efluen bleaching kraft (termasuk dengan peroksida) menunjukkan penghilangan COD ~45–55% dan AOX ~40–45% (www.scielo.br). Contohnya, Chaparro dkk. (2011) pada dua efluen bleaching berklorin mencapai ~50% COD dan ~42% AOX (www.scielo.br). Catatan: degradasi lignin dapat memunculkan intermediat berwarna, sehingga warna bisa tampak lebih gelap (www.scielo.br).
Catatan desain: reaktor penuh skala lazim beroperasi 25–35 °C dengan waktu tinggal hidrolik (HRT) beberapa hari; biaya operasi relatif rendah (sering “energy‑neutral” lewat biogas) dan produksi lumpur moderat.
Aerobik (activated sludge atau kolam aerasi) diperlukan untuk memoles organik sisa dan nitrifikasi amonia bila ada. Aerasi seperti extended activated‑sludge atau SBR (sequence batch reactor) dapat mencapai penghilangan COD sangat tinggi bila waktunya cukup. Pada efluen bleaching Eucalyptus kraft (dengan substitusi klorin parsial), total COD turun 82–98% setelah ~2 minggu perawatan (www.scielo.br). Setelah 13 hari di tangki aerasi teraklimasi, TOC (total organic carbon) berkurang 80–91% dan COD 82–98% untuk efluen berklorin dan yang bebas klorin (www.scielo.br).
COD akhir bisa serendah ~10–30 mg/L untuk efluen bebas klorin vs 100–180 mg/L untuk efluen berklorin (www.scielo.br). Secara praktik, activated sludge yang menitrifikasi atau trickling filter menekan BOD/COD sisa dan menghapus amonia. Data kunci: pada operasi aerobik yang baik, >90% COD yang dapat terbiodegradasi bisa dihilangkan (www.scielo.br
Sekuens umum: equalization → reaktor anaerobik → tangki aerasi → klarifier. Kombinasi UASB diikuti aerobic polishing 72 jam menunjukkan COD bisa memenuhi baku buang bila ada tahap lanjutan (www.scielo.br), tetapi warna biasanya masih tinggi dan butuh polishing kimia.
Untuk opsi biologi komersial, sistem anaerobik–aerobik dapat digabung dengan activated sludge konvensional atau SBR; MBR juga lazim untuk efluen polishing tahap akhir (membrane bioreactor).
Advanced Oxidation Processes untuk warna dan AOX
Biologi kewalahan menghapus warna resisten dan AOX. Advanced Oxidation Processes (AOP; ozonasi, Fenton, UV/H₂O₂) memineralisasi senyawa ini. Pada ozonasi efluen pulp mentah, kontak 9 menit di pH 5 menghapus ~88,5% COD namun hanya ~41,2% warna (www.mdpi.com). Diterapkan pada efluen yang sudah biologis, ozon menghapus ~95,9% COD dan ~46,4% warna (www.mdpi.com). Ozon menurunkan COD dan memutus kromofor lignin, namun satu kontak sering belum cukup untuk dekolorisasi penuh; ozon tidak menargetkan AOX secara langsung.
Fenton & Photo‑Fenton (H₂O₂/Fe²⁺ dengan/ tanpa UV) agresif terhadap halogen. Pada pH 5, Fenton mencapai ~88% TOC, ~85% warna, dan ~89% AOX dalam 30 menit (inis.iaea.org). Photo‑Fenton (UV plus Fenton) bahkan lebih cepat: 5 menit untuk ~85% TOC, ~82% warna, dan ~93% AOX (inis.iaea.org). Dalam uji lain, efluen mentah via Fenton mencapai 86% COD dan ~26% warna, sedangkan photo‑Fenton ~90% COD dengan ~40–41% warna (www.mdpi.com).
Catatan desain: Fenton butuh H₂O₂ signifikan, menghasilkan lumpur besi, dan memerlukan penyesuaian pH. Kebutuhan UV pada Photo‑Fenton menambah energi, tetapi sering meningkatkan degradasi AOX. Untuk reaktor UV, integrasi dengan lampu ultraviolet memfasilitasi skema photo‑Fenton tanpa klaim tambahan di luar data ini.
H₂O₂ saja (tanpa katalis) juga mengoksidasi sebagian kromofor; uji menunjukkan ~85% COD dan 28–39% warna, namun dampaknya terhadap AOX terbatas kecuali dikombinasi UV/Fe (www.mdpi.com).
Konsensus studi: AOP sebagai pasca‑treatment “menuntaskan” warna/AOX yang lolos biologi. Satu ulasan menyebut biologi itu cost‑effective namun menyisakan warna, dan kombinasi bio + AOP “makes treatment feasible at larger scales” (www.mdpi.com). Contohnya, ozon atau Fenton setelah polishing aerobik mendorong removal AOX di atas 90% (jarang dicapai biologi saja) dan dekolorisasi nyaris total (inis.iaea.org; pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
Ringkasnya, AOP dapat mencapai penghilangan COD dan AOX sangat tinggi (sering >85–90%) pada kondisi optimal (www.mdpi.com; inis.iaea.org). Namun, tipikal penurunan warna per lintasan lebih moderat (20–50% dalam satu langkah; www.mdpi.com), sehingga butuh multi‑pass atau kombinasi (mis. ozon + UV). AOP paling efektif sebagai polishing tersier setelah biologi.
Baca juga:
Kondensat Sterilizer Sawit: Limbah Panas yang Bisa Diubah Jadi CPO dan Penghematan Energi
Filtrasi membran untuk polishing tersier
Membran seperti UF/NF/RO (ultrafiltration/nanofiltration/reverse osmosis) memoles efluen dengan menolak organik terlarut dan pewarna. NF (mis. NF270) pada air limbah pulp menunjukkan >80% penghilangan karbon organik dan hampir seluruh warna (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Pada uji lain, NF “hampir sepenuhnya mengeliminasi warna” dan menghapus ~80% COD serta ion, meski garam monovalen sering lolos (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
RO memberikan kualitas tertinggi namun dengan energi tinggi. Pilot dengan membran selulosa‑asetat pada 40 bar, pH=10, terhadap efluen yang sudah biologis dan Fenton, mencapai ~82% penghilangan COD dan 96% warna (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Digandeng NF di hulu untuk pelunakan/penyanggaan feed, RO menghapus >99% hardness dan ion mayor; permeat praktis terdemineralisasi dan tak berwarna (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Catatan desain: RO perlu pretreatment ketat agar tidak fouling (mis. MF/UF untuk partikulat dan bio), serta menghasilkan brine terkonsentrasi ~10–50% dari feed.
UF sendiri lazim sebagai pretreatment demi menyaring koloid/padatan—UF tidak efektif pada warna (molekul <10 kDa lolos) namun melindungi membran di hilir. Untuk pretreatment semacam ini, opsi modular ultrafiltration relevan di tahap polishing.
Hasil akhirnya, membran mendorong kualitas sampai reuse atau ZLD (zero liquid discharge). Investasi NF/RO tinggi, tetapi data kinerja menunjukkan >90% penghilangan COD dan dekolorisasi nyaris total bisa dicapai bila dirancang tepat (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov; pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Pada tahap akhir reuse, nanofiltration sering dipilih bila mineral sisa masih diterima; untuk demineralisasi penuh, RO air payau lebih sesuai.
Skema alir terintegrasi
Rancangan tangguh untuk efluen bleaching pulp tipikal memerlukan multi‑stage train:
Equalization/Netralisasi: tampung drain bleach plant di bak equalization untuk meredam ayunan pH dan beban puncak; tambahkan alkali/asam untuk netralisasi (tahap berklorin sering bersifat asam). Dosis kimia stabil bisa dilakukan dengan pompa dosing.
Reaktor Anaerobik: umpan efluen yang sudah diequalize ke digester anaerobik (mis. UASB/EGSB) pada ~30–35 °C. Harapkan ~40–60% penghilangan COD (metana awal terbentuk), HRT ~3–5 hari bergantung beban. Head lumpur minimal; biogas dapat menutup sebagian OPEX.
Perlakuan Aerobik: alirkan efluen anaerobik ke tangki aerasi atau MBR. Rancang untuk 85–95% penghilangan COD tersisa. SBR (siklus 12–24 jam) atau kolam oksidatif dapat menurunkan BOD₅/COD ke <50 mg/L (www.scielo.br). Izinkan HRT 3–5 hari atau MLSS lebih tinggi demi polishing penuh. Opsi MBR tersedia secara komersial (MBR).
Klarifikasi: klarifier sekunder untuk memisahkan biomassa; ekspektasi efluen TSS ~5–20 mg/L. Peralatan seperti clarifier dipakai pada tahap ini.
AOP/Polishing Kimia: efluen terklarifikasi diproses melalui AOP sesuai kebutuhan. Contoh, kontak ozon (desain ~5–15 mg O₃/L, 5–10 menit) atau reaktor Fenton (H₂O₂ + FeSO₄ pada pH ~5) untuk menghancurkan warna/AOX sisa. Tahap pasca‑treatment seperti karbon aktif dapat menyerap byproduct baru; media activated carbon lazim dipilih untuk ini.
Polishing Membran (opsional): jika diperlukan kemurnian sangat tinggi atau reuse, efluen dialirkan ke NF/RO. Studi menunjukkan RO dapat mencapai ~96% penurunan warna dan memoles COD setelah tahap sebelumnya (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Dalam praktik, UF sebagai pretreatment melindungi membran halus di hilir (UF pretreatment) sebelum NF atau RO.
Baca juga:
Ringkasan kinerja terukur
Sistem yang dirancang baik dapat mencapai >90% penghilangan BOD/COD secara biologis plus >85–95% penghilangan AOX via AOP, dengan >95% penurunan warna setelah oksidasi atau membran. Secara praktis, kombinasi anaerobik + aerobik memangkas COD awal ~85–90% (www.scielo.br), dan AOP berikutnya mendegradasi 80–90% organik sisa (www.mdpi.com; inis.iaea.org). Efluen akhir BOD/COD lazimnya bisa dibawa di bawah batas regulasi (mis. <50 mg/L).
Trade‑off teknologi lanjutan
Biologi vs. AOP: reaktor biologi cost‑effective untuk organik massal (energi rendah) tetapi menyisakan warna/AOX yang resisten (www.mdpi.com). AOP lebih mahal (reagen/energi) namun efektif untuk polutan bandel. Data menunjukkan pasca‑AOP konsisten meningkatkan removal AOX: penambahan ozon atau Fenton setelah biologi mendorong removal AOX dari ~40% (biologi saja) ke ~90% (inis.iaea.org; www.mdpi.com). Keputusan bisnis: gunakan anaerobik/aerobik untuk 80–90% removal, lalu nilai kebutuhan AOP untuk target warna/AOX ketat.
Polishing membran: membran butuh CAPEX dan pretreatment ketat, tetapi memberi “near‑zero discharge” secara kualitas air. Contoh, satu tahap RO menurunkan COD 82% dan warna 96% (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov); NF menghapus >80% organik dan praktis seluruh warna (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Konsekuensinya, terbentuk brine 5–30% volume; pada pabrik besar, skema ZLD bisa mendaur ulang brine atau mengalirkannya ke kolam evaporasi. Pemilihan membran bergantung tujuan reuse: NF bila mineral permeat masih diterima; RO untuk demineralisasi penuh.
Tren: pabrik pulp Indonesia (mis. RAPP, APP) kian mengintegrasikan AOP (ozon) dan membran (UF/RO) untuk reuse dan pemenuhan baku mutu. Data: pilot gabungan UF‑RO di pabrik pulp bleaching membukukan ~82% penolakan COD dan 96% warna (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Minat juga tumbuh pada media karbon aktif pra/pasca‑treatment serta perlakuan jamur untuk lignin.
Target kinerja dan pengendalian
Contoh kuantitatif: tiap ton pulp bisa menghasilkan 100 m³ efluen awal dengan COD ~3000 mg/L. Sistem perawatan dapat menurunkannya ke <300 mg/L (90% removal) via anaerobik+aerobik (www.scielo.br; www.scielo.br), lalu ke <50 mg/L (<98% total removal) setelah AOP/membran.
AOX: AOX mentah (5–50 mg/L) dapat dipangkas ke ~25% semula oleh anaerobik, ~10% oleh aerobik lanjut, dan ke <10% oleh AOP. Proses Photo‑Fenton menghapus ~90% AOX (inis.iaea.org). Warna: diukur dalam unit ADMI (American Dye Manufacturers Institute) atau UV absorbance; pasca biologi warna sering tinggal 60–80% (www.scielo.br), tetapi AOP atau NF/RO menurunkan 90–100%. Target praktis: >95% dekolorisasi.
Yield biomassa: anaerobik ~0,02–0,1 kg VSS/kg COD; aerobik ~0,5 kg VSS/kg COD—penanganan lumpur (digesti/landfill) perlu diperhitungkan. Monitoring in‑situ (online COD, UV254, AOX) memandu dosis booster oksidator atau jadwal cleaning membran. Contoh hasil: kombinasi activated sludge + ozon + RO menghasilkan efluen akhir BOD <20 mg/L, COD <50 mg/L, dan penurunan warna ~96% (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
Baca juga: Pengolahan Limbah Secara Kimia
Konteks Indonesia dan implementasi
Di Indonesia, baku mutu efluen pabrik pulp ditegakkan oleh KLHK. Standar 1995 (Keputusan MENLH No.51/1995) menetapkan BOD ≤150 mg/L dan COD ≤350 mg/L (fliphtml5.com). Regulasi terbaru (mis. PP 22/2021, PP 82/2021) menekankan Best Available Technology untuk zat berbahaya seperti AOX, meskipun tak selalu tercantum spesifik. Produsen pulp lokal makin mengadopsi proses sekelas BAT—mis. meninggalkan bleaching klorin elementer dan mengintegrasikan ozonasi atau RO—untuk patuh dan menekan dampak lingkungan.
Dari sudut teknis/finansial, pilihan desain bergantung skala dan sasaran reuse. Pabrik besar layak menjalankan rangkaian lengkap anaerobik + aerobik + ozon + RO (dengan pemulihan energi biogas), sedangkan pabrik kecil cukup aerobik + Fenton. Tren regional (dipicu kelangkaan air) mengarah ke daur ulang air tertutup; dalam kasus itu, investasi separasi membran beralasan. Uji coba pilot di efluen aktual tetap krusial—jenis kayu lokal (Acacia, Eucalyptus) dan kondisi proses dapat mengubah treatability.
Catatan sumber dan benchmark: seluruh angka dan efektivitas yang dikutip berasal dari studi‑studi peer‑review dan ulasan—mis. www.scielo.br, www.scielo.br, www.mdpi.com, inis.iaea.org, pubmed.ncbi.nlm.nih.gov, dan pubmed.ncbi.nlm.nih.gov. Nilai baku mutu Indonesia diambil dari Keputusan MENLH No.51/1995 (fliphtml5.com), sementara data internasional melengkapi konteks lokal.
