Pengolahan limbah cair merupakan proses yang sangat penting untuk menjaga kelestarian lingkungan. Salah satu bentuk kualitas yang belum optimal adalah belum terkendalinya kadar Chemical Oxygen Demand (COD) pada industri susu, hal ini ditunjukkan dengan nilai kadar COD yang melebihi standar perusahaan sedangkan COD merupakan parameter kritis dalam mengetahui kualitas air bersih hasil pengolahan limbah pabrik. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis apakah pengolahan limbah cair terkendali, kemudian menganalisis faktor-faktor penyebab nilai COD di luar standar, memberikan usulan perbaikan dan mengetahui penurunan nilai COD dari hasil perbaikan. Pengambilan data dilakukan dengan melakukan pengujian secara langsung pada parameter COD. Selain itu, dilakukan brainstorming untuk membuat diagram fishbone dan FMEA sehingga didapatkan akar permasalahan yaitu kandungan limbah yang ekstrim dengan RPN sebesar 450. Oleh karena itu diperlukan adanya perbaikan dengan menggunakan konsep 5Why Analysis yang kemudian didapatkan usulan membuat suatu kondisi / area untuk menetralisir atau mengurangi konsentrasi limbah keluaran produksi dengan melakukan pengecekan dan netralisasi suhu dan pH di Bak Tampungan sebelum dilakukan pengolahan pertama di pre-treatment, dan membuat jadwal pencucian mesin.