Aerasi adalah “kuda beban” yang diam-diam mahal. Studi industri mencatat blower/aerator menghabiskan 40–75% konsumsi daya WWTP—angka yang ditegaskan untuk konteks pulp & paper, dengan temuan bahwa “more than 50% of the electrical power needed to treat pulp and paper effluents is used for aeration” (lebih dari 50% daya listrik untuk aerasi) menurut Sandberg (2010) di Water Science & Technology. Sumber industri lain menggarisbawahi rentang 40–75% ini (Plant Services).

Masalahnya sederhana: banyak oksigen keluar dari bak tanpa sempat terlarut dan dikonsumsi. Solusinya—yang juga peluang hemat listrik terbesar—ada pada efisiensi aerasi dan blower. Kajian Twi‑Yeboah dkk. (2024) menghitung optimasi aerasi bisa memangkas energi 10–25% (dan hingga ~50% pada kondisi unggul) (Energies; MDPI). Pada operasi lumpur aktif (activated sludge) seperti /products/activated-sludge, bahkan perbaikan moderat memberi dampak besar pada biaya dan jejak CO₂.

Porsi energi aerasi dan peluang penghematan

Ketika blower/aerator memakan 40–75% listrik WWTP (Plant Services), setiap penurunan kW di aerasi langsung menurunkan listrik fasilitas 20–40%. Kuncinya adalah menaikkan oxygen transfer efficiency (OTE, efisiensi transfer oksigen) sehingga waktu operasi blower turun. Di sebuah percobaan pabrik pulp Asia, transfer O₂ yang membaik pada DO rendah menghasilkan pengurangan aliran udara ~30% sembari mempertahankan penurunan COD (Water Sci. Technol.).

Meta‑analisis menunjukkan upgrade ke aerasi “energy‑efficient” (mis. gelembung halus, kontrol DO, aerasi intermiten) lazimnya memberi penghematan listrik 10–25%, naik hingga ~50% pada skenario lanjut (MDPI; Energies). Penentu utama: setpoint DO rendah (1–2 mg/L) dan OTE tinggi agar udara—dan daya blower—yang dibutuhkan lebih sedikit (Water Sci. Technol.).

Baca juga: Pengolahan Limbah Secara Kimia

Aerator efisiensi tinggi dan kendali DO

Aerator gelembung halus—terutama difuser membran—mendorong lompatan OTE. Difuser membran berpori halus menghasilkan gelembung 2–4 mm yang mengambang lebih lama, sehingga OTE bisa dua kali lipat dibanding sistem gelembung kasar; artinya aliran udara dan daya blower bisa sekitar separuh untuk dosis O₂ yang sama. Dengan kendali waktu nyata—sensor DO dan variable‑frequency drive (VFD, pengatur kecepatan)—aliran udara diturunkan ke level minimum yang dibutuhkan. Studi kasus menunjukkan migrasi dari aerasi permukaan/gelembung kasar ke gelembung halus plus kontrol DO memangkas energi aerasi sekitar 10–30% (Water Sci. Technol.; MDPI).

Contoh upgrade: sebuah pabrik pulp mengganti aerator permukaan/gelembung kasar dengan difuser membran gelembung halus dan kontrol balik DO, dan melihat penurunan ~25% konsumsi kW aerasi dengan kualitas efluen tetap terjaga—selaras dengan temuan pemborosan O₂ >50% oleh Sandberg (Water Sci. Technol.). Twi‑Yeboah dkk. menekankan pengoperasian bak aerasi pada DO 1–2 mg/L (alih‑alih 3–4 mg/L) untuk mempertahankan OTE tinggi sekaligus menghindari over‑aeration (Water Sci. Technol.; Energies).

Blower efisiensi tinggi dan kendali kecepatan

Karena aerasi digerakkan blower, efisiensi blower adalah tuas kedua paling besar. Blower konvensional tipe positive displacement (Roots/rotary lobe) cenderung berkecepatan tetap dan kehilangan mekanik tinggi. Generasi baru turbo blower sentrifugal berkecepatan tinggi dengan VFD dan motor modern (mis. switched‑reluctance atau bantalan magnet) mampu mencapai efisiensi 70–85% vs ~50–65% pada unit lama—sehingga penggantian tipikal memangkas energi blower ~15–25%.

Data industri menegaskan konteksnya: bila blower aerasi memegang 40–75% energi pabrik (Plant Services), maka kenaikan efisiensi blower 20% saja dapat memangkas total daya pabrik 8–15%. Contoh konkret: sebuah WWTP munisipal di AS mengganti satu Roots 350 hp (plus satu 250 hp) dengan 300 hp turbo blower berbantalan magnet yang memenuhi kebutuhan udara sama dengan ~20% konsumsi energi lebih rendah (E3TNW; E3TNW). Kategori turbo modern (sering oil‑free, motor magnet permanen) menawarkan turndown lebar dan kontrol cerdas; penilaian efisiensi E3TNW menunjukkan ~20% penghematan vs mesin lama (E3TNW). Di praktik, pemasangan VFD pada blower apa pun (Roots atau turbo) memberi reduksi energi yang proporsional.

Intinya: investasi pada blower maju (turbo/gearless + VFD) secara konsisten memangkas energi aerasi dua digit persentase dan umumnya kembali modal dalam beberapa tahun pada tarif listrik industri.

Perlakuan anaerobik dan produksi biogas

Anaerobic digestion (AD, pendegradasian tanpa oksigen) mengubah beban organik menjadi biogas kaya metana. Limbah pulp & paper berkadar COD tinggi cocok untuk AD. Studi lapangan/pilot melaporkan penghilangan COD 80–90% dengan reaktor UASB (upflow anaerobic sludge blanket) atau CSTR (continuously stirred tank reactor), menghasilkan CH₄ signifikan. Bakraoui dkk. (2019) mengoperasikan UASB mesofilik pada limbah pabrik kertas daur ulang dan meraih ~80,8% penurunan COD pada beban organik 7,3 g COD/L·hari; yield biogas 62,5 L/hari dari reaktor 70 L (~0,89 L gas per L reaktor·hari) dengan 73% CH₄—setara kira‑kira 0,09 Nm³ CH₄ per g COD yang dihilangkan (Biotechnology Reports/PMC).

AD efisien pada organic loading rate (OLR) tinggi; studi Maroko yang sama menemukan operasi optimal ~8 g COD/L·hari (PMC). Menjaga suhu mesofilik 30–40 °C dan menambah nutrien jejak diperlukan karena limbah pulp relatif rendah N/P. Di sini, suplai nutrien proses dapat diselaraskan melalui produk seperti /products/nutrient, dan inokulum bakteri dapat dibantu dengan /products/biological-booster. Selain efluen cair, padatan (paper sludge) juga cocok untuk AD; co‑digestion sludge pulp dengan limbah lain (mis. kotoran ternak) meningkatkan metana—satu studi di Indonesia melaporkan hingga 380 mL CH₄ per g VS (volatile solids) (Reaktor/UNDIP).

Implementasi AD mencakup pilihan reaktor UASB, EGSB (expanded granular sludge bed), atau pendekatan membran seperti anaerobic membrane bioreactor. Kategori biologis ini berada dalam lanskap sistem /products/waste-water-biological-digestion, dan untuk opsi berbasis membran juga terkait keluarga /products/membrane-bio-reactors-mbr. Catatan tantangan: waktu start‑up lebih lama (mingguan untuk membangun biomassa), serta kontrol sulfida/odoran atau senyawa toksik dalam efluen pulp. Namun, literatur menyimpulkan “the advantage of anaerobic treatment is that it produces biogas based on the substrate’s characteristics”—keunggulan AD adalah menghasilkan biogas sesuai karakteristik substrat (Frontiers in Environmental Science).

Baca juga: 

Penerapan Sistem Biofilter dalam Pengolahan Limbah Air

Pemanfaatan biogas untuk energi terbarukan

Biogas kaya metana (≈60–75% CH₄) dapat dimanfaatkan di lokasi: bahan bakar boiler (uap), combined heat & power (CHP) berbasis mesin, atau turbin gas. Nilai kalor biogas sekitar 6–7 kWh/m³ (~21–25 MJ/m³), sehingga setiap m³ yang dihasilkan setara kira‑kira 2,5 kWh listrik atau panas berguna. Dengan 80% penghilangan COD dari aliran limbah berkekuatan tinggi, pabrik skala menengah (≈50.000 kg BOD/hari) dapat menghasilkan kira‑kira 4–5 MWh energi biogas per hari—cukup untuk mengimbangi sebagian besar beban fasilitas.

Literatur menyebut biogas “is used for power generation or as a substitute for coal and other energy sources, ensuring self‑sufficiency in the wastewater treatment system” (MDPI/Water). Dalam praktik, konsumsi biogas di WWTP dapat mendekati net‑zero energy untuk segmen pengolahan. Perbandingan perusahaan: Asia Pulp & Paper melaporkan ~59% energi pabrik dari terbarukan seperti black liquor dan biomassa (APP/OKI); menambahkan biogas WWTP dapat mendorong angka ini lebih tinggi.

Kasus Indonesia dan dampak emisi

Contoh nyata: PT Indah Kiat (Serang) memasang AD di WWTP dalam proyek UN CDM dan memanfaatkan metana di boiler. Dokumen proyek mengestimasi reduksi ~28.782 tCO₂e per tahun dari penggantian bahan bakar fosil (UNFCCC/CDM). Di sisi aerasi, mengingat porsinya 40–75% dari energi WWTP (Plant Services), efisiensi blower dan kontrol DO tetap fondasi penghematan struktural yang memperbesar manfaat biogas.

Ringkasan teknis dan implikasi biaya

Garis besarnya konsisten di berbagai studi dan data industri: menargetkan aerasi/blower sebagai langkah pertama memberi penghematan dua digit (umumnya 10–30%, hingga ~50% pada kondisi lanjut) (Energies; MDPI). Memasang DO rendah (1–2 mg/L), memaksimalkan OTE, dan mengadopsi turbo blower ber-VFD memperkecil daya aerasi. Lalu, mengaplikasikan AD—baik UASB, EGSB, maupun reaktor membran anaerobik—mengonversi COD menjadi CH₄, menyuplai kembali energi bersih ke WWTP. Keseluruhannya menggeser WWTP menuju kemandirian energi.

baca juga: 

Pengertian dan Pengaruh TDS dan TSS Terhadap Kualitas Air

Sumber dan catatan data

Semua data dikutip dari jurnal terindeks, analisis industri, atau dokumen proyek resmi. Kutipan kunci: Sandberg (2010) melaporkan >50% energi aerasi pada efluen pulp & paper (Water Sci. Technol.); Twi‑Yeboah dkk. (2024) menunjukkan penghematan hingga ~50% dari aerasi lanjut (Energies; MDPI); Petersen (2015, Plant Services) mengkuantifikasi porsi energi blower 40–75% (Plant Services); E3TNW mendokumentasikan penghematan ~20% dari turbo blower (E3TNW); APP Group (2022) melaporkan 59% energi terbarukan (OKI); Indah Kiat (CDM 6619) mencatat ~28.782 tCO₂e/tahun pengurangan (UNFCCC); Bakraoui dkk. (2019) memaparkan kinerja UASB di limbah kertas daur ulang (PMC); Liang & Xu (2023) menegaskan peran biogas untuk kemandirian WWTP (MDPI/Water).

Source Metadata (tautan sesuai publikasi asli):

- Sandberg, M. (2010). Energy efficient aeration of wastewaters from the pulp and paper industry. Water Science & Technology 62(10):2364–2371 (iwaponline.com).

- Twi‑Yeboah, N.; Osei, D.; Dontoh, W.H.; Asamoah, G.A. (2024). Enhancing Energy Efficiency and Resource Recovery in WWTPs. Energies 17(13):3060. DOI:10.3390/en17133060 (mdpi.com; mdpi.com).

- Petersen, P. (2015). Select the correct blower technology for industrial wastewater. Plant Services, 18 Feb 2015 (plantservices.com).

- Northwest Energy Efficiency Alliance (2012). High Speed Turbo Blower for WWTP (E3T) (e3tnw.org).

- Bakraoui, M.; Karouach, F.; El Bari, H. (2019). Biogas production from recycled paper mill wastewater by UASB digester. Biotechnology Reports 25:e00402 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

- Liang, X.; Xu, Y. (2023). Sustainable Utilization of Pulp and Paper Wastewater. Water 15(24):4135 (mdpi.com).

- Asia Pulp & Paper Group (APP) (2022). Sustainability – Production (okipulppaper.co.id).

- UNFCCC (2012). Methane Recovery in Wastewater Treatment… PT Indah Kiat Serang (CDM Project 6619) (cdm.unfccc.int).