Limbah merupakan buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik (rumah tangga). Dimana masyarakat bermukim, disanalah berbagai jenis limbah akan dihasilkan. Limbah terdiri dari berbagai macam jenis yaitu limbah padat, gas dan cair. Agar limbah yg merupakan sisa buangan dapat dimanfaatkan kembali maka diperlukan suatu proses yang dapat merubah limbah menjadi suatu hal yang dapat dimanfaatkan.Sistem aerasi digunakan dengan maksud untuk mengurangi kebutuhan luas lahan dan meningkatkan proses pengolahan menjadi lebih cepat sekaligus meniadakan bau yang mungkin timbul akibat proses oksidasi yang tidak sempurna.Pada proses aerasi yaitu proses reduksi BOD (Biological Oxygen Demand) dan COD (Chemical Oxygen Demand) secara aerob digunakan aerator sebagai penghasil oksigen yaitu dengan cara menempatkan aerator di dalam kolam aerasi sehingga menghasilkan oksigen berupa buih udara yang tercampur dengan air.

Proses aerasi sangat penting terutama pada pengolahan limbah yang proses pengolahan biologinya memanfaatkan bakteri aerob. Bakteri aerob adalah kelompok bakteri yang mutlak memerlukan oksigen bebas untuk proses metabolismenya. Dengan tersedianya oksigen yang mencukupi selama proses biologi, maka bakteri-bakteri tersebut dapat bekerja dengan optimal. Hal ini akan bermanfaat dalam penurunan konsentrasi zat organik di dalam air limbah. Selain diperlukan untuk proses metabolisme bakteri aerob, kehadiran oksigen juga bermanfaat untuk proses oksidasi senyawa-senyawa kimia di dalam air limbah serta untuk menghilangkan bau. Aerasi dapat dilakukan secara alami, difusi, maupun mekanik.

Aerasi alami merupakan kontak antara air dan udara yang terjadi karena pergerakan air secara alami.  Beberapa metode yang cukup populer digunakan untuk meningkatkan aerasi alami antara lain menggunakan cascade aeratorwaterfalls, maupun cone tray aerator.

Pada aerasi secara difusi, sejumlah udara dialirkan ke dalam air limbah melalui diffuser.  Udara yang masuk ke dalam air limbah nantinya akan berbentuk gelembung-gelembung (bubbles). Gelembung yang terbentuk dapat berupa gelembung halus (fine bubbles) atau kasar (coarse bubbles). Hal ini tergantung dari jenis diffuser yang digunakan.

Aerasi secara mekanik atau dikenal juga dengan istilah mechanical agitation menggunakan proses pengadukan dengan suatu alat sehingga memungkinkan terjadinya kontak antara air dengan udara.

Memantau konsentrasi DO sudah pasti sangat berkaitan dengan aerasi. Aerasi yang dimaksud di sini mencakup suplai oksigen serta metode pelarutan oksigen ke dalam sistem activated sludge (mixing).Mixing dapat dilakukan dengan berbagai cara. Akan tetapi, dalam sistem activated sludge selalu diperlukan aerasi secara mekanik karena laju aliran gas oksigen murni yang masuk ke dalam sistem terlalu lambat sehingga sulit untuk menyeragamkan konsentrasi di dalam tangki.

Sebagai rule of thumb, kebutuhan oksigen dikatakan terpenuhi apabila konsentrasi DO di dalam reaktor biologi mencapai minimal 2 mg/L. Memang hal ini bisa saja berubah, tergantung kondisi limbah masing-masing instalasi. Saat konsentrasi DO berada di bawah nilai optimalnya, indikator pertama adalah munculnya bakteri berbentuk filamen dalam jumlah yang signifikan di dalam tangki aerasi. Komposisi mikroba akan didominasi oleh bakteri jenis ini sehingga mempengaruhi kemampuan lumpur untuk mengendap. Selama lumpur masih dapat dipisahkan dari efluen (di clarifier) maka masalah masih dapat diatasi dengan “membasmi” bakteri filamentous tersebut. Jika konsentrasi DO terus menurun, maka pertumbuhan bakteri filamen akan semakin meningkat lagi. Kondisi lanjutan seperti ini dapat menurunkan efisiensi pengolahan karena efluen akan menjadi keruh. Pada kondisi yang lebih parah, lumpur dapat berubah warna menjadi kehitaman dan akan muncul bau busuk akibat kondisi tangki yang telah berubah menjadi anaerob.

Pengamatan visual merupkan indikator yang baik, akan tetapi akan lebih baik lagi jika pemantauan konsentrasi DO dan kualitas efluen dilakukan sebagai tindakan pencegahan. Perlu diingat, peralatan yang dipakai untuk pemantauan DO tidak bisa diremehkan. Selalu gunakan alat ukur yang terawat dengan baik, bersih, dan rutin dikalibrasi untuk menjamin akurasi pengukuran. Memberi aerasi semaksimal mungkin memang akan menjamin tersedianya oksigen di dalam tangki. Namun, hal ini akan berdampak besar pada tingginya biaya operasional instalasi.

Tujuan proses Aerasi adalah mengontakkan semaksimal mungkin permukaan cairan dengan udara guna menaikkan jumlah oksigen yang terlarut di dalam air buangan sehingga berguna bagi kehidupan Agar perpindahan sesuatu zat / komponen dari satu medium ke medium yang lain berlangsung lebih efisien, maka yang terpenting adalah terjadinya turbulensi antara cairan dengan udara, sehingga tidak terjadi interface yang stagnan /diam antara cairan dan udara yang dapat menyebabkan laju perpindahan terhenti. Untuk memperoleh keadaan tersebut terdapat beberapa prinsip dasar alat aerasi yaitu :

1. Aerator Air Terjun umumnya terdiri dari :

a. Aerator Spray

b. Aerator Cascade

c. Aerator Multiple-Tray

2. Sistem Aerasi Difusi Udara

3. Aerator Mekanik

1. Aerator Air Terjun

a. Aaerator spray . Air dipaksa masuk melalui nozzle , seperti pada air mancur.

b. Aerator Cascade .Air disebarkan dengan cara mengalirkan pada lempengan tipis yang disusun seperti tangga atau sekat agar terjadi turbulensi untuk mencampur udara yang terabsorpsi dalam cairan dan agar cairan terangkat ke permukaan sehingga terjadi kontak dengan udara

c. Aerator Multiple Ttray cairan dialirkan ke bagian atas dari beberapa tahap tray yang berisi butiran medium seperti arang batu atau butiran keramik.Air teraerasi saat mengalir melalui medium yang ada pada tray,dan kumudian cairan jatuh dari tray

2. Aerasi Difusi Udara , udara dimasukkan ke dalam cairan yang akan diaerasi dalam bentuk gelembnung-gelembung yang naik melalui cairan tersebut. Ukuran gelembung bervariasi dari yang besar hingga yang halus, tergantung pada alat aerasinya. Alat aerasi yang umum adalah diffuser porous, diffuser non -porous dan diffuser U-tube.

3. Aerator Mekanik dihasilkan dengan cara memecah permukaan air limbah secara mekanik. Dengan timbulnya interface cairan-udara yang besar, maka terjadi perpindahan oksigen dari atmosfir ke dalam air

Pada sistem ini digunakan turbin system hybrid yang melibatkan impeller dan sumber udara. udara yang keluar dan bagian bawah impeler ,dipecah menjadi gelembung yang halus dan merembes keseluruh tangki akibat gerakan pompa pada impeler. Pada pengolahan air limbah proses aerasi diterapkan untuk menghilangkan senyawa organik dan non organic yang volatile, memberikan oksigen untuk proses biologi, dan meningkatkan kandungan oksigen pada air yang diolah

Kejelekan dan aerasi secara mekanik

a. Tidak sesuai untuk air buangan yang banyak

b. Luas yang dibutuhkan lebih besar dibandingkan dengan cam difusi

c. Mudah terjadi aliran pendek ( Short – circulting )

d. Kurang Flexsibel

e. Memerlukan power yang lebih besar

f. Periode aerasi lebih lama

g. Hasil kurang memuaskan

Fakor –faktor yang mempengaruhi aerasi

a. Kedalaman aerator

b. Jumlah deffuser

Waktu aerasi berkisar antar 3 – 18 jam dan tergantung pada :

a. Derajat kemurnian

b. Jumlah oksigen yang diinginkan

c. Kekuatan dari air buangan diukur dengan BOD

Untuk aerasi dengan difusi udara, tekanan udara yang dipakai berkisar antara 3 – 30 psi dan tergantung pada :

a. Kedalaman air buangan

b. Kehilangan air buangan

c. Laju alir yang diinginkan