Pengaruh Debit Gas (QG) dan Geometri Tangki pada Optimasi Kinerha MicroBubble Generator (MBG)

Louise Tuahta Perangin Angin, Dr. Ir. Sri Puji Saraswati, DIC., M.Sc., IPM.

2026 | Tesis | S2 Teknik Sipil

Dalam pengolahan air limbah, aerasi mengonsumsi hingga 48% total energi listrik karena difuser konvensional menghasilkan gelembung makro berkecepatan naik tinggi, sehingga waktu kontak singkat dan transfer oksigen tidak efisien. Penelitian ini menguji MBG tipe venturi dan porous-venturi sebagai alternatif difuser konvensional yang rentan penyumbatan. Berbeda dengan difuser pasif, MBG venturi memanfaatkan turbulensi aliran cairan berkecepatan tinggi untuk memecah gelembung menjadi mikro, sehingga memperbesar luas permukaan kontak dan memperpanjang waktu tinggal. Pengujian memvariasikan dua geometri tangki (vertikal dan horizontal), dua tipe aerator (Venturi dan Porous-Venturi), serta lima debit gas (Q_G 0,3–1,5 L/min) dengan debit air tetap 80 L/min. Metode unsteady-state reaeration mengacu pada standar ASCE (2007) digunakan dalam tangki uji 200 L, dengan oksigen terlarut diukur kontinu hingga jenuh untuk memperoleh kurva transfer oksigen. Kinerja dievaluasi melalui parameter K_La, SOTR, dan SAE serta dianalisis secara statistik pada taraf kepercayaan 95%. Konfigurasi Vertikal Porous pada Q_G 1,5L/min menghasilkan kinerja terbaik dengan K_La 2,54 jam?¹, SOTR 0,00461 kgO?/jam, dan SAE 0,0585 kgO?/kWh. Media berpori memberikan pengaruh lebih dominan dibandingkan geometri, dengan Porous-Venturi signifikan mengungguli Venturi biasa pada Q_G ? 0,9L/min (p<0>diminishing returns teridentifikasi pada Horizontal di atas Q_G 1,2L/min, dengan penurunan K_La 14,7?n SOTR 14,6% akibat koalesensi gelembung pada aliran horizontal. Nilai K_La maksimum MBG (2,54 jam?¹) kompetitif dengan difuser seperti ceramic diffuser (3,69 jam?¹) dan tube porous (2,24 jam?¹). Secara ekonomi, penggunaan MBG menghemat biaya listrik tahunan sebesar Rp193,9 juta atau 76% dibandingkan blower konvensional, dengan total biaya investasi dan operasi pada tahun pertama hanya mencapai 24?ri total biaya blower. Dengan demikian, MBG tipe Porous-Venturi layak dikembangkan sebagai alternatif aerasi yang efisien dan fleksibel.

In wastewater treatment, aeration consumes up to 48% of total electrical energy because conventional diffusers generate macro-bubbles with high rising velocity, leading to short contact time and inefficient oxygen transfer. This study examines Microbubble Generator (MBG) of venturi and porous-venturi types as an alternative to conventional diffusers which are prone to clogging. Unlike passive diffusers, the venturi MBG utilizes turbulence and shear stress from high-velocity liquid flow to actively break bubbles into microbubbles, thereby enlarging the specific surface area and extending residence time. The experiment varied two tank geometries (vertical and horizontal), two aerator types (Venturi and Porous-Venturi), and five gas flow rates (Q_G 0.3–1.5L/min) at a fixed liquid flow rate. The unsteady-state reaeration method, following the ASCE (2007) standard, was applied in a 200L test tank, where dissolved oxygen (DO) was continuously measured until saturation to obtain the oxygen transfer curve. Performance was evaluated using K_La, SOTR, and SAE parameters, and analyzed statistically at a 95% confidence level. The Vertical Porous (VP) configuration at Q_G 1.5L/min exhibited the best performance, with K_La of 2.54h?¹, SOTR of 0.00461kgO?/h, and SAE of 0.0585 kgO?/kWh. The porous media exerted a more dominant influence than geometry, with Porous-Venturi significantly outperforming standard Venturi at Q_G ? 0.9 L/min (p < 0>G 1.2L/min, with K_La and SOTR decreasing by 14.7% and 14.6%, respectively, attributed to bubble coalescence in horizontal flow. The maximum K_La of the MBG (2.54h?¹) is competitive with advanced diffusers such as ceramic diffusers (3.69h?¹) and porous tubes (2.24h?¹). Economically, MBG utilization saves annual electricity costs by Rp 193.9 million (76%) compared to conventional blowers, with the total investment and operational cost in the first year reaching only 24% of the total blower cost. Therefore, the Porous-Venturi MBG is feasible to be developed as an efficient and flexible aeration alternative.

Kata Kunci : Microbubble Generator, porous-venturi, KLa, SOTR, SAE, diminishing returns