Pengolahan air limbah anaerobik menggunakan agen biologis di lingkungan bebas oksigen untuk menghilangkan kotoran dari air limbah. Setelah menjalani perawatan seperti itu, air dapat dengan aman dilepaskan kembali ke lingkungan. Agen biologis yang digunakan dalam proses ini adalah mikroorganisme yang mengkonsumsi atau memecah bahan biodegradable dalam lumpur, atau bagian padat dari air limbah setelah disaring dari air yang tercemar.
Pengolahan air limbah anaerobik juga dikenal sebagai pencernaan anaerobik karena aksi mikroorganisme. Artinya, mereka pada dasarnya “mencerna” bagian air yang tercemar. Cara terbaik untuk mengurangi jumlah sisa bahan organik dalam hal-hal seperti limbah dan sisa makanan, pencernaan anaerobik biasanya merupakan komponen dari sistem pengolahan air limbah biologis.
Biasanya, proses anaerobik berlangsung di tangki tertutup, yang terletak di atas atau di bawah tanah. Selama tahap awal penguraian lumpur, mikroorganisme, yang sebagian besar adalah bakteri, mengubah limbah menjadi asam organik, amonia, hidrogen, dan karbon dioksida. Pada tahap akhir pengolahan air limbah anaerobik, sisa-sisa lumpur diubah, oleh mikroorganisme bersel tunggal yang dikenal sebagai metanogen, menjadi biogas yang terdiri dari metana dan karbon dioksida.
Manfaat tambahan dari pengolahan air limbah anaerobik adalah pengurangan emisi gas. Biogas yang dihasilkan dari pengolahan air limbah anaerobik sebenarnya dapat dimanfaatkan dan digunakan sebagai sumber listrik alternatif untuk memasak, penerangan, pemanas dan bahan bakar mesin. Dengan kata lain, dengan menangkap dan memanfaatkan metana dan karbon dioksida yang dihasilkan oleh pencernaan anaerobik, biogas tidak dilepaskan ke atmosfer.
Banyak komunitas ilmiah percaya bahwa konsentrasi tinggi metana dan karbon dioksida, juga dikenal sebagai gas rumah kaca, di atmosfer bumi, berkontribusi pada proses pemanasan global. Teori ini, yang dikenal sebagai efek rumah kaca, mendalilkan bahwa gas-gas ini memerangkap panas dari matahari di atmosfer, sehingga meningkatkan suhu global. Meskipun teori tersebut menimbulkan beberapa kontroversi, penggunaan biogas sebagai alternatif bahan bakar fosil memiliki beberapa aplikasi praktis.
Di negara berkembang, program yang didanai pemerintah tersedia untuk membantu memberi daya pada satu rumah dan peternakan dengan biogas yang dihasilkan oleh pencernaan anaerobik di tempat. PBB juga menawarkan dana untuk program pencernaan anaerobik di negara berkembang, asalkan tersedia bukti pengurangan emisi gas.
Di Amerika Serikat, pengolahan air limbah anaerobik biasanya merupakan bagian dari instalasi pengolahan air limbah kota. Namun, pencernaan anaerobik juga digunakan oleh rumah keluarga tunggal di daerah yang tidak terhubung ke sistem kota dan oleh bisnis dengan fasilitas pengolahan air limbah di tempat.