01tanggal 02tanggal 03tanggal 04tanggal 05
Peralatan Proses Pabrik Reverse Osmosis Sistem Pengolahan Air Industri
Pengenalan Proyek
Prinsip sistem reverse osmosis
Pada suhu tertentu, membran semipermeabel digunakan untuk memisahkan air tawar dari air asin. Air tawar bergerak ke air asin melalui membran semipermeabel. Saat level cairan di sisi air asin ventrikel kanan naik, tekanan tertentu dihasilkan untuk mencegah air tawar dari ventrikel kiri bergerak ke sisi air asin, dan akhirnya keseimbangan tercapai. Tekanan keseimbangan saat ini disebut tekanan osmotik larutan, dan fenomena ini disebut osmosis. Jika tekanan eksternal yang melebihi tekanan osmotik diterapkan ke sisi air asin ventrikel kanan, air dalam larutan garam ventrikel kanan akan bergerak ke air tawar ventrikel kiri melalui membran semipermeabel, sehingga air tawar dapat dipisahkan dari air asin. Fenomena ini adalah kebalikan dari fenomena permeabilitas, yang disebut fenomena permeabilitas terbalik.
Dengan demikian, dasar dari sistem desalinasi reverse osmosis adalah
(1) Permeabilitas selektif membran semipermeabel, yaitu secara selektif melewatkan air tetapi tidak melewatkan garam;
(2) Tekanan eksternal ruang salin lebih besar daripada tekanan osmotik ruang salin dan ruang air tawar, yang memberikan gaya dorong bagi air untuk bergerak dari ruang salin ke ruang air tawar. Tekanan osmotik tipikal untuk beberapa larutan ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
Membran semipermeabel yang digunakan untuk memisahkan air tawar dari air asin disebut membran reverse osmosis. Membran reverse osmosis sebagian besar terbuat dari bahan polimer. Saat ini, membran reverse osmosis yang digunakan di pembangkit listrik termal sebagian besar terbuat dari bahan komposit poliamida aromatik.
Teknologi reverse osmosis RO (Reverse Osmosis) adalah teknologi pemisahan dan penyaringan membran yang didukung oleh perbedaan tekanan. Ukuran pori-porinya sekecil nanometer (1 nanometer = 10-9 meter). Di bawah tekanan tertentu, molekul H2O dapat melewati membran RO. Garam anorganik, ion logam berat, bahan organik, koloid, bakteri, virus, dan kotoran lain dalam sumber air tidak dapat melewati membran RO, sehingga air murni yang dapat melewatinya dan air pekat yang tidak dapat melewatinya dapat dibedakan secara ketat.
Dalam aplikasi industri, pabrik reverse osmosis menggunakan peralatan khusus untuk memfasilitasi proses reverse osmosis. Sistem reverse osmosis industri dirancang untuk mengolah air dalam jumlah besar dan digunakan dalam berbagai industri termasuk pertanian, farmasi, dan manufaktur. Peralatan yang digunakan dalam sistem ini dirancang khusus untuk memastikan bahwa proses reverse osmosis efisien dan efektif dalam memproduksi air tawar dari sumber air asin.
Proses reverse osmosis merupakan teknologi penting untuk desalinasi air laut, yang dapat menyediakan air tawar ke daerah-daerah yang kekurangan air atau yang sumber air tradisionalnya tercemar. Seiring dengan kemajuan peralatan dan teknologi reverse osmosis, proses ini tetap menjadi solusi utama untuk mengatasi kekurangan air dan masalah kualitas di seluruh dunia.
Karakteristik utama membran reverse osmosis:
Arah dan karakteristik pemisahan pemisahan membran
Membran reverse osmosis yang praktis adalah membran asimetris, terdapat lapisan permukaan dan lapisan pendukung, memiliki arah dan selektivitas yang jelas. Yang disebut direktivitas adalah menempatkan permukaan membran dalam air garam bertekanan tinggi untuk desalinasi, tekanan meningkatkan permeabilitas air membran, laju desalinasi juga meningkat; Ketika lapisan pendukung membran ditempatkan dalam air garam bertekanan tinggi, laju desalinasi hampir 0 dengan peningkatan tekanan, tetapi permeabilitas air meningkat pesat. Karena arahnya ini, tidak dapat digunakan secara terbalik saat diterapkan.
Karakteristik pemisahan reverse osmosis untuk ion dan bahan organik dalam air tidak sama, yang dapat diringkas sebagai berikut
(1) Bahan organik lebih mudah dipisahkan daripada bahan anorganik
(2) Elektrolit lebih mudah dipisahkan daripada non-elektrolit. Elektrolit dengan muatan tinggi lebih mudah dipisahkan, dan laju penghilangannya umumnya dalam urutan berikut. Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - untuk elektrolit, semakin besar molekulnya, semakin mudah dihilangkan.
(3) Laju penghilangan ion anorganik berkaitan dengan hidrat dan jari-jari ion terhidrasi dalam keadaan hidrasi ion. Semakin besar jari-jari ion terhidrasi, semakin mudah untuk dihilangkan. Urutan laju penghilangan adalah sebagai berikut:
Mg2+, Ca2+ > Li+ > Na+ > K+; F->C|->Br->NO3-
(4) Aturan pemisahan bahan organik polar:
Aldehida > Alkohol > Amina > Asam, amina tersier > Amina sekunder > Amina primer, asam sitrat > Asam tartarat > Asam malat > Asam laktat > Asam asetat
Kemajuan terkini dalam pengolahan gas buang menunjukkan kemajuan signifikan dalam mengatasi tantangan lingkungan sekaligus menyediakan peluang bagi bisnis untuk berkembang secara berkelanjutan dan ramah lingkungan. Solusi inovatif ini pasti akan memberikan dampak positif dalam bidang pengolahan gas buang dan perlindungan lingkungan dengan janjinya berupa efisiensi tinggi, biaya operasional rendah, dan nol polusi sekunder.
(5) Isomer berpasangan: tert- > Berbeda (iso-) > Zhong (sec-) > Asli (pri-)
(6) Kinerja pemisahan garam natrium dari bahan organik baik, sedangkan organisme fenol dan fenol menunjukkan pemisahan negatif. Ketika larutan berair dari zat terlarut organik polar atau non-polar, terdisosiasi atau tidak terdisosiasi dipisahkan oleh membran, gaya interaksi antara zat terlarut, pelarut dan membran menentukan permeabilitas selektif membran. Efek ini meliputi gaya elektrostatik, gaya pengikatan ikatan hidrogen, hidrofobisitas dan transfer elektron.
(7) Secara umum, zat terlarut memiliki pengaruh yang kecil terhadap sifat fisik atau sifat transfer membran. Hanya fenol atau beberapa senyawa organik dengan berat molekul rendah yang akan membuat selulosa asetat mengembang dalam larutan berair. Keberadaan komponen-komponen ini secara umum akan membuat aliran air membran berkurang, terkadang sangat banyak.
(8) Efek penghilangan nitrat, perklorat, sianida dan tiosianat tidak sebaik klorida, dan efek penghilangan garam amonium tidak sebaik garam natrium.
(9) Sebagian besar komponen dengan massa molekul relatif lebih besar dari 150, baik elektrolit maupun nonelektrolit, dapat dihilangkan dengan baik
Selain itu, membran reverse osmosis untuk hidrokarbon aromatik, sikloalkana, alkana dan natrium klorida urutan pemisahannya berbeda.
(2) Pompa Tekanan Tinggi
Dalam pengoperasian membran reverse osmosis, air perlu dikirim ke tekanan yang ditentukan oleh pompa bertekanan tinggi untuk menyelesaikan proses desalinasi. Saat ini, pompa bertekanan tinggi yang digunakan dalam pembangkit listrik termal memiliki bentuk sentrifugal, pendorong, dan sekrup serta bentuk lainnya, di antaranya, pompa sentrifugal multi-tahap adalah yang paling banyak digunakan. Ini dapat mencapai lebih dari 90% dan menghemat konsumsi energi. Jenis pompa ini dicirikan oleh efisiensi tinggi.
(3) Ontologi reverse osmosis
Badan reverse osmosis merupakan unit pengolahan air gabungan yang menggabungkan dan menghubungkan komponen membran reverse osmosis dengan pipa dalam susunan tertentu. Membran reverse osmosis tunggal disebut elemen membran. Sejumlah komponen membran reverse osmosis yang diindera dihubungkan secara seri sesuai dengan persyaratan teknis tertentu dan dirakit dengan cangkang membran reverse osmosis tunggal untuk membentuk komponen membran.
1. Elemen membran
Elemen membran reverse osmosis Unit dasar yang terbuat dari membran reverse osmosis dan material pendukung dengan fungsi penggunaan industri. Saat ini, elemen membran koil terutama digunakan di pembangkit listrik termal.
Saat ini, berbagai produsen membran memproduksi berbagai komponen membran untuk berbagai pengguna industri. Elemen membran yang diaplikasikan pada pembangkit listrik termal secara garis besar dapat dibagi menjadi: elemen membran reverse osmosis desalinasi air laut bertekanan tinggi; elemen membran reverse desalinasi air payau bertekanan rendah dan sangat rendah; elemen membran anti-fouling.
Persyaratan dasar untuk elemen membran adalah:
A. Kepadatan pengepakan film setinggi mungkin.
B. Tidak mudah terjadi polarisasi konsentrasi
C. Kemampuan anti polusi yang kuat
D. Mudah untuk membersihkan dan mengganti membran
E. Harganya murah
2.Cangkang membran
Bejana tekan yang digunakan untuk memuat elemen membran reverse osmosis dalam perangkat badan reverse osmosis disebut cangkang membran, juga dikenal sebagai "bejana tekan", unit manufakturnya adalah Haide Energy, setiap bejana tekan panjangnya sekitar 7 meter.
Cangkang film umumnya terbuat dari kain plastik yang diperkuat serat kaca epoksi, dan sikat luarnya adalah cat epoksi. Ada juga beberapa produsen produk untuk cangkang film baja tahan karat. Karena ketahanan korosi FRP yang kuat, sebagian besar pembangkit listrik termal memilih cangkang film FRP. Bahan bejana tekan adalah FRP.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sistem pengolahan air reverse osmosis:
Untuk kondisi sistem tertentu, fluks air dan laju desalinasi merupakan karakteristik membran reverse osmosis, dan ada banyak faktor yang mempengaruhi fluks air dan laju desalinasi badan reverse osmosis, terutama termasuk tekanan, suhu, laju pemulihan, salinitas influen dan nilai pH.
(1) Efek tekanan
Tekanan masuk membran reverse osmosis secara langsung memengaruhi fluks membran dan laju desalinasi membran reverse osmosis. Peningkatan fluks membran memiliki hubungan linier dengan tekanan masuk reverse osmosis. Laju desalinasi memiliki hubungan linier dengan tekanan masuk, tetapi ketika tekanan mencapai nilai tertentu, kurva perubahan laju desalinasi cenderung datar dan laju desalinasi tidak lagi meningkat.
(2) Efek suhu
Laju desalinasi menurun seiring dengan peningkatan suhu saluran masuk reverse osmosis. Namun, fluks hasil air meningkat hampir secara linear. Alasan utamanya adalah ketika suhu meningkat, viskositas molekul air menurun dan kemampuan difusi menjadi kuat, sehingga fluks air meningkat. Dengan peningkatan suhu, laju garam yang melewati membran reverse osmosis akan dipercepat, sehingga laju desalinasi akan berkurang. Suhu air baku merupakan indeks referensi penting untuk desain sistem reverse osmosis. Misalnya, ketika pembangkit listrik sedang menjalani transformasi teknis rekayasa reverse osmosis, suhu air baku dalam desain dihitung menurut 25℃, dan tekanan saluran masuk yang dihitung adalah 1,6MPa. Namun, suhu air dalam operasi sistem yang sebenarnya hanya 8℃, dan tekanan saluran masuk harus ditingkatkan menjadi 2,0MPa untuk memastikan aliran air tawar yang dirancang. Akibatnya, konsumsi energi operasi sistem meningkat, umur cincin segel internal komponen membran perangkat reverse osmosis diperpendek, dan jumlah pemeliharaan peralatan meningkat.
(3) Efek kandungan garam
Konsentrasi garam dalam air merupakan indikator penting yang memengaruhi tekanan osmotik membran, dan tekanan osmotik membran meningkat seiring dengan peningkatan kandungan garam. Jika tekanan masuk reverse osmosis tetap tidak berubah, kandungan garam dalam air masuk meningkat. Karena peningkatan tekanan osmotik mengimbangi sebagian gaya masuk, fluks menurun dan laju desalinasi juga menurun.
(4) Pengaruh tingkat pemulihan
Peningkatan laju pemulihan sistem reverse osmosis akan menyebabkan kadar garam yang lebih tinggi pada air masuk elemen membran di sepanjang arah aliran, yang mengakibatkan peningkatan tekanan osmosis. Ini akan mengimbangi efek pendorong tekanan air masuk reverse osmosis, sehingga mengurangi fluks hasil air. Peningkatan kadar garam dalam air masuk elemen membran menyebabkan peningkatan kadar garam dalam air tawar, sehingga mengurangi laju desalinasi. Dalam desain sistem, laju pemulihan maksimum sistem reverse osmosis tidak bergantung pada batasan tekanan osmosis, tetapi sering kali bergantung pada komposisi dan kadar garam dalam air baku, karena dengan peningkatan laju pemulihan, garam mikrolarut seperti kalsium karbonat, kalsium sulfat, dan silikon akan terskala dalam proses konsentrasi.
(5) Pengaruh nilai pH
Kisaran pH yang berlaku untuk berbagai jenis elemen membran sangat bervariasi. Misalnya, fluks air dan laju desalinasi membran asetat cenderung stabil dalam kisaran nilai pH 4-8, dan sangat terpengaruh dalam kisaran nilai pH di bawah 4 atau lebih tinggi dari 8. Saat ini, sebagian besar bahan membran yang digunakan dalam pengolahan air industri adalah bahan komposit, yang beradaptasi dengan kisaran nilai pH yang luas (nilai pH dapat dikontrol dalam kisaran 3~10 dalam operasi berkelanjutan, dan fluks membran dan laju desalinasi dalam kisaran ini relatif stabil.
Metode pra-pengolahan membran reverse osmosis:
Filtrasi membran reverse osmosis berbeda dengan filtrasi filter bed filter, filter bed adalah filtrasi penuh, yaitu air baku melewati seluruh lapisan filter. Filtrasi membran reverse osmosis adalah metode filtrasi aliran silang, yaitu sebagian air dalam air baku melewati membran dalam arah vertikal bersama membran. Pada saat ini, garam dan berbagai polutan dicegat oleh membran, dan dibawa oleh sisa air baku yang mengalir sejajar dengan permukaan membran, tetapi polutan tidak dapat dikeluarkan sepenuhnya. Seiring berjalannya waktu, polutan sisa akan membuat polusi elemen membran lebih serius. Dan semakin tinggi polutan air baku dan tingkat pemulihan, semakin cepat polusi membran.
1. Kontrol skala
Bila garam yang tidak larut dalam air baku terus terkonsentrasi dalam elemen membran dan melampaui batas kelarutannya, garam tersebut akan mengendap di permukaan membran reverse osmosis, yang disebut "pengerasan". Bila sumber air ditentukan, seiring dengan meningkatnya laju pemulihan sistem reverse osmosis, risiko pengerasan pun meningkat. Saat ini, sudah menjadi kebiasaan untuk meningkatkan laju daur ulang karena kekurangan air atau dampak lingkungan dari pembuangan air limbah. Dalam hal ini, langkah-langkah pengendalian kerak yang cermat sangatlah penting. Dalam sistem reverse osmosis, garam tahan api yang umum adalah CaCO3, CaSO4, dan Si02, dan senyawa lain yang dapat menghasilkan kerak adalah CaF2, BaS04, SrS04, dan Ca3(PO4)2. Metode umum penghambatan kerak adalah dengan menambahkan penghambat kerak. Penghambat kerak yang digunakan dalam bengkel saya adalah Nalco PC191 dan Europe and America NP200.
2. Pengendalian kontaminasi koloid dan partikel padat
Pengotoran koloid dan partikel dapat secara serius mempengaruhi kinerja elemen membran reverse osmosis, seperti pengurangan yang signifikan dalam keluaran air tawar, terkadang juga mengurangi laju desalinasi, gejala awal pengotoran koloid dan partikel adalah peningkatan perbedaan tekanan antara saluran masuk dan saluran keluar komponen membran reverse osmosis.
Cara paling umum untuk menilai koloid dan partikel air dalam elemen membran reverse osmosis adalah dengan mengukur nilai SDI air, terkadang disebut nilai F (indeks polusi), yang merupakan salah satu indikator penting untuk memantau operasi sistem praperlakuan reverse osmosis.
SDI (silt density index) adalah perubahan kecepatan penyaringan air per satuan waktu untuk menunjukkan pencemaran kualitas air. Jumlah koloid dan partikulat dalam air akan memengaruhi ukuran SDI. Nilai SDI dapat ditentukan dengan instrumen SDI.
3. Pengendalian kontaminasi mikroba membran
Mikroorganisme dalam air baku terutama meliputi bakteri, alga, jamur, virus, dan organisme tingkat tinggi lainnya. Dalam proses reverse osmosis, mikroorganisme dan nutrisi terlarut dalam air akan terus terkonsentrasi dan diperkaya dalam elemen membran, yang menjadi lingkungan dan proses ideal untuk pembentukan biofilm. Kontaminasi biologis pada komponen membran reverse osmosis akan sangat memengaruhi kinerja sistem reverse osmosis. Perbedaan tekanan antara saluran masuk dan saluran keluar komponen reverse osmosis meningkat dengan cepat, yang mengakibatkan penurunan hasil air dari komponen membran. Terkadang, kontaminasi biologis akan terjadi pada sisi produksi air, yang mengakibatkan kontaminasi air produk. Misalnya, dalam pemeliharaan perangkat reverse osmosis di beberapa pembangkit listrik termal, lumut hijau ditemukan pada elemen membran dan pipa air tawar, yang merupakan polusi mikroba yang khas.
Setelah elemen membran terkontaminasi oleh mikroorganisme dan menghasilkan biofilm, pembersihan elemen membran menjadi sangat sulit. Selain itu, biofilm yang tidak dihilangkan secara menyeluruh akan menyebabkan pertumbuhan mikroorganisme kembali dengan cepat. Oleh karena itu, pengendalian mikroorganisme juga merupakan salah satu tugas terpenting dari pra-pengolahan, terutama untuk sistem pra-pengolahan reverse osmosis yang menggunakan air laut, air permukaan, dan air limbah sebagai sumber air.
Metode utama untuk mencegah mikroorganisme membran adalah: klorin, pengolahan mikrofiltrasi atau ultrafiltrasi, oksidasi ozon, sterilisasi ultraviolet, penambahan natrium bisulfit. Metode yang umum digunakan dalam sistem pengolahan air pembangkit listrik termal adalah klorinasi sterilisasi dan teknologi pengolahan air ultrafiltrasi sebelum reverse osmosis.
Sebagai agen sterilisasi, klorin mampu menonaktifkan banyak mikroorganisme patogen dengan cepat. Efisiensi klorin bergantung pada konsentrasi klorin, pH air, dan waktu kontak. Dalam aplikasi teknik, residu klorin dalam air umumnya dikontrol pada lebih dari 0,5~1,0mg, dan waktu reaksi dikontrol pada 20~30 menit. Dosis klorin perlu ditentukan dengan debugging, karena bahan organik dalam air juga akan mengonsumsi klorin. Klorin digunakan untuk sterilisasi, dan nilai pH praktis terbaik adalah 4~6.
Penggunaan klorinasi dalam sistem air laut berbeda dengan yang ada di air payau. Biasanya terdapat sekitar 65mg bromin di air laut. Ketika air laut diolah secara kimia dengan hidrogen, air laut akan bereaksi terlebih dahulu dengan asam hipoklorit untuk membentuk asam hipobrom, sehingga efek bakterisidanya adalah asam hipoklorit daripada asam hipoklorit, dan asam hipobrom tidak akan terurai pada nilai pH yang lebih tinggi. Oleh karena itu, efek klorinasi lebih baik daripada di air payau.
Karena elemen membran bahan komposit memiliki persyaratan tertentu terhadap residu klorin dalam air, maka perlu dilakukan perawatan pengurangan deklorinasi setelah sterilisasi klorin.
4. Pengendalian Pencemaran Organik
Penyerapan bahan organik pada permukaan membran akan menyebabkan penurunan fluks membran, dan pada kasus yang parah, akan menyebabkan hilangnya fluks membran yang tidak dapat diubah kembali dan mempengaruhi masa pakai praktis membran.
Untuk air permukaan, sebagian besar airnya merupakan produk alami, melalui proses pengolahan gabungan antara koagulasi, koagulasi, filtrasi DC, dan filtrasi karbon aktif, dapat mengurangi kadar bahan organik dalam air secara signifikan, sehingga memenuhi kebutuhan air reverse osmosis.
5. Kontrol polarisasi konsentrasi
Dalam proses reverse osmosis, terkadang terdapat gradien konsentrasi tinggi antara air pekat pada permukaan membran dan air yang masuk, yang disebut polarisasi konsentrasi. Ketika fenomena ini terjadi, lapisan dengan konsentrasi yang relatif tinggi dan relatif stabil yang disebut "lapisan kritis" akan terbentuk pada permukaan membran, yang menghambat penerapan proses reverse osmosis yang efektif. Hal ini karena polarisasi konsentrasi akan meningkatkan tekanan permeabel larutan pada permukaan membran, dan gaya pendorong proses reverse osmosis akan berkurang, yang mengakibatkan penurunan hasil air dan laju desalinasi. Ketika polarisasi konsentrasi serius, beberapa garam yang sedikit terlarut akan mengendap dan bersisik pada permukaan membran. Untuk menghindari polarisasi konsentrasi, metode yang efektif adalah membuat aliran air pekat selalu mempertahankan keadaan turbulen, yaitu dengan meningkatkan laju aliran masuk untuk meningkatkan laju aliran air pekat, sehingga konsentrasi garam mikro terlarut pada permukaan membran berkurang ke nilai terendah; Selain itu, setelah alat pengolah air reverse osmosis dimatikan, air pekat di sisi air pekat yang diganti harus segera dicuci.
deskripsi2