- Pengolahan Gas Limbah
- Pengolahan Lumpur
- Pengolahan Air
- Tipe Kotak Pemurnian Air Portabel - Sistem RO
- Sistem osmosis balik baja tahan karat
- Sistem Pengolahan Air Kontainer
- Sistem desalinasi air laut
- Sistem Pengolahan Air UF
- Sistem Pengolahan Air NF
- Sistem Pengolahan Air EDI dll
- Jalur Pengisian Air Botol/Ember/Kantong
- Sistem Pengolahan Air Limbah MBR
- Pengolahan air yang komprehensif
01020304tanggal 05
Sistem Osmosis Terbalik Industri
Pengenalan Proyek
Prinsip sistem osmosis terbalik
Pada suhu tertentu, membran semipermeabel digunakan untuk memisahkan air tawar dari air asin. Air tawar bergerak ke air asin melalui membran semipermeabel. Ketika 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 pada saat ini disebut tekanan osmotik larutan, dan fenomena ini disebut osmosis. Jika tekanan eksternal yang melebihi tekanan osmotik diterapkan pada 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 membiarkan air masuk tetapi tidak membiarkan garam masuk;
(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 osmosis terbalik. Membran osmosis terbalik sebagian besar terbuat dari bahan polimer. Saat ini, membran osmosis terbalik yang digunakan di pembangkit listrik termal sebagian besar terbuat dari bahan komposit poliamida aromatik.
Teknologi osmosis balik RO (Reverse Osmosis) adalah teknologi pemisahan dan filtrasi membran yang ditenagai oleh perbedaan tekanan. Ukuran pori-porinya sekecil nanometer (1 nanometer = 10⁻⁴ meter). Di bawah tekanan tertentu, molekul H₂O dapat melewati membran RO. Garam anorganik, ion logam berat, bahan organik, koloid, bakteri, virus, dan pengotor lain dalam air sumber tidak dapat melewati membran RO, sehingga air murni yang dapat melewatinya dan air pekat yang tidak dapat melewatinya dapat dibedakan secara jelas.
Dalam aplikasi industri, instalasi osmosis balik menggunakan peralatan khusus untuk memfasilitasi proses osmosis balik. Sistem osmosis balik industri dirancang untuk mengolah air dalam volume besar dan digunakan di berbagai industri, termasuk pertanian, farmasi, dan manufaktur. Peralatan yang digunakan dalam sistem ini dirancang khusus untuk memastikan efisiensi dan efektivitas proses osmosis balik dalam menghasilkan air tawar dari sumber air asin.
Proses osmosis terbalik merupakan teknologi penting untuk desalinasi air laut, yang dapat menyediakan air bersih bagi daerah-daerah yang kekurangan air atau sumber air tradisional yang tercemar. Seiring kemajuan peralatan dan teknologi osmosis terbalik, proses ini tetap menjadi solusi utama untuk mengatasi kekurangan air dan masalah kualitas di seluruh dunia.
Karakteristik utama membran osmosis terbalik:
Arah dan karakteristik pemisahan membran
Membran osmosis balik praktis adalah membran asimetris, dengan lapisan permukaan dan lapisan pendukung yang jelas arah dan selektivitasnya. Direktivitas ini disebut dengan menempatkan permukaan membran dalam larutan garam bertekanan tinggi untuk desalinasi. Tekanan tersebut meningkatkan permeabilitas air membran, sehingga laju desalinasi juga meningkat. Ketika lapisan pendukung membran ditempatkan dalam larutan garam bertekanan tinggi, laju desalinasi mendekati 0 seiring dengan peningkatan tekanan, tetapi permeabilitas airnya meningkat pesat. Karena arah ini, membran tidak dapat digunakan secara terbalik.
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 pemisahannya umumnya mengikuti urutan berikut. Fe3+ > Ca2+ > Na+ PO43- > S042- > C| - Untuk elektrolit, semakin besar molekulnya, semakin mudah pemisahannya.
(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 memberikan peluang bagi bisnis untuk berkembang secara berkelanjutan dan ramah lingkungan. Solusi inovatif ini pasti akan memberikan dampak positif di bidang pengolahan gas buang dan perlindungan lingkungan dengan janji efisiensi tinggi, biaya operasional rendah, dan nol polusi sekunder.
(5) Isomer berpasangan: tert- > Berbeda (iso-) > Zhong (sec-) > Asli (pri-)
(6) Kinerja pemisahan garam natrium bahan organik baik, sementara fenol dan organisme 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-efek ini meliputi gaya elektrostatik, gaya pengikat ikatan hidrogen, hidrofobisitas, dan transfer elektron.
(7) Umumnya, zat terlarut memiliki pengaruh yang kecil terhadap sifat fisik atau sifat transfer membran. Hanya fenol atau beberapa senyawa organik dengan berat molekul rendah yang dapat menyebabkan selulosa asetat mengembang dalam larutan air. Keberadaan komponen-komponen ini umumnya akan menyebabkan fluks air membran menurun, terkadang bahkan sangat berkurang.
(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 non-elektrolit, dapat dihilangkan dengan baik
Selain itu, membran osmosis terbalik untuk hidrokarbon aromatik, sikloalkana, alkana dan natrium klorida memiliki urutan pemisahan yang berbeda.
(2) Pompa Tekanan Tinggi
Dalam pengoperasian membran osmosis balik, air perlu dialirkan ke tekanan yang ditentukan oleh pompa bertekanan tinggi untuk menyelesaikan proses desalinasi. Saat ini, pompa bertekanan tinggi yang digunakan di pembangkit listrik termal memiliki berbagai bentuk, mulai dari sentrifugal, plunger, ulir, hingga bentuk lainnya. Di antara berbagai bentuk tersebut, pompa sentrifugal multi-tahap adalah yang paling banyak digunakan. Pompa ini dapat mencapai efisiensi lebih dari 90% dan menghemat konsumsi energi. Pompa jenis ini memiliki karakteristik efisiensi yang tinggi.
(3) Ontologi osmosis terbalik
Badan osmosis balik adalah unit pengolahan air gabungan yang menggabungkan dan menghubungkan komponen-komponen membran osmosis balik dengan pipa-pipa dalam suatu susunan tertentu. Sebuah membran osmosis balik tunggal disebut elemen membran. Sejumlah komponen membran osmosis balik yang disensor dihubungkan secara seri sesuai dengan persyaratan teknis tertentu dan dirakit dengan satu cangkang membran osmosis balik untuk membentuk komponen membran.
1. Elemen membran
Elemen membran osmosis balik. Unit dasar yang terbuat dari membran osmosis balik dan material pendukung dengan fungsi industri. Saat ini, elemen membran koil terutama digunakan di pembangkit listrik termal.
Saat ini, berbagai produsen membran memproduksi beragam komponen membran untuk berbagai industri. Elemen membran yang digunakan dalam pembangkit listrik termal secara garis besar dapat dibagi menjadi: elemen membran osmosis balik desalinasi air laut bertekanan tinggi; elemen membran osmosis balik desalinasi air payau bertekanan rendah dan sangat rendah; dan 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. Membran mudah dibersihkan dan diganti
E. Harganya murah
2.Cangkang membran
Bejana tekan yang digunakan untuk memuat elemen membran osmosis terbalik dalam perangkat badan osmosis terbalik disebut cangkang membran, juga dikenal sebagai unit manufaktur "bejana tekan" adalah energi Haide, setiap bejana tekan panjangnya sekitar 7 meter.
Cangkang film umumnya terbuat dari kain plastik yang diperkuat serat kaca epoksi, dan kuas luarnya terbuat dari 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 tekannya adalah FRP.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sistem pengolahan air reverse osmosis:
Untuk kondisi sistem tertentu, fluks air dan laju desalinasi merupakan karakteristik membran osmosis balik, dan terdapat banyak faktor yang mempengaruhi fluks air dan laju desalinasi badan osmosis balik, terutama termasuk tekanan, suhu, laju pemulihan, salinitas influen dan nilai pH.
(1) Efek tekanan
Tekanan masuk membran osmosis balik secara langsung memengaruhi fluks membran dan laju desalinasi membran osmosis balik. Peningkatan fluks membran memiliki hubungan linier dengan tekanan masuk osmosis balik. 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 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 berdasarkan 25℃, dan tekanan masuk yang dihitung adalah 1,6MPa. Namun, suhu air dalam operasi sistem yang sebenarnya hanya 8℃, dan tekanan masuk harus ditingkatkan menjadi 2,0MPa untuk memastikan aliran desain air tawar. Akibatnya, konsumsi energi operasi sistem meningkat, umur cincin segel internal komponen membran perangkat osmosis terbalik 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 kadar garam. Dengan kondisi tekanan masuk osmosis balik tetap sama, kadar garam dalam air masuk meningkat. Karena peningkatan tekanan osmotik mengimbangi sebagian gaya masuk, fluks berkurang dan laju desalinasi pun menurun.
(4) Pengaruh tingkat pemulihan
Peningkatan laju pemulihan sistem osmosis balik akan menyebabkan kadar garam yang lebih tinggi pada air masuk elemen membran di sepanjang arah aliran, sehingga menghasilkan peningkatan tekanan osmotik. Ini akan mengimbangi efek pendorong tekanan air masuk osmosis balik, 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 osmosis balik tidak bergantung pada batasan tekanan osmotik, 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. Sebagai contoh, fluks air dan laju desalinasi membran asetat cenderung stabil pada kisaran nilai pH 4-8, dan sangat terpengaruh pada kisaran nilai pH di bawah 4 atau di atas 8. Saat ini, sebagian besar material membran yang digunakan dalam pengolahan air industri adalah material komposit, yang beradaptasi dengan rentang nilai pH yang luas (nilai pH dapat dikontrol pada kisaran 3-10 dalam operasi kontinu, dan fluks membran serta laju desalinasi pada kisaran ini relatif stabil).
Metode pra-perlakuan membran osmosis terbalik:
Filtrasi membran osmosis terbalik berbeda dengan filtrasi filter bed. Filter bed adalah filtrasi penuh, yaitu air baku melewati seluruh lapisan filter. Filtrasi membran osmosis terbalik adalah metode filtrasi aliran silang, yaitu sebagian air baku melewati membran dalam arah vertikal. Pada saat ini, garam dan berbagai polutan dicegat oleh membran, dan dibawa oleh sisa air baku yang mengalir sejajar dengan permukaan membran, tetapi polutan tersebut tidak dapat sepenuhnya dikeluarkan. Seiring berjalannya waktu, polutan yang tersisa akan membuat polusi elemen membran semakin serius. Semakin tinggi polutan air baku dan tingkat pemulihannya, semakin cepat polusi membran.
1. Kontrol skala
Ketika garam tak larut dalam air baku terus terkonsentrasi di elemen membran dan melebihi batas kelarutannya, garam tersebut akan mengendap di permukaan membran osmosis balik, yang disebut "kerak". Ketika sumber air ditentukan, seiring dengan meningkatnya laju pemulihan sistem osmosis balik, risiko kerak pun meningkat. Saat ini, peningkatan laju daur ulang biasanya dilakukan karena kekurangan air atau dampak lingkungan dari pembuangan air limbah. Dalam hal ini, langkah-langkah pengendalian kerak yang cermat sangatlah penting. Dalam sistem osmosis balik, garam tahan api yang umum digunakan adalah CaCO3, CaSO4, dan SiO2, sementara senyawa lain yang dapat menghasilkan kerak adalah CaF2, BaS04, SrS04, dan Ca3(PO4)2. Metode umum untuk menghambat kerak adalah dengan menambahkan inhibitor kerak. Inhibitor kerak yang digunakan di 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 osmosis terbalik, seperti pengurangan 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 osmosis terbalik.
Cara paling umum untuk menilai koloid dan partikel air dalam elemen membran osmosis terbalik adalah dengan mengukur nilai SDI air, terkadang disebut nilai F (indeks polusi), yang merupakan salah satu indikator penting untuk memantau operasi sistem pra-perlakuan osmosis terbalik.
SDI (indeks kepadatan lumpur) adalah perubahan kecepatan filtrasi air per satuan waktu yang menunjukkan tingkat 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 osmosis balik, 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 osmosis balik akan sangat memengaruhi kinerja sistem osmosis balik. Perbedaan tekanan antara saluran masuk dan keluar komponen osmosis balik meningkat dengan cepat, mengakibatkan penurunan hasil air komponen membran. Terkadang, kontaminasi biologis akan terjadi pada sisi produksi air, yang mengakibatkan kontaminasi air produk. Misalnya, dalam pemeliharaan perangkat osmosis balik di beberapa pembangkit listrik termal, lumut hijau ditemukan pada elemen membran dan pipa air tawar, yang merupakan polusi mikroba yang umum.
Setelah elemen membran terkontaminasi oleh mikroorganisme dan membentuk biofilm, pembersihan elemen membran menjadi sangat sulit. Selain itu, biofilm yang tidak dihilangkan sepenuhnya akan menyebabkan pertumbuhan mikroorganisme kembali dengan cepat. Oleh karena itu, pengendalian mikroorganisme juga merupakan salah satu tugas terpenting dalam pra-perlakuan, terutama untuk sistem pra-perlakuan osmosis terbalik yang menggunakan air laut, air permukaan, dan air limbah sebagai sumber air.
Metode utama untuk mencegah mikroorganisme membran adalah: klorinasi, pengolahan mikrofiltrasi atau ultrafiltrasi, oksidasi ozon, sterilisasi ultraviolet, dan penambahan natrium bisulfit. Metode yang umum digunakan dalam sistem pengolahan air pembangkit listrik termal adalah klorinasi, sterilisasi, dan teknologi pengolahan air ultrafiltrasi sebelum osmosis terbalik.
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 lebih dari 0,5-1,0 mg, dan waktu reaksi dikontrol pada 20-30 menit. Dosis klorin perlu ditentukan dengan debugging, karena bahan organik dalam air juga akan menyerap klorin. Klorin digunakan untuk sterilisasi, dan nilai pH praktis terbaik adalah 4-6.
Penggunaan klorinasi dalam sistem air laut berbeda dengan yang digunakan di air payau. Biasanya terdapat sekitar 65 mg bromin dalam air laut. Ketika air laut diolah secara kimia dengan hidrogen, air tersebut akan bereaksi terlebih dahulu dengan asam hipoklorit membentuk asam hipobrom, sehingga efek bakterisidanya adalah asam hipoklorit, bukan 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 secara ireversibel dan mempengaruhi masa pakai praktis membran.
Untuk air permukaan, sebagian besar airnya merupakan produk alami, melalui proses pengolahan gabungan koagulasi, koagulasi, filtrasi DC, dan filtrasi karbon aktif, dapat mengurangi bahan organik dalam air secara signifikan, guna memenuhi kebutuhan air osmosis terbalik.
5. Kontrol polarisasi konsentrasi
Dalam proses osmosis balik, terkadang terdapat gradien konsentrasi yang tinggi antara air pekat di permukaan membran dan air masuk, yang disebut polarisasi konsentrasi. Ketika fenomena ini terjadi, lapisan dengan konsentrasi yang relatif tinggi dan relatif stabil, yang disebut "lapisan kritis", akan terbentuk di permukaan membran, yang menghambat efektivitas proses osmosis balik. Hal ini disebabkan oleh polarisasi konsentrasi yang akan meningkatkan tekanan permeabel larutan pada permukaan membran, sehingga daya dorong proses osmosis balik akan berkurang, sehingga mengakibatkan penurunan hasil air dan laju desalinasi. Ketika polarisasi konsentrasi parah, beberapa garam yang sedikit terlarut akan mengendap dan membentuk kerak di permukaan membran. Untuk menghindari polarisasi konsentrasi, metode yang efektif adalah menjaga aliran air pekat agar selalu berada dalam keadaan turbulen. Dengan kata lain, dengan meningkatkan laju aliran masuk, laju aliran air pekat akan meningkat, sehingga konsentrasi garam mikro terlarut di permukaan membran mencapai nilai terendah. Selain itu, setelah perangkat pengolahan air osmosis terbalik dimatikan, air pekat di sisi air pekat yang diganti harus segera dicuci.
deskripsi2