- Pengolahan Gas Buang
- Pengolahan Lumpur
- Pengolahan Air
- Kotak Pemurnian Air Portabel Tipe - Sistem RO
- Sistem osmosis balik baja tahan karat
- Sistem Pengolahan Air dalam 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 komprehensif
0102030405
Sistem Reverse Osmosis Industri
Pengantar Proyek
Prinsip sistem osmosis terbalik
Pada suhu tertentu, membran semipermeabel digunakan untuk memisahkan air tawar dari air garam. Air tawar bergerak ke air garam melalui membran semipermeabel. Saat permukaan cairan di sisi air garam ventrikel kanan naik, tekanan tertentu dihasilkan untuk mencegah air tawar dari ventrikel kiri bergerak ke sisi air garam, 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 garam 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 garam. Fenomena ini merupakan kebalikan dari fenomena permeabilitas, yang disebut fenomena permeabilitas terbalik.
Dengan demikian, dasar dari sistem desalinasi osmosis terbalik adalah
(1) Permeabilitas selektif membran semipermeabel, yaitu, secara selektif membiarkan air melewatinya tetapi tidak membiarkan garam melewatinya;
(2) Tekanan eksternal ruang garam lebih besar daripada tekanan osmotik ruang garam dan ruang air tawar, yang memberikan gaya penggerak bagi air untuk bergerak dari ruang garam ke ruang air tawar. Tekanan osmotik tipikal untuk beberapa larutan ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
Membran semipermeabel di atas 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 tenaga termal sebagian besar terbuat dari bahan komposit poliamida aromatik.
RO (Reverse Osmosis) adalah teknologi pemisahan dan penyaringan membran yang didukung oleh perbedaan tekanan. Ukuran porinya sekecil nanometer (1 nanometer = 10⁻⁹ meter). Di bawah tekanan tertentu, molekul H₂O dapat melewati membran RO, sedangkan garam anorganik, ion logam berat, zat organik, koloid, bakteri, virus, dan kotoran lainnya 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 terbalik menggunakan peralatan khusus untuk memfasilitasi proses osmosis terbalik. Sistem osmosis terbalik industri dirancang untuk mengolah volume air yang besar dan digunakan di berbagai industri termasuk pertanian, farmasi, dan manufaktur. Peralatan yang digunakan dalam sistem ini dirancang khusus untuk memastikan bahwa proses osmosis terbalik efisien dan efektif dalam menghasilkan air tawar dari sumber air asin.
Proses osmosis terbalik merupakan teknologi penting untuk desalinasi air laut, yang dapat menyediakan air tawar ke daerah-daerah yang kekurangan air atau di mana sumber air tradisional tercemar. Seiring kemajuan peralatan dan teknologi osmosis terbalik, proses ini tetap menjadi solusi utama untuk kekurangan air dan masalah kualitas air di seluruh dunia.
Karakteristik utama membran osmosis terbalik:
Arah dan karakteristik pemisahan membran
Membran osmosis balik praktis adalah membran asimetris, terdiri dari lapisan permukaan dan lapisan pendukung, sehingga memiliki arah dan selektivitas yang jelas. Yang disebut arah adalah ketika permukaan membran ditempatkan dalam larutan garam bertekanan tinggi untuk proses desalinasi, tekanan yang meningkat akan meningkatkan permeabilitas air membran, dan laju desalinasi juga meningkat; ketika lapisan pendukung membran ditempatkan dalam larutan garam bertekanan tinggi, laju desalinasi hampir nol dengan peningkatan tekanan, tetapi permeabilitas air meningkat secara signifikan. Karena arah ini, membran tidak dapat digunakan secara terbalik (reverse osmosis) ketika diaplikasikan.
Karakteristik pemisahan ion dan zat organik dalam air pada osmosis terbalik tidaklah 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 dalam urutan berikut: Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - untuk elektrolit, semakin besar molekulnya, semakin mudah dipisahkan.
(3) Tingkat penghilangan ion anorganik berhubungan dengan hidrat dan jari-jari ion terhidrasi dalam keadaan hidrasi ion. Semakin besar jari-jari ion terhidrasi, semakin mudah ion tersebut dihilangkan. Urutan tingkat 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 merupakan perkembangan signifikan dalam mengatasi tantangan lingkungan sekaligus memberikan peluang bagi bisnis untuk berkembang secara berkelanjutan dan ramah lingkungan. Solusi inovatif ini dipastikan akan memberikan dampak positif di bidang pengolahan gas buang dan perlindungan lingkungan dengan janji efisiensi tinggi, biaya operasional rendah, dan nol polusi sekunder.
(5) Pasangan isomer: tert- > Berbeda (iso-)> Zhong (sec-)> Asli (pri-)
(6) Kinerja pemisahan garam natrium dari bahan organik baik, sedangkan fenol dan senyawa 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 ikatan hidrogen, hidrofobisitas, dan transfer elektron.
(7) Secara umum, zat terlarut memiliki sedikit pengaruh terhadap sifat fisik atau sifat transfer membran. Hanya fenol atau beberapa senyawa organik dengan berat molekul rendah yang akan menyebabkan selulosa asetat mengembang dalam larutan berair. Keberadaan komponen-komponen ini umumnya akan menyebabkan fluks air membran menurun, 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 non-elektrolit, dapat dihilangkan dengan baik
Selain itu, membran osmosis balik untuk hidrokarbon aromatik, sikloalkana, alkana, dan urutan pemisahan natrium klorida berbeda.
(2) Pompa Tekanan Tinggi
Dalam pengoperasian membran osmosis terbalik, air perlu dipompa ke tekanan tertentu menggunakan pompa bertekanan tinggi untuk menyelesaikan proses desalinasi. Saat ini, pompa bertekanan tinggi yang digunakan di pembangkit listrik tenaga termal memiliki berbagai bentuk, seperti sentrifugal, pendorong, sekrup, dan lainnya. Di antara jenis pompa 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 ciri khas efisiensi tinggi.
(3) Ontologi osmosis terbalik
Unit osmosis terbalik adalah unit pengolahan air gabungan yang menggabungkan dan menghubungkan komponen membran osmosis terbalik dengan pipa dalam susunan tertentu. Satu membran osmosis terbalik disebut elemen membran. Sejumlah komponen membran osmosis terbalik dihubungkan secara seri sesuai dengan persyaratan teknis tertentu dan dirakit dengan satu cangkang membran osmosis terbalik untuk membentuk komponen membran.
1. Elemen membran
Elemen membran osmosis balik adalah unit dasar yang terbuat dari membran osmosis balik dan bahan pendukung dengan fungsi penggunaan industri. Saat ini, elemen membran koil terutama digunakan di pembangkit listrik tenaga termal.
Saat ini, berbagai produsen membran memproduksi beragam komponen membran untuk berbagai pengguna industri. Elemen membran yang diterapkan di pembangkit listrik tenaga termal secara garis besar dapat dibagi menjadi: elemen membran osmosis balik desalinasi air laut bertekanan tinggi; elemen membran balik desalinasi air payau bertekanan rendah dan sangat rendah; dan elemen membran anti-fouling.
Persyaratan dasar untuk elemen membran adalah:
A. Kepadatan pengemasan film setinggi mungkin.
B. Tidak mudah untuk melakukan 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 di dalam perangkat badan osmosis terbalik disebut cangkang membran, juga dikenal sebagai "bejana tekan", unit manufakturnya adalah Haide Energy, setiap bejana tekan memiliki panjang sekitar 7 meter.
Cangkang bejana tekan umumnya terbuat dari kain plastik yang diperkuat serat kaca epoksi, dan lapisan luarnya dicat dengan cat epoksi. Ada juga beberapa produsen produk untuk cangkang bejana tekan dari baja tahan karat. Karena ketahanan korosi FRP yang kuat, sebagian besar pembangkit listrik tenaga termal memilih cangkang bejana tekan FRP. Material bejana tekan adalah FRP.
Faktor-faktor yang memengaruhi kinerja sistem pengolahan air osmosis terbalik:
Untuk kondisi sistem tertentu, fluks air dan laju desalinasi merupakan karakteristik membran osmosis terbalik, dan terdapat banyak faktor yang memengaruhi fluks air dan laju desalinasi pada unit osmosis terbalik, terutama meliputi tekanan, suhu, tingkat pemulihan, salinitas air masuk, dan nilai pH.
(1) Efek tekanan
Tekanan masuk membran osmosis terbalik secara langsung memengaruhi fluks membran dan laju desalinasi membran osmosis terbalik. Peningkatan fluks membran memiliki hubungan linier dengan tekanan masuk osmosis terbalik. Laju desalinasi memiliki hubungan linier dengan tekanan masuk, tetapi ketika tekanan mencapai nilai tertentu, kurva perubahan laju desalinasi cenderung mendatar dan laju desalinasi tidak lagi meningkat.
(2) Pengaruh suhu
Laju desalinasi menurun seiring dengan peningkatan suhu air masuk pada sistem osmosis terbalik. Namun, fluks hasil air meningkat hampir secara linier. Alasan utamanya adalah ketika suhu meningkat, viskositas molekul air menurun dan kemampuan difusi menjadi kuat, sehingga fluks air meningkat. Dengan meningkatnya suhu, laju garam yang melewati membran osmosis terbalik akan dipercepat, sehingga laju desalinasi akan berkurang. Suhu air baku merupakan indeks referensi penting untuk desain sistem osmosis terbalik. Misalnya, ketika pembangkit listrik sedang menjalani transformasi teknologi rekayasa osmosis terbalik, suhu air baku dalam desain dihitung berdasarkan 25℃, dan tekanan masuk yang dihitung adalah 1,6MPa. Namun, suhu air dalam operasi aktual sistem hanya 8℃, dan tekanan masuk harus dinaikkan menjadi 2,0MPa untuk memastikan aliran air tawar sesuai desain. Akibatnya, konsumsi energi pengoperasian sistem meningkat, masa pakai cincin segel internal komponen membran perangkat osmosis terbalik menjadi lebih pendek, dan jumlah perawatan peralatan meningkat.
(3) Pengaruh kandungan garam
Konsentrasi garam dalam air merupakan indeks penting yang memengaruhi tekanan osmotik membran, dan tekanan osmotik membran meningkat seiring dengan peningkatan kandungan garam. Dalam kondisi tekanan masuk osmosis balik tetap tidak berubah, kandungan garam 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 osmosis terbalik akan menyebabkan kandungan garam yang lebih tinggi pada air masuk elemen membran sepanjang arah aliran, sehingga mengakibatkan peningkatan tekanan osmotik. Hal ini akan mengimbangi efek penggerak tekanan air masuk osmosis terbalik, sehingga mengurangi fluks hasil air. Peningkatan kandungan garam dalam air masuk elemen membran menyebabkan peningkatan kandungan garam dalam air tawar, sehingga mengurangi laju desalinasi. Dalam desain sistem, laju pemulihan maksimum sistem osmosis terbalik tidak bergantung pada batasan tekanan osmotik, tetapi seringkali bergantung pada komposisi dan kandungan garam dalam air baku, karena dengan peningkatan laju pemulihan, garam mikro-terlarut seperti kalsium karbonat, kalsium sulfat, dan silikon akan membentuk kerak 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 di atas 8. Saat ini, sebagian besar material membran yang digunakan dalam pengolahan air industri adalah material komposit, yang beradaptasi dengan kisaran nilai pH yang luas (nilai pH dapat dikontrol dalam kisaran 3~10 dalam operasi kontinu, dan fluks membran serta laju desalinasi dalam kisaran ini relatif stabil).
Metode pra-perawatan membran osmosis terbalik:
Filtrasi membran osmosis terbalik berbeda dengan filtrasi filter bed. Filter bed melakukan filtrasi penuh, yaitu seluruh air baku melewati lapisan filter. Filtrasi membran osmosis terbalik adalah metode filtrasi aliran silang, yaitu sebagian air baku melewati membran secara 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 tidak dapat dihilangkan sepenuhnya. Seiring waktu, polutan sisa akan membuat pencemaran elemen membran semakin parah. Dan semakin tinggi polutan air baku dan tingkat pemulihannya, semakin cepat terjadi pencemaran membran.
1. Pengendalian skala
Ketika garam-garam yang tidak larut dalam air baku terus menerus terkonsentrasi di elemen membran dan melebihi batas kelarutannya, garam-garam tersebut akan mengendap di permukaan membran osmosis balik, yang disebut "pengendapan kerak". Ketika sumber air ditentukan, seiring dengan meningkatnya tingkat pemulihan sistem osmosis balik, risiko pengendapan kerak juga meningkat. Saat ini, peningkatan tingkat daur ulang merupakan hal yang umum dilakukan karena kekurangan air atau dampak lingkungan dari pembuangan air limbah. Dalam hal ini, tindakan pengendalian kerak yang cermat sangat penting. Dalam sistem osmosis balik, garam-garam refraktori yang umum adalah CaCO3, CaSO4, dan SiO2, dan senyawa lain yang dapat menghasilkan kerak adalah CaF2, BaSO4, SrSO4, dan Ca3(PO4)2. Metode umum untuk menghambat pembentukan kerak adalah dengan menambahkan inhibitor kerak. Inhibitor kerak yang digunakan di bengkel saya adalah Nalco PC191 dan NP200 versi Eropa dan Amerika.
2. Pengendalian kontaminasi partikel koloid dan padat
Pengendapan koloid dan partikel dapat sangat memengaruhi kinerja elemen membran osmosis terbalik, seperti penurunan signifikan pada keluaran air tawar, terkadang juga mengurangi laju desalinasi. Gejala awal pengendapan koloid dan partikel adalah peningkatan perbedaan tekanan antara saluran masuk dan 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, yang terkadang disebut nilai F (indeks polusi), yang merupakan salah satu indikator penting untuk memantau pengoperasian 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 partikel padat dalam air akan memengaruhi nilai SDI. Nilai SDI dapat ditentukan dengan menggunakan alat pengukur SDI.
3. Pengendalian kontaminasi mikroba pada membran
Mikroorganisme dalam air baku terutama meliputi bakteri, alga, jamur, virus, dan organisme tingkat tinggi lainnya. Dalam proses osmosis terbalik, 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 terbalik akan sangat memengaruhi kinerja sistem osmosis terbalik. Perbedaan tekanan antara saluran masuk dan keluar komponen osmosis terbalik meningkat dengan cepat, mengakibatkan penurunan hasil air dari komponen membran. Terkadang, kontaminasi biologis akan terjadi di sisi produksi air, mengakibatkan kontaminasi air produk. Misalnya, dalam pemeliharaan perangkat osmosis terbalik di beberapa pembangkit listrik tenaga termal, lumut hijau ditemukan pada elemen membran dan pipa air tawar, yang merupakan polusi mikroba yang khas.
Begitu elemen membran terkontaminasi oleh mikroorganisme dan menghasilkan biofilm, pembersihan elemen membran menjadi sangat sulit. Selain itu, biofilm yang tidak sepenuhnya dihilangkan akan menyebabkan pertumbuhan mikroorganisme yang cepat kembali. Oleh karena itu, pengendalian mikroorganisme juga merupakan salah satu tugas terpenting dari 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 pada membran adalah: klorin, pengolahan mikrofiltrasi atau ultrafiltrasi, oksidasi ozon, sterilisasi ultraviolet, dan penambahan natrium bisulfit. Metode yang umum digunakan dalam sistem pengolahan air pembangkit listrik tenaga termal adalah sterilisasi klorinasi dan teknologi pengolahan air ultrafiltrasi sebelum osmosis balik.
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, klorin residu dalam air umumnya dikontrol lebih dari 0,5~1,0 mg, dan waktu reaksi dikontrol pada 20~30 menit. Dosis klorin perlu ditentukan dengan penyesuaian, 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 penggunaan klorinasi dalam air payau. Biasanya terdapat sekitar 65 mg bromin dalam air laut. Ketika air laut diolah secara kimia dengan hidrogen, air laut akan bereaksi terlebih dahulu dengan asam hipoklorit membentuk asam hipobromit, sehingga efek bakterisidanya adalah asam hipobromit, bukan asam hipoklorit, dan asam hipobromit tidak akan terurai pada nilai pH yang lebih tinggi. Oleh karena itu, efek klorinasi lebih baik daripada di air payau.
Karena elemen membran dari material komposit memiliki persyaratan tertentu terhadap sisa klorin dalam air, maka perlu dilakukan pengolahan pengurangan deklorsinasi setelah sterilisasi klorin.
4. Pengendalian pencemaran organik
Adsorpsi zat organik pada permukaan membran akan menyebabkan penurunan fluks membran, dan dalam kasus yang parah, akan menyebabkan hilangnya fluks membran secara permanen dan memengaruhi masa pakai membran.
Untuk air permukaan, sebagian besar air merupakan produk alami, melalui proses pengolahan gabungan berupa penjernihan koagulasi, filtrasi koagulasi DC, dan filtrasi karbon aktif, dapat mengurangi secara signifikan kandungan bahan organik dalam air, sehingga memenuhi persyaratan air osmosis terbalik.
5. Kontrol polarisasi konsentrasi
Dalam proses osmosis terbalik, terkadang terjadi gradien konsentrasi yang tinggi antara air pekat di permukaan membran dan air masuk, yang disebut polarisasi konsentrasi. Ketika fenomena ini terjadi, lapisan dengan konsentrasi relatif tinggi dan relatif stabil yang disebut "lapisan kritis" akan terbentuk di permukaan membran, yang menghambat pelaksanaan proses osmosis terbalik secara efektif. Hal ini karena polarisasi konsentrasi akan meningkatkan tekanan permeabel larutan di permukaan membran, dan gaya penggerak proses osmosis terbalik akan berkurang, sehingga mengakibatkan penurunan hasil air dan laju desalinasi. Ketika polarisasi konsentrasi serius, beberapa garam yang sedikit terlarut akan mengendap dan membentuk kerak di permukaan membran. Untuk menghindari polarisasi konsentrasi, metode yang efektif adalah dengan 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 di permukaan membran berkurang hingga nilai terendah; Selain itu, setelah alat pengolahan air osmosis terbalik dimatikan, air pekat di sisi tempat air pekat yang diganti harus segera dicuci.
deskripsi2