Peralatan Pengolahan Air Limbah

 

 

 

Membran silikon karbida (SiC), dengan keunggulan intinya yaitu ketahanan suhu tinggi, ketahanan asam dan alkali, ketahanan terhadap pengotoran, dan kekuatan mekanik yang tinggi, menunjukkan kinerja yang jauh melebihi membran keramik organik dan anorganik tradisional dalam skenario seperti pengolahan air limbah industri tingkat lanjut, pemulihan sumber daya limbah kota, dan pemurnian air limbah khusus yang sangat menantang. Mereka telah menjadi teknologi pilihan untuk pengolahan air limbah dalam kondisi yang sulit.

 

I. Skenario Aplikasi Inti dan Solusi Teknis

1. Pengolahan Air Limbah Industri Organik-Konsentrasi Tinggi
Industri yang Berlaku: Kimia batubara, petrokimia, farmasi, percetakan dan pencelupan, pembuatan kertas

 

Karakteristik Air Limbah: COD tinggi, kekeruhan tinggi, mengandung bahan organik bandel, beberapa air limbah bersuhu tinggi (60-120 derajat)

 

Solusi Aplikasi:

• Tahap Pra-Perawatan: Menggantikan filtrasi pasir dan filtrasi multi-media, membran ultrafiltrasi SiC dapat menahan padatan tersuspensi, koloid, dan tetesan minyak, dengan kekeruhan limbah kurang dari atau sama dengan 0,1 NTU dan SDI kurang dari atau sama dengan 3, menyediakan air umpan berkualitas tinggi untuk osmosis balik (RO) dan nanofiltrasi (NF) berikutnya, sehingga memperpanjang masa pakai elemen membran berikutnya sebanyak 3-5 kali lipat.
• Tahap Perawatan Lanjutan: Membran nanofiltrasi SiC dapat mempertahankan-molekul kecil bahan organik (seperti fenol, pewarna, dan antibiotik). Dikombinasikan dengan proses oksidasi lanjutan (AOP), hal ini menghasilkan degradasi COD yang mendalam dalam air limbah, memenuhi standar emisi atau persyaratan penggunaan kembali.

Kasus Umum: Dalam pengolahan air limbah-garam tinggi dari pabrik kimia batubara, membran ultrafiltrasi SiC beroperasi secara stabil pada suhu 80 derajat dan pH 10-11, dengan laju penurunan fluks sebesar<5%/month and a chemical cleaning cycle of up to 6 months.

 

2. Pengolahan Air Limbah Berminyak
Industri yang Berlaku: Air produksi ladang minyak, emulsi pemrosesan logam, air limbah katering

 

Karakteristik Air Limbah: Mengandung minyak emulsi dan minyak terdispersi; ukuran tetesan minyak yang kecil (1-100 nm), mudah menyebabkan pengotoran membran.

 

Keuntungan Aplikasi:

• The SiC membrane surface has weak hydrophobic and oleophilic properties, making it difficult for oil droplets to adsorb and deposit; it is resistant to chemical cleaning and can be cleaned with high-concentration alkaline solution (2% NaOH) + sodium hypochlorite (1000 mg/L), with a flux recovery rate >95%. Solusi Aplikasi: Memanfaatkan proses "perlakuan awal demulsifikasi + pemisahan membran ultrafiltrasi SiC", pemisahan minyak-air yang efisien tercapai, dengan kandungan minyak limbah kurang dari atau sama dengan 5 mg/L, yang dapat langsung digunakan kembali sebagai air riasan untuk sirkulasi pendingin.

 

3. Pemanfaatan Sumber Daya Air Limbah Kota
Skenario yang Berlaku: Peningkatan dan renovasi instalasi pengolahan air limbah kota, penggunaan kembali air

 

Persyaratan Inti: Efluen harus memenuhi "Standar Kualitas Air untuk Penggunaan Air Industri dalam Penggunaan Kembali Air Limbah Perkotaan" (GB/T 19923-2005)

 

Keuntungan Aplikasi:

• Compared to traditional activated sludge + sand filtration processes, the SiC membrane bioreactor (SiC-MBR) eliminates the need for a secondary sedimentation tank, reducing the footprint by 40%; it retains sludge flocs and bacteria, achieving effluent turbidity ≤0.1 NTU and an E. coli removal rate >99.99%.
• Ia memiliki ketahanan yang kuat terhadap beban kejut; stabilitas operasional sistem tetap tidak terpengaruh oleh fluktuasi kualitas air yang masuk (COD, lonjakan nitrogen amonia); siklus pembersihan kimianya panjang, dan biaya pengoperasian serta pemeliharaannya 30% lebih rendah dibandingkan MBR organik.

 

4. Pengolahan Awal Air Limbah-Salinitas Tinggi untuk Menghasilkan Nol Pembuangan

Industri yang Berlaku: Air limbah desulfurisasi pembangkit listrik, air limbah pengawetan metalurgi, air limbah-garam kimia tinggi

 

Karakteristik Air Limbah: Kadar garam tinggi (TDS 10000-50000 mg/L), kesadahan tinggi, mengandung ion logam berat

 

Nilai Aplikasi:

• Membran ultrafiltrasi SiC tahan terhadap-lingkungan garam tinggi dan tidak akan membengkak atau berubah bentuk akibat perubahan tekanan osmotik; mereka dapat menahan partikel kerak yang dibentuk oleh ion kalsium dan magnesium serta koloid logam berat hidroksida, mencegah penyumbatan pada evaporator dan alat kristalisasi berikutnya.
• Dibandingkan dengan proses pretreatment tradisional (seperti pelunakan kapur), kekerasan limbah sistem membran SiC adalah<50 mg/L (calculated as CaCO₃), significantly reducing the risk of evaporator scaling and improving the operating efficiency of zero-discharge systems.

 

5. Pengolahan Air Limbah-Suhu Tinggi Khusus

Skenario yang Berlaku: Cairan hitam pembuatan kertas (suhu 80-100 derajat), air limbah pencelupan suhu tinggi (suhu 60-90 derajat), kaldu fermentasi farmasi (suhu 50-70 derajat)

 

Hambatan Teknis: Membran organik tradisional dapat menahan suhu<50℃, and are prone to aging and failure under high-temperature conditions.

 

Keunggulan Membran SiC: Toleransi-jangka panjang terhadap suhu tinggi 120 derajat, tidak memerlukan perlakuan awal pendinginan, perlakuan langsung terhadap-solusi umpan suhu tinggi, menghemat konsumsi energi pendinginan; pada saat yang sama, suhu tinggi dapat meningkatkan fluiditas larutan umpan, mengurangi viskositas, dan meningkatkan fluks membran.

 

II. Poin Teknis Utama untuk Aplikasi

1. Optimasi Pra-Perawatan: Filter keranjang berukuran 50-100 μm perlu dipasang untuk menghilangkan kotoran partikulat besar (seperti pasir, kerikil, dan serat) untuk menghindari goresan pada permukaan membran; air limbah berminyak perlu menjalani pengolahan demulsifikasi terlebih dahulu (seperti menambahkan demulsifikasi atau demulsifikasi ultrasonik) untuk mengurangi beban pengotoran membran.

 

2. Kontrol Parameter Proses

• Tekanan Pengoperasian: Direkomendasikan 1-5 bar untuk menghindari deformasi pori membran akibat tekanan tinggi;
• Kecepatan-lintas aliran: 0,5-2 m/s. Untuk air limbah yang sangat tercemar, laju aliran dapat ditingkatkan secara tepat untuk meningkatkan gaya geser dan menekan polarisasi konsentrasi;
• Strategi Pembersihan: Gunakan kombinasi "pencucian balik udara-air + pembersihan kimia". Siklus pencucian balik: 15-30 menit/waktu; siklus pembersihan kimia: 3-6 bulan/waktu. Pencucian basa + pencucian asam lebih disukai.

 

3. Desain Integrasi Sistem
Desain modular untuk perluasan kapasitas yang fleksibel berdasarkan volume pemrosesan; dilengkapi dengan sistem kontrol otomatis PLC untuk memantau parameter seperti fluks, tekanan, dan kekeruhan secara real time, mencapai pencucian balik otomatis dan pembersihan bahan kimia, sehingga mengurangi biaya intervensi manual.

 

 

 

Proses Gabungan yang Inovatif: Membran SiC digabungkan dengan proses oksidasi tingkat lanjut (seperti oksidasi katalitik ozon), distilasi membran, dan oksidasi elektrokimia untuk mencapai pemurnian mendalam dan pemulihan sumber daya air limbah yang sangat menantang.

 

Pemulihan Sumber Daya yang Diperluas: Saat mengolah air limbah yang mengandung logam mulia dan{0}}bahan organik bernilai tinggi, membran SiC dapat mencapai retensi dan pemulihan zat target yang efisien, sehingga meningkatkan manfaat ekonomi dari pengolahan air limbah.

 

Prosedur Pembersihan dan Perawatan Setelah Percobaan Membran SiC
Membran SiC, dengan ketahanan asam dan alkali, ketahanan oksidasi, dan kekuatan mekanik yang tinggi, memerlukan pembersihan dan pemeliharaan pasca-percobaan. Tujuan utamanya adalah untuk menghilangkan kontaminan secara menyeluruh dari permukaan dan pori-pori membran, mengembalikan fluks membran dan kinerja retensi, mencegah pengotoran yang tidak dapat diubah, dan memperpanjang umur elemen membran. Berikut ini adalah prosedur pembersihan dan pemeliharaan standar, poin operasional utama, dan tindakan pencegahan.

 

I. Perlakuan Awal-Pasca Percobaan: Penilaian Kontaminan dan Pembilasan Awal

Setelah percobaan, jenis dan tingkat pengotoran membran harus dinilai sebelum pembersihan yang ditargetkan dilakukan:

 

1. Penilaian Jenis Kontaminan

- Klasifikasi berdasarkan karakteristik pakan eksperimental:

- Pengotoran anorganik: Setelah mengolah air limbah-kekerasan tinggi,-salinitas tinggi, kalsium dan magnesium karbonat serta oksida logam (seperti Fe₂O₃, MnO₂) dengan mudah mengendap di permukaan membran;

- Pengotoran organik: Setelah mengolah air limbah-COD, berminyak, dan pewarna yang tinggi, bahan organik, lemak, dan molekul pewarna mudah teradsorpsi di dalam pori-pori;

- Pengotoran biologis: Setelah mengolah limbah kota dan kaldu fermentasi, bakteri dan jamur dengan mudah tumbuh di permukaan membran, membentuk biofilm.

 

2. Perhitungan Peluruhan Cairan

Catat fluks awal $J_0$ dan fluks akhir $J_1$. Hitung laju peluruhan fluks $\\eta=(J_0 - J_1) / J_0\\times100\\%$.

- Jika $\\eta < 10\\%$: Hanya diperlukan pencucian balik dengan air bersih;

- Jika $10\\%\\leq\\eta < 30\\%$: diperlukan pencucian balik dengan air bersih + pembersihan kimia sederhana;

- If $\\eta\\geq 30\\%$: diperlukan pencucian balik dengan air bersih + pembersihan kimia yang lebih baik.

 

3. Backwash Air Bersih Pendahuluan

- Gunakan mode backwash aliran-silang, kendalikan tekanan backwash pada 0,5–1 bar, dan laju aliran backwash pada 1,2–1,5 kali laju aliran operasi eksperimental;

- Gunakan air deionisasi atau permeat ultrafiltrasi sebagai media backwash untuk menghindari masuknya kotoran baru ke dalam air keran;

- Waktu pencucian balik: 10–15 menit, hingga limbah pencucian balik jernih dan bebas dari padatan tersuspensi yang terlihat jelas.

 

II. Proses Pembersihan Kimia Bertahap (Langkah Inti)
Pilih skema pembersihan berdasarkan tingkat kontaminasi, dengan mengikuti prinsip "pencucian basa terlebih dahulu, kemudian pencucian asam, dan desinfeksi jika perlu", hindari pencampuran langsung asam dan basa.

 

1. Pencucian Alkali: Menghilangkan Kontaminan Organik dan Biologis
Cocok untuk membersihkan membran setelah percobaan dengan air limbah-COD yang berminyak dan tinggi. Memanfaatkan larutan alkali untuk menyabunkan lemak, menguraikan bahan organik, dan mengelupas biofilm.

- Formulasi Bahan Pembersih (Pilih salah satu):

- Formulasi Standar: 0,5–1% (fraksi massa) larutan NaOH + 500–1000 mg/L natrium hipoklorit (NaClO);

- Formulasi Ringan: larutan natrium karbonat (Na₂CO₃) 0,3–0,5% + 300–500 mg/L hidrogen peroksida (H₂O₂) (Cocok untuk aplikasi yang sensitif terhadap klorin).

- Parameter Pengoperasian:

- Suhu Pembersihan: 30–40 derajat (meningkatkan suhu dapat meningkatkan efisiensi pembersihan, namun tidak boleh melebihi 60 derajat );

- Tekanan Pembersihan: 0,3–0,8 bar, menggunakan pembersihan sirkulasi aliran silang, kecepatan sirkulasi 0,8–1,2 m/s;

- Waktu Pembersihan: 30–60 menit. Jika terkontaminasi berat, rendam selama 1–2 jam sebelum pembersihan resirkulasi.

- Penilaian Titik Akhir: Warna dan kekeruhan larutan pembersih stabil, dan nilai COD larutan pembersih yang masuk dan keluar pada dasarnya konsisten.

 

2. Pencucian Asam: Penghapusan Fouling Anorganik
Cocok untuk pembersihan membran setelah percobaan dengan air limbah-kekerasan tinggi, salinitas-tinggi, pelarutan kerak anorganik dan endapan oksida logam pada permukaan membran.

- Formulasi Bahan Pembersih (Pilih salah satu):

- Formulasi Standar: 0,1–0,5% (fraksi massa) larutan asam sitrat (sesuaikan pH menjadi 2–3, cocok untuk membersihkan kerak kalsium dan magnesium);

- Formulasi yang Ditingkatkan: larutan asam klorida (HCl) 0,5–1% (cocok untuk membersihkan kerak oksida logam; menghindari korosi asam kuat pada peralatan).

- Parameter Pengoperasian:

- Tekanan Pembersihan: 0,3–0,8 bar, kecepatan sirkulasi aliran silang 0,8–1,2 m/s;

- Waktu Pembersihan: 20–40 menit, tidak perlu pemanasan, pembersihan pada suhu ruangan sudah cukup;

- Tindakan Pencegahan Utama: Setelah pencucian asam, bilas modul membran dengan banyak air deionisasi hingga pH air produk kembali ke netral (6–8) untuk mencegah sisa asam merusak elemen membran.

 

3. Perlakuan Disinfeksi (Opsional) Jika larutan percobaan adalah larutan yang aktif secara biologis (seperti kaldu fermentasi atau limbah kota), langkah desinfeksi diperlukan setelah pencucian basa untuk membunuh sisa mikroorganisme.

- Disinfektan: 1000–2000 mg/L larutan asam perasetat atau 500–1000 mg/L larutan natrium hipoklorit;

- Prosedur: Rendam selama 30 menit, lalu bilas dengan air deionisasi hingga tidak ada residu disinfektan yang tersisa.

 

AKU AKU AKU. Verifikasi Efek Pembersihan

Setelah pembersihan, efek pembersihan harus diverifikasi melalui pengujian fluks untuk memastikan pemulihan kinerja membran:

 

1. Uji Fluks Air Murni: Dalam kondisi standar (suhu 25 derajat, tekanan 1 bar), uji fluks air murni membran $J_2$;

 

2. Perhitungan Tingkat Pemulihan Fluiditas: Tingkat pemulihan fluks $\\gamma=J_2/J_0\\times100\\%$;

- Jika $\\gamma\\eq90\\%$: Pembersihan memenuhi syarat, dan membran dapat digunakan untuk percobaan berikutnya;

- Jika $70\\%\\eq\\gamma<90\%$: The chemical cleaning process needs to be repeated;

- Jika $\\gamma<70\%$: Irreversible fouling may exist. Check the membrane surface for damage and replace the membrane element if necessary.

 

IV. Penyimpanan dan Pemeliharaan-Jangka Panjang

Jika elemen membran perlu disimpan dalam waktu lama (lebih dari 7 hari) setelah percobaan, elemen tersebut harus ditutup rapat untuk mencegah pertumbuhan mikroba dan penyumbatan pori-pori membran:

 

1. Penyimpanan-Jangka Pendek (7–30 hari)

- Isi modul membran dan tabung dengan larutan natrium hipoklorit 0,05–0,1%;

- Tutup saluran masuk dan keluar modul membran dan letakkan di tempat sejuk dan kering, hindari sinar matahari langsung.

 

2. Penyimpanan-Jangka Panjang (Lebih dari 30 hari)

- Setelah menyelesaikan pembersihan kimia dan validasi fluks, rendam elemen membran dalam larutan gliserol 1–2% selama 30 menit;

- Tiriskan kelebihan larutan gliserol, tutup saluran masuk dan keluar, dan simpan di lingkungan bersuhu 0–40 derajat untuk mencegah retak beku atau penuaan suhu-tinggi.

 

V. Larangan Pembersihan dan Perawatan

1. Jangan gunakan asam fluorida (HF) atau bahan pembersih yang mengandung fluorida, karena akan menimbulkan korosi pada bahan membran SiC;

 

2. Avoid prolonged high-temperature cleaning (>60 derajat) untuk mencegah penuaan segel modul membran;

 

3. Larutan pembersih asam dan basa harus disiapkan dan disimpan secara terpisah. Pencampuran langsung dilarang keras untuk mencegah timbulnya gas beracun;

 

4. Hindari benturan-tekanan tinggi selama pembersihan untuk mencegah kerusakan pada tabung membran.