Prinsip kerja pemberian dosis pada setiap tahap operasi reverse osmosis
Selama proses reverse osmosis, ketika garam yang tidak larut melebihi batas saturasinya, maka akan mengendap dari air pekat, membentuk kerak pada permukaan membran, mengurangi fluks membran RO, meningkatkan tekanan operasi dan penurunan tekanan, serta menyebabkan produk. kualitas air menjadi buruk. Fenomena terbentuknya lapisan sedimen pada permukaan membran disebut pengotoran membran, dan akibat dari pengotoran membran adalah penurunan kinerja sistem.
Air mentah perlu diolah terlebih dahulu sebelum memasuki sistem membran osmosis balik untuk menghilangkan padatan tersuspensi, bahan organik terlarut, dan komponen garam tidak larut berlebih yang dapat menyebabkan pencemaran pada membran osmosis balik dan mengurangi kecenderungan pengotoran membran. Tujuan dari pengolahan awal air influen adalah untuk meningkatkan kualitas air influen dan memastikan pengoperasian membran RO yang andal.
Pengaruh perlakuan awal pada air baku tercermin pada penurunan nilai absolut indikator kualitas air seperti TSS, TOC, COD, BOD, LSI dan polutan seperti besi, mangan, aluminium, silikon, barium, dan strontium.
Indikator kualitas air penting lainnya yang mencirikan kecenderungan pengotoran membran adalah SDI. Selain mengurangi indikator di atas ke kisaran yang dibutuhkan oleh air masuk sistem membran reverse osmosis melalui pretreatment, penting juga untuk mengurangi SDI sebanyak mungkin. Nilai SDI (15 menit) yang ideal harus kurang dari 3.
Untuk meningkatkan kinerja pengoperasian sistem osmosis balik, bahan berikut dapat ditambahkan ke air masuk: asam, alkali, bakterisida, penghambat kerak, dan pendispersi.
Asam klorida dan asam sulfat dapat ditambahkan ke air masuk untuk mengurangi pH. Asam sulfat murah, tidak berasap dan menimbulkan korosi pada komponen logam di sekitarnya, dan membran memiliki laju penghilangan ion sulfat yang lebih tinggi dibandingkan ion klorida, sehingga asam sulfat lebih umum digunakan daripada asam klorida.
Asam sulfat tingkat industri tanpa bahan tambahan lain cocok untuk osmosis balik. Asam sulfat komersial memiliki dua spesifikasi konsentrasi yaitu 20% dan 93%. Asam sulfat 93% juga disebut asam sulfat 66 derajat Baume. Hati-hati saat mengencerkan asam sulfat 93%. Jika diencerkan hingga 66%, panasnya dapat menaikkan suhu larutan hingga 138 derajat. Asam harus ditambahkan ke dalam air secara perlahan sambil diaduk untuk mencegah larutan berair memanas dan mendidih secara lokal.
Asam klorida digunakan terutama jika kemungkinan terjadi kerak kalsium sulfat atau strontium sulfat. Penggunaan asam sulfat meningkatkan konsentrasi ion sulfat dalam air umpan RO, yang secara langsung menyebabkan peningkatan kecenderungan pembentukan kerak kalsium sulfat. Asam klorida tingkat industri (tanpa bahan tambahan) sangat mudah dibeli, dan asam klorida komersial umumnya mengandung 30-37%.
Tujuan utama penurunan pH adalah untuk mengurangi kecenderungan pembentukan kerak kalsium karbonat dalam konsentrat RO, yaitu untuk menurunkan Indeks Langelier (LSI). LSI adalah saturasi kalsium karbonat dalam air payau bersalinitas rendah, yang menunjukkan potensi kerak atau korosi kalsium karbonat.
Dalam kimia air osmosis balik, LSI merupakan indikator penting untuk menentukan apakah kerak kalsium karbonat akan terjadi. Jika LSI negatif, air akan menimbulkan korosi pada pipa logam, namun kerak kalsium karbonat tidak akan terbentuk.
Jika LSI positif maka air tidak bersifat korosif, namun akan terjadi kerak kalsium karbonat. LSI adalah pH saturasi kalsium karbonat dikurangi pH air sebenarnya.
Kelarutan kalsium karbonat menurun dengan meningkatnya suhu (ini adalah bagaimana kerak terbentuk dalam ketel) dan dengan meningkatnya pH dan konsentrasi ion kalsium, yaitu alkalinitas.
Nilai LSI dapat diturunkan dengan menyuntikkan asam (biasanya asam sulfat atau asam klorida) ke dalam air umpan RO, yaitu menurunkan pH. Nilai LSI yang direkomendasikan untuk konsentrat RO adalah {{0}}.2 (menunjukkan konsentrasi 0,2 unit pH di bawah konsentrasi saturasi kalsium karbonat). Antiscalant polimer juga dapat digunakan untuk mencegah pengendapan kalsium karbonat, dan beberapa pemasok antiscalant mengklaim bahwa produk mereka dapat mencapai LSI hingga +2,5 untuk konsentrat RO (desain yang lebih konservatif adalah LSI sebesar {{6} }.8).
Alkali jarang digunakan dalam RO primer, dan alkali disuntikkan ke dalam air umpan RO untuk meningkatkan pH. Satu-satunya bahan alkali yang umum digunakan adalah natrium hidroksida, yang mudah dibeli dan mudah larut dalam air. Natrium hidroksida tingkat industri tanpa bahan tambahan lain umumnya dapat memenuhi kebutuhan.
Natrium hidroksida komersial tersedia dalam 100% serpihan, 20% dan 50% cairan. Saat menambahkan alkali untuk menaikkan pH, ketahuilah bahwa peningkatan pH akan meningkatkan LSI dan mengurangi kelarutan kalsium karbonat, besi, dan mangan.
Aplikasi yang paling umum untuk menambahkan alkali adalah sistem RO dua tahap. Dalam sistem osmosis balik dua tahap, air produk RO primer disuplai ke RO sekunder sebagai air baku. Osmosis balik sekunder "memoles" air produk osmosis balik primer, dan kualitas air dari air produk RO sekunder dapat mencapai 4 megaohm.
Ada empat alasan untuk menambahkan alkali ke air umpan RO sekunder:
A. Di atas pH 8,2, semua karbon dioksida diubah menjadi ion karbonat, yang dapat dihilangkan dengan osmosis balik. Karbon dioksida sendiri adalah gas dan akan dengan bebas memasuki air produk RO dengan permeat, menyebabkan beban yang tidak semestinya pada perawatan pemolesan lapisan pertukaran ion hilir.
B. Beberapa komponen TOC lebih mudah dihilangkan pada pH tinggi.
C. Kelarutan dan laju penghilangan silika lebih tinggi pada pH tinggi (terutama di atas 9).
D. Tingkat penghilangan boron juga lebih tinggi pada pH tinggi (terutama di atas 9). Ada kasus khusus penerapan alkali, biasa disebut proses HERO (High Efficiency Reverse Osmosis System), yang mengatur pH air masuk menjadi 9 atau 10. Osmosis balik primer digunakan untuk mengolah air payau yang memiliki masalah kontaminasi (seperti kesadahan). , alkalinitas, besi, mangan, dll.) pada pH tinggi. Perlakuan awal biasanya menggunakan sistem resin kationik asam lemah dan alat degassing untuk menghilangkan kontaminan ini.
Klorin bebas dalam air masuk RO dan NF harus dikurangi hingga di bawah 0.05ppm untuk memenuhi persyaratan membran komposit poliamida. Ada dua metode perlakuan awal untuk menghilangkan klorin, adsorpsi karbon aktif granular dan penggunaan zat pereduksi seperti natrium sulfit.
Dalam sistem kecil (50-100gpm), filter karbon aktif umumnya digunakan, dan biaya investasinya lebih masuk akal. Disarankan untuk menggunakan karbon aktif berkualitas tinggi yang telah dicuci dengan asam untuk menghilangkan kekerasan dan ion logam, dan kandungan halusnya harus sangat rendah, jika tidak maka akan menyebabkan kontaminasi membran.
Media filter karbon yang baru dipasang harus dibilas seluruhnya hingga butiran halus karbon benar-benar hilang, yang biasanya memakan waktu beberapa jam atau bahkan berhari-hari. Filter keamanan 5μm tidak dapat diandalkan untuk melindungi membran reverse osmosis dari kontaminasi debu karbon.
Natrium bisulfit (SBS) adalah zat pereduksi khas yang dipilih untuk unit RO yang lebih besar. Natrium metabisulfit padat dilarutkan dalam air untuk membuat larutan. Kemurnian natrium metabisulfit komersial adalah 97.5-99%, dan periode penyimpanan kering adalah 6 bulan.
Larutan SBS tidak stabil di udara dan akan bereaksi dengan oksigen, sehingga masa pakai larutan 2% yang disarankan adalah 3-7 hari, dan masa pakai larutan kurang dari 10% adalah {{3} } hari. Secara teoritis, 1,47ppm SBS (atau 00,70ppm natrium metabisulfit) dapat mereduksi 1,0ppm klorin.
Faktor keamanan sistem air payau industri dipertimbangkan selama desain, dan jumlah SBS yang ditambahkan ditetapkan ke 1.8-3.0ppm untuk setiap 1.0ppm klorin. Port injeksi SBS harus berada di bagian hulu elemen membran, dan jaraknya harus diatur untuk memastikan waktu reaksi 29 detik sebelum memasuki elemen membran. Disarankan untuk menggunakan alat pengaduk in-line yang sesuai (mixer statis).
Kebanyakan penghambat kerak adalah beberapa polimer sintetik organik khusus (seperti asam poliakrilat, asam karboksilat, asam polimaleat, fosfat organologam, polifosfonat, fosfonat, polimer anionik, dll.), dan berat molekul polimer ini berkisar antara 2000 hingga 10.000 Dalton.
Berhati-hatilah saat menggunakan inhibitor skala asam poliakrilat. Kandungan besi yang tinggi dapat menyebabkan pengotoran membran. Pengotoran ini akan meningkatkan tekanan operasi membran. Pencucian asam diperlukan untuk menghilangkan kotoran jenis ini secara efektif.
Jika koagulan kationik atau alat bantu filter digunakan dalam praperlakuan, perhatian khusus harus diberikan saat menggunakan inhibitor skala anionik. Kontaminan kental dan lengket akan dihasilkan, yang akan meningkatkan tekanan pengoperasian dan sangat sulit dibersihkan.
Sodium hexametaphosphate (SHMP) adalah inhibitor skala yang umum digunakan dalam reverse osmosis pada masa-masa awal, namun dengan munculnya inhibitor skala khusus, dosisnya telah sangat dikurangi, dan terdapat beberapa pembatasan dalam penggunaan SHMP. Larutannya harus disiapkan setiap 2-3 hari karena akan terhidrolisis bila terkena udara. Hidrolisis tidak hanya akan mengurangi efek anti-kerak, tetapi juga menyebabkan kemungkinan terjadinya kerak kalsium fosfat.
Penggunaan SHMP dapat mengurangi penskalaan kalsium karbonat dan LSI dapat mencapai {{0}}.0. Antiscalant menghambat pertumbuhan kristal garam dalam air umpan RO dan konsentrat, sehingga memungkinkan garam yang sedikit larut melebihi kelarutan jenuhnya dalam konsentrat. Antiscalant dapat digunakan sebagai pengganti penambahan asam atau bersamaan dengan penambahan asam. Ada banyak faktor yang mempengaruhi terbentuknya kerak mineral. Temperatur yang lebih rendah akan mengurangi kelarutan mineral kerak (kecuali kalsium karbonat, yang, berbeda dengan sebagian besar zat, menurun seiring dengan meningkatnya suhu), dan TDS yang lebih tinggi akan meningkatkan kelarutan garam-garam yang sedikit larut (ini karena kekuatan ionik yang tinggi mengganggu pembentukan garam-garam yang mudah larut). kristal benih).
