II. Terminologi Proses dan Peralatan (Peralatan adalah pembawa proses, dan proses adalah inti dari peralatan)
1. Bioreaktor Membran (MBR): Peralatan pengolahan air jenis baru yang menggabungkan teknologi pemisahan membran dan pengolahan biologis, terutama digunakan dalam limbah kota, pengolahan air limbah industri, dan penggunaan kembali air. Ada banyak jenis bioreaktor membran, namun dalam bidang pengolahan air, umumnya mengacu secara khusus pada jenis pemisahan padat-cair. Fitur teknologi intinya adalah penggunaan modul membran untuk menggantikan tangki sedimentasi sekunder. Membran MBR diklasifikasikan menjadi membran mikrofiltrasi MBR dan membran ultrafiltrasi MBR menurut presisi pemisahannya.
2. Filter Medium Dangkal: Alat yang menyaring kotoran dalam suatu cairan melalui lapisan media. Prinsip kerjanya terutama memanfaatkan efek adsorpsi, retensi, dan sedimentasi dari lapisan media (seperti pasir kuarsa, garnet, dll.) untuk menghilangkan padatan tersuspensi, koloid, bahan organik, bakteri, dan kotoran lainnya dari cairan, sehingga mencapai tujuan pemurnian kualitas air.
Catatan: Pada dasarnya merupakan jenis filter pasir, filter media dangkal memiliki tinggi pengepakan media yang lebih rendah dan laju filtrasi yang lebih tinggi, namun akurasi filtrasinya umumnya lebih rendah dibandingkan filter pasir kuarsa. Mereka juga cocok untuk kondisi kualitas air yang lebih luas.
3. Filter Pasir Kuarsa: Dikenal juga dengan nama sand filter (SF), yang menggunakan pasir kuarsa sebagai media filternya. Di bawah tekanan tertentu, air dengan kekeruhan tinggi dialirkan melalui pasir kuarsa granular atau non-granular dengan ketebalan tertentu. Ini menghilangkan sedimen, koloid, ion logam, dan bahan organik, sehingga mengurangi kekeruhan dan memurnikan air.
4. Filter Multimedia (MMF): Menggunakan dua atau lebih media filter. Di bawah tekanan tertentu, air dengan kekeruhan tinggi dialirkan melalui bahan granular atau non-butiran dengan ketebalan tertentu, yang secara efektif menghilangkan kotoran tersuspensi dan menjernihkan air. Media filter yang umum digunakan antara lain pasir kuarsa, antrasit, dan pasir mangan. Hal ini terutama digunakan untuk pengolahan air, penghilangan kekeruhan, pelunakan air, dan pra-pengolahan air murni, sehingga mencapai kekeruhan limbah di bawah 3 derajat. Catatan: Di bidang pengolahan air, filter pasir kuarsa dan filter multi-media sering digunakan secara bergantian. Kunci penerapan intinya terletak pada pemilihan (jenis dan model) media filter dan pengisian yang tepat.
5. Filter Karbon Aktif (ACF): Jenis filter yang diisi dengan karbon aktif untuk menyaring zat bebas, mikroorganisme, dan beberapa ion logam berat dari air, dan secara efektif mengurangi warna air. Karbon aktif terutama dapat diklasifikasikan berdasarkan bahannya, seperti berbasis-batubara,-berbasis kayu, dan berbasis-kulit kerang.
Catatan: Dalam bidang pengolahan air, pemilihan kapasitas adsorpsi (nilai yodium) yang tepat sangatlah penting. Secara umum, 600-800 mg/g cukup untuk pengolahan awal air murni industri; standar air minum umumnya membutuhkan 800-1000 mg/g; dan untuk air murni, air untuk injeksi, dan air ultra murni tingkat elektronik, umumnya diperlukan 1000-1200 mg/g.
6. Pelembut Air (SF): Juga dikenal sebagai pelembut, menggunakan resin penukar kation tipe natrium-untuk menghilangkan ion kalsium dan magnesium dari air, sehingga mengurangi kesadahan air.
Catatan: Pelembut air pada dasarnya didasarkan pada pertukaran ion, tidak seperti filter mekanis lainnya dalam tahap pra-perawatan yang terutama bekerja melalui intersepsi dan adsorpsi. Oleh karena itu, pemilihan tangki memerlukan pertimbangan laju aliran dan kecepatan, hubungan diameter [φ=√(4Q/π/v)], dan, yang lebih penting, menentukan jumlah pemuatan resin yang sesuai dan menghitung siklus regenerasi yang wajar berdasarkan kesadahan air mentah.
Jika air bakunya adalah air keran kota, kesadahannya umumnya rendah (<<50mg/L), and softening is usually unnecessary (scale inhibitors can be used as a substitute). Alternatively, tank selection and resin loading can be simply calculated based on flow rate.
7. Filter pembersih mandiri (SCF): Ini adalah perangkat kontrol cerdas otomatis yang menggunakan layar filter untuk secara langsung mencegah kotoran di dalam air, menghilangkan padatan tersuspensi dan partikel, mengurangi kekeruhan, memurnikan kualitas air, dan mengurangi pengotoran sistem, ganggang, dan korosi. Ini memurnikan air dan melindungi peralatan sistem untuk pengoperasian normal.
8. Filter Cakram Bertumpuk: Juga dikenal sebagai filter cakram atau filter pelat tumpuk, ini adalah jenis filter-pembersih mandiri yang menggunakan desain modular (unit dapat digabungkan secara bebas) untuk memerangkap padatan tersuspensi melalui saluran yang terbentuk di antara cakram filter. Selama pencucian balik, air mengalir berlawanan arah untuk menghilangkan kontaminan. Unit filter dari filter cakram terdiri dari cakram filter plastik bertulang annular yang bertumpuk, beralur, atau berusuk, sering kali diberi label "2", "3", atau "4". Akurasi filtrasinya biasanya 5-200μm.
Catatan: Dalam pengolahan air, filter cakram sering digunakan sebagai pra-filter dalam sistem ultrafiltrasi, dengan akurasi 50-100μm, yang berfungsi serupa dengan filter keamanan.
9. Filter Presisi: Umumnya menggunakan kulit terluar stainless steel. Secara internal, filter ini menggunakan elemen filter berbentuk tabung seperti filter PP leleh-tiup, kawat-pintal, lipit, titanium, atau karbon aktif. Elemen filter yang berbeda dipilih berdasarkan media filtrasi dan proses desain untuk mencapai kualitas air limbah yang dibutuhkan.
Catatan: Perbedaan antara filtrasi halus dan mikrofiltrasi tidak sepenuhnya jelas. Mikrofiltrasi, didefinisikan secara luas, memiliki presisi filtrasi sekitar 0,1-50 μm; filtrasi berbatas sempit (khususnya filtrasi membran mikropori) memiliki presisi sekitar 0,1-10 μm; sedangkan filtrasi halus memiliki rentang presisi sekitar 0,1-100/200 μm.
10. Filter Keamanan: Seperti namanya, ketika perangkat filtrasi tingkat-filter presisi digunakan untuk melindungi peralatan lain dalam sistem seperti RO, fungsi utamanya adalah perlindungan, oleh karena itu dinamakan "filter keamanan".
11. Bag Filter: Juga dikenal sebagai bag filter pengolahan air, terdiri dari bag filter yang didukung oleh keranjang jaring logam. Cairan mengalir masuk melalui saluran masuk, disaring oleh kantong penyaring, dan mengalir keluar melalui saluran keluar. Kotoran terperangkap di dalam kantong filter, dan filter dapat digunakan kembali setelah kantong filter diganti. Presisi filtrasi yang umum adalah 1-100 μm, termasuk dalam kategori presisi, dan sering digunakan sebagai filter keamanan.
12. PP Melt-Filter Kartrid yang ditiup: Suatu jenis filter kartrid. Elemen filter intinya adalah kartrid lelehan-PP, bahan filter berbentuk tabung yang terbuat dari polipropilen (PP) melalui proses lelehan-tiupan. Presisi filtrasi yang umum adalah 0,5-100μm, termasuk dalam kategori filtrasi halus, dan sering digunakan sebagai filter keamanan.
13. Filter Mekanis: Filter yang utamanya menggunakan intersepsi dan adsorpsi fisik mekanis. Oleh karena itu, pada dasarnya, filter pra-perawatan dan filter keamanan yang disebutkan di atas, kecuali filter pelembut, semuanya termasuk dalam kategori filter mekanis. Namun, dalam bidang pengolahan air, "filter mekanis" terkadang digunakan untuk merujuk secara khusus pada filter pasir atau filter multi-media (ini adalah ungkapan yang kurang tepat).
14. Filter Pipa: Terutama terdiri dari pipa penghubung, silinder, keranjang filter, flensa, penutup flensa, dan pengencang, dipasang pada pipa untuk menghilangkan kotoran padat yang lebih besar dari cairan, melindungi peralatan hilir (pompa, instrumen, dll.) dan memastikan operasi yang stabil. Contoh umum mencakup filter tabung tipe Y-dan filter keranjang.
15. Mixer saluran: Perangkat yang menghasilkan pencampuran cairan yang seragam saat mengalir melalui pipa menggunakan komponen atau elemen pencampur tertentu. Dalam sistem pengolahan air, biasanya digunakan untuk menyambung ke pipa ketika menambahkan berbagai zat seperti koagulan, zat pereduksi, dan penghambat kerak.
16. Mikrofiltrasi (MF): Juga dikenal sebagai filtrasi membran mikropori, ini adalah proses membran yang menggunakan perbedaan tekanan statis sebagai gaya penggerak dan aksi pengayakan dari membran media filter seperti saringan untuk pemisahan. Ketepatan filtrasi sekitar 0,1-10 μm. Ini terutama menahan koloid, padatan tersuspensi, dan bakteri dalam zat terlarut melalui penyaringan. Tekanan operasi sekitar 0,07-0,2 MPa.
17. Ultrafiltrasi (UF): Proses pemisahan membran dengan presisi filtrasi antara mikrofiltrasi dan nanofiltrasi, didorong oleh tekanan dan berdasarkan prinsip pengayakan. Ketepatan filtrasinya sekitar 0,002-0,1 μm (2-100 nm), dan batas berat molekul (MWCO) sekitar 1000-200000 Dalton (Da). Ini dapat secara efektif menghilangkan partikel, koloid, bakteri, pirogen, dan bahan organik dengan berat molekul tinggi dari air. Tekanan operasi sekitar 0,1-0,3 MPa.
Catatan: Ukuran pori membran ultrafiltrasi yang digunakan dalam sistem air ultra murni industri semikonduktor adalah sekitar 0,005 μm, dan MWCO sekitar 6000 Da.
18. Nanofiltrasi (NF): Ketepatan filtrasi berada di antara ultrafiltrasi dan osmosis balik. Ini didorong oleh tekanan-dan terutama mencapai pemisahan melalui prinsip-prinsip seperti pengayakan, difusi disolusi, tolakan muatan, dan efek Donnan. Ketepatan filtrasinya kira-kira 1-2 nm, dan batas berat molekulnya sekitar 200-1000 Dalton. Ini dapat secara efektif menghilangkan ion sekunder dan multivalen, berbagai zat dengan berat molekul lebih besar dari 200, dan menghilangkan sebagian ion monovalen dan zat dengan berat molekul kurang dari 200. Ini mencapai pemisahan selektif antara ion-ion dengan valensi berbeda sampai batas tertentu. Tekanan operasi adalah 0,3-0,6 MPa.
19. Reverse Osmosis (RO): Didorong oleh perbedaan tekanan, tekanan diterapkan pada larutan umpan di sisi umpan. Ketika tekanan melebihi tekanan osmotiknya, pelarut akan meresap berlawanan dengan arah osmotik alami, sehingga memperoleh permeasi pada sisi membran yang bertekanan rendah dan terkonsentrasi pada sisi bertekanan tinggi. Prinsip kerja membran osmosis balik terutama dijelaskan oleh teori-teori seperti disolusi-difusi, adsorpsi preferensial-aliran kapiler, dan ikatan hidrogen. Ketepatan filtrasinya kira-kira 0,1-1 nm, dan batas berat molekulnya kira-kira 100 Da. Ini secara efektif menghilangkan berbagai ion garam anorganik dan berbagai zat dengan berat molekul lebih besar dari 100. Tekanan operasi sekitar 0,7-7 MPa.
20. Membran Keramik: Membran asimetris yang dibentuk dari bahan keramik anorganik dengan proses khusus. Prinsip pemisahan utamanya adalah pengayakan, dengan presisi filtrasi sekitar 0,001-1 μm (1-1000 nm). Ini secara efektif menghilangkan padatan tersuspensi, koloid, mikroorganisme, dan makromolekul dari air, sementara air, molekul kecil, dan ion garam anorganik dapat melewatinya secara normal.
Catatan: Seperti halnya nanofiltrasi, penerapan pasar membran keramik belum sepenuhnya matang, namun penelitian masih sangat aktif, dan penerapan praktisnya masih relatif terbatas.
21. Elektrodialisis (ED): Kombinasi proses difusi elektrokimia dan dialisis. Didorong oleh medan listrik DC eksternal, ia memanfaatkan permeabilitas selektif membran penukar ion (membran semi-permeabel) (yaitu, kation dapat melewati membran penukar kation, dan anion dapat melewati membran penukar anion), menyebabkan kation dan anion masing-masing bergerak menuju anoda dan katoda.
22. Elektrodeionisasi (EDI): Juga dikenal sebagai elektro-deionisasi atau elektrodialisis-kemasan, proses pengolahan air ini menggabungkan teknologi elektrodialisis dan pertukaran ion. Melalui permeasi selektif membran penukar anion dan kation serta efek pertukaran ion resin, ia mencapai migrasi ion terarah dan desalinasi dalam di bawah medan listrik DC, menghasilkan air dengan resistivitas melebihi 15 MΩ*cm.
Prinsipnya melibatkan pengisian ruang membran unit elektrodialisis dengan resin penukar ion. Ion H+ dan OH- yang dihasilkan oleh ionisasi hidrolisis, bersama dengan medan listrik, secara bersamaan mencapai migrasi ion dan regenerasi resin. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan regenerasi kimia asam-basa, sehingga lebih ramah lingkungan dan sangat otomatis.
23. Elektrodeionisasi Berkelanjutan (CEDI): Mirip dalam struktur dasar dan prinsip kerja dengan EDI, perbedaan terbesar terletak pada apakah ruang konsentrat juga diisi dengan resin penukar ion dan apakah terjadi pelepasan air elektroda terpisah.
24. Anion Bed: Penukar anion, prinsip kerja utamanya adalah menggunakan ion hidroksida dalam resin penukar anion untuk menukar anion lain di dalam air.
25. Cation Bed: Penukar kation, prinsip kerja utamanya adalah menggunakan ion hidrogen atau natrium dalam resin penukar kation untuk menukar kation lain di dalam air. Bergantung pada bahan kimia yang digunakan untuk regenerasi resin, resin dapat dibagi menjadi tipe-hidrogen dan tipe-natrium; yang terakhir adalah jenis pelembut air yang umum.
26. Degasifier: Juga dikenal sebagai menara degassing/penghilang karbon, ini adalah perangkat yang menghilangkan karbon dioksida bebas dari air dengan menggunakan-degassing udara paksa.
Catatan: Di bidang pengolahan air, biasanya ditempatkan setelah pertukaran kation (skenario 2B3T) atau peralatan osmosis balik tahap-pertama (lebih menyeluruh daripada penyesuaian pH biasa). Ketika konsentrasi HCO3- dalam air baku kurang dari atau sama dengan 50mg/L, sisa CO2 ideal dalam air produk setelah degassing oleh degasifier adalah Kurang dari atau sama dengan 5mg/L.
27. Dua-tempat tidur, tiga-menara (2B3T) / SC+DG+ (WA/SA): Ini adalah proses gabungan yang mengintegrasikan pertukaran kation, degassing, dan pertukaran anion untuk menghilangkan kation dan anion dari air secara efektif. 2B mewakili dua lapisan (lapisan kation dan lapisan anion), dan 3T mewakili tiga menara (dua lapisan + menara dekarbonasi).
Prinsip kerja utamanya adalah sebagai berikut: Lapisan kation: Memanfaatkan resin penukar kation untuk menyerap kation di dalam air. Jenis resinnya adalah SC (kation asam kuat, disingkat kation kuat). Menara dekarbonasi: Digunakan untuk menghilangkan CO2 (karbon dioksida) dari air, mengurangi alkalinitas (HCO3-) melalui proses ini. Tempat tidur anion: Memanfaatkan resin penukar anion untuk menyerap anion di dalam air. Jenis resinnya adalah WA+SA (campuran anion lemah dan kuat).
2B3T adalah proses desalinasi efektif yang mendahului RO dan banyak digunakan di berbagai bidang. Kualitas air/kapasitas desalinasi produknya sebanding dengan-RO satu tahap, dan memiliki rentang kondisi kualitas air masuk yang lebih luas dibandingkan dengan sistem RO. Dalam proses penyiapan air ultra murni di industri elektronik, 2B3T dipertahankan karena lapisan anionnya menunjukkan efisiensi penghilangan yang unggul untuk anion basa lemah tertentu (silikon, boron) dibandingkan dengan RO konvensional.
28. Resin Kation Asam Kuat (SC): Ini adalah resin penukar ion dengan gugus asam sulfonat (-SO3H) sebagai gugus penukar. Urutan pertukaran ionnya adalah Fe3H.
+> Al3+> Pb2+> Ca2+> Mg2+> K+> Na+>H+. Resin pelembut umum (resin penukar kation tipe natrium-) termasuk dalam kategori ini.
29. Strong Base Anion Exchange Resin (SA): This is an ion exchange resin with quaternary ammonium groups (such as -N(CH3)3OH) as its core functional groups. Its basicity depends on the type of amine group and its spatial structure. The ion exchange order is SO42--> NO3-> Cl-> HCO3->OH-.
Catatan: Dalam sistem air ultra murni, karena proses desalinasi umum mempunyai laju penghilangan boron yang relatif terbatas, proses penghilangan boron pertukaran ion tambahan sering kali diperlukan. Resin penukar anion basa kuat yang dipoles atau resin penghilang boron khusus (UP7530#760 RMB/L, CH-99#450 RMB/L, dll.) biasanya digunakan. Yang terakhir ini sebagian besar adalah resin penukar ion pengkelat makropori, yang termasuk dalam resin khusus, dan harganya umumnya jauh lebih tinggi, tetapi efeknya seringkali lebih signifikan.
30. Resin Kation Asam Lemah (WC): Merupakan resin penukar ion yang menggunakan gugus asam karboksilat (-COOH), gugus fosfat (-PO2H2), dan gugus fenolik (-C6H5OH) sebagai gugus penukar. Orde pertukaran ionnya adalah H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+, K+ > Na+.
Catatan: Selektivitas ion resin asam/basa lemah terutama bergantung pada keadaan valensi ion dan jari-jari ion terhidrasi, dengan urutan: ion valensi lebih tinggi > ion valensi lebih rendah, ion berjari-jari lebih kecil > ion berjari-jari lebih besar. Namun, ion H+ dan OH- membentuk sistem asam/basa konjugat dengan masing-masing gugus fungsi asam lemah dan basa lemah, dan oleh karena itu lebih disukai teradsorpsi. Urutan pertukaran ion lain konsisten dengan resin asam/basa kuat.
31. Weak-Base Anion Exchange Resin (WA): This type of ion exchange resin uses primary amine groups (-NH2), secondary amine groups (-NHR), or tertiary amine groups (-NR2) as its core functional groups. Its basicity depends on the type and spatial structure of the amine groups. The ion exchange sequence is: OH ->sitrat 3- > SO42- > tartrat 2- > oksalat 2- > PO43- > NO3- > Cl- > CH3COO- > HCO3-.
32. Mixed Bed (MB): Jenis resin penukar ion ini mencampurkan resin penukar kation dan anion dalam perbandingan tertentu dalam penukar ion yang sama. Karena ion H+ dan OH- yang masuk ke dalam air segera membentuk molekul air dengan ionisasi yang sangat rendah setelah pertukaran ion campuran, reaksi pertukaran berlangsung dengan sangat menyeluruh.
Catatan: Tidak seperti lapisan campuran pemoles, lapisan campuran biasa dapat terus diregenerasi. Oleh karena itu, meskipun salinitas influen ke lapisan campuran umumnya tidak harus terlalu tinggi (salinitas yang berlebihan akan menyebabkan regenerasi yang terlalu sering), namun dapat digunakan sendiri ketika persyaratan kualitas air produk tidak tinggi.
33. Simulated Moving Bed (SMB): Menggunakan serangkaian kolom pengepakan-tetap, yang melaluinya cairan umpan disirkulasikan secara terus-menerus. Dalam proses ini, resin adsorpsi atau resin penukar ion pada unggun tetap digunakan untuk menghilangkan zat target, seperti pengotor, ion, dan pigmen.
Catatan: SMB dan PMB memiliki perbedaan definisi yang signifikan. Namun, ketika pemolesan multi-tahap (tandem) digunakan, sistem sirkulasi PMB multi-tahap membentuk sistem UKM de facto. Oleh karena itu, dalam sistem air ultra murni, istilah SMB dan PMB sering digunakan secara bergantian.
34. Polishing Mixed Bed (PMB): Juga dikenal sebagai tempat tidur campuran sekali pakai, ini adalah perangkat pemurnian mendalam di akhir proses pengolahan air. Ini menggunakan resin penukar ion campuran tak terbarukan (resin penukar kation tipe H-dan resin penukar anion tipe OH-) untuk lebih meningkatkan kualitas air yang dihasilkan, mencapai resistivitas 18,2 MΩ*cm dan mengendalikan indikator seperti TOC dan SiO2.
35. Membrane Degassing (MDG): Ini adalah perangkat pemisahan gas-cair berdasarkan teknologi pemisahan membran. Ini menggunakan prinsip difusi untuk menghilangkan gas terlarut (seperti karbon dioksida, oksigen, dan nitrogen amonia) dari cairan. Teknologi intinya terletak pada penggunaan struktur membran serat berongga untuk meningkatkan area kontak gas-cair. Migrasi gas ke luar membran didorong oleh vakum atau perbedaan tekanan, sehingga menghasilkan degassing yang sangat efisien.
36. Alat Sterilisasi Ultraviolet (UV): Metode fisik yang menggunakan sinar ultraviolet untuk menghancurkan struktur molekul DNA/RNA mikroorganisme untuk mencapai sterilisasi. Ia menampilkan sinar ultraviolet berenergi tinggi-seketika dan daya tembus yang kuat. Prinsip sterilisasinya terutama melibatkan asam nukleat yang menyerap sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 253,7nm, menyebabkan fungsi genetik abnormal dan inaktivasi permanen.
37. TOC Remover (TOC-UV): Perangkat yang menggunakan sinar ultraviolet intensitas tinggi (sinar ultraviolet 185nm dan 253,7nm yang bekerja secara sinergis) untuk menghancurkan struktur molekul total karbon organik (TOC) dalam air, menyebabkannya terurai menjadi CO2 dan H2O. Hal ini secara efektif mengurangi kandungan bahan organik dalam air, meningkatkan kemurnian air, dan cocok untuk persiapan air ultra murni dan skenario pengolahan air dengan kebutuhan tinggi.
38. Lampiran:
Kisaran laju filtrasi yang direkomendasikan untuk peralatan filtrasi umum:
Filter media dangkal: 10-40 m/jam;
Filter-lapisan tunggal: 8-10 m/jam;
Filter-lapisan ganda: 10-14 m/jam;
Filter tiga lapis-: 18-20 m/jam;
Filter karbon aktif: 8-20 m3/jam;
Pelembut: 15-30 m/jam;
Anion-lapisan kation: 20-30 m3/jam;
Tempat tidur campuran biasa: 30-40 m3/jam atau 20-30 BV/jam;
Lapisan campuran pemolesan: 40-60 m3/jam atau 30-40 BV/jam.
