Ultrafiltrasi dan Sistem Karbon Aktif: Pro dan Kontra dalam Persiapan Air Ultramurni

Air ultramurni adalah air dari mana ion konduktif, koloid, zat organik, dan kotoran lainnya telah benar-benar dihilangkan, dengan resistivitas air produk melebihi 18 MΩ · cm (pada 25 ° C).Sistem air ultra murni biasanya menggunakan teknologi pra-pengolahan, reverse osmosis (RO), electrodeionization (EDI), dan proses pasca-pengolahan, sering dilengkapi dengan perawatan tambahan seperti lampu UV dan unit penghapusan TOC (Total Organic Carbon).

Aliran Proses Produksi Air Ultramurni:
Aliran proses standar adalah: Air keran → Sistem pra-pengolahan → Sistem RO tekanan tinggi multi-tahap → Sistem EDI → Unit penghapusan TOC → Sistem tempat tidur campuran polishing → Point of Use (POU).Selama produksi, pompa berfungsi sebagai sumber daya, dan tangki penyimpanan di berbagai tahap memastikan operasi pompa yang aman dan stabil.

Selain itu, selama operasi filter, berbagai bahan kimia dapat ditambahkan untuk menyesuaikan pH air, mengurangi klorin residual, dan memperlambat skala membran RO, dll.penukar panas dapat ditambahkan di pintu masuk sistem pra-pengolahan untuk meningkatkan suhu air keran untuk memenuhi persyaratan proses.

Selain itu, membersihkan tangki penyimpanan air ultramurni dengan gas nitrogen sangat penting untuk mengisolasi air dari atmosfer dan mencegah kontaminasi sekunder.

Pentingnya Pengolahan Sebelumnya:
1. RO Membran kebutuhan air pakan:
Sistem RO adalah komponen yang paling penting dalam produksi air ultra murni.Sistem RO memiliki kebutuhan air pakan khusus:

• Indeks kepadatan lumpur (SDI) < 4.0

• Kebusukan (NTU) < 1.0

• Kandungan zat organik (COD) < 1,5 mg/L

• Kandungan klorin residual < 0,1 mg/L (sebaiknya dikontrol pada 0 mg/L)

• Kandungan zat besi < 0,05 mg/L ketika oksigen terlarut > 5 mg/L

• Silikon (SiO2) dalam Konsentrat < 100 mg/L

• Indeks Saturasi Langelier (LSI): pHb - pHs < 0

• Ion cenderung membentuk garam tak larut (misalnya, Sr, Ba): Produk ion (Ipb) < 0,8 Ksp

2. Peran Sistem Pra-Perawatan:
Sistem pra-pengolahan menghilangkan residu klorin, zat padat besar, koloid flokulasi, zat organik, oksida, senyawa organik, dan logam berat dari airsebelumnyamasuk ke sistem RO, sehingga mengurangi nilai COD dan SDI.

Selain itu ion seperti kalsium, magnesium, barium, sulfat, silikat, dan karbonat dapat dikomplekskan dengan menambahkan penghambat skala untuk membentuk partikel yang lebih besar,yang kemudian dibuang sebagai konsentrat dari unit RO.

(1) Dampak dari kerusakan sistem pada membran RO:
Seperti yang diuraikan di bagian pra-pengolahan, sebagian besar makromolekul berbahaya dihilangkan oleh sistem pra-pengolahan sebelum mencapai membran RO.Jika sistem pra-pengolahan tidak memadai dan beberapa parameter air pakan RO tidak sesuai, kerusakan fisik dan kimia yang tidak dapat dipulihkan pada elemen membran RO dapat terjadi, secara signifikan memperpendek umur mereka. Faktor yang mempengaruhi umur membran RO meliputi:

• Pengukuran membran RO

• Membosok membran RO oleh oksida logam

• Penyumbatan membran RO oleh zat padat tersuspensi

• Pencemaran oleh koloid, zat organik, dan mikroorganisme, yang menyebabkan peningkatan COD air produk.

(2) Dampak dari kerusakan sistem pada sistem air ultra murni RO:
Kerusakan pada sistem pra-pengolahan mempengaruhi seluruh sistem air ultra murni RO dengan tiga cara utama:

• Mengurangi hasil dan kualitas air produk sistem.

• Meningkatkan konsumsi air dan energi peralatan RO.

• Meningkatkan biaya operasional, termasuk biaya untuk penghambat skala dan bahan kimia pengolahan air lainnya.

Prinsip kerja UF dan sistem karbon aktif:
Sistem pra-pengolahan yang umum dalam prakteknya termasuk sistem Ultrafiltrasi (UF) dan sistem Karbon Aktif. Sistem UF biasanya terdiri dari filter disk dan unit UF.Sistem karbon aktif biasanya terdiri dari filter multimedia (MMF) dan filter karbon aktif (ACF).

1Prinsip Kerja Sistem UF:

• Disk Filter:Bekerja dengan filtrasi permukaan dan kedalaman menggunakan cakram plastik yang dikemas erat.

• Ultrafiltrasi (UF):Teknologi pemisahan membran bertekanan. Di bawah tekanan, molekul larut kecil dan pelarut melewati membran dengan ukuran pori tertentu, sementara molekul larut yang lebih besar (berat molekul 10,000 - 30,000 Da) dipertahankan, sebagian memurnikan larutan dengan menghilangkan makromolekul. (Lihat skematik Gambar 1 untuk prinsip UF).

2Prinsip kerja sistem karbon aktif:

• Filter Multimedia (MMF):Menggunakan satu atau beberapa media filter (misalnya, pasir kuarsa, antrasit, pasir mangan) di bawah tekanan.dengan efektif menghilangkan zat padat yang tersuspensi dan memperjelas airHal ini mengurangi SDI ke bawah 3 dan digunakan untuk penghapusan keruh dan sebagai pra-pengolahan untuk air lunak / murni.

• Filter Karbon Aktif (ACF):Air dari MMF masuk ke ACF yang berisi tempat tidur pasir kuarsa yang mendukung media karbon aktif.dan kotoran tersuspensi terutama melalui adsorpsi fisik (kekuatan van der Waals) dalam jaringan pori yang luas.

Pro dan kontra dari UF dan sistem karbon aktif:
Setiap jenis sistem pra-pengolahan memiliki kelebihan dan kekurangannya selama operasi.

Sistem Ultrafiltrasi (UF):

1. Keuntungan:

   • Faktor konsentrasi tinggi, tingkat pemulihan air produk dapat melebihi 90%.

   • Kejernihan dan kualitas air produk yang sangat baik.

   • Sebagai pra-pengolahan RO, UF secara signifikan mengurangi biaya investasi RO dan memperpanjang umur membran RO (hingga lebih dari 3 tahun).

   • Tingkat otomatisasi yang tinggi, struktur sederhana, biaya operasi / pemeliharaan yang rendah; mampu online backwashing dan pembersihan kimia (CIP).

   • Jejak kecil.

2. Kontra:

   • Ukuran pori membran UF (0,002 - 0,1 μm) mencakup rentang filtrasi yang luas (kolloid ≥0,1 μm, lateks ≥0,5 μm, bakteri ≥0,2 μm, partikel ≥5 μm).mempengaruhi aliran dan umur membran.

   • Biaya investasi awal yang lebih tinggi (biasanya 2-3 kali biaya sistem MMF+ACF untuk kapasitas yang sama).

   • Persyaratan yang ketat untuk tekanan air pakan.

   • Tidak dapat dimatikan untuk jangka waktu yang lama; membran membutuhkan pelestarian kimia untuk kelelahan jangka panjang.

Sistem karbon aktif:

1. Keuntungan:

   • Biaya investasi awal yang lebih rendah.

   • Output air yang stabil; kurang sensitif terhadap variasi tekanan air masuk.

2. Kontra:

   • Jejak kaki yang besar.

   • Selama operasi, karbon aktif dan antrasit mengalami reaksi fisik/kimia, yang menyebabkan konsumsi alami, kelelahan kapasitas adsorpsi, dan penurunan kualitas air produk,berdampak negatif pada sistem RO hilir.

   • Siklus backwashing untuk ACF sulit dikontrol dan sering pendek.Pencucian balik yang jarang terjadi menyebabkan tekanan diferensial yang tinggi di seluruh filter, menimbulkan risiko operasional dan mengurangi aliran.

   • Biaya operasi dan pemeliharaan jangka panjang yang tinggi, beban kerja yang signifikan; media filter memiliki umur pendek (membutuhkan penggantian tahunan).