Analisis Proses Membran Ultrapenapisan dalam Aplikasi Rawatan Air (I)

Kebolehtelapan membran ultrapenapisan meningkat dengan peningkatan suhu. Secara amnya, kelikatan larutan akueus berkurangan dengan suhu, sekali gus mengurangkan rintangan aliran dan seterusnya meningkatkan kadar kebolehtelapan. Suhu sebenar larutan bekalan di tapak kerja harus dipertimbangkan dalam reka bentuk kejuruteraan. Sebelum ini, ultrapenapisan digunakan dalam rawatan air dan proses penulenan, kepekatan dan pemisahan industri lain sebagai kaedah prarawatan atau rawatan lanjutan. Dalam penggunaan yang meluas Proses Rawatan AirOleh itu, ia sering digunakan sebagai cara penulenan lanjutan. Disebabkan oleh ciri-ciri membran ultrapenapisan gentian berongga, terdapat keperluan prarawatan tertentu untuk bekalan air. Pepejal terampai, koloid, mikroorganisma dan bendasing lain di dalam air boleh melekat pada permukaan membran, menyebabkan pengotoran.

Oleh kerana membran ultrapenapisan mempunyai fluks air yang agak tinggi, kepekatan bendasing yang terperangkap pada permukaan membran meningkat dengan cepat, mengakibatkan pengkutuban kepekatan. Lebih serius lagi, beberapa zarah yang sangat halus boleh memasuki liang membran dan menyumbat saluran air. Di samping itu, bahan likat yang dihasilkan oleh mikroorganisma dan produk metaboliknya di dalam air juga melekat pada permukaan membran. Faktor-faktor ini semua menyebabkan penurunan kebolehtelapan membran ultrapenapisan dan perubahan dalam prestasi pemisahannya. Pada masa yang sama, terdapat batasan tertentu pada suhu, nilai pH dan kepekatan ultraAir Penapisan bekalan.

Oleh itu, prarawatan dan pelarasan kualiti air yang sesuai adalah perlu agar bekalan air ultrapenapisan dapat memenuhi keperluan bekalan, memanjangkan jangka hayat membran ultrapenapisan dan mengurangkan kos rawatan air.

Penghapusan Mikrob (Bakteria, Alga)

Apabila air mengandungi mikroorganisma, sebahagian daripada mikroorganisma yang terperangkap mungkin melekat pada sistem prarawatan, seperti permukaan media penapis berbilang media, selepas memasuki sistem prarawatan. Apabila mikroorganisma ini melekat pada permukaan membran ultrapenapisan, ia akan membesar dan membiak, berpotensi menyumbat sepenuhnya liang mikro dan juga lumen gentian berongga.

Kehadiran mikroorganisma sangat berbahaya kepada membran ultrapenapisan gentian berongga. Penyingkiran bakteria dan alga daripada air mentah adalah penting. Dalam projek rawatan air, pengoksidaan seperti NaClO dan O3 biasanya ditambah pada kepekatan 1–5 mg/L. Pensterilan ultraungu juga boleh digunakan. Di makmal, modul membran ultrapenapisan gentian berongga boleh disterilkan dengan mengedarkan hidrogen peroksida (H2O2) atau larutan akueus kalium permanganat selama 30–60 minit.

Rawatan mikrob hanya boleh membunuh mikroorganisma, tetapi ia tidak boleh menyingkirkannya daripada air; ia hanya menghalang pertumbuhannya.

Mengurangkan Kekeruhan Influen

Apabila air mengandungi pepejal terampai, koloid, mikroorganisma dan bendasing lain, ia akan menghasilkan tahap kekeruhan tertentu. Kekeruhan ini menghalang penghantaran cahaya, dan kesan optik ini berkaitan dengan jumlah, saiz dan bentuk bendasing tersebut. Kekeruhan biasanya diukur dalam darjah, dengan 1 mg/L SiO2 menghasilkan 1 darjah kekeruhan. Darjah yang lebih tinggi menunjukkan kandungan bendasing yang lebih tinggi.

Medan yang berbeza mempunyai keperluan yang berbeza untuk kekeruhan bekalan air. Contohnya, untuk air domestik umum, kekeruhan tidak boleh melebihi 5 darjah. Memandangkan pengukuran kekeruhan melibatkan pengaliran cahaya melalui air mentah dan mengukur jumlah, warna dan kelegapan cahaya yang dipantulkan oleh zarah dalam air, saiz, bilangan dan bentuk zarah semuanya mempengaruhi pengukuran. Hubungan antara kekeruhan dan pepejal terampai adalah rawak. Kekeruhan tidak boleh memantulkan zarah yang lebih kecil daripada beberapa mikrometer.

Dalam rawatan membran, mikrostruktur penapis air yang tepat memerangkap zarah pada tahap molekul dan juga ionik, menjadikan kekeruhan sebagai penunjuk kualiti air yang tidak tepat. Untuk meramalkan kecenderungan pencemaran air mentah, ujian SDI (Self-Containing Dissolved Intake) telah dibangunkan.

Nilai SDI digunakan terutamanya untuk mengesan jumlah koloid dan pepejal terampai dalam air, dan merupakan penunjuk penting kualiti pengaruh sistem. Nilai SDI secara amnya ditentukan dengan menggunakan membran mikropori 0.45 μm di bawah tekanan aliran air malar 0.21 MPa. Pertama, masa t0 yang diperlukan untuk menapis 500 ml sampel air direkodkan. Kemudian, di bawah keadaan yang sama, air dialirkan selama 15 minit lagi, dan masa t15 yang diperlukan untuk menapis 500 ml sampel air lagi direkodkan. Nilai tersebut kemudiannya dikira menggunakan formula berikut: SDI = (1 - t0/t15) × 100/15. Magnitud nilai SDI dalam air secara kasarnya mencerminkan tahap pencemaran koloid. Air perigi mempunyai SDI

Teknologi ultrapenapisan paling berkesan dalam mengurangkan SDI (Indeks Ketumpatan Pepejal). Air yang dirawat oleh membran ultrapenapisan gentian berongga mencapai SDI 0. Walau bagaimanapun, apabila SDI terlalu tinggi, terutamanya apabila zarah yang lebih besar mengotorkan membran ultrapenapisan gentian berongga dengan teruk, prarawatan diperlukan dalam proses ultrapenapisan. Prarawatan ini boleh dicapai menggunakan pasir kuarza, karbon diaktifkan atau penapis yang diisi dengan pelbagai media. Tiada formula tetap untuk kaedah prarawatan khusus, kerana sumber air yang berbeza memerlukan pendekatan yang berbeza.

Contohnya, untuk air paip atau air bawah tanah dengan kekeruhan rendah, penggunaan penapis ketepatan 5–10 μm (seperti penapis sarang lebah, penapis leburan atau penapis paip sinter PE) secara amnya boleh mengurangkan kekeruhan kepada sekitar 5. Sebelum penapis ketepatan, flokulan mesti ditambah dan penapis media berganda atau berbilang lapisan mesti digunakan. Secara amnya, kadar penapisan tidak boleh melebihi 10 m/j, dengan 7–8 m/j adalah ideal. Semakin perlahan kadar penapisan, semakin baik kualiti air yang ditapis.

Penyingkiran Pepejal Terampai dan Bahan Koloid

Bagi bendasing dengan saiz zarah yang lebih besar daripada 5 μm, penapis dengan ketepatan penapisan 5 μm boleh digunakan untuk penyingkiran. Walau bagaimanapun, bagi zarah halus dan koloid antara 0.3 dan 5 μm, teknik penapisan konvensional sukar digunakan. Walaupun ultrapenapisan mempunyai kesan penyingkiran mutlak pada zarah dan koloid ini, ia sangat berbahaya kepada membran ultrapenapisan gentian berongga. Khususnya, zarah koloid membawa cas elektrik dan merupakan agregat molekul dan ion. Kestabilan koloid dalam air terutamanya disebabkan oleh tolakan bersama antara zarah koloid dengan cas yang sama.

Menambah bahan bercas (flocculator) dengan cas yang bertentangan pada zarah koloid ke dalam air mentah akan merosakkan kestabilan zarah koloid, meneutralkannya dan menyebabkan zarah koloid yang tersebar beragregat menjadi gumpalan besar, yang kemudiannya boleh disingkirkan dengan mudah melalui penapisan atau pemendapan. Flokulan yang biasa digunakan termasuk elektrolit bukan organik seperti aluminium sulfat, polialuminium klorida, ferus sulfat dan ferik klorida. Flokulan organik termasuk poliakrilamida, natrium poliakrilat dan poliimida. Oleh kerana polimer berat molekul tinggi ini boleh meneutralkan cas permukaan zarah koloid, membentuk ikatan hidrogen dan "menjembatani," pembekuan dan pemendapan diselesaikan dengan cepat, menghasilkan peningkatan kualiti air yang ketara. Oleh itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, flokulan polimer telah menunjukkan trend penggantian flokulan bukan organik.

Apabila menambah flokulan, bahan bantu koagulan boleh ditambah, seperti pelaras pH (kapur dan natrium karbonat), pengoksida (klorin dan serbuk peluntur), agen penstabil (serat larut air), dan penjerap (poliakrilamida), untuk meningkatkan kesan pembekuan.

Flokulan selalunya disediakan sebagai larutan akueus dan ditambah menggunakan pam pemeteran, atau ia boleh dimasukkan terus ke dalam sistem rawatan air menggunakan penyuntik yang dipasang pada saluran paip bekalan air.

Penyingkiran Bahan Organik Terlarut

Bahan organik terlarut tidak boleh disingkirkan sepenuhnya melalui pemendapan penggumpalan, penapisan berbilang media atau ultrapenapisan. Pada masa ini, kaedah pengoksidaan atau penjerapan biasa digunakan.

(1) Kaedah Pengoksidaan: Pengoksidaan menggunakan klorin atau natrium hipoklorit (NaClO) berkesan dalam menyingkirkan bahan organik terlarut. Ozon (O3) dan kalium permanganat (KMnO4) juga merupakan pengoksida yang baik, tetapi kosnya sedikit lebih tinggi.

(2) Kaedah Penjerapan: Resin penjerapan karbon teraktif atau makroporous boleh menyingkirkan bahan organik terlarut dengan berkesan. Walau bagaimanapun, bagi alkohol dan fenol yang sukar diserap, pengoksidaan masih diperlukan.