PEMODELAN PROSES REVERSE OSMOSIS KINERJA MENGGUNAKAN JARINGAN SARAF BUATAN

PEMODELAN PROSES REVERSE OSMOSIS KINERJA MENGGUNAKAN JARINGAN SARAF BUATAN

Abstrak

Salah satu masalah yang lebih serius yang dihadapi dalam pengolahan air reverse osmosis (RO) proses adalah terjadinya pengotoran membran, yang membatasi efisiensi operasi (pertunjukan pemisahan, fluks permeasi air, penolakan garam) dan masa pakai membran. NS pengembangan model deterministik umum untuk mempelajari dan memprediksi perkembangan pengotoran pada instalasi osmosis balik skala penuh adalah beban karena kompleksitas dan temporal variabilitas komposisi pakan, variasi diurnal, ketidakmampuan untuk mengukur secara realistis variabilitas waktu nyata dari kecenderungan pengotoran pakan, kurangnya pemahaman tentang keduanya interaksi membran-foulan dan interaksi berbagai mekanisme pengotoran. Dalam penelitian ini, model berbasis jaringan saraf tiruan (JST) dikembangkan berdasarkan analisis langsung data eksperimen untuk memprediksi kinerja operasi proses. Duanpendekatan dipertimbangkan; satu berdasarkan karakterisasi bagian senyawa organik melalui membran RO, dan yang kedua berdasarkan pemodelan dinamika permeat aliran dan kinerja pemisahan untuk pabrik desalinasi RO skala penuh.

Penyerapan zat terlarut organik, permeasi dan penolakan oleh membran RO dari larutan berair dipelajari melalui struktur-properti kuantitatif berbasis jaringan saraf tiruan hubungan (QSPR) untuk satu set 50 senyawa organik untuk poliamida dan selulosa asetat membran. Kinerja pemisahan untuk molekul organik dimodelkan berdasarkan data eksperimen yang tersedia dicapai dengan pengukuran radioaktivitas untuk menentukan zat terlarut kuantitas dalam pakan, meresap dan diserap oleh membran. Penolakan zat terlarut ditentukan dari neraca massa pada volume larutan yang meresap. Model QSPR berbasis JST adalah dikembangkan untuk fraksi organik terukur (M) dan fraksi meresap (P) dengan set deskriptor molekuler dan sifat membran yang sesuai dipilih menggunakan tiga metode pemilihan fitur yang berbeda. Analisis komponen utama dan peta yang mengatur sendiri pra-penyaringan semua 50 senyawa organik yang ditentukan oleh 45 deskriptor kimia yang dipertimbangkan digunakan untuk mengidentifikasi domain penerapan model dan kesamaan kimia antara molekul organik. Model QSPR memprediksi fraksi massa M dan P dalam kisaran kesalahan eksperimental pengukuran. Kesalahan prediksi yang agak lebih tinggi adalah ditemui untuk beberapa bahan kimia yang tidak terwakili dengan baik dalam bahan kimia ini domain; namun, kesalahannya konsisten dengan standar deviasi eksperimental dari pengukuran. QSPR berbasis ANN divalidasi dengan uji keseimbangan massa diterapkan tidak hanya pada 50 senyawa organik yang digunakan untuk mengembangkan model, tetapi juga untuk satu set dari 143 senyawa baru. Kualitas model QSPR/NN yang dikembangkan menunjukkan bahwa ada bermanfaat dalam memperluas basis data gabungan saat ini dan memperluas pendekatan saat ini untuk mengembangkan alat yang komprehensif untuk menilai perilaku zat terlarut organik dalam pengolahan air RO proses.

Dinamika laju aliran permeat dan jalur garam untuk desalinasi air payau RO pilot plant ditangkap oleh model berbasis JST. Efek dari parameter operasi, umpan kualitas air dan terjadinya pengotoran selama evolusi waktu dari kinerja proses berhasil dimodelkan oleh jaringan saraf propagasi balik. Dalam sebuah alternatif pendekatan, prediksi parameter kinerja proses berdasarkan nilai sebelumnya adalah dicapai dengan menggunakan analisis Fuzzy ARTMAP. Model jaringan syaraf tiruan yang dibangun mampu menangkap perubahan dalam kinerja proses RO dan berhasil digunakan untuk interpolasi, serta untuk prediksi ekstrapolasi, fakta yang memungkinkan peramalan waktu singkat yang masuk akal dari evolusi waktu proses. Ditunjukkan bahwa menggunakan pengukuran waktu nyata untuk berbagai proses dan variabel kualitas air umpan, dimungkinkan untuk membangun model jaringan saraf yang memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang timbulnya fouling. Ini sangat mendorong untuk lebih lanjut pengembangan strategi optimasi dan kontrol, berdasarkan sensor lunak yang mampu mengantisipasi gangguan proses

1. Pendahuluan

Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa faktor telah menyebabkan perkembangan pemisahan membran teknologi. Yang paling penting adalah kebutuhan produksi air tawar untuk minum, domestik, pertanian, lanskap atau penggunaan industri, persyaratan yang lebih tinggi metode tingkat kinerja untuk aplikasi reklamasi dan penggunaan kembali air limbah, serta tingkat kontaminan maksimum yang diizinkan lebih rendah. Proses membran sering dipilih dalam teknologi pengolahan air karena aplikasi ini mencapai penghilangan yang tinggi dari konstituen seperti padatan terlarut, karbon organik, ion anorganik, dan senyawa organik yang tidak diatur. Membran reverse osmosis (RO) dan nanofiltrasi (NF) proses yang digunakan di seluruh dunia untuk produksi air minum dan ultra-murni, kimia proses pemisahan, serta desalinasi air laut (salinitas sekitar 35 g/l) dan payau air (kurang asin dari air laut). Selain itu, akhir-akhir ini minat terhadap integrasi teknologi membran tersebut untuk pengolahan air kota dan industri, karena mereka telah direkomendasikan sebagai cocok untuk desalinasi hemat biaya dan penghapusan berbagai konstituen organik dengan berat molekul rendah. Senyawa organik perhatian khusus termasuk pengganggu endokrin, antibiotik manusia dan hewan, desinfeksi produk sampingan, insektisida dan herbisida, dan berbagai obat-obatan farmasi. Banyak dari senyawa ini telah terdeteksi di ekosistem alami di bioaktif konsentrasi.

Reverse osmosis adalah proses pemisahan membran yang digerakkan oleh tekanan, digunakan untuk menghilangkan zat terlarut dengan berat molekul, seperti garam anorganik atau molekul organik kecil, dari pelarut. Itu bergantung pada penggunaan membran semi permeabel, yang memungkinkan molekul pelarut lewat melaluinya, menghambat lewatnya zat terlarut. Jika dua larutan dengan konsentrasi berbeda dipisahkan oleh membran seperti itu, pelarut dari larutan konsentrasi yang lebih rendah akan bergerak melalui membran ke dalam yang terkonsentrasi, dalam proses yang disebut osmosis. osmotik aliran dikaitkan dengan kecenderungan untuk menyamakan konsentrasi zat terlarut kedua ukuran itu. Namun, jika cairan di satu sisi membran adalah pelarut murni, dua konsentrasi tidak akan pernah bisa menjadi sama. Dalam hal ini, proses osmosis berlanjut hingga potensial kimia keduanya solusi adalah sama. Ini terjadi ketika tekanan yang diberikan oleh larutan pekat terhadap membran cukup tinggi untuk mencegah aliran pelarut lebih lanjut. NS perbedaan tekanan hidrodinamik antara dua larutan yang ditemukan pada potensial kimia kesetimbangan disebut perbedaan tekanan osmotik. Dalam proses reverse osmosis, tekanan harus diterapkan pada larutan pekat untuk mengatasi tekanan osmotik dan untuk memaksa pelarut melintasi membran melawan gradien konsentrasi, seperti yang ditunjukkan secara skematis pada Gambar 1.1 .

Gambar 1.1. Ilustrasi skema proses reverse osmosis.

Pelarut didorong melalui membran oleh tekanan (konveksi), sedangkan massa transfer zat terlarut dikendalikan difusi. Dengan ini, permeasi pelarut melalui membran dapat digambarkan menggunakan model aliran pori:

( ) wJ AP = (1.1) di mana wJ adalah fluks massa pelarut yang melewati membran -2 -1 kg ms ⋅ ⎣ , A adalah pelarut koefisien permeabilitas (karakteristik untuk membran tertentu) -2 -1 -1 kg m kPa s , P adalah gradien tekanan membran [kPa], adalah perbedaan tekanan osmotik [kPa], dan adalah koefisien refleksi, yang merupakan ukuran selektivitas membran (yaitu, = 0 , tidak selektivitas membran; 0 1 < < , transpor zat terlarut, tidak sepenuhnya semi permeabel selaput; = 1, membran ideal, tidak ada transpor zat terlarut) 

Fluks massa zat terlarut dapat digambarkan menurut model difusi larutan, di mana zat terlarut larut dalam membran dan kemudian berdifusi melalui membran ke bawah gradien konsentrasi:

di mana s J adalah fluks massa zat terlarut yang melewati membran -2 -1 kg m s , Ds adalah zat terlarut koefisien difusi dalam bahan membran 2 -1 m s⋅ , Ks adalah distribusi atau partisi koefisien, l adalah ketebalan membran [m], dan , C C f p adalah konsentrasi dalam umpan dan larutan permeat masing-masing -3 kg m⋅ .

Koefisien permeabilitas zat terlarut ( -1 B, m s⋅ ), dapat dinyatakan sebagai fungsi difusi dan koefisien partisi dan ketebalan membran, sebagai

Fluks volumetrik permeat ( -1 , m s p J ⎣ ) dapat dihitung selanjutnya sebagai jumlah dari fluks zat terlarut dan pelarut:

di mana p adalah densitas permeat -3 kg m⋅ ⎣ .

Kinerja reverse osmosis dapat dinyatakan dalam hal pemulihan dan penolakan. Pemulihan (Y) didefinisikan sebagai fraksi aliran umpan yang melewati membran, seperti yang disajikan dalam Persamaan. (1.5). Penolakan (R), didefinisikan dalam Persamaan. (1.6), menyatakan sejauh mana zat terlarut adalah ditolak oleh membran.

Dalam Persamaan. (1.5) dan (1.6), Q adalah laju aliran volumetrik 3 -1 m s⋅ ⎣ , dan C menunjukkan konsentrasi -3 kg m⋅ , sedangkan subskrip p dan f mengacu pada aliran permeat dan aliran umpan, masing-masing. Pemilihan bahan membran secara langsung mempengaruhi efisiensi pemisahan, karena: karakteristik membran mempengaruhi fluks pelarut dan zat terlarut melalui permeabilitas koefisien. Untuk mendapatkan efisiensi yang baik, bahan membran harus memiliki afinitas yang tinggi untuk pelarut, dan afinitas rendah untuk zat terlarut. Osmosis balik yang paling umum membran yang mencapai tahap aplikasi ekonomi di pabrik pemurnian air adalah terbuat dari selulosa asetat (CA) atau poliamida (PA).

Untuk sebagian besar aplikasi teknis, membran RO digunakan dalam desain aliran silang di mana air berada mengalir terus menerus di atas permukaan membran. Karena aliran permeat sebanding dengan area membran, modul luka spiral digunakan, diperoleh dengan menggulung tumpukan membran dengan memisahkan tikar spacer menjadi unit bentuk silinder. Konfigurasi seperti itu menawarkan luas permukaan yang tinggi per satuan volume. Larutan garam diumpankan secara aksial, air meresap membran dan mengalir radial menuju pusat modul silinder di mana dikumpulkan dalam pipa permeat, seperti yang disajikan pada Gambar 1.2.

Gambar 1.2. Modul membran RO luka spiral.

Waktu hidup membran dan kinerja pemisahan, kuantitas (yaitu, fluks air) dan kualitas (yaitu, penolakan garam), terutama dipengaruhi oleh efek lapisan batas penghambat fluks, terutama fenomena polarisasi konsentrasi, pengotoran dan penskalaan. Ketika larutan umpan mengalir di atas permukaan membran, seperti yang disajikan pada Gambar 1.3, spesies yang ditolak terakumulasi di sebelah permukaan membran membentuk lapisan dengan konsentrasi lebih tinggi (Cm) daripada yang ada di massa larutan (Cb).

Terjadinya lapisan konsentrasi tinggi di dekat permukaan membran disebut polarisasi konsentrasi dan dinyatakan menggunakan Persamaan. (1.7) disimpulkan dari model teori film.

Fenomena ini menyebabkan peningkatan tekanan osmotik trans-membran, dalam garam bagian (yaitu, rasio antara permeat dan konsentrasi feed-brine), serta pengotoran permukaan dan pembentukan kerak mineral.

Dalam Persamaan. (1.7), C adalah konsentrasi -3 kg m⋅ ⎣ , dengan subskrip m, p dan b mengacu pada permukaan membran, aliran permeat dan larutan curah, masing-masing, p J adalah fluks permeat -1 m s⋅ dan k adalah koefisien perpindahan massa -1 m s⋅ .

Pengotoran membran dianggap sebagai sekelompok efek fisik, kimia dan biologis menyebabkan hilangnya permeabilitas membran secara ireversibel. Fenomena ini mengacu pada pengendapan bahan yang tidak diinginkan pada membran, yang mengarah pada pembentukan satu, atau beberapa lapisan pada permukaan membran disertai penyumbatan pori-pori membran.

Faktor utama terjadinya fouling adalah adsorpsi komponen pakan, penyumbatan pori-pori, deposisi padatan, kristalisasi dan pemadatan struktur membran, interaksi kimia antara bahan membran dan komponen larutan, lapisan gel pembentukan dan pertumbuhan bakteri. Foulant yang membentuk deposit pada membran adalah:

sedikit garam larut, zat organik terlarut, koloid dan partikel dan mikroorganisme. Akumulasi ion anorganik di dekat dan di permukaan membran dapat menyebabkan peningkatan konsentrasi mereka, melebihi batas kelarutan berbagai garam mineral yang sedikit larut seperti kalsium karbonat, kalsium sulfat dan barium sulfat. Garam mineral ini kemudian dapat mengkristal langsung ke permukaan membran, atau dapat mengendap dalam jumlah besar di dekat membran diikuti oleh pengendapan kristal yang terbentuk ke permukaan membran. Fenomena ini menyebabkan penurunan fluks permeat dan lebih pendek waktu hidup membran disebut penskalaan

LAYANAN ADY WATER

Ady Water jual membran RO merek: CSM, VONTRON, LUSO, FILMTEC. 

Ady Water jual membran RO ukuran 50 GPD, 75 GPD, 100 GPD, 200 GPD, 400 GPD, 500 GPD, 1000 GPD, 2000 GPD, 5000 GPD, 10000 GPD, dan ukuran yang lebih besar. 

Ady Water menerima PROJECT untuk instalasi mesin reverse osmosis dan membran reverse osmosis untuk industri. 

Aplikasi membran RO untuk industri AMDK, industri Food & Beverage, Depot Air Minum Isi Ulang, dll. Ada tiga jenis membran RO: SWRO (Sea Water Reverse Osmosis), TWRO (Tap Water Reverse Osmosis), BWRO (Brackish Water Reverse Osmosis)

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater