Pengenalan
Tujuan dari makalah ini adalah untuk memberikan pengguna DMI-65 katalitik media filtrasi air dengan informasi kualitatif tentang bagaimana bahan bekerja, kemampuan dan keterbatasan dan memungkinkan mereka untuk menerapkan bahan untuk proses pengolahan air dengan cara yang tepat dan dengan percaya diri. Makalah ini menghindari kompleksitas rinci dari lapisan elektrokimia permukaan padat dan ilmu koloid, kuantitatif proses fisik dan kimia dan reaksi. Bagi pembaca yang memiliki pengetahuan yang signifikan di daerah ini kertas membawa lebih banyak pemahaman tentang apa DMI-65 adalah dan penggunaannya dimaksudkan. Pendatang baru di daerah ini disediakan dengan basis, dan mungkin motivasi, untuk mengarahkan mereka lebih dalam studi mendalam karena mereka mungkin ingin.
Sejarah
Pada masa-masa awal pengolahan air, secara alamiah terjadi Zeolit (seperti kehijauan glauconite) digunakan untuk melembutkan dan mengangkat besi dan mangan dari boiler make-up dan proses perairan. Sebagai permintaan untuk kualitas air yang lebih tinggi meningkat (karena di bagian yang lebih tinggi kelas tekanan Boiler) air memperlakukan industri sebagian besar bergerak menjauh dari produk ini untuk melunakkan ke resin pertukaran ion sintetis yang baru dikembangkan.
Namun, dalam kasus besi dan mangan penghapusan langkah ini jauh lebih lambat dan hasilnya adalah bahwa penggunaan glauconite Greensand (Greensand) media filtrasi terus berlanjut sampai saat ini. Greensand adalah dan sering digunakan sebagai langkah pretreatment sebelum proses pertukaran ion karena besi dalam air pakan dapat dan tidak busuk resin kation. Proses lain termasuk aerasi dan oksidasi-filtrasi dengan filter media standar atau proprietary jenis media dan/atau filter
Sementara ada produk penghapusan besi/mangan lain dan proses yang dikembangkan sejak Greensand diperkenalkan penggunaan Greensand terus berlanjut meskipun ada beberapa masalah yang membuatnya kurang dari media yang ideal. Diperlukan regenerasi periodik dengan kalium permanganat, tidak dapat digunakan dalam perairan pH yang lebih rendah ( < 6,2), memiliki suhu operasi yang relatif rendah (80oF), dan cenderung melunakkan melalui waktu mengakibatkan masalah penurunan tekanan pada laju aliran yang lebih tinggi. Selain itu, pasokan sesekali dapat menjadi dibatasi karena masalah lingkungan dengan fasilitas pengolahan di sepanjang pantai timur Amerika Serikat.
Karena masalah ini pada tahun 1970-an air memperlakukan perusahaan dan pengguna akhir mulai mengungkapkan minat pada “sesuatu yang lain” untuk menggantikan Greensand. Dalam menanggapi permintaan mereka, para ilmuwan dan peneliti di Jepang mulai mencari cara untuk menanamkan oksidator agen untuk bahan matriks yang berbeda. Rasanya bahwa produk yang diproduksi secara komersial dapat dibuat lebih kuat, memiliki sifat fisik yang lebih baik dan lebih tunduk pada perbaikan dan/atau modifikasi dari media alami.
Beberapa dekade penelitian dan pengembangan teknologi infus Jepang telah menghasilkan produk buatan Australia yang unik, DMI-65 merupakan media katalitik granular yang digunakan untuk meningkatkan proses reduksi/oksidasi (redoks) yang canggih dalam air. Media adalah bagian dari kategori yang luas dari produk yang berasal tindakan fisik dan kimia mereka dari interaksi permukaan oksida logam mereka dengan molekul air dan ion dalam larutan. Produk ini revolusioner karena teknologi infus proprietary yang menembus substrat mikro menuangkan bahan matriks, memungkinkan untuk luas permukaan katalitik yang lebih besar dan distribusi ukuran partikel yang ketat. DMI-65 memiliki tingkat denda yang rendah, toleransi terhadap rentang pH yang lebih luas dan permukaan katalitik yang diinfus secara kimiawi yang tidak akan dikonsumsi atau dikurangi dalam kondisi operasi normal. Terakhir 5-10 tahun penggunaan terus menerus.
Informasi latar belakang
DMI-65 adalah media penyaringan air katalitik sangat kuat yang dirancang untuk menghilangkan besi dan mangan dalam larutan berair (air) tanpa perlu kalium permanganat atau regenerasi kimia. Struktur mikropori yang unik dari DMI-65 efisien menghilangkan besi larut ke tingkat yang hampir tidak terdeteksi serendah 0,001 ppm dan mangan untuk 0,001 ppm. DMI-65 bertindak sebagai katalis oksidasi dengan segera oksidasi dan filtrasi dari diendapnya tidak larut berasal dari reaksi oksidasi ini. DMI-65 juga dapat menghilangkan arsenik, aluminium dan logam berat lainnya dan hidrogen sulfida dalam kondisi tertentu.
Bahan adalah bagian dari kategori luas produk yang berasal tindakan fisik dan kimia mereka dari interaksi permukaan oksida logam mereka dengan molekul air dan ion dalam larutan.
Permukaan padat interaksi dengan air membedakan antara adsorpsi sebagai kekuatan Van der Waal lemah yang memegang molekul hidrofobik dalam media inti yang kaku seperti karbon aktif dan penyerapan sebagai lemah Van der Waal pasukan yang memegang molekul hidrofobik dalam matriks membengkak (seperti benzena) dalam polimer T-butil Styrene atau penyerapan oleh ekstraksi cair-cair. Resin pertukaran ion memanfaatkan proses penyerapan sementara interaksi DMI-65 dengan molekul air dan ion dalam larutan dimulai melalui adsorpsi.
Bahan Adsorben jenis non katalitik mempertahankan ion target dari air sampai salah satu situs yang tersedia untuk adsorpsi mencapai kepadatan maksimum dan saturasi atau konsentrasi ion target dalam air yang diobati mencapai konsentrasi maksimum yang dapat diterima. Pada titik ini, bahan Adsorben harus dibuat ulang untuk menghilangkan atau mengganti ion kontaminan, atau bahan yang digunakan diganti dengan bahan baru yang dimuat dalam wadah pengobatan. Ketika proses bekerja dengan menukar satu jenis ion untuk ion target dari air proses disebut pertukaran ion. Kategori ini Adsorben dan beberapa bahan penyerap sebagian menghapus ion target dari air. Semakin besar permukaan per volume material, semakin besar jumlah ion target kontaminan yang dapat dipertahankan dari air.
Bahan katalitik murni droplet ion reaktan dari larutan membawa mereka dalam kedekatan ikatan kimia. Kemudian produk reaksi bergerak menjauh dari permukaan katalis. Ketat berbicara katalis memfasilitasi reaksi kimia; mereka tidak secara implisit menghapus apapun. Jika produk reaksi adalah endapan padat, sering produk dipertahankan di tempat tidur katalitik, maka dihapus oleh filtrasi.
Banyak bahan bertindak dalam mode campuran; dengan pertukaran ion dan tindakan katalitik berlangsung. Bagi mereka bahan yang digunakan terutama untuk tindakan katalitik mereka, pertukaran ion mengakibatkan pembubaran lapisan katalitik menyebabkan perlunya regenerasi periodik atau pengaktifan kembali untuk memperbaiki matriks ion di permukaan aktif mereka.
DMI-65 – Advanced oksidasi katalitik media
DMI-65 adalah bahan granular coklat gelap ke warna hitam. Warna ini dihasilkan oleh Mangan oksida di lapisan luar butiran. DMI-65 adalah media katalitik dalam arti sebenarnya dari kata dan memfasilitasi oksidasi-curah hujan-filtrasi dan tidak bisa dikonsumsi dalam reaksi. Tegasnya, media memfasilitasi reaksi kimia dan tidak secara eksplisit menghapus apa-apa. Setelah teroksidasi, aspek filtrasi kedalaman media menghilangkan padatan yang kemudian dibilas secara berkala dari pembuluh filter.
Media tidak perlu regenerasi atau pengaktifan kembali dan tidak menampilkan kapasitas yang membusuk untuk melakukan pekerjaan katalitik. Selama 5 sampai 10 tahun, melalui banyak operasi backwash tempat tidur untuk menghilangkan padatan yang ditahan, media terdegradasi oleh kontak antara partikel dan abrasi mekanis. Kemudian materi harus diganti.
OPERASI DASAR:
Proses yang terjadi di tempat tidur DMI-65 melibatkan reduksi/oksidasi (redoks). Reaksi redoks melibatkan transfer elektron antara spesies. Pengurangan adalah penguatan elektron atau penurunan dalam keadaan oksidasi dari molekul, Atom atau ion. Oksidasi adalah hilangnya elektron atau peningkatan dalam keadaan oksidasi dari molekul, Atom atau ion. Reaksi redoks terjadi secara bersamaan dimana tidak ada reaksi reduksi tanpa reaksi oksidasi. Media “membantu” reaksi kimia terjadi dengan berinteraksi dengan reaksi tanpa diubah secara permanen. Sebuah diskusi mendalam tentang redoks kimia adalah di luar lingkup kertas ini, itu hanya akan berurusan dengan bagaimana proses redoks berlaku dalam penghapusan besi dan mangan menggunakan DMI-65. Persamaan redoks individu akan dibahas dalam bagian pembuangan besi dan mangan berikut.
Dalam rangka untuk memulai proses oksidasi ion dalam larutan dan untuk memastikan bahwa lapisan oksidatif tidak dikompromikan media dirancang untuk beroperasi di hadapan klorin atau oksidan lainnya. Dalam proses ini oksidan menghilangkan elektron dan dikonsumsi dalam proses. Operator perlu memastikan bahwa ada 0,1-0,3 ppm bebas residu klorin dalam air limbah.
Klorin, diberi makan sebagai Natrium hipoklorit (NaOCl) atau pemutih (12,5 NaOCl), adalah oksidan yang disukai karena relatif murah, tersedia di seluruh dunia dan itu efektif. Oksidan lain seperti hidrogen peroksida (H2O2), klorin oksida (CLO2) atau ozon dapat juga digunakan selama sisa dapat diukur dan dipelihara.
Fungsi lain dari klorin adalah bahwa ia membuat media bebas dari pertumbuhan bakteri atau lendir. Permukaan katalitik Mangan oksida harus tetap bersih sehingga ion dalam air dapat bersentuhan dengannya. Pada saat yang sama, klorin merupakan sumber oksigen yang lebih reaktif daripada oksigen molekuler. Bagan berikut ini menunjukkan tingkat aman untuk konstituen air lainnya yang dapat mengganggu interaksi permukaan.
Tidak seperti resin pertukaran ion mana dosis regeneran lebih tinggi akan meningkatkan kapasitas pertukaran ion, residu klorin atau konsentrasi yang lebih tinggi dari yang diperlukan untuk mengoksidasi Fe dan MN tidak meningkatkan sifat oksidatif media. Selain itu, karena media sering digunakan untuk pretreat perairan sebelum reverse osmosis (RO) sistem residu klorin bebas yang lebih tinggi akan memerlukan perawatan pasca lebih luas untuk mengurangi sisa untuk melindungi membran dari serangan klorin.
DMI-65 harus diaktifkan sebelum ditempatkan ke layanan untuk pertama kalinya. Aktivasi ini membutuhkan dosis yang lebih tinggi dari klorin daripada yang digunakan selama operasi normal tetapi hanya harus dilakukan sekali selama awal start up. Tingkat dosis adalah 10 cairan ons 12,5 klorin per kaki kubik (ft3) media. Aktivasi hanya membutuhkan rendam beberapa jam tapi rendam semalam lebih disukai.
Setelah diaktifkan, kapal (s) harus backdicuci untuk menghilangkan kelebihan NaOCl dan denda. Karena Mangan oksida adalah salah satu konstituen yang digunakan dalam pembuatan media yang diperpanjang Bilas diperlukan pada start up untuk menghilangkan jejak apapun sisa bebas oksida mangan tersisa dari proses manufaktur. Setelah tingkat MN di air backwash mencapai nilai dari 0,05 untuk 0,15 ppm dan residu klorin bebas diatur filter siap untuk ditempatkan ke dalam layanan.
Penggantian media karena penurunan sifat filtrasi fisik media karena abrasi fisik akan terjadi sebelum degradasi lengkap dari lapisan katalitik terjadi. Dalam kondisi normal, kehidupan media diperkirakan mencapai 5 – 10 tahun.
Besi (Fe) presipitasi dan penghapusan menggunakan DMI 65
Besi (Fe) adalah unsur yang paling umum keempat ditemukan di kerak bumi dan ada di berbagai negara oksidasi dari-2 sampai + 6 meskipun negara bagian yang paling umum adalah besi (+ 2) dan Ferri (+ 3).
Garam ferrous mudah larut. Sebelum besi ferrous, padat terlarut yang biasa ditemukan sebagai bikarbonat besi, dapat dihilangkan dengan filtrasi itu harus teroksidasi, menjadi enzim hidroksida dan dalam air pH netral endapan di tempat tidur media. Permukaan katalitik DMI-65 mengandungi Mangan oksida atau mengekspos situs mangan dan oksigen untuk adsorpsi [Fe] ion yang ada di dalam air. Reaksi dari bikarbonat besi dan NaOCl hampir seketika dan pengoksidasi bikarbonat ferrous (menyerah sebuah Oh–) untuk menjadi hidroksida Ferri tak larut yang kemudian dihapus melalui filtrasi di permukaan katalitik media. Persamaan reaksi redoks berikut menjelaskan prosesnya.
2Fe (HCO3)2 + NaOCl + H2O + 2fe (Oh)2 + 2CO2 + NaCl
Pada gambar di atas permukaan katalitik disajikan dalam bentuk halus disederhanakan. Huruf “M” digunakan untuk merepresentasikan ion logam generik pada kisi permukaan ini. Huruf “O”, di tengah lingkaran, mewakili atom oksigen. Berbagai ukuran ion dan molekul oksigen (biru) diwakili pada skala relatif benar. Kecuali molekul oksigen, diikat besi ditampilkan sebagai lingkaran tangen. Interpretasi untuk huruf dan ion pada gambar “oksidasi ion di permukaan katalitik” adalah:
M: ion logam generik di kisi permukaan katalitik (MN +); n = 1, 2…
O: Atom atau ion oksigen (O-)
Fe: atom besi atau ion (Fe2 +, Fe3 +)
H: Atom atau ion hidrogen (H +)
OH: hidroksida, atau hidroksil anion (OH-)
H2O, molekul air yang ditampilkan sebagai lingkaran tangen
FE (OH) 2, ferrous hidroksida ditampilkan sebagai lingkaran tangen
FE (Oh) 3, Ferri hidroksida, ditampilkan sebagai lingkaran tangen, warna coklat
O2, molekul oksigen, atom ditampilkan pada jarak kovalen ikatan, warna biru
Bikarbonat besi terlarut tertarik dengan ujung Fe terhadap oksigen kisi bahan katalitik. Hal ini membawa Fe di dekat ikatan kovalen dengan ion hidroksida dari situs tetangga dan perubahan bikarbonat besi menjadi hidroksida yang tidak larut dalam bentuk kristalin agregat ukuran dari 3 nanometer dan lebih besar. Agregat mengental di kawanan yang lebih besar dan dipertahankan di tempat tidur katalitik.
Sebagai bikarbonat ferrous diubah menjadi hidroksida Ferri, konsentrasinya di permukaan katalitik menurun. Dalam sebagian besar air, jauh dari permukaan katalitik, konsentrasi bikarbonat ferrous lebih tinggi sehingga menyebar ke arah konsentrasi yang lebih rendah sesuai dengan hukum difusi. Fluks difusi secara linear tergantung dengan gradien konsentrasi di atas jarak.
Oksigen terlarut memberikan kontribusi untuk produksi ion hidroksida melalui oksidasi langsung dari hidrogen dalam kombinasi dengan Fe membelah molekul air dan dengan bereaksi dengan hidrogen di permukaan katalitik
Penting untuk dicatat bahwa meskipun sumber oksigen diperlukan oksidasi dan curah hujan Fe didorong oleh ion hidroksida. Bahkan di bawah kondisi yang relatif asam ion hidroksida (anion sangat kuat) lebih mudah tersedia untuk mengikat Fe daripada oksigen. Dengan demikian, Fe tidak terlalu sulit untuk mengoksidasi dan memicu sekitar kondisi pH netral. Selain itu, konsentrasi ion hidroksil meningkat dengan nilai pH secara eksponensial dan begitu pula laju oksidasi dan curah hujan Fe.
Klorin (biasanya dalam bentuk NaOCl) adalah sumber oksigen yang lebih reaktif daripada oksigen molekuler. Residu yang ideal untuk dipertahankan hilir dari filter katalitik adalah 0,2 mg/l (0,1 untuk 0,3) bebas klorin. Residu yang lebih tinggi dari Klor bebas dan karena itu tingkat Natrium hipoklorit yang lebih tinggi dalam filter katalitik tidak selalu membantu. Ini bisa memiliki efek yang merugikan karena ventilasi klorin dan peningkatan ion natrium bersaing, na +. Permukaan katalitik harus bersih sehingga ion dalam air bisa datang dalam kontak dengan itu sehingga klorin disuntikkan juga mencegah pertumbuhan bakteri dan membutakan dari permukaan katalitik dengan lendir.
Mangan, MN presipitasi dan penghapusan menggunakan DMI 65
DMI-65 adalah bahan katalitik yang secara khusus disesuaikan dengan oksidasi dan penghilangan mangan. Permukaan katalitik mengandung oksida mangan untuk brining ke kedekatan ikatan kovalen mangan dan atom oksigen dari air. Namun, oksidasi dan penghapusan mangan (MN) sangat berbeda dari Fe. Perbedaan utama disebabkan oleh kelarutan dari mangan oxyhidroksida, UMNO (OH)2.
MN (HCO3)2 + NaOCl + mno (Oh)2 + NaCl + 2CO2
Mangan tidak diendapkan sebagai oxyhidroksida tetapi sebagai oksida, MnO2 dan Valency oksida yang lebih tinggi. Kehadiran dan konsentrasi anion hidroksida tidak banyak membantu dalam presipitasi dan penghapusan mangan. Mangan hidroksida akan tertarik dengan ujung mangan ke oksigen di kisi katalitik permukaan. Molekul oksigen harus tersedia di dekat untuk memfasilitasi oksidasi melalui oksigen dari kisi dan swapping ke kisi dengan oksigen molekuler. Kondisi ini terjadi secara statistik kurang kemungkinan dan reaksi adalah tingkat yang jauh lebih lambat daripada oksidasi Fe melalui hidroksida.
Sementara peningkatan pH untuk tingkat alkali memfasilitasi oksidasi dan penghapusan mangan, di bawah kondisi ini mangan teroksidasi juga bisa membubarkan kembali ke dalam air. Akibatnya, terlepas dari kontaminan target yang akan dihapus, kondisi anoxic selalu harus dihindari untuk melindungi lapisan katalitik terhadap pencucian ke dalam air. Ketika oksidasi mangan pH dianjurkan dekat dengan 8.
Mangan oksida memiliki efek autokatalitik yang baik. Ketika backwash lebih baik untuk menghentikan proses sebelum air menjadi sangat jelas. Residu Mangan oksida di tempat tidur filter akan meningkatkan oksidasi mangan.
Kondisi operasi Key DMI-65
Proses pengolahan harus dilakukan dengan cara demikian sehingga permukaan katalitik bahan tetap bersih dan tersedia untuk ion dari air ke kontak.
Air dengan jumlah besar padatan tersuspensi harus diklarifikasi sebelum melewatinya melalui filter katalitik dengan DMI-65. Tingkat padatan tersuspensi yang dapat diterima tergantung pada sifatnya. Jumlah yang lebih besar dari padatan tersuspensi mineral daripada padatan tersuspensi organik dapat ditangani.
Bakteri dapat tumbuh dan deposit lendir pada DMI-65. Sehingga kondisi disinfektan dan oksidasi harus dipertahankan.
Air yang mengandung tanah liat dan molekul organik yang besar dapat mengakibatkan pengendapan material pada permukaan DMI 65 dan membutakan permukaan katalitik. Pengobatan untuk menghilangkan zat kontaminan tersebut sebelum filter katalitik diperlukan.
Floken polimer juga bisa menempel pada permukaan DMI-65 dan katalitik buta.
Air tanah yang keras dan tidak stabil dapat menyebabkan deposisi skala pada filter katalitik dan membutakan material dalam blok Mono yang padat. Dalam kasus seperti DMI-65 bahan di tempat tidur hilang dan akan harus diganti. Perawatan untuk menstabilkan air untuk mencegah pembentukan kerak di filter katalitik harus dilakukan.
Baik pH asam rendah dan kondisi anoxic dapat menyebabkan pembubaran mangan dari katalitik lapisan DMI-65 dan hilangnya kapasitasnya. PH yang terlalu tinggi berarti konsentrasi ion hidroksil yang berlebihan (korosif terhadap logam) dan juga dapat menyebabkan pelarutan mangan dari lapisan katalitik.
Jangan menggunakan air demineralisasi, air suling atau air dikenal sangat korosif untuk logam untuk perendaman awal dan aktivasi DMI-65.