CÔNG NGHỆ LÀM MỀM NƯỚC

Nguồn nước của Việt Nam có độ cứng khá cao. Nước cứng thường chứa các tạp chất muối khoáng hòa tan như canxi, magiê, sunphua, sắt, chì và đá vôi. Nếu bạn thấy các vết ố trên bồn tắm, lavabo, bồn rửa chén, tiêu hao khá nhiều xà bông trong vệ sinh tắm giặt nhưng vẫn không làm xà bông nổi bọt, mùi vị của nước không như bình thường thì chắc chắn nguồn nước của bạn là nước cứng. Nếu không xử lý nguồn nước này, thì các tạp chất khoáng sẽ làm tắc đường ống nước do cặn gỉ sét, gây hư hại và giảm tuổi thọ các thiết bị nước nóng lạnh, máy rửa chén, máy giặt, máy pha cà phê….và làm ảnh hưởng đến sức khỏe của mọi người.

Độ cứng của nước là số đo hàm lượng các ion kim loại Ca²⁺ và Mg²⁺ có trong nước.

Độ cứng của nước được gọi là tạm thời khi có mặt của muối cacbonat và bicacbonat Ca, Mg. Loại nước này khi đun sôi sẽ tạo ra muối kết tủa CaCO₃ và MgCO₃.

Độ cứng vĩnh cữu của nước do các loại muối sunfat hoặc clorua Ca, Mg tạo ra. Loại muối này thường khó xử lý.

Trong sinh hoạt, độ cứng cao gây lãng phí xà phòng và các chất tẩy rửa, tạo cặn lắng bám trên bề mặt các trang thiết bị sinh hoạt.

Trong công nghiệp độ cứng của nước gây cản trở cho quá trình vận chuyển và làm giảm năng lực truyền nhiệt, giảm tuổi thọ của thiết bị.

Quy trình xử lý làm mềm nước bao gồm 4 giai đoạn:

1. Thùng xử lý làm mềm nước được lấp đầy các hạt tổng hợp. Những hạt này bao phủ một lớp ion Natri. Khi nước cứng chảy qua, các hạt này hoạt động như một nam châm, thu hút toàn bộ các ion canxi, magiê (tác nhân gây cứng nước) trao đổi với các ion natri.

2. Sau cùng các hạt nhựa tổng hợp bị bão hòa với các ion khoáng chất và cần phải xả và nạp lại. Quá trình này được gọi là quá trình tái tạo và được kiểm soát bởi 1 van điều khiển trên nắp của bình. Van điều khiển này là bộ não của toàn hệ thống.

3. Trong quá trình tái tạo, một bình chứa nước muối sẽ bơm nước muối sang bình xử lý, rửa sạch các hạt nhựa tổng hợp đang bão hòa các chất canxi và magiê.

4. Nước muối sẽ tẩy sạch các ion Canxi, magiê và thoát ra ngoài cống rãnh. Các hạt nhựa được tái sinh lại sẵn sàng cho quá trình xử lý mới. Các quu trình lại được lập đi lập lại.

Phương pháp xử lý:

Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm thích hợp nhất.

Để làm mềm nước, người ta dùng các phương pháp sau:

– Làm mềm nước bằng hóa chất: pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca²⁺ và Mg²⁺ tạo thành các hợp chất không tan trong nước

– Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước.

– Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp lọc cationit có khả năng trao đổi Na⁺ hoặc H⁺ có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca²⁺ và Mg²⁺ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc.

– Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp 2 trong 3 phương pháp trên.

– Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO)

1. Phương pháp nhiệt

Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic hòa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chất cacbonic sẽ chuyển dịch theo phương trình phản ứng sau:

2HCO₃^– → CO₃^2- + H₂O + CO₂

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃ ↓

Nên Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ ↓ + CO₂ + H₂O

Tuy nhiên, khi đun nóng nước chỉ khử được hết khí CO₂ và giảm độ cứng cacbonat của nước, còn lượng CaCO₃hòa tan vẫn còn tồn tại trong nước.

Riêng đối với Mg, quá trình khử xảy ra qua hai bước. Ở nhiệt độ thấp (đến 18⁰C) ta có phản ứng:

Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃ + CO₂ + H₂O

Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, MgCO₃ bị thủy phân theo phản ứng:

MgCO₃ + H₂O → Mg(OH)₂↓ + CO₂

2. Phương pháp hóa chất

Trong thực tế áp dụng hàng loạt phương pháp xử lý nước bằng hóa chất với mục đích kệt hợp các ion Ca²⁺và Mg²⁺ hòa tan trong nước thành các hợp chất không tan dễ lắng và lọc. Các hóa chất thường dùng để làm mềm nước là vôi, sođa Na₂CO₃, xút NaOH, hyđrôxit bari Ba(OH)₂, photphat natri Na₃PO₄.

Chọn phương án làm mềm nước bằng hóa chất cần phải dựa vào chất lượng nước nguồn và mức độ làm mềm cần thiết. Trong một vài trường hợp có thể kết hợp làm mềm nước với khử sắt, khử silic, khử photphat…

Ngoài ra trong mỗi trường hợp cụ thể phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương pháp, đặc biệt là với phương pháp làm mềm bằng cationit.

2.1. Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi

Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi có thể áp dụng trong trường hợp ngoài yêu cầu giảm độ cứng cần phải giảm cả độ kiềm của nước.

2.2. Làm mềm nước bằng vôi và sođa (Na₂CO₃)

Làm mềm nước bằng vôi và sođa là phương pháp có hiệu quả đối với thành phần ion bất kỳ của nước. Khi cho vôi vào nước khử được độ cứng canxi và magiê ở mức tương đương với hàm lượng của ion hyđrôcacbonat trong nước.

2.3. Làm mềm nước làm phốt phát và bari:

Khi làm mềm nước bằng vôi và sođa do độ cứng của nước sau khi làm mềm còn tương đối lớn, người ta bổ sung phương pháp làm mềm triệt để bằng photphat. Hóa chất thường dùng là trinatri photphat hay dinatri photphat. Khi cho các hóa chất này vào nước chúng sẽ phản ứng với ion canxi và magiê tạo ra muối photphat của canxi và magiê không tan trong nước.

Để khử độ cứng sunfat có thể dùng cacbonat bari BaCO₃, hyđrôxit bari Ba(OH)₂ hay aluminat bari Ba(AlO₂)₂.

3. Phương pháp trao đổi ion

Làm mềm nước bằng cationit dựa trên tính chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước – cationit, nhưng có khả năng trao đổi, khi ngâm trong nước, các chất này hấp thụ cation của muối hòa tan lên bề mặt hạt và nhả vào nước một số lượng tương đương cation đã được cấy lên bề mặt hạt từ trước.