Phương pháp trao đổi ion làm mềm nước cứng
|
Các ion Can-xi (Ca2+), Magiê (Mg2+) có trong nước sẽ tạo ra cặn trong đường ống, bám trên bề mặt các vật chứa, ảnh hưởng đến sinh hoạt. Để thay thế ion magiê, can-xi người ta thường dùng hạt catrion để làm nước “mềm” hơn. Đây là một trong những ứng dụng của phương pháp trao đổi ion Show Nguyên lý trảo đổi IonTrao đổi ion là một phương pháp làm mềm, khử khoáng vẫn đang được sử dụng rộng rãi. Nguyên lý hoạt động của các loại vật liệu hầu như giống nhau. Sự khác biệt chỉ thể hiện rõ ở cấu tạo và quy trình công nghệ sản xuất vật liệu trao đổi ion. Ion là một nguyên tử mang điện tích. Nguyên tử mang điện tích âm được gọi là Anion. Nguyên tử mang điện tích dương (thường là kim loại) được gọi là Cation. Chu trình vận hành của thiết bị trao đổi ion Khi gặp điều kiện thuận lợi, các ion trái dấu có thể kết hợp với nhau, tạo thành cặn, váng. Một số có hại cho sức khỏe, một số gây mất mỹ quan. Để xử lý hiện tượng này, người ta dùng “hạt nhựa trao đổi ion”. Theo nguyên lý những hạt mang điện tích trái dấu sẽ hút nhau, người ta dùng loại hạt nhựa tích Cation để “hút” các ion âm và ngược lại. Khi các hạt nhựa đã bão hòa (không thể “hút” thêm được nữa) người ta phải “sạc” lại. Quá trình này có thể diễn ra liên tục hay theo chu kỳ, tự động hay thủ công tùy vào quy mô và sản phẩm cụ thể. Hệ làm mềm nước (Loại bỏ đá vôi) cho gia đình Làm mềm nước, loại bỏ các cặn Canxi, huyền phù rỉ sét, cặn lơ lửng, kim loại nặng như sắt và mangan asen… Tác dụng của nước mềm là chống cáu cặn trên đường ống đặc biệt là các thiết bị trao đổi nhiệt tiết kiệm điện năng, ngăn ngừa bện sỏi thận, vôi hóa, làm cho da tóc mềm mại hơn, quần áo sạch và mềm mại hơn, tiết kiệm xà phòng, các thiết bị vệ sinh không đóng cáu cặn và luôn sang bóng. – Công suất : 2.5 m3/h – Thiết kế 2 trong 1. – Cột lọc 5 micron, 20 inch béo. – làm mềm nước, loại bỏ các cặn Canxi, huyền phù rỉ sét, cặn lơ lửng, kim loại nặng như sắt và mangan asen… – Tác dụng của nước mềm là chống cáu cặn trên đường ống đặc biệt là các thiết bị trao đổi nhiệt tiết kiệm điện năng, ngăn ngừa bện sỏi thận, vôi hóa, làm cho da tóc mềm mại hơn, quần áo sạch và mềm mại hơn, tiết kiệm xà phòng, các thiết bị vệ sinh không đóng cáu cặn và luôn sang bóng. – Vật liệu: hạt trao đổi ion. – Thời gian thay vật liệu 05 năm. – Van tự động: Tự động hoàn nguyên tái sinh lại hạt trao đổi ion bằng muối theo thời gian
Nước cấp ban đầu đa số là nước cứng có chứa một hàm lượng Ca2+ và Mg2+, đây là các cation có tính tan không tốt, có nhiều muối kết tủa gây hại cho các điều kiện sản xuất như: Nước cứng có thể kết tủa thành chất không hòa tan bám vào thành ống, chẳng hạn khi đưa vào nồi hơi sẽ ngày càng cô đặc hơn bám vào các thành ống và balong của nồi hơi làm giảm hiệu suất truyền nhiệt của nồi hơi, gây tiêu hao nhiên liệu, Nguy hiểm hơn có thể làm tắc ngẻn, nứt gảy các ống nhiệt gây nổ do quá nhiệt. => Chất lượng nước cấp vào lò hơi đóng một vai trò rất quan trọng đối với việc đảm bảo sự an toàn khi lò hơi vận hành, quyết định hiệu quả làm việc của lò hơi. Để làm giảm thành phần đóng cáu cặn trong nồi hơi ta phải làm "mềm" nước cứng thông qua nhiều phương pháp như sử dụng hóa chất, gia nhiệt và trao đổi ion khử ion Ca2+, Mg2+. 
Phương pháp làm mềm nước nào hiệu quả nhất ? Phương pháp làm mềm nước bằng gia nhiệt
Phương pháp này dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic. Tuy nhiên khi đun nước nóng chỉ khử được khí CO2 và giảm độ cứng cacbonat, còn lượng CaCO3 hòa tan vẫn còn tồn tại trong nước. Phương pháp làm mềm nước bằng hóa chất
Với phương xử lý bằng hóa chất với mục đích là kết 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 như vôi, soda NA2CO3...
Làm mềm nước bằng hóa chất Làm mềm nước bằng vôi
Phương pháp này mặc dù có thể làm giảm thành phần Mg2+ trong nước nhưng lại tạo ra một lượng CaSO4, CaCl2 tương đương do đó chỉ được dùng để làm mềm nước cứng tạm thời chứ không có ý nghĩa đối với nước cứng vĩnh viễn và nước cứng toàn phần. Phương pháp này chỉ dùng tạm thời. Làm mềm nước bằng Soda
Để làm mềm nước cứng vĩnh cửu người ta có thể sử dụng soda Na2CO3. Tuy nhiên phương pháp này lại bất tiện khi sử dụng và mất khá nhiều công sức để gạn lọc những cặn lắng để lấy nước ra sử dụng. Phương pháp làm mềm nước bằng trao đổi ion
Phương pháp dùng trao đổi ion được ứng dụng rất phổ biến trong hệ thống nồi hơi, phương pháp dựa trên nguyên tắc trao đổi ion giữa các ion có trong nước cứng với ion Na+ hoặc H+ của hạt nhựa trao đổi ion. Khi các hạt nhựa đã hết khả năng trao đổi, người ta phải “hoàn nguyên” tức là phục hồi lại các ion dương cho nó. Đối với nhựa Na+người ta dùng muối ăn NaCl, đối với nhựa H+ người ta dùng axit. Quy trình xử lí nước cứng bằng phương pháp trao đổi ion thường sẽ trải qua 4 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: nước cứng chảy qua, các vật liệu lọc trong hệ thống lọc nước: Các vật liệu lọc này hoạt động như một nam châm, thu hút toàn bộ các ion Ca2+ và Mg2+ (tác nhân gây cứng nước) trao đổi với các ion Na+ hoặc H+ có sẵn trong vật liệu
Giai đoạn 2: Vật liệu lọc bị bão hòa: Khi vật liệu lọc bị bão hòa với các ion khoáng chất thì nó cần được 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.
Giai đoạn 3: Tái tạo: Trong quá trình này, một thùng chứa nước muối sẽ bơm nước muối sang cột xử lý, rửa sạch vật liệu lọc đang trong trạng thái bão hòa các chất canxi và magiê.
Giai đoạn 4: Đào thải: Các ion Ca2+ và Mg2+ được tẩy sạch trên vật liệu và thoát ra ngoài cống rãnh. Vật liệu lọc được tái sinh lại tiếp tục cho quá trình xử lý mới.
Công ty TNHH SX TM DV HOÀNG LINH chuyên cung cấp các GIẢI PHÁP TỔNG THỂ XỬ LÝ NƯỚC trong đó có dịch vụ thiết kế thi công hhệ thống làm mềm nước (softener) trao đổi ion cho nồi hơi. Làm mềm nước là quá trình làm giảm nồng độ ion Ca và Mg là chất gây ra độ cứng cho nước. Nước cấp cho một số lĩnh vực công nghiệp cần làm mềm là: công nghiệp dệt, sợi nhân tạo, hóa chất, chất dẻo, giấy… và nước cấp cho các loại nồi hơi. Có nhiều phương pháp làm mềm phụ thuộc vào chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp thích hợp nhất. Các phương pháp làm mềm nước:
Ở đây chúng tôi xin trình bày một trong những phương pháp làm mềm nước phổ biến và tiện lợi nhất hiện nay đó là phương pháp trao đổi ion. 2. Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ionLàm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion cụ thể là ion dương (cationit) là dựa trên tính chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước nhưng có khả năng trao đổi ion. 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. Sở dĩ cationit có tính chất như vậy vì trong thành phần cấu tạo của nó có nhóm trao đổi ion hay còn gọi là nhóm hoạt tính. Khi lọc nước qua lớp hạt cationit, nhóm hoạt tính của chúng sẽ tham gia vào phản ứng trao đổi với cation của các muối hòa tan trong nước. Nếu lúc đầu cho lọc qua lớp hạt cationit dung dịch muối NaCl đậm đặc thì cation H+ của nhóm hoạt tính sẽ tham gia vào phản ứng trao đổi với cation Na+ hòa tan trong dung dịch, kết quả ion Na+ được cấy lên toàn bộ bề mặt cationit thay cho ion H+ và cationit biến thành Na – Cationit. Sau đó lọc nước qua lớp vật liệu hạt Na – cationit sẽ xảy ra các phản ứng sau: 2R-Na + Ca2+ --> R2-Ca + 2Na+ 2R-Na + Mg2+ --> R2-Mg + 2Na+ Ký hiệu R chỉ lõi không hòa tan của cationit tổng hợp, quy ước gọi là axit một gốc không hòa tan trong nước. Theo mức độ lọc nước qua lớp cationit trong bể, ngày càng nhiều nhóm hoạt tính của nó được thay thế bằng ion canxi và magie của nước. Cuối cùng khả năng trao đổi của cationit hoàn toàn bị kiệt vì tất cả các nhóm hoạt tính bị thay thế bằng ion canxi và magie. Hoàn nguyên (tái sinh) hạt nhựaĐể khôi phục lại khả năng trao đổi của cationit người ta rửa lớp vật liệu lọc bằng dung dịch có nồng độ cao ion Na+, ví dụ như muối ăn. R2-Ca + 2NaCl --> 2R-Na + CaCl2 Quá trình hoàn nguyên tiến hành cho đến khi đại bộ phận nhóm hoạt tính của cationit đã được thay thế bằng ion Na+. Nồng độ dung dịch hoàn nguyên khi độ cứng của nước đã làm mềm đến 0.2 mgđl/l lấy bằng 2 – 5%. Khi độ cứng của nước làm mềm nhỏ hơn 0.05 mgđl/l, phải hoàn nguyên từng đợt. Ban đầu dung dịch 2% khoảng 1.2 m3 dung dịch cho 1 m3 cationit. Sau đó lượng muối còn lại pha chế thành dạng dung dịch 7 – 10%. Tốc độ lọc của dung dịch muối qua cationit lấy bằng 3 – 5 m/h. Sau khi hoàn nguyên cần phải rửa cationit bằng nước chưa làm mềm cho đến khi lượng clorua trong nước lọc gần bằng lượng clorua trong nước rửa. Tốc độ lọc khi rửa 8 – 10 m/h. Bể lọc Natri – cationit bậc 2 có chiều cao lớp cationit là 1.5m. Tốc độ lọc không quá 60m/h, lượng muối đơn vị dùng để hoàn nguyên là 300 – 400 g/1gđl độ cứng phải khử. Tổn thất áp lực trong bể là 13 – 15m. Rửa bể lọc bậc 2 bằng nước đã lọc ở bậc 1. Khi tính bể lọc bậc 2, độ cứng đi vào bể lấy bằng 0.1 mgđl/l, khả năng trao đổi làm việc của sunphatcacbon lấy 250 – 300 gđl/l. 3. Tính toán bể lọc Na-cationitTính toán bể lọc Na-cationit bao gồm việc xác định tổng diện tích và số bể lọc cần thiết để làm mềm lượng nước yêu cầu có độ cứng nhất định. Tổng diện tích các bể lọc cationit xác định theo công thức sau: F = Q / vt[T-n(tx+th+tr)] Trong đó: Q: lưu lượng làm việc (m3/ngày) T: số giờ làm việc của trạm trong ngày n: số lần hoàn nguyên trong ngày tx: thời gian xới lớp cationit, lấy bằng 0.25 giờ th: thời gian hoàn nguyên, thường lấy 25-30 phút tr: thời gian rửa bể sau khi hoàn nguyên, thường lấy 50 phút vt: tốc độ lọc tính toán (m/h), xác định theo công thức sau: vt = Elv.H/[T1.Co+0.02Elv.d80^2(lnCo-lnCc)] Co: độ cứng toàn phần của nước nguồn (đlg/m3) Cc: độ cứng cho phép còn lại T1: thời gian của một chu kỳ làm việc của bể lọc giữa hai lần hoàn nguyên (h): T1 = T/n – (tx+th+tr) d80: đường kính cỡ hạt 80% (đôi với cationit dùng để làm mềm nước có thể lấy d80=0.8-1.2mm). H: Chiều dày lớp cationit trong bể lọc (m) Elv: khả năng trao đổi cân bằng ở trạng thái làm việc của cationit (đlg/m3). 4. Ứng dụng của hệ làm mềmXử lý nước cho các mục đích như:
5. Hệ thống làm mềm của Song GiangChúng tôi chuyên thiết kế, cung cấp vật tư và thi công lắp đặt các hệ thống làm mềm nước đáp ứng các tiêu chí sau:
Hệ thống làm mềm bồn inox THAM KHẢOMột số hạt nhựa trao đổi ion thông dụng trên thị trường: https://www.thermaxglobal.com/chemicals/softening/#downloads-tab Một số ứng dụng làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion: https://moitruongsonggiang.com/xu-ly-nuoc-cap-cho-lo-hoi/ https://moitruongsonggiang.com/xu-ly-nuoc-nhiem-man https://moitruongsonggiang.com/xu-ly-nuoc-nhiem-phen/ |
