Bài giảng Cấp thoát nước - Chương 5

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

Ch−¬ng 5. Lµm mÒm n−íc

1

Lµm mÒm m−íc

(cid:1) N−íc cã ®é cøng cao th−êng g©y nªn nhiÒu t¸c h¹i cho ng−êi sö

dông, lµm l!ng phÝ xµ phßng vµ c¸c chÊt tÈy, t¹o ra cÆn kÕt b¸m v÷ng ch¾c bªn trong ®−êng èng, thiÕt bÞ c«ng nghiÖp, lµm gi¶m kh¶ n¨ng ho¹t ®éng vµ tuæi thä cña chóng.

(cid:1)Lµm mÒm n−íc thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh xö lý gi¶m hµm l−îng

canxi vµ magie, nh»m h¹ ®é cøng cña n−íc xuèng ®Õn møc cho

phÐp. (cid:1) C¸c ph−¬ng ph¸p lµm mÒm n−íc c¬ b¶n lµ:

+ Ph−¬ng ph¸p ho¸ häc, + Ph−¬ng ph¸p nhiÖt, + Ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion + Ph−¬ng ph¸p kÕt hîp.

2

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.1. Lµm mÒm n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ häc

(cid:1) C¬ së cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ ®−a vµo n−íc c¸c ho¸ chÊt cã kh¶ n¨ng kÕt hîp víi c¸c ion Ca2+ vµ Mg2+ t¹o ra c¸c hîp chÊt kh«ng tan vµ lo¹i trõ khái n−íc b»ng biÖn ph¸p l¾ng, läc. (cid:1) C¸c ph−¬ng ph¸p lµm mÒm n−íc ho¸ häc:

+ Lµm mÒm n−íc b»ng v«i. + Lµm mÒm n−íc b»ng v«i vµ so®a. + Lµm mÒm n−íc b»ng photphat + Ngoµi ra: lµm mÒm b»ng xót, muèi bari, ...

3

5.1.1. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i

(cid:1)Lµ ph−¬ng ph¸p khö ®é cøng ®−îc ¸p dông khi cÇn ph¶i gi¶m c¶

®é cøng vµ ®é kiÒm cña n−íc. Khi v«i vµo n−íc, c¸c ph¶n øng x¶y ra theo tr×nh tù sau:

(1)

fi

2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2

Ca(HCO3)2 2CaCO3

fl + 2H2O

fi

(2) fl + 2H2O (3)

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2

Mg(OH)2

fl + 2CaCO3

NÕu trong n−íc cã NaHCO3 sÏ cã ph¶n øng:

2NaHCO3 + Ca(OH)2

fi CaCO3

fl + Na2CO3 + H2O (4)

4

fi

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.1.1. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i

(cid:1)NÕu tæng hîp hµm l−îng c¸c ion HCO3

- vµ CO3

2- cã trong n−íc nhá h¬n tæng hµm l−îng c¸c ion Ca2+ vµ Mg2+, th× mét phÇn magie sÏ tån t¹i ë d¹ng muèi cña axit m¹nh nh− MgSO4, MgCl2. Ph¶n øng víi v«i sÏ lµ:

fi

MgSO4 + Ca(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2

Mg(OH)2 Mg(OH)2

fl + CaSO4 (5) fl + CaCl2 (6)

fi

(cid:1)C¸c ph¶n øng trªn lµm gi¶m ®é cøng magie nh−ng kh«ng lµm gi¶m ®é cøng toµn phÇn v× l−îng Mg2+ t¸ch ra khái n−íc l¹i ®−îc thay thÕ b»ng mét l−îng t−¬ng ®−¬ng Ca2+. §Ó gi¶m ®−îc ®é cøng 2-, sao cho tÝch sè toµn phÇn ph¶i pha thªm vµo n−íc mét l−îng CO3 2-].[Ca2+]®! tham gia ph¶n øng thÕ chç Mg2+ lín h¬n tÝch cña [CO3 sè hoµ tan cña CaCO3.

5

5.1.1. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i

2-, OH- tù do.

• Giíi h¹n lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh lµm mÒm n−íc b»ng v«i phô thuéc vµo ®é hoµ tan cña CaCO3 vµo Mg(OH)2 (b¶ng 1). Trong n−íc thiªn nhiªn, ®é hoµ tan cña c¸c hîp chÊt trªn phô thuéc vµo thµnh phÇn ion cña n−íc vµ l−îng CO3

B¶ng 1. Giíi h¹n lµm mÒm n−íc theo lý thuyÕt.

oC 0 80

®é hoµ tan Giíi h¹n NhiÖt ®é n−íc

6

CaCO3 m®lg/l 0,15 0,03 Mg(OH)2 m®lg/l 0,40 0,23 lµm mÒm m®lg/l 0,55 0,23

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.1.1. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i

* C¸c hîp chÊt CaCO3 vµ Mg(OH)2 cã kh¶ n¨ng t¹o ra dung dÞch qu¸ b!o hoµ, khi ®ã n−íc ®! lµm mÒm sÏ cßn l¹i mét l−îng Ca(OH)2 d−. NÕu l−îng d− nµy qu¸ lín sÏ l¹i lµm t¨ng ®é cøng vµ ®é kiÒm cña n−íc ®! lµm mÒm. Nh− vËy hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh lµm mÒm n−íc b»ng v«i sÏ phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn c©n b»ng b-o hoµ cña n−íc bëi c¸c hîp chÊt CaCO3 vµ Mg(OH)2 ®−îc t¹o ra.

- LiÒu l−îng v«i cÇn thiÕt phô thuéc vµo tû lÖ thµnh phÇn cña c¸c ion

cã trong n−íc.

a. NÕu hµm l−îng Ca2+ lín h¬n HCO3

-

- (xem h×nh trang sau) th× l−îng v«i (mg/l) ®−îc x¸c ®Þnh theo B¶ng 1 vµ tÝnh theo c«ng thøc sau:

P

=

+

+

a v

(7)

100 C

CO 2 22

HCO 3 02,61

  .28 

  .5,0 

a e P

v

7

–

5.1.1. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i

l−îng v«i sö dông (v«i th«), mg/l;

- - hµm l−îng hydrocacbonat trong n−íc, mg/l;

av – HCO3 ap – l−¬ng phÌn (FeCl3 hoÆc FeSO4) tÝnh, mg/l e - ®−¬ng l−îng cña phÌn ho¹t tÝnh

(e=54 víi FeCl3; e=76 víi FeSO4); Cv – tû lÖ v«i tinh khiÕt theo CaO trong v«i th«, %; 0,5 – l−îng dù phßng ®Ó ®¶m b¶o l¾ng cÆn CaCO3

khi pH xÊp xØ 9,5.

a

p

e

p

8

•Sè h¹ng trong (7) lÊy dÊu d−¬ng khi cho phÌn vµo n−íc cïng hoÆc sau khi cho v«i, dÊu ©m khi cho phÌn tr−íc v«i (v× khi phÌn thuû ph©n ®! lµm gi¶m ®é kiÒm tù nhiªn cña n−íc).

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.1.1. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i

BiÓu ®å thµnh phÇn gi¶ ®Þnh cña ion trong c¸c nguån n−íc kh¸c nhau.

a)

Ca2+ -

Mg2+ 2-

Na+, K+ Cl-

HCO3

SO4

b)

-

2-

Na+, K+ Cl-

Ca2+ HCO3

- - Ca2+

Mg2+ SO4 HCO3

9

5.1.1. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i

- (xem h×nh

+

2

P

=

+

+

.2

a v

CO 2 22

HCO 3 02,61

Ca 04,20

  .28 

  .1 

a e P

100 C v

b) Trong tr−êng hîp hµm l−îng Ca2+ nhá h¬n hµm l−îng HCO3 trang tr−íc) th× l−îng v«i cÇn thiÕt ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: - mg/l (8) – -

Trong ®ã: Ca2+ - l−îng Ca2+ trong n−íc, mg/l; C¸c ký hiÖu kh¸c nh− trong (7)

- L−îng dù phßng b»ng 1 mg®l/l v× ph¶i chuyÓn Mg(HCO3)2 thµnh Mg(OH)2 (cid:2)

3 M

; mg/l (9) - §Ó t¨ng c−êng cho qu¸ tr×nh l¾ng cÆn CaCO3 vµ Mg(OH)2 khi lµm mÒm b»ng v«i, pha thªm phÌn vµo n−íc. Do ph¶n øng lµm mÒm diÔn ra ë pH lín h¬n 9 nªn kh«ng dïng ®−îc phÌn nh«m, v× phÌn nh«m sÏ t¹o ra aluminat hoµ tan. - LiÒu l−îng phÌn cÇn thiÕt x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm: =

a p

10

Trong ®ã: M – tæng hµm l−îng cÆn trong n−íc lµm mÒm, mg/l.

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.1.1. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i

100

+

+

+

.50

.50.2

= MM

.

0

a v

CO 2 22

HCO 3 02.61

C v 100

- Gi¸ trÞ cña M ®Ó tÝnh trong tr−êng hîp dïng c«ng thøc (7) - - (10)

+

2

100

C

v

+

+

+

+

= MM

.50

.50.2

.29

a

.

0

v

CO 2 22

HCO 3 02.61

Mg 16.12

100

vµ c«ng thøc (8) lµ: - - (11)

11

Trong ®ã: Mo – hµm l−îng cÆn kh«ng tan trong n−íc nguån, mg/l; c¸c ký hiÖu kh¸c nh− trong (7) vµ (8)

5.1.2. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i vµ so®a

- vµ CO3

- Khi tæng hµm l−îng c¸c ion Mg2+ vµ Ca2+ lín h¬n tæng hµm l−îng 2-, nÕu sö dông v«i ®Ó khö ®−îc ®é cøng c¸c ion HCO3 magie, nh−ng ®é cøng toµn phÇn kh«ng gi¶m. §Ó kh¾c phôc ®iÒu nµy, cho thªm so®a vµo n−íc, c¸c ph¶n øng sÏ lµ:

fi

fi

fi

fl + CaSO4 fl + CaCl2 fl + Na2SO4 fl + 2NaCl

MgSO4 + Ca(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 CaSO4 + Na2CO3 CaCl2 + Na2CO3

Mg(OH)2 Mg(OH)2 CaCO3 CaCO3

12

fi

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.1.2. Lµm mÒm n−íc b»ng v«i vµ so®a

2- cña so®a ®- thay thÕ ion cña c¸c axit m¹nh t¹o ra CaCO3

+

2

P

=

+

+

+

a v

CO 2 22

HCO 3 02,61

Mg 16,12

a e

  .28 

  .5,0 

P

100 C v

+

+

Nh− vËy ion CO3 kÕt tña. Theo c¸c ph¶n øng trªn cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc l−îng v«i vµ so®a cÇn thiÕt: - –

2

2

P

=

+

+

a

s

Ca 04,20

Mg 16,12

HCO 3 02,61

100 C

  .53 

  .1 

a e P

s

- – -

Trong ®ã: as – l−îng so®a tÝnh theo s¶n phÈm th«, mgl/l;

13

Cs – hµm l−îng Na2CO3 tinh khiÕt trong s¶n phÈm th« (%) C¸c ký hiÖu cßn l¹i gièng nh− (7) vµ (8).

5.1.3. Lµm mÒm n−íc b»ng photphat

* Khi cÇn lµm mÒm triÖt ®Ó, sö dông v«i vµ so®a vÉn ch−a h¹ ®é cøng cña n−íc xuèng ®−îc ®Õn møc tèi thiÓu. §Ó ®¹t ®−îc ®iÒu nµy, cho vµo n−íc Na2PO4 sÏ khö ®−îc hÕt c¸c ion Ca2+ vµ Mg2+ ra khái n−íc ë d¹ng c¸c muèi kh«ng tan theo ph¶n øng: fi fi fi fi fl + 6NaCl fl + 3NaPO4 fl + 6NaHCO3 fl + 6NaHCO3 3CaCl2 + 2Na3PO4 3MgSO4 + 2Na3PO4 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 Mg3(PO4)2 Ca3(PO4)2 Mg3(PO4)2

14

* Qu¸ tr×nh lµm mÒm n−íc b»ng photphat chØ diÔn ra thuËn lîi ë nhiÖt ®é cao. Sau xö lý, ®é cøng cña n−íc gi¶m xuèng cßn 0,04 ®Õn 0,05 m®lg/l. Do gi¸ thµnh cña Na3PO4 cao nªn th−êng chØ dïng nã víi liÒu l−îng nhá sau khi ®! lµm mÒm b»ng v«i vµ so®a.

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.1.4. Lµm mÒm n−íc b»ng bari

fi fi fl + CaCO3 fl + MgCO3 fi fl + CaCO3 fl * C¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng: CaSO4 + BaCO3 MgSO4 + BaCO3 MgCO3 + Ca(OH) 2 BaSO4 BaSO4 Mg(OH)2

fi fi fi fl CaSO4 + Ba(OH)2 Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 MgSO4 + Ba(OH)2 BaSO4 CaCO3 BaSO4 fl + Ca(OH)2 fl + H2O fl + Mg(OH)2

15

* C¸c hîp chÊt Bari cã gi¸ thµnh cao nªn ph−¬ng ph¸p nµy Ýt ®−îc sö dông. MÆt kh¸c Bari lµ ho¸ chÊt ®éc nªn kh«ng dïng ®Ó XL n−íc ¨n uèng.

5.1.5. C¸c biÖn ph¸p ®Èy m¹nh qu¸ tr×nh lµm mÒm b»ng ho¸ chÊt

* Qu¸ tr×nh xö lý lµm mÒm n−íc b»ng ho¸ chÊt diÔn ra qua hai pha. Pha thø nhÊt lµ c¸c ph¶n øng ho¸ häc khi cho ho¸ chÊt vµo n−íc. Trong thùc tÕ pha nµy x¶y ra gÇn nh− tøc thêi. Pha thø hai lµ qu¸ tr×nh kÕt tinh t¹o b«ng cÆn. Tèc ®é cña qu¸ tr×nh lµm mÒm n−íc ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c−êng ®é diÔn biÕn cña pha thø hai. * C¸c gi¶i ph¸p trong kü thuËt ®Ó ®Èy nhanh tèc ®é cña qu¸ tr×nh lµm mÒm lµ: §un nãng n−íc, cho d− l−îng ho¸ chÊt vµ t¹o m«i tr−êng kÕt tinh cÆn nhanh nhÊt. * Khi ®un nãng n−íc, c¸c ph¶n øng t¹o b«ng cÆn sÏ diÔn ra nhanh h¬n, ®é hoµ tan cña CaCO3 vµ Mg(OH)2 gi¶m. H×nh sau cho thÊy ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh lµm mÒm n−íc b»ng v«i vµ so®a, hiÖu qu¶ t¨ng râ rÖt khi ®un n−íc ®Õn 40oC vµ ®Õn hoµn toµn ë nhiÖt ®é trªn 100oC.

16

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

17

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.1.5. C¸c biÖn ph¸p ®Èy m¹nh qu¸ tr×nh lµm mÒm b»ng ho¸ chÊt

* BiÖn ph¸p cho d− ho¸ chÊt chØ sö dông h¹n chÕ víi v«i. Khi cho qu¸ thõa l−îng v«i, ®é cøng cña n−íc sau khi lµm mÒm sÏ l¹i t¨ng lªn (h×nh vÏ). NÕu chØ lµm mÒm b»ng v«i, l−îng v«i d− lÊy kh«ng qu¸ 0,5 m®lg/l. Khi lµm mÒm b»ng v«i vµ so®a, nÕu qu¸ nhiÒu v«i sÏ g©y l!ng phÝ so®a vµ lµm t¨ng ®é kiÒm cña n−íc.

* §Ó t¹o m«i tr−êng kÕt tinh, th−êng sö dông c¸c gi¶i ph¸p nh− bÓ l¾ng cã líp cÆn l¬ löng. C¸c h¹t cÆn l¬ löng ®−îc t¹o ra tr−íc sÏ lµ nh©n kÕt tinh c¸c b«ng cÆn CaCO3 vµ Mg(OH)2.

18

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

19

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.2. Lµm mÒm n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p nhiÖt

* Nguyªn lý c¬ b¶n: khi ®un nãng n−íc, khÝ cacbonic hoµ tan sÏ bÞ khö hÕt th«ng qua sù bèc h¬i, tr¹ng th¸i c©n b»ng cña c¸c hîp chÊt cacbonic sÏ chuyÓn dÞch theo ph−¬ng tr×nh. Ca(HCO3)2

fi CaCO3

› + H2O

fl + CO2

* Tuy nhiªn ®un s«i n−íc chØ khö hÕt khÝ CO2 vµ gi¶m ®é cøng cacbonat cña n−íc, trong n−íc vÉn cßn mét l−îng CaCO3 hoµ tan. §èi víi magie qu¸ tr×nh l¾ng cÆn x¶y ra qua hai b−íc, khi nhiÖt ®é n−íc ®¹t 18oC:

Mg(HCO3)2

› + H2O

fl + CO2

fi MgCO3 Khi tiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é th× MgCO3 bÞ ph©n huû:

MgCO3

fi Mg(OH)2

fl + CO2

20

›

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.2. Lµm mÒm n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p nhiÖt (cid:3)VËy khi ®un n−íc ®é cøng cacbonat sÏ gi¶m ®i ®¸ng kÓ. NÕu kÕt

hîp xö lý ho¸ chÊt víi ®un nãng, b«ng cÆn t¹o ra sÏ cã kÝch th−íc lín vµ l¾ng nhanh do ®é nhít cña n−íc gi¶m. §ång thêi gi¶m ®−îc l−¬ng ho¸ chÊt cÇn sö dông.

(cid:3)Lµm mÒm b»ng ®un nãng th−êng chØ ¸p dông cho c¸c hÖ cÊp

n−íc c«ng nghiÖp nh− nåi h¬i v× kÕt hîp sö dông l−îng nhiÖt d− cña nåi h¬i.

* C¸c c«ng tr×nh lµm mÒm bao gåm: + Pha chÕ vµ ®Þnh l−îng ho¸ chÊt, + ThiÕt bÞ ®un nãng n−íc, + BÓ l¾ng vµ bÓ läc.

21

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

5.3.1. H¹t trao ®æi ion (ionit) vµ ph−¬ng ph¸p sö dông.

- Ngµnh c«ng nghiÖp ho¸ häc ®! chÕ t¹o ra lo¹i h¹t nhùa h÷u c¬ tæng hîp kh«ng tan trong n−íc nh−ng cã bÒ mÆt ho¹t tÝnh ho¸ häc, cã thÓ cÊy lªn bÒ mÆt c¸c h¹t nµy (ionit) mét lo¹i anion chän tr−íc nh− Na+, H+ NH4 +, OH- , C-. Khi ng©m c¸c h¹t ionit vµo n−íc, c¸c ion ®! ®−îc cÊy trªn bÒ mÆt sÏ tham gia vµo ph¶n øng trao ®æi víi c¸c ion cña muèi hoµ tan trong n−íc. - VÝ dô, nÕu cÊy lªn bÒ mÆt h¹t cation Na+ (b»ng c¸ch ng©m c¸c h¹t nh©n ionit vµo dung dÞch muèi NaCl) h¹t ionit sÏ biÕn thµnh Na – cationit. Ký hiÖu lµ R – Na. - R chØ lµ lâi kh«ng tan, quy −íc gäi nã lµ axit 1 gèc kh«ng tan trong n−íc.

22

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

5.3.2. Lµm mÒm n−íc b»ng Na-cationit - NÕu läc n−íc qua líp h¹t Na – cationit sÏ x¶y ra c¸c ph¶n øng sau:

«

«

«

«

«

2R – Na + Ca(HCO3)2 2R – Na + Mg(HCO3)2 2R – Na + CaCl2 2R – Na + MgCl2 2R – Na + CaSO4 2R – Na + MgSO4

R2 – Ca + 2NaHCO3 R2 – Mg + 2NaHCO3 R2 – Ca + 2NaCl R2 – Mg + 2NaCl3 R2 – Ca + 2Na2SO4 R2 – Mg + 2Na2SO4

23

«

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

- Theo møc ®é läc, n−íc qua líp h¹t Na – cationit cã ngµy cµng nhiÒu nhãm ho¹t tÝnh Na+ cña nã ®−îc thay thÕ b»ng ion Ca2+ vµ Mg2+ cña n−íc. Cuèi cïng kh¶ n¨ng trao ®æi cña Na-R sÏ bÞ c¹n kiÖt. §Ó kh«i phôc l¹i kh¶ n¨ng trao ®æi cña Na-R, ng−êi ta röa líp vËt liÖu läc b»ng dung dÞch cã nång ®é cao cña ion Na+ , vÝ dô dung dÞch muèi ¨n. Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ qu¸ tr×nh hoµn nguyªn. R2 – Ca + NaCl

2R – Na + CaCl2

- Qu¸ tr×nh lµm mÒm n−íc b»ng Na-R cã thÓ gi¶m ®−îc hµm l−îng Ca2+ vµ Mg2+ trong n−íc ®Õn trÞ sè bÐ nhÊt, pH vµ ®é kiÒm tæng cña n−íc kh«ng thay ®æi, cÆn sÊy kh« t¨ng lªn mét chót do thay thÕ mét ion Ca2+ hoµ tan trong n−íc cã träng l−îng nguyªn tö 40,08 b»ng 2 ion Na+ cã träng l−îng nguyªn tö 45,98.

24

«

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

- Tuy nhiªn, khi trong n−íc cã ®é kiÒm vµ ®é cøng c¸cbon¸t cao (cã -), n−íc sau lµm mÒm sÏ cã ®é kiÒm t¨ng (do cã NaHCO3), khi HCO3 ®ã kh«ng sö dông ®−îc Na-R, mµ ph¶i sö dông kÕt hîp H-R vµ Na-R, hoÆc lµm mÒm n−íc b»ng v«i tr−íc khi läc qua Na-R - Khi nguån n−íc cã ®é kiÒm cao, ®é cøng magie cao hay hµm l−îng s¾t cao th× dïng ph−¬ng ph¸p phèi hîp: §Çu tiªn lµm mÒm n−íc b»ng v«i sau ®ã läc qua bÓ Na – cationit. Ph−¬ng ph¸p nµy cã hiÖu qu¶ khi lµm mÒm n−íc c¸c nguån n−íc mÆt cã ®é kiÒm cao h¬n 3 m®lg/l. - Chän ph−¬ng ph¸p lµm mÒm n−íc ph¶i dùa vµo chÊt l−îng n−íc yªu cÇu sau xö lý, thµnh phÇn muèi hoµ tan trong n−íc nguån. Trong tÊt c¶ c¸c ph−¬ng ph¸p th× ph−¬ng ph¸p lµm mÒm b»ng Na – cationit lµ rÎ nhÊt.

25

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

CO2

5.3.3. Lµm mÒm n−íc b»ng H-cationit:

2R – H + Ca(HCO3)2 2R – H + Mg(HCO3)2 2R – H + CaCl2 2R – H + MgCl2 2R – H + CaSO4 2R – H + MgSO4

R2 – Ca + 2H2CO3 R2 – Mg + 2H2CO3 R2 – Ca + 2HCl R2 – Mg + 2HCl R2 – Ca + H2SO4 R2 – Mg + H2SO4

- Sau xö lý, pH gi¶m, n−íc cã CO2 vµ c¸c axit m¹nh, sÏ lµm cho n−íc cã tÝnh axit, cÇn khö khÝ vµ trung hoµ (kiÒm ho¸) n−íc sau xö lý. V× vËy ng−êi ta th−êng kh«ng ¸p dông ph−¬ng ph¸p nµy riªng rÏ mµ ¸p dông kÕt hîp gi÷a H-R vµ Na-R.

26

« H2O « « « « «

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

(cid:4) Khi trong n−íc sau lµm mÒm yªu cÇu kh«ng ®−îc chøa NaHCO3, cã thÓ sö dông ph−¬ng ph¸p trªn (lµm mÒm b»ng v«i + Na-R, hoÆc:

(cid:4) Sö dông H-R vµ Na-R, s¬ ®å song song hay nèi tiÕp - Song song (th−êng dïng): t¹o H+ sau H-R vµ NaHCO3 sau Na-R.

Tû lÖ n−íc tõng dßng ®−îc khèng chÕ (qH vµ Q – qH), sau ®ã trung hoµ 2 dßng: H+ trong qH sau H-R ®−îc trung hoµ bëi ®é kiÒm sau Na-R, thu ®−îc n−íc sau lµm mÒm cã Ki tp ~ 0, Ctp gi¶m.

- Nèi tiÕp (H-R (1 bËc) + Na-R (1 hoÆc 2 bËc)): t¹o H2O, CO2 ((cid:5)),

H2SO4, HCl sau H-R, t¹o muèi Na sau Na-R, gi¶m ®−îc Ctp vµ Ki. S¬ ®å ®−îc ¸p dông víi n−íc cã P > 700 mg/l, Ctp> 6 mg®l/l, Ck < 0,5 Ctp.

27

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

5.3.4. Lµm mÒm n−íc b»ng Na+- vµ Cl-_ionit (cid:4) Lµm mÒm n−íc, ®ång thêi h¹ ®−îc ®é kiÒm. (cid:4) Thùc hiÖn trong bÓ läc víi VLL Kationit + Anionit hoÆc 2 bÓ

nèi tiÕp

«

«

«

2R – Na + Ca(HCO3)2 2R – Na + CaSO4 2R – Cl + Na2SO4 2R – Cl + 2NaHCO3

R2 – Ca + 2NaHCO3 R2 – Ca + 2Na2SO4 R2 – SO4 + 2NaCl 2R – HCO3 + 2NaCl

28

«

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD

Bµi gi¶ng m«n: Ho¸ n−íc 2006 - 2007

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

- - th−êng g©y ®é kiÒm cao trong n−íc cÊp nåi

(cid:4) Khö ®−îc HCO3

h¬i

NaHCO3 + H2O (cid:6) H2CO3 + Na+ + OH- H2CO3 (cid:6) H2O + CO2 (cid:4) Ph−¬ng ph¸p nµy th−êng ®−îc dïng ®Ó lµm mÒm n−íc cÊp cho

nåi h¬i. (cid:4) −u ®iÓm:

(cid:4) kh«ng cÇn ho¸ chÊt bæ sung, (cid:4) kh«ng cÇn b¶o vÖ thiÕt bÞ khái sù ¨n mßn (cid:4) Hoµn nguyªn b»ng 1 lo¹i ho¸ chÊt: NaCl

(cid:4) Nh−îc ®iÓm: Lµm t¨ng nång ®é Cl- vµ CO2 trong n−íc ®! lµm

mÒm

29

5.3. Lµm mÒm n−íc b»ng trao ®æi ion

* HiÖn nay c«ng nghiÖp ho¸ häc ®! s¶n xuÊt ra hµng lo¹t vËt liÖu trao ®æi ion. §Æc tÝnh cña cationit ®−îc dïng phæ biÕn ë Nga vµ Mü giíi thiÖu ë b¶ng.

Träng l−îng ®æ thµnh ®èng (t/m3) Lo¹i vËt liÖu KÝch th−íc h¹t (mm) Kh¶ n¨ng trao ®æi toµn phÇn [E = ®lg/m3] Në trong n−íc

30

Ky – 2 Kb – 2 Emberlait IR – 100 Emberlait IR – 120 Emberlait IR – 50 Trong kh«ng khÝ kh« 0,73 0,50 0,60 0,75 0,50 0,65 0,40 0,50 0,68 0,42 0,3 – 1,2 0,3 – 1 0,3 – 1 0,3 – 1 0,3 – 1 1.700 2.800 800 2.000 2.800

TrÇn C«ng Kh¸nh- PGS. TS. NguyÔn ViÖt Anh, Bé m«n CTN, §HXD