CHƯƠNG 7: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC ĐẶC BIỆT

Chia sẻ: Đoàn Toàn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

Thêm vào BST

Báo xấu

222
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nước có độ cứng cao thường gây tác hại cho người sử dụng làm lãng phí xà phòng và các chất tẩy, tạo ra cặn kết bám vững chắc bên trong đường ống, thiết bị công nghiệp làm khả năng hoạt động và tuổi thọ của chúng. Làm mềm nước thực chất là quá trình làm giảm hàm lượng caxi và magiê nhằm giảm độ cứng của nước xuống đến mức cho phép. Các phương tiện làm mềm nứơc cơ bản là: phương pháp hoá học, phương pháp nhiệt, phương pháp trao đổi ion và phương pháp tổng hợp.Cơ sở của phương pháp là dựa vào nước các hoá chất...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 7: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC ĐẶC BIỆT

CHƯƠNG 7 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC ĐẶC BIỆT Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
I. LÀM MỀM NƯỚC VÀ XỬ LÝ NỨƠC CHO CÁC HỆ THỐNG NỒI HƠI LÀM LẠNH o Nước có độ cứng cao thường gây tác hại cho người sử dụng làm lãng phí xà phòng và các chất tẩy, tạo ra cặn kết bám vững chắc bên trong đường ống, thiết bị công nghiệp làm khả năng hoạt động và tuổi thọ của chúng. Làm mềm nước thực chất là quá trình làm giảm hàm lượng caxi và magiê nhằm giảm độ cứng của nước xuống đến mức cho phép. Các phương tiện làm mềm nứơc cơ bản là: phương pháp hoá học, phương pháp nhiệt, phương pháp trao đổi ion và phương pháp tổng hợp. Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
I.1. Phương pháp hoá học Cơ sở của phương pháp là dựa vào nước các hoá chất có khả năng kết hợp các ion Ca2+ và Mg2+ tạo ra các hợp chất không tan và loại trừ bằng biện pháp lắng lọc a. Làm mềm nước bằng vôi: Hay còn gọi là phương pháp khử độ cứng Cacbonat bằng vôi, được áp dụng khi cần phải giảm độ cứng và độ kiềm của nước Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Khi cho vôi vào nước, các phản ứng xảy ra theo phương trình sau: 2CO2 + Ca(OH)2 à Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 à CaCO3 ↓+ 2H2O Mg (HCO3)2 +2Ca(OH)2 à Mg(OH)2 ↓+ CaCO3↓+ 2H2O (*) 2NaHCO3 + Ca(OH)2 à CaCO3 ↓+ Na2CO3 + 2H2O Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Nếu tổng hàm lượng các ion HCO3- và CO32- có trong nước nhỏ hơn tổng hàm lượng các ion Ca2+ và Mg2+, thì một phần magiê sẽ tồn tại ở dạng muối của axit mạnh MgSO4, MgCl2. Phản ứng với vôi sẽ là: MgSO4 + Ca(OH)2 à Mg(OH)2 ↓+ CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 à Mg(OH)2 ↓+ CaCl2. Các phản ứng theo trên làm giảm độ cứng magiê nhưng không giảm độ cứng magiê toàn phần vì lượng magiê tách ra khỏi nước lại được thay thế bằng một lượng tương đương Ca2+, CO32- sao cho tích số của nồng độ Ca2+, CO32- đã tham gia thế chỗ Mg2+ lớn hơn tích số hoá tan của CaCO3 . Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Giới hạn lý thuyết của quá trình làm mềm nước bằng vôi phụ thuộc vào độ hoà tan của CaCO3 và Mg(OH)2 bảng dưới đây. Trong nước thiên nhiên độ hoà tan của các hợp chất trên phụ thuộc vào thành phần ion của của nước và hàm lượng CO32- và OH- tự do Nhieät ñoä nöôùc Ñoä hoaø tan Giôùi haïn laøm meàm 0C mgñl/l mgñl/l mgñl/l 0 0.15 0.40 0.55 80 0.03 0.20 0.23 Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
n Các hợp chất CaCO3 và Mg(OH)2 có khả năng tạo ra dung dịch quá bão hoà, khi đó nước đã làm mềm sẽ còn lại một lượng Ca(OH)2 dư. Nếu lượng dư này quá lớn lại làm tăng độ cứng và độ kiềm của nứơc đã làm mềm. Như vậy hiệu quả của quá trình làm mềm nước bằng vôi phụ thuộc vào điều kiện cân bằng bão hoà của nước bởi các hợp chất CaCO3 và Mg(OH)2 được tạo ra. n Liều lượng vôi cần thiết phụ thuộc vào tỷ lệ thành phẩn của các ion trong nước. Nếu hàm lượng Ca2+ lớn hơn HCO3- (hình dưới đây) thì lượng vôi được xác định theo bảng trên và tính theo công thức: Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
 CO2 HCO− a p  100 av = 28 + 3 ± + 0.5 × (**)  22 61 e  Cv n Trong đó: o av: lượng vôi sử dụng(vôi thô); (mg/l). o CO2: hàm lượng CO2 tự do trong nước (mg/l). o HCO3: hàm lượng ion bicabonat trong nước; (mg/l). o Ap:lượng phèn ( FeCl3 hoặc FeSO4 tính theo sản phẩm không ngậm nước; (mg/l). o e: đương lượng của phèn hoạt tính (e=54 với FeCl3 và e=76 với FeSO4). o Cv: tỷ lệ vôi tinh khiết theo CaO trong vôi thô; (%). o 0.5: lượng dự phòng để đảm bảo lắng cặn CaCO3 khi pH xấp xỉ 9.5 Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Biểu đồ thành phần giá trị của ion trong các nguồn nước khác nhau Ca2+ Mg2+ Na+ a HCO3- SO42- Cl- b Ca2+ Mg2+ Na+ HCO3- SO42- Cl- ↔ HCO3- Ca2+ Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Số hạng ap/e trong (công thức trên) lấy dấu dương khi cho phèn vào nước cùng với vôi hoặc sau khi cho vôi, dấu âm khi cho phèn trước vôi (vì khi phèn thuỷ phân đã làm giảm độ kiềm tự nhiên của nước. Trong trường hợp hàm lượng Ca2+ nhỏ hơn hàm lượng HCO3-(hình b) thì lượng vôi cần thíêt xác định trên cơ sở (*) và tính theo: Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
 CO2 HCO Ca2+ a p  100 av = 28 + 2× 3 − ± +1 × (***)  22 61 20 e  Cv Trong đó: - Ca2+: lượng Ca2+ trong nước; 9mg/l). n Các kí hiệu khác như trong (**); lượng dự phòng lấy 1mgđ/l vì phải chuyển Mg(HCO3)2 thành Mg(OH)2 không hòa tan. n Để tăng cường cho quá trình lắng cặn CaCO3 và Mg(OH)2 khi làm mềm bằng vôi, pha thêm phèn vào nứơc. Do phản ứng làm mềm diễn ra ở pH lớn hơn 9 nên không dùng được phèn nhôm, trong môi trường kiềm phèn nhôm tạo ra aluminat hoà tan. Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Liều lượng phèn cần thiết xác định theo công thức thực nghiệp. ap = 3 M1/3 (mg/l) (4*) Trong đó: n M: tổng hàm lượng cặn trong nước làm M = M0 + 50CO + 2×50× HCO + av 100−Cv 5* 2 3 mềm, (mg/l). Giá 22 61 100 trị của M để tính trong trường hợp công thức (**) là: n Và công thức(***) là: CO 2 HCO 3 Mg 2 + 100 − C v M = M 0 + 50 + 2 × 50 × + 29 + 50 C v + a v (6*) 22 61 12 100 Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Ở đây – M0 Hàm lượng cặn không tan trong nước nguồn, (mg/l); các kí hiệu khác như trong (**) và (***). n Để kiểm tra kết quả của quá trình làm mềm bằng vôi, chỉ cần xác định giá trị của pH sau khi pha vôi vào nước. Như đã biết, phản ứng sẽ diễn ra khi đã đạt đến sự cân bằng bão hoà của CaCO3 và Mg(OH)2 trong nước. Tương ứng với trạng thái bão hoà đó, độ ổn định của nước thải được thể hiện ở một giá trị pH0 nào đó. Tại trạng thái bão hoà tự nhiên ứng với pH0 của nước, tốc độ phản ứng lắng cặn diễn ra rất chậm. Để tăng tốc độ lên cần phải có một lượng dư ion OH- biểu thị bằng giá trị ∆pH. Như vậy giá trị pH0 sẽ có được biểu thị bằng công thức: o pH = pH0 + ∆pH Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Trong đó pH0 : độ pH bão hoà của nước ở cuối quá trình làm mềm. Giá trị của pH0 có thể xác định bằng các phương pháp đã nêu trong Mực ổn định nước, ∆pH = 0.5 trong trường hợp khử độ cứng Cacbonat. Đối với độ cứng Magiê, trạng thái cân bằng bão hoà của nước bắt đầu khi tích số nồng độ Mg2+ và OH- bằng tích số hoà tan của Mg(OH)2. Giá trị pHSMg xác định như sau: Trong đó: n pKw = - lgf[H+]f[OH-], n PSMg(OH)2: hàm logarit của tích số 1 2 1 pHS Mg = pK w − PS Mg ( OH ) 2 − lg Mg 2+ + u 2 [ ] hoà tan của Mg(OH)2 lấy theo bảng sau n [Mg2+]: nồng độ ion Mg2+ trong nước, tính bằng g ion/l. n µ: lực ion của Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn dung dịch [f]. PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Giá trị của PSMg(OH)2 = -lgSMg(OH)2 Nhieät ñoä nöôùc, 0C 0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 P.S 10.61 10.64 10.67 10.71 10.75 10.84 10.96 11.08 11.22 11.36 Mg(OH)2 Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Nếu biểu thị nồng độ ion Mg2+ bằng mg/l và rút gọn về dạng kí hiệu ta có  1   1  [ ] pH Mg (OH ) 2 = f1  pK w − PS Mg ( OH ) 2  + f 2 − lg(Mg 2 + ) + 2.19 + f 3 µ = f1 (t ) + f 2 ( Mg 2+ ) + f 3 ( p)  2   2  Trong đó: + f1(t): hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ nước; + f2(Mg2+): hàm số phụ thuộc vào nồn độ ion Mg2+ tại thời điểm bắt đầu trạng thái cân bằn bão hoà; + f3(t): hàm số phụ thuộc vào tổng hàm lượng muối của nước. Trong thực tế, khi làm mềm nước bằng vôi để khử CaCO3, pHS thường có giá trị từ 9.5-9.8 với Mg(OH)2, pHS có giá trị từ 10.5-11.5. Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
b. Làm mềm nước bằng vôi và sôđa. n Như đã nêu ở điểm a, khi tổng hàm lượng các ion Mg2+ và Ca2+ lớn hơn tổng hàm lượng các ion HCO3- và CO32- nếu sử dụng vôi để khử được độ cứng magiê, nhưng độ cứng toàn phần không giảm. Dể khắc phục điều này, cho thêm sôđa và nước các phản ứng sẽ là: MgSO4 + Ca(OH)2 à Mg(OH)2 ↓ + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 →Mg(OH)2 ↓ + CaCl2 và CaSO4 + Na2CO3 à CaCO3 ↓ + Na2 SO4 CaCl2 + Na2CO3 à CaCO3 ↓ + NaCl n Như vậy ion CO3- của sô đa đã thay thế ion của các axit mạnh tạo ra CaCO3 ↓. Theo các phãn ứng trên có thể xác định được lượng vôi và sô đa cần thiết. Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
 CO2 − HCO Mg2+ ap  100 av = 28 + 2× 3 + ± + 0.5 ×  22 61 12 e  Cv Ca2+ HCO − Mg2+ ap  100 aS = 53 − 3 + ± +1 ×  20 61 12 e  CS Trong đó: + As: lượng sô đa tính theo sản phẩm thô (mg/l) + CS: hàm lượng Na2CO3 tinh khiết trong sản phẩm thô (%). Các kí hiệu còn lại giống như (**) và (***). Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
c. Làm mềm nước bằng phốt phát Khi cần làm mềm triệt để, sử dụng vôi và sô đa vẫn chưahạ độ cứng của nước xuống mức tối thiểu. Để đạt được điều này, cho vào nước Na3PO4 sẽ khử được hết các ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước ở dạng các muối không tan theo phản ứng: 3CaCl2 + 2Na3PO4 à Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaCl; 3MgSO4 + 2Na3PO4 à Mg3(PO4)2 ↓+ 3Na2SO4; 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 à Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaHCO3; 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 à Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaHCO3; 3Mg (HCO3)2 + 2Na3PO4 à Mg3(PO4)2 ↓ + 6NaHCO3; Quá trình làm mềm nước bằng phốt phát chỉ diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ lớn hơn 1000C. Sau xử lý, độ cứng của nước giảm xuống còn 0.04 đến 0.05 mgđ/l. Do giá thành của Na3PO4 cao nên thường chỉ dùng nó với liều lượng nhỏ sau khi đã làm mềm bằng vôi và so đa. Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
I.2. Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt n Nguyên lý cơ bản của phương pháp là khi đun nóng nước, khí cabonic hoà tan sẽ bị khử hết thông qua sự bốc hơi, trạn thái cân bằng của các hợp chất cabonic sẽ chuyển dịch theo phương trình Ca(HCO3)2 à CaCO3↓ + CO2↑ + H2O; -- Tuy nhiên đun sôi nước chỉ hết khí CO2và giảm độ cứng cabonat của nước, trong nước vẫn còn một lượng CaCO3 hoà tan. Đối với magiê quá trình lắng cặn xảy ra qua hai bước, khi nhiệt độ nước đạt 180C. Mg(HCO3)2 à MgCO3+ CO2↑ + H2O; n Khi tiếp tục tăng nhiệt độ thì MgCO3 bị phân thuỷ phân. MgCO3 + H2O à Mg(OH)2 ↓+ CO2↑ n Như vậy khi đun nóng nước, độ cứng cabonat sẽ giảm đi đáng kể. Nếu kết hợp xử lý hoá chất với đun nóng, bông cặn tạo ra sẽ có kích thích lớn và lắng nhanh do độ nhớt của nước giảm, đồng thời giảm lượng hoá chất cần sử dụng. Làm mềm nước bằng đun nóng thường chỉ áp dụng cho các hệ cấp nước công nghiệp như nước nồi hơi vì kết hợp sử dụng lượng nhiệt dư của nồi hơi. Các công trình làm mềm bao gồm: pha chế và định lượng hoá chất, thiết bị đun nóng nươc, bể lắng và bể lọc. Các chỉ tiêu kĩ thụât và cấu sỹ Lâm Vĩnh Sơn trong các trường hợp khác. Thạc tạo lấy như PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com