Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi cation

Nước có độ cứng cao thường gây nên nhiều 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 giảm khả năng hoạt động và tuổi thọ của chúng.

Là quá trình làm giảm hàm lượng canxi, magie nhằm hạ độ cứng của nước xuống đến mức cho phép.

Ngành công nghiệp hóa học đã phát minh ra loại hạt nhựa hữu cơ tổng hợp không tan trong nước nhưng có bề mặt hoạt tính hóa học, co thể cấy lên bề mặt các hạt này một loại cation hay anion như Na+, H4+, OH, Cl. Khi ngậm các hạt nhựa vào nước, các ion này sẽ tham gia phản ứng trao đổi với các ion của muối hòa tan trong nước. Ví dụ, nếu cấy lên bề mặt hạt cation Na+ (Na-cationit) – đây là axit một gốc không tan trong nước. Nó sẽ xảy ra các phản ừng để nhiều nhóm hoạt tính Na được thay thế bằng ion canxi, magie trong nước. Cuối cùng khả năng trao đổi của Na-cationit hoàn toàn bị cạn kiệt, để khôi phục lại khả năng trao đổi của Na-cationit bằng cách rửa lớp vật liệu lọc bằng dung dịch có nồng độ cao của ion Na+ – quá trình hoàn nguyên.

Quá trình làm mềm nước bằng ion có thể giảm độ cứng đến trị số rất bé, pH và độ kiềm tổng của nước không thay đổi.

Cách tính bể lọc Na-cationit:

Dựa vào việc xác định tổng diện tích và số bể lọc cần thiết để làm mềm nước.

Tổng diện tích các bể lọc Na-cationit xác định theo công thức:

F = Qng/(vt(T – n(tx + th +tr)))

Trong đó: Qng – Lưu lượng của các bể lọc  (m3/ngày);

                 T – Số giờ làm việc của trạm trong ngày (giờ);

                 n – Số lần hoàn nguyên trong ngày;

                 tx – Thời gian rửa ngược (giờ)

                 th – Thời gian hoàn nguyên bằng dung dịch muối NaCl   (giờ)

                 tr – Thời gian rửa nhanh sau khi hoàn nguyên   (giờ)

                  vt – Vận tốc lọc tính toán (m/h);

                               vt  = ElV.H/(T1Co + 0,02ElVd802(lnCo – lnCt)

                                       Co – Độ cứng toàn phần của nước nguồn  (gdl/m3)

                                       Ct – Độ cứng cho phép còn lại   (gdl/m3)

                                        t– Thời gian của một chu kỳ làm việc của bể lọc giữa hai lần hoàn nguyên

                                                T1 = T/n – (tx + tn + tr),

                                         d80 – Đường kính cỡ hạt 80%, đối với Na-cationit có thể lấy 0,8 – 1,2mm.

                                       H – Chiều dày lớp Na- cationit trong bể lọc (m) thường chọn 2,0 – 2,5 m.

                                      ElV – Khả năng trao đổi cân bằng trong trạng thái làm việc của Na-cationit.       ElV = αβEtp

                                      α – Hệ số hiệu quả hoàn nguyên;

                                      β – Hệ số kể đến giảm khả năng trao đổi của Na-cationit;

                                      Etp – Khả năng trao đổi toàn phần  (gdl/m3)

               Tốc độ lọc không được nhỏ hơn 3m/h.

 Thể tích cần thiết của Na- cationit : W =  QCo/nElV    (m3)

Quá trình làm mềm nước bằng các hạt cation bao gồm 5 bước:

  • Làm mềm –  quá trình trao đổi ion trong nước để khử cứng. Nguồn nước đi vào cột lọc có chứa các hạt cation với tốc độ được cài trước của van theo hướng xuôi dòng. Nước đã qua xử lý được đưa tới bể dự trữ phục vụ sinh hoạt.
  • Rửa ngược – Đây là quá trình đầu tiên để làm sạch sơ bộ và loại bỏ các cặn bẩn bám trên vật liệu lọc và bên trong vỏ cột lọc. Nước được đưa vào cột lọc qua van theo hướng ngược dòng đi từ đáy bình nhằm tạo sự xáo trộn để loại bỏ cặn bẩn sau khi sục rửa nước thải được đưa ra ngoài như hình.
  • Hút muối hoàn nguyên/Tái sinh – Rửa xuôi chậm và hút dung dịch muối bão hòa để tái sinh vật liệu lọc. Dung dịch muối dùng để hoàn nguyên chỉ từ 8 – 10%. 
  • Rửa nhanh – Rửa sạch lại lần nữa vật liệu lọc 
  • Rửa chậm và đồng thời trả nước vào thùng muối chuẩn bị cho lần hoàn nguyên tiếp theo – Nước sạch sẽ được đưa về bồn muối tái sinh để hòa tan với dung dịch muối lần nữa giúp tiết kiệm nước khi pha dung dịch muối.

Cách tính các thông số”

  • Thời gian Làm mềm (tl)

    Tính bằng giờ: tl = Q/Qh (giờ)

    Trong đó : Q: công suất xử lý nước thải (m3)

                     Qh là công suất xử lý theo giờ. (m3/h)

      Tính theo ngày: tt = Q/Qd (ngày)

    Trong đó : Q: công suất xử lý nước thải (m3)

                     Qd là công suất xử lý theo ngày. (m3/ngày)

    Thời gian rửa ngược (tx)

     Vấn đề chính của nguồn nước cấp là độ đục. Thông thường, cài đặt 10-15 phút. Độ đục cao hơn thì thời gian rửa ngược có thể cài đặt . tuy nhiên nếu độ đục <5FTU, tốt nhất nên có màng lọc trước bình trao đổi.

    Thời gian hút muối hoàn nguyên (th)

                    th =  (40~50)xH (phút)

    Thông thường: th = 45xH  (phút)

    Trong đó: H là độ cao của hạt nhựa tronng bình trao đổi (mét)

    Thời gian xả nước vào thùng muối

    Hoàn nguyên dòng xuống: tm = (0,45xVr)/ Tốc độ xả nước vào thùng (phút)

    Trong đó: W là thể tích hạt nhựa (m3)

    Thời gian rửa nhanh (tr)

    Thông thường, nước dùng cho rửa nhanh là 3-6 lần thể tích hạt nhựa. Thời gian gợi ý khoảng 10-16 phút.

Nước tinh khiết và hệ thống xử lý nước tinh khiết RO

                                                                                                                                                                                (Nguồn st)