Nước cứng là gì và làm mềm nước như thế nào?

Phân loại nước cứng
Phân loại nước cứng dựa vào anion gốc axit trong nước
- Nước cứng tạm thời (hay còn gọi là nước cứng bicacbonat): Là nước cứng có chứa anion HCO3-

- Nước cứng vĩnh cửu: Là nước cứng có chứa anion Cl- và SO4--

- Nước cứng toàn phần: Là nước cứng có chứa cả 3 loại anion trên.

Ngoài ra còn căn cứ vào độ cứng trong nước để xác định loại nước cứng

NƯỚC CỨNG VÀ LÀM MỀM NƯỚC

Đơn vị đo độ cứng
Tổng độ cứng của nước là tổng nồng độ các ion Ca++ và Mg++ có trong nước.
Hiện nay chưa thống nhất được đơn vị quốc tế để đo độ cứng, các nước có quy ước riêng của mình, đơn vị đo độ cứng của Pháp là 0f, của Đức là 0dH, của Anh là 0e. Việt Nam dùng đơn vị đo độ cứng là mili đương lượng gam trong 1 lít (mđlg/l), khi độ cứng thấp thì dùng micro đương lượng gam trong 1 lít (mcrđlg/l)
Bảng chuyển đổi đơn vị đo độ cứng

ppm: 1 mg/l CaCO3

Gpg: 64.8 mgCaCO3 mỗi gallon (3.785 lit) hoặc 17.118 ppm

1 mmol/l tương đương với 100.09 mg/l CaCO3 hoặc 40.08 mg/l Ca++

0dH: 10 mg/l CaO hoặc 17.848 ppm

de: 64.8 mgCaCO3 mỗi 4.55 lit nước tương đương 14.254 ppm

0f: 10 mg/l CaCO3 tương đương với 10 ppm
 

Nước cứng gây ra những tác hại gì?
Ta thấy nước cứng có chứa ion Ca++ và ion Mg++ , đây là các cation có tính tan không tốt, có nhiều muối kết tủa được với Ca++ và Mg++ (Ví dụ như muối cacbonat), các muối kết tủa này gây hại cho các điều kiện sản xuất cũng như điều kiện sinh hoạt của chúng ta như:

- Tạo kết tủa với xà phòng tạo thành các muối (C15H31COO)2Ca, (C15H31COO)2Mg, (C17H35COO)2Ca,...)

các kết tủa này bám lên quần áo, gây hại vải, tốn xà phòng (vì phá vỡ cấu trúc xà phòng gây ít bọt) dẫn tới giảm khả năng tẩy rửa,...

- Làm cho thức ăn lâu chín, mất mùi vị khi đun nấu, làm mất vị của nước chè.

- Nước cứng không dùng để pha chế thuốc vì tạo kết tủa có thể gây ra thay đổi thành phần của nước. 

- Với các thiết bị chứa nước nóng, làm đóng cặn, gây tắc, làm gỉ các thiết bị,  giảm lưu lượng nước trong đường ống. Làm giảm hiệu quả nhiệt đối với nồi hơi, các hệ thống giải nhiệt nên làm tăng chi phí sản xuất , giảm tuổi thọ thiết bị, thậm chí còn gây nổ lò hơi.

- Đối với bể bơi, độ cứng canxi cao là cho nước bể bơi bị đục

Cơ chế của thiết bị làm mềm nước
Với những tác hại gây ra của nước cứng như đã nêu trên, việc làm mềm nước cứng là một điều kiện cần thiết cho sinh hoạt và là 1 khâu bắt buộc cho xử lý nước cấp vào các quá trình công nghiệp.

Hiện nay, khi lựa chọn phương án làm mềm nước, phổ biến nhất vẫn là vật liệu nhựa trao đổi ion (Resin) với những ưu điểm vượt trội so với phương pháp sử dụng vôi hay soda như:

Hệ thống xử lý nhỏ gọn, chi phí đầu tư và vận hành thấp, độ bền của thiết bị cao;
Vật liệu sử dụng để tái sinh là muối tinh khiết với chi phí thấp, an toàn cho người sử dụng;
Hệ thống vận hành đơn giản và có thể hoạt động hoàn toàn với chế độ tự động.
Resin làm mềm nước như thế nào?
Đại bộ phận vật liệu trao đổi ion thuộc loại nhựa tổng hợp, phân tử của chúng gồm hàng nghìn hàng chục nghìn nguyên tử kết hợp lại với nhau.

Làm mềm nước bằng cation là dựa trên tính chất của một số chất không tan trong nước nhưng lại 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 lượng tương đương cation đã được cấy lên bề mặt hạt từ trước.

Nước mềm là gì
Nhựa trao đổi ion được sử dụng là nhựa trao đổi ion dạng cation hình thức natri. Ion natri được cấy lên bề mặt nhựa cation trao đổi với ion Ca và Mg từ nước cần xử lý.

Các phản ứng hóa học bên dưới cho thấy quá trình trao đổi trong đó X đại diện cho Resin:

- Loại bỏ độ cứng từ cacbonat:

Ca(HCO3)2 + Na2X  -->  CaX + 2 NaHCO3

Mg(HCO3)2 + Na2X  -->  MgX + 2 NaHCO3

- Loại bỏ độ cứng không cacbonat:

CaSO4 + Na2X  --> CaX + Na2SO4

CaCl2 + Na2X  -->  CaX + CaCl2

MgSO4 + Na2X  -->  MgX + Na2SO4

MgCl2 + Na2X  -->  MgX + 2 NaCl

Những phản ứng này dại diện cho trao đổi cation. 

Mô tả hoạt động của thiết bị làm mềm nước

 

Quá trình rửa ngược và Hoàn nguyên Resin trong thiết bị làm mềm nước
 

Cấu tạo và hoạt động của thiết bị làm mềm nước sử dụng Resin
 

Ứng dụng Hệ thống làm mềm nước

Thiết bị làm mềm nước được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như dân dụng như:
Xử lý nước cấp cho nồi hơi, các hệ thống tháp giải nhiệt
Công nghiệp chế biến thực phẩm
Dùng cho thiết bị nước tuần hoàn của hệ thống điều hòa trung tâm
Sản xuất nước đóng bình
Xử lý nước cứng trong giếng khoan, nước ngầm
Xử lý nguồn nước bị "cứng hóa" do chảy qua các lớp đá vôi

                                                                                                Nguồn: Locnuoccongnghiep.info