Quá trình làm mềm nước diễn ra như thế nào?
Độ cứng của nước
Nước cứng là nước có hàm lượng khoáng chất hòa tan cao (trái ngược với nước mềm có hàm lượng chất khoáng hòa tan thấp). Nước cứng có nồng độ cao của các ion canxi (Ca 2+ ) và magiê (Mg 2+ ). Độ cứng trong nước được định nghĩa là nồng độ của các cation đa hóa trị. Cation đa hóa trị là những cation (ion kim loại) có điện tích lớn hơn 1+, chủ yếu là 2+. Các cation này bao gồm Ca 2+ và Mg 2+. Các ion này xâm nhập vào nguồn cung cấp nước bằng cách rửa trôi các khoáng chất (chẳng hạn như đá vôi) trong tầng chứa nước. Các khoáng chất chứa canxi phổ biến là canxit và thạch cao. Một khoáng chất magiê phổ biến là dolomit cũng chứa canxi. Nước mưa và nước cất mềm, vì chúng chứa ít ion. Nước cứng thường được tìm thấy trong nước ngầm (giếng) vì nước tiếp xúc trực tiếp với các khoáng chất có thể hòa tan. Nước mặt (hồ, sông hoặc suối) nói chung là mềm với độ cứng rất thấp.
Nước cứng nói chung không gây hại cho sức khỏe của con người nhưng có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng về hệ thống ống nước trong cả ứng dụng dân dụng và thương mại. Từ việc không hình thành cặn trong các ứng dụng tắm giặt cho đến các sự cố tốn kém trong nồi hơi, tháp giải nhiệt và các thiết bị xử lý nước khác, độ cứng của nước là một vấn đề nghiêm trọng.
Tìm hiểu thêm dấu hiệu nhận biết nước cứng tại đây
Phản ứng cân bằng sau đây mô tả sự hòa tan / hình thành các vảy canxi cacbonat:
- CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2+ + 2HCO3-
Các ion canxi và magiê có thể được loại bỏ dễ dàng bằng quá trình trao đổi ion.
Quá trình trao đổi ion diễn ra như thế nào trong quá trình làm mềm
Làm mềm nước là một quá trình xử lý một vấn đề được gọi là “nước cứng”. Nước cứng là bất kỳ loại nước nào có chứa nhiều khoáng chất hơn nước máy trung bình. Chủ yếu là do hàm lượng canxi và magiê tăng cao, có thể khiến các sản phẩm như xà phòng khó hòa tan trong nước. Nó cũng có thể để lại vết nước cứng trên bồn tắm hoặc bồn rửa và làm tắc nghẽn đường ống.
Tìm hiểu thêm ảnh hưởng của nước cứng đến thiết bị gia dụng tại đây
Làm mềm nước là một quá trình trong đó các ion canxi, magiê và đôi khi là sắt được loại bỏ. Chính những ion này trong nước cứng sẽ làm cho các sản phẩm có các ion mang điện tích dương khác khó hòa tan trong nước. Bằng cách này, việc làm mềm nước sẽ loại bỏ các khoáng chất vi phạm trong nước.
Thiết bị làm mềm nước là một thiết bị trao đổi các cation. Điều này thực chất là lấy các cation của canxi và magiê (hai nguyên nhân phổ biến nhất của nước cứng) và thay thế chúng bằng các cation của một chất khác. Thông thường, các ion được trao đổi với các ion từ muối natri clorua hòa tan (nước muối).
Thiết bị làm mềm nước là gì
Loại bỏ hoặc giảm độ cứng của nước được thực hiện bằng một thiết bị được gọi là thiết bị làm mềm nước. Bên trong thiết làm mềm này là nơi xảy ra quá trình trao đổi ion. Thiết bị làm mềm bao gồm các thành phần khác nhau, mỗi thành phần có mục đích riêng biệt. Trái tim của thiết bị làm mềm là bình khoáng, một bình chịu áp lực thường được làm bằng sợi thủy tinh. Các bình này chứa đầy nhựa trao đổi ion tích điện âm. Não của thiết bị làm mềm nằm trong van điều khiển hoặc đầu của thiết bị làm mềm như nó thường được gọi.
Hầu hết các thiết bị làm mềm nước phổ biến đều có hệ thống tái sinh tự động:
Loại cơ bản nhất có bộ hẹn giờ điện xả và nạp lại hệ thống theo lịch trình thường xuyên. Trong khi nạp lại, nước mềm không có sẵn.
Loại điều khiển thứ hai sử dụng máy tính để xem lượng nước được sử dụng. Khi đủ nước đi qua bình khoáng để làm cạn kiệt các hạt natri, máy tính sẽ kích hoạt quá trình tái sinh. Những thiết bị làm mềm này thường có nhựa dự trữ, do đó sẽ có một số nước mềm trong quá trình nạp lại.
Loại điều khiển thứ ba sử dụng đồng hồ đo nước cơ học để đo lượng nước sử dụng và bắt đầu nạp lại. Ưu điểm của hệ thống này là không cần linh kiện điện và bình khoáng chỉ được nạp lại khi cần thiết.
Khi thiết bị được trang bị hai bình khoáng, nước làm mềm luôn có sẵn, ngay cả khi thiết bị đang nạp lại.
Thành phần chính thứ ba của hệ thống làm mềm nước là bình chứa nước muối. Bình nước muối về cơ bản là một bình chứa natri clorua (NaCl) hoặc kali clorua (KCL) được trộn với nước trong chu trình tái tạo và nạp lại nước muối. Nước muối này (dung dịch nước muối đậm đặc) được hút trở lại bình khoáng trong giai đoạn tái sinh để bổ sung lớp chất làm mềm. Muối hoặc kali clorua là môi trường thay thế và phải được bổ sung thường xuyên để đảm bảo thiết bị đủ độ mềm.
Hạt nhựa trao đổi ion trong quá trình làm mềm nước
Vật liệu chính chứa trong thiết bị làm mềm nước được gọi là hạt nhựa trao đổi ion. Hạt nhựa này về cơ bản là một chất nền không hòa tan thường có hình dạng của các hạt nhỏ (đường kính 1-2 mm). Vật liệu có cấu trúc rất phát triển của các lỗ rỗng trên bề mặt, là các vị trí có các ion dễ bị giữ lại và giải phóng. Quá trình bẫy các ion này xảy ra với sự giải phóng đồng thời các ion khác dẫn đến thuật ngữ trao đổi ion. Hạt nhựa trao đổi ion có thể được sản xuất để ưu tiên một cách có chọn lọc một hoặc có lẽ một số loại ion khác nhau. Thông thường, những loại nhựa này dựa trên polystyrene liên kết chéo.
Chu trình làm mềm
Thiết bị làm mềm nước có chức năng chính; chu trình Làm mềm và chu trình Tái sinh.
Trong chu trình Làm mềm, nước đi vào thiết bị làm mềm và đi qua hạt nhựa trao đổi ion được tích điện bằng các ion natri (Na +). Khi nước cứng đi qua nhựa, các ion độ cứng (Ca2 + & Mg2 +) được trao đổi vật lý với các ion natri trên nhựa trao đổi ion. Quá trình này tiếp tục cho đến khi nhựa trở nên bão hòa với các ion cứng và cạn kiệt các ion natri. Khi nhựa gần cạn kiệt, khả năng làm mềm của nó (trao đổi ion độ cứng với ion natri) bị hạn chế. Để thiết bị làm mềm hoạt động bình thường tại thời điểm này, chu trình Tái sinh phải được bắt đầu.
Trong chu kỳ tái sinh, nước muối (nước lợ được tạo ra trong bình nước muối bằng cách trộn nước và muối) được đưa qua bình chứa nhựa (có thể lên hoặc xuống tùy theo thiết kế). Khi nước muối này đi qua bình, các ion natri được chuyển (trao đổi) cho các ion độ cứng trên nhựa trao đổi và do đó các ion độ cứng này được đưa ra ngoài. Quá trình này tiếp tục cho đến khi tất cả các ion độ cứng được trao đổi với các ion natri (bạn sẽ nhận thấy một lượng nhỏ muối sẽ thoát ra cùng với các ion độ cứng) và lớp đệm được coi là tái tạo hoàn toàn.
Đo độ cứng
Độ cứng được đo bằng mức độ canxi và magie bicacbonat trong nước và cùng nhau đại diện cho Độ cứng toàn phần (TH). Độ cứng có thể được định lượng bằng phân tích công cụ. Tổng độ cứng của nước, bao gồm cả ion Ca2 + và Mg2 +, được tính bằng phần triệu (ppm) hoặc khối lượng / thể tích (mg / L) của canxi cacbonat (CaCO 3 ) trong nước. Mặc dù độ cứng của nước thường chỉ đo tổng nồng độ của canxi và magiê (hai ion kim loại hóa trị hai phổ biến nhất), sắt, nhôm và mangan cũng có thể có ở mức cao ở một số địa điểm. Sự hiện diện của sắt đặc trưng cho quá trình vôi hóa màu nâu (giống gỉ), thay vì màu trắng (màu của hầu hết các hợp chất khác).
Thang độ cứng
Mức độ Grains per gallon (GPG) Parts permilliion(ppm)
Mềm <1 <17.0
Hơi cứng 1,0-3,5 17,1-60
Cứng vừa phải 3,6-7,0 61-120
Cứng 7,1-10,5 121-180
Rất cứng > 10,5 > 180
Đối với mục đích xử lý nước, độ cứng được đo bằng hạt trên gallon (gpg) hoặc phần triệu (ppm). Grains trên một gallon được định nghĩa là một hạt (64,8 mg) canxi cacbonat (CaCO3) được hòa tan trong một gallon (3,785 l) nước. Phần triệu được định nghĩa là một miligam canxi cacbonat (CaCO3) trên một lít nước. Để chuyển đổi giữa gpg và ppm, hãy sử dụng hệ số sau; 1gpg = 17,1 ppm. Ngoài ra, miligam trên lít tương đương với phần triệu và có thể được sử dụng đồng nghĩa.
