PHẢN ỨNG LÀM MỀM NƯỚC CỨNG 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 hoá 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 (như đá vôi) trong tầng nước ngầm. 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 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.

Phản ứng cân bằng sau đây mô tả sự hòa tan / hình thành canxi cacbonat:

CaCO 3  + CO 2  + H 2 O = Ca 2+  + 2HCO 3 –

Các ion canxi và magiê có thể được loại bỏ dễ dàng bằng quá trình trao đổi ion.

Quá trình trao đổi ion

Làm mềm nước là một quá trình giải quyết 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.

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 ion tích điện 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).

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 chất làm mềm này là nơi xảy ra quá trình trao đổi ion. Chất làm mềm bao gồm các thành phần khác nhau, mỗi thành phần có mục đích riêng biệt. Trái tim của chất làm mềm là bể chứa vật liệu lọc, một bình chịu áp lực thường được làm bằng sợi thủy tinh. Các bể này chứa đầy nhựa trao đổi ion tích điện âm. Bộ não của thiết bị làm mềm nằm trong van điều khiển của hệ thống làm mềm. Hầu hết các thiết bị làm mềm nước phổ biến đều có hệ thống hoàn nguyên tự động. Loại cơ bản nhất có bộ hẹn giờ điện xả và sạc lại hệ thống theo lịch trình thường xuyên. Trong khi sạc 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 bể khoáng để làm cạn kiệt các hạt natri, máy tính sẽ kích hoạt quá trình tái sinh. Các chất làm mềm này thường có dung lượng nhựa dự trữ, do đó sẽ có một số nước mềm trong quá trình sạc lại. Loại điều khiển thứ ba sử dụng đồng hồ đo nước cơ học để đo lượng nước sử dụng và bắt đầu sạc lại. Ưu điểm của hệ thống này là không cần linh kiện điện và bể khoáng chỉ được sạc lại khi cần thiết.

Thành phần chính thứ ba của hệ thống làm mềm nước là bể chứa nước muối. Bể nước muối về cơ bản là một bể chứa natri clorua (NaCl) hoặc kali clorua (KCL) được trộn với nước trong chu trình tái tạo và nạp nước muối. Nước muối này (dung dịch đậm đặc của nước muối) được rút trở lại bể 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 mềm.

Hạt nhựa trao đổi ion

Môi trường chính chứa trong chất làm mềm nước được gọi là nhựa trao đổi ion. 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. Nhựa trao đổi ion có thể được sản xuất để ưu tiên chọn lọc một hoặc có lẽ một số loại ion khác nhau. Thông thường, những loại nhựa này dựa trên polystyrene liên kết chéo.

Quá trình làm mềm diễn ra như thế nào?

Chất làm mềm nước gồm hai chu trình: Làm mềm và chu trình Tái sinh. Trong chu trình Làm mềm, nước đi vào chất làm mềm và đi qua 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 độ 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 chất 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 bể nước muối bằng cách trộn nước và muối) được đưa qua bể nhựa (có thể lên hoặc xuống tùy theo thiết kế). Khi nước muối này đi qua bể, 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.