Xử lý nước: Bộ trao đổi ion và thiết bị làm mềm nước

Máy trao đổi ion sử dụng nguyên lý trao đổi ion để loại bỏ các khoáng chất có hại trong nước. Chất làm mềm nước chuyển đổi các muối tạo cặn, chẳng hạn như canxi sunfat và magie bicacbonat, thành muối hòa tan, không tạo cặn có chứa natri. Hầu hết các hợp chất của natri là không tạo cặn vì chúng có tính hòa tan cao và do đó không rơi ra khỏi dung dịch để tạo cặn. Chất khử ion và chất khử khoáng loại bỏ nhiều khoáng chất hơn.

Chất làm mềm nước

Chất làm mềm nước là một thiết bị có chứa vật liệu zeolit ​​dạng hạt được gọi là nhựa trao đổi ion được ngâm tẩm với các cation natri (các ion mang điện tích dương). Khi nước đi qua nhựa, vật liệu zeolit ​​nhường các cation natri để đổi lấy các ion canxi hoặc magiê.

Khi vật liệu trao đổi ion đã từ bỏ tất cả các cation natri của nó để đổi lấy các cation canxi và magiê, nó phải được tái sinh trước khi có thể tiếp tục quá trình làm mềm.

Để tái tạo nhựa, chất làm mềm được lấy ra khỏi dịch vụ và rửa ngược để nước thô đi vào dưới đáy và chảy lên qua lớp đệm. Nước này được thải ra ngoài như một chất thải. Rửa ngược làm nở lớp nhựa thông và loại bỏ các chất dạng hạt.

Tiếp theo, một dung dịch nước muối (natri clorua) được hút vào lớp nhựa thông. Nhựa hấp thụ các cation natri từ nước muối và thải các cation canxi và magiê vào nước muối. Nước muối, hiện có chứa các cation canxi và magiê, được xả vào cống, và lớp nhựa thông được rửa sạch bằng nước. Chất làm mềm được đưa trở lại bảo dưỡng cho đến khi cần tái tạo lại.

Dưới đây là hai ví dụ về cách các cation được trao đổi trong chất làm mềm nước:

• Nếu nước có chứa muối canxi sunfat tạo cặn thì muối này ở dạng cation canxi và anion sunfat (ion mang điện tích âm). Nếu các cation canxi được trao đổi cho các cation natri, thì muối trở thành natri sunfat. Muối này rất dễ hòa tan, vì vậy nó sẽ không tạo ra cáu cặn trong lò hơi.
• Nếu nước có chứa magie bicacbonat thì muối này ở dạng cation magie và anion bicacbonat. Nếu các cation magiê được trao đổi cho các cation natri, muối sẽ trở thành natri bicacbonat. Muối này cũng rất dễ hòa tan, vì vậy nó sẽ không tạo ra cáu cặn trong lò hơi.

• 

Công suất của thiết bị làm mềm nước phụ thuộc vào 5 yếu tố sau:

• Số lượng, loại và tình trạng của vật liệu trao đổi
• Lượng khoáng chất hòa tan trong nước
• Số lượng và cường độ của chất tái sinh được sử dụng
• Tái tạo thích hợp
• Tình trạng cơ học của thiết bị làm mềm và tái sinh

Bốn bước vận hành của thiết bị làm mềm nước là

1. Dịch vụ (làm mềm)
2. Rửa ngược
3. Sự tái tạo
4. Rửa sạch

Dịch vụ (Làm mềm): Nước cứng đi vào đầu của chất làm mềm và đi xuống lớp nhựa thông. Các ion canxi và magiê của muối trong nước được trao đổi cho các ion natri được giữ bởi nhựa. Phần nước được làm mềm để lại phần làm mềm ở dưới cùng.

Rửa ngược: Khi nhựa cạn kiệt, chất làm mềm được đưa ra khỏi hoạt động và rửa ngược bằng cách thao tác các van để nước thô đi vào ở phía dưới và chảy lên qua giường đến bộ thu gom nước rửa và sau đó thải ra ngoài. Việc rửa ngược sẽ mở rộng giường và loại bỏ các hạt bụi.

Tái sinh: Nước thô hoặc chưa qua xử lý được đưa vào vòi phun hoặc ống dẫn. Nước chảy qua ống dẫn tạo ra chân không hút nước muối từ chất tái sinh hoặc bể nước muối, và nước muối sau đó được ép vào chất làm mềm ngay trên bề mặt của luống. Các ion natri của dung dịch nước muối trao đổi vị trí với các ion canxi và magiê được giữ bởi nhựa.

Rửa: Nước thô đi vào phía trên của chất làm mềm chảy qua lớp nhựa và rửa sạch phần nước muối còn lại khỏi nhựa. Khi các xét nghiệm đo độ mặn được thực hiện trên nước rời khỏi thiết bị làm mềm cho thấy rằng tất cả các muối đã được rửa sạch, thiết bị làm mềm được đưa vào sử dụng trở lại.

Các vấn đề trong chất làm mềm nước

Các vấn đề gặp phải trong hoạt động của thiết bị làm mềm thường được chỉ ra bằng việc giảm công suất hoặc các chỉ số thử nghiệm cho thấy nước làm mềm không hoàn toàn.

Nguyên nhân của những vấn đề này có thể được chia thành sáu nhóm sau:

• Thay đổi chất lượng nước
• Tốc độ dòng chảy không phù hợp
• Bơm nước muối không đúng cách trong quá trình tái sinh
• Vật liệu trao đổi Fouled
• Khuyết tật cơ học
• Mất vật liệu trao đổi do tiêu hao

Thay đổi chất lượng nước: Độ cứng của nước mặt thường thay đổi theo mùa. Sự thay đổi này ảnh hưởng đến công suất của chất làm mềm. Ví dụ, nếu chất làm mềm natri zeolit ​​được đánh giá là có thể làm mềm 3.000 gallon nước khi độ cứng của nước thô hoặc chưa xử lý là 120 ppm và độ cứng của nước tăng lên 160 ppm, thì công suất của chất làm mềm sẽ giảm xuống còn 2.250 gallon. Mặt khác, độ cứng giảm làm tăng khả năng làm mềm. Ví dụ, nếu độ cứng giảm từ 120 ppm xuống 100 ppm, công suất của cùng một chất làm mềm tăng lên 3.600 gallon. Dự kiến ​​sẽ có những thay đổi về công suất do độ cứng khác nhau của nước thô.

Tốc độ dòng chảy không phù hợp: Tốc độ dòng chảy tối đa trong chu trình làm mềm và rửa ngược không được vượt quá tốc độ do nhà sản xuất khuyến nghị. Dòng chảy quá nhiều trong quá trình làm mềm dẫn đến làm mềm không đủ; dòng chảy dư thừa trong quá trình rửa ngược sẽ làm cho vật liệu nhựa được rửa sạch khỏi chất làm mềm.

Chích nước muối không đúng cách trong quá trình tái sinh: Lượng và cường độ của nước muối được bơm vào chất làm mềm trong quá trình tái sinh phải theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Việc bơm nước muối không đúng cách có thể do lượng muối hòa tan trong bể không đủ, kim phun bị mòn, van phao bị lỗi trong bể hoặc bộ hẹn giờ tuần tự bị trục trặc.

Vật liệu trao đổi bị phai màu: Các chất bẩn trong nước cấp hoặc sự phát triển của vi sinh vật trong lớp nhựa làm cản trở phản ứng thích hợp trong chất làm mềm, dẫn đến giảm sản lượng hoặc làm mềm không đúng cách.

Khiếm khuyết cơ học: Vách ngăn, bộ phân phối hoặc đầu thu bị hỏng hoặc cắm có thể gây ra việc phân phối nước hoặc dung dịch nước muối hoặc kênh dẫn kém. Một lần nữa, kết quả là giảm công suất hoặc làm mềm nước không hoàn toàn.

Mất vật liệu trao đổi do tác dụng: Bề mặt hạt bị mài mòn chậm. Lượng hạt mịn được tạo ra và rửa sạch khỏi chất làm mềm là khoảng 3% mỗi năm trong tổng số hạt, dẫn đến giảm công suất 3% mỗi năm.

Chất khử ion và chất khử khoáng

Thiết bị khử ion hoạt động trên nguyên tắc trao đổi ion giống như thiết bị làm mềm nước. Nó được thiết kế để sản xuất nước với hầu hết các tạp chất được loại bỏ, giống như nước cất. Máy khử ion nhỏ đôi khi được sử dụng trong các tòa nhà để cung cấp nước tinh khiết cho pin, cửa hàng in và máy tạo ẩm dạng sương mù trong phòng máy tính.

Máy khử khoáng sử dụng bộ trao đổi cation hydro để loại bỏ các cation natri, magiê và canxi. Nó cũng sử dụng một bộ trao đổi anion để loại bỏ các anion sunfat, clorua và silica. Thiết bị khử khoáng có các chất trao đổi anion và cation trộn lẫn với nhau trong một thùng chứa được gọi là thiết bị khử ion hỗn hợp. Một bộ khử khí được sử dụng để loại bỏ bất kỳ carbon dioxide nào.