Nước cứng tác động đến hiệu suất hoạt động của thiết bị đặc biệt với các thiết bị sản xuất như nồi hơi, hay hệ thống làm mát cho thiết bị sản xuất, vấn đề xử lý nước cứng cần được quan tâm. Khi bị nung nóng canxi cacbonat và magie carbonat được loại bỏ ra khỏi nước, tạo ra sự tích tụ quy mô trong các thiết bị sử dụng như nồi hơi, bình nước nóng, thiết bị làm lạnh. Một sự tích tụ quy mô lớn làm chậm quá trình tỏa nhiệt và đòi hỏi nhiều năng lượng hơn. Nước cứng làm giảm tuổi thọ của thiết bị.
Ngoài ra nước cứng còn ảnh hưởng đến quá trình làm sạch. Các chất tẩy rửa không hoàn toàn loại bỏ chất bẩn và bụi bẩn. Theo thời gian quần áo giặt trong nước cũng có thể không còn được trắng sáng như ban đầu mà trở nên xám xịt, quần áo trắng liên tục giặt trong nước cứng dần dần sẽ bị pha xám. Đồ thủy tinh rửa sạch có thể nhìn thấy rõ sau khi rửa khô. Ngoài ra ion có trong nước cứng bám vào bồn rửa, thiết bị làm ố màu, cáu cặn.
3. Xử lý nước cứng bằng làm mềm nước:
Làm mềm nước sẽ loại bỏ gần như tất cả canxi và magie từ nước thô . Quá trình làm mềm cũng có thể loại bỏ lên đến 10ppm hàm lượng sắt và mangan, nhưng để quá trình làm mềm hiệu quả cần có công đoạn tiền xử lý hàm lượng sắt và mangan đối với nước trước khi đưa vào thiết bị làm mềm.
4. Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion
Phương pháp làm mềm nước phổ biến hiện nay được sử dụng là phương pháp làm mềm nước bằng sử dụng hạt nhựa trao đổi ion
Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại và các ion kim loại có trong nước
Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi nước các kim loại ( kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thủy ngân, cadimi, mangan...), các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao
Có 2 phương pháp trao đổi ion là trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục và trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên vận hành và tái sinh gián đoạn
4.1. Một số loại ion thường thấy trong nước chưa xử lý:
Cation: Calcium (Ca2+ ), Magnesium ( Mg2+), Sodium (Na+), Potassium (K+), Iron (Fe2+)
Anion: Chloride ( Cl-), Bicarbonate ( HCO3-), Nitrate ( NO3- ), Carbonate (CO32-), Sulfate (SO42-)
4.2. Nhựa trao đổi ion:
Nhựa trao đổi ion còn gọi là ionit, các ionit có khả năng hấp thu các ion dương gọi là cationit (hạt cation), ngược lại các ionit có khả năng hấp thu các ion âm gọi là anionit (hạt cation). Các ionit vừa có khả năng hấp thu cation, vừa có khả năng hấp anion gọi là ionit lưỡng tính.
Một số đặc điểm cơ bản của hạt nhựa trao đổi ion
Màu sắc: vàng, nâu, đen thẫm. Trong quá trình sử dụng màu sắc của hạt nhựa mất hiệu lực thường thâm hơn 1 chút
Hình thái: thường ở dạng tròn
Độ nở: Khi đem nhựa dạng keo ngâm vào trong nước, thể tích của nó biến đổi lơn
Độ ẩm: Là % khối lượng nước trên khối lượng nhựa ở dạng khô (độ ẩm khô) hoặc ở dạng ướt ( độ ẩm ướt)
Tính chịu nhiệt: Các loại nhựa bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ đều có giới hạn nhất định, vượt quá giới hạn này nhựa bị nhiệt phân giải không sử dụng được
4.3. Quá trình trao đổi ion
Calcium ( Ca2+) và Magie (Mg2+) được loại bỏ bằng cách sử dụng hạt nhựa trao đổi ion. Hạt nhựa trao đổi ion sử dụng là hạt cation ( chứa các ion tích điện dương). Trao đổi ion liên quan đến việc thay thế các ion gây cứng nước bằng một ion không gây cứng nước. Hạt cation thường được sử dụng chứa ion Na+ . Các ion natri được cung cấp từ muối natri clorua hòa tan, được gọi là ngâm nước muối. Trong quá trình trao đổi ion, các ion natri được sử dụng để làm phương tiện trao đổi ion.
Khi nước cứng đi qua thiết bị làm mềm, các ion canxi và magie thế chỗ cho các ion natri, các ion natri vốn được tổ chức lỏng lẻo nên dễ thay thế bởi các ion canxi và magie. Trong suốt quá trình, các ion natri được cung cấp vào nước
Theo mức độ lọc nước qua lớp cation trong các bình lọc ngày càng nhiều nhóm hoạt tính của nó được thay thế bằng ion canxi và magie của nước.Cuối cùng khả năng trao đổi của cation hoàn toàn bị kiệt vì tất cả các nhóm hoạt tính của chúng đã bị thay thế bằng ion canxi và magie. Lúc này hạt nhựa cation cần được tái sinh, để tái sinh cung cấp các ion Na+ chúng ta tiến hành ngâm hạt nhựa trong nước muối. Quá trình này diễn ra việc thay thế các ion canxi và magie đã bám vào hạt nhựa trao đổi ion sau quá trình làm mềm bằng các ion natri được cung cấp từ dung dịch muối.
Thời gian tái sinh tùy thuộc vào độ cứng của nước, lượng nước sử dụng
4.4. Các loại thiết bị làm mềm nước
- Thiết bị làm mềm sử dụng van vận hành bằng tay
- Thiết bị làm mềm bán tự động
- Thiết bị làm mềm tự động: Sử dụng autovalve, thiết lập các thông số tái sinh tự động hệ thống sẽ tự động tái sinh theo đúng chu kỳ đã thiết lập ban đầu
- Hệ thống làm mềm vận hành liên tục: Luôn diễn ra quá trình song song: một bình lọc diễn ra quá trình làm mềm, các bình lọc khác diễn ra quá trình tái sinh
