Nước cứng là gì? Các chất làm mềm nước cứng tạm thời hiệu quả nhất hiện nay

Chúng tôi đã có bài viết về độ cứng và cách tính toán và thiết kế hệ thống làm mềm nước cứng: https://uce.com.vn/vi/he-thong-lam-mem-nuoc/. Bài viết này sẽ đề cập thêm về độ cứng tạm thời, các lý thuyết hoá học liên quan cũng như các chất làm mềm nước cứng tạm thời hiệu quả. Tuy nhiên việc áp dụng các phản ứng này rất khó do việc kiểm soát gặp nhiều khó khăn.

1. Nước cứng tạm thời là gì?

Khái niệm nước cứng, nước mềm không có quy định nào cụ thể do tuỳ vào từng mục đích sử dụng nước khác nhau, tuy nhiên căn cứ chung vào tiêu chuẩn nước thuỷ cục thì Theo USGS (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ), dựa vào  Ion Canxi (Ca2+)  + Magie ( Mg2+) được phân thành 4 nhóm sau ( lưu ý chưa phải đơn vị chung theo CaCO3)

Có 3 khái niệm về nước cứng mang tính lý thuyết

(1) Nước cứng tạm thời: chứa các Ion Mg, Ca, HCO3 và muối của nó là Ca(HCO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂ . Khi điều kiện thay đổi như nhiệt độ và pH thì muối này không bền nên gọi là nước cứng tạm thời

(2) Nước cứng vĩnh cửu: chứa các Ion Mg, Ca, Cl, SO4 và muối tạo thành có tính là MgCl₂, CaCl₂, MgSO₄, CaSO₄. Khi điều kiện nhiệt độ, pH thay đổi thì muối này bền hơn, ít thay đổi nên gọi là vĩnh cửu. Vĩnh cữu được hiểu theo định tính hơn vì khi cho thêm 1 chất khác vào hay hay tăng nồng độ của các Ion vào thì sẽ lắng theo tích của hệ số tan các nồng độ.

(3) Nước cứng toàn phần là nước cứng có cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu.

Trong thực tế không hoàn toàn có nước cứng vĩnh cửu hay tạm thời vì HCO3 cũng có ở nước cứng vĩnh cửu và SO4 cũng có ở nước cứng tạm thời. Vì vậy nước cứng toàn phần mang ý nghĩa thực tế hơn.

Do kích thước nguyên tử và phân tử khác nhau, tính năng Ion dương và âm khác nhau nên trong thiết kế hệ thống xử lý cần phân tích đủ các Ion này để có phương án tốt nhất

2. Nguyên nhân hình thành nên nước cứng

Đầu tiên chúng ta tìm hiểu từng Ion hình thành nên nước cứng có nguồn gốc từ đâu:

Canxi và Magie:

• Nước ngầm đi qua trầm tích các lớp đá vôi và hoà tan ra Ion Ca2+; Mg2+ đi vào nguồn nước giếng
• Các mỏ đá vôi bị phong hóa do gió, nhiệt độ, độ ẩm, tia UV, mưa axit làm vôi tan thành Ca2+; Mg2+ đi vào nước bề mặt sông, suối.

CaCO3 (đá vôi) + CO2 (không khí) + H2O (mưa, ngầm ) ⇌  Ca2+ + 2HCO3-

• Quá trình xử lý nước có dùng CaO để nâng pH hoặc Ca(OCl)2 để tiệt trùng cũng tăng 1 phần nhỏ độ cứng của nước

HCO3:

CO2 từ không khí theo phản ứng CO2 + H20  ⇌ HCO3^1- ⇌  CO3^2- đi vào nước ngầm, nước bề mặt.

HCO3 còn do phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước

SO4:

Sunphua (lưu huỳnh, S) là thành phần của vỏ trái đất, bị oxi hoá hay phong hoá mà chuyển dần thành Ion SO4.

Khí H2S; SO2 do phản ứng sinh học hay từ chất đốt đi vào không khí gặp mưa hoặc hơi nước trong không khí thành Ion SO4:

SO2 + O2 + H2O →  SO4

H2S + O2 -> SO2 → SO4

Clorua (Cl):

Là thành phần chiếm nhiều nhất có trong nước biển, gây nhiễm mặn ở các thềm lục địa khi mực nước ngầm thấp xuống hoặc xâm nhập theo thuỷ triều lên theo các nhánh sông ngấm vào đất liền.

Như vậy nước cứng là có sẵn trong ở nguồn nước, tuỳ vào địa lý và từng mùa mà độ cứng sẽ thay đổi nên cần kiểm tra định kỳ để có hướng điều chỉnh xử lý tốt hơn, đặc biệt trước khi thiết kế hệ thống xử lý nước thì cần nắm các thông tin thay đổi chất lượng nước trong 1 năm.

3. Dấu hiệu nhận biết nước cứng

Đây là cách nhanh nhất thông qua cảm quan để nhận biết nước cứng:

• Bột giặt khó tan và ít bọt sinh ra
• Tóc khô
• Ly nước trong suốt chuyển sang mờ
• Cặn bám đáy bình đun
• Nước đá không trong suốt
• Có sự thay đổi màu, mùi, vị của cafe, trà, xà phòng bị giảm bọt khi sử dụng nước có độ cứng cao.

4. Nước cứng có tác hại như thế nào?

• Gây tắc nghẽn đường ống dẫn nước

• Cặn bám trong các thiết bị gia nhiệt, phổ biến nhất là các lò hơi trong công nghiệp. Đây là phần chính yếu của bảo vệ lò hơi, tiếp theo là hệ thống giải nhiệt và trao đổi nhiệt.

• Tắc nghẽn màng RO
• Ảnh hưởng đến sức khỏe, đặc biệt là thận
• Giặt quần áo không sạch, tốn nhiều xà phòng
• …

5. Phương pháp làm mềm nước cứng tạm thời thông dụng

5.1. Làm mềm nước cứng tạm thời bằng cách đun sôi nước

Sử dụng nhiệt để tách Ca, Mg ra khỏi nước:

Mg(HCO3)2, Ca(HCO3)2 + gia nhiệt => MgCO3 + CaCO3 + H2O + CO2

Dù Mg, Ca, HCO3 tách ra khỏi nước và giảm nồng độ của nó trong nước, nước lúc này không còn 3 thành phần này nhưng MgCO3, CaCO3 thành cặn bám trong thiết bị gia nhiệt, gây cản trở việc trao đổi nhiệt nên phải vệ sinh định kỳ. Do đó, trên lý thuyết thì tách ra như vậy nhưng trong thực tế khó áp dụng, hơn nữa không phải 100% Mg và Ca đều chuyển thành MgCO3, CaCO3 vì ở nhiệt độ cao thì MgCO3, CaCO3 sẽ tan ngược lại

5.2. Cách làm mềm nước cứng thông qua trao đổi ion

Theo lý thuyết như đã trình bày ở trên thì nước cứng bao gồm cả các gốc Anion HCO3, Cl, SO4 nhưng trong thực tế nói đến làm mềm là loại bỏ Ca, Mg ra khỏi nước và 2 thành phần này kết hợp với các Anion khác gây ra cặn bám.

Phổ biến nhất là sử dụng hạt nhựa trao đổi Ion, thiết bị này gọi là làm mềm

Đây là cách phổ biến trong gia đình và công nghiệp

▶ Quá trình làm mềm nước:

Ca, Mg có trong nước sẽ bị trao đổi và giữ lại trên bề mặt hạt nhựa, đồng thời, Na có từ hạt nhựa sẽ bị tách ra, đi vào nước mềm.

2 RESIN-Na + Ca + Mg của nước cứng => RESIN-Ca; RESIN-Mg + 2 Na + Nước mềm

Hạt nhựa sẽ dần hết khả năng trao đổi Ca, Mg nên phải làm mới lại, gọi là tái sinh.

▶ Quá trình tái sinh:

Na có từ muối (NaCl) thay thế Ca, Mg ra ngoài hạt nhựa – đi khỏi tháp qua đường xả bỏ nước thải.

RESIN-Ca; RESIN-Mg + 2 Na của muối = > 2 RESIN-Na + Ca + Mg + Nước thải

Hạt nhựa lại được làm mới như ban đầu cho chu kỳ trao đổi Ca, Mg tiếp theo.

5.3. Phương pháp lọc nước – thẩm thấu ngược RO

Màng RO loại bỏ được 98 – 99.8% các Ion có trong nước bao gồm Ca, Mg, HCO3, Cl, SO4.

Tuỳ theo độ cứng đầu vào mà có thể loại bỏ bớt độ cứng bằng tháp làm mềm trước khi dùng RO để tăng tuổi thọ cho màng, hoặc chất lượng đầu ra mà có thể làm mềm sau màng RO hoặc lọc lại bằng RO…

5.4. Làm mềm nước cứng tạm thời bằng hóa chất

Phương pháp kết tủa là cách nhanh nhất, dễ thực hiện, nhưng cần có thiết bị khuấy trộn, lắng và lấy cặn ra khỏi đáy thiết bị lắng, nhưng khó kiểm soát vì mỗi chất tạo ra có pH và nồng độ kết tủa khác nhau và nồng độ kết tủa không cao nên phải dùng máy ép để lấy được lượng cao nhất.

6. Các chất làm mềm nước cứng tạm thời hiệu quả nhất hiện nay

6.1. Làm mềm nước cứng tạm thời bằng Natri Cacbonat

Cũng trên nguyên tắc bão hoà để kết tủa:

Na₂CO₃+ Ca(HCO₃)₂ → CaCO_{3 ↓} +2NaHCO₃

Na₂CO₃+ Mg(HCO₃)₂ → MgCO_{3 ↓} +2NaHCO₃

Na₂CO₃ +  CaSO4   →  CaCO_{3 ↓} + Na₂SO₄

Na₂CO₃ +  CaCl2   →  CaCO_{3 ↓} + 2NaCl

6.2. Cách làm mềm nước cứng bằng vôi tôi – Ca(OH)₂

6.3. Sử dụng hợp chất Natri Hydroxit – NaOH

Cũng theo phương pháp kết tủa bằng cách tăng pH lên:

Ca(HCO3)2 + NaOH -> CaCO3 ↓ + H20 + NaHCO3

6.4. Xử lý nước cứng tạm thời bằng Natri Photphat

3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2 ↓ + 6NaHCO3

Cách trên cũng theo phương pháp kết tủa nhưng tách Ca3(PO4)2 dễ hơn CaCO3 do độ bám ít hơn.

7. Hệ thống làm mềm nước hiệu quả, an toàn tại Công ty Hợp Nhất

Công ty Hợp Nhất đã thực hiện hàng trăm công trình liên quan đến độ cứng cho khách hàng, trong đó có cả giải pháp làm mềm, bằng hệ RO, De-cation – Anion…kể cả biện pháp hoá chất.

Không chỉ giải quyết chỉ có độ cứng mà một nguồn nước còn có nhiều chỉ tiêu phức tạp khác như TDS, độ kiềm, Silica, muối… nên cần có phương án tối ưu để 1 lúc giải quyết triệt để với chi phí thấp nhất.

Hãy liên lạc chúng tôi để có thông tin tốt nhất và được kiểm tra nguồn nước, lên phương án miễn phí!

Các chủ đề khác có liên quan: >> Hệ thống làm mềm nước cứng >> Tính toán tái và tối ưu hóa sinh hạt nhựa cho tháp làm mềm