Trao đổi ion là gì? Hệ thống hoạt động như thế nào
5 (100%) 1 vote

Cơ chế hoạt động, cách vận hành đơn giản nhưng mang lại hiệu quả xử lý cao đó chính là những ưu điểm tuyệt vời của hệ thống trao đổi ion – một trong những hệ thống không thể thiếu được trong công nghệ xử lý nước.

Các hệ thống trao đổi ion được sử dụng trong công nghệ xử lý nước với mục đích làm mềm nước, khử muối, khử độ cứng, khử kim loại, các ion kim loại, khử nitrat…có trong nước. Đây là bước tiền xử lý vô cùng quan trọng để giúp cho những quá trình xử lý phía sau được thuận lợi và hiệu quả hơn.

Hệ thống trao đổi ion là gì?

Trao đổi ion là một quá trình xử lý nhằm tách riêng những ion không mong muốn ra  khỏi dung dịch và thay thế bằng những ion khác. Qúa trình trao đổi ion được diễn ra trong một cột trao đổi ion chứa trong một thiết bị chuyên dụng nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi diễn ra.

Các hạt nhựa trao đổi ưu tiên hấp thu các ion trong pha lỏng, nhờ đó các ion này dễ dàng thay thế các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi ( các ion trong pha rắn). Quá trình trao đổi ion này phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi ion và các loại ion khác nhau.

 

Nguyen-tac-trao-doi-ion

Nguyên tắc trao đổi ion

 

Trong hệ thống làm mềm nước, các ion cần được loại bỏ chính là Ca2+, Mg2+ chứa trong nước đầu vào. Khi nước được bơm vào thiết bị trao đổi ion có chứa những hạt trao đổi ion chứa ion Na+, các ion Ca2+, Mg2+ được hấp thụ và giữ trong các hạt nhựa, ion Na+ được giải phóng vào trong nước.

Hệ thống trao đổi ion làm việc như thế nào?

Quá trình trao đổi ion dựa trên những tương tác hóa học, gồm các phản ứng thế giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn là các hạt nhựa trao đổi ion. Khi một ion được hòa tan vào trong nước, các phân tử được phân chia làm cation và anion. Hệ thống trao đổi ion lợi dụng đặc điểm này để chọn lọc và thay thế các ion dựa trên điện năng của chúng. Việc thay thế các ion này được thực hiện bằng cách đưa dung dịch đi qua những hạt nhựa trao đổi ion để tiến hành trao đổi.

Những hạt nhựa trao đổi này gồm có hai phần, một phần là gốc của chất trao đổi ion, phần còn lại là nhóm có ion trao đổi hay còn được gọi là nhóm hoạt tính. Hạt nhựa trao đổi ion thường là những hạt viên nhỏ, xốp, được tao thành từ những hợp chất cao phân tử, các polymer hữu cơ như polystyrene, tạo thành một mạng lưới các hydrocacbon có liên kết tĩnh điện với một số lượng lớn các nhóm ionizable.

 

Hoat-dong-cua-he-thong-trao-doi-ion

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống trao đổi ion

 

Hiện nay, hầu hết các hệ thống đều xử lý bằng phương pháp trao đổi cation, sử dụng các hạt nhựa trao đổi ion dương như R-Na, RH, R-NH4…trong đó R- là gốc của các cationit không hòa tan trong nước đóng vai trò là các anion. Những cation có trong nước như Ca2+, Mg2+…sẽ trao đổi ion với những cation dễ hòa tan của cationit như Na+, H+, NH4+…. Khi quá trình trao đổi diễn ra, những cation Ca2+, Mg2+…sẽ được các cationit giữ lại và các cation dễ hòa tan sẽ được giải phóng vào nước.

Ngoài ra, trong một số trường hợp cũng có sử dụng phương pháp trao đổi anion hoặc kết hợp sử dụng cả hai phương pháp để loại bỏ hoàn toàn các ion có trong nước.

Sau một thời gian hoạt động, những hạt nhựa trao đổi ion trở nên bão hòa với những ion có trong dòng chảy, chính vì thế để hệ thống có thể tiếp tục quá trình trao đổi, những hạt nhựa cần được tái sinh hoặc bổ sung thêm các ion. Việc tái sinh này diễn ra nhờ quá trình rửa ngược để làm sạch hạt nhựa và tái sinh để bổ sung các ion lên bề mặt hạt nhựa trao đổi.

Hệ thống trao đổi ion giúp loại bỏ những chất gây ô nhiễm nào?

He-thong-trao-doi-ion-trong-nha-may

Hệ thống trao đổi ion trong nhà máy

Hệ thống trao đổi ion không chỉ có tác dụng làm mềm nước mà còn có một tác dụng lớn trong việc loại bỏ rất nhiều những chất gây ô nhiễm có trong nước. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ cũng như những chất được loại bỏ phụ thuộc vào đặc tính của những hạt trao đổi ion.

 

Hat-trao-doi-ion

Hạt trao đổi ion

Hạt nhựa trao đổi cation

Những hạt nhựa cation sẽ cung cấp H+, các ion hay các ion tích điện dương sẽ trao đổi với các cation chứa trong nước, từ đó giúp khử khoáng và làm mềm nước. Một số khoáng chất mà nhựa cation có thể loại bỏ như:

–         Canxi Ca2+

–         Crom Cr3+, Cr6+

–         Sắt Fe3+

–         Magie Mg2+

–         Mangan Mn2+

–         Radium Ra2+…

Hạt nhựa trao đổi anion

Những hạt nhựa cation sẽ cung cấp OH-, các ion hay các ion tích điện dương sẽ trao đổi với các cation chứa trong nước. Nhờ đó những hạt nhựa này thường được dùng để khử khoáng và hấp thụ axit. Khi sử dụng hạt nhựa trao đổi anion, có thể loại bỏ được:

–         Asen

–         Carbonat CO32-

–         Chloride Cl-

–         Cyanide CN-

–         Nitrat NO3-

–         Silica SiO2

–         Sulfat SO42-

–         Uranium

–         Axit perfluorootanoic PFOA

Nhựa trao đổi đặc hiệu

Bên cạnh nhựa cation và nhựa anion, còn có thể kể đến nhưng loại nhựa đặc hiệu. Đây là những loại nhựa đặc biệt, có độ đặc hiệu cao hơn, chi phí cao hơn những mức độ hoạt động hẹp hơn, chúng chỉ có tác dụng loại bỏ một số hợp chất nhất định.

Có thể ví dụ như:

–         Nhựa Chelating được sử dụng để tập trung và loại bỏ những kim loại như Co2+, Hg, Hg2+

–         Nhựa trao đổi ion từ MIEX thường được dùng để loại bỏ những chất hữu cơ tự nhiên khỏi nguồn nước cấp.

Để có thể mang lại hiệu quả lọc cao cũng như phù hợp mục đích yêu cầu của nước đầu ra, cần phải xác định được những thành phần có trong nguồn nước đầu vào để từ đó có thể lựa chọn được những hạt trao đổi ion cho phù hợp.

Mua bán piano Nhật