Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion hoạt động như thế nào?

Nước cứng có thể được hiểu đơn giản là nước có chứa nhiều ion kim loại Ca²⁺, Mg²⁺. Dựa trên nồng độ các ion kim loại này mà có thể đánh giá nước mềm hay cứng.

Nước cứng mang đến rất nhiều những ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe, sinh hoạt cũng như trong sản xuất. Nước cứng gây nên sự tích tụ khoáng chất trong những đường ống làm rỉ sét hoặc tắc đường ống, phá hủy đường ống hay những dụng cụ , ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm…, chính vì vậy cần phải làm mềm nước trước khi đưa vào sử dụng là điều vô cùng cần thiết.

Hệ thống làm mềm nước được sử dụng để xử lý làm mềm nước trước khi đưa vào sử dụng có thể hạn chế, khắc phục được những ảnh hưởng tiêu cực của nước cứng

Tìm hiểu về nước mềm và các phương pháp làm mềm nước

Nước mềm là nước có lượng CaCO₃ có ít hơn 60 mg/ lít. Việc làm mềm nước chính là quá trình loại bỏ ion kim loại Ca²⁺, Mg²⁺ và một số cation kim loại khác ra khỏi nước cứng bằng những phương pháp, những chất làm mềm khác nhau.

Một số phương pháp làm mềm nước hay được sử dụng trong thực tế:

1. Phương pháp sử dụng nhiệt

Cở sở của phương pháp này là dùng nhiệt để làm bốc hơi CO₂ hòa tan trong nước làm giảm độ cứng cacbonat trong nước, tuy nhiên lượng CaCO₃ hòa tan vẫn còn tồn tại trong nước.

Chưng cất nước cũng có thể được coi là một phương pháp làm mềm nước sử dụng nhiệt. Nước thu được sau chưng cất hoàn toàn tinh khiết. Tuy nhiên đây là một phương pháp có chi phí cao

2. Sử dụng hóa chất

Sở sở của phương pháp này là sử dụng hóa chất để kết hợp các ion Ca²⁺, Mg²⁺ có trong nước để tạo thành những chất kết tủa không tan trong nước. Nước sau khi được lọc và loại bỏ những chất kết tủa trên sẽ được làm mềm

Một số hóa chất để làm mềm nước có thể kể đến như: vôi, Na₂CO₃, NaOH, Ba(OH)₂, Na₃PO₄… Dựa vào chất lượng nguồn nước đầu vào cũng như mức độ làm mềm để lựa chọn hóa chất cho phù hợp nhất. Ví dụ: sử dụng vôi khi muốn khử độ cứng kèm theo giảm độ kiềm của nước. Hay sử dụng Ba(OH)₂, Na₃PO₄ khi muốn làm mềm triệt để hơn

3. Phương pháp thẩm thấu ngược

Đây là phương pháp xử lý nước tiên tiến nhất hiện nay, cho hiệu quả cao có thể loại bỏ được hoàn toàn các muối Canxi và Magie có trong nước qua các màng lọc đặc biệt.

4. Phương pháp trao đổi ion

Đây là một phương pháp đơn  giản, hiệu quả và được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Phương pháp này dựa trên đặc tính của những cation có khả năng trao đổi ion. Như vậy các cation Ca²⁺, Mg²⁺ được trao đổi ion với các cation Na⁺, K⁺ để giúp làm mềm nước.

Một số vật liệu trao đổi ion hay sử dụng như: các polymer hữu cơ có chứa nhóm chức anion mà các cation Ca²⁺, Mg²⁺ liên kết mạnh hơn các cation Na⁺, K⁺ . Các vật liệu vô cơ như những hạt zeolite cũng có  khả năng trao đổi ion

Cấu tạo và quy trình hoạt động của hệ thống làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion

Cấu tạo hệ thống làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion

Hệ thống làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion thường có cấu tạo đơn giản, gồm:

• Cột lọc Composite: được thiết kế với kích thước phù hợp với nhu cầu và công suất hoạt động, được chế tạo bằng sợi thủy tinh tổng hợp compsite có độ bền cao, chịu được sự ăn mòn
• Bộ phận điều khiển: cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, hoạt động tự động
• Vật liệu lọc
• Bình chứa muối tái sinh: được chế tạo từ vật liệu nhựa cao cấp, chịu được sự ăn mòn của muối mặn
• Hệ thống van từ đóng mở nguồn nước.

Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý vô cùng đơn giản. Các cation kim loại mạnh cation Ca²⁺, Mg²⁺ có trong nước đi qua cột lọc sẽ được các vật liệu lọc hấp thu và nhả ra các cation có khả năng tạo các hợp chất cacbonat tan, nhờ đó giúp loại bỏ canxi và Magie ra khỏi nước.

Quy trình hoạt động

Nước nguồn được bơm vào cột lọc có chứa các vật liệu lọc là những hạt trao đổi ion với áp suất từ 1,5 – 2,5 bar. Trong cột lọc, xảy ra quá trình trao đổi ion, loại bỏ những cation Ca²⁺, Mg²⁺ có trong nước. Sau quá trình trao đổi ion, các hạt nhựa  bị bão hòa với các ion khoáng chất sẽ được rửa và tái tạo lại nhờ muối bão hòa. Dung dịch muối bão hòa sẽ giúp bổ sung cation Na⁺ cho vật liệu lọc và loại bỏ các cation Ca²⁺, Mg²⁺ và xả ra ngoài qua đường nước xả.

Hệ thống làm mềm nước hoạt động trải qua 5 quá trình

• Quá trình lọc: Tiến hành trao đổi ion trong cột lọc để loại bỏ độ cứng nhờ vật liệu lọc chứa các hạt trao đổi ion. Nước sau quá trình này đã được làm mềm và đưa vào sử dụng
• Quá trình tái sinh ( rửa ngược): Rửa ngược vật liệu lọc để làm sạch và loại bỏ những cặn bẩn, mảng bám bám trên các hạt trao đổi ion và thành cột lọc. Sau quá trình rửa ngược, nước theo đường xả đi ra ngoài.
• Quá trình tái sinh( hút muối): đây là quá trình rửa xuôi. Muối trong các bồn chứa sẽ được bơm vào cột lọc để tái sinh vật liệu lọc. Kết thúc quá trình, nước sẽ được xả bỏ
• Quá trình tái sinh ( rửa muối): nước được hút vào bể lọc và tiến hành quá trình rửa muối. Nước sau quá trình được thải ra ngoài
• Quá trình tái sinh ( trả nước về bồn muối): nước được bơm vào cột lọc sau đó trở về thùng chứa muối tái sinh.

Sau khi trải qua 5 quá trình trên, hệ thống quay lại quá trình lọc từ đầu.

Với hệ thống làm mềm nước này, sử dụng hai loại vật liệu lọc:

• Hạt nhựa trao đổi ion có gốc Na⁺, có thể tái sinh. Số lượng hạt nhựa phụ thuộc vào kích thước cột lọc cũng như công suất hoạt động của hệ thống. Những hạt nhựa này có khả năng khử độ cứng đến 90%, chính vì vậy để làm mềm nước hiệu quả cần kiểm tra độ cứng của nước đầu vào để lựa chọn loại hạt nhựa phù hợp.
• Dung dịch muối tái sinh: đây cũng có thể được coi là vật liệu lọc. Muối sử dụng thường là muối công nghiệp hoặc muối ăn được pha bão hòa. Trong quá trình hoạt động, cần thường xuyên kiểm tra và bổ sung muối vào trong bình chứa muối tái sinh để hệ t hống làm việc đạt hiệu quả cao.

Ưu nhược điểm của hệ thống làm mềm bằng phương pháp trao đổi ion

Ưu điểm:

• Cấu tạo đơn giản, hoạt động dễ dàng và hiệu quả
• Chi phí vận hành thấp, độ an toàn cao
• Chịu được môi trường axit, muối mặn
• Xử lý và làm mêm nước có hiệu quả

Nhược điểm: Hệ thống sẽ dừng hoạt động nếu mất điện.

Nếu không đòi hỏi quá khắt khe về độ tinh khiết của nước, thì hệ thống làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion là hệ thống làm mềm nước hiệu quả, tiết kiệm nhất, và là lựa chọn hàng đầu cho các doanh nghiệp.  Tùy theo nhu cầu, mục đích sử dụng để có thể lựa chọn những quy mô, năng suất  hay nhà cung cấp hệ thống phù hợp nhất.