bài giảng khử khoáng cho nước

CH CH KH NG – KH KHOÁNG CHO N C NG KHOÁNG CHO N C 6.1 Kh khoáng b ng hóa ch t k t h p l ng l c ây m t nh ng ph ng pháp x lý n c b ng hóa ch t, ch y u ph bi n lò h i nh dùng công nghi p, ho c bi n pháp x lý kh khoáng s b n c c l y t ngu n có c ng cao. Vi c làm m m n c b ng ph ng pháp hóa ch t k t h p l ng l c ph ng pháp d a c s chuy n mu i hòa tan n c (mu i Ca2+, Mg2+,…) thành nh ng h p ch t hòa tan r i lo i tr chúng b ng l ng hay l c. Mu n v!y a vào n c ion hydroxyl OH- ion cacbonnat CO32-. Hóa ch t dùng vôi Ca(OH)2, xút NaOH xô a Na2CO3,… Tùy vào t ng lo i ph ng pháp x lý mà ta s d"ng lo i hóa ch t t ng ng. Ph ng pháp x lý Vôi hóa Vôi – Xô a Xút Xút – Xô a Xút - Vôi Hóa ch t Ca(OH)2 Ca(OH)2 + Na2CO3 NaOH NaOH + Na2CO3 NaOH + Ca(OH)2 6.1.1 Kh khoáng b ng vôi ây ph ng pháp thông d"ng nh t nh m kh c ng cacbonat. Ngoài c áp d"ng c#n gi$m c$ c ng c$ ki m c a n c. Khi ch% dùng vôi ph$n ng x$y là: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 & 2CaCO3' + 2H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 & Mg(OH)2'+ 2CaCO3'+ 2H2O Khi ion OH- t ng tác v i ion Mg2+ s( t o Mg(OH)2 hòa tan MgCl2 + Ca(OH)2 & Mg(OH)2' + CaCl2 MgSO4 + Ca(OH)2 & Mg(OH)2'+ CaSO4 Hai ph$n ng cho th y, vôi ch% có tác d"ng làm gi$m c ng theo ion Mg2+ nh ng không làm gi$m c ng toàn ph#n gi$m c hàm l ng ion Mg nh ng l i 2+ làm t)ng hàm l ng ion Ca . gi$m c ng toàn ph#n c t t h n, th *ng ng *i ta hòa thêm m t l ng 2ion CO3 vào n c cho tích s n ng c a ion Ca2+ (các ion Ca2+ ã thay th ch+ c a ion Mg2+) ion CO32- ph$i l n h n tích s hòa tan c a mu i CaCO3 (xem b$ng 6.1) , ây Ion CO32- k t h p v i ion Ca2+ t o CaCO3 hòa tan l ng xu ng: Ca2+ + CO32- & CaCO3' Cho nên vôi chuy n mu i có g c CO32- ho c HCO3- thành c n CaCO3 Mg(OH)2. Ngoài vôi liên k t v i CO2 CO2 + Ca(OH)2 & CaCO3' + H2O TTMLO CH Nhi t 80 (0C) NG – KH KHOÁNG CHO N hòa tan CaCO3 (mg l/l) Mg(OH)2(mg l/l) 0,15 0,40 0,03 0,20 Gi i h n làm m m n c (mg l/l) 0,55 0,23 B ng 6.1: Gi i h n làm m m n c theo lý thuy t (ngu n XL n Th y) Ta th y dùng vôi ch% kh c c ng không cacbonat không t a, Mg. ti p t"c kh , có th thêm xô a (ph C c c p sinh ho t-Nguy n Th Thu c ng cacbonat b ng cách l ng l c k t c kh mà ch% thay i v- trí gi a Ca ng pháp vôi-xô a). 6.1.2 Kh khoáng b ng vôi - xô a Khi cho vôi vào ph$n ng x$y là: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 & 2CaCO3' + 2H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 & Mg(OH)2'+ 2CaCO3'+ 2H2O Khi ion OH- t ng tác v i ion Mg2+ s( t o Mg(OH)2 hòa tan MgCl2 + Ca(OH)2 & Mg(OH)2' + CaCl2 MgSO4 + Ca(OH)2 & Mg(OH)2'+ CaSO4 Các mu i canxi sinh t ph$n ng v i vôi s( ti p t"c ph$n ng v i xô a t o nên k t t a b n v ng h n mà có th th$i b , ph$n ng x$y nh sau: CaCl2 + Na2CO3 & CaCO3' + 2NaCl CaSO4 + Na2CO3 & CaCO3' + Na2SO4 6.1.3 Kh khoáng b ng xút Khi dùng xút, mu i cacbonat s( b- kh theo ph ng trình sau: Ca(HCO3)2 + 2NaOH & CaCO3' + Na2CO3 + 2H2O (1) Mg(HCO3)2 + 2NaOH & MgCO3' + Na2CO3 + 2H2O (2) MgCO3 t o s( ti p t"c ph$n ng v i xút t o k t t a v ng ch c h n Mg(OH)2 xô a (3) MgCO3 + 2NaOH & Mg(OH)2' + Na2CO3 2+ Riêng mu i phi cacbonat c a Mg s( k t h p v i ion OH- sinh t xút t o k t t a Mg(OH)2 mu i natri MgCl2 + 2NaOH & Mg(OH)2' + 2NaCl (4) MgSO4 + 2NaOH & Mg(OH)2'+ Na2SO4 Ngoài xút liên k t v i CO2 t o xô a CO2 + 2NaOH & Na2CO3 + H2O (5) c i m c a ph ng pháp xút có sinh sô a Na2CO3, có th làm m m c ng canxi CaCl2 + Na2CO3 & CaCO3' + 2NaCl (6) CaSO4 + Na2CO3 & CaCO3' + Na2SO4 (7) Ta th y tùy vào l ng xô a c sinh t ph$n ng (1), (2), (3) (5) mà c ng c a n c c kh t t hay không. N u l ng CO32- t o t ph$n ng không tham gia cho ph$n ng (6), (7) ta c#n b sung thêm xô a Na2CO3. Khi ó ta có ph ng pháp x lý b ng xút – xô a. Còn N u l ng CO32- t o th a, TTMLO CH NG – KH KHOÁNG CHO N C ta thêm vôi Ca(OH)2 vào liên k t v i ion th a này. Khi ó ta có ph ng pháp x lý b ng xút – vôi, ph$n ng xút – vôi nh sau: Ca(OH)2+ Na2CO3 & CaCO3' + 2NaOH Các mu i không tan, k t t a s( c tách kh i n c tr c a vào lò b ng bi n pháp l ng l c. S k t tinh tách c n s( b- ch!m l i có ch t h u c n c. Vì th t)ng c *ng trình ng th*i v i vi c làm m m n c ng *i ta c.ng ti n hành k t h p v i m m n c b ng nhi t. làm vi c ph$i t nóng n c m m a m t l ng d ch t ph$n ng. Khi không t nóng c ng có th gi$m n 1,4-1,8 mg l/l ki m b ng 2-2,5mg l/l mà t nóng 70-80 C c ng gi$m n 0,3-0,35mg l/l 6.2 Kh khoáng b ng trao i ion Dùng ph ng pháp l ng c n không th làm m m hoàn toàn n c thiên nhiên. Vì th th *ng dùng s ph i h p, ó x lý s b b ng cách l ng c n k t thúc b ng ph ng pháp trao i ion. Ph ng pháp có th kh g#n nh tri t b n v ng c a h t nh a cao có kh$ n)ng tái sinh, t p ch t d ng ion n c, tái s d"ng. Chính lý ó ph ng pháp trao i ion r t c#n thi t x lý n c c p cho lò h i nhà máy i n. X lý n c b ng ph ng pháp trao i ion d a vào kh$ n)ng c a m t s ch t th c t không hòa tan n c g i ch t trao i ion hay ionit, ch t làm thay i thành ph#n ion c a n c theo h ng mong mu n. X lý b ng trao i ion khác v nguyên lý v i ph ng pháp l ng c n ch+ t p c th$i kh i n c không t o c n vi c x lý không yêu c#u -nh ch t l ng (pha ch ) liên t"c ch t ph$n ng. Do v!y vi c v!n hành thi t b- x lý n c b ng trao i ion n gi$n h n, kích th c thi t b- nh h n, hi u qu$ x lý cao h n nhi u so v i thi t b- x lý b ng ph ng pháp l ng c n. c xác -nh b i Th*i gian c a chu trình làm vi c c a thi t b- trao i ion dung tích trao i c a ionit t c kh$ n)ng trao i ion c a nó. Sau m t th*i gian làm vi c kh$ n)ng trao i ion c a ionit gi$m i ó ph$i hoàn nguyên (tái sinh) khôi ph"c kh$ n)ng trao i ion ban #u c a ionit. 6.2.1 C u t o h t nh a trao i ion Các ch t trao i ion có th ch t vô v hay h u c có ngu n g c t nhiên hay t ng h p nhân t o. • Các ch t trao i ion d ng vô c : T nhiên: zeolit, kim lo i khoáng ch t, t sét, fenspat, ch t mica khác . Các ch t có ch a ch t trao i cation ch t ch a nhôm silicat nh Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O. Các ch t flour apatit [Ca5(PO4)3]F hydroxyt apatit [Ca5(PO4)3]OH c.ng có tính ch t trao i ion. T ng h p nhân t o: silicagen, pecmutit, oxyt khó tan hydroxyt c a m t s kim lo i nh nhôm, crom, . • Các ch t trao i ion d ng h u c : T nhiên: axit humic c a t (ch t mùn) than á, mang tính axit y u. TTMLO CH NG – KH KHOÁNG CHO N C T ng h p nhân t o: h p ch t cao phân t . Các g c hydrocacbon c a chúng t o nên l i không gian v i nhóm ch c n)ng trao i c g i ma tr!n ký ion c -nh. L i không gian hydrocacbon hi u R, ion trao i ion ion trái d u g i nhóm ho t ng c bi u th- rõ, #y . Tuy nhiên i b ph!n v!t li u trao i ion thu c lo i nh a t ng h p. chúng bao g m m t khung mang th *ng polymer m ch cacbon (ch t khâu m nh) ó có ch a nhóm ch c (nhóm ho t hóa) mà t ng nhóm ch a hai thành ph#n tích i n c a nhóm ch c c -nh c a ion linh ng có th trao i c. D a vào nhóm ho t hóa mà có hai lo i nh a cationit (th *ng ký hi u: RH) anionit (th *ng ký hi u: RaOH). c phân chia theo n)ng l c trao i c a h t V m t hoá h c, h t nh a th *ng nh a. Thông th *ng h t nh a th *ng c chia thành d ng c b$n sau: • H t trao i cation axit m nh (SAC): c tr ng b ng s có m t c a nhóm ch c c -nh axit m nh nh -SO3H, có kh$ n)ng trung hoà baz m nh chuy n mu i trung tính v d ng axit t ng ng, có kh$ n)ng lo i b h#u h t cation dòng n c. /ng d"ng x lý n c kh khoáng. • H t nh a trao i cation axit y u (WAC): c tr ng b i s có m t nhóm ch c axit y u nh cacboxylic -COOH, có kh$ n)ng trung hoà baz , lo i b m t ph#n cation m nh có n c. /ng d"ng v i ngu n n c có ki m cao vi c làm m m n c: • H t trao i anion ki m m nh (SBA): c tr ng b i s có m t c a nhóm ho t hóa amin b!c • H t trao i anion ki m y u (WBA): Nhóm ho t hóa –NH2, -RNH2, R2NH,… R t nh y c$m v i ph$n ng trao i ion OH- c a n c H2O ó chúng r t d0 tái sinh. M t nh ng c u t o c bi t c a h t nh a ó c u t o x p c a h t b n c , n)ng l c hi u su t trao i nh a. Tính ch t s( quy t -nh r t l n n c a h t nh a. Tu1 thu c vào ch t l ng n c #u vào, ng *i ta s( ch n c lo i h t nh a trao i ion có kích th c l+ phù h p. ! "#$ % ! # & ' " * & ' &+ #' " & ' & ' ' ,% " & ' - " & ' & ' ' , "/ 1" / 03 6.2.2 c tính l a ch n c a h t nh a trao M t nh ng c tính quan tr ng c a nh i c a nh a. i v i ion khác nhau, n)ng l nhau. Tính l a ch n c a h t nh a có $nh h ng r sinh c a h t nh a. Do ó, v!n hành h th ng kh () & '* , " & '* , " . i ion a trao i ion tính l a ch n trao c hút bám c a h t nh a c.ng khác t l n n trình trao i tái khoáng c#n n m rõ quy lu!t này. TTMLO CH NG – KH KHOÁNG CHO N C Tu1 thu c vào pH c a môi tr *ng, c u t o nhóm ch c c a h t nh a c a nhà s$n xu t khác d2n n v- trí th t l a ch n c.ng sai l ch chút ít. Hình 6.1: C u trúc hoá h c c a h t nh a trao Hình 6.2: Mô hình c u t o h t nh a trao i Cation i Ion TTMLO CH th NG – KH KHOÁNG CHO N C Nói chung, tính l a ch n c a h t nh a ph" thu c ch y u vào i n tích kích c c a ion. Có quy lu!t l a ch n theo th t nh sau: 1. i n tích c a ion l n d0 b- hút bám. Vd: Fe3+ > Ba2+; SO42- > Cl2. i v i ion i n tích, ion có s hi u nguyên t l n d0 bhút bám. Vd: Fe3+ > Al3+; Br- > Cl3. i v i anion b- hydrat hoá bán kính nh n)ng l c hút bám l n. vd: SO32- > HPO42-; HCO3- > HSiO3Theo quy lu!t ó, th t ion d0 b- hút bám nh sau: • Cation: Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ba2+ > Sr2+ > Cd2+ > Zn2+ > Cu2+ > Fe2+ > Mn2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > NH4+ > Na+ > H+ > Li+ • Anion: SO42- > SO32- > HPO42- > CNS- > CNO- > NO3- > NO2- > Br- > Cl> CN- > HCO3- > HSiO3- > OH- > F- 6.2.3 Nguyên lý trình trao i l p ion c nh Nguyên lý v!n hành tháp trao i ion d a ph$n ng thu!n ngh-ch c a ion có dòng n c v i nhóm ch c n)ng ính h t nh a. ây ph$n ng trao i x$y b m t r n c a h t nh a nên v b$n ch t trình, ng *i ta có th coi trình h p ph" có ph$n ng x$y ra. Do ó, t c trình trao i ion ph" thu c r t nhi u vào t c khuy ch tán c a c a ion x$y ng mao qu$n c a h t nh a. Ngoài ra, t c trình trao i ion ph" thu c nhi u y u t hóa, lý khác nh : n ng ion n c ( ây ng l c trình); nhi t n c; c3 h t nh a; l u l ng n c ($nh h ng n t c khuy ch tán ngoài); . Quá trình trao i ion th c ch t trình h p ph" có ph$n ng x$y b m t r n c a h t nh a (b m t r n c a l+ mao qu$n). C.ng gi ng nh c u t o b m t r n c a h t keo, b r n c a h t nh a c.ng t n t i l p i n tích khác nhau, l p h p ph" l p khuy ch tán. Các ion l p h p ph" (hay g i l p b n v ng) r t b n v ng hình thành liên k t h c b n v ng (có b$n ch t l c hút t4nh i n trái d u). Các ion ng c d u l p khuy ch tán linh ng h n l c liên k t gi a ion d u nh h n (nh ion H+ h t cation, ion OH- h t anion). Trong trình v!n hành, ion ng c d u linh ng s( b- thay th b i ion ng c d u khác có dòng n c. Các ion ng c d u t dòng n c sau i vào l p khu ch tán c.ng có th i ti p vào l p h p ph" hình thành liên k t. linh ng c a ion ng c d u s( gi$m d#n ti n vào g#n l p h p ph" l c hút t4nh i n l n h n. Khi n ng ion trái d u l n, s( làm b dày l p khuy ch tán co l i d2n n n)ng l c trao i s( gi$m. Chính lý ó ng *i ta không hoàn nguyên n ng cao tránh làm co l i l p khuy ch tán, t ó làm gi$m n)ng l c trao i c a h t nh a. Quá trình trao i ion có th c mô t$ nh s trình h p ph" có ph$n ng x$y nh hình v(. Quá trình x$y theo giai o n. Giai o n giai o n khuy ch tán ngoài, ion i t dòng n c vào b m t c a h t nh a. Giai o n 2, ion khuy ch tán t b m t h t nh a vào bên l+ mao qu$n, Giai o n ph$n ng x$y ra, giai o n th *ng x$y r t nhanh nên không $nh h ng n t c trình. Giai o n khuy ch tán c a s$n ph5m ph$n ng. Nh v!y, c$ trình c chia nh thành giai o n, giai o n có t c ch!m nh t s( quy t -nh n t c chung c a c$ trình. Giai o n 2,4 ph" thu c ch y u vào nhi t TTMLO CH NG – KH KHOÁNG CHO N C môi tr *ng n)ng l c trao i c a h t nh a. Giai o n khuy ch tán ph" thu c ch y u vào t c c a dòng n c (hay t c khu y tr n) n ng ion. , phía %nh tháp trao i, n ng ion cao d2n n t c khuy ch tán cao nên trình ph" thu c ch y u vào t c khuy ch tán trong. Tuy nhiên, v phía cu i c a tháp trao i, n i quy t -nh ch t l ng n c, n ng ion s( r t nh ([...]... n c b ng t tr *ng Hình v( d i ây trình bày s nguyên lí x lí n c b ng i n hóa hay là b ng t tr *ng 12 TTMLO CH NG 6 – KH KHOÁNG CHO N C Ph ng pháp này có th kh c n c có hàm l ng mu i cao t i 30.000 mg/l Tuy nhiên tính tóan n tinh kinh t thì thông th *ng bi n pháp này cho phép x lí cho n c có n ng mu i t i 300-500mg/l I II 6.3.2 X lý n Hình 7.4 S x lí n c b ng i n hóa N c ngu n có ch a khóang ch t hòa... a ph ng pháp này là dùng cho n c ngu n có nhi u mu i i qua bùnh gia nhi t làm cho n c b h i sau ó cho h i i qua bình ng ng h i ta s( c n c có n ng mu i r t th p Hình v( d i ây trình bày nguyên lí x lí n c b ng ph ng pháp nhi t l c, b c h i, chi t li N c có ch a nhi u mu i c gia nhi t b c h i trong bình kim lo i H i n c nhi t cao 1(h i m i) thông qua các ng gia nhi t 4 làm cho n c trong bình b c h i... TTMLO CH NG 6 – KH KHOÁNG CHO N C Hình 7.5 Bình x lí n c b ng chi t li 1 c p 1 H i vào 2 Van h i th c p 3 Bình b c h i 4 ng gia nhi t 5 Bình ng ng 6 u ra bình ng ng 7 B n c ng ng (s ch) 8 B m n c ng ng (s ch) 9 B m n c n c chính 10 Van n c có i u ch nh 11 , 12 u vào , u ra c a n c làm mát bình ng ng 13, Van x áy Hình 7.6 K t c u bình x lí n c b ng chi t li 14 TTMLO CH NG 6 – KH KHOÁNG CHO N C 15 TTMLO... ph$n ng x$y ra trên tháp cation và anion nh sau: Tháp Cation: RHn + Xn+ 8 RXn+ + n.H+ (I) (II) Tháp Anion: R(OH)m + Ym- 8 RYm + m.OH- Hình 6.4: S Trong ó, nguyên lý h th ng kh khoáng R- ký hi u g c nh a 11 TTMLO CH NG 6 – KH KHOÁNG CHO N C Xn+ cation hóa tr- n+ Ym- anion hóa tr- mN c sau h th ng c p 1 ã t ng i s ch Tuy nhiên, tách các ion m t cách tri t h n ng *i ta c#n x lý ti p m t c p n a, c g i là... cation và tháp anion 6.3 Các ph ng pháp kh khoáng khác ! " $ # % & , # / 0 # 3 4 5 * 9 5 - " " & () * 7 " 4 @3 : # A 2 # ? 4 E F # G J ! * 6.3.1 X lý n * + # , , 2 # ,' 7, 8 & 6 : ; < $ + = > 6 < #2 + # : 4 ? %5 " 9 8 > 6( # # 8 < 6 " B , C , D: * # # > H6 I * *( K 4 - % * & ( 1 6 & ' & () c b ng i n hóa Nguyên lí s d"ng ph ng pháp i n hóa kh khóang nh sau, cho n c có ch a ch t khóang hòa tan i qua... khá t h n so v i nh a cationit nh ng dung l ng trao i, hi u qu$ c a nó l i bé h n nh a cationit nên ng *i ta ít s d"ng c bi t v i các công trình x lý công su t l n 6.2.7 Các h th ng kh khoáng Thông th *ng, h th ng kh khoáng g m hai c p trao i (Hình 6.4) C p 1 g m có 3 tháp, trong ó tháp #u tiên ch a h t nh a trao i cation (RH), tháp th 2 là tháp kh CO2, tháp th 3 là tháp anion, có ch a h t nh a anion...CH 6.2.6 X lý n c b ng ph NG 6 – KH ng pháp trao KHOÁNG CHO N C i anion Nguyên lý này c.ng gi ng nh ph ng pháp trao i cation Các anion c a mu i và axit trong n c s( trao i v i g c c a anionit theo ph$n ng sau: 2RaOH + H2SO4 &Ra2SO4 + 2H2O RaOH + HCl &RaCl... trao i c a h t nh a r t kém ph"c h i kh$ n)ng trao i ion, c#n ph$i tái sinh h t nh a (regeneration) i v i h t cation, hoàn nguyên b ng cách cho h t nh a ã no ph$n ng v i axit, ph$n ng x$y ra theo chi u ngh-ch c a ph$n ng (I) i v i h t anion, hoàn nguyên b ng cách cho h t nh a ph$n ng v i ki m, ph$n ng x$y ra theo chi u ngh-ch c a ph$n ng (II) Riêng v i tháp h+n h p, hoàn nguyên ng *i ta c#n phân tách... c, b c h i, chi t li N c có ch a nhi u mu i c gia nhi t b c h i trong bình kim lo i H i n c nhi t cao 1(h i m i) thông qua các ng gia nhi t 4 làm cho n c trong bình b c h i N c ng ng sau khi gia nhi t cho n c s( i qua bình ng ng 6 quay tr v b 7 H i n c c b c h i trong bình b c h i g i là h i th c p i qua thi t b- phân li h i n c và i qua bình ng ng 5 ó ng ng t" thành n c và i qua bình 6 sau ó ch$y v... anion (R-OH) #u tiên, n c trong c b m qua tháp cation, t i ây các cation trong dòng n c s( b- hút gi l i trên b m t h t nh a ng th*i nh$ 1 l ng cân b ng H+ vào dòng n c K t qu$ là pH c a n c r t th p làm cho 1 l ng HCO3- có s7n trong n c (kho$ng 180mg CaCO3/l) tách ra d ng khí CO2 do quá bão hòa theo ph$n ng: H+ + HCO3- 8 H2O + CO2↑ N c sau tháp cation s( c d2n qua tháp kh khí, t i ây, CO2 d ng quá bão . c.ng sai lch chút ít. Hình 6. 1: Cu trúc hoá hc ca ht nha trao i Cation Hình 6. 2: Mô hình c u to ht nha trao i Ion 6 TTMLO CHNG 6 – KH  KHOÁNG CHO N  C . nhit  t o ra NH 3 và các axit: NH 4 HCO 3 & NH 3 6 + H 2 O + CO 2 6 NH 4 Cl & NH 3 6 + HCl (NH 4 ) 2 SO 4 & NH 3 6 + H 2 SO 4 S có mt ca NH 3 , CO 2 và các axit trong. 2NaHCO 3 2NaHCO 3 & Na 2 CO 3 + CO 2 6 + H 2 O Na 2 CO 3 + H 2 O & 2NaOH + CO 2 6.  hoàn nguyên NaR ta dùng NaCl có nng  6- 8%, ph$n ng x$y ra nh sau: CaR + 2NaCl &