Làm mềm một mình là không đủ cho hầu hết nước sử dụng nồi hơi áp suất cao và cho nhiều dòng quá trình, đặc biệt là những người sử dụng trong sản xuất các thiết bị điện tử. Ngoài việc loại bỏ độ cứng, các quá trình này đòi hỏi phải loại bỏ tất cả các chất rắn hòa tan, chẳng hạn như natri, silica, độ kiềm, và các anion khoáng sản (Cl, SO 4 ², NO 3 ¯).
Khử khoáng nước là việc loại bỏ cơ bản tất cả các muối vô cơ bằng cách trao đổi ion. Trong quá trình này, nhựa cation acid mạnh trong các hình thức chuyển đổi ion hydro hòa tan muối thành các axit tương ứng của chúng, và nhựa anion base mạnh theo hình thức hydroxide loại bỏ các axit.Khử khoáng nước tương tự về chất lượng để chưng cất với một chi phí thấp hơn.
Khử khoáng với hạt cation và hạt anion
Về cơ bản có 2 loại hạt nhựa trao đổi ion là hạt nhựa trao đổi cation và hạt nhựa trao đổi anion.
Hạt nhựa trao đổi cation sẽ cung cấp Hydrogen (H+ ) các ion hay các ion tích điện dương khác trong trao đổi cation tạp chất có trong nước.
Nhựa trao đổi anion sẽ cung cấp Hydroxyl ( OH- ) các ion hay các ion mang điện tích âm khác trong trao đổi anion tạp chất có trong nước.
• Nguyên tắc khử khoáng:
Một hệ thống khử khoáng bao gồm một hoặc nhiều cột nhựa trao đổi ion, trong đó bao gồm một đơn vị axit cation mạnh và một đơn vị anion base
mạnh. Các trao đổi nhựa cation hydro cho các cation nước thô được thể hiện bằng các phản ứng sau đây:
Một biện pháp tổng nồng độ của các axit mạnh trong nước thải cation là FMA (Free Mineral Acidity). Nếu trao đổi cation là 100% hiệu quả, các FMA từ trao đổi sẽ bằng với axit của nồng độ khoáng trên lý thuyết (TMA) của nước. Các FMA thường là thấp hơn so với TMA bởi vì một lượng nhỏ natri rò rỉ qua bộ trao đổi cation. Lượng natri rò rỉ phụ thuộc vào mức độ tái sinh, tốc độ dòng chảy, và tỷ lệ natri để các cation khác trong nước thô. Nói chung, natri rò rỉ tăng lên khi tỷ lệ natri cation tổng mức tăng.
Một đơn vị trao đổi cation tới gần kiệt sức, FMA trong nước thải giảm mạnh, chỉ ra rằng các trao đổi cần được loại bỏ từ dịch vụ. Tại thời điểm này nhựa nên được tái sinh với một dung dịch axit, trong đó trả về vị trí trao đổi mẫu hydro. Axit sunfuric thường được sử dụng do chi phí giá cả phải chăng của nó và sẵn có của nó. Tuy nhiên, sử dụng không đúng acid sulfuric có thể gây tắc nghẽn không thể đảo ngược của nhựa với calcium sulfate.
Để ngăn chặn điều này xảy ra, axit sunfuric thường được cho vào ở vi trí cao của dòng chảy (1 gpm/ft²) và nồng độ ban đầu là 2% hoặc ít hơn. Nồng độ axit dần tăng lên 6-8% để hoàn thành tái sinh.
Một số thiết kế sử dụng axit clohydric để tái sinh. Điều này đòi hỏi việc sử dụng các vật liệu đặc biệt để thiết kế trong hệ thống tái sinh. Như với một đơn vị
natri zeolite, một dư thừa của tái sinh (sulfuric hay axít clohiđric) được yêu cầu lên đến ba lần so với liều lý thuyết.
Để hoàn tất quá trình khử khoáng, nước từ các đơn vị cation được chuyển qua một nhựa trao đổi anion base mạnh trong các hình thức hydroxit. Các trao đổi nhựa ion hydro cho cả hai loại ion khoáng bị ion hóa cao và các acid cacbonic và silic yếu hơn, như hình dưới đây:
Các phản ứng trên cho thấy khử khoáng hoàn toàn loại bỏ các cation và anion ra khỏi nước.Trong thực tế, bởi vì các phản ứng trao đổi ion là những phản ứng cân bằng, một số rò rỉ xảy ra.Hầu hết rò rỉ từ các đơn vị cation là natri. Rò rỉ natri này được chuyển sang sodium hydroxide trong các đơn vị anion. Độ pH nước thải của một hệ thống cation-anion khử khoáng hai cột là hơi kiềm. Các chất kiềm trao đổi tại các anion gây ra một lượng nhỏ silica rò rỉ. Mức độ rò rỉ từ các anion phụ thuộc vào các chất hóa học của nước được xử lý và liều lượng tái sinh được sử dụng.
Khử khoáng bằng nhựa anion mạnh mẽ loại bỏ silica cũng như chất rắn hòa tan khác. Silica nước thải và độ dẫn điện là thông số quan trọng để theo dõi trong quá trình khủ khoáng.
Hình 26: Quá Trình khử khoáng
Khi silica tăng đột biến xảy ra vào cuối qáu trình, mức silica trong nước được xử lý tăng mạnh. Thông thường, độ dẫn điện của nước giảm trong giây lát, sau đó tăng lên nhanh chóng. Giảm tạm thời này trong độ dẫn điện có thể dễ dàng giải thích. Trong các trao đổi bình thường, hầu hết các dẫn nước thải là do mức độ nhỏ của sodium hydroxide được sản xuất trong trao đổi anion. Khi silica tăng đột biến xảy ra, hydroxit là không còn nữa, và natri từ trao đổi cation được chuyển thành natri silicat, do đó độ dẫn điện ít hơn nhiều hơn so với sodium
hydroxide. Như nhựa anion hết khả năng trao đổi, các ion khoáng tăng và có độ dẫn điện lớn hơn.
Hình 27
Khi kết thúc một quá trình khử khoáng, các hạt nhựa phải được tái sinh ngay lập tức. Nếu khử khoáng được phép dừng trong qua trình trao đổi qua các điểm dừng, mức silica trong nước đã xử lý có thể tăng hơn của các nước chảy đến, do sự tập trung của silica diễn ra trong nhựa anion trong quá trình trao đổi.
Mạnh trao đổi anion gốc được tái sinh với một dung dịch natri hydroxit 4%. Như với cation tái sinh, nồng độ tương đối cao của ổ đĩa hydroxide phản ứng tái sinh. Để cải thiện việc loại bỏ các silica khỏi giường nhựa, các chất ăn da regenerant thường được đun nóng đến 120 ° F hoặc nhiệt độ theo quy định của nhà sản xuất nhựa. Loại bỏ Silica cũng được tăng cường bởi một cột nhựa.