Chương 5 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ NƯỚC THẢI
5.1. Nghiên cứu công nghệ xử lý nước khử khoáng
Với sự phát triển khoa học kỹ thuật và sản xuất công nghiệp đòi hỏi sử dụng nguồn nước có độ tinh khiết cao. Nước tinh khiết được dùng rất nhiều trong các lĩnh vực vật lý, hóa học, sinh học, dược phẩm, chế biến thực phẩm, y tế và các ngành công nghiệp khác. Lọc nước bằng chưng luyện (nước cất) quá đắt, đòi hỏi tốn nhiều công sức và thiết bị mà các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật không thích hợp. Sử dụng phương pháp thẩm thấu ngược (RO) để loại bỏ Ion có trong nước thì rất tốt, song giá thành chi phí sản xuất nước cao, đầu tư ban đầu lớn chưa phù hợp với khả năng và điều kiện kinh tế hiện tại trong nước.
Do đó phương pháp thông dụng hiện nay là sử dụng thiết bị khử Ion trong nước nhằm sản xuất nước với số lượng công nghiệp. Nước sau khi xử lý hoàn toàn giống như nước cất, có thể sử dụng trong các phòng thí nghiệm hóa lý, ảnh, y tế, pha chế thuốc và công nghiệp thực phẩm.
Trong bảng sau nêu độ sạch của một số loại nước được đánh giá theo chỉ tiêu điện trở suất và độ dẫn điện:
Bảng 9 – Độ sạch của một số loại nước theo chỉ tiêu điện trở suất và độ dẫn ủieọn
TT Loại nước Điện trở suất
(ohm.cm) Độ dẫn điện (às/cm) 1
2 3 4 5 6
Nước dẫn (hàm lượng muối khoáng > 200mg/l) Nước ngưng tụ
Nước cất một lần từ dụng cụ thuỷ tinh Nước cất hai lần từ dụng cụ thuỷ tinh Nước cất hai lần từ dụng cụ thạch anh
Độ sạch nước cực đại sau 28 lần cất từ dụng cụ
~ 3500 104 ÷5×104 1,5÷2,5×105
106 2×106 2,3×107
~285 100-20 6,5-4,0
1,5 0,5 0,00435
7
thạch anh
Nước sạch đạt tới giá trị lý thuyết 2,8×107 0,00357
Thiết bị trao đổi ion cho ta các ưu điểm:
- Khử sạch muối.
- Sử dụng đơn giản, ít phải bảo trì.
- Hoạt động an toàn thông qua sự kiểm tra chất lượng liên tục bằng các thiết bị kiểm soát độ dẫn điện, độ pH.
- Tốc độ trao đổi Ion rất cao, do đó có thể sản xuất nước ở qui mô công nghiệp.
Cần lưu ý rằng nước khử Ion không được coi là nước đã mềm hoàn toàn và chửa voõ truứng.
Trong quá trình trao đổi Ion, sự lọc nước dựa trên cơ sở phản ứng hóa học giữa nước có chứa các Ion và nhựa trao đổi Ion. Bản chất của trao đổi Ion là hấp phụ trao đổi. Nghĩa là chất trao đổi Ion khi đưa vào nước có chứa một ion nào đó sẽ hấp phụ Ion đó, đồng thời đẩy một Ion khác cùng dấu từ trong nhựa đi ra nước. Nếu Ion được hấp phụ trao đổi là cation (ví dụ Ca2+, Mg2+…) thì chất hấp phụ trao đổi được gọi là Cationít và phản ứng hấp phụ trao đổi là:
nRH + Mn+ → RnM + nH+ trong đó R – gốc có khối lượng phân tử rất lớn M2+ - Cation có thể là Ca2+, Mg2+…
- Nếu Ion được hấp phụ trao đổi là anion thì chất hấp phụ trao đổi được gọi là Anionít và phản ứng hấp phụ trao đổi là:
mROH + Xm- → RmX + mOH- , trong đó Xm- là anion (Cl-, SO42-, SiO32-…) các phản ứng trao đổi nêu trên có tính thuận nghịch. Điều này được ứng dụng để tái sinh nhựa trao đổi Ion.
Về cấu tạo: Hệ trao đổi Ion được thiết kế chế tạo và lắp đặt theo mô hình công ngheọ sau:
Hệ thiết bị làm mềm nước gồm 2 cụm thiết bị hoạt động độc lập với nhau. Mỗi cụm thiết bị gồm 3 cột xử lý: Cột Cation, cột Anion và cột hấp thụ (xem các bản vẽ sau). Mục đích thiết kế 2 cụm thiết bị đáp ứng yêu cầu sản xuất công nghiệp 24/24. Một hệ làm việc và một hệ tái sinh. Số lượng van trong hệ thống rất nhiều do đó chúng tôi phải xây dựng qui trình vận hành thật đơn giản để cho công nhân không thể nhầm lẫn trong khi thao tác.
Quy trình vận hành đưa hệ thống vào trạng thái làm việc: cần tuân thủ các bước sau.
1. Mở tất cả các van “màu xanh”.
Bể nước xử
lyù sô caáp K
K
A
A
Tháp haáp
thuù
Tháp haáp
thuù
Control - Daón ủieọn
- pH
Bể nước thành phẩm
Sơ đồ 4– Mô hình công nghệ hệ thống xử lý nước khử khoáng bằng trao đổi ion
2. Đóng tất cả các van khác còn lại “màu đỏ”.
3. Mở máy bơm nước và kiểm tra máy bơm có hoạt động bình thường hay khoâng.
4. Mở van xả khí và chờ cho đến khi không khí thoát hết ra ngoài, khoá lại.
5. Mở van lấy mẫu, kiểm tra chất lượng nước. Nếu đạt cho thiết bị hoạt động tiếp tục, nếu không đạt cho ngừng ngay thiết bị để xử lý.
6. Kiểm tra lưu lượng và áp suất ở trong bồn. Nếu thấy lưu lượng giảm và áp suất tăng cao vượt quá 1,5 kgc/cm2 trên đồng hồ áp khí, phải ngừng máy để rửa ngược loại bỏ cặn bẩn.
* Qui trình tái sinh:
Sau một thời gian vận hành nhất định, chất lượng nước đầu ra sẽ giảm dần và khi vượt quá giới hạn cho phép, cần phải ngưng vận hành thiết bị và tiến hành giai đoạn tái sinh chỉ thực hiện trên 2 cột Cationít và Anionít theo các nước sau:
- Chuẩn bị hóa chất tái sinh:
+ Pha Acid nồng độ 5% dùng tái sinh bồn Cationít
+ Pha dung dịch NaOH nồng độ 5% và để nguội dùng tái sinh bồn Anionít - Mở các van tái sinh cột và khoá các van khác.
- Đóng bơm hóa chất bơm hồi lưu các dung dịch trong các bồn độc lập để tái Hình 36 – Bản vẽ kết cấu các cột xử lý của hệ trao
đổi ion
SƠ ĐỒ VỊ TRÍ CÁC VAN Ở CỘT XỬ LÝ
Dung dịch tái sinh ra
Nước ra Rửa ngược Nước
vào Nước thoát
THIẾT BỊ TRAO ĐỔI CATION-ANION
Dung dòch tái sinh vào
THIEÁT Bề HAÁP THUẽ- KHỬ MÙI Nước
vào Nước thoát
Rửa ngược Nước ra
sinh trong vòng 30-45’ là kết thúc giai đoạn tái sinh.
- Khoá các van đến các bồn tái sinh và tiến hành giai đoạn rửa xuôi.
- Rửa xuôi thiết bị là đưa hết hóa chất còn sót lại ở trong cột sau khi tái sinh.
Bơm nước sạch tiến hành rửa cột cho đến phản ứng trung hoà (pH=7).
- Kiểm tra nước đầu ra đến khi sạch hoá chất chuyển sang giai đoạn vận hành bình thường.
* Rửa ngược thiết bị:
Sau một thời gian vận hành, cặn bẩn, hoặc nhựa bị vỡ do ma sát tạo nên bám nhiều ở bên trong thiết bị làm tăng áp suất và tăng trở lực của bồn xử lý, cần phải tiến hành rửa ngược thiết bị. Quy trình gồm các bước sau:
- Mở van xả đáy, đóng bơm nước sạch tiến hành rửa ngược từng cột và kiểm tra cặn bẩn ở ống xả đáy.
- Giai đoạn rửa ngược kết thúc sau 15-20 phút và chuyển sang giai đoạn vận hành bình thường.
Toàn bộ qui trình công nghệ xử lý nước cấp công nghiệp bằng trao đổi Ion được kiểm soát bằng các thiết bị đo độ dẫn 2 ngưỡng và đo pH 2 ngưỡng. Tất cả hệ thống được thiết kế phần mềm theo chế độ tự động. Khi các thông số kỹ thuật nào đó không đạt thì các thiết bị điều khiển làm việc, để đảm bảo chất lượng nước cấp ổn định trong phạm vi cho phép.