Xử lý nước - quá trình làm mềm nước
Trước tiên, hãy cùng tìm hiểu lý do tại sao quá trình tiền xử lý cần phải có bước làm mềm nước? Nước máy thành phố đã được xử lý chưa?
Thiết bị xử lý cuối cùng của hệ thống nước y tế có yêu cầu cao hơn: hệ thống xử lý cuối cùng nước đạt tiêu chuẩn dược điển được thực hiện thông qua lọc màng, và cả bộ phận lọc màng và bộ phận EDI đều có yêu cầu về độ cứng của nước đầu vào, cần đạt mức không cao hơn 3ppm, được gọi là "nước mềm"; nếu độ cứng vẫn quá cao, nó được gọi là "nước cứng", và hậu quả là đóng cặn trong hệ thống màng lọc, dẫn đến khả năng ngừng hoạt động ngoài kế hoạch. Chỉ số độ cứng cần được kiểm soát ổn định bằng quá trình làm mềm, tức là làm mềm nước đô thị thông qua thiết bị làm mềm. Thiết bị làm mềm, còn được gọi là thiết bị trao đổi ion natri, chủ yếu bao gồm nhựa trao đổi ion, thùng chứa nhựa, van và hệ thống điều khiển.
Vậy trao đổi ion là gì?
Trao đổi ion là một quá trình hóa học loại bỏ các ion không mong muốn khỏi nước bằng cách trao đổi chúng với các ion có điện tích tương tự. Điều này được thực hiện thông qua các hạt nhựa, có khả năng hút và giữ lại các ion, thường được sử dụng để làm mềm nước. Chức năng chính của máy làm mềm nước dùng trong dược phẩm là trao đổi các ion canxi và magiê trong nước máy với ion natri Na+ có thể trao đổi trong nhựa nano, từ đó làm giảm độ cứng của nước. Quá trình làm mềm chủ yếu bao gồm hai bước: "làm mềm" và "tái tạo".
1. Làm mềm
Nhựa trao đổi cation axit mạnh nano thường được sử dụng để xử lý làm mềm nước dược phẩm, là môi trường cốt lõi của quá trình làm mềm nước.
Cấu trúc polymer của hạt nhựa trao đổi cation axit mạnh nano chứa một ion âm cố định được gắn vĩnh viễn và không thể tách rời. Nói một cách đơn giản, các hạt nhựa có điện tích âm cố định. Mỗi vị trí trao đổi mang điện tích âm có thể chứa một ion mang điện tích dương. Trong trường hợp này, natri (mang điện tích dương) được gắn vào điểm trao đổi (điện tích âm và dương hút nhau). Vì vậy, các ion natri di chuyển sẽ gắn vào mỗi điện tích âm cố định trên các hạt nhựa.
Nguyên lý của phản ứng làm mềm hóa học như sau:
Các ion canxi và magiê lơ lửng trong nước có điện tích dương mạnh hơn các ion natri. Khi nước cứng chảy qua các hạt, lực hút mạnh của canxi và magiê với các hạt mang điện tích âm sẽ "đẩy" các ion natri ra xa, cho phép canxi và magiê thế chỗ (và vẫn bám vào các hạt). Các ion canxi-magiê hóa trị hai lớn hơn cần hai vị trí trao đổi trên bề mặt nhựa.
Cuối cùng, độ cứng của các hạt nhựa trao đổi ion bị bão hòa, chủ yếu là canxi và magiê, và không còn điểm trao đổi nào tạo ra nước khử khoáng nữa. Các hạt nhựa đã bị cạn kiệt và cần phải được tái tạo.
2. Sự tái sinh
Quá trình làm mềm nước rất đơn giản và được sử dụng rộng rãi vì nhựa trao đổi ion có thể được tái sinh bằng dung dịch nước muối NaCl đơn giản (thường là 10%). Sau khi nhựa trao đổi ion trong thiết bị làm mềm nước bị bão hòa và không hoạt động hiệu quả, NaCl được sử dụng để tái sinh. Nhựa trao đổi ion được ngâm trong dung dịch natri clorua (nước muối), trong đó một lượng lớn nước muối sẽ kết tủa các ion canxi và magiê từ các hạt nhựa. Natri trong dung dịch muối sẽ bám vào các hạt nhựa. Sau khi tái sinh, lượng nước muối dư thừa được rửa sạch và các hạt nhựa có thể được sử dụng lại.
Nguyên lý tái tạo hệ thống làm mềm nước như sau:
Trong quá trình tái tạo, sự gia tăng nồng độ ion natri đơn hóa trị buộc hai điện tích của ion canxi và magiê phải tách rời nhau, về cơ bản là "làm mất đi sự kiểm soát" của chúng tại vị trí trao đổi. Do nồng độ ion natri cao, việc trao đổi ion natri đơn hóa trị với ion canxi và magiê hóa trị hai trở nên dễ dàng hơn nhiều.
