Nghiên cứu tìm hiểu khả năng hấp phụ ca2+ của một số loại vật liệu lọc tự nhiên

Khúc Thị Tuyết
Tóm tắt:
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ
lượng và khá tốt về chất lượng. Đối với các hệ thống cung cấp nước
nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được ưu tiên sử dụng. Bởi vì, các
nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc
vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các
tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất
lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo
hay các hạt lơ lửng, vi sinh và vi trùng gây bệnh thấp. Tuy nhiên, trong
nước ngầm ở một số nơi như Hòa Bình, Tuyên Quang, Thái Bình… tồn
tại một lượng lớn hàm lượng Ca
2+
vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Trong
thực tế thì có nhiều phương pháp xử lý.
Ở đây, chúng tôi muốn nghiên cứu đến các loại vật liệu lọc tự
nhiên hấp phụ tối ưu Ca
2+
trong quá trình xử lí nước trong phòng thí
nghiệm. Loại vật liệu lọc tối ưu trong điều kiên phòng thí nghiệm mà
chúng tôi rút ra được là: Sỏi, sạn, cát với tỷ lệ : 1 : 1 : 2.5 cho cột lọc kích
thước l = 90cm, d = 21cm.
1
Khúc Thị Tuyết
Mở đầu
Tính cấp thiết của đề tài.
Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật. Không có nước cuộc
sống trên trái đất không thể tồn tại được. Hàng ngày trung bình mọi
người cần từ 3-10 lít đáp ứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng
ngày. Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống,
vệ sinh, các họat động giải trí, và các hoạt động công cộng như cứu hỏa,

phun nước, tưới đường…còn trong công nghiệp, nước cấp được dùng cho
quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát,
rượu… Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là
một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất.
Trong nước ngầm luôn tồn tại một lượng Ca
2+
nhất định, nguồn
nước ngầm tại các vùng có nhiều núi đá vôi thường cao hơn mức độ cho
phép, nó tác động đến độ cứng của nước gây ảnh hưởng không nhỏ đến
chất lượng nước dùng cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất. Vì vậy, chúng
ta cần có các biện pháp để xử lí.
Hiện nay, có rất nhiều vật liệu có thể hấp phụ Ca
2+
để làm giảm độ
cứng của nước cấp. Nhưng trong khuôn khổ của báo cáo này thông qua
mô hình thí nghiệm chúng tôi bước đầu nghiên cứu sự hấp phụ Ca
2+
của
các vật liệu lục tự nhiên và đưa ra tỷ lệ tối ưu nhất cho các vật liệu đó.
2
Khúc Thị Tuyết
Mục đích, đối tượng,nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích:
Nghiên cứu tìm hiểu khả năng hấp phụ Ca
2+
của một số loại vật
liệu lọc tự nhiên
Đối tượng:
Nước ngầm có hàm lượng Ca
2

+
cao, vượt quá tiêu chuẩn cho phép
(khoảng 50mg/l).
Nhiệm vụ:
Thông qua mô hình cột lọc trong phòng thí nghiệm với các vật liệu
tự nhiên, tìm ra tỷ lệ sử dụng vật liệu lọc tối ưu nhất.
CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGẦM
VÀ DẠNG TỒN TẠI CỦA ION Ca
2+
TRONG NƯỚC
NGẦM
• Tổng quan về nước ngầm:
Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ
lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và
các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá
hoặc do quá trình thấm của nước mưa cũng như nước mặt… nước ngầm
có thế tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay có khi là hàng trăm
mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nước ngầm luôn là
nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước mặt thì thường bị ô
3
Khúc Thị Tuyết
nhiễm do phải chịu các tác động của con người, lưu lượng của nó thì thay
đổi theo mùa. Nguồn nước ngầm thì nằm ở dưới mặt đất nên ít phải chịu
ảnh hưởng bởi tác động của con người, trong nước hầu như không có các
hạt keo hay các hạt lơ lửng, vi trùng gây bệnh thấp. Các nguồn nước
ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong các nguyên nhân gây ô
nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các
tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, khí hậu, các quá
trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực. Ơ những vùng có điều kiện
phong hóa tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước

ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ, chất
mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất.
Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con
người. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt,
chất thải hóa học và việc sử dụng phân bón hóa học… tất cả các chất thải
đó theo thời gian cũng sẽ ngấm vào nước ngầm, tích tụ dần và làm ô
nhiễm nguồn nước. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con
người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn
gây bệnh, các hóa chất độc hại, kim loại nặng, thuốc trừ sâu và cả các
chất phóng xạ.
4
Khúc Thị Tuyết
Bảng so sánh một vài thông số của nước ngầm và nước mặt
Thông số Nước ngầm Nước mặt
Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa
Chất lơ lửng Rất thấp, hầu như không có Thường cao và thay đổi
theo mùa
Chất rắn hòa tan Ít thay đổi, thường cao hơn so
với nước mặt
Thay đổi tùy thuộc vào chất
lượng đất, lượng mưa
Hàm lượng Fe
2+
,
Mn
2+
Thường xuyên có mặt trong
nước
Rất thấp, chỉ có ở sát đáy
Hàm lượng Ca

2+
Thường xuyên có mặt, hàm
lượng lớn tại các vùng núi đá
vôi
Thay đổi tùy thuộc vào môi
trường, khí hậu
Khí CO
2
hòa tan Có nồng độ cao Rất thấp hoặc bằng 0
Khí O
2
Thường không tồn tại Gần như bão hòa
Khí NH
3
Thường có Khi nguồn nước bị ô nhiễm
Khí H
2
S Thường có Không có
SiO
2
Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ trung bình
NO
3
-
Có ở nồng độ cao do bị nhiễm
bẩn bới phân bón hóa học
Thường rất thấp
Vi sinh vật Thường rất ít Nhiều loại virut, vi trùng
gây bệnh và tảo
• Sự tồn tại của Ca

2+
trong nước ngầm
Nước ngầm thường chứa 1 hàm lượng canxi với nồng độ cao. Trong
đất thường chứa nhiều CO
2
do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá
trình phân hủy các tạp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật. Khí CO
2
hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau: CO
2
+ H
2
O
→
H
2
CO
3
.
5
Khúc Thị Tuyết
Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxi cacbonat tạo ra Ca
2+
:
2H
2
CO
3
+ 2CaCO
3

→
Ca(HCO
3)2
+ Ca
2+
+ 2HCO
3
-
• Một số quá trình cơ bản xử lý nước ngầm
Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước, tùy thuộc vào nhiều yếu tố
như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm của nguồn nước
ngầm, các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội mà chúng ta có
thể lựa chọn công nghệ xử lý sao cho phù hợp. Tuy nhiên một số quá
trình cơ bản có thể áp dụng để xử lý nước ngầm như sau:
Quá trình Mục đích
Chắn rác Loại các mẩu vụn thô ( lá cây, cành cây, )
Xử lý hóa học sơ bộ Loại trừ tảo, rong rêu, khử trùng sơ bộ, oxi hóa Fe,
Mn
Lắng sơ bộ Loại bỏ sỏi, cát, bùn, và các vật liệu hạt khác
Keo tụ/ tạo bông Chuyển các hạt keo thành các hạt có thể lắng
Lắng Loại các hạt lắng được
Hấp thụ và hấp phụ
bằng than hoạt tính
Khử màu, mùi của nước sau khi sử dụng phương
pháp truyền thống không đạt yêu cầu
Flo hóa nước Nâng cao chất lượng Flo trong nước đén 0.6 – 0.9
mg/l đẻ bảo vệ xương và men răng co người sử dụng
nước
Khử trùng nước Tiêu diệt vi trùng và vi khuẩn còn lại trong nước sau
bể lọc

ổn định nước Khử tính âm thực và tạo màng bảo vệ cách ly không
cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặt trong
6
Khúc Thị Tuyết
thành ống và phụ tùng trên ống
Làm mềm nước Khử ion Ca
2+
và Mg
2+
trong nước
Khử muối Khử các cation, anion của các muối hòa tan trong
nước đến nồng độ yêu cầu
CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ca
2+
TRONG NƯỚC
1. Khái quát chung
Đá vôi chiếm khoảng 10% diện tích bề mặt Trái Đất nhưng ở Việt
Nam còn nhiều hơn, tới gần 20% diện tích lãnh thổ phần đất liền, tức là
khoảng 60.000 km2. Đặc biệt, đá vôi tập trung hầu hết ở miền Bắc, có nơi
chiếm tới 50% diện tích toàn tỉnh như Hoà Bình (53,4%), Cao Bằng
(49,47%), Tuyên Quang (49,92%), Hà Giang (38,01%). Nhiều thị xã, thị
trấn nằm trọn vẹn trên đá vôi như Mai Châu (Hòa Bình), Mộc Châu, Yên
Châu, Sơn La (Sơn La), Tủa Chùa, Tam Đường (Lai Châu), Đồng Văn,
Mèo Vạc (Hà Giang) . Ở các vùng đá vôi, nước thường tiêu thoát qua
mạng lưới thủy văn ngầm, nhưng hệ thống dòng chảy mặt cũng có ảnh
7
Khúc Thị Tuyết
hưởng lớn đến các dòng chảy ngầm. Tốc độ và mức độ xói mòn phụ
thuộc phần lớn vào tốc độ, lưu lượng dòng chảy cũng như kiểu loại đất
chịu tác động của dòng chảy. Như vậy, nguy cơ xói mòn đất ở các vùng

đá vôi cũng có thể giảm bớt nếu có được mạng lưới thủy văn hợp lý, và
điều này đòi hỏi phải hiểu biết rõ về khu vực, về khả năng tiêu thoát nước
của nó, cả trên mặt lẫn dưới đất.
Do vậy, chất lượng nước ở những vùng này thường có hàm lượng
canxi cao hơn các vùng khác. Nó gây ảnh hưởng tới chất lượng nước mà
con người sử dụng. Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc
biệt trong sinh lý học tế bào, ở đây có sự di chuyển ion Ca
2+
vào và ra
khỏi tế bào chất có vai trò mang tính hiệu cho nhiều quá trình tế bào. Là
một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răng và vỏ sò, canxi là kim
loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loài động vật.
Tuy nhiên khi cơ thể hấp thụ quá nhiều canxi lại có thể gây ra sỏi
thận, tắc động mạch do đóng cặn vôi ở thành trong của động mạch.Bên
cạnh đó độ cứng này chủ yếu ảnh hưởng đến mùi vị của thực phẩm và đồ
uống được chế biến bằng nước nóng hoặc qua đun nấu. nó cũng là
nguyên nhân gây ra cặn lắng trong các thiết bị gia nhiệt nước ( xoong ,
nồi đun nước, ống đẫn nước…).
8
Khúc Thị Tuyết
Vì vậy cần phải có những biện pháp xử lý nước cứng thích hợp để
việc sử dụng chúng trở nên hữu ích hơn.
2. Các phương pháp xử lý nước cứng
Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức
độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng
nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm
mềm nước thích hợp nhất.
Giới thiệu chung:
Độ cứng của nước là số đo hàm lượng các ion kim loại Ca
2+

và
Mg
2+
có trong nước. Độ cứng của nước được gọi là tạm thời khi có mặt
của muối cacbonat và bicacbonat Ca, Mg. Loại nước này khi đun sôi sẽ
tạo ra muối kết tủa CaCO
3
và MgCO
3
. Độ cứng vĩnh cữu của nước do
các loại muối sunfat hoặc clorua Ca, Mg tạo ra. Loại muối này thường
khó xử lý. Trong sinh hoạt, độ cứng cao gây lãng phí xà phòng và các
chất tẩy rửa, tạo cặn lắng bám trên bề mặt các trang thiết bị sinh hoạt.
Trong công nghiệp độ cứng của nước gây cản trở cho quá trình vận
chuyển và làm giảm năng lực truyền nhiệt, giảm tuổi thọ của thiết bị.
Chính vì thế cần có những giải pháp để xử lý sao cho phù hợp và
kinh tế nhất căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép
còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác.
9
Khúc Thị Tuyết
Các phương pháp xử lý.
Các phương pháp thường được sử dụng :
• Làm mềm nước bằng hóa chất: pha các hóa chất khác nhau vào
nước để kết hợp với ion Ca
2+
và Mg
2+
tạo thành các hợp chất
không tan trong nước.
• Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước.

• Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp lọc
cationit có khả năng trao đổi Na
+
hoặc H
+
có trong thành phần của
hạt cationit với ion Ca
2+
và Mg
2+
hòa tan trong nước và giữ chúng
lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc
• Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp 2 trong 3
phương pháp trên.
• Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO)
2.1. Phương pháp nhiệt
Cơ sở lý thuyết của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí
cacbonic hòa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chất
cacbonic sẽ chuyển dịch theo phương trình phản ứng sau:
2HCO
3
-
→ CO
3
2-
+ H
2
O + CO
2

Ca
2
+ + CO
3
2-
→ CaCO
3
↓
Nên Ca(HCO
3
)
2
→ CaCO
3
↓ + CO
2
+ H
2
O
10
Khúc Thị Tuyết
Tuy nhiên, khi đun nóng nước chỉ khử được hết khí CO
2
và giảm độ
cứng
cacbonat của nước, còn lượng CaCO
3
hòa tan vẫn còn tồn tại trong
nước.
Riêng đối với Mg, quá trình khử xảy ra qua hai bước. Ở nhiệt độ

thấp (đến 18
0
C) ta có phản ứng:
Mg(HCO
3
)
2
→ MgCO
3
+ CO
2
+ H
2
O
Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, MgCO
3
bị thủy phân theo phản ứng:

MgCO
3
+ H
2
O → Mg(OH)
2
↓ + CO
2
Như vậy khi đung nóng nước độ cứng cacbonat sẽ giảm đi đáng kể.
Nếu kết hợp hóa chất với đun nóng, bông cặn tạo ra sẽ có kích thước lớn
và lắng nhanh do độ nhớt của nước giảm, đồng thời giảm được lượng
hóa chất cần sử dụng. Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt thường

chỉ áp dụng cho các hệ thống cấp nước công nghiệp như nước nồi hơi vì
có thể tận dụng nước của nồi hơi.
Các công trình làm mềm bao gồm: pha chế và định lượng hóa chất,
thiết bị đun nóng nước, bể lắng lọc.
2.2. Phương pháp hóa chất
11
Khúc Thị Tuyết
Trong thực tế áp dụng hàng loạt phương pháp xử lý nước bằng hóa
chất với mục đích kết hợp các ion Ca
2+
và Mg
2+
hòa tan trong nước thành
các hợp chất không tan, dễ lắng lọc. Các hóa chất thường dùng để làm
mềm nước là vôi, sođa Na
2
CO
3
, xút NaOH, hyđrôxit bari Ba(OH)
2
,
photphat natri Na
3
PO
4
. Chọn phương án làm mềm nước bằng hóa chất
cần phải dựa vào chất lượng nước nguồn và mức độ làm mềm cần thiết .
Trong một vài trường hợp có thể kết hợp làm mềm nước với khử sắt, khử
silic, khử photphat… Ngoài ra trong mỗi trường hợp cụ thể phải dựa trên
cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương pháp để chọn ra phương

pháp hợp lý, kinh tế nhất.
• Làm mềm nước cứng bằng vôi :
Là phương pháp khử cácbonát bằng vôi, được áp dụng khi cần giảm
độ cứng và độ kiềm của nước.
Khi cho vôi vào nước các phản ứng xảy ra theo phương trình sau:
2CO
2
+ Ca(OH)
2
→ Ca(HCO
3
)
2
Ca(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
→ CaCO
3
↓ + 2H
2
O
Mg(HCO
3
) + 2Ca(OH)
2
→ Mg(OH)
2

↓ + CaCO
3
↓ + 2H
2
O
2NaHCO
3
+ Ca(OH)
2
→ CaCO
3
+ Na
2
CO
3
+ 2H
2
O
12
Khúc Thị Tuyết
Nếu tổng hàm lượng các ion HCO
3
và

CO
3
có trong nước nhỏ hơn
tổng hàm lượng các ion Ca
2+
và Mg

2+
, thì một phần magiê sẽ tồn tại ở
dạng muối của axit mạnh MgSO
4
, MgCl
2
. Phản ứng với vôi sẽ là:
MgSO
4
+ Ca(OH)
2
→ Mg(OH)↓ + CaSO
4
MgCl
2
+Ca(OH)
2
→ Mg(OH)
2
+ CaCl
2
Các phản ứng trên làm giảm độ cứng magiê nhưng không giảm độ
cứng magiê toàn phần vì lượng magiê tách ra khỏi nước lại được thay thế
bằng một lượng tương đương Ca
2+
, CO
3
2-
sao cho tích số của nồng độ
Ca

2+
, CO
3
2-
đã tham gia thế chỗ Mg
2+
lớn hơn tích số hòa tan của CaCO
3
.
Giới hạn lý thuyết của quá trình làm mềm nước bằng vôi phụ thuộc
vào độ hoà tan của CaCO
3
và Mg(OH)
2
. Trong nước thiên nhiên độ hòa
tan của các hợp chất trên phụ thuộc vào thành phần ion của nước và hàm
lượng CO
3
2-
và OH
-
tự do.

•
Các hợp chất CaCO
3
và Mg(OH)
2:
có khả năng tạo ra dung dịch
quá bão hòa, khi đó nước đã làm mềm sẽ còn lại một lượng

Ca(OH)
2
dư.
Nếu lượng dư này quá lớn lại làm tăng độ cứng và độ
kiềm của nứơc đã làm mềm. Như vậy hiệu quả của quá trình làm
mềm nước bằng vôi phụ thuộc vào điều kiện cân bằng bão hoà của
nước bởi các hợp chất CaCO
3
và Mg(OH)
2
được tạo ra.
13
Khúc Thị Tuyết
•
Để tăng cường cho quá trình lắng cặn CaCO
3
và Mg(OH)
2
khi
làm mềm bằng vôi, ta pha thêm phèn vào nước. Do phản ứng làm
mềm diễn ra ở pH lớn hơn 9 nên không dùng được phèn nhôm,
trong môi trường kiềm phèn nhôm tạo ra aluminat hoà tan.
•
Làm mềm nước bằng vôi + soda (Na
2
CO
3
)
Như đã nêu ở trên, khi tổng hàm lượng các ion Mg
2+

và Ca
2+
lớn
hơn tổng hàm lượng các ion HCO
3
-
và CO
3
2-
nếu sử dụng vôi để khử
được độ cứng magie, nhưng độ cứng toàn phần không giảm. Để khắc
phục điều này, cho thêm sôđa vào nước các phản ứng sẽ là:
MgSO
4
+ Ca(OH)
2
→ Mg(OH)
2
↓ + CaSO
4
MgCl
2
+ Ca(OH)
2
→ Mg(OH)
2
↓ + CaCl
2
Và CaSO
4

+ Na
2
CO
3
→ CaCO
3
↓ + Na
2
SO
4
CaCl
2
+ Na2CO
3
→ CaCO
3
↓ + 2NaCl
Như vậy ion CO
3
2-
của sôđa đã thay thế ion của các axit mạnh tạo ra
CaCO
3

¯
. Theo các phản ứng trên có thể xác định được lượng vôi và sô
đa cần thiết.
Lưu ý:
• Nếu chỉ dùng vôi thì khi có độ cứng phi carbonat, chỉ giảm được
Mg

2+
mà không giảm được độ cứng toàn phần, do tạo thành một
14
Khúc Thị Tuyết
lượng tương đương Ca
2+.
Theo phản ứng trên .Việc kết hợp soda
là để loại triệt để Ca
2+
.
• Thường thêm phèn sắt ở bể lắng để giúp lắng CaCO
3
tốt hơn
(không dùng phèn Al do PH >9)
• Sử dụng tái carbonat hóa để hòa tan lượng dư CaCO
3
sau lắng.
Làm mềm nước bằng phốt phát
Khi cần làm mềm triệt để, sử dụng vôi và sô đa vẫn chưa hạ độ
cứng của nước xuống mức tối thiểu. Để đạt được điều này, cho vào nước
Na
3
PO
4
sẽ khử được hết các ion Ca
2+
và Mg
2+
ra khỏi nước ở dạng các
muối không tan theo phản ứng:

3CaCl
2
+ 2Na
3
PO
4
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 6NaCl;
3MgSO
4
+ 2Na
3
PO
4
Mg
3
(PO4)
2
+ 3Na
2
SO
4
3Ca(HCO
3
)

2
+ 2Na
3
PO
4
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 6NaHCO
3
3Mg (HCO
3
)
2
+ 2Na
3
PO
4
Mg
3
(PO
4
)
2
+ 6NaHCO
3
Quá trình làm mềm nước bằng phốt phát chỉ diễn ra thuận lợi ở

nhiệt độ lớn hơn 100
0
C. Sau xử lý, độ cứng của nước giảm xuống còn
0.04 đến 0.05 mgđ/l. Do giá thành của Na
3
PO
4
cao nên thường chỉ dùng
nó với liều lượng nhỏ sau khi đã làm mềm bằng vôi và so đa.
2.3 Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion
Làm mềm nước bằng cationit dựa trên tính chất của một số chất
không tan hoặc hầu như không tan trong nước – cationit, nhưng có khả
15
Khúc Thị Tuyết
năng trao đổi, khi ngâm trong nước, các chất này hấp thụ cation của
muối hòa tan lên bề mặt hạt và nhả vào nước một số lượng tương đương
cation đã được cấy lên bề mặt hạt từ trước.
Ngành công nghiệp hoá học đã chế tạo ra loại hạt nhựa hữu cơ tổng
hợp không tan trong nước nhưng có bề mặt hoạt tính hoá học, có thể cấy
lên bề mặt các hạt này (ionit) một loại cation hay anion chọn trước như
Na
+
, H
+
, NH
4
+
, OH
-
, Cl

-
. Khi ngâm các hạt ionit vào nước, các ion đã
được cấy trên bề mặt sẽ tham gia vào phản ứng trao đổi với các ion của
muối hoà tan trong nước. Ví dụ nếu cấy lên bề mặt hạt cation Na
+
(bằng
cách ngâm các hạt nhựa ionit vào dung dịch muối NaCl) hạt ionit sẽ biến
thành Nacationit.
• Nếu lọc nước qua lớp hạt Na-cationit sẽ xảy ra các phản ứng sau:
2R-Na + Ca(HCO
3
)
2
R
2
-Ca + 2NaHCO
3
.
2R-Na + CaCl
2
R
2
-Ca + 2NaCl.
2R-Na + CaSO
4
R
2
-Ca + Na
2
SO

4
.
2R-Na + MgSO
4
R
2
-Mg + Na
2
SO
4
.
• Theo mức độ lọc nước qua lớp hạt Na-cationit ngày càng nhiều
nhóm hạt tính Na của nó được thay thế bằng ion canci và magiê
của nước. Cuối cùng khả năng trao đổi của Na-cationit hoàn toàn
bị cạn kiệt.Để khôi phục lại khả năng trao đổi của Na-cationit
nguời ta rửa lớp vật liệu lọc bằng dung dịch có nồng độ cao của
16
Khúc Thị Tuyết
ion Na+ ví dụ dung dịch muối ăn. Quá trình này gọi là quá trình
hoàn nguyên:
R2-Ca + NaCl 2R-Na + CaCl
2
.
• Quá trình làm mềm nước bằng Na - cationit có thể giảm được
hàm lượng Ca
2+
và Mg
2+
trong nước đến trị số rất bé, pH và độ
kiềm tổng của nước không thay đổi, cặn sấy khô do tăng lên một

chút do đã thay thế một ion Ca
2+
hoà tan trong nước có trong
lượng nguyên tử 40.08 bằng 2 ion Na
+
có trọng lượng nguyên tử:
2*22.99=45.98.
• Chọn phương pháp làm mềm nứơc phải dựa vào chất lượng nước
yêu cầu sau xử lý, thành phần muối hoà tan trong nước nguồn.
Trong tất cả các trường hợp khi chỉ cần duy nhất là giảm độ
cứng, thì phương nguồn nước có độ kiềm cao, độ cứng magiê
cao hay hàm lượng sắt cao thì dùng phương pháp phối hợp. Đầu
tiên làm mềm nước bằng vôi sau đó lọc qua bể Na-cationit,
phương pháp này có hiệu quả khi làm mềm nước các nguồn
nước mặt có độ kiềm cao hơn 3mgđ/l.
17
Khúc Thị Tuyết
2.4 Xử lý nước cứng bằng phương pháp thẩm thấu ngược bán thấm RO
Thẩm thấu ngược là một quá trình lọc nước được sử dụng chủ yếu
cho việc khử muối và khoáng, thường được sử dụng nhiều trong các nhà
máy sản xuất nước tinh khiết đóng chai.
Thẩm thấu ngược là một quá trình ngược lại với quá trình thẩm
thấu, quá trình này sử dụng áp lực (tối thiểu là 40psi) để đảo ngược dòng
chảy tự nhiên của nước, buộc dòng nước phải chảy từ nơi có nồng độ cao
đến nơi có nồng độ thấp hơn. Màng bán thấm cho phép nước đi qua và sẽ
giữ lại các phân tử muối và khoáng lớn hơn.
Thẩm thấu ngược được sử dụng như một phương pháp lọc cho nước
mặt và cà nước ngầm. Tuy nhiên kích thước các lỗ trên màng rất nhỏ, do
đó các nguồn nước trước khi và hệ thống RO phải được xử lý trước để
18

Khúc Thị Tuyết
loại bỏ các cặn có kích thước lớn và các chất ô nhiễm khác. Tùy thuộc
vào độ cứng của nước để có thể mở rộng phạm vi hoạt động của màng
RO. Nếu nồng độ Ca hoặc Mg trong nước quá cao so với khả năng hoạt
động của màng thì nó sẽ tạo ra một lớp khoáng chất cứng bên ngoài
màng và làm màng không thể hoạt động.
19
Khúc Thị Tuyết
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• Lựa chọn phương pháp lọc:
Dùng vật liệu lọc tự nhiên là sỏi, sạn và cát đen, mịn làm cột lọc
với sự thay đổi tỷ lệ thành phần hạt khác nhau. Dùng soda cũng với hàm
lượng khác nhau làm keo tụ canxi trong nước cần lọc, sau đó đổ từ từ
vào cột lọc.
Cách tiến hành:
• Chuẩn bị nước đầu vào bằng cách:
20
Khúc Thị Tuyết
Hòa tan CaCO
3
tinh khiết vào trong nước sao cho hàm lượng Ca
2+
bằng 50 mg/l (xác định

bằng phương pháp thể tích).
• Chuẩn bị vật liệu lọc:
Vật liệu lọc bao gồm: Sỏi, sạn, cát có kích thước hạt khác nhau.
Tiến hành rửa vật lọc nhằm loại bỏ phù sa, vật chất hữu cơ, để
tránh ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
• Tạo cột lọc:

Cột lọc chia làm 3 lớp: Dưới cùng là lớp sỏi, bên trên là lớp sạn và
trên cùng là lớp cát.
Để xác định khả năng lọc của các vật liệu lọc của các vật liệu lọc
chúng tôi tiến hành với 3 cột lọc bằng cách thay đổi thành phẩn cột lọc
như sau:
21
Khúc Thị Tuyết
Cột 1: Dưới cùng là lớp sỏi có chiều dày là 30cm, tiếp đến là lớp
sạn có chiều dày là 30cm và lớp trên cùng là lớp cát có chiều dày là
30cm.
22
Khúc Thị Tuyết
Cột 2: Dưới cùng là lớp sỏi có chiều dày là 25cm, tiếp đến là lớp
sạn có chiều dày là 25cm và lớp trên cùng là lớp cát có chiều dày là
40cm.
23
Khúc Thị Tuyết
24
Khúc Thị Tuyết
Cột 3: Dưới cùng là lớp sỏi có chiều dày là 20cm, tiếp đến là lớp sạn có
chiều dày là 20cm và lớp trên cùng là lớp cát có chiều dày là 50cm.
• Tiến hành lọc nước đầu vào:
Ở đây, chúng tôi sử dụng phương pháp hóa chất làm giảm hàm
lượng Ca
2+
trong nước, theo phản ứng sau: Ca
2+
+ Na
2
CO

3
→
CaCO
3
↓ + 2Na
+

Sau đó mang nước đó đi lọc thì hàm lượng CaCO
3
↓

bị giữ lại bên
trên vật liệu lọc khi nước đi qua vật liệu lọc.
25