bài giảng khử khoáng cho nước

1



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

CHNG 6
KH KHOÁNG CHO NC
6.1 Kh khoáng bng hóa cht kt hp lng lc
ây là mt trong nhng phng pháp x lý nc bng hóa cht, ch yu ph
bin trong các lò hi nh dùng trong công nghip, hoc là 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 là phng
pháp da trên c s chuyn các mui hòa tan trong nc (mui Ca
2+
, Mg
2+
,…) thành
nhng hp cht ít hòa tan ri lo i tr chúng bng lng hay lc. Mun v!y a vào
nc các ion hydroxyl OH

-
và các ion cacbonnat CO
3
2-
. Hóa cht dùng là vôi tôi
Ca(OH)
2
, xút NaOH và xôa Na
2
CO
3
,…
Tùy vào tng lo i phng pháp x lý mà ta s d"ng các lo i hóa cht tng
ng.

Phng pháp x lý Hóa cht
Vôi hóa Ca(OH)
2

Vôi – Xôa Ca(OH)
2
+ Na
2
CO
3

Xút NaOH
Xút
–

Xôa

NaOH + Na
2
CO
3

Xút
-

Vôi

NaOH + Ca(OH)
2

6.1.1 Kh khoáng bng vôi
ây là phng pháp thông d"ng nht nhm kh  cng cacbonat. Ngoài ra
còn c áp d"ng khi c#n gi$m c$  cng c$  kim ca nc. Khi ch% dùng vôi thì
các ph$n ng x$y ra là:
Ca(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
& 2CaCO
3
' + 2H
2
O

Mg(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
& Mg(OH)
2
'+ 2CaCO
3
'+ 2H
2
O
Khi ion OH
-
tng tác vi ion Mg
2+
s( t o ra Mg(OH)
2
ít hòa tan
MgCl
2
+ Ca(OH)
2
& Mg(OH)
2
' + CaCl
2

MgSO

4
+ Ca(OH)
2
& Mg(OH)
2
'+ CaSO
4
Hai ph$n ng cho thy, vôi ch% có tác d"ng làm gi$m  cng theo ion Mg
2+

nhng không làm gi$m  cng toàn ph#n vì gi$m c hàm lng ion Mg nhng l i
làm t)ng hàm lng ion Ca
2+
.
 gi$m  cng toàn ph#n c tt hn, th*ng ng*i ta hòa thêm mt lng
ion CO
3
2-
vào nc sao cho tích s nng  ca ion Ca
2+
(các ion Ca
2+
ã thay th ch+
ca ion Mg
2+
) và ion CO
3
2-
ph$i ln hn tích s  hòa tan ca mui CaCO
3

(xem
b$ng 6.1)
, ây Ion CO
3
2-
kt hp vi ion Ca
2+
t o ra CaCO
3
ít hòa tan và lng xung:
Ca
2+
+ CO
3
2-
& CaCO
3
'
Cho nên vôi chuyn các mui có gc CO
3
2-
hoc HCO
3
-
thành cn CaCO
3
và
Mg(OH)
2
. Ngoài ra vôi liên kt vi CO

2

CO
2
+ Ca(OH)
2
& CaCO
3
' + H
2
O

2



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

Nhit  (
0

C)  hòa tan Gii hn làm mm
nc (mgl/l)
CaCO
3
(mgl/l) Mg(OH)
2
(mgl/l)
0

0,15

0,40

0,55

80 0,03 0,20 0,23
Bng 6.1: Gii hn làm mm nc theo lý thuyt (ngun XL nc cp và sinh hot-Nguyn Th Thu
Thy)
Ta thy khi dùng vôi ch% kh c  cng cacbonat bng cách lng lc các kt
ta, còn  cng không cacbonat không c kh mà ch% thay i v- trí gia Ca và
Mg.  tip t"c kh, có th thêm xôa (phng pháp vôi-xôa).
6.1.2 Kh khoáng bng vôi - xô a
Khi cho vôi vào thì các ph$n ng x$y ra là:
Ca(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
& 2CaCO

3
' + 2H
2
O
Mg(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
& Mg(OH)
2
'+ 2CaCO
3
'+ 2H
2
O
Khi ion OH
-
tng tác vi ion Mg
2+
s( t o ra Mg(OH)
2
ít hòa tan
MgCl
2
+ Ca(OH)
2
& Mg(OH)
2

' + CaCl
2

MgSO
4
+ Ca(OH)
2
& Mg(OH)
2
'+ CaSO
4
Các mui canxi sinh ra t ph$n ng vi vôi s( tip t"c ph$n ng vi xô a 
t o nên các kt ta bn vng hn mà chúng ta có th th$i b, ph$n ng x$y ra nh sau:
CaCl
2
+ Na
2
CO
3
& CaCO
3
' + 2NaCl
CaSO
4
+ Na
2
CO
3
& CaCO
3

' + Na
2
SO
4

6.1.3 Kh khoáng bng xút
Khi dùng xút, các mui cacbonat s( b- kh theo các phng trình sau:
Ca(HCO
3
)
2
+ 2NaOH & CaCO
3
' + Na
2
CO
3
+ 2H
2
O (1)
Mg(HCO
3
)
2
+ 2NaOH & MgCO
3
' + Na
2
CO
3

+ 2H
2
O (2)
MgCO
3
t o ra s( tip t"c ph$n ng vi xút  t o ra kt ta vng chc hn là
Mg(OH)
2
và xôa
MgCO
3
+ 2NaOH & Mg(OH)
2
' + Na
2
CO
3
(3)
Riêng các mui phi cacbonat ca Mg
2+
thì s( kt hp vi ion OH
-
sinh ra t xút
 t o ra kt ta Mg(OH)
2
và mui natri
MgCl
2
+ 2NaOH & Mg(OH)
2

' + 2NaCl (4)
MgSO
4
+ 2NaOH & Mg(OH)
2
'+ Na
2
SO
4
Ngoài ra xút còn liên kt vi CO
2
 t o ra xôa
CO
2
+ 2NaOH & Na
2
CO
3
+ H
2
O (5)
c im ca phng pháp xút là có sinh ra sôa Na
2
CO
3
, nó có th làm mm
 cng canxi
CaCl
2
+ Na

2
CO
3
& CaCO
3
' + 2NaCl (6)
CaSO
4
+ Na
2
CO
3
& CaCO
3
' + Na
2
SO
4
(7)
Ta thy tùy vào lng xôa c sinh ra t ph$n ng (1), (2), (3) và (5) mà 
cng ca nc c kh tt hay không. Nu lng CO
3
2-
t o ra t ph$n ng trên
không  tham gia cho các ph$n ng (6), (7) thì ta c#n b sung thêm xôa Na
2
CO
3.
Khi ó ta có phng pháp x lý bng xút – xôa. Còn Nu lng CO
3

2-
t o ra tha,

3



TTMLO

CHNG 6
–

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
+ Na
2
CO
3
& CaCO

3
' + 2NaOH
Các mui không tan, kt ta s( c tách ra khi nc trc khi a vào lò
bng các bin pháp lng lc. S kt tinh và tách cn này s( b- ch!m l i khi có cht hu
c trong nc. Vì th  t)ng c*ng quá trình thì 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 là mm nc bng nhit.  làm vic này ph$i t
nóng nc mm và a mt lng d cht ph$n ng. Khi không t nóng thì  cng
có th gi$m n 1,4-1,8 mgl/l khi  kim bng 2-2,5mgl/l mà t nóng 70-80
0
C thì
 cng gi$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, trong ó x lý s b bng cách lng cn và kt
thúc bng phng pháp trao i ion. Phng pháp này có th kh g#n nh trit  các
t p cht  d ng ion trong nc,  bn vng ca h t nha cao và có kh$ n)ng tái sinh,
tái s d"ng. Chính vì lý do ó phng pháp trao i ion là 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 là da vào kh$ n)ng ca mt s cht
thc t không hòa tan trong nc gi là các cht trao i ion hay ionit, cht này 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
cht c th$i ra khi nc không t o ra cn và vic x lý này không yêu c#u -nh
lng (pha ch) liên t"c cht ph$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.
Th*i gian ca chu trình làm vic ca thit b- trao i ion c xác -nh bi
dung tích trao i ca ionit tc là kh$ n)ng trao i ion ca nó. Sau mt th*i gian làm
vic thì kh$ n)ng trao i ion ca ionit gi$m i do ó ph$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 là các 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 nhau Các cht có cha cht trao i cation là các cht cha
nhôm silicat nh Na
2
O.Al
2
O
3
.nSiO
2
.mH
2
O. Các cht flour apatit
[Ca
5
(PO
4
)
3
]F và hydroxyt apatit [Ca
5
(PO
4
)
3
]OH c.ng có tính cht trao

i ion.
 Tng hp nhân t o: silicagen, pecmutit, các oxyt khó tan và 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) và than á, mang tính axit
yu.

4



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

 Tng hp nhân t o: các hp cht cao phân t. Các gc hydrocacbon
ca chúng t o nên li không gian vi các nhóm chc n)ng trao i
ion c -nh. Li không gian hydrocacbon c gi là ma tr!n ký
hiu là R, còn các ion trao i ion là các ion trái du gi là các 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 là polymer m ch cacbon (cht khâu m nh) trên ó có

cha các nhóm chc (nhóm ho t hóa) mà trong tng nhóm cha hai thành ph#n tích
in là ca nhóm chc c -nh và ca ion linh ng có th trao i c. Da vào
nhóm ho t hóa mà có hai lo i nha là cationit (th*ng ký hiu: RH) và anionit
(th*ng ký hiu: RaOH).
V mt hoá hc, h t nha th*ng c phân chia theo n)ng lc trao i ca h t
nha. Thông th*ng h t nha th*ng c chia thành 4 d ng c b$n sau:
• H t trao i cation axit m nh (SAC): c trng bng s có mt ca nhóm
chc c -nh axit m nh nh là -SO
3
H, có kh$ n)ng trung hoà các baz
m nh và chuyn các mui trung tính v d ng axit tng ng, có kh$ n)ng
lo i b h#u ht các cation trong dòng nc. /ng d"ng trong 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 các baz, lo i
b mt ph#n các cation m nh có trong nc. /ng d"ng vi ngun nc có
 kim cao trong 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 là các amin b!c 4
• H t trao i anion kim yu (WBA): Nhóm ho t hóa là –NH
2
, -RNH
2
, -
R
2
NH,… Rt nh y c$m vi ph$n ng trao i ion OH
-
ca nc H
2

O do ó
chúng rt d0 tái sinh.
Mt trong nhng cu t o c bit ca h t nha ó chính là cu t o xp ca h t
nha. Tính cht này s( quyt -nh rt ln n  bn c, n)ng lc và hiu sut trao i
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.
  
 !"#$%!#&'"()
*&'&+#'&'*,-
"&' &'    ' , %"&' " &' *,
-"&'&'',".
-"/01"2/03
6.2.2 c tính la chn ca ht nha trao i ion
Mt trong nhng c tính quan trng ca nha trao i ion là tính la chn trao
i ca nha. i vi các ion khác nhau, thì n)ng lc hút bám ca h t nha c.ng khác
nhau. Tính la chn ca h t nha có $nh hng rt ln n quá trình trao i và tái
sinh ca h t nha. Do ó, khi v!n hành h thng kh khoáng c#n nm rõ quy lu!t này.

5



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

Tu1 thuc vào pH ca môi tr*ng, cu t o và các nhóm chc ca h t nha ca
các nhà s$n xut khác nhau d2n n v- trí trong 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 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

Nói chung, tính la chn ca h t nha ph" thuc ch yu vào in tích và kích

thc ca các ion. Có 3 quy lu!t la chn theo th t nh sau:
1.

in tích ca ion càng ln thì càng d0 b- hút bám. Vd: Fe
3+
> Ba
2+
; SO
4
2-
>
Cl
-

2.

i vi ion cùng in tích, ion có s hiu nguyên t càng ln thì càng d0 b-
hút bám. Vd: Fe
3+
> Al
3+
; Br
-
> Cl
-

3.

i vi các anion b- hydrat hoá thì bán kính càng nh n)ng lc hút bám
càng ln. vd: SO

3
2-
> HPO
4
2-
; HCO
3
-
> HSiO
3
-

Theo quy lu!t ó, th t các ion d0 b- hút bám nh sau:
•
Cation: Fe
3+
> Al
3+
> Pb
2+
> Ba
2+
> Sr
2+
> Cd
2+
> Zn
2+
> Cu
2+

> Fe
2+
>
Mn
2+
> Ca
2+
> Mg
2+
> K
+
> NH
4
+
> Na
+
> H
+
> Li
+

•
Anion: SO
4
2-
> SO
3
2-
> HPO
4

2-
> CNS
-
> CNO
-
> NO
3
-
> NO
2
-
> Br
-
> Cl
-

> CN
-
> HCO
3
-
> HSiO
3
-
> OH
-
> F
-

6.2.3 Nguyên lý quá trình trao i lp ion c nh

Nguyên lý v!n hành tháp trao i ion là da trên ph$n ng thu!n ngh-ch ca các
ion có trong dòng nc vi các nhóm chc n)ng ính trên h t nha. ây là ph$n ng
trao i x$y ra trên b mt rn ca h t nha nên v b$n cht quá trình, ng*i ta có th
coi là quá trình hp ph" có ph$n ng x$y ra. Do ó, tc  quá trình trao i ion ph"
thuc rt nhiu vào tc  khuych tán ca ca các ion x$y ra trong các ng mao qu$n
ca h t nha. Ngoài ra, tc  quá trình trao i ion ph" thuc nhiu các yu t hóa, lý
khác nh: nng  ion trong nc (ây chính là ng lc quá trình); nhit  nc; c3
h t nha; lu lng nc ($nh hng n tc  khuych tán ngoài);
Quá trình trao i ion thc cht là quá trình hp ph" có ph$n ng x$y ra trên b
mt rn ca h t nha (b mt rn ca các l+ mao qu$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 các lp in tích khác nhau, lp
hp ph" và lp khuych tán. Các ion trong lp hp ph" (hay còn gi là lp bn vng)
rt bn vng do hình thành các liên kt hc bn vng (có b$n cht là lc hút t4nh in
trái du). Các ion ngc du trong lp khuych tán linh ng hn do lc liên kt gia
các ion cùng du nh hn (nh ion H+ trong h t cation, ion OH- trong h t anion).
Trong quá trình v!n hành, các ion ngc du linh ng s( b- thay th bi các ion
ngc du khác có trong dòng nc. Các ion ngc du t dòng nc sau khi i vào
lp khuch tán c.ng có th i tip vào lp hp ph" và hình thành liên kt.  linh
ng ca các ion ngc du s( gi$m d#n khi tin vào càng g#n lp hp ph" do lc hút
t4nh in càng ln hn. Khi nng  các ion trái du quá ln, s( làm b dày lp
khuych tán co l i d2n n n)ng lc trao i s( gi$m. Chính vì lý do ó ng*i ta
không hoàn nguyên  nng  cao  tránh làm co l i lp khuych tán, t ó làm
gi$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  quá trình hp ph" có ph$n
ng x$y ra nh hình v(. Quá trình x$y ra theo 5 giai o n. Giai o n 1 là giai o n
khuych tán ngoài, các ion i t dòng nc vào b mt ca h t nha. Giai o n 2, các
ion khuych tán t b mt h t nha vào bên trong các l+ mao qu$n, Giai o n 3 là các
ph$n ng x$y ra, giai o n này th*ng x$y ra rt nhanh nên không $nh hng n tc
 quá trình. Giai o n 4 và 5 là khuych tán ra ca s$n ph5m ph$n ng. Nh v!y, c$
quá trình c chia nh thành 5 giai o n, giai o n nào có tc  ch!m nht s( quyt

-nh n tc  chung ca c$ quá trình. Giai o n 2,4 ph" thuc ch yu vào nhit 

7



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

môi tr*ng và n)ng lc trao i ca h t nha. Giai o n khuych tán ngoài 1 và 5 ph"
thuc ch yu vào tc  ca dòng nc (hay tc  khuy trn) và nng  các ion.
, phía trên %nh tháp trao i, nng  các ion còn cao d2n n tc  khuych tán
ngoài khá cao nên quá trình ph" thuc ch yu vào tc  khuych tán trong. Tuy
nhiên, càng v phía cui ca tháp trao i, ni quyt -nh cht lng nc, thì nng
 các ion s( rt nh (<0,3mM) và do ó tc  quá trình khuych tán ngoài s( ch!m
l i. Chính vì lý do ó, mà lu lng ca tháp trao i ion $nh hng rt nhiu n
cht lng nc ra. Lu lng thp s( cho ta cht lng nc tt hn.
Thit b- trao i ion th*ng là d ng tháp ng, bên trong có cha h t nha trao
i ion. Khi ngun nc có cha các ion i qua ct nha trao i thì tu1 thuc vào c
tính la chn mà các ion s( có th t hút bám khác nhau. Nu ngun nc i t trên
xung thì theo th t t trên xung các ion ã c gi l i  trong h t trao di s( phân

b theo th t la chn theo dãy la chn. M+i ion s( phân b thành mt lp nht
-nh trên chiu cao ca tháp trao i. B dày ca lp ion ph" thuc rt nhiu vào nng
 ion và c tính la chn ca h t nha. Ion nng  càng cao thì b dày lp nha
hút gi lp ion ó càng ln. Kh$ n)ng hút bám vi h t nha càng kém (tính la chn
kém) c.ng làm b dày lp h t nha hp ph" ion ó dày hn. Lp h t nha di cùng
ca tháp cha tham gia ph$n ng c gi là lp v!n hành (lp H
+
i vi h t nha
cation, lp OH
-
i vi h t nha anion). Khi mi v!n hành lp v!n hành còn dày.
Trong quá trình v!n hành, lp v!n hành s( d#n nh l i, nh*ng ch+ cho các lp ã
trao i phía trên i xung. Khi b dày lp v!n hành v g#n bng không thì khi ó
tháp trao i ht kh$ n)ng trao i, các ion trong dòng nc s( không c trao i s(
i ra ngoài, th t các ion không trao i c.ng theo th t la chn ca h t nha. Khi
h t nha trao i ion ht kh$ n)ng thì c#n ph$i hoàn nguyên ph"c hi l i lp v!n hành.
Hin nay, mt s tài liu cha thng nht v v- trí la chn ca ion OH
-
và
HSiO
3
-
. Tuy nhiên, trong c$ hai tr*ng hp thì Silic u c trao i. i vi tr*ng
hp OH
-
dng trc HSiO
3
-
, ta có th nói là lng OH
-

sinh ra trong quá trình trao i
trong tháp anion làm gi$m kh$ n)ng trao i ca HSiO
3
-
. Nhng trong thc t, lng
OH
-
sinh ra ngay l!p tc ã c trung hoà bng H
+
do tháp trao i Cation sinh ra
trc ó nên ion HSiO
3
-
v2n có kh$ n)ng trao i.
Trong quá trình v!n hành, vì các ph$n ng trao i là thu!n ngh-ch nên có mt
tr ng thái cân bng nht -nh. Chính vì lý do ó, sau tháp kh khoáng bao gi* c.ng có
mt lng ion tàn d nht -nh. i vi tháp cation, thì ion lt ra ch yu là Na+. i
vi tháp anion thì ion lt ra th*ng là OH
-
và HSiO
3
-
.

Hình 6.3: Mô hình các giai on hp ph trao i Ion
1,5 – giai on khuych tán ngoài; 2,4 – giai on khuych tán trong; 3 – giai on phn ng


8

TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

6.2.4 X lý nc bng phg pháp trao i cation
Nguyên lý ca phng pháp này là thc hin quá trình trao i gia các cation
ca t p cht hòa tan trong nc, có kh$ n)ng sinh cáu trong lò vi các cation ca h t
cationit,  t o nên nhng v!t cht mi tan  trong nc nhng không t o thành cáu
trong lò
Cationit là nhng h t nha tng hp có gc R ng!m các cation, không tan trong
nc. Nh v!y các cation d0 óng cáu cn c gi l i, còn các cation d0 hoà tan thì
i theo nc cp vào lò. Các cation th*ng dùng là Natri NaR, hydro HR và amoni
NH
4
R, trong ó R là gc ca cationit. V!t liu cationit c#n có   bn c hc, 
bn hóa hc và có kh$ n)ng trao i ion ln. Dung tích hp th" biu th- bng gam
ng lng các ion canxi và magie tính cho 1m
3
h t.
Khi dùng cationit natri thì x$y ra s trao i ion theo các ph$n ng sau:

Ca
2+
+ 2Na
+
R
-
& Ca
2+
R
2
-
+ 2Na
+

Mg
2+
+ 2Na
+
R
-
& Mg
2+
R
2
-
+ 2Na
+

Hoc:

Ca(HCO
3
)
2
+ 2NaR & CaR
2
+ 2NaHCO
3

Mg(HCO
3
)
2
+ 2NaR & MgR
2
+ 2NaHCO
3

CaCl
2
+ 2NaR & CaR
2
+ 2NaCl
MgCl
2
+ 2NaR & MgR
2
+ 2NaCl
CaSO

4
+ 2NaR & CaR
2
+ Na
2
SO
4

MgSO
4
+ 2NaR & MgR
2
+ Na
2
SO
4

Do quá trình trao i cation mà  cng còn l i ca nc gi$m n µgl/kg và
thp hn,  kim và các thành ph#n anion không thay i. Nhc im c b$n ca
trao i cation Natri NaR là bin i  cng natri bicacbonat thành cacbonat làm
t)ng  kim natri ca nc lò, vì trong lò hi NaHCO
3
c bin thành Na
2
CO
3
và
NaOH:
Ca(HCO
3

)
2
+ 2NaR & CaR
2
+ 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 & 2NaR + CaCl
2

MgR + 2NaCl & 2NaR + MgCl
2

Khi dùng cationit hydro ta có các ph$n ng sau:
Ca(HCO
3
)
2
+ 2HR & CaR
2
+ 2CO
2
6+ 2H
2
O
Mg(HCO
3
)
2
+ 2HR & MgR
2
+ 2CO
2
6+ 2H
2
O
CaCl
2
+ 2HR & CaR

2
+ 2HCl
MgSO
4
+ 2HR & MgR
2
+ H
2
SO
4

Kt qu$ là  cng toàn ph#n gi$m n 10µgl/kg và thp hn,  cng
cacbonat c kh hoàn toàn, do ó hàm lng mui gi$m i và kh c  kim
ca nc. Vì trong quá trình trao i HR mi cation trong nc c thay th bng H
+

nên các gc sunfat, clorua, có trong dung d-ch s( bin thành các axit khoáng t do
(H
2
SO
4
, HCl,……) do ó tính axit ca nc t)ng lên. Th*ng ng*i ta phi hp hai

9



TTMLO

CHNG 6

–

KH


KHOÁNG CHO N

C

phng pháp trao i NaR và HR   kim ca nc sau khi qua bình NaR c
trung hòa bi axit sinh ra khi nc i qua bình HR.
HCO
3
-
+ H
+
& CO
2
6+ 2H
2
O
 hoàn nguyên HR ta dùng axit sunfuric có nng  1,0 – 1,5% hay axit
clohydric. Khi dùng H
2
SO
4
 tái sinh HR s( x$y ra ph$n ng sau:
CaR
2
+ H

2
SO
4
& 2HR + CaSO
4

MgR
2
+ H
2
SO
4
& 2HR + MgSO
4

Khi dùng cationit amon  cng ca nc gi$m n còn rt nh. Nhng các
mui amon t o thành khi a vào lò hi s( b- phân hy 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 nc s( gây )n mòn các hp kim
ng. Th*ng s d"ng phi hp phng pháp này vi phng pháp trao i NaR.
 hoàn nguyên NH
4
R ta dùng mui amoni
CaR
2
+ 2NH

4
Cl & 2NH
4
R + CaCl
2

6.2.5 B lc cationit và quá trình vn hành b
 
""""&$"-%4
"'5-*$,%5
5
"#""'$*1-
&'2"'5*&
"#"1$%''
""%
6'""&'%")&')
"&7
• 8&'92/"):;9
÷
<9/
• 8&&9=;>2/0):;>
÷
;9/
• 8&&;>=;92/0)
≤
;>/
 
• 0&'.3
• ?&&'*'"'"
• @1.3"

• ?&++,1.&*3
 
A&'2"'$
B
<C
D
<C
#,&#"1!"

10



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

A&'#&'%&&%%"B%%5
%$&'"&&)
&"1
 
8"'&#"&$&'1++&'&

&'#"'%9
÷
;9-*'""'&"
&"'"&1$&$%"'&
  !"#
61"2E+*+
 +,   &' & + " @
<
FG
H
$ @B".  &  + 1
%& +&'3 2 )  # ," + %
"&'*1&7
?
<
BC<@
C
⇔<?=@CB
<C

?
<
DC<@
C
⇔<?=@CD
<C

01&#"@=
+,#"AB".&+"&3
I)+!&)&7

?
<
BC<AB"→<?=ACBB"
<

?
<
DC<AB"→<?=ACDB"
<
82#&"A=
A++,&'&JK;<LE+1$
++,$M&'"'22)
E &' 2 " &' %  ";>>L E'
&'&J>KN>
 $"# !%!
82)1#+&&'+&'&*#
"&9K;9&++,1"&,
"'&
   !"#$$%$ &
• A&4&'&+&%+"1$
%#+F&1O
&
• 0&#'-&&$&

• F& % &''"&'"'1 !
"&
• B*1&B"
<
$G
J

+*"&

11



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

6.2.6 X lý nc bng phng pháp trao 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 + H
2
SO
4
&Ra
2
SO
4
+ 2H

2
O
RaOH + HCl &RaCl +H
2
O
Ng*i ta c.ng dùng các anionit khác nhau nh: Ra
2
CO
3
, RaHCO
3
. Trao i
anion s( kh c trit  các axit trong nc, vì th ng*i ta t bình HR trc bình
trao i anion. Tuy nhiên nh trao i anionit có giá thành 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 CO
2
, tháp th 3 là tháp anion, có cha h t nha 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 HCO
3
-
có s7n trong nc (kho$ng 180mg

CaCO
3
/l) tách ra  d ng khí CO
2
do quá bão hòa theo ph$n ng:
H
+
+ HCO
3
-
8 H
2
O + CO
2
↑

Nc sau tháp cation s( c d2n qua tháp kh khí, t i ây, CO
2
 d ng quá
bão hòa s( tách ra. Nc sau tháp kh khí s( c bm qua tháp trao i anion. Các
ph$n ng x$y ra trên tháp cation và anion nh sau:
Tháp Cation: RH
n
+ X
n+
8 RX
n+
+ n.H
+
(I)

Tháp Anion: R(OH)
m
+ Y
m-
8 RY
m
+ m.OH
-
(II)
Trong ó, R- ký hiu gc nha

Hình 6.4: S  nguyên lý h thng kh khoáng


12



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C

X
n+
cation hóa tr- n+
Y
m-
anion hóa tr- m-
N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 x lý cp 2. Cp th
2 là 1 tháp h+n hp, trong tháp h+n hp, h t nha trao i là h+n hp trn l2n ca hai
lo i h t trao i cation và anion. Tháp h+n hp lúc này có th coi là tháp kép nhiu
cp (1000-2000 cp) t o thành do h t nha cation và anion trn u. Ph$n ng x$y ra
trong tháp h+n hp là hai ph$n ng nh trong tháp cation và anion. Các ion H
+
, OH
-

t o ra trong quá trình trao i không tích t" l i, ging nh trong các tháp cation, anion
riêng bit, mà chúng s( kt hp l i vi nhau theo ph$n ng trung hòa. Chính vì lý do
lo i b $nh hng ca các ion H
+
và OH
-
mà ph$n ng trao i x$y ra trit  hn,
cht lng nc tt hn.
Sau mt th*i gian v!n hành, các tháp trao i s( ht kh$ n)ng. H t nha lúc này
ã hp ph" g#n nh no các ion, kh$ n)ng 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 h t cation và anion. Da vào
t9 trng khác nhau ca hai h t, h t cation nng hn h t anion, ng*i ta dùng dòng
nc vi lu lng và v!n tc va ph$i bm vào áy tháp h+n hp, kt qu$ là h t
anion nh: hn s( ni lên trên, h t cation nng hn s( chìm xung. Sau khi phân tách
xong, tin hành hoàn nguyên h t cation bng axit, h t anion bng kim tng t nh
trong tháp cation và tháp anion.
6.3 Các phng pháp kh khoáng khác
               
  !   "#$% &'()*# + ,-
.,/#01.&,2#-
 #345*6&,'7, 8&
95- ".6:;<$
"&().+ => 6<#2#+
*7"4:.4?%5"9#8>#6(
@3:#A2#?8<6"#B#,C,D:>*
4  E   F #GH 6 I -    *  *(
J!*.K4-.%*&(
6.3.1 X lý n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 b nc làm thành nhiu ng)n , m+i ng)n là mt
tròng in gm hai cc âm và dng , khi ó các ion dng ca các khóang cht
trong nc s( b- các cc dng ca bình hút , còn các ion âm ca khóang cht hòa
tan trong nc s( b- các cc âm ca bình hút và gi l i trên vách các cc ca bình.
Và nh v!y nc c kh khóang làm mm. Phng pháp còpn c gi là x lí
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.

13

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

Hình 7.4 S  x lí nc bng in hóa
I. Nc ngun có cha khóang cht hòa tan
II. Nc mui nc bn, khóang cht, nc x
III. Nc ã kh khóang
a và b là hai tm bn cc kim loi
6.3.2 X lý nc bng chng ct, chit ly
Nguyên lí c b$n c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. 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$y v b 7.
Quá trình thu c nc t s ngng hi ca hi th cp c gi qúa
trình chit li hay còn gi là x lí nc bng nhit lc.
Lu ý rng xét v tính kinh t ca h thng ng*i ta th*ng s d"ng gi$i
pháp rút hi trích t tuabin  gia nhit nhm nâng cao hiu sut nhit ca tòan nhà
máy in.
Trong nhng t lò hi công sut ln yêu c#u lng nc ngng ln và
ng*i ta còn s d"ng phng pháp chit li ngng hi nhiu cp. Hình 7.6 trình bày s
 cu t o h thng x lí nc bng chit li 3 cp.

14



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


15



TTMLO

CHNG 6
–

KH


KHOÁNG CHO N

C







