Độ Cứng Cứng Độ Độ Cứng Cứng Độ cứng gây ra do các ion kim loại hóa trị II.. Phân loai mg/L CaCO Phan loại mg/L CaCO 3 Mềm Trung bình Cứng Rất cứng 0-75 75-150 150-300 >300 Phân loại cứn
Trang 1Độ Cứng Cứng
Độ
Độ Cứng Cứng
Độ cứng gây ra do các ion kim loại hóa trị II
Ca và Mg có mặt nhiều trong nước thiên nhiên.
Phân loai mg/L CaCO Phan loại mg/L CaCO 3
Mềm Trung bình Cứng Rất cứng
0-75 75-150 150-300
>300 Phân loại cứng:
Cứng canci và manhe
1
Cứng carbonate và noncarbonate (phi carbonate)
Độ cứng tổng cộng = Cứng carbonate + cứng noncarbonate
Calci trong nước
Trong số các cation thường gặp trong nước ngọt, Ca thường có nồng độ
cao nhất Calci là nguyên tố chìa khóa trong rất nhiều các quá trình địa
hóa và hình thành các khoáng từ nguồn các ion calci trong nước
Các khoáng tao thành ban đầu là gypsum (thach cao) CaSO 4 2H 2 O;
Cac khoang tạo thanh ban đau la gypsum (thạch cao) CaSO 4 2H 2 O;
anhydrite, CaSO 4 ; dolomite CaMg(CO 3 ) 2 ; calcite và aragoniet và các
dạng khoáng khác nhau của CaCO 3
Ion calci cùng với ion magne và có thể tính thêm ion sắt (II) tạo thành
độ cứng của nước Một trong những đặc trưng của nước cứng là mà cho
xà bông kết tủ Độ cứng tạm htời là do sự hiện diện của ion calci và ion
bicarbonate trong nước và được loại bỏ bằng cách đun sôi nước:
2
Ca 2+ + 2 HCO 3 -'CaCO 3 (S) + CO 2 (g) + H 2 O
Trang 2Calci trong nước
Gia tăng nhiệt độ có thể đẩy phản ứng về bên phải do giải phóng khí
CO 2 và cặn CaCO 3 tạo thành kết tủa trắng.
Nướ ù hứ hi à khí b i h ø t l i t ù kh ù h át
Nươc co chưa nhieu khí carbonic hoa tan calci trong cac khoang chat
carbonate:
CaCO 3 (S) + CO 2 (aq) + H 2 O ' Ca 2+ + 2 HCO 3
-Khi phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại và khí carbonic được giải
phóng ra khỏi nước, kết tủa calci cacbonate sẽ được tạo thành và lắng
xuống Nồng độ khí carbonic trong nước xác định lượng CaCO 3 hòa tan
3
Lượng khí carbonic hòa tan trong nước do cân bằng với khí quyển
không đủ để tạo nên lượng CaCO 3 hòa tan trong nước thiên nhiên, đặc
biệt là nước ngầm Quá trình hô hấp của các VSV phân hũy các chất
hữu cơ trong nước, bùn lắng và đất.
Các Phương Pháp Khử Cứng
Hai phương pháp:
Khử bằng vôi và soda
Trao đổi ion
Kh û
Kh û C ù C ù b è h ù h ù h á h á
Khử
Khử Cứng Cứng bằng bằng hóa hóa chất chất:
Sau quá trình khử cứng bằng vôi soda, độ cứng còn lại khoảng 50-85 mg
CaCO 3 /L.
Đối với độ cứng carbonate:
CO 3 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O (Kết tủa khi pH = 8.3)
Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 → 2 CaCO 3 ↓ + H 2 O (kết tủa khi pH = 9.4)
Mg(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 ↓ + Mg(CO 3 ) + H2O
MgCO 3 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 ↓ + Mg(OH) 2 ↓ (kết tủa khi pH = 10.6)
Trang 3Khử Cứng Vôi+Sôda
Đối với độ cứng noncarbonate:
CaSO 4 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + 2NaCl
MgCl 2 + Ca(OH) 2 → Mg(OH) 2 ↓+ CaCl 2
CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ +2NaCl
MgSO 4 + Ca(OH) 2 → Mg(OH) 2 ↓ + CaSO 4
CaSO 4 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
5
Do nước sau làm mềm có pH cao (10.6) và có hàm lượng CaCO 3 cao
Ỵphải ổn định để CaCO 3 không kết tủa trong bể lọc hoặc mạng lưới
ống dẫn.
Quá trình ổn định bằng khí CO 2 hoặc H 2 SO 4 gọi là quá trình tái
carbonic (Recarbonatrion)
Khi đó pH giảm xuống còn 8.3 – 8.6, nước không có tính lắng cặn
Phản ứng xảy ra như sau:
Khử Cứng Vôi+Sôda
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca(HCO 3 ) 2 Mg(OH) 2 + CO 2 + H 2 O → MgCO 3 + H 2 O
Khi hàm lượng Mg<40 mg/L:
Trộn ( vôi hoặc vôi + soda (pH=9.4) ) → Lắng tiếp xúc → Tái carbonic (pH = 8.6)
6
Trộn ( voi hoặc voi + soda (pH 9.4) ) → Lang tiep xuc → Tai carbonic (pH 8.6)
→ lọc
Khi hàm lượng Mg > 40 mg/L:
Trộn ( vôi (pH = 10.8)) → Lắng tiếp xúc → Tái carbonic (pH > 9.5) → trộn
( soda) → Lắng tiếp xúc → tái carbonic (pH = 8.6) → Lọc.
Trang 4Lọc
Vôi + soda (pH=9.4)
Khử Cứng Vôi+Sôda
Trộn
khử nước
bùn
Tái carbonic
7
Nén bùn
ư ươc
bùn
Độ kiềm: tổng anion OH - , CO 3 2- , HCO 3
-Phân loại:
P alk: Định phân acid khi chỉ thị Phenolthalein chuyển màu từ
hồng Ỉ không mà
Mối Liên Quan Giữa Độ Cứng và Kiềm
hong Ỉ khong mau
M alk: Định phân acid khi chỉ thị Methyl Orange chuyển màu
từ vàng Ỉ cam M alk = Total Alk
Khi pH < 8.3: P Alk = 0, M Alk = hàm lượng bicarbonate
Ion PA = 0 PA <(TA/2) PA = TA/2 PA > (TA/2)
HCO 3
-CO 3
2-OH
-TA 0 0
TA – 2PA 2PA 0
0 TA 0
0 2(TA-PA) 2PA-TA
Trang 5Mối Liên Quan Giữa Độ Cứng và Kiềm
P Alk = hàm lượng OH và ½ hàm lượng carbonate
P Alk = M Alk/2 Ỵ chỉ có carbonates
P Alk = M alk Ỉ chỉ có OH - hiện diện
Độ cứng tổng cộng = độ cứng vỉnh cữu + độ cứng tạm thời
TH = (TH- M Alk) + M Alk
9
Thí Dụ
Q = 25.000 m 3 /ngày
CO 2 = 44 mg/L
Ca 2+ = 400 mg CaCO 3 /L (80 mg Ca 2+ /L)
Mg 2+ = 100 mg CaCO 3 /L (24 mg Mg 2+ )
Na + = 46 mg Na/L
HCO 3 - = 225 mg CaCO 3 /L
SO 4 2- = 96 mg/L
Cl - = 89 mg/L
10
Xác định lượng hóa chất tiêu thụ trong ngày.
Tính ưu tiên:
Fe 2+ > Ca 2+ > Mg 2+ > Na 2+
CO 3 2- >HCO 3 - > SO 4 2- >NO 3 - >Cl
Trang 6Q = 25.000 m 3 /ngày
CO 2 = 22 mg/L = 22 mg/L: 22 = 1meq/L
Ca 2+ = 250 mg CaCO 3 /L (100 mg Ca 2+ /L) = 250/50 = 5 meq/L
Mg 2+ = 100 mg CaCO 3 /L (24 mg Mg 2+ ) = 100/50 = 2 meq/L
Na + = 46 mg Na/L = 46/23 = 2 meq/L
HCO 3 - = 225 mg CaCO 3 /L = 4.5 meq/L
SO 4 2- = 96 mg/L = 2 meq/L
Cl - = 89 mg/L = 2.5 meq/L
11
Ca 2+ Mg 2+ Na +
HCO 3 - SO 4 2- Cl
-CO 2
1.0
10.0
10.0 8.0
6.0
Giải
Tính toán lượng hóa chất:
1 CO 2 + 1 CaO Ỉ 1 CaCO 3↓
4.5 (Ca+ 2HCO 3 ) +4.5 CaO Ỉ 4.5 CaCO 3↓
0.5 (Ca+ SO 4 ) + 0.5 Na 2 CO 3Ỉ0.5 CaCO 3↓+ 0.5(2Na + SO 4 )
1.5 (Mg + SO 4 ) + 1.5 CaO Ỉ 1.5 Mg(OH) 2↓+ 1.5(Ca + SO 4 )
1.5 (Ca+ SO 4 ) + 1.5 Na 2 CO 3Ỉ1.5 CaCO 3↓+ 1.5(2Na + SO 4 )
0.5 (Mg + 2 Cl) + 0.5 CaO Ỉ 0.5 Mg(OH) 2↓+ 0.5(Ca + 2 Cl)
0.5(Ca + 2 Cl) + 0.5 Na 2 CO 3Ỉ0.5 CaCO 3↓+ 0.5 (2Na +2 Cl)
Ca 2+ Mg 2+ Na +
HCO 3 - SO 4 2- Cl
-CO 2
1.0
10.0
10.0 8.0
6.0
Trang 7Thí Dụ
Lượng vôi dư = 1.25 meq/L (nâng pH =10.8)
Lượng CO ï g 2 2 để trung hòa: g
1.25 (Ca + OH) + 1.25 CO 2Ỉ1.25 CaCO 3 ↓
Giả sử 40 mg/L CaCO 3 và 10 mg/L Mg(OH) 2 còn lại sau xử lý
Trong đó 25 mg CaCO 3 /L chuyển hóa thành Ca(HCO 3 ) 2 , CaCO 3 còn
lại với hàm lượng cân bằng 15 mg CaCO 3 /L:
0.2 Mg(OH) 2 + 0.4 CO 2Ỉ0.2 Mg (HCO 3 ) 2
13
0.5 CaCO 3 + 0.5 CO 2Ỉ0.5 Ca(HCO 3 ) 2
Thí Dụ
Tổng lượng hóa chất:
Vôi =1 + 4.5 + 1.5 + 0.5 + 1.25 = 8.75 meq/L = 8.75 eq/m q q 3
Soda = 0.5 + 1.5 + 0.5 = 2.5 meq/L = 2.5 eq/m 3
CO 2 = 1.25 + 0.4 + 0.5 = 2.15 meq/L
Lượng hóa chất sử dụng mỗi ngày:
Vôi: 8.75 eq/m 3 x 28 g/eq x 25.000 m 3 /ngày x 1kg/1000g = 6.125 kg/ngày
Soda: 2.5 eq/m 3 x 53 g/eq x 25.000 m 3 /ngày x 1kg/1000g = 1.750 kg/ngày
14
CO 2 = 2.15 eq/m 3 x 22 g/eq x 25.000 m 3 /ngày x 1kg/1000g = 1.505 kg/ngày
Trang 8Thí Dụ
Chất rắn sản sinh:
• CaCO 3 3 = 1 + 4.5 + 0.5 + 1.5 +1.25 – 0.8 = 7.95 meq/L q
• Mg(OH) 2 = 1.5 + 0.5 - 0.2 = 1.8 meq/L
Tổng chất rắn sinh ra mỗi ngày:
• CaCO 3 = 7.95 eq/m 3 x 50 g/eq x 25.000 m 3 /ngày x 1/1000= 9.938 kg/ngày
• Mg(OH) 2 = 1.8 eq/m 3 x 29 g/eq x 25.000 m 3 /ngày x 1/1000= 1.305 kg/ngày
Giả sử cặn CaCO 3 và Mg(OH) 2 rút ra khỏi bể nén bùn có hàm lượng
û
15
khoảng (TSS = 200 g/L) (TS = 20%).
• Thể tích bùn rút ra khỏi bể nén bùn: (9938+1305)kg/200 = 56 m 3 /ngày