Nội dung

Chương 6. XỬ LÝ ỔN ðỊNH NƯỚC Mục ñích của việc xử lý ổn ñịnh nước: Giữ cho nước luôn ở môi trường trung tính, ngăn ngừa các quá trình xâm thực hoặc lắng ñọng căn CaCO3 trong các công trình xử lý và vận chuyển nước. 1 1. Kh¸i niÖm chung * §é æn ®Þnh cña n−íc: lµ tÝnh chÊt kh«ng t¹o kÕt tña tõ n−íc hay kh«ng hoµ tan CaCO3 trong n−íc. * C¸c liªn kÕt cña axit Cacbonic trong n−íc: H2CO3 tån t¹i trong n−íc ë c¶ 3 d¹ng: HCO32-, CO32-, CO2 (s¶n phÈm ph©n ly H2CO3) (chñ yÕu phô thuéc pH) * Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng cña hÖ Cacbonat trong n−íc: 2HCO3- ↔ CO2 + CO32- + H2O (*) C¸c d¹ng tån t¹i cña Cacbonic trong n−íc 2 Kh¸i niÖm chung * X¸c ®Þnh ®é æn ®Þnh cña n−íc: + pH0: pH ®o ®−îc trªn thùc tÕ t¹i ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é thùc tÕ. + pHs: pH b9o hoµ, hay pH øng víi tr¹ng th¸i c©n b»ng cña hÖ (c©n b»ng b9o hoµ cña n−íc bëi CaCO3). + X¸c ®Þnh ®é kiÒm Ki trong n−íc vµ CO2: * N−íc mÆt, xö lý b»ng keo tô b»ng phÌn: pH vµ Ki thay ®æi Kh¸i niÖm chung a) Kh«ng kiÒm ho¸: CO 2 = (CO 2 ) + 44 0 K i = K i0 − b) Cã kiÒm ho¸: Lp Lp ep ep  L p Lv   K i = K i0 −  + e  e v   p  L p Lv  0  CO 2 = (CO 2 ) + 44 − e  e v   p 3 Kh¸i niÖm chung * N−íc ngÇm: Khö s¾t [ K i = K i0 − 0,036 Fe 2+ ] , mg®l/l [ CO 2 = (1 − a )CO 20 + 1,57. Fe 2 + ] , mg/l + Tra biÓu ®å: t×m pH0 + a – hÖ sè hiÖu suÊt khö CO2 (0 ÷ 0,8) t¹i c«ng tr×nh lµm tho¸ng → pHs, pH0 → I = pH0 – pHs : ChØ sè b9o hoµ hay chØ sè Langlier Kh¸i niÖm chung * C¸c tr−êng hîp: a/ I = 0: HÖ Cacbonat c©n b»ng ↔ N−íc æn ®Þnh b/I < 0: L−îng CO2 tù do trong n−íc lín h¬n l−îng CO2 c©n b»ng → hÖ kh«ng æn ®Þnh, ph−¬ng tr×nh (*) cã c©n b»ng chuyÓn dÞch sang tr¸i → sù t¹o CaCO3 kh«ng diÔn ra → n−íc chøa CO2 (tù do) x©m thùc → N−íc cã tÝnh chÊt x©m thùc: CO2xt + CaCO3 (bªt«ng) + H2O → Ca(HCO3)2 (¨n mßn bª t«ng) c/ I > 0: L−îng CO2 tù do < CO2 c©n b»ng → c©n b»ng chuyÓn dÞch sang ph¶i → CO32- + Ca2+ (trong n−íc) → CaCO3↓ → N−íc cã tÝnh l¾ng cÆn Chó ý: I – kh«ng cã ý nghÜa vÒ mÆt ®Þnh l−îng ®èi víi viÖc x¸c ®Þnh ®é x©m thùc/l¾ng cÆn (chØ chó ý ®Õn dÊu cña I : ±, mµ kh«ng chó ý tíi gi¸ trÞ tuyÖt ®èi) 4 Kh¸i niÖm chung * ChØ sè Rizher: Ic = 2pHs – pH0 - Ic < 6, pHs< 7,5: N−íc cã tÝnh l¾ng cÆn - Ic > 7 : N−íc cã tÝnh x©m thùc. Ic > 7,5 – 8 → TÝnh x©m thùc↑ → Ic cã ý nghÜa ®Þnh l−îng, biÓu thÞ ®é lÖch cña n−íc ra khái tr¹ng th¸i c©n b»ng - Ic < 6: Ic↓ → §é l¾ng cÆn ↑ - Ic > 7: Ic↑ → §é x©m thùc ↓ 2. C¸c ph−¬ng ph¸p lµm æn ®Þnh n−íc a/ Lµm tho¸ng ®Ó khö CO2: Lµm tho¸ng nh©n t¹o (VLL = Rashiga): E CO2 = 75 – 90%, hay ®i qua bÓ víi VLL b»ng ®¸ cÈm th¹ch CaCO3, CaCO3.MgO hay MgO b/ T¹o líp mµng b¶o vÖ thµnh ®−êng èng b»ng CaCO3 khi míi ®−a ®−êng èng vµo sö dông c/ Läc qua VLL trung hoµ: chøa CaO, Ca2+, Mg2+… d/ Sö dông hîp chÊt kiÒm (xem phÇn æn ®Þnh n−íc víi I < 0) e/ Sö dông thuû tinh láng (Silicat Natri SiO2 + Na2O). C = 7 ÷ 30 mg/l SiO2 hay hçn hîp c¶ 2 chÊt Hecxa Meta Photphat Natria (NaPO3)6. 5 C¸c ph−¬ng ph¸p lµm æn ®Þnh n−íc 1. æn ®Þnh n−íc víi I > 0 - Víi I > 0 → sö dông H2SO4 hay HCl hay (Na3PO3)6 , Na5P3O10 a) I > 0; pH0 > 8,4: liÒu l−îng axit cÇn dïng D0, mg/l D a = α .K i0 .e a . 100 Ca ,mg/l trong ®ã: + α - hÖ sè, x¸c ®Þnh theo ®å thÞ, theo pH0 vµ I + Kio - mg®l/l + ea - Träng l−îng ®−¬ng l−îng cña axit, mg/mg®l H2SO4: 4,9 HCl: 30,5 + Ca - % axit trong s¶n phÈm c«ng nghiÖp C¸c ph−¬ng ph¸p lµm æn ®Þnh n−íc b) §èi víi n−íc ®−îc lµm mÒm b»ng v«i hay v«i + X«®a: Víi I > 0, pH0 > 8,4; pHs < 8,4 [ ] 100 C D a = e a . α .K i0 + (1 − α ).K i f . , mg/l a + Kif - ®é kiÒm cña n−íc theo phenolftalein (®é kiÒm tù do) [ ] K i f = OH − + [ 1 2− CO3 2 ] 6 C¸c ph−¬ng ph¸p lµm æn ®Þnh n−íc Víi I > 0, pH0 > pHs > 8,4: Da ≈ ea .K i f .100 , mg/l Ca - Trªn thùc tÕ, th−êng sö dông hÖ thèng tù ®éng - ®iÒu chØnh l−u l−îng + nång ®é h/c ®−a vµo trong n−íc b»ng b¬m ®Þnh l−îng theo gi¸ trÞ pH cña dung dÞch (sensor → DP) - I > 0 → tr¸nh t¹o cÆn CaCO3: sö dông (NaPO3)6 vµ Na5P3O10 → Tripolyphotphat natria (xem phÇn tr¸nh l¾ng cÆn + lµm mÒm n−íc) → T¹o líp mµng b¶o vÖ trªn c¸c mµng katod vµ anod trªn bÒ mÆt kim lo¹i → gi¶m/h¹n chÕ sù ¨n mßn + C = 2 ÷ 4 mg/l. N−íc cÊp cho sinh ho¹t: NÕu sö dông PO43-: C ≤ 3,5 mg/l + §−êng èng míi: ng©m vµo dung dÞch C200-250%, 2-3 ng® → sau röa b»ng n−íc víi P2O5…… C¸c ph−¬ng ph¸p lµm æn ®Þnh n−íc 2. æn ®Þnh n−íc víi I < 0, sö dông kiÒm v«i/s«®a - Tr−íc tiªn, vµo giai ®o¹n ®Çu ®−a HTCN vµo sö dông ng−êi ta xö lý n−íc b»ng kiÒm nång ®é cao → t¹o 1 líp mµng CaCO3 b¶o vÖ ë bÒ mÆt bªn trong ®−êng èng (I = 0,7) – kho¶ng 1-2 th¸ng. Sau ®ã gi¶m liÒu l−îng kiÒm xuèng ®Ó ®¶m b¶o I = 0 vµ gi÷ I ë gi¸ trÞ nµy lu«n lu«n. * X¸c ®Þnh liÒu l−îng v«i ®Ó ®¶m b¶o I = 0,7 a) Víi pHs < 7,7: Dv = m1 .[CO2 ]0 . 100.28 Cv + m1 – hÖ sè x¸c ®inh b»ng ®å thÞ theo I, [CO2]0 + Cv – l−îng CaO, % trong s¶n phÈm c«ng nghiÖp 7 C¸c ph−¬ng ph¸p lµm æn ®Þnh n−íc b) Víi pHs > 7,7: [ ] 100C.28 Dv = m 2 .[CO2 ]0 + m3 K i0 + m2 [CO2 ]0 . , mg/l (1) v + m2, m3 – hÖ sè x¸c ®Þnh b»ng ®å thÞ, theo pH0, CO2, Kio, pHs + Ki - ®é kiÒm cña n−íc. NÕu xö lý b»ng phÌn → K = K − L p , mg®l/l i i0 ep * L−îng v«i ®Ó ®¶m b¶o I = 0: Víi I < 0, pH0 < pHs < 8,4: + B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh: xem ®å thÞ 100 , mg/l Cv + β - x¸c ®Þnh theo ®¬n vÞ, theo pH0 Dv = 28.β .K i0 . 8 C¸c ph−¬ng ph¸p lµm æn ®Þnh n−íc Víi I < 0, pH0 < 8,4; pHs > 8,4: Dv = 28.(χ + ζ + χ .ζ )K i0 100 Cv (2) ( ζ, χ- theo ®å thÞ) - C«ng thøc kiÓm tra:  100.28  [CO2 ]0 d v = 0,7. + K i .  22  Cv (3) + NÕu Dv (1) hoÆc Dv (2) > dv (3) th× ph¶i thªm vµo n−íc 1 l−îng s«®a: Cv   D Na2CO3 = (Dv − d v ). .100 28 .100   , mg/l 9 10