Các phương pháp xử lý nước cấp nồi hơi
Xử lý nước cấp nồi hơi giúp đem lại hiệu quả kinh tế và kéo dài tuổi thọ của nồi hơi … Xử lý nước cấp nồi hơi là cần thiết cho các loại nồi hơi đặc biệt là với các nồi hơi hiện đại có tốc độ bay hơi cao.
Xử lý nước nồi hơi phải đáp ứng 3 mục tiêu chính:
- Giúp cho quá trình trao đổi nhiệt liên tục
- Bảo vệ chống ăn mòn
- Sản xuất hơi nước chất lượng cao
Một thiết bị xử lý nước cấp nồi hơi hiệu quả và được thiết kế tốt sẽ giúp:
- Tăng cường kiểm soát hóa học bên trong nồi hơi
- Tối đa hóa việc sử dụng hơi nước
- Kiểm soát sự ăn mòn
- Tránh thời gian nghỉ của nhà máy và nâng cao hiệu quả hoạt động của nồi hơi
- Kéo dài tuổi thọ của thiết bị
Phương pháp xử lý nước cấp nồi hơi
Loại bỏ tạp chất từ nước cấp nồi hơi
Nước cấp được lọc để loại bỏ chất lơ lửng và nếu chất rắn lơ lửng rất mịn, có thể cần bước keo tụ để cho phép lọc hiệu quả.
Lọc nước
Lọc là bước đầu tiên thiết yếu trước khi xử lý hóa học và điều hòa nước cấp nồi hơi. Quá trình lọc loại bỏ hoặc giảm thiểu tất cả các loại tạp chất rắn lơ lửng. Nếu không loại bỏ các tạp chất này chúng sẽ dẫn đến sự hình thành cáu cặn nghiêm trọng, khó làm sạch và giảm hiệu suất nồi hơi. Ngay cả nước cấp ngưng tụ phải được lọc trước khi trở lại nồi hơi. Nồi hơi và đường ống hơi tạo ra các hạt gỉ sét … do ăn mòn và các phản ứng khác. Lọc cũng là cần thiết cho bất kỳ quá trình xử lý nước nồi hơi nào để chúng hoạt động đúng. Ví dụ nhựa làm mềm bị phủ bởi chất lơ lửng sẽ bị mất hiệu quả hoạt động và khả năng tái sinh. Màng thẩm thấu ngược bị tắc nghẽn dẫn đến giảm hiệu quả và tuổi thọ ngắn hơn. Nếu nước rất bẩn, quy trình lọc cát được bố trí đầu tiên sau đó là lọc bằng các lõi lọc.
Keo tụ và tạo bông
Đôi khi các hạt lơ lửng trong nước nhỏ đến mức ngay cả các lõi lọc với kích thước nhỏ cũng không thể loại bỏ chúng. Trong những trường hợp như vậy, nước cần được xử lý trước tiên bằng hóa chất keo tụ. Keo tụ là quá trình trung hòa điện tích của các tạp chất có kích thước rất nhỏ, các hạt keo trong nước thành các hạt, khối có kích thước lớn hơn có thể loại bỏ bằng quá trình lọc. Ngoài ra các hạt có điện tích âm khiến chúng đẩy nhau và chống lại sự kết dính với nhau. Do đó keo tụ tạo bông liên quan đến việc vô hiệu hóa các điện tích âm và cung cấp một hạt nhân cho các hạt lơ lửng dính kết. Phản ứng keo tụ là cầu nối của các hạt keo tụ.
Các loại hóa chất keo tụ
Các muối sắt và nhôm như sắt sunfat, clorua sắt, nhôm sunfat, và natri aluminate là những chất keo tụ phổ biến nhất. Mỗi ion sắt và nhôm có ba điện tích dương do đó hiệu quả của chúng có liên quan đến khả năng phản ứng với các hạt keo tích điện âm. Các chất keo tụ này tạo thành một khối trong nước phục vụ như một mạng lưới để thu thập chất lơ lửng.
Polyelectrolytes, là vật liệu tổng hợp đã được phát triển cho mục đích keo tụ tạo bông. Chúng bao gồm các phân tử giống như chuỗi dài với điện tích dương. Trong một số trường hợp, polymer hữu cơ và các loại đất sét đặc biệt được sử dụng trong quá trình keo tụ tạo bông để phục vụ như chất hỗ trợ keo tụ.
PAC và PAM là những hóa chất trợ keo tụ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
Kết tủa hóa học
Kết tủa hóa học là một quá trình trong đó hóa chất được thêm vào phản ứng với các khoáng chất hòa tan trong nước để tạo ra một sản phẩm phản ứng tuyệt đối không hòa tan.
Phương pháp kết tủa được sử dụng trong việc làm giảm độ cứng của nước, độ kiềm và silica.
Ví dụ phổ biến nhất là xử lý làm mềm nước bằng vôi và soda. Phản ứng của vôi và soda trong quá trình làm mềm: Canxi hydroxit phản ứng với canxi cacbonat và magie hòa tan để tạo thành kết tủa không hòa tan. Chúng tạo thành bùn có thể được loại bỏ bằng cách lắng và lọc. Do đó, vôi có thể được sử đụng dể làm giảm độ cứng cứng ở dạng bicacbonat (độ cứng tạm thời) cũng như giảm lượng kiềm bicacbonat trong nước. Vôi phản ứng với magie sunfat và clorua và kết tủa magie hydroxit nhưng trong quá trình này, canxi sunfat hòa tan và clorua được hình thành. Vôi không hiệu quả trong việc loại bỏ canxi sunfat và clorua (độ cứng vĩnh cửu). Soda được sử dụng để giảm độ cứng không bicacbonat (độ cứng vĩnh cửu). Canxi cacbonat hình thành do phản ứng kết tủa dưới dạng bùn và có thể được lọc ra.
Bài viết: Phương pháp làm mềm nước bằng vôi và soda
Trao đổi ion
Trao đổi ion là quá trình hóa học trong đó các ion hòa tan không mong muốn được trao đổi với các ion khác với một điện tích tương tự. Trao đổi ion được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước, thường được sử dụng để làm mềm nước, khử khoáng nước hoặc có thể được sử dụng để loại bỏ các chất khác ra khỏi nước trong quá trình khử kiềm nước, khử ion nước và khử trùng …
Trao đổi ion là một phản ứng hóa học đảo ngược mà một ion được trao đổi với một ion có cùng điện tích được gắn liền trên hạt nhựa
Quá trình trao đổi diễn ra khi các hợp chất không mong muốn có trong nước được đổi chỗ bằng các chất được coi là chấp nhận được. Quá trình trao đổi ion diễn ra ở cả 2 nhóm ion cation tích điện dương và anion tích điện âm.
Khi trao đổi cation các ion tích điện dương tiếp xúc với nhựa trao đổi cation và trao đổi với các ion tích điện dương đã có sẵn trên bề mặt nhựa ( là natri đối với trường hợp làm mềm nước)
Trong quá trình trao đổi anion, các ion tích điện âm được trao đổi với các ion tích điện âm trên bề mặt nhựa trao đổi anion, thường là clourua. Các chất gây ô nhiễm khác nhau như nitrat, fluoride, sulfat và asen … đều có thể được loại bỏ bằng cách trao đổi ion.
Các loại nhựa trao đổi ion
Nhựa trao đổi ion có 2 loại: cation và anion. Nhựa trao đổi cation chỉ phản ứng với các ion tích điện dương như Ca2+ và Mg2+. Nhựa trao đổi anion chỉ phản ứng với các ion tích điện âm như bicacbonat và sunfat. Nhựa trao đổi cation thường hoạt động trên cả natri hoặc hydro. Chúng được thiết kế để thay thế tất cả các cation trong nước bằng natri hoặc hydro.
Nhựa trao đổi anion bao gồm 2 loại: bazo yếu và bazo mạnh. Nhựa anion bazo yếu sẽ không loại bỏ cacbondioxit hoặc silica nhưng sẽ loại bỏ các anion axit mạnh bằng một quá trình tương tự như sự hấp phụ hơn là trao đổi ion.
Nhựa anion bazo mạnh có thể làm giảm cacbon dioxide và silica cũng như các anion axit mạnh đến các giá trị rất thấp. Nhựa anion bazo mạnh thường được vận hành theo chu trình hydroxit. Nhựa trao đổi anion hình thức clorua cũng được sử dụng trong quá trình khử hóa khi giảm độ kiềm.
Bài viết: Nhựa trao đổi ion là gì – Các loại nhựa trao đổi ion
Tái sinh nhựa trao đổi ion
Nhựa trao đổi ion có khả năng nhất định để loại bỏ các ioin ra khỏi nước và khi hết công suất, chúng phải được tái sinh. Tái sinh nhựa trao đổi ion về cơ bản là đảo ngược quá trình trao đổi ion.
Với nhựa trao đổi cation hoạt động theo chu trình natri, muối NaCl được thêm vào để bổ sung dung lượng natri. Nhựa hoạt động theo chu trình hydro được bổ sung bằng cách thêm axit.
Nhựa trao đổi anion thường được tái sinh bằng xút hoặc amoni hdyroxit để bổ sung các ion hydroxit. Muối NaCl cũng có thể được sử dụng để tái sinh nhựa anion ở dạng clorua để khử hóa.
Quá trình tái sinh bao gồm ngâm nhựa trao đổi ion bằng dung dịch đậm đặc của chất tái sinh. Nhựa trao đổi ion sau đó từ bỏ các ion trước đó được loại bỏ khỏi nước và các ion này được rửa sạch khỏi bình. Sauk hi quá trình tái sinh hoàn thành, nhựa trao đổi ion đã sẵn sàng cho dịch vụ tiếp theo.
Bài viết: Tái sinh nhựa trao đổi ion là gì – Các phương pháp tái sinh nhựa trao đổi ion
Làm mềm nước bằng trao đổi ion:
Khi lọc nước qua lớp hạt cationit, nhóm hoạt tính của chúng sẽ tham gia vào phản ứng trao đổi với cation của các muối hòa tan trong nước. Nếu lúc đầu cho lọc qua lớp hạt cationit dung dịch muối tinh khiết đậm đặc thì cation H+ của nhóm hoạt tính của cationit sẽ tham gia vào phản ứng trao đổi với cation Na+ hòa tan trong dung dịch, kết quả ion Na+ được cấy lên toàn bộ bề mặt cationit thay cho ion H+ và cationit biến thành Na-cationit.
Theo mức độ lọc nước qua lớp hạt cation trong bể, ngày càng nhiều nhóm hoạt tính của nó được thay thế bằng ion canxi và magie của nước.
Cuối cùng khả năng trao đổi của cationit hoàn toàn bị kiệt vì tất cả các nhóm hoạt tính của chúng đã bị thay thế bằng ion canxi và magie.
Để khôi phục lại khả năng trao đổi của cation người ta rửa lớp vật liệu lọc bằng dung dịch có nồng độ cao hơn của ion Na+
Bài viết: Làm mềm nước bằng trao đổi ion
Làm mềm nước kết hợp với khử kiềm nước
Nước từ cột trao đổi cation hoạt động theo chu trình natri được trộn với nước từ cột trao đổi cation hoạt động theo chu trình hydro với mục đích là để giảm độ kiềm của nước.
Khử kiềm nước
Một trong những quá trình trao đổi ion để giảm độ kiềm của nước. Trong quá trình này, nước đi qua một bộ trao đổi ion hoạt động theo chu trình clorua. Bộ trao đổi ion này loại bỏ các anion kiềm như cacbonat, bicacbonat, và sunfat, thay thế các ion này bằng clorua.
Khử khoáng nước
Khi nước được lọc qua cả nhựa trao đổi cation và anion, nó được gọi là khử khoáng. Trong quá trình này, trao đổi cation được vận hành theo chu trình hydro, hydro thay thế cho tất cả các cation. Bộ trao đổi anion hoạt động theo chu trình hydroxit, thay thế hydroxit cho tất cả các anion. Nước sau lọc từ quá trình này chủ yếu bao gồm các ion hydro và ion hydroxit tạo thành nước tinh khiết.
Quá trình khử khoáng có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp. Trong quy trình hỗn hợp, các loại nhựa trao đổi cation và anion được trộn lẫn theo 1 tỷ lệ nhất định tạo thành nhựa trao đổi ion hỗn hợp mixbed. Hoặc có thể sắp xếp nhiều cột kết hợp trao đổi cation, anion yếu và mạnh.
Ưu nhược điểm của trao đổi ion
Ưu điểm: Một lợi thế lớn của làm mềm nước bằng trao đổi ion là dễ dàng kiểm soát quá trình.
Hệ thống trao đổi ion chiếm ít không gian hơn hệ thống làm mềm nước bằng vôi soda
Quá trình khử khoáng bằng trao đổi ion cho nước cấp nồi hơi chất lượng tốt hơn và kinh tế hơn so với hầu hết các phương pháp khác
Nhược điểm:
Nhược điểm của làm mềm nước bằng trao đổi ion chu trình natri là tổng chất rắn trong nước, độ kiềm và hàm lượng silica của nước thô không giảm. Trường hợp trao đổi cation trên chu trình hydro, nhược điểm là sự ăn mòn từ PH có tính axit của nước.
Với quá trình khử khoáng, khó khăn chính là chi phí cao hơn đặc biệt với nước thô có độ rắn cao.
Nếu không có quy trình tiền xử lý, việc làm bẩn hạt nhựa trao đổi ion với chất lơ lửng và chất keo trong nước thô có thể tạo ra dòng chảy ngắn, suy thoái trao đổi ion và khó khăn trong quá trình tái sinh.
Khử khí
Oxy hòa tan trong nước là nguyên nhân chính gây ra sự ăn mòn hệ thống nồi hơi. Nó nên được loại bỏ trước khi nước được đưa vào nồi hơi. Khử khí trong nước cấp sẽ loại bỏ oxy bằng cách đun nóng nước bằng hơi nước trong lò khử khí. Một phần của hơi nước được thông hơi, mang theo phần lớn oxy hòa tan.
Bài viết: Các phương pháp khử khí gây ăn mòn nồi hơi
Kết hợp trao đổi ion và làm mềm nước bằng vôi soda
Như đã đề cập, nước có chứa chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ hoặc độ đục đòi hỏi phải lọc, làm trong trước khi trao đổi ion. Bởi vì trao đổi ion đơn giảm không làm giảm tổng chất rắn của nguồn cung cấp nước, đôi khi nó được sử dụng cùng với làm mềm nước bằng vôi và so da. Xử lý nước bằng vôi để giảm độ cứng, độ kiềm và silica sau đó là quá trình lọc và làm mềm bằng trao đổi ion. Sự kết hợp này thực hiện một số chức năng như làm mềm, giảm độ kiềm và silica, giảm một số oxy và loại bỏ chất lơ lửng và độ đục.
Phương pháp thẩm thấu ngược
Để hiểu rõ thẩm thấu ngược RO trước tiên tìm hiểu về thẩm thấu. Thẩm thấu sử dụng màng bán thấm cho phép các ion chuyển từ dung dịch đậm đặc hơn sang dung dịch ít đậm đặc hơn mà không cho phép xảy ra sự đảo ngược.
Thẩm thấu ngược khắc phục áp suất thẩm thấu với áp suất nhân tạo cao hơn để đảo ngược quá trình và tập trung các chất rắn hòa tan ở một bên của màng. Áp lực vận hành khoảng 300 – 900 psi là cần thiết để đạt được điều này. Thẩm thấu ngược làm giảm chất rắn hòa tan của nước thô, quá trình này phù hợp với bất kỳ loại nước thô nào nhưng đôi khi chi phí lắp đặt và vận hành có thể không kinh tế
Bài viết: Lọc thẩm thấu ngược là gì
