Clo là chất oxy hóa mạnh, sự có mặt của clo trong nước làm hỏng nhựa trao đổi ion khiến các hạt bị vỡ và không còn tác dụng trao đổi ion. Bài viết giúp bạn tìm hiểu clo làm hỏng nhựa trao đổi ion như thế nào, mức clo trong nước có thể chấp nhận được đối với hạt nhựa.

Tại sao clo có mặt trong nước

Clo là chất khử trùng hiệu quả cao tiêu diệt mầm bệnh trong nước và nước thải. Vi khuẩn và virut có liên kết hóa học trong phân tử của chúng. Hợp chất clo phá vỡ các liên kết này trong phân tử bằng cách trao đổi nguyên tử với các hợp chất khác trong vi khuẩn chẳng hạn như enzyme. Quá trình xử lý bằng clo có thể diễn ra bất kỳ lúc nào trong quá trình xử lý nước uống và nước thải.

Đối với nguồn nước uống hàm lượng clo tự do cho phép ở mức 0,3 – 0,5 ppm để đảm bảo duy trì khử trùng trong toàn bộ hệ thống phân phối nước

Đặc điểm nhựa trao đổi ion

Nhựa trao đổi ion được sản xuất từ styrene và  divinylbenzen DVB. DVB là chất liên kết chéo và giữ cho styrene không hòa tan trở lại vào nước. Tỷ lệ % liên kết chéo của nhựa quyết định mức độ chống lại sự oxy hóa. Nhựa làm mềm thường chứa từ 7 – 10% DVB. Nhựa tốt nhất để làm mềm nước là nhựa liên kết chéo 8% vừa đảm bảo giữa khả năng chống oxy hóa và khả năng loại bỏ các ion gây ra độ cứng của nước. Nhựa cation liên kết chéo 10% được sử dụng cho các ứng dụng có yêu cầu cao hơn mức clo và thường đắt hơn, có tuổi thọ cao hơn.

Nhựa trao đổi ion có hạn sử dụng phụ thuộc vào sự hiện diện của các chất oxy hóa như clo, tác động của nhiệt độ, tần suất tái sinh, sự hiện diện của đồng hoặc sắt và mức độ tiếp xúc với các chất gây ô nhiễm. Clo làm hỏng hầu hết các loại nhựa trao đổi ion bằng cách oxy hóa chúng.

Cụ thể clo làm hỏng nhựa như thế nào ?

Clo làm hỏng nhựa trao đổi ion như thế nào?

Nhựa trao đổi ion được hình thành từ sự liên kết chéo giữa styrene và divinylbenzen. DVB  đóng vai trò là chất kết dính giúp liên kết các hạt nhựa.  Khi liên kết này bị phá hủy, nhựa sẽ bị thoái hóa và mất tác dụng.

Clo là chất oxy hóa mạnh làm phá vỡ liên kết chéo Divinylbenzen DVB của nhựa cation. Mức DVB thấp hơn cho phép nhựa nở ra và hấp thụ nhiều nước hơn. Sự không đồng đều của quá trình nở ra có xu hướng làm giảm độ ổn định vật lý dẫn đến tăng khả năng vỡ hạt thành các hạt mịn nhỏ do DVB bị phá hủy, styrene sẽ tách ra. Trong nhựa cation axit mạnh có mối quan hệ trực tiếp giữa tổng dung tích và khả năng giữ ẩm. Khi tỷ lệ độ ẩm tăng, tổng công suất sẽ giảm và tuổi thọ còn lại của hạt nhựa sẽ ngắn hơn.

Nhựa anion và nhựa mixbed (nhựa hỗn hợp) dễ bị ảnh hưởng bởi clo hơn nhiều. Quá trình oxy hóa nhựa anion gây ra sự giải phóng vị trí chức năng amin, trái ngược với quá trình oxy hóa nhựa cation là tấn công liên kết chéo divinylbenzen.

Sự tấn công liên tục của clo vào nhựa trao đổi ion khiến nhựa mất dạng hình cầu và độ cứng. Dấu hiệu là có thể nghiền nát hạt bằng đầu ngón tay, mất áp suất trong quá trình chảy dịch vụ do sự nén chặt của các hạt nhựa bị vỡ bên trong lớp nhựa.

Nguyên tắc chung được sử dụng về tuổi thọ của nhựa trao đổi ion khi có clo: Mức clo 1ppm sẽ làm giảm tuổi thọ của nhựa đi một nửa. Nhựa làm mềm có khả năng năng chống oxy hóa vừa phải có thể có tuổi thọ lên đến 10 năm khi xử lý nước có mức clo lên đến 0,5 ppm.

• Nhựa anion loại 1 mức clo tự do tối đa: 0,1 ppm
• Nhựa anion loại 2 mức clo tự do tối đa 0,05 ppm
• Nhựa anion bazo yếu mức clo tự do tối đa 0,1 ppm
• Nhựa ion hỗn hợp mixbed mức clo tự do tối đa 0,1 ppm
• Nhựa hỗn hợp mixbed 2 cột mức clo tự do tối đa 0,05 ppm

Kiểm tra nhựa trao đổi ion bị phá hủy  bởi clo

Cách kiểm tra nhựa trao đổi ion bị  làm hỏng bởi clo là kiểm tra độ nén của nhựa. Nếu có thể nghiền nát nhựa bằng ngón tay thì nhựa đã bị oxy hóa và độ ẩm đã tăng lên. Đây là lúc cần thay thế nhựa trao đổi ion mới. Nhìn chung nhựa đã bị oxy hóa bởi clo có độ ẩm tăng lên trong khi nhựa bị bẩn có độ ẩm giảm. Nhựa đã bị oxy hóa có thể góp phần gây ô nhiễm bởi nước thải bao gồm các chất hữu cơ dễ bay hơi và một loạt các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp đến cao.

Làm thế nào bảo vệ nhựa trao đổi ion khỏi sự tấn công của clo

Clo làm hỏng nhựa trao đổi ion vì vậy tốt nhất là loại bỏ clo trước khi vào cột chứa nhựa. Clo có thể xử lý ở mức thấp bằng ánh sáng mặt trời hoặc sục khí và loại bỏ bằng bộ lọc than hoạt tính dạng hạt. Bộ lọc than hoạt tính làm giảm nồng độ clo (1 – 2 ppm) xuống dưới 0,1 ppm.