Làm mềm nước là quá trình làm giảm nồng độ ion canxi và magie là chất gây ra độ cứng của nước. Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết, chất lượng nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm thích hợp nhất. 

1. Làm mềm bằng hóa chất

Trong thực tế áp dụng hàng loạt phương pháp xử lý bằng hóa chất với mục đích kết hợp ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước thành các hợp chất không tan dễ lắng và lọc. Các hóa chất thường dùng để làm mềm nước là: vôi, soda Na2CO3, xút NaOH, bari hydroxit Ba(OH)2, natri photphat Na2PO4 .

Phương pháp này thường được sử dụng khi dùng để xử lý trong môi trường công nghiệp với lượng nước lớn, cần dựa vào chất lượng nước nguồn và mức độ làm mềm cần thiết. Trong một vài trường hợp có thể kết hợp làm mềm nước với khử sắt, khử silic, khử photphat.

Khử độ cứng bằng nước vôi

Khi cho dung dịch vôi bão hòa hay sữa vôi vào nước, trước hết chúng kết hợp với CO2 hòa tan trong nước tạo thành ion hydrocacbonat thep phản ứng:

                           2CO2      +      Ca(OH)2   →  Ca(HCO3)2  

Tiếp tục cho vôi vào nước vôi sẽ kết hợp với ion hydrocacbonat thành ion cacbonat. Ion cacbonat mới tạo thành kết hợp với ion canxi có trong nước tạo thành cặn CaCO3 sẽ lắng đọng tách ra khỏi nước.      

           Ca(HCO3)2      +     Ca(OH)2   →   CaCO3 ↓  +     2H2O

Để khử độ cứng magie phải pha vào nước một lượng vôi đủ để tạo thành  magie hydroxit không tan.

          Mg(HCO3)2     +     Ca(OH)2       →    Mg(OH)2    +    CaCO3 ↓  +     2H2O

Khử bằng vôi và soda (Na2CO3)

Làm mềm bằng vôi và soda là phương pháp có hiệu quả đối với thành phần ion bất kỳ của nước. Khi cho vôi vào nước khử được độ cứng canxi và magie ở mức tương đương với hàm lượng của ion hydrocacbonat trong nước. Nếu cho thêm vôi vào nước sau khi đã chuyển tất cả CO2   và ion hydrocacbonat thành ion cacbonat và để lắng xuống dưới dạng hợp chất CaCO3  thì tùy trong nước có tạo ra cặn không tan Mg(OH)2  làm giảm độ cứng magie, nhưng tổng độ cứng không giảm vì Ca2+ của vôi mới cho vào thay ion Mg2+. Chính vì vậy cần phải cho Na2CO3 vào nước ion Ca2+ còn dư sẽ chuyển thành cặn theo phản ứng:

        CaSO4          +      Na2CO3     →     CaCO3↓     +    Na2SO4  

 

         CaCl2          +      Na2CO3     →     CaCO3↓     +    NaCl 

Làm mềm bằng photphat và bari

Khi làm mềm nước bằng vôi và sođa đo độ cứng của nước sau khi làm mềm còn tương đối lớn, người ta bổ sung phương pháp làm mềm triệt để bằng photphat. Hóa chất thường dùng là trinatri photphat hay dinatri photphat. Khi cho các hóa chất này vào nước chúng sẽ phản ứng với ion canxi và magie tạo ra muối photphat của canxi và magie không tan trong nước.

      3Ca(HCO3)2    +    2Na3PO4     →     Ca(PO4)2↓     +    NaHCO3  

       3Mg(HCO3)2    +    2Na3PO4     →     Mg(PO4)2↓     +    NaHCO3

       3CaCl2             +    2Na3PO4     →     Ca(PO4)2↓     +    6NaCl  

      3 MgSO4         +    2Na3PO4      →     Mg3(PO4)2↓     +    3Na2SO4 

Quá trình làm mềm nước bằng photphat để đạt được độ cứng bá thường tiến hành ở nhiệt độ nước lớn hơn 100oC . Với quá trình này có thể thu được nước sau làm mềm có độ cứng gần 10 ppm. Do giá thành cao của photphat, nên thường không dùng thuần túy photphat để làm mềm nước sau khi dùng vôi và soda.

Để khử độ cứng sunfat có thể dùng cacbonat bari BaCO3, Hydroxit bari Ba(OH)2 hay aluminat bari Ba(AlO2)2. Quá trình làm mềm diễn ra theo phản ứng sau:

               CaSO4    +    BaCO3     →     BaSO4↓     +    CaCO3↓

               MgSO4    +    BaCO3     →     BaSO4↓     +    MgCO3

               MgCO3    +    Ca(OH)2     →     Mg(OH)2↓     +    CaCO3↓

Dùng      Ba(OH)2: 

               CaSO4    +    Ba(OH)2     →     BaSO4↓     +    Ca(OH)2

               Ca(OH)2    +    Ca(HCO3)2     →     2CaCO3↓     +   2H2O

               MgSO4    +    Ba(OH)2     →     BaSO4↓     +    Mg(OH)2↓

Vì các hợp chất bari cũng có giá thành cao nên phương pháp này chỉ được dùng hạn hữu. Bari là hóa chất độc, do đó không thể dùng để xử lý nước ăn uống.

2. Làm mềm bằng phương pháp nhiệt

Làm mềm bằng phương pháp nhiệt dựa trên nguyên tắc: khi đun nóng nước cân bằng hợp chất cacbonic chuyển dịch về phía tạo ra cặn không tan canxi cacbonat. 

                Ca(HCO3)2         →     CaCO3↓     +   CO2 ↑    +   H2O

Sự chuyển dịch cân bằng xảy ra do giảm độ hòa tan trong nước của CO2 khi tăng nhiệt độ nước.  Khi đun sôi có thể khử được hoàn toàn khí CO2  do đó giảm được một lượng độ cứng cacbonat. Tuy nhiên không thể khử hoàn toàn độ cứng cacbonat bằng đun sôi mặc dù độ hòa tan của nó rất  bé (13 mg/l ở 18oC) và trong nước vẫn có CaCO3 hòa tan.

Khi trong nước có magie cacbonat quá trình biến nó thành cặn xảy ra như sau: đầu tiên tạo ra hợp chất magie cacbonat hòa tan trong nước (110 mg/l ở 18oC).

                         Mg(HCO3)2         →     MgCO3     +   CO2↑    +   H2O

Muối MgCO3  khi tiếp tục đun sôi bị thủy phân tạo thành cặn khó hòa tan Mg(OH)2 (8.4 mg/l). 

                          MgCO3     +   H2O       →     Mg(OH)2     +   CO2↑    

3. Làm mềm nước bằng Cationit

Làm mềm nước bằng cationit dựa trên tình chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước – cationit, nhưng có khả năng trao đổi ion khi ngâm trong nước các chất này hấp thụ cation của muối hòa tan lên bề mặt hạt và nhả vào nước một số lượng tương đương cation của muối hòa tan lên bề mặt hạt vào nước số lượng tương đương cation đã được cấy lên bề mặt hạt từ trước. Phương trình phản ứng trao đổi ion cation làm mềm nước như sau:

                      2 RNa  +   Ca(HCO3)2      ↔  R2Ca     + 2 NaHCO3

                      2 RNa  +   Mg(HCO3)2      ↔  R2Mg     + 2 NaHCO3

                      2 RNa  +   CaCl2      ↔  R2Ca     + 2NaCl

                      2 RNa  +   MgCl2      ↔  R2Mg     + 2NaCl

                      2 RNa  +   CaSO4      ↔  R2Ca     + 2Na2SO4

                      2 RNa  +   MgSO4      ↔  R2Mg     + 2Na2SO4

Chọn phương pháp làm mềm nước bằng cationit phải dựa vào yêu cầu đối với chất lượng nước sau xử lý, thành phần muối hòa tan trong nước nguồn. Trong tất cả các trường hợp, khi chỉ cần giảm độ cứng của nước thì phương pháp làm mềm rẻ nhất là Na- cationit. Khi nước nguồn có độ kiềm cao, độ cứng magie cao hay hàm lượng sắt cao thường được áp dụng phương pháp phối hợp: đầu tiên làm mềm nước bằng vôi sau đó lọc qua bể lọc Na – cationit.

 Đây là công nghệ hay được sử dụng để phục vụ cho các cá nhân và các hộ gia đình bởi tính tiện dụng an toàn của phương pháp. 

Độ cứng lý tưởng được đưa ra để uống.

Nước cứng có nhiều khoáng chất hòa tan, phần lớn là canxi và magiê. Chúng ta có thể đã cảm thấy tác hại của nước cứng, như khi sử dụng xà phòng để rửa, bạn có thể cảm thấy như có một lớp cặn bám trên tay. Trong nước cứng, xà phòng phản ứng với canxi (có hàm lượng canxi tương đối cao trong nước cứng) để tạo thành “váng xà phòng”. Khi sử dụng nước cứng, cần thêm xà phòng hoặc chất tẩy rửa để làm sạch mọi thứ, có thể là tay, tóc hoặc quần áo của bạn.  Nước cứng có thể làm gây tắc nghẽn đường ống hoặc thiết bị đun làm giảm khả năng truyền nhiệt hoặc giảm lưu lượng chảy của nước. 

Nhưng nước cứng cũng có một số lợi ích. Con người cần khoáng chất để duy trì sức khỏe và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO)  tuyên bố rằng nước uống có thể là nguồn cung cấp canxi và magiê trong chế độ ăn uống và có thể quan trọng đối với những người thiếu canxi và magiê. 

Mức độ nước cứng lý tưởng được các chuyên gia đưa ra là 170 mg/l. Độ cứng cần được xử lý khi vượt quá mức tiêu chuẩn của Bộ Y tế đưa ra ở QCVN 01-2009/BYT là 300 mg/l.

>>> Xem thêm:  Giải mã bí mật về nước bám cặn trắng chưa ai nói cho bạn biết