Nước cứng là gì ?
Nước
cứng là nước chứa ion có hoá trị 2 như Ca2+, Mg2+, … Cụ thể nước tự
nhiên được coi là cứng nếu chứa trên ba mili đương lượng gam cation
canxi (Ca2+) và magie (Mg2+) trong một lít.
Nước nhiều Mg2+ có vị đắng. Tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ đặc trưng cho tính chất cứng của nước.
Ngày
nay, người ta còn tính cả ion Fe2+ và Na+ vào độ cứng. Độ cứng của nước
thiên nhiên dao động rất nhiều và đặc trưng lớn ở nước ngầm.
Các loại nước cứng và ảnh hưởng của nước cứng:
Nước
cứng tạm thời: có mặt của muối cacbonat và bicacbonat Ca, Mg. Loại nước
này khi đun sôi sẽ tạo ra muối kết tủa CaCO3 và MgCO3.
Độ cứng vĩnh cữu của nước do các loại muối sunfat hoặc clorua Ca, Mg tạo ra. Loại muối này thường khó xử lý.
Ngày
nay, người ta còn tính cả ion Fe2+ và Na+ vào độ cứng. Độ cứng của nước
thiên nhiên dao động rất nhiều và đặc trưng lớn ở nước ngầm.
2. Độ cứng của nước trong tự nhiên:
Trong
tự nhiên có rất nhiều nguồn nước có độ cứng thấp, ví dụ như nước mưa –
độ cứng của nước mưa gần như bằng 0. Ngoài ra, độ cứng của nước sông, và
phần lớn ao hồ ở đồng bằng cũng rất thấp vì nguồn nước của chúng là
nước mưa (có lẽ đó cũng là nguyên nhân làm cho phần lớn sinh vật thủy
sinh kém thích nghi với nước cứng). Ngược lại suối và ao hồ ở những vùng
núi đá vôi lại có độ cứng khá cao. Hầu như tất cả nước ngầm đều có độ
cứng rất cao.
Nước máy ở Hà nội có độ cứng tạm thời từ 250-320 ppm, tức là 5-6,4 mgdl/l hay 14-18 dH
Nước giếng khoan (chưa xử lý) ở HN có độ cứng tạm thời từ 250-450 ppm, , tức là 5-9 mgdl/l hay 14-25 dH
3. Tác hại của nước cứng:
Độ
cứng vĩnh viễn của nước ít ảnh hưởng đến sinh vật trừ phi nó quá cao,
ngược lại, độ cứng tạm thời (ĐCTT) lại có ảnh hưởng rất lớn. Nguyên nhân
là vì thành phần chính tạo ra ĐCTT là các muối bicarbonat Ca và Mg:
Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2, chúng là các muối hòa tan hoàn toàn nhưng không
ổn định, không bền. Chúng dễ dàng bị phân hủy thành CaCO3, MgCO3 là các
muối kết tủa:
Ca(HCO3)2 => CaCO3 + H2O + CO2
Mg(HCO3)2 => MgCO3 + H2O + CO2
Khi
phản ứng phân hủy xảy ra trong cơ thể sinh vật, các muối này kết tủa
trong cơ thể sinh vật sẽ gây hại không nhỏ. Ở con người, chúng là nguyên
nhân gây ra sỏi thận và 1 trong các nguyên nhân gây tắc động mạch do
đóng cặn vôi ở thành trong của động mạch. Lưu ý là các muối CaCO3 và
MgCO3 là các muối kết tủa và chúng không thấm qua niêm mạc hệ tiêu hóa
của chúng ta được, chỉ các muối hòa ta mới thấm được thôi. Vì vậy nước
cứng chỉ có tác hại do các muối bicarbonat.
4. Cách xử lý nước cứng:
4.1. Phương pháp nhiệt
Cơ
sở lý thuyết của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic
hòa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chất cacbonic sẽ
chuyển dịch theo phương trình phản ứng sau:
2HCO3- → CO32- + H2O + CO2
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Nên Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + CO2 + H2O
Tuy
nhiên, khi đun nóng nước chỉ khử được hết khí CO2 và giảm độ cứng
cacbonat của nước, còn lượng CaCO3 hòa tan vẫn còn tồn tại trong nước.
4.2. Phương pháp hóa chất
Trong
thực tế áp dụng hàng loạt phương pháp xử lý nước bằng hóa chất với mục
đích kệt hợp các 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, sođa Na2CO3, xút NaOH, hyđrôxit bari Ba(OH)2, photphat natri
Na3PO4.
Chọn
phương án làm mềm nước bằng hóa chất cần phải 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…
Ngoài
ra trong mỗi trường hợp cụ thể phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ
thuật giữa các phương pháp, đặc biệt là với phương pháp làm mềm bằng
cationit.
Chưng cất nước: về nguyên tắc, nước cất có thể coi là H2O tinh khiết hoàn toàn.
Loc
RO (thẩm thấu ngược): công nghệ lọc RO cho phép loại bỏ gần như tất cả
các chất hòa tan và không hòa tan ra khỏi nước, nước lọc RO có thể coi
là H2O tinh khiết (tuy không bằng nước cất)
4.3 Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi
Khử
độ cứng cacbonat của nước bằng vôi có thể áp dụng trong trường hợp
ngoài yêu cầu giảm độ cứng cần phải giảm cả độ kiềm của nước.
4.4. Làm mềm nước bằng vôi và sođa (Na2CO3)
Làm
mềm nước bằng vôi và sođa 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
magiê ở mức tương đương với hàm lượng của ion hyđrôcacbonat trong nước.
4.5 Bằng quá trình lọc thẩm thấu RO
Ngoài
những phương pháp trên thì vào những năm 50 của thế kỷ trước con người
đã phát minh ra công nghệ lọc nước RO bằng quá trình lọc thẩm thấu máy lọc nước RO cho ra được nước tinh khiết và loại bỏ được hoàn toàn các muối chứa canxi và magie có trong nước
4.5 Bằng các lõi lọc NaNo
Về
mặt kĩ thuật, để sản xuất được màng lọc có kích thước nano đó là một
bước tiến lớn về mặt công nghệ. Với mắt sàng chỉ với kích thước 1/tỷ
mét, kết quả lọc sẽ là rất tốt. Không một loại vi khuẩn hay vi rút nào
có thể xâm nhập qua màng này.