›
›

Bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường 1 - Chương 8: Độ cứng

Download
Ñoä Cöùng  
Ñoä cöùng gaây ra do caùc ion kim loaïi hoùa trò II.  
Ca vaø Mg coù maët nhieàu trong nöôùc thieân nhieân.  
Phaân loaïi  
mg/L CaCO
3  
Meàm  
0-75  
75-150  
150-300  
>300  
Trung bình  
Cöùng  
Raát cöùng  
Phaân loaïi cöùng:  
Cöùng canci vaø manhe  
Cöùng carbonate vaø noncarbonate (phi carbonate)  
Ñoä cöùng toång coäng = Cöùng carbonate + cöùng noncarbonate  
1
Calci trong nöôùc  
Trong soá caùc cation thöôøng gaëp trong nöôùc ngoït, Ca thöôøng coù noàng ñoä  
cao nhaát. Calci laø nguyeân toá chìa khoùa trong raát nhieàu caùc quaù trình ñòa  
hoùa vaø hình thaønh caùc khoaùng töø nguoàn caùc ion calci trong nöôùc.  
Caùc khoaùng taïo thaønh ban ñaàu laø gypsum (thaïch cao) CaSO
4
. 2H
2
O;  
anhydrite, CaSO4; dolomite CaMg(CO3)2; calcite vaø aragoniet vaø caùc  
daïng khoaùng khaùc nhau cuûa CaCO3.  
Ion calci cuøng vôùi ion magne vaø coù theå tính theâm ion saét (II) taïo thaønh  
ñoä cöùng cuûa nöôùc. Moät trong nhöõng ñaëc tröng cuûa nöôùc cöùng laø maø cho  
xaø boâng keát tuû. Ñoä cöùng taïm htôøi laø do söï hieän dieän cuûa ion calci vaø ion  
bicarbonate trong nöôùc vaø ñöôïc loaïi boû baèng caùch ñun soâi nöôùc:  
Ca2+ + 2 HCO3 ' CaCO3(S) + CO2(g) + H2O  
-
2
1
Calci trong nöôùc  
Gia taêng nhieät ñoä coù theå ñaåy phaûn öùng veà beân phaûi do giaûi phoùng khí  
CO2 vaø caën CaCO3 taïo thaønh keát tuûa traéng.  
Nöôùc coù chöùa nhieàu khí carbonic hoøa tan calci trong caùc khoaùng chaát  
carbonate:  
CaCO3(S) + CO2(aq) + H2O ' Ca2+ + 2 HCO3  
-
Khi phaûn öùng xaûy ra theo chieàu ngöôïc laïi vaø khí carbonic ñöôïc giaûi  
phoùng ra khoûi nöôùc, keát tuûa calci cacbonate seõ ñöôïc taïo thaønh vaø laéng  
xuoáng. Noàng ñoä khí carbonic trong nöôùc xaùc ñònh löôïng CaCO
3
hoøa tan.  
Löôïng khí carbonic hoøa tan trong nöôùc do caân baèng vôùi khí quyeån  
khoâng ñuû ñeå taïo neân löôïng CaCO3 hoøa tan trong nöôùc thieân nhieân, ñaëc  
bieät laø nöôùc ngaàm. Quaù trình hoâ haáp cuûa caùc VSV phaân huõy caùc chaát  
höõu cô trong nöôùc, buøn laéng vaø ñaát.  
3
Caùc Phöông Phaùp Khöû Cöùng  
Hai phöông phaùp:  
Khöû baèng voâi vaø soda  
Trao ñoåi ion  
Khöû Cöùng baèng hoùa chaát:  
Sau quaù trình khöû cöùng baèng voâi soda, ñoä cöùng coøn laïi khoaûng 50-85 mg  
CaCO3/L.  
Ñoái vôùi ñoä cöùng carbonate:  
CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + H2O (Keát tuûa khi pH = 8.3)  
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3 ↓ + H2O (keát tuûa khi pH = 9.4)  
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + Mg(CO3) + H2O  
MgCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + Mg(OH)2 ↓ (keát tuûa khi pH = 10.6)  
4
2
Khöû Cöùng Voâi+Soâda  
Ñoái vôùi ñoä cöùng noncarbonate:  
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + Na2SO4  
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + 2NaCl  
MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 ↓+ CaCl2  
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ +2NaCl  
MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 ↓ + CaSO4  
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 ↓ + Na2SO4  
Do nöôùc sau laøm meàm coù pH cao (10.6) vaø coù haøm löôïng CaCO3 cao  
Î phaûi oån ñònh ñeå CaCO3 khoâng keát tuûa trong beå loïc hoaëc maïng löôùi  
oáng daãn.  
5
Khöû Cöùng Voâi+Soâda  
Quaù trình oån ñònh baèng khí CO2 hoaëc H2SO4 goïi laø quaù trình taùi  
carbonic (Recarbonatrion).  
Khi ñoù pH giaûm xuoáng coøn 8.3 – 8.6, nöôùc khoâng coù tính laéng caën.  
Phaûn öùng xaûy ra nhö sau:  
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2  
Mg(OH)2 + CO2 + H2O → MgCO3 + H2O  
Khi haøm löôïng Mg<40 mg/L:  
Troän (voâi hoaëc voâi + soda (pH=9.4)) → Laéng tieáp xuùc → Taùi carbonic (pH = 8.6)  
→ loïc  
Khi haøm löôïng Mg > 40 mg/L:  
Troän (voâi (pH = 10.8)) → Laéng tieáp xuùc → Taùi carbonic (pH > 9.5) → troän  
(soda)→ Laéng tieáp xuùc → taùi carbonic (pH = 8.6) → Loïc.  
6
3
Khöû Cöùng Voâi+Soâda  
Voâi + soda (pH=9.4)  
Keo tuï  
Laéng  
CO2  
Loïc  
Troän  
Taùi carbonic  
buøn  
khöû nöôùc  
Neùn buøn  
buøn  
7
Moái Lieân Quan Giöõa Ñoä Cöùng vaø Kieàm  
Ñoä kieàm: toång anion OH-, CO32-, HCO3  
-
Phaân loaïi:  
P alk: Ñònh phaân acid khi chæ thò Phenolthalein chuyeån maøu töø  
hoàng Æ khoâng maøu  
M alk: Ñònh phaân acid khi chæ thò Methyl Orange chuyeån maøu  
töø vaøng Æ cam. M alk = Total Alk  
Khi pH < 8.3: P Alk = 0, M Alk = haøm löôïng bicarbonate  
Ion  
-
PA = 0  
TA  
PA <(TA/2)  
TA – 2PA  
PA = TA/2  
0
PA > (TA/2)  
0
HCO3  
2-  
CO3  
OH-  
0
0
2PA  
0
TA  
0
2(TA-PA)  
2PA-TA  
8
4
Moái Lieân Quan Giöõa Ñoä Cöùng vaø Kieàm  
P Alk = haøm löôïng OH vaø ½ haøm löôïng carbonate  
P Alk = M Alk/2 Î chæ coù carbonates  
P Alk = M alk Æ chæ coù OH- hieän dieän  
Ñoä cöùng toång coäng = ñoä cöùng vænh cöõu + ñoä cöùng taïm thôøi  
TH  
=
(TH- M Alk)  
+ M Alk  
9
Thí Duï  
Q = 25.000 m3/ngaøy  
CO2 = 44 mg/L  
Ca2+ = 400 mg CaCO3/L (80 mg Ca2+/L)  
Mg2+ = 100 mg CaCO3/L (24 mg Mg2+)  
Na+ = 46 mg Na/L  
-
HCO3 = 225 mg CaCO3/L  
SO42- = 96 mg/L  
Cl- = 89 mg/L  
Xaùc ñònh löôïng hoùa chaát tieâu thuï trong ngaøy.  
Tính öu tieân:  
Fe2+ > Ca2+ > Mg2+ > Na2+  
CO3 >HCO3 > SO4 >NO3 >Cl-  
2-  
-
2-  
-
10  
5
Giaûi  
Q = 25.000 m3/ngaøy  
CO2 = 22 mg/L = 22 mg/L: 22 = 1meq/L  
Ca
2+
= 250 mg CaCO
3
/L (100
 
mg Ca
2+/L) = 250/50 = 5 meq/L  
Mg2+ = 100 mg CaCO3/L (24 mg Mg2+) = 100/50 = 2 meq/L  
Na+ = 46 mg Na/L = 46/23 = 2 meq/L  
-
HCO3 = 225 mg CaCO3/L = 4.5 meq/L  
SO42- = 96 mg/L = 2 meq/L  
Cl- = 89 mg/L = 2.5 meq/L  
10.0  
10.0  
6.0  
1.0  
8.0  
Ca2+  
Mg2+  
Na+  
Cl-  
CO2  
-
2-  
HCO3  
SO4  
5.5  
7.5  
11  
Giaûi  
Tính toaùn löôïng hoùa chaát:  
1 CO2 + 1 CaO Æ 1 CaCO3 ↓  
4.5 (Ca+ 2HCO3) +4.5 CaO Æ 4.5 CaCO3 ↓  
0.5 (Ca+ SO4) + 0.5 Na2CO3 Æ 0.5 CaCO3 ↓ + 0.5(2Na + SO4)  
1.5 (Mg + SO4) + 1.5 CaO Æ 1.5 Mg(OH)2↓ + 1.5(Ca + SO4)  
1.5 (Ca+ SO4) + 1.5 Na2CO3 Æ 1.5 CaCO3 ↓ + 1.5(2Na + SO4)  
0.5 (Mg + 2 Cl) + 0.5 CaO Æ 0.5 Mg(OH)2↓ + 0.5(Ca + 2 Cl)  
0.5(Ca + 2 Cl) + 0.5 Na2CO3 Æ 0.5 CaCO3 ↓ + 0.5 (2Na +2 Cl)  
10.0  
6.0  
1.0  
8.0  
Ca2+  
Mg2+  
Na+  
Cl-  
CO2  
-
2-  
HCO3  
SO4  
5.5  
7.5  
10.0  
12  
6
Thí Duï  
Löôïng voâi dö = 1.25 meq/L (naâng pH =10.8)  
Löôïng CO
2
ñeå trung hoøa:  
1.25 (Ca + OH) + 1.25 CO2 Æ 1.25 CaCO3 ↓  
Giaû sử 40 mg/L CaCO3 vaø 10 mg/L Mg(OH)2 coøn laïi sau xöû lyù  
Trong ñoù 25 mg CaCO3/L chuyeån hoùa thaønh Ca(HCO3)2 , CaCO3 coøn  
laïi vôùi haøm löôïng caân baèng 15 mg CaCO3/L:  
0.2 Mg(OH)2 + 0.4 CO2 Æ 0.2 Mg (HCO3)2  
0.5 CaCO3 + 0.5 CO2 Æ 0.5 Ca(HCO3)2  
13  
Thí Duï  
Toång löôïng hoùa chaát:  
Voâi =1 + 4.5 + 1.5 + 0.5 + 1.25 = 8.75 meq/L = 8.75 eq/m3  
Soda = 0.5 + 1.5 + 0.5 = 2.5 meq/L = 2.5 eq/m3  
CO2 = 1.25 + 0.4 + 0.5 = 2.15 meq/L  
Löôïng hoùa chaát söû duïng moãi ngaøy:  
Voâi: 8.75 eq/m3 x 28 g/eq x 25.000 m3/ngaøy x 1kg/1000g = 6.125 kg/ngaøy  
Soda: 2.5 eq/m3 x 53 g/eq x 25.000 m3/ngaøy x 1kg/1000g = 1.750 kg/ngaøy  
CO2 = 2.15 eq/m3 x 22 g/eq x 25.000 m3/ngaøy x 1kg/1000g = 1.505 kg/ngaøy  
14  
7
Thí Duï  
Chaát raén saûn sinh:  
•
•
CaCO
3
= 1 + 4.5 + 0.5 + 1.5 +1.25 – 0.8 = 7.95 meq/L  
Mg(OH)2 = 1.5 + 0.5 - 0.2 = 1.8 meq/L  
Toång chaát raén sinh ra moãi ngaøy:  
•
CaCO3 = 7.95 eq/m3 x 50 g/eq x 25.000 m3/ngaøy x 1/1000= 9.938 kg/ngaøy  
•
Mg(OH)2 = 1.8 eq/m3 x 29 g/eq x 25.000 m3/ngaøy x 1/1000= 1.305 kg/ngaøy  
Giaû söû caën CaCO3 vaø Mg(OH)2 ruùt ra khoûi beå neùn buøn coù haøm löôïng  
khoaûng (TSS = 200 g/L) (TS = 20%).  
•
Theå tích buøn ruùt ra khoûi beå neùn buøn: (9938+1305)kg/200 = 56 m3/ngaøy  
15  
8
pdf 8 trang Thùy Anh 16500 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường 1 - Chương 8: Độ cứng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_hoa_ky_thuat_moi_truong_1_chuong_8_do_cung.pdf