Khử khoáng bằng nhựa trao đổi ion: khi nào hai cột là đủ, khi nào cần mixed bed

Cation-anion hai cột và mixed bed không phải hai phương án thay thế nhau. Hai cột gánh tải ion với lượng hóa chất hợp lý, còn mixed bed chỉ đáng dùng khi nước vào đã rất ít muối và chỉ tiêu nước ra vượt mức hai cột làm được.

1Hai cột hay mixed bed: chọn theo tải ion và chỉ tiêu

Hai cột để riêng từng loại nhựa, nên mỗi loại được tái sinh riêng và gánh được tải ion lớn. Mixed bed trộn hai loại trong một bồn, thiết kế để lấy chất lượng chứ không lấy hiệu quả hóa chất: DuPont ghi liều tái sinh thường cao hơn cột riêng 15-20%, tái sinh mất khoảng 4 giờ, chu kỳ lý tưởng tối thiểu 24 giờ.

Từ đó có giới hạn thực tế của nước vào mixed bed: độ mặn dưới 1 meq/L (50 mg/L tính theo CaCO3), TDS dưới 100 mg/L, độ dẫn dưới 100 µS/cm. Nước nhiều CO2 thì mốc độ mặn còn thấp hơn. Vượt các mốc này, lưu lượng phải giảm dưới mức khuyến nghị và trao đổi kém ổn định.

2Thứ tự cột và lý do

1. Tiền xử lý. Giới hạn cặn, dầu, chất hữu cơ, sắt, mangan. Chlorine oxy hóa nhựa.
2. Cation axit yếu (tùy chọn). Đặt trước SAC khi độ cứng tạm thời trên 40% và axit khoáng tự do thấp.
3. SAC-H. Đổi cation sang H+, bicarbonate thành CO2, nước ra có tính axit.
4. Khử CO2 (tùy chọn). Đặt trước các cột anion để giảm NaOH. Hệ đến khoảng 10 m³/h thường không kinh tế. Hệ lớn có CO2 tổng trên 50-100 mg/L thì hoàn vốn nhanh.
5. WBA (tùy chọn). Hợp nhà máy lớn khi axit mạnh thường trên 60% tổng anion. WBA không loại CO2 và silica.
6. SBA-OH. Type 1 rò silica khoảng 20 ppb khi tái sinh ngược dòng. Type 2 tái sinh hiệu quả hơn nhưng rò khoảng 50 ppb, giới hạn nhiệt thấp hơn.
7. Mixed bed. Đứng cuối.

Cation luôn đứng trước anion: cột cation axit hóa nước nên CO2 mới tách được, và WBA chỉ giữ axit mạnh sinh ra sau cột cation. Khi tính, tách riêng tải cation và tải anion. DuPont đề nghị biên an toàn 5% cho cation, 10% cho anion.

3Chất lượng nước ra nên kỳ vọng

(*) Tài liệu gốc ghi dấu so sánh không khớp phép nghịch đảo độ dẫn, nên tôi chỉ dùng làm mức tham chiếu, không làm cam kết.

Tái sinh xuôi dòng thường rò cao hơn ngược dòng khoảng 10 lần. Endpoint thường của hai cột là 4 µS/cm (0,25 MΩ·cm), hoặc silica vượt mức rò trung bình 0,3 mg/L.

Về mốc 18,1 MΩ·cm: có nhựa mixed bed công bố đạt trên mức này, nhưng phép thử dùng nước cấp đã trên 17,5 MΩ·cm, TOC dưới 2 ppb, SV 30, nên không suy ra đạt được từ mọi nước RO.

Độ dẫn thấp cũng chưa nói hết: silica dạng keo hầu như không mang điện nên trao đổi ion không loại được. Tôi khuyên theo dõi cả độ dẫn và silica.

4Lỗi tái sinh và vận hành hay gặp

Với hai cột

• Liều ngoài khoảng. Guideline DuPont: xuôi dòng HCl 75-150 g/L (5%), NaOH 75-160 g/L (4%); ngược dòng HCl, NaOH 40-80 g/L; tiếp xúc trên 20 phút.
• H2SO4 khi nước cấp có canxi. CaSO4 kết tủa, gây rò độ cứng. Phải chia bậc nồng độ hoặc dùng HCl.
• Tái sinh theo đồng hồ. Phải theo endpoint, gồm cả silica.
• Rò silica ở SBA. Kiểm silica keo, nước cấp nóng, tái sinh nguội.
• Dùng NaOH thải của SBA cho WBA. Không xả phần đầu (thường khoảng một phần ba) thì silica kết tủa trong WBA.
• Natri và pH cao sau anion. Kiểm cation hết sớm, hoặc nhựa cation lọt sang cột anion.
• Lưu lượng quá thấp. Gây dòng chảy lệch (channeling).

Với mixed bed

• Tách lớp kém. Rửa ngược tối thiểu 20-25 phút, giãn nở tối thiểu 60% (nhựa đồng cỡ hạt) hoặc 75% (nhựa phân bố Gauss). Lớp đáy không lơ lửng thì nhựa anion kẹt lại trong lớp cation.
• Sai thể tích nhựa. Ranh giới hai lớp phải nằm dưới collector giữa 2-5 cm, vì nhựa cation không được dính xút. Tỷ lệ thể tích từ 35:65 đến 65:35.
• Sai đường hóa chất. NaOH từ trên, axit từ dưới, cùng thu ở collector giữa. Nếu tuần tự: NaOH trước, axit sau, có dòng đệm chặn nhiễm chéo.
• Liều. RO polishing: HCl 75-100 g/L (5%), NaOH 4-5%, tiếp xúc trên 30 phút. Liều NaOH hai tài liệu cùng hãng ghi lệch (75-128 và 75-120 g/L), chốt theo đúng loại nhựa.
• Không xả nước trước khi trộn. Mực nước phải dưới 50 mm trên mặt nhựa, nếu không nhựa tách lại khi lắng.
• Khí trộn lẫn dầu. Dùng nitơ hoặc khí sạch không dầu, khoảng 10 phút.
• Rửa cuối quá 10 BV. Tái sinh tốt, không nhiễm chéo thì dưới mức này.
• Chọn sai vận tốc. DuPont yêu cầu tối thiểu 15 BV/h và 24 m/h; có datasheet hãng khác ghi 5-60 m/h. Tôi lấy số của đúng nhựa đang nạp, rồi kiểm ΔP dưới 150 kPa.