Xử lý nước dùng trong lò hơi (Phần 2)


Chương 2: Qui tắc cơ bản của hoá học nước

Sau đây là sự nhắc lại ngắn gọn các thuật ngữ, định nghĩa, khái niệm thường dùng trong xử lý, kiểm tra và kiểm soát nước công nghiệp.

Chất rắn hoà tan

Đo tổng lượng chất hoà tan bao gồm chất khoáng và các chất khác trong nước.

Hoá học nước cơ sở

Các khối hoá chất ở trên đại diện cho các cation và anion quan trọng có trong xử lý nước. Khối lượng phân tử của các nguyên tố này có mối liên hệ với khối lượng nguyên tử oxy. Ví dụ, nguyên tử oxy nặng gấp 16 lần khối lượng nguyên tử hydro. Nếu khối lượng nguyên tử oxy là 16 thì khối lượng nguyên tử hydro phải là 1 để duy trì mối tương quan giữa chúng.

Với các hợp chất thì dùng thuật ngữ là phân tử. Ví dụ công thức hoá học của nước là H2O, cứ 1 phân tử nước chứa 2 nguyên tử Hydro và 1 nguyên tử Oxy.

Tính khối lượng phân tử là tính tổng khối lượng các nguyên tử có trong phân tử đó. Khối lượng phân tử nước là 1 + 1 + 16 = 18. Giống như vậy khối lượng phân tử axit sunphuric được tính là tổng khối lượng của 2 nguyên tử hydro, 1 nguyên tử lưu huỳnh và 4 nguyên tử oxy. Công thức là 2 x 1 (cho Hydro) + 1 x 32 (cho lưu huỳnh) + 4 x 16 (cho oxy) = 98.

Axít thường thấy trong nước là các axit vô cơ bao gồm hydro kết hợp với gốc axít ( ví dụ nhóm SO trong phân thử axit sunphuric đựơc gọi là gốc axit).

Hoá trị của một gốc axit hay một nguyên tố được dùng để đo năng lượng liên kết hoá học. Hydro đựơc lấy làm chuẩn với hoá trị 1. Bất cứ nguyên tử hay gốc nào kết hợp với hydro theo nguyên tắc 1 – 1 thì sẽ có hoá trị 1. Ví dụ công thức của axít cloric là HCl, nghĩa là 1 nguyên tử H liên kết với 1 nguyên tử Cl. Do đó, hoá trị của clo là 1.

Anion clo có thể kết hợp với cation Natri để tạo ra NaCl, tên thường gọi là muối ăn. Vì Cl mang hoá trị 1, và 1 nguyên tử clo kết hợp với 1 nguyên tử Na nên hoá trị của Na cũng là 1. Công thức của axit sunphuric là H2SO4, Hydro mang hoá trị 1 nhưng phải lấy 2 nguyên tử Hydro để kết 1 với một gốc sunphat nên gốc sunphat có hoá trị 2.

Khối lượng đương lượng là khối lượng của một chất mà sẽ chứa 1 đơn vị khối lượng hydro. Ví dụ, 98g axit sunphuric thì chứa 2 g hydro, vì thế cứ 49g axit sunphuric sẽ mang 1g hydro. Do đó, axit sunfuric có khối lượng đương lượng là 49.

Hợp chất hoá học có thể được hình thành bằng cách kết hợp các khối cation và anion lại với nhau. Các khối cation màu đậm là các nguyên tố kim loại ngoại trừ hydro. Các khối sắt (II) và sắt (III) đại diện cho sắt. Các khối mang màu nhạt là các gốc axít ngoại trừ hydroxit. Chiều cao của mỗi khối tỷ lệ với hoá trị của chúng, nhưng dĩ nhiên thì không thể xem kích thước và hình dạng của khối là kích thước và hình dạng của nguyên tử hay phân tử đựơc.

Sơ đồ bên dưới minh hoạ sự kết hợp giữa các block:

Cation hydro kết hớp 1-1 với anion hydroxit để tạo thành HOH, một cách viết khác của H2O. Khi hydro kết hợp với gốc axit tạo ra axit. Một nguyên tử hydro gắn với một nguyên tử clo tạo nên phân tử HCl (axit cloric). Tuy nhiên khi hydro gắn với sunphat, khối sunphat cao gấp hai lần khối hydro nên cần đến 2 khối hydro thì mơi đạt đựơc độ cao bằng với độ cao khối sunphat.

Chất rắn lơ lửng

Gồm các chất không hoà tan trong nước. Thường gồm các chất như bùn, bã, đất sét, chất hữu cơ hay thể vi mô. Chất lơ lửng cũng có thể là sản phẩm của quá trình ăn mòn hay nguồn nước đã qua lọc nhưng lọc không đúng cách. Các chất rắn lơ lửng có thể gây ra trầm lắng trong tất cả các hệ thống.

Đất sét, bùn

Xuất hiện tự nhiên trong nước mặt, gây ra độ đục

Các oxít kim loại

Gây ăn mòn, đại diện là các hợp chất như FeOH, Fe2O3, Fe3O4, là nhân tố tạo ra trầm lắng trong các ống của lò hơi và các đường nước tùân hoàn.

Tảo

Chỉ phát triển trong ánh sáng mặt trời và đựơc tìm thấy trong các bể chứa nứơc mát, nứơc phun rửa. Thỉnh thoảng trong các thiết bị ngưng tụ và làm mát cũng thấy xuất hiện các vấn đề về tảo.

Vi khuẩn

Nó phát triển tạo ra các chất nhầy rất khó loại bỏ, gây ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt hay có khi gây ăn mòn.

Chất gây màu

Thường thấy là các hợp chất hữu cơ dạng keo trong nước mặt, có thể xuất phát từ ligin hay tannin.

Dầu

Hoạt động như là chất kết dính các chất lơ lửng trong nước nhưng nếu dùng với lượng nhiều có thể gây ra bọt trong lò hơi.

Chất khí hoà tan

Oxy

Hiện diện trong nước mặt với nồng độ lên đến 10 ppm, phụ thuộc vào nhiệt độ, gây ăn mòn rỗ bề mặt trong lò hơi.

Cacbon dioxit

Tạo thành axit cacbonit khi hoà tan trong nứơc, có thể ăn mòn cả thép cacbon.

Hydro sunfit

Gây mùi vị khó chịu trong nước, có thể ăn mòn nhiều kim loại.

Amoni

Gây ăn mòn đồng, hợp kim đồng, và hợp kim kẽm.

Thuật ngữ

Cation

Là ion mang điện tích dương như Natri và Canxi. Kết hợp với anion tạo thành hợp chất.

Anion

Là ion mang điện tích âm như clo hay bicacbonat. Kết hợp với cation tạo thành hợp chất.

pH

Đo độ axit hay độ kiềm của nước. Kiểm soát pH là cần thiết cho vận hành các thíêt bị và phương pháp xử lý. Độ pH đặt ra phù hợp với loại thiềt bị, vật liệu sử dụng.

Độ cứng

Đo tổng các ion canxi và magie có trong nước thường dùng đơn vị CaCO3, các nguyên tố gây độ cứng này tạo thành cáu cặn lên bề mặt kim loại.

Độ kiềm tổng

Đo hàm lượng các chất kiềm (bicacbonat, cacbonat và hydroxit) có trong nứơc.

Axit

Chất có thể hoà tan kim loại tạo thành muối, cũng có khi phản ứng với kiềm tạo thành muối. Tất cả axit đầu chứa hydro. Axit vô cơ bao gồm sunphuric, nitric, hydrocloric, và phosphoric. Gây ăn mòn.

Bazơ, xút

Nói chung bazơ là chất có khả năng phản ứng với axít tạo thành muối. Bao gồm hydroxit và oxit kim loại. Trong xử lý nước thường dùng các bazơ tan được trong nước như Natri hay Kali hydroxit. Xút là để ám chỉ natri hydroxit. Tất cả kiềm mạnh và xút điều gây ăn mòn và nguy hiểm cho con người.

Muối

Hợp chất được hình thành khi hydro của axit bị thay thế bởi kim loại. Như HCl + NaOH NaCl + H2O. Phản ứng của axit và bazơ tạo ra muối và nứơc.

Độ dẫn điện

Đo khả năng dẫn điện của nứơc. Lựơng chất rắn hoà tan trong nứơc càng cao thì độ dẫn điện càng cao. Nứơc có độ dẫn điện cao cũng liên quan đến khả năng ăn mòn kim loại.

Độ đục

Đo lượng chất rắn lơ lửng trong nước.

ppm

Phần triệu. Là đơn vị để đo lượng chất rắn hoà tan trong nước. 1 ppm = 1 pound/1 triệu pound. Trong tính toán xử lý nước, 1 pound chất hoà tan trong 1000 galon nước tạo ra dung dịch nồng độ 120 ppm.

pH

pH là logaric lượng ion hydro có trong dung dịch. Chỉ số này được đo trong phạm vi 0 tới 14. Phạm vi đo pH sẽ chỉ ra độ axit hay độ kiềm của dung dịch. Nếu pH thấp, nghĩa là có nhiều ion hydro hơn ion hydroxit. Nếu pH cao nghĩa là có ít ion hydro hơn ion hydroxit.

Ở pH trung bình (= 7), lượng ion hydro và ion hydroxit trong dung dịch là bằng nhau. Lúc này dung dịch này trung tính.

Một dung dịch có pH >7 có lượng ion hydro ít hơn lượng ion hydroxy được gọi là kiềm. Kiềm không phải là độ kiềm tính.

“p” = logaric thập phân của

“H” = nồng độ ion hydro

Do đó, pH là logarit thập phân của nồng độ ion H+. Khi pH thay đổi 1 đơn vị thì nồng độ của axit thay đổi 10 lần vì là log cơ số 10. Axit có pH = 4 sẽ lớn hơn gấp 10 lần axít có pH = 5, và lớn hơn gấp 100 lần so với dung dịch có pH = 6.

Dưới đây là bảng pH của một vài chất trong cuộc sống hàng ngày thường thấy:

Chất thường thấy

pH

Hoá chất công nghiệp

0

Axit sunphuric 0.1 N

1.0

Axít cloric 0.1 N

Nứơc chanh

2.0

Nước cam

3.0

Axit acetic 0.1 N (giấm)

Bia

4.0

Pho mat

5.0

Sữa

6.0

Nước tinh khiết

7.0

Lòng trắng trứng

8.0

Natribicacbonat 0.1 N

Hàn the (Natriborat)

0.9

Kali axetat 0.1 N

10

Amoniac 0.1 N

11.0

Amoniac 1.0 N

12.0

Xút 0.1N

Dung dịch nước vôi bão hoà

13.0

14.0

Xút 1.0 N

Độ dẫn điện

Độ dẫn điện dùng để đo khả năng dẫn điện của dung dịch. Trái với độ dẫn điện là điện trở. Nói chung có thể dùng Độ dẫn điện thay cho điện trở khi nói về đặc tính của nứơc, bởi nó có liên quan trực tiếp đến lượng muối hoà tan trong nứơc (khi pH nước nằm trong khoảng từ 6.0 đến 8.3). Nước tinh khiết có điện trở rất cao hay nói cách khác là có độ dẫn điện rất thấp. Nứơc chứa nhiều tạp chất hoà tan thì có điện trở thấp hơn nước tinh khiết (hay độ dẫn điện cao hơn). Mối liên hệ này được biểu hiện bằng công thức sau:

Độ dẫn điện = 1/điện trở

Hoặc Điện trở = 1/độ dẫn điện

Đơn vị của điện trở là ohms. Đơn vị của độ dẫn điện mhos (ohms viết ngược lại). Thậm chí với dung dịch nước có lượng muối hoàn tan rất lớn thì điện trở của nó vẫn cao hơn rất nhiều so với kim loại nghĩa là độ dẫn điện của nó rất là nhỏ nên để thuận tiện thì người ta dùng đơn vị đo độ dẫn điện của nứơc là micro-mhos (μmhos).

Đo độ dẫn điện là công cụ quan trọng để kiểm soát chất lượng nước. Axit, bazơ, muối, và chất khí hoà tan như khí amoni và cacbonit, tất cả chúng đều làm tăng độ dẫn điện của nước.Do đó, đo độ dẫn điện của nứơc cũng chính là đo lượng tạp chất có trong nước.

Lò hơi và các hệ thống nước làm mát yêu cầu độ dẫn điện phải nằm trong một giới hạn nhất định. Giới hạn này phụ thuộc vào đặc tính từng hệ thống và loại hoá chất dùng trong hệ thống.

Lưu ý là độ dẫn điện và tổng lượng rắn hoà tan là khác nhau. Độ dẫn điện là đo điện tích còn tổng lượng chất rắn hoà tan được đo bằng cách bốc hơi mẫu nước cho tới khi khô tuyệt đối và cân lượng còn lại sau bốc hơi. Vì có các ion như axit và “OH” sẽ mất đi khi làm khô. Thường thì độ dẫn điện cao dẫn đến hàm lượng rắn hoà tan cao.

Độ kiềm tính

Độ kiềm tính là khả năng cần một lượng axít để trung hoà. Nứơc trong tự nhiên chứa thành phần gây độ kiềm tính chủ yếu là cacbonat và bicacbonat. Khi pH trên 10 thì thành phần chủ yếu gây độ kiềm tính là OH.

Các tạp chất thường thấy trong nước:

Tạp chất

Đặc điểm hoá học

Vấn đề tiềm ẩn

Alkalinity

Bicacbonat (HCO3)

Lượng dư trong lò hơi có thể dẫn đến bọt và ăn mòn vì bị phân tích tạo ra khí CO2 và cacbonat

Nhôm

Al3+

Xuất hiện khi nhôm đựơc cho vào nứơc để xử trí trong công đoạn làm sạch, nó có thể gây trầm lắng trong hệ thống làm mát.

Clo

Cl

Gây ăn mòn thép không rỉ.

Cacbonic

CO2

Gây ăn mòn trong hệ thống nước ngưng.

Chất rắn hoà tan

Chất rắn hoà tan được luân chuyển trong lò hơi và hệ thống làm mát gây trầm lắng và cáu cặn trong lò hơi, có thể đo gián tiếp bằng độ dẫn điện.

Độ cứng

Muối Mg2+ và Ca2+, biểu hiện bằng CaCO3

Gây cáu cặn trong lò hơi và hệ thống làm mát. Độ tan của muối giảm khi nhiệt độ tăng.

Hydro sunfua

H2S

Đặc trưng có mùi trứng thối. Khí này hoà tan trong nước gây ăn mòn thép cacbon thấp.

Sắt

Fe2+, Fe3+

Trầm lắng trong lò hơi và hệ thống trao đổi nhiệt, làm đỏ nứơc.

Oxy

O2

Hoà tan trong nứơc gây ăn mòn tất cả các hệ thống nước, đường ống .

pH

Nồng độ ion H

Nứơc có pH thấp có thể gây ăn mòn thép cacbon thấp trong lò hơi và hệ thống làm mát, pH cao có thể gây trầm lắng các muối canxi và Mg.

Silica

SiO2

Có thể gây trầm lắng trong lò hơi và các thiết bị làm mát nứơc, có thể gấy cáu cặn lên cánh tuabin ở các lò hơi cao áp.

Natri

Na+

Có thể kết hợp với OH trong lò hơi tạo thành xút gây bào mòn.

Sunphat

SO42-

Gây kết tủa canxi sunphat trong lò hơi và các hệ thống làm mát.

Rắn lơ lửng

Chất lơ lửng không tan có thể lắng trong đường ống và thiết bị có tốc độ dòng chảy thấp.

One comment

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s