Luận văn Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ca2+ của một số loại vật liệu lọc tự nhiên qua mô hình phòng thí nghiệm

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CA2+ CỦA MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU LỌC TỰ NHIÊN QUA MÔ HÌNH PHÒNG THÍ NGHIỆM SV thực hiện: Hà Dương Đức, Trần Thị Mùi, Đoàn Văn Toàn, Tống Thị Nhàn Lớp: ĐCTV - ĐCCT - K54 Khoa: Địa chất Trường: Đại học Mỏ - Địa chất Cán bộ hướng dẫn: Ths. Kiều Thị Vân Anh. Tóm tắt: Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Đối với các hệ thống cung cấp nước nguồn nước ngầm luôn là nguồn nước được ưu tiên sử dụng. Bởi vì, các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, vi sinh và vi trùng gây bệnh thấp. Tuy nhiên, trong nước ngầm ở một số nơi như Hòa Bình, Tuyên Quang, Thái Bình… tồn tại một lượng lớn hàm lượng Ca2+ vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Trong thực tế thì có nhiều phương pháp xử lý. Ở đây, chúng tôi muốn nghiên cứu đến các loại vật liệu lọc tự nhiên hấp phụ tối ưu Ca2+ trong quá trình xử lí nước trong phòng thí nghiệm. Loại vật liệu lọc tối ưu trong điều kiên phòng thí nghiệm mà chúng tôi rút ra được là: Sỏi, sạn, cát với tỷ lệ : 1 : 1 : 2.5 cho cột lọc kích thước l = 90cm, d = 21cm. Mở đầu Tính cấp thiết của đề tài. Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật. Không có nước cuộc sống trên trái đất không thể tồn tại được. Hàng ngày trung bình mọi người cần từ 3-10 lít đáp ứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng ngày. Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, các họat động giải trí, và các hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước, tưới đường…còn trong công nghiệp, nước cấp được dùng cho quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu… Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất. Trong nước ngầm luôn tồn tại một lượng Ca2+ nhất định, nguồn nước ngầm tại các vùng có nhiều núi đá vôi thường cao hơn mức độ cho phép, nó tác động đến độ cứng của nước gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước dùng cho ăn uống, sinh hoạt và sản xuất. Vì vậy, chúng ta cần có các biện pháp để xử lí. Hiện nay, có rất nhiều vật liệu có thể hấp phụ Ca2+ để làm giảm độ cứng của nước cấp. Nhưng trong khuôn khổ của báo cáo này thông qua mô hình thí nghiệm chúng tôi bước đầu nghiên cứu sự hấp phụ Ca2+ của các vật liệu lục tự nhiên và đưa ra tỷ lệ tối ưu nhất cho các vật liệu đó. Mục đích, đối tượng,nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích: Nghiên cứu khả năng hấp phụ Ca2+ của một số loại vật liệu lọc tự nhiên qua mô hình phòng thí nghiệm. Đối tượng: Nước ngầm có hàm lượng Ca2+ cao, vượt quá tiêu chuẩn cho phép (khoảng 50mg/l). Nhiệm vụ: Thông qua mô hình cột lọc trong phòng thí nghiệm với các vật liệu tự nhiên, tìm ra tỷ lệ sử dụng vật liệu lọc tối ưu nhất. CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGẦM VÀ DẠNG TỒN TẠI CỦA ION Ca2+ TRONG NƯỚC NGẦM Tổng quan về nước ngầm: Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do quá trình thấm của nước mưa cũng như nước mặt… nước ngầm có thế tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét, hay có khi là hàng trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nước ngầm luôn là nguồn nước được ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước mặt thì thường bị ô nhiễm do phải chịu các tác động của con người, lưu lượng của nó thì thay đổi theo mùa. Nguồn nước ngầm thì nằm ở dưới mặt đất nên ít phải chịu ảnh hưởng bởi tác động của con người, trong nước hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, vi trùng gây bệnh thấp. Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong các nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, khí hậu, các quá trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực. Ơ những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ, chất mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con người. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hóa học và việc sử dụng phân bón hóa học… tất cả các chất thải đó theo thời gian cũng sẽ ngấm vào nước ngầm, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn gây bệnh, các hóa chất độc hại, kim loại nặng, thuốc trừ sâu và cả các chất phóng xạ. Bảng so sánh một vài thông số của nước ngầm và nước mặt Thông số Nước ngầm Nước mặt Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa Chất lơ lửng Rất thấp, hầu như không có Thường cao và thay đổi theo mùa Chất rắn hòa tan Ít thay đổi, thường cao hơn so với nước mặt Thay đổi tùy thuộc vào chất lượng đất, lượng mưa Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Thường xuyên có mặt trong nước Rất thấp, chỉ có ở sát đáy Hàm lượng Ca2+ Thường xuyên có mặt, hàm lượng lớn tại các vùng núi đá vôi Thay đổi tùy thuộc vào môi trường, khí hậu Khí CO2 hòa tan Có nồng độ cao Rất thấp hoặc bằng 0 Khí O2 Thường không tồn tại Gần như bão hòa Khí NH3 Thường có Khi nguồn nước bị ô nhiễm Khí H2S Thường có Không có SiO2 Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ trung bình NO3- Có ở nồng độ cao do bị nhiễm bẩn bới phân bón hóa học Thường rất thấp Vi sinh vật Thường rất ít Nhiều loại virut, vi trùng gây bệnh và tảo Sự tồn tại của Ca2+ trong nước ngầm Nước ngầm thường chứa 1 hàm lượng canxi với nồng độ cao. Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình phân hủy các tạp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật. Khí CO2 hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau: CO2 + H2O H2CO3 . Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxi cacbonat tạo ra Ca2+: 2H2CO3 + 2CaCO3 Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO3- Một số quá trình cơ bản xử lý nước ngầm Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước, tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm của nguồn nước ngầm, các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội... mà chúng ta có thể lựa chọn công nghệ xử lý sao cho phù hợp. Tuy nhiên một số quá trình cơ bản có thể áp dụng để xử lý nước ngầm như sau: Quá trình Mục đích Chắn rác Loại các mẩu vụn thô ( lá cây, cành cây,... ) Xử lý hóa học sơ bộ Loại trừ tảo, rong rêu, khử trùng sơ bộ, oxi hóa Fe, Mn Lắng sơ bộ Loại bỏ sỏi, cát, bùn, và các vật liệu hạt khác Keo tụ/ tạo bông Chuyển các hạt keo thành các hạt có thể lắng Lắng Loại các hạt lắng được Hấp thụ và hấp phụ bằng than hoạt tính Khử màu, mùi của nước sau khi sử dụng phương pháp truyền thống không đạt yêu cầu Flo hóa nước Nâng cao chất lượng Flo trong nước đén 0.6 – 0.9 mg/l đẻ bảo vệ xương và men răng co người sử dụng nước Khử trùng nước Tiêu diệt vi trùng và vi khuẩn còn lại trong nước sau bể lọc ổn định nước Khử tính âm thực và tạo màng bảo vệ cách ly không cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặt trong thành ống và phụ tùng trên ống Làm mềm nước Khử ion Ca2+ và Mg2+ trong nước Khử muối Khử các cation, anion của các muối hòa tan trong nước đến nồng độ yêu cầu CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ca2+ TRONG NƯỚC 1. Khái quát chung Đá vôi chiếm khoảng 10% diện tích bề mặt Trái Đất nhưng ở Việt Nam còn nhiều hơn, tới gần 20% diện tích lãnh thổ phần đất liền, tức là khoảng 60.000 km2. Đặc biệt, đá vôi tập trung hầu hết ở miền Bắc, có nơi chiếm tới 50% diện tích toàn tỉnh như Hoà Bình (53,4%), Cao Bằng (49,47%), Tuyên Quang (49,92%), Hà Giang (38,01%). Nhiều thị xã, thị trấn nằm trọn vẹn trên đá vôi như Mai Châu (Hòa Bình), Mộc Châu, Yên Châu, Sơn La (Sơn La), Tủa Chùa, Tam Đường (Lai Châu), Đồng Văn, Mèo Vạc (Hà Giang) . Ở các vùng đá vôi, nước thường tiêu thoát qua mạng lưới thủy văn ngầm, nhưng hệ thống dòng chảy mặt cũng có ảnh hưởng lớn đến các dòng chảy ngầm. Tốc độ và mức độ xói mòn phụ thuộc phần lớn vào tốc độ, lưu lượng dòng chảy cũng như kiểu loại đất chịu tác động của dòng chảy. Như vậy, nguy cơ xói mòn đất ở các vùng đá vôi cũng có thể giảm bớt nếu có được mạng lưới thủy văn hợp lý, và điều này đòi hỏi phải hiểu biết rõ về khu vực, về khả năng tiêu thoát nước của nó, cả trên mặt lẫn dưới đất. Do vậy, chất lượng nước ở những vùng này thường có hàm lượng canxi cao hơn các vùng khác. Nó gây ảnh hưởng tới chất lượng nước mà con người sử dụng. Canxi là nguyên tố thiết yếu cho sinh vật sống, đặc biệt trong sinh lý học tế bào, ở đây có sự di chuyển ion Ca2+ vào và ra khỏi tế bào chất có vai trò mang tính hiệu cho nhiều quá trình tế bào. Là một khoáng chất chính trong việc tạo xương, răng và vỏ sò, canxi là kim loại phổ biến nhất về khối lượng có trong nhiều loài động vật. Tuy nhiên khi cơ thể hấp thụ quá nhiều canxi lại có thể gây ra sỏi thận, tắc động mạch  do đóng cặn vôi ở thành trong của động mạch.Bên cạnh đó độ cứng này chủ yếu ảnh hưởng đến mùi vị của thực phẩm và đồ uống được chế biến bằng nước nóng hoặc qua đun nấu. nó cũng là nguyên nhân gây ra cặn lắng trong các thiết bị gia nhiệt nước ( xoong , nồi đun nước, ống đẫn nước…). Vì vậy cần phải có những biện pháp xử lý nước cứng thích hợp để việc sử dụng chúng trở nên hữu ích hơn. 2. Các phương pháp xử lý nước cứng Có nhiều phương pháp làm mềm nước, vì thế phải căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác để chọn ra phương pháp làm mềm nước thích hợp nhất. Giới thiệu chung: Độ cứng của nước là số đo hàm lượng các ion kim loại Ca2+ và Mg2+ có trong nước. Độ cứng của nước được gọi là tạm thời khi 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. Trong sinh hoạt, độ cứng cao gây lãng phí xà phòng và các chất tẩy rửa, tạo cặn lắng bám trên bề mặt các trang thiết bị sinh hoạt. Trong công nghiệp độ cứng của nước gây cản trở cho quá trình vận chuyển và làm giảm năng lực truyền nhiệt, giảm tuổi thọ của thiết bị. Chính vì thế cần có những giải pháp để xử lý sao cho phù hợp và kinh tế nhất căn cứ vào mức độ làm mềm cần thiết (độ cứng cho phép còn lại của nước), chất lượng nước nguồn và các chỉ tiêu kinh tế khác. Các phương pháp xử lý. Các phương pháp thường được sử dụng :  Làm mềm nước bằng hóa chất: pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca2+ và Mg2+ tạo thành các hợp chất không tan trong nước.  Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước.  Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp lọc cationit có khả năng trao đổi Na+ hoặc H+ có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc  Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp 2 trong 3 phương pháp trên.  Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO) 2.1. 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. Riêng đối với Mg, quá trình khử xảy ra qua hai bước. Ở nhiệt độ thấp (đến 180C) ta có phản ứng: Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2 + H2O Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, MgCO3 bị thủy phân theo phản ứng: MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 ↓ + CO2 Như vậy khi đung nóng nước độ cứng cacbonat sẽ giảm đi đáng kể. Nếu kết hợp hóa chất với đun nóng, bông cặn tạo ra sẽ có kích thước lớn và lắng nhanh do độ nhớt của nước giảm, đồng thời giảm được lượng hóa chất cần sử dụng. Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt thường chỉ áp dụng cho các hệ thống cấp nước công nghiệp như nước nồi hơi vì có thể tận dụng nước của nồi hơi. Các công trình làm mềm bao gồm: pha chế và định lượng hóa chất, thiết bị đun nóng nước, bể lắng lọc. 2.2. Phương pháp hóa chất Trong thực tế áp dụng hàng loạt phương pháp xử lý nước bằng hóa chất với mục đích kết hợp các ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước thành các hợp chất không tan, dễ lắng 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 để chọn ra phương pháp hợp lý, kinh tế nhất. Làm mềm nước cứng bằng vôi : Là phương pháp khử cácbonát bằng vôi, được áp dụng khi cần giảm độ cứng và độ kiềm của nước. Khi cho vôi vào nước các phản ứng xảy ra theo phương trình sau: 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 2H2O Mg(HCO3) + 2Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + CaCO3↓ + 2H2O 2NaHCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O Nếu tổng hàm lượng các ion HCO3 và CO3 có trong nước nhỏ hơn tổng hàm lượng các ion Ca2+ và Mg2+, thì một phần magiê sẽ tồn tại ở dạng muối của axit mạnh MgSO4, MgCl2. Phản ứng với vôi sẽ là: MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)↓ + CaSO4 MgCl2 +Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2 Các phản ứng trên làm giảm độ cứng magiê nhưng không giảm độ cứng magiê toàn phần vì lượng magiê tách ra khỏi nước lại được thay thế bằng một lượng tương đương Ca2+, CO32- sao cho tích số của nồng độ Ca2+, CO32- đã tham gia thế chỗ Mg2+ lớn hơn tích số hòa tan của CaCO3. Giới hạn lý thuyết của quá trình làm mềm nước bằng vôi phụ thuộc vào độ hoà tan của CaCO3 và Mg(OH)2. Trong nước thiên nhiên độ hòa tan của các hợp chất trên phụ thuộc vào thành phần ion của nước và hàm lượng CO32- và OH- tự do. Các hợp chất CaCO3 và Mg(OH)2: có khả năng tạo ra dung dịch quá bão hòa, khi đó nước đã làm mềm sẽ còn lại một lượng Ca(OH)2 dư. Nếu lượng dư này quá lớn lại làm tăng độ cứng và độ kiềm của nứơc đã làm mềm. Như vậy hiệu quả của quá trình làm mềm nước bằng vôi phụ thuộc vào điều kiện cân bằng bão hoà của nước bởi các hợp chất CaCO3 và Mg(OH)2 được tạo ra. Để tăng cường cho quá trình lắng cặn CaCO3 và Mg(OH)2 khi làm mềm bằng vôi, ta pha thêm phèn vào nước. Do phản ứng làm mềm diễn ra ở pH lớn hơn 9 nên không dùng được phèn nhôm, trong môi trường kiềm phèn nhôm tạo ra aluminat hoà tan. Làm mềm nước bằng vôi + soda (Na2CO3) Như đã nêu ở trên, khi tổng hàm lượng các ion Mg2+ và Ca2+ lớn hơn tổng hàm lượng các ion HCO3- và CO32- nếu sử dụng vôi để khử được độ cứng magie, nhưng độ cứng toàn phần không giảm. Để khắc phục điều này, cho thêm sôđa vào nước các phản ứng sẽ là: MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 ↓ + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 ↓ + CaCl2 Và CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl Như vậy ion CO32- của sôđa đã thay thế ion của các axit mạnh tạo ra CaCO3 ¯. Theo các phản ứng trên có thể xác định được lượng vôi và sô đa cần thiết. Lưu ý: Nếu chỉ dùng vôi thì khi có độ cứng phi carbonat, chỉ giảm được Mg2+ mà không giảm được độ cứng toàn phần, do tạo thành một lượng tương đương Ca2+. Theo phản ứng trên .Việc kết hợp soda là để loại triệt để Ca2+. Thường thêm phèn sắt ở bể lắng để giúp lắng CaCO3 tốt hơn (không dùng phèn Al do PH >9) Sử dụng tái carbonat hóa để hòa tan lượng dư CaCO3 sau lắng. Làm mềm nước bằng phốt phát Khi cần làm mềm triệt để, sử dụng vôi và sô đa vẫn chưa hạ độ cứng của nước xuống mức tối thiểu. Để đạt được điều này, cho vào nước Na3PO4 sẽ khử được hết các ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước ở dạng các muối không tan theo phản ứng: 3CaCl2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6NaCl; 3MgSO4 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3 3Mg (HCO3)2 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 6NaHCO3 Quá trình làm mềm nước bằng phốt phát chỉ diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ lớn hơn 1000C. Sau xử lý, độ cứng của nước giảm xuống còn 0.04 đến 0.05 mgđ/l. Do giá thành của Na3PO4 cao nên thường chỉ dùng nó với liều lượng nhỏ sau khi đã làm mềm bằng vôi và so đa. 2.3 Làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion Làm mềm nước bằng cationit dựa trên tính chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước – cationit, nhưng có khả năng trao đổi, 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 đã được cấy lên bề mặt hạt từ trước. Ngành công nghiệp hoá học đã chế tạo ra loại hạt nhựa hữu cơ tổng hợp không tan trong nước nhưng có bề mặt hoạt tính hoá học, có thể cấy lên bề mặt các hạt này (ionit) một loại cation hay anion chọn trước như Na+, H+, NH4+, OH-, Cl-. Khi ngâm các hạt ionit vào nước, các ion đã được cấy trên bề mặt sẽ tham gia vào phản ứng trao đổi với các ion của muối hoà tan trong nước. Ví dụ nếu cấy lên bề mặt hạt cation Na+ (bằng cách ngâm các hạt nhựa ionit vào dung dịch muối NaCl) hạt ionit sẽ biến thành Nacationit. Nếu lọc nước qua lớp hạt Na-cationit sẽ xảy ra các phản ứng sau: 2R-Na + Ca(HCO3)2 R2-Ca + 2NaHCO3. 2R-Na + CaCl2 R2-Ca + 2NaCl. 2R-Na + CaSO4 R2-Ca + Na2SO4. 2R-Na + MgSO4 R2-Mg + Na2SO4. Theo mức độ lọc nước qua lớp hạt Na-cationit ngày càng nhiều nhóm hạt tính Na của nó được thay thế bằng ion canci và magiê của nước. Cuối cùng khả năng trao đổi của Na-cationit hoàn toàn bị cạn kiệt.Để khôi phục lại khả năng trao đổi của Na-cationit nguời ta rửa lớp vật liệu lọc bằng dung dịch có nồng độ cao của ion Na+ ví dụ dung dịch muối ăn. Quá trình này gọi là quá trình hoàn nguyên: R2-Ca + NaCl 2R-Na + CaCl2. Quá trình làm mềm nước bằng Na - cationit có thể giảm được hàm lượng Ca2+ và Mg2+ trong nước đến trị số rất bé, pH và độ kiềm tổng của nước không thay đổi, cặn sấy khô do tăng lên một chút do đã thay thế một ion Ca2+ hoà tan trong nước có trong lượng nguyên tử 40.08 bằng 2 ion Na+ có trọng lượng nguyên tử: 2*22.99=45.98. Chọn phương pháp làm mềm nứơc phải dựa vào chất lượng nước yêu cầu sau xử lý, thành phần muối hoà tan trong nước nguồn. Trong tất cả các trường hợp khi chỉ cần duy nhất là giảm độ cứng, thì phương nguồn nước có độ kiềm cao, độ cứng magiê cao hay hàm lượng sắt cao thì dùng phương pháp phối hợp. Đầu tiên làm mềm nước bằng vôi sau đó lọc qua bể Na-cationit, phương pháp này có hiệu quả khi làm mềm nước các nguồn nước mặt có độ kiềm cao hơn 3mgđ/l. 2.4 Xử lý nước cứng bằng phương pháp thẩm thấu ngược bán thấm RO Thẩm thấu ngược là một quá trình lọc nước được sử dụng chủ yếu cho việc khử muối và khoáng, thường được sử dụng nhiều trong các nhà máy sản xuất nước tinh khiết đóng chai. Thẩm thấu ngược là một quá trình ngược lại với quá trình thẩm thấu, quá trình này sử dụng áp lực (tối thiểu là 40psi) để đảo ngược dòng chảy tự nhiên của nước, buộc dòng nước phải chảy từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn. Màng bán thấm cho phép nước đi qua và sẽ giữ lại các phân tử muối và khoáng lớn hơn. Thẩm thấu ngược được sử dụng như một phương pháp lọc cho nước mặt và cà nước ngầm. Tuy nhiên kích thước các lỗ trên màng rất nhỏ, do đó các nguồn nước trước khi và hệ thống RO  phải được xử lý trước để loại bỏ các cặn có kích thước lớn và các chất ô nhiễm khác. Tùy thuộc vào độ cứng của nước để có thể mở rộng phạm vi hoạt động của màng RO. Nếu nồng độ Ca hoặc Mg trong nước quá cao so với khả năng hoạt động của màng thì nó sẽ tạo ra một lớp khoáng chất cứng bên ngoài màng và làm màng không thể hoạt động. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Lựa chọn phương pháp lọc: Dùng vật liệu lọc tự nhiên là sỏi, sạn và cát đen, mịn làm cột lọc với sự thay đổi tỷ lệ thành phần hạt khác nhau. Dùng soda cũng với hàm lượng khác nhau làm keo tụ canxi trong nước cần lọc, sau đó đổ từ từ vào cột lọc. Cách tiến hành: Chuẩn bị nước đầu vào bằng cách: Hòa tan CaCO3 tinh khiết vào trong nướ