Nước cứng là gì? Các Phương Pháp Khử Độ Cứng Của Nước

Nước cứng là loại nước phổ biến hiện nay, đặc biệt đối với các vùng ở Việt Nam có nhiều đá vôi. Vậy nước cứng là gì? Tác hại của nước cứng cũng như các phương pháp xác định độ cứng nước và khử nước cứng như thế nào?

Nước cứng là gì?

Nước cứng là nước có chứa hàm lượng Ion Ca2+ và Mg2+ cao hơn mức cho phép.

Cụ thể trong thực tế nếu hàm lượng Canxi và Magie lớn hơn 300 mg/lít thì sẽ được gọi là nước cứng.

Nước cứng còn có tên gọi khác trong thực tế là nước nhiễm đá vôi, có ảnh hưởng rất lớn đến công nghiệp cũng như đời sông và cả sức khỏe người sử dụng.

Nước mềm là gì?

Đối với nhiều loại ngành công nghiệp hoặc trước khi sử dụng cần loại bỏ bớt Ion Mg2+ và Ca2+ sẽ tạo thành nước mềm.

Do đó, nước mềm là nước chứa ít ion Mg2+ và Ca2+ được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cũng như trong đời sống hằng ngày.

Phân loại nước cứng

Tùy vào khả năng có thể loại bỏ đươc các ion trong nước hay không mà nước cứng được phân thành 3 loại như sau:

Nước cứng tạm thời

Là loại nước cứng mà các Ion Mg2+ và Ca2+ được hình thành do các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2.

Các muối nầy kém bền dưới tác dụng của nhiệt độ nên muốn khử độ cứng của nước chỉ cần đun sôi nước.

Nước cứng vĩnh cửu

Là loại nước cứng mà Ion Mg2+ và Ca2+ tồn tại ở dưới dạng MgCl2, CaCl2, MgSO4, CaSO4. Nên cho dù đun sôi nước thì cũng không mất đi tính cứng của nước;

Nước cứng toàn phần:

Là loại nước cứng mà Ion Ca2+, Mg2+ tồn tại dưới dạng các muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 và muối MgCl2, CaCl2, MgSO4, CaSO4 gây ra

>>>>Xem thêm: Dịch vụ hút hầm cầu tại Đà Nẵng giá rẻ nhất.

Nguyên nhân tạo ra nước cứng

Nước cứng được tạo thành do 2 nguyên nhân chính như sau:

• Nước đầu nguồn thông thường là nước sông, suối chảy qua nhiều khu vực có địa hình khác nhau. Do đó, nước sẽ hòa các nguyên tố vi lượng.
• Trong trường hợp chảy qua các khu vực chứa đá vôi hoặc các loại khoáng sản chứa Magie nên sẽ hòa tan lượng muối Magie và Canxi dưới dạng ion Ca2+ và Mg2+.
• Làm cho nống độ 2 Ion nầy trong nước vượt ngưỡng cho phép . Do đó sẽ hình thành nguồn nước cứng, nước đá vôi.
• Trong trường hợp nước ngầm thì nước ngầm bắt nguồn từ các lớp đá vôi. Do đó trong nước chắc chắn sẽ hòa tan Ion Ca2+, Mg2+ tương đối cao làm tăng độ cứng trong nước.

Cách nhận biết nước chứng chuẩn nhất.

Trong quá trình sử dụng nước, nếu có bất cứ những hiện tượng sau. Các bạn nên nghĩ là mình đang sử dụng nước cứng nhé:

• Nếu trong bình nước sôi, ấm giữ nhiệt có chứa các cặn, mảng dày màu trắng còn sót lại dưới đáy;
• Thùng giặt của máy giặt nhất là tại các lỗ của lồng giặt xuất hiện mảng đóng cặn trắng và có thể gây nên hiện tượng tắc.
• Đối với trường hợp giặt tay thì nước cứng làm cho xà phòng giảm lượng bột cũng như giảm hoạt tính của bột giặt.
• Đối với nước làm đá thì nước cứng sẽ làm cho đá tan nhanh, đục hơn so với nước sạch;

Những ảnh hưởng của nước cứng trong đời sống hằng ngày.

Khi sử dụng nước cứng sẽ gây nhiều tác hại, ảnh hưởng nước cứng trong đời sống hằng ngày

• Làm cho vải nhanh bị mục, nát, giảm thời gian sử dụng, giảm độ bền sử dụng;
• Làm cho xà phòng giảm hoạt tính, giảm khả năng tạo bọt;
• Làm lắng cặn, ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị cũng như giảm tuổi thọ của máy móc.
• Giảm tuổi thọ của các thiết bị sử dụng hằng ngày như: ấm nước, phíc nước, bình nóng lạnh, máy nóng lạnh năng lượng mặt trời.
• Ảnh hưởng đến thẩm mỹ các dụng cụ như mảng ố vàng, mảng bám dính.
• Giảm tuổi thọ, công năng của các thiết bị

Ảnh hưởng của nước cứng đối với sức khỏe con người.

• Làm khô da, khô tóc nếu sử dụng nước cứng để tắm gội;
• Sử dụng nước cứng hằng ngày dễ dẫn đến sỏi thận, sỏi thiết niệu, gây nên hiện tượng đóng cặn trên thành tĩnh mạch các yếu tố trên sẽ gây nguy hiểm đến sức khỏe con người.
• Khi sử dụng nước cứng để nấu ăn hoặc pha đồ uống sẽ làm cho mất đi vị ngon tự nhiên, giảm hương vị cũng như các yếu tố về màu sắc, mùi đặc trưng của cà phê, sữa bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Đặc biệt lưu ý:

• Khi sắc thuốc nam hoặc thuốc bắc thì không nên sử dụng nước cứng vì khi đó nó sẽ kết hợp với các thành phần có trong nước cứng gây nên biến đổi thành phần thuốc và gây nguy hiểm cho người sử dụng.

Ảnh hưởng của nước cứng đối với sản xuất công nghiệp.

• Sự ảnh hưởng của nước cứng đối với sản xuất công nghiệp rất nghiêm trọng đặc biệt trong việc sử dụng nước cứng cho các nồi hơi, nồi áp suất của máy tua bin tại các nhà máy nhiệt điện. Sẽ dẫn đến giảm hiệu suất dẫn nhiệt.
• Nước cứng sử dụng cho các thiết bị nồi hơi, thiết bị lạnh dẽ dẫn đến tính trạng các chất cáu cặn, mảng bám lên thành ống làm giảm khả năng trao đổi nhiệt cũng như giảm sự lưu thông chất lỏng trong đường ống. Ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả lò hơi.
• Quá trình ảnh hưởng đó là do trong nước cứng có các muối Ca(HCO3)2 khi đun ở nhiệt độ cao trong lò hơi, nồi áp suất sẽ sản sinh ra CaCO3 kết tủa trong thành ống hoặc tồn tại trong đó làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt

Sử dụng nước cứng có tốt không?

Như đã trình bày ở trên thì sử dụng nước cứng sẽ mang lại nhiều vấn đề không tốt, nhưng trong thực tế không phải tất cả mọi vấn đề khi sử dụng nước cứng đều không tốt. Mà nước cứng có chứa các ion khoáng rất cần cho cơ thể.

Do đó, việc uống nước cứng sẽ giúp cơ thể bổ xung được nhiều chất khoáng. Điều nầy rất tốt sẽ giúp bạn phòng ngừa những bệnh về tim mạch

Các phương pháp phân biệt nước cứng và nước mềm

Cách 1:  Sử dụng xà phòng giặt

Cho xà phòng giặt vào 2 lọ chứa 2 loại nước cần phân biệt. Nếu bên nào không ít bọt và có cặn trắng thì lọ đó là nước cứng còn lọ bên kia chứa nước mềm hơn.

Cách 2: Cho đông đá

Hóa đông 2 lọ nước đang cần xác định hóa đông một thời gian. Sau khi đông, tiến hành quan sát nếu lọ nào nhanh tan và đục hơn thì lọ đó chứa độ cứng của nước cao hơn.

Cách 3: Sử dụng ấm đun nước

Đun 2 loại nước cần xác định độ cứng. Nếu bình nước sôi nào đóng cặn, ô vàng hơn tức lọ đó chứa nước cứng nhiều hơn.

Cách 4: Quan sát vòi sen

Quan sát vòi sen trong gia đình. Nếu vòi nào chảy không đều hoặc bề ngoài ố vàng thì nước đó chứa độ cứng nhiều hơn.

Đo độ cứng của nước

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.

Hiện nay, có 2 phương pháp xác định độ cứng của nước đó là phương pháp chuẩn độ hay phương pháp dùng máy xác định độ cứng.

Xác định độ cứng của nước bằng phương pháp chuẩn độ hay hàm lượng Ion Mg2+ Ca2+ có trong nước.

Dựa vào phản ứng của các muối của Ion Mg2+ và Ca2+ có trong nước với thuốc thử nhằm xác định được hàm lượng Ion có trong nước. Và gián tiếp xác định độ cứng của nước.

• CaCO3 <50 mg/l à nước mềm
• CaCO3 ~ 150mg/l ànước cứng ở mức độ trung bình
• CaCO3 >300 mg/l ànước rất cứng và sử dụng gây nguy hiểm cho sức khỏe của người dùng

Để áp dụng phương pháp trên ta sử dụng dung dịch đệm là NH4CL + NH3 có pH = 10 với chỉ thị Eriocrom đen T

Xác định độ cứng bằng các máy đo độ cứng của nước

Nhằm xác định độ cứng nhanh trong điều kiện thực tế thì có thể sử dụng máy đo chất lượng nước. Từ đó có thể xác định được thành phần cũng như hàm lượng các ion gây nên độ cứng của nước là bao nhiêu để có thể xác định được nước có nên sử dụng hay không.

Các giải pháp xử lý độ cứng của nước

Các giải pháp xử lý tổng quát

• Căn cứ vào mức độ cứng của nước cũng như mức độ cần thiết để làm mềm.
• Chất lượng nước nguồn
• Chỉ tiêu kinh tế
• Để lựa chọn mức độ làm mềm cũng như phương pháp làm mềm thích hợp nhất.

Để làm mềm nước, người ta dùng các phương pháp sau:

• 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)

Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt.

Đun nóng nước cần làm mềm nước để kết tủa toàn bộ Ion Ca2+ có trong nước theo phương trình phản ứng sau:

Ca(HCO3)2 → CaCO3  ↓ + CO2 ­ + H2O

Lượng CaCO2 kết tủa sẽ được tách ra khỏi 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

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

Làm mềm nước bằng hóa chất

• Sử dụng các loại hóa chất sau để kết tủa hoàn toàn Ca2+ và Mg2+ có trong nước cứng như: nước vôi, sô đa Na2CO3, Xút NaOH, hyđrôxit bari Ba(OH)2, photphat natri Na3PO4.
• Phương pháp sử dụng hóa chất để làm mềm nước cần dựa vào chất lượng nguồn nước hay mức độ cần làm mềm nước. Trong nhiều trường hợp cần kết hợp để khử hàm lượng kim loại nặng có trong nước.

Khử độ cứng bằng nước vôi

• Trong trường hợp muốn giảm độ cứng của nước bằng Ion Ca2+ và giảm độ kiểm của nước thì có thể sử dụng phương pháp nước vôi.

Kết hợp 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 Mg2+ và Ca2+ 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.

Làm mềm nước bằng hyđrôxit bari Ba(OH)2, photphat natri Na3PO4.

• Khi làm mềm nước bằng vôi và sođa do độ cứng của nước sau khi làm mềm còn tương đối lớn, người ta bổ sung phương pháp làm mềm triệt để bằng photphat.
• Hóa chất thường dùng là trinatri photphat hay dinatri photphat.
• Khi cho các hóa chất này vào nước chúng sẽ phản ứng với ion canxi và magiê tạo ra muối photphat của canxi và magiê không tan trong nước.
• Để khử độ cứng sunfat có thể dùng cacbonat bari BaCO3, hyđrôxit bari Ba(OH)2 hay aluminat bari Ba(AlO2)2.

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.