TDS và độ cứng: Những con số thực sự có nghĩa gì

Xét hai mẫu. Mẫu A có TDS 850 mg/L và độ cứng 15 mg/L: đây là nước natri clorua, mềm nhưng mặn. Mẫu B có TDS 210 mg/L và độ cứng 160 mg/L: đây là nước canxi bicacbonat, tổng chất rắn thấp nhưng đủ cứng để đóng cáu thiết bị gia nhiệt 70 °C. Máy đo TDS cho thấy mẫu A là nước kém hơn và mẫu B là nước tốt hơn, hoàn toàn ngược lại với mục tiêu bảo vệ thiết bị.

Nguồn nước ven biển và hải đảo thường có kiểu thứ nhất, khi nước biển xâm nhập làm tăng natri và clorua. Địa chất đá vôi và thạch cao thường có kiểu thứ hai, khi canxi, magie và bicacbonat chiếm ưu thế trong một tổng số khiêm tốn. Hướng xử lý ngược nhau: mẫu A có thể cần RO để giảm độ mặn, còn mẫu B cần hệ làm mềm nước và có thể không cần RO.

Độ cứng tính theo CaCO₃ bằng canxi (mg/L) × 2.5 cộng magie (mg/L) × 4.1. Các hệ số này xuất phát từ đương lượng: đương lượng CaCO₃ 50 g/eq chia cho đương lượng canxi 20 g/eq được 2.5, chia cho đương lượng magie 12.15 g/eq được 4.1. Do đó, nước có 40 mg/L canxi và 12 mg/L magie mang 100 mg/L tính theo CaCO₃ từ canxi cộng 49 mg/L từ magie, tổng cộng 149 mg/L. Giá trị này tương đương khoảng 8.7 grain mỗi gallon Mỹ và 1.5 mmol/L ion hóa trị hai.

Báo cáo phòng thí nghiệm dùng nhiều đơn vị, và việc trộn lẫn chúng là nguyên nhân thường gặp gây sai sót khi chọn thiết bị. Hãy quy đổi mọi giá trị về mg/L tính theo CaCO₃ trước khi so với ngưỡng, rồi chỉ quy đổi sang đơn vị mà bảng dữ liệu hệ làm mềm nước dùng ở bước cuối.

Độ cứng quyết định hệ làm mềm nước; TDS quyết định RO. Hai yếu tố chỉ giao nhau khi cả hai đều cao. Ma trận dưới đây là phiên bản thực hành của quy tắc đó: độ cứng trên 120 mg/L chỉ ra việc làm mềm, TDS trên 600–1,000 mg/L chỉ ra thẩm thấu ngược, và hai quyết định này độc lập. Lắp hệ làm mềm nước để xử lý vị mặn, hoặc RO để xử lý cáu cặn, đều không giải quyết được vấn đề.

Hệ làm mềm nước loại bỏ canxi và magie, đồng thời giải phóng natri. Độ cứng tại đầu ra giảm xuống 0–17 mg/L tính theo CaCO₃, thường dưới 1 gpg, trong khi TDS chỉ chênh vài mg/L so với đầu vào vì một ion hóa trị hai được thay bằng hai ion hóa trị một. Natri tăng khoảng 46 mg/L cho mỗi 100 mg/L độ cứng được loại bỏ. Độ kiềm, sunfat, clorua và nitrat đi qua không thay đổi.

Hệ quả rất cụ thể. Hệ làm mềm nước không tạo ra nước có TDS thấp, không loại bỏ nitrat và không bảo vệ RO khỏi silic dioxide hay bo. Nó bảo vệ RO khỏi cáu cặn canxi cacbonat và canxi sunfat, đó là lý do làm mềm giúp tăng tỷ lệ thu hồi khả thi. Về phía natri, nước được làm mềm từ độ cứng 300 mg/L mang thêm khoảng 138 mg/L natri, điều này có ý nghĩa với chế độ ăn ít natri và với tưới tiêu.

Máy đo TDS bỏ sót mọi thứ không mang điện hoặc dẫn điện kém và mọi thứ ở nồng độ thấp: vi khuẩn, virus, clo, thuốc trừ sâu, và bản chất của các ion. Phép thử độ cứng bỏ sót natri, kali, nitrat, florua, asen và chì. Cả hai phép thử đều không phát hiện được vấn đề không có tín hiệu điện hoặc tín hiệu chuẩn độ.

Cả hai còn che khuất sự khác biệt giữa nước an toàn và nước không an toàn. Vi khuẩn coliform ở 1 CFU/100 mL, nitrat ở 50 mg/L và asen ở 0.01 mg/L ảnh hưởng đến thiết kế nhiều hơn hẳn một giá trị TDS 400 hay 450 mg/L, nhưng không có chỉ tiêu nào trong số đó làm que đo TDS thay đổi. Sàng lọc không phải phân tích, và một dây chuyền xử lý thiết kế chỉ từ hai phép đo cầm tay là một phỏng đoán.

Với TDS, dùng máy đo có bù nhiệt độ về 25 °C và ghi lại hệ số quy đổi; hai máy đặt hệ số 0.5 và 0.7 cho kết quả chênh nhau 40% trên cùng một mẫu nước. Với độ cứng, dùng bộ kit chuẩn độ đếm giọt hoặc quang kế; chuẩn độ cho trực tiếp tổng độ cứng tính theo CaCO₃ với độ chính xác khoảng 5 mg/L. Đo tại vòi nước nguồn, sau hệ làm mềm nước và tại điểm sử dụng, vì độ cứng có thể tăng giữa các điểm này nếu nhựa đã cạn hoặc van bypass đang mở.

Không, và đây là sai lầm phổ biến nhất tại hiện trường. Vì làm mềm thay canxi bằng natri, mức thay đổi độ dẫn điện rất nhỏ: loại bỏ 200 mg/L độ cứng tính theo CaCO₃ tương đương bỏ khoảng 80 mg/L canxi và thêm khoảng 92 mg/L natri, nên TDS chỉ dịch chuyển khoảng 12 mg/L, nằm gọn trong sai số của máy và độ trôi nhiệt độ. Một hệ làm mềm nước đã cạn hoàn toàn nhựa vẫn có thể hiển thị TDS bình thường.

Thay vào đó, hãy xác minh bằng chuẩn độ độ cứng. Độ cứng đầu ra dưới 17 mg/L tính theo CaCO₃ xác nhận quá trình trao đổi; giá trị đầu ra tăng dần qua các ngày liên tiếp dự báo nhựa sắp cạn và cho biết khi nào cần tái sinh. TDS là công cụ đúng để chọn RO và là công cụ sai để chứng minh hệ làm mềm nước hoạt động.