TDS, độ cứng và sắt: Hướng dẫn về chất lượng nước

Tính chất của nước do các ion nào tạo nên TDS quyết định, không phải tổng lượng. Natri và clorua là ion hóa trị một, vẫn hòa tan và chỉ làm tăng độ dẫn điện mà không đóng cặn. Canxi và magiê là ion hóa trị hai, kết tủa dưới dạng cacbonat khi trên khoảng 60 °C và tiêu hao xà phòng. Sunfat tạo thêm đường đóng cặn dưới dạng canxi sunfat khi trên khoảng 1,800 mg/L ở 25 °C. Silica polymer hóa khi trên 100–150 mg/L và khó loại bỏ khi đã bám chặt vào màng lọc.

Nhiệt độ và pH quyết định kết quả. Nước có TDS 500 mg/L dưới dạng canxi bicacbonat có thể ổn định ở 20 °C và đóng cặn ở 70 °C, vì độ hòa tan của canxi cacbonat giảm khi nhiệt độ tăng. Cùng nồng độ đó nhưng dưới dạng natri clorua vẫn trong ở mọi nhiệt độ sinh hoạt. Đó là lý do quyết định lắp hệ làm mềm nước cần độ cứng, độ kiềm và pH, không chỉ một chiếc bút đo TDS.

Việc làm mềm nước được quyết định bởi sự kết hợp của độ cứng, nhiệt độ và thiết bị phía sau. Dưới 60 mg/L theo CaCO₃, hầu hết hệ thống thương mại vận hành mà không đóng cặn. Từ 60 đến 120 mg/L, cặn hình thành chậm khi trên 60 °C, và quyết định phụ thuộc vào bình đun, máy tạo hơi và mục tiêu tỷ lệ thu hồi của RO. Trên 120 mg/L, làm mềm nước là mặc định cho mọi hệ thống đun nóng nước hoặc vận hành RO với tỷ lệ thu hồi trên 65%.

Sắt trên 0.3 mg/L gây ố thiết bị vệ sinh và quần áo, còn mangan trên 0.05 mg/L để lại cặn đen. Cả hai đều là ngưỡng cảm quan do Tổ chức Y tế Thế giới sử dụng, và cũng là điểm màng RO bắt đầu bị tắc, vì oxit sắt bít lưới phân cách dòng cấp và không bị loại bỏ bằng cách vệ sinh thông thường. Sắt hai hòa tan đi qua màng lọc 0.45 µm và nước trông trong; sắt ba bị oxy hóa bị giữ lại trên màng và có màu cam.

Chi phí một lần phân tích trong phòng thí nghiệm thấp hơn nhiều so với việc chọn sai một bộ thiết bị (skid). Lấy mẫu sau bồn áp lực và trước mọi bước xử lý, đồng thời ghi rõ mẫu sắt và mangan có được lọc tại hiện trường hay không, vì kết quả có lọc và không lọc mô tả các dạng khác nhau của cùng một kim loại. Một lần lấy mẫu là chưa đủ với nước giếng: cần xét nghiệm lại sau mưa lớn và vào cuối mùa khô.

Thứ tự được quyết định bởi mức chịu đựng của từng bước. Oxy hóa và lọc đứng đầu vì sắt và mangan gây bẩn mọi bề mặt phía sau, kể cả nhựa làm mềm và màng RO. Làm mềm nước đến tiếp theo vì bước này bảo vệ bình đun và cho phép RO đạt tỷ lệ thu hồi cao hơn. Sau đó là thẩm thấu ngược, và cuối cùng than hoạt tính cùng UV đánh bóng nước thấm.

RO chỉ hợp lý khi TDS ảnh hưởng đến vị, giới hạn công nghệ hoặc giới hạn quy định, chứ không phải chỉ vì chỉ số cao. Với nước uống, nhiều người nhận thấy vị khoáng hoặc hơi mặn khi trên 600 mg/L và không chấp nhận nước trên 1,000 mg/L. Với nước công nghệ, giới hạn đến từ thiết bị: nước cấp cho nồi hơi, máy tạo ẩm, máy làm đá và công thức đồ uống đều có con số riêng.

Hệ RO một cấp loại bỏ 95–99% muối hòa tan và, với nước cấp 300 µS/cm ở 25 °C, cho nước thấm ở mức 10 µS/cm hoặc thấp hơn. Dưới 600 mg/L, lọc than hoạt tính và UV thường giải quyết vấn đề vị và an toàn với chi phí thấp hơn và không tạo dòng nước cô đặc. Từ 600 đến 1,000 mg/L, pha nước thấm với nước thô thường là cách rẻ nhất để đạt mục tiêu về vị.

Việc xử lý nước cô đặc cũng thuộc cùng một quyết định. Một hệ RO nhỏ ở tỷ lệ thu hồi 50% làm tăng gấp đôi tải muối xả ra cống, và khi việc xả thải được đo đếm hoặc quy định thoát nước giới hạn TDS, chi phí đó làm thay đổi bài so sánh. Nếu công trình cũng cần nước mềm, hệ làm mềm nước có thể giải quyết vấn đề đóng cặn với chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn và không thay đổi TDS. Hai thiết bị không thể thay thế cho nhau, và việc mua một cái để khắc phục vấn đề của cái kia chính là cách các dự án nhận được một nhà máy đáp ứng bản thông số nhưng không đáp ứng yêu cầu.

Không có lõi lọc nào làm được cả ba. Bộ lọc cặn chỉ loại bỏ hạt đến kích thước danh định, thường 5–100 µm, và cho muối hòa tan, độ cứng và sắt hòa tan đi qua. Hệ làm mềm nước loại bỏ độ cứng bằng trao đổi ion và gần như không thay đổi TDS; natri tăng khoảng 46 mg/L cho mỗi 100 mg/L độ cứng được loại bỏ. Than hoạt tính loại bỏ clo, mùi vị và một số chất hữu cơ nhưng không loại bỏ muối hay độ cứng.

RO loại bỏ cả ba nhóm hòa tan ở mức 95–99%, nhưng cần loại sắt trước, vì oxit sắt làm bẩn màng và không thể phục hồi bằng vệ sinh. Thứ tự thực tế là oxy hóa và lọc để khử sắt, làm mềm để khử độ cứng, rồi RO để khử muối, với than hoạt tính và UV làm bước đánh bóng. Nhà cung cấp nào đề xuất một bồn duy nhất cho cả ba vấn đề thì đang mô tả một lõi lọc, không phải một dây chuyền xử lý.