Clo dư (chủ yếu là axit hypochlorous HOCl và hypochlorite OCl⁻) có tác dụng oxy hóa và phá hủy mạnh đối với nhựa trao đổi ion. Sự phá hủy này là một quá trình phân hủy hóa học làm giảm đáng kể tuổi thọ của nhựa và làm giảm khả năng trao đổi của nó.
Cốt lõi của nhựa trao đổi ion là đường trục polyme liên kết chéo. Clo dư, là chất oxy hóa mạnh, tấn công cấu trúc vòng benzen, phá hủy tính thơm của nó. Nghiêm trọng hơn, nó oxy hóa và phá vỡ các liên kết cacbon-cacbon liên kết các chuỗi polyme và các liên kết bắc cầu của tác nhân liên kết ngang-, divinylbenzen.
Đối với các nhóm chức năng như nhóm axit sulfonic, sự phân hủy oxy hóa của xương sống do clo dư làm suy yếu các điểm gắn của nhóm axit sulfonic, cuối cùng dẫn đến sự tách rời của các nhóm axit sulfonic và mất khả năng trao đổi.
Quá trình oxy hóa nhựa bằng clo dư làm giảm khả năng trao đổi vĩnh viễn. Các nhóm chức năng bị hư hỏng không thể tái tạo được dẫn đến khả năng xử lý nhựa giảm; chu kỳ vận hành ngắn hơn đòi hỏi phải tái tạo thường xuyên hơn, tăng chi phí vận hành (tái sinh, tiêu thụ nước, thời gian); và sự vỡ nhựa, vì sự phân hủy oxy hóa của xương sống dẫn đến độ bền của nhựa giảm, khiến nó trở nên giòn và dễ vỡ. Các mảnh vụn làm tăng độ sụt áp của hệ thống, làm tắc nghẽn bộ phân phối nước và làm ô nhiễm nước thải; chất hữu cơ hòa tan và các sản phẩm phân hủy (như axit hữu cơ và amin có trọng lượng phân tử thấp) rỉ ra từ nhựa, làm ô nhiễm nước đã xử lý.
Làm thế nào để loại bỏ clo dư?
Các phương pháp loại bỏ clo dư cần phải hiệu quả, đáng tin cậy và khả thi về mặt kinh tế. Các phương pháp chính như sau:
1. Hấp phụ than hoạt tính
Lớp than hoạt tính-được thiết kế tốt (thời gian tiếp xúc với lớp trống EBCT thường là 5-15 phút) có thể giảm lượng clo dư vào từ 1-2 mg/L xuống < 0,01 mg/L.
Khả năng hấp phụ của than hoạt tính đối với clo dư thường nằm trong khoảng 0,1-1,0 gCl₂/g than hoạt tính, tùy thuộc vào loại than, chất lượng nước và điều kiện vận hành. Điều này có nghĩa là một kg than hoạt tính có thể xử lý hàng trăm đến hàng nghìn lít nước clo (dựa trên nồng độ clo dư là 1 mg/L).
Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn (thường là 800-1500 m2/g) và cấu trúc vi xốp phát triển tốt, cho phép loại bỏ clo dư một cách hiệu quả thông qua hấp phụ vật lý và khử hóa học (các vị trí khử trên bề mặt than hoạt tính khử HOCl/OCl⁻ thành Cl⁻).
Advantages: High removal efficiency (typically >99%), có khả năng loại bỏ đồng thời chất hữu cơ, mùi, màu và các chất ô nhiễm khác khỏi nước. Vận hành đơn giản và bảo trì tương đối thuận tiện (rửa ngược thường xuyên, thay thế sau khi bão hòa).
2. Liều lượng chất khử hóa học:
Về mặt lý thuyết, để loại bỏ 1 mg/L clo dư (Cl₂) cần khoảng 1,46 mg/L NaHSO₃ (hoặc khoảng 1,34 mg/L SO₂). Trong các ứng dụng thực tế, xem xét các phản ứng không hoàn toàn và đảm bảo giới hạn an toàn, tỷ lệ liều lượng thường là 1,8:1 đến 3:1 (mg NaHSO₃ : mgCl₂).
Cần có máy bơm định lượng và giám sát clo dư trực tuyến chính xác để kiểm soát-vòng kín nhằm đảm bảo không dùng quá liều (làm hỏng nhựa) cũng như không dùng quá liều (làm lãng phí thuốc thử và có thể tạo ra các ion bổ sung như SO₄²⁻).
Ưu điểm: Phản ứng cực nhanh (giây), kiểm soát liều lượng chính xác, diện tích nhỏ, thích hợp để xử lý tốc độ dòng chảy lớn hoặc các tình huống có biến động lớn về nồng độ clo dư.
3. Chiếu xạ tia cực tím (UV) (ít được sử dụng hơn): Các bước sóng cụ thể của tia UV (chủ yếu là 254nm) có thể quang phân clo dư. Tuy nhiên, hiệu quả của nó tương đối thấp (yêu cầu liều lượng cao hơn), giá thành cao và có các yêu cầu về độ đục của nước và độ truyền ánh sáng. Nó thường không được sử dụng như một phương pháp chủ đạo để bảo vệ nhựa và loại bỏ clo mà là để khử trùng hoặc như một phương pháp phụ trợ.