اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای مورد  استفاده صنعت بسیار اهمیت دارد، از نظر بهداشت عمومی هم دارای اهمیت خاصی است.
آب های سخت در حرارت های بالا مشکلاتی را به همراه دارند و در جداره کتری و دیگ های بخار رسوبات کربنات کلسیم ایجاد میکنند.
جالب اینجاست مصرف آب های سخت تر بعلت وجود منیزیم و کلسیم مرگ های ناگهانی ناشی از امراض قلبی و عروقی را به شدت کاهش میدهد،
از طرفی کلسیم و منیزیم در آبهای آشامیدنی سخت ،مانع جذب فلزات سنگین نظیر سرب، کادمیوم، روی ،مس و رسوب آنها در استخوانها می شود.کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت قابلیت هضم پایین ، ناراحتی هایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.
بعضا دیده شده جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود.
دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی المقدوراز آبهای سبک برای شرب استفاده شود.
همچنین بدن انسان  نسبت به سنگینی موجود در آب مصرفی خود حساسیت دارد، چنانچه این پارامترهای این نوشیدنی مهم  تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند
البته شایان ذکر است استاندارد بین المللی آب ایران حد نرمال آب شرب را با سختی 150 میلی گرم در لیتر و حداکثر مجاز جهت شرب سختی 500 میلی گرم در لیتر را مورد تایید قرار داده است. و در مناطق بعضی استانها بین سختی 280 میلی گرم در لیتر و متاسفانه تا 600 میلی گرم در لیتر هم مورد استفاده قرار می گیرد.

پلی الکترولیت ها و منعقد کننده ها و مکانیسم عمل انها

وجود ناخالصیهای معلق و کلوئیدی در اب که باعث ایجاد رنگ و بو و طعم نامطبوع آب می‌شوند، لزوم تصفیه آب را مطرح می‌کند.

این ناخالصیها از طریق  صاف کردن ، قابل رفع نیستندو بایستی از روش انعقاد و لخته‌سازی برای حذف آنها استفاده شود. افزودن یک ماده منعقد کننده به آب باعث خنثی شدن بار ذرات کلوئیدی شده ، این ذرات با نزدیک شدن به هم ذرات درشت دانه و سنگین تری را ایجاد می‌کنند.

برای کامل کردن این عمل و ایجاد لخته‌های بزرگتر از مواد دیگری به نام کمک منعقد کننده استفاده می‌شود. لخته‌های بوجودآمده که حاوی ذرات معلق و کلوئیدی هستند، به حد کافی درشت هستند و به‌راحتی ته‌‌نشین و صاف میگردند.
معمولا برای حذف مواد کلوئیدی آب و فاضلاب ،از ترکیبات فلزاتی همچون آلومینیوم و آهن یا بعضی از ترکیبات  الکترولیت استفاده می‌شود
پلی الکترولیت‌ها مواد مصنوعی با وزن مولکولی بالا هستند که در فرایند تصفیه آبهای آشامیدنی موجب بالا رفتن راندمان زلال سازی می‌گردند . این مواد اشتیاق ترکیبی بسیار بالایی با ذرات بوجود آورنده کدورت آب را دارند.
بطور کلی عملکرد بهینه آنها به تاثیر واکنش بر روی سطح ذرات بستگی دارد و این واکنش خود به شرایط محیطی از جمله سختی ،
و هدایت الکتریکی آب و اسیدیته اب بستگی پیدا می‌کند
پلی الکترولیت‌ها با نام‌ تجاری متعدد تولید و عرضه می‌گردند . از جمله پریستول ، سوپرفلوک ، مگنوفلوک و غیره

رزین کاتیونی

پدیده تبادل یون برای اولین بار در سال 1850 و به دنبال مشاهده توانایی خاک‌های زراعی در تعویض برخی از یون‌ها مثل آمونیوم با یون کلسیم و منیزم موجود در ساختمان آن‌ها گزارش شد. در سال 1870 با انجام آزمایش‌های متعددی ثابت شد که بعضی از کانی‌های طبیعی بخصوص زئولیت‌ها واجد توانایی انجام تبادل یون هستند. در واقع به رزین‌های معدنی، زئولیت می‌گویند و این مواد یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف کرده و به جای آن یون سدیم آزاد می‌کردند از اینرو به زئولیت‌های سدیمی مشهور شدند. استفاده از زئولیت‌های سدیمی در تصفیه آب مزایای زیاد داشت چرا که از طرفی نیازی به حضور مواد شیمیایی نبود و از طرف دیگر اثرات جانبی نیز نداشتند.

رزین‌های موازنه کننده یون، ذرات جامدی هستند که می‌توانند یون‌های نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین‌های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می‌باشد بگونه‌ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کننده‌ها با محلول‌های

الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون، متحرک و قابل تعویض است به عنوان مثال، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکال‌های آنیونی SO23- می‌باشد که کاتیون متحرکی مثل  H+ یا  Na+ به آن هستند.

این کاتیون‌های متحرک می‌توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض     کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیون‌های متحرکی مثل Cl-  یا  OH- به آن متصل می‌باشد. در اثر تعویض یون، کاتیون‌ها یا آنیون‌های موجود در محلول با کاتیون‌ها و آنیون‌های موجود در رزین تعویض می‌شوند، بگونه‌ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. در اینجا با تعادل جامد مایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود.

برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:

    خود دارای یون باشد.
    در آب غیر محلول باشد.
    فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد، بطوریکه یون‌ها بتوانند به سهولت در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.

رزین‌های کاتیونی در اثر واکنش فنل و یا مشتقات آن با فرمالدئید و سپس سولفونه کردن آن‌ها به کمک سولفوریک اسید به حالت توده‌ای تهیه شدند که آنها را خرد و غربال می‌کردند و مورد استفاده قرار می‌دادند. این گونه رزین‌ها نیز از سولفونه کردن پلی استیرن تهیه گردیدند. هرگاه در پلی مریزاسیون استایرن مقداری دی وینیل بنزن افزوده گردد پلی مری با ساختار شبکه‌ای  تولید می‌گردد که در اثر سولفونه کردن آن، رزین کاتیونی قوی تهیه می‌گردد. هرگاه به جای گروه سولفونیک اسید گروه کربوکسیلیک اسید (-COOH) جانشین شود، رزین‌های کاتیونی ضعیف، تولید می‌گردد ولی روش ساده‌تر برای تهیه این رزین‌ها ترکیب متاکریلیک اسید با دی وینیل بنزن می‌باشد.

پرکاربردترین رزین کاتیونی در صنعت آب و فاضلاب رزین کاتیونی سدیمی میباشد که در واحد سختیگیری برای از بین بردن سختی آب استفاده میشود.

رزین‌های کاتیونی معمولاً به دو دسته تقسیم می‌شوند:

        رزین‌های کاتیونی قوی  SAC) Strongacidis Cation )
        رزین‌های کاتیونی ضعیف WAC) Weak acidis Cation)

رزین‌های کاتیونی قوی قادر به جذب کلیه کاتیون‌های موجود در آب می‌باشد ولی نوع ضعیف قادر به جذب کاتیون‌های هستند که به قلیائیت آب مرتبط است و محصول سیستم اسید کربنیک است.
نوع قوی:

Ca(HCO3)2 OR MgSO4 + 2ZSO3H -----> Ca2++2H2CO3 OR Mg2+ + H2SO4
نوع ضعیف:

Mg(HCO3)2 OR Ca(HCO3)2 + 2ZCOOH -----> (ZCOO)2+ + Mg(ZCOO)2+Ca + 2H2CO3
مزیت رزین‌های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آن‌ها در مقایسه با رزین‌های کاتیونی قوی می‌باشد، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیاء مکرر می‌گردد. اصولاً زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیون‌های آب است بکارگیری توأم رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی‌تر از بکارگیری رزین‌های کاتیونی قوی می‌باشد.
نحوه عملکرد رزین کاتیونی سدیمی

در سختی گیر تعویض یونی، رزین‌های کاتیونی سدیمی وجود دارند که یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) با سدیم رزین تعویض می‌شوند که در نتیجه آب بدون سختی تولید می‌شود چون یون سدیم بسیارمحلول است از این رو خطر تشکیل رسوب از بین می‌رود. این تعویض یون سدیم رزین با یون‌های کلسیم و منیزیم آب ورودی آنقدر ادامه می‌یابد که رزین نیاز به احیاء داشته باشد.

در زمان سرویس سختی‌گیر، واکنش زیر انجام می‌شود:

                                    

تعویض رزین کاتیونی در سختی گیر
عملکرد رزین کاتیونی سدیمی

رزین‌های کاتیونی سدیمی از نوع قوی نه فقط کاتیون‌های مولد سختی آب بلکه همه‌ی یون‌های فلزی را با سدیم تعویض می‌کنند.

ترتیب گزینش نسبی کاتیون‌ها برای جذب به وسیله تعویض کننده کاتیونی قوی به شکل زیر می‌باشد:

Th4+>Fe3+>Fe2+>Ca2+>Mg+>NH4+>K+>H+

احیای رزین کاتیونی قوی

برای احیاء این نوع رزین‌ها کافی است که رزین را با آب نمک شستشو دهیم که در طی آن یون‌های منیزیم و کلسیم محبوس در شبکه رزین با سدیم نمک تعویض می‌شوند. در پایان کار احیاء، رزین را با آب تازه می‌شویند تا نمک اضافی حذف شده و دستگاه آماده سرویس گردد.

در زمان احیاء با نمک طعام، رزینی که پر از یون‌های کلسیم است دوباره به صورت رزین سدیمی در می‌آید:

احبا رزین کاتیونی

با وجود اینکه هرچه نمک طعام بیشتری در موقع احیای رزین بکار رود، ظرفیت رزین افزایش می‌یابد ولی این بدان معنا نیست که مثلاً با دو برابر کردن مقدار نمک طعام در موقع احیاء ظرفیت رزین هم دو برابر خواهد شد.

برخی از کاربردهای رزین‌ها

با رزین‌های کاتیونی چه نوع هیدروژنی و چه نوع سدیمی می‌توان آهن و منگنز را همچون بقیه کاتیون‌ها حذف کرد اما به علت امکان آلوده شدن رزین‌ها معمولاً مشکلاتی داشته و باید نکاتی را رعایت کرد. اولاً باید دقت کرد که قبل از حذف یون آهن توسط رزین هیچ هوایی با آب در تماس قرار نگیرد چون در اثر مجاورت با هوا، آهن و منگنز محلول در آب اکسیده شده غیر محلول در می‌آیند و در نتیجه روی ذرات رزین رسوب کرده و باعث آلوده شدن رزین می‌گردد.

با استفاده از رزین‌های تبادل یونی می‌توان لیزین را که جز اسید آمینه ضروری مورد نیاز رژیم غذایی خوک‌ها، ماهیان و سایر گونه‌های حیوانی می‌باشد، را تخلیص کرد. دلیل اهمیت تخلیص این اسید آمینه، نزدیکتر شدن رژیم غذایی حیوانات به نیازمندی‌های آنها در مصرف مواد خام و ... است با توجه به اینکه مقدار لیزین در دانه‌ها‌، بخصوص غلات ناچیز می‌باشد.

نحوه تشکیل سختی اب

نحوه تشکیل سختی آب :

مکانیزم ایجاد سختی آب بدین صورت است که بخار آب در جو چگالیده شده ،دی اکسید کربن هوا را در خود حل می کند و تشکیل اسید ضعیفی به نام اسید کربنیک می دهد این اسید همراه با قطرات باران به زمین می بارد .از خاک های سطحی عبور کرده و به بسترهای سنگی زیر،زمین که معمولا سنگ آهک می باشند می رسد، سنگ آهک مخلوطی از کربنات کلسیم و منیزیم می باشد اسید ضعیف ،آهک را در خود حل می کند و موجبات سختی آب را فراهم می آورد . منیزیم و کلسیم به عنوان عناصر دو قلوی سختی در جهان شهرت دارند .

گرچه سختی آب ناشی ازیون های کلسیم ، منیزیم ، باریم ، هیدروکربنات ، سولفات و نیترات ها آهن منگنز می باشد ولی چون غیر از ترکیبات کلسیم و منیزیم سایر ترکیبات قابل صرفنظرکردن هستند (به دلیل غلظت بسیار کم آنها ) بنابراین اصطلاحا به مجموع کاتیون های کلسیم و منیزیم سختی آب می گویند

مفهوم سختی آب(Hardness)

به بخشی از مواد و فلزات محلول در آب  که ماهیت رسوبی دارند واز ترکیبات آهن، منگنز، استرانسیم، آلومینیوم و به خصوص کلسیم و منیزیم بوجود می‌‌آیند، سختی می گویند که 4 عنصر اول دارای نسبت بسیار کمتری در آب می‌‌باشند. بنابراین برای تمام مقاصد عملی می‌‌توان سختی کل را برابر با مجموع یونهای کلسیم و منیزیم دانست. البته در آبهای طبیعی معمولاً غلظت کلسیم حدود 2 برابر منیزیم است در حالی که در آب دریا غلظت منیزیم حدود 5 برابر کلسیم می‌‌باشد.  اما به طور کلی سختی آب را می‌‌توان به دو بخش موقت یا دائم طبقه بندی نمود:

سختی موقت آب (سختی کربناتی) :در حقیقت املاح بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که در اثر حرارت دادن از حالت محلول به صورت غیر محلول و در نتیجه به رسوب تبدیل می‌‌شود.

سختی دائم (غیر کربناتی):املاح سولفات، کلراید، نیترات و غیره با کلسیم و منیزیم است که در اثر حرارت

دادن رسوب نمی‌کند.  تمامی آبهای طبیعی حاوی غلظتهای مختلفی از نمکهای محلول هستند که این نمکها در آب تفکیک شده و یونهای باردار بوجود می‌‌آورند. یونهای دارای بار مثبت کاتیون و یونهای دارای بار منفی آنیون نامیده می‌‌شوند.  واحد سختی در کشورهای مختلف بصورت زیر است:

فرانسه: هر واحد سختی برابر است با یک گرم گربنات کلسیم در 100 لیتر آب (10 میلی‌گرم در لیتر)

انگلیس: برابر است با یک گرم کربنات کلسیم در 70 لیتر آب (14.3 میلی‌گرم در لیترGrain )

ایران و آمریکا: برابر است با یک گرم کربنات کلسیم در 100 لیتر آب (1 میلی‌گرم در لیترppm)

آلمان: عبارتست از معادل یک گرم کربنات کلسیم در 56 لیتر آب (17.8 میلی‌گرم در لیتر)

سختی گیر رزینی

یکی از معمول ترین روش برای حذف سختی آب استفاده از سختیگیر رزینی می‌باشد. مقدار سختی آب، علاوه بر اینکه در آب‌های صنعتی خیلی حائز اهمیت است، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد.

سختی آب دراثر وجود بیش از اندازه نمک‌های محلول کلسیم و منیزیم و تا اندازه‌ای آهن، منگنز، آلومینیوم و روی در آن پدید می‌آید و سبب می‌شود که مصرف آب به طور کلی و به ویژه در صنعت با دشواری‌هایی مواجه شود.

در نتیجه آب سخت، آبی است که در آن مقدار زیادی مواد معدنی حل شده که شامل عمدتا کلسیم و گاهی اوقات منیزیم میشود.

وقتی که آب باران از روی سنگ‌های نرم عبور می‌کند، بعضی از مواد معدنی سنگ‌ها در آب حل شده و آن را سخت می‌کند. بدیهی است هر چه مقدار این مواد در آب بیشتر باشد آب سخت‌تر خواهد بود. سنگ‌های سخت مانند گرانیت به راحتی در آب حل نمی‌شوند و در نتیجه نواحی که در آنجا سنگ‌های سخت وجود دارند، دارای آب نرم خواهند بود.

ضرورت استفاده از سختی گیر رزینی

رسوباتی که در اثر ته نشین شدن مواد معدنی از آب سخت تشکیل می‌گردند، (که عمدتاً عبارتند از کربنات کلسیم، هیدروکسید منیزیم و سولفات کلسیم و اصولاً بدلیل تجزیه گرمایی یون‌های بی‌کربنات بوجود می‌آیند) بصورت مواد جامد چسبنده به سطوح لوله‌ها و به ویژه روی سطوح داغ مبدل حرارتی مبدل حرارتی و بویلر‌ها می‌چسبند، که این امر باعث مسدود شدن لوله‌ها  می شود و در بویلرها نیز بصورت عایق حرارتی عمل کرده و مانع جریان یافتن حرارت به آب می‌گردد که این امر نه تنها بازدهی حرارتی را کاهش می دهد، بلکه باعث بیش از حد گرم شدن فلز شده که این امر در سیستم‌های تحت فشار می‌تواند منجر به شکست فاجعه باری گردد.

ولی از طرف دیگر، این رسوبات مانع تماس مستقیم آب با فلز لوله شده و در نتیجه از خوردگی لوله و حل شدن نمکهای فلزی سمی در آب جلوگیری می‌کند.

سختی گیر رزینی اصفهان

سختی گیر رزینی مشهد

سختی گیر رزینی تبریز

سختی گیر رزینی شیراز

سختی گیر رزینی قزوین

راه اندازی سختیگیر

عملیات مقدماتی راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک
1.لوله های آب ورودی و خروجی دستگاه را به سیستم وصل کنند.
2.پس از باز کردن درب دریچه دست رو و سپس دریچه دسترو یا فلنج را محکم ببندید.
3.تانک نمک(حاوی محلول آب و نمک با غلظت مناسب) را زیر لوله آب نمک دستگاه قرار دهید.
 
 

مرحله دوم راه اندازی سختی گیر
1.ابتدا همه شیر ها را بسته و شیر هواگیری دستگاه را باز کنید.
2.دسته شیر سولو(solo valve) را در وضعیت (Run) قرار دهید.
3.شیر شماره 1(ورودی) را باز کنید,در این حالت دستگاه به تدریج پر از آب می گردد.
4.به محض خروج آب از لوله هواگیری,شیر هواگیری را ببندید.
5.شیر شماره 2(خروجی) را باز کنید,بدین ترتیب دستگاه آماده بهره برداری و تصفیه آب است.
نکته 1:در حین بهره برداری از دستگاه سختی گیر ,اطمینان حاصل کنید که فشار نسبی داخل مخزن باید بین(1.7-2.5 بار) باشد.اگر فشار داخل مخزن کمتر از(1.7 بار) باشد,در آب بندی شیر سولو و مکش آب نمک اختلال ایجادخواهد شد.همچنین در فشار های بالا ممکن است قطعات شیر سولو صدمه ببیند.در هر حال بهره برداری از شیر سولو در فشار های بالا تر از (2.5 بار) به هیچ توصیه نمیگردد.
نکته 2:سختی آب تصفیه شده خروجی از سختی گیر ها همواره باید کنترل شده و مورد آزمایش قرار بگیرد.به محض اینکه سختی آب از حد مجاز بیشتر بوده,بلافاصله باید نسبت به عمل احیا کردن رزین-که در ادامه شرح داده شده است-اقدام نمود.
روش بکواش کردن سختی گیر های رزینی ( احیا کردن رزین )
ابتدا شیر شماره 1 تا 4 را ببندید.
سپس دسته شیر سولو را در وضعیت (REGEN) قرار دهید.
شیر شماره 3 و4 را باز کنید تا محلول آّب و نمک وارد سیستم شود، اگر درپوش برنجی روی نازل نمک را که به همین منظور در پشت شیر سولو و در کنار لوله تخلیه تعبیه شده است، باز کنید، به کمک پیچ گوشتی مناسبی می توانید میزان مکش را تنظیم نمایید.
پس از گذشت مدت لازم مرحله بعدی بعنی شستشوی رزین با آب را انجام دهید.
این روش برای بیشتر سختی گیر های رزینی قابل اجراست اما باید برای اطمینان از صحت مراحل انجام شده به دستورالعمل شرکت تولید کننده مراجعه کرد.
شستشوی رزین با آب
1.ابتدا تمام شیر هارا ببندید.
2.دسته شیر سولو را در وضعیت (wash) قرار دهید.
3.شیر شماره 1 و 3 (شیر های ورودی و تخلیه) را باز کنید ,در این حالت آب از سمت پایین ستون رزین به داخل مخزن دستگاه وارد شده و از بالای آن خارج میگردد.(درست عکس مسیر تصفیه)
4.حدود 20 دقیقه صبر کنید تا کل رزین موجود در داخل مخزن دستگاه شسته شده و محلول آب و نمک از آن تخلیه گردد.
5.آن گاه کلیه شیر هارا ببندید و شیر شماره 1 و 2 را باز کنید.
6.سپس دسته شیر سولو را در وضعیت (Run) قرار دهید.در این حالت دستگاه مجددا آماده کار است

سختیگیر و سختی

اگر کندانسر چیلر را هر سال اسیدشویی و سیخ زنی می کنند دلیل چیست ؟ چاره کار را باید در کجا پیدا کرد ؟ آیا فقط دلیل را باید بر سر سختی آب انداخت !

حال باید اندیشید واقعا در مقیاس بزرگتر سختی آب چه به جان تجهیزات می آورد !

بی توجهی به این مسئله باعث :

v تشدید و خوردگی و رسوب گذاری در تاسیسات حرارتی و برودتی

v کاهش انتقال حرارت و افزایش مصرف بی رویه انرژی به دلیل وجود لایه های ضخیم

v ایجاد لکه و رسوبات سفید رنگ بر روی سطوح شیشه، فلز ،پارچه و نظایر آن

v کاهش ظرفیت انتقال جریان آب در اثر رسوبات سخت در جداره داخلی لوله ها

v افزایش مصرف مواد شوینده به دلیل کاهش خاصیت کف کنندگی آنها در آب سخت

نحوه تشکیل سختی آب :

مکانیزم ایجاد سختی آب بدین صورت است که بخار آب در جو چگالیده شده ،دی اکسید کربن هوا را در خود حل می کند و تشکیل اسید ضعیفی به نام اسید کربنیک می دهد این اسید همراه با قطرات باران به زمین می بارد .از خاک های سطحی عبور کرده و به بسترهای سنگی زیر،زمین که معمولا سنگ آهک می باشند می رسد، سنگ آهک مخلوطی از کربنات کلسیم و منیزیم می باشد اسید ضعیف ،آهک را در خود حل می کند و موجبات سختی آب را فراهم می آورد . منیزیم و کلسیم به عنوان عناصر دو قلوی سختی در جهان شهرت دارند .

گرچه سختی آب ناشی ازیون های کلسیم ، منیزیم ، باریم ، هیدروکربنات ، سولفات و نیترات ها آهن منگنز می باشد ولی چون غیر از ترکیبات کلسیم و منیزیم سایر ترکیبات قابل صرفنظرکردن هستند (به دلیل غلظت بسیار کم آنها ) بنابراین اصطلاحا به مجموع کاتیون های کلسیم و منیزیم سختی آب می گویند

انواع سختی

معمولا سختی آب به دو قسمت :

- سختی موقت

- سختی دائم تقسیم می شوند

سختی موقت چیست ؟

به صورت ساده منظور از سختی موقت ،سختی می باشد که در اثر حرارت دادن به آب املاح بی کربنات کلسیم و منیزیم از حالت محلول خارج شده و به صورت غیر محلول در آیند .

سختی دائم چیست ؟

منظور از سختی دائم ،سختی می باشد که با حرارت دادن به آب املاح موجود در آب از حالت محلول خارج نشوند .

هنگامی که آب های سخت حرارت داده می شوند تشکیل رسوب خیلی سریع تر انجام می گیرد که مشکلات زیادی را در بویلرها و مبدل های حرارتی به وجود می آورند ، به طوری که یک لایه رسوب به قطر یک میلیمتر بر روی سطوح گرم کننده یک آب گرم کن بصورت عایق حرارتی عمل کرده و در نتیجه تقریباً %10 افزایش هزینه به وجود خواهد آمد. تشکیل رسوب در جدارها و دیوارها باعث آسیب های فراوانی به تأسیسات حرارتی و برودتی می شود که مهم ترین آنها کاهش بازدهی مبدل ها و در نتیجه افزایش انرژی راهبری است .

در تبدیل سختی آب به رسوب و تشکیل آن در سیستم‌ها، سه پارامتر مهم نقش اساسی را ایفا می‌کنند. این عوامل عبارتند از:

دما

افزایش دمای آب باعث کاهش حلالیت فلزات در آب شده و سبب افزایش رسوب گذاری می گردد .

قلیاییت

با کاهش اسیدیته و افزایش قلیاییت آب ، حلالیت آن نیز کمتر شده که نتیجه آن افزایش رسوب خواهد بود .

فشار

کاهش فشار آب ، کاهش حلالیت را در پی خواهد داشت که ماحصل آن مانند موارد قبلی ،باعث افزایش میزان رسوب گذاری خواهد شد .

تا بدین مرحله سختی آب را شناختیم حال نوبت به آن رسیده تا با آن مبارزه کنیم در این بین باتوجه به شرایط و آنالیز شیمیایی آب باید معقول ترین حالت را انتخاب کنیم .

روش‌های مهار املاح و رسوب آب

برای برطرف کردن آثار آب سخت، روش های گوناگونی وجود دارد که مهم ترین آن ها روش های زیر است :

سختی گیر رزینی

سختی گیر مغناطیسی

اسمز معکوس

تقطیر

و ...

روش های بسیار متنوعی برای مهار کردن املاح آب وجود دارد که برای بررسی هر کدام از حالت ها باید نمونه ای از آب گرفته شود تا باتوجه به آنالیز شیمیایی آن و تحلیل شرایط محیطی و اقتصادی مناسب ترین روش را انتخاب کرد .

در تاسیسات برودتی و حرارتی به شرطی که TDS آب مورد نمونه برداری کمتر از 700ppm باشد مناسب ترین روش برای مهار کردن املاح آب استفاده از روش سختی گیری رزینی می باشد زیرا که سختی گیرهای رزینی بدلیل انجام تبادل یونی و حذف املاح و سختی محلول در آب از نظر عملکرد نسبت به رسوب زداهای مغناطیسی، که املاح را صرفاً در آب معلق نگه می دارند مطمئن ترند ، ولی از طرف دیگر سختی گیرهای رزینی نیازمند عملیات دائمی و منظم بک واش و احیا می باشند.

اساس کار سختی گیر رزینی

اساس کار دستگاههای سختی گیری نوع رزینی استفاده از فرایند تبادل یونی توسط رزین های کاتیونی می باشد. خواص رزین ها این است که وقتی در حضور آب سخت قرار می گیرند، یون سدیم آنها با یون های رسوب گذار از قبیل کلسیم و منیزیم موجود در آب جا به جا می شوند. به این ترتیب با حذف املاح کلسیم و منیزیم کاملا محلول بوده و تمایلی به رسوب گذاری ندارد. مبادله یون ها تا زمانی ادامه می یابد که همه سدیم رزین ها با کلسیم و منیزیم آب تعویض شوند، پس از این زمان ، به تدریج بازده فرایند سختی گیری کاهش می یابد و رزین ها می بایست دوباره بازیابی و احیاء شوند. احیاء مجدد این نوع رزین ها با عبور محلول غلیظ کلرید سدیم (نمک طعام) از بستر رزین انجام می پذیرد .


معمولا جهت احیاء رزین از آب و نمک با غلظت 10 % باید استفاده کرد. غلظتهای کمتر و یا بیشتر از 10 % نمک ، اثر کمتری دارند و خلوص نمک عامل بسیار مهمی در احیاء مناسب رزین کاتیونی سختی گیر می باشد. اگر از سنک نمک و نمک معمولی استفاده گردد بسبب ناخالصی در نمک عمر رزین بسیار کاهش می یابد.

نکات راهبردی و تعمیر نگهداری :

استفاده از آب چاه یا آب ورودی به کارخانه برای تهیه آب نمک اشتباهی است که بعضا در موتورخانه ها دیده می شود ، ناخالصی آب مورد استفاده برای تولید آب نمک احیاء رزین دوباره به رزین انتقال می یابد و احیا ء مناسب صورت نمی گیرد و عمر مفید رزین که بالای 5 سال می باشد کم می شود .

توصیه می گردد برای بار اول احیاء از آب مقطر استفاده گردد و برای دفعات بعد از آب سبک شده توسط سختی گیرتان که در ظروف نگهداری برای احیاء ذخیره نموده اید استفاده نمایید که باعث عدم احیاء مناسب رزین به علت داشتن املاح در خود می گردد و عمر رزین را کاهش می دهد .

یکی دیگر از مشکلات عدم بهره برداری درست از سختی گیر رزینی متاسفانه به دلیل وجود رزین های نا مرغوب چینی در بازار کشور که با برندهای معروف و به صورت غیر اصل ارائه می گردد باعث شده است مشکلات و هزینه زیادی به صنایع گوناگون وارد گردد. عمر کوتاه یکساله و کمتر و عدم سختی گیری مناسب و هزینه تعوض زود هنگام و معطل بودن کارخانه جهت تعویض رزین از مشکلات رزین های چینی می باشد که متاسفانه حتی با برندهای پرولایت انگلیس و یا داو امریکا بطور قلابی بفروش می رسند.

نکته مهم ترآنکه درحین بهره برداری از دستگاه سختی می بایست اطمینان حاصل کنید که فشار نسبی داخل مخزن بین (1.7-2.5 bar) باشد.اگر فشار داخل مخزن کمتر از (1.7) باشد، در آب بندی شیر سولو ولو و مکش آب نمک اختلال ایجاد خواهد شد. همچنین در فشار های بالا ممکن است قطعات شیر سولو ولو صدمه ببیند. در هر حال بهره برداری از شیر سولو ولو در فشار های بالاتر از (2.5) به هیچ وجه توصیه نمی گردد .

در ساختمان های بلند مرتبه که برج ها و منابع انبساط باز بر روی بام قرار دارند برای تامین آب آب جبرانی آنها ، هیچ گاه فشار آب ورودی به سختی گیر را از رنج داده شده بالاتر نبرید ، برای تامین آب جبرانی تجهیزات در بام بهتر است بعد از سختی گیر از یک منبع ماند و یک پمپ برای تامین آب تجهیزات استفاده کنید .

هنگامی که فشار آب ورودی به سختی گیر زیاد می شود علاوه بر انکه شیر مورد نظر را متسهلک می کند ، باعث می شود رزین های داخل سختی گیر را به بیرون از سختی گیر منتقل کند و بعد از مدتی شاهد آن خواهید بود با تعمیر و نگهداری مکرر هیچ گاه آب خروجی از سختی گیر عدد مورد نظر شما نخواهد شد