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

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

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

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