4 مدل از انواع سختی گیر آب را بشناسید

سختی آب به وسیله مقدار مواد معدنی، فلزات سنگین و نمک‌ها تعیین می‌شود. وجود این مواد در آب به دلایل مختلفی رخ می‌دهد که از جمله آن‌ها حرکت آب در سفره‌های زیرزمینی و عبور از میان سنگ‌های مختلف است. همچنین آب استفاده شده در فرایند‌های صنعتی، معمولاً دچار سختی می‌شود. مقادیر مواد ایجادکننده سختی در آب با ppm بیان می‌شود. در این مقاله همراه ما باشید تا با انواع سختی گیر آب و روش‌های انتخاب سختی گیر مناسب آشنا شوید.

سختی آب چیست؟

غالباً وجود کاتیون‌های کلسیم و منیزیم عامل رسوب در آب هستند. کاتیون کلسیم صرف نظر از نمک‌های آن، سختی کلسیم را تشکیل می‌دهد و کاتیون منیزیم موجب سختی منیزیم می‌شود. به‌طورکلی تصور می‌شود که سختی کل آب از یون‌های این دو عنصر به وجود می‌آید.

از دیگر عوامل ایجاد سختی در آب، وجود سیلیس است. در صنایع و در بویلرهایی که با فشار متوسط و بالا کار می‌کنند، افزایش غلظت سیلیس بیش از حد استاندارد، موجب حرکت آن همراه با بخار آب می‌شود. رسوب سلیس در توربین‌ها به علت کاهش دمای بخار رخ می‌دهد و این موضوع موجب رسوب سیلیس بر روی پره‌های توربین می‌گردد و به تدریج از کارافتادگی این سیستم‌ها را به همراه دارد. خوردگی مکانیکی پره‌ها، از دیگر مضرات وجود سیلیس در آب است.

رسوبات سخت سیلیس را که در شرایط کار بویلر تشکیل می‌شود، به سختی می‌توان تمیز نمود. این رسوبات حتی اگر به صورت لایه‌ای نازک باشند، راندمان انتقال حرارت را به شدت کاهش داده، باعث افزایش درجه حرارت لوله‌ها و در نهایت سوختن و پاره شدن لوله‌های بویلر می‌شود. تعیین میزان سیلیس مجاز در آب بویلرها، به فشار عملیاتی و قلیایی آب بستگی دارد. تعریف یک سیستم تصفیه پیش از ورود آب به بویلر، باعث کنترل غلظت سیلیس می‌گردد.

آب دچار دو نوع سختی می‌شود که به سختی موقت (temporary hardness) یا کربناته (Carbonate Hardness)  و سختی دائم ( Permanent Hardness) یا غیرکربناته (Noncarbonate Hardness) شناخته می‌شود. سختی موقت ناشی از ازدیاد بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که معمولاً با حرارت دادن یا افزایش pH کاهش می‌یابد، درحالی‌که سختی دائم، قابل کاهش با حرارت دادن نیست. در جدول زیر میزان سختی آب (کربناته) از نظر میزان کربنات کلسیم نشان داده شده است.

آب سخت می‌تواند موجب تشکیل رسوب در سیستم‌های انتقال همچون لوله‌ها شود که با افزایش حرارت، لایه‌ای رسوبی در درون لوله‌ها و سایر تجهیزات ایجاد کرده و مانعی در مسیر انتقال آب به وجود می‌آورد. از سوی دیگر، ازآنجایی‌که آب به‌عنوان مهم‌ترین سیال در حرارت و برودت است و به‌عنوان وسیله‌ای برای مبدل حرارتی در تجهیزات مختلف مورد استفاده است، سختی آب باعث کاهش بازده مبدل‌ها و ایجاد رسوب در تجهیزات می‌گردد. درصد فراوانی از ترکیبات رسوبی، کربنات کلسیم است که در دیواره تجهیزات نقش یک عایق حرارتی را ایفا می‌کند و موجب کاهش بهره‌وری و رشد هزینه‌ها می‌گردد.

سختی گیر آب چیست؟

اصول کارکرد انواع سختی گیر آب حذف یون‌های دارای بار مثبت در آب است. این یون‌ها به طور عمده یون‌های کلسیم (Ca²⁺) و منیزیم (Mg²⁺) هستند که مواد معدنی محسوب می‌شوند. زمانی که از یک مبدل یونی برای سختی گیری استفاده می‌شود، تعویض یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در آب با سایر یون‌ها نظیر سدیم و پتاسیم صورت می‌گیرد. البته گاهی حذف یون‌های آهن نیز به وسیله سختی گیرها صورت می‌گیرد. سختی گیرها مواد معدنی را جدا و در فواصل مشخصی دفع می‌کنند. این تجهیزات می‌توانند به صورت اتوماتیک، نیمه اتوماتیک و دستی استفاده شوند.

به جز تبادل یونی، سختی گیری به وسیله سختی گیرهای شیمیایی و فیزیکی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ هر چند این مواد امکان حذف مواد معدنی سخت را ندارند و صرفاً مانع از ته‌نشین شدن یا چسبیدن آن‌ها به سطوح می‌شوند. سختی گیرها انواع مختلفی دارند که کارکرد همگی، کاهش مقادیر ایجادکننده سختی است.

برای خرید این محصول به صفحه سختی گیر مراجعه کنید.

انواع سختی گیر آب

انواع سختی گیر آب در مدل‌های مختلفی وجود دارد که شامل موارد زیر است :

• روش تعویض یونی (Ion Exchange) با استفاده از بستر رزینی (Resin)
• روش مغناطیسی و الکترومغناطیسی (الکترونیکی)
• روش سختی گیر پلی فسفات
• روش اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

1. سختی گیرهای رزینی

پرکاربردترین روش سختی گیری آب است که در خلال آن یون‌های کلسیم و منیزیم با عبور از روی بستر رزین، با یون‌های سدیم جایگزین و به املاحی تبدیل می‌شوند که در گذر زمان دچار رسوب نمی‌شوند. عبور جریان آب سخت از روی رزین، موجب کاهش خاصیت تبادل یونی می‌شود که احیاء آن به وسیله شستشوی بستر رزین با محلول آب نمک (کلرید سدیم 10%) صورت می‌گیرد.

از مزایای این نوع از سختی گیرها می‌توان به مناسب بودن برای تمام مصارف خانگی و صنعتی اشاره کرد. معایب این تجهیزات شامل قیمت بالا، هزینه راه‌اندازی و نگهداری و جاگیر بودن آن‌هاست. از سوی دیگر، آب خروجی از سختی گیر رزینی دارای مقادیر سدیم است که برای آشامیدن مناسب نیست. می‌توان کاهش مقادیر سدیم را با اختلاط با آب سختی گیر نشده و همچنین استفاده از دستگاه تقطیرکننده آب برطرف کرد.

پیشنهاد می‌کنیم مقاله املاح موجود در آب را مطالعه نمایید.

2. سختی گیرهای مغناطیسی و الکترومغناطیسی (الکترونیکی)

این مدل از انواع سختی گیر آب جهت جلوگیری از تشکیل رسوب بر دیواره  سطوح انتقال آب‌های سخت، از امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. اساس عملکرد این نوع از سختی گیرها بر پایه ایجاد میدان الکترومغناطیسی است. جریان الکتریکی از میان سیم‌پیچی که به دور لوله انتقال آب سخت ایجاد شده، عبور می‌کند و بر اساس قانون القای فارادی، با تغییر مقدار جریان نسبت به زمان، میدان الکترومغناطیسی متناسباً ایجاد شده و به ذرات یونی موجود در آب اعمال می‌شود. در این شرایط این ذرات یونی به حالت بلورهای خنثی درآمده و به محلول معلق تبدیل می‌شود. به این ترتیب رسوب‌گذاری اتفاق نیفتاده و از سوی دیگر اعمال این میدان الکترومغناطیسی بر مولکول‌های آب موجب افزایش قدرت حلالیت آن می‌شود. در تصویر زیر چگونگی کارکرد سختی گیرهای الکترونیکی نشان داده شده است.

در تصویر زیر اجزای یک سیستم سختی گیر الکترونیکی نشان داده شده است. این سختی گیرها از دو بخش اصلی ایجاد موج الکترومغناطیسی و سیم‌پیچ انتقال موج به سیال تشکیل می‌شود. عملکرد این تکنولوژی به نحوی است که باعث جذب یون‌های مخالف به سمت یکدیگر و تشکیل ذرات خنثی را می‌دهد.

یکی از مهم‌ترین مزایای استفاده از این سختی گیرها، خاصیت رسوب‌زدایی آن است که ویژگی منحصربه‌فردی در میان تجهیزات مشابه است، زیرا با گذشت زمان نه تنها رسوب تشکیل نمی‌شود؛ بلکه رسوب‌های قبلی هم به مرور زمان از بین می‌روند.

3. سختی گیری با پلی فسفات از انواع سختی گیر آب

پلی فسفات‌ها از جمله ترکیبات مورداستفاده در سراسر جهان جهت جداسازی مواد معدنی از آب‌های سخت هستند. این ترکیبات یک ماده معدنی ضروری برای بدن انسان است که نقشی کلیدی در انعقاد خون دارد. در مقیاس صنعتی، پلی فسفات‌ها از استخراج مواد معدنی یا از طریق استخراج گیاهان به دست می‌آیند.

پلی فسفات‌ها به شکل‌های مایع و جامد برای مصارف مختلف در دسترس است. شکل جامدی که در سختی گیری آب استفاده می‌شود، به صورت گرانول‌های شفاف یا نیمه شفاف است که از طریق ورود به جریان آب سخت و حل شدن تدریجی در آن، نحوه واکنش کلسیم و آهن در آب را تغییر می‌دهد. فسفات‌ها به‌طورکلی در سیستم‌های تصفیه آب برای جلوگیری از خوردگی شبکه‌های انتقال آب از طریق لوله‌ها و جذب فلزات مزاحم در جریان آب (آهن، منگنز، کلسیم، منیزیم) استفاده می‌شوند. از جمله مزایای این‌ مدل از انواع سختی گیر آب می‌توان به پیشگیری از ایجاد رنگ در جریان آب به دلیل وجود املاح آهن و منگنز و همچنین پیشگیری از خوردگی در سیستم‌های توزیع آب اشاره کرد.

پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی با راه‌های تصفیه آب مقاله روش های تصفیه آب را مطالعه کنید.

4. روش اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

روش اسمز معکوس به صورت گسترده برای تصفیه پیشرفته آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بحث سختی آب و در کاربری صنعتی، گاهی نیاز به سختی گیری با بهره‌وری بالاتر و حذف سختی دائم که در سختی گیرهای یونی امکان‌پذیر نیست، می‌باشد. مسئله دیگر در سختی گیرهای کاتیونی، افزایش TDS آب به صورت تدریجی است که در مصارف مربوط به بویلرها، مجاز نیست. این در حالی است که کاهش TDS و EC آب به دلیل حذف ذرات در اندازه‌های مختلف مولکولی در روش اسمز معکوس صورت می‌گیرد. لیکن از معایب این روش، هزینه اولیه بالا و نگهداری آن نسبت به سایر روش‌های سختی گیری است.

اسمز یک پدیده طبیعی و یکی از مهم‌ترین فرایندها در طبیعت است. در این فرایند که در آن یک محلول با غلظت کمتر تمایل به انتقال به محلول با غلظت بیشتر دارد. نمونه‌هایی از فرایند اسمز در طبیعت زمانی است که ریشه گیاه آب را از خاک جذب می‌کند و کلیه‌های ما آب را از خون ما جذب می‌کنند.

اسمز معکوس که معمولاً به عنوان RO شناخته می‌شود، فرایندی است که در آن بخش زیادی از مواد جامد محلول و سایر آلاینده‌ها را با گسیل آب به داخل یک غشای اسمز معکوس نیمه تراوا از آب حذف می‌کند. درحالی‌که اسمز به طور طبیعی بدون نیاز به انرژی رخ می‌دهد، برای معکوس کردن فرایند اسمز، انرژی به محلول با غلظت بیشتر اعمال می‌شود تا از میان یک غشای نیمه تراوا عبور نموده و ذرات محلول در غشا باقی بماند. این غشا فقط اجازه عبور مولکول‌های آب را می‌دهد. به این طریق عوامل ایجاد سختی در آب حذف و آب اصطلاحاً نرم می‌شود.

در مقاله کاربرد روش اسمز معکوس در تصفیه فاضلاب به بررسی کاربرد اسمز پرداخته‌ایم.

آشنایی با روش انتخاب سختی گیر

فاکتورهای تأثیرگذار در انتخاب نوع سختی گیر، حجم آب سخت، میزان سختی آب، نوع سختی آب و میزان هزینه کرد اولیه است. استفاده از سختی گیرهای رزینی برای آب‌ها با سختی حداکثر 700ppm مفید است. هر چند در نهایت سختی کل کاهش نمی‌یابد و تنها جابه‌جایی عناصر و پیشگیری از رسوب صورت می‌گیرد.

چنانچه آب دارای سختی بالاتر از 1200ppm باشد، پیشنهاد ما استفاده از سیستم‌های اسمز معکوس است. هر چند این روش، هزینه اولیه بالایی دارد؛ اما نگرانی‌های بعدی را در خصوص آسیب به سیستم‌های مصرف‌کننده آب به خصوص در کاربری صنعتی کاهش می‌دهد.

برای راهنمایی در خصوص تعیین مناسب‌ترین سختی گیر، با کارشناسان ما صحبت کنید.

سخن پایانی

سختی آب به شکل‌های مختلفی در مصارف روزانه خود را نشان می‌دهد. مثلاً ظروف شسته شده لکه‌دار، لکه‌های موجود روی لباس‌های شسته شده، کاهش فشار آب به دلیل رسوب درون لوله‌ها، ایجاد خشکی در پوست و مو، وارد آوردن خسارت و تخریب دستگاه‌های مصرف‌کننده صنعتی و … نشان دهنده مصرف آب سخت است.

اگر به طور دائم این مشکلات را تجربه می‌کنید، نیاز دارید از تجهیزات سختی گیری آب استفاده نمایید. از مزایای استفاده از سختی گیرها در مصارف خانگی می‌توان دستیابی به آب باکیفیت در مصارف شستشو و سالم برای نوشیدن نام برد و در مصارف صنعتی حفظ سلامت تجهیزات و عملکرد آن‌ها، عاملی الزام‌آور در تهیه انواع سختی گیر آب است. در صورتی‌که سوالی در این زمینه دارید در قسمت نظرات با ما به اشتراک بگذارید تا در کوتاه‌ترین زمان پاسخ دهیم.