سختی آب موضوعی است که هم در مصرف خانگی و هم در صنایع نقش بسیار مهمی ایفا میکند و بیتوجهی به آن میتواند باعث آسیب به تجهیزات، افزایش هزینهها و کاهش راندمان فرایندها شود. در این مقاله به بررسی این موضوع پرداخته ایم.
سختی آب چیست و چگونه بهوجود میآید؟
سختی آب به میزان یونهای کلسیم و منیزیم محلول در آب گفته میشود. این یونها زمانی وارد آب میشوند که آبهای سطحی یا زیرزمینی از میان لایههای زمین، سنگهای آهکی و مواد معدنی عبور میکنند. هرچه مقدار این املاح محلول بیشتر باشد، سختی آب نیز افزایش پیدا میکند.
علت سختی آب چیست؟
علت اصلی سختی آب، عبور آب از لایههای زمین حاوی ترکیبات کربنات کلسیم و منیزیم است. هرچه مسیر حرکت آب طولانیتر و میزان تماس آن با این سنگها بیشتر باشد، مقدار یونهای محلول نیز افزایش پیدا میکند. شرایط زمینشناسی منطقه، نوع منابع آب زیرزمینی، میزان بارندگی و حتی نوع خاک از جمله عواملی هستند که بهطور مستقیم بر درجه سختی آب تأثیر میگذارند.
آب سخت چیست؟
آب سخت آبی است که مقدار قابل توجهی املاح معدنی محلول بهویژه کلسیم و منیزیم در آن وجود داشته باشد. این نوع آب معمولاً هنگام شستوشو باعث کاهش کفکنندگی مواد شوینده میشود و روی سطوح مختلف آثار رسوبی برجای میگذارد. آب سخت از نظر بهداشتی در بسیاری موارد قابل شرب است، اما از نظر فنی و صنعتی میتواند مشکلات متعددی ایجاد کند که در درازمدت هزینهبر خواهد بود.
اثرات سختی آب
سختی آب میتواند اثرات زیر را داشته باشد :
- در مصارف خانگی باعث ایجاد رسوب در:
- کتری و سماور
- ماشین لباسشویی
- لولههای آب
- موجب افزایش مصرف مواد شوینده میشود
- در مصارف صنعتی:
- باعث کاهش راندمان بویلرها میشود
- عملکرد مبدلهای حرارتی را مختل میکند
- راندمان برجهای خنککننده را کاهش میدهد
- به سیستمهای لولهکشی آسیب میزند
- تشکیل رسوب روی تجهیزات:
- انتقال حرارت را کاهش میدهد
- مصرف انرژی را افزایش میدهد
- هزینههای تعمیر و نگهداری را بالا میبرد
نقش مواد معدنی در کنترل رسوبات آب
در برخی کاربردهای صنعتی، علاوه بر استفاده از سختیگیرهای آب، از مواد معدنی خاص برای مدیریت رسوبات نیز استفاده میشود. پودر تالک بهعنوان یک ماده معدنی نرم و خنثی، در برخی فرآیندها برای کاهش چسبندگی رسوبات و بهبود جریانپذیری سیستمها نقش دارد. همچنین استفاده از پودر کربنات کلسیم در کنترل خواص فیزیکی و شیمیایی رسوبات و تنظیم شرایط آب در برخی صنایع کاربرد دارد. این مواد بهصورت مکمل در کنار سیستمهای تصفیه آب مورد استفاده قرار میگیرند.
فرمول و روش های اندازه گیری سختی کل آب
سختی کل آب معمولاً بر حسب میلیگرم بر لیتر کربنات کلسیم بیان میشود و شامل مجموع سختی کلسیمی و منیزیمی است. برای اندازهگیری سختی آب از روشهای مختلفی مانند تیتراسیون شیمیایی با معرف EDTA، کیتهای تست سریع و دستگاههای دیجیتال آنالیز آب استفاده میشود. انتخاب روش اندازهگیری به سطح دقت مورد نیاز و نوع مصرف آب بستگی دارد، اما در کاربردهای صنعتی معمولاً از روشهای دقیق آزمایشگاهی استفاده میشود.
انواع سختی گیر آب صنعتی
سختیگیر آب یکی از مهمترین تجهیزات تصفیه آب است که برای کاهش یا حذف یونهای عامل سختی مورد استفاده قرار میگیرد. با توجه به نوع کاربرد، ظرفیت مورد نیاز و شرایط آب ورودی، سختیگیرها در مدلها و فناوریهای مختلفی طراحی و عرضه میشوند که هرکدام عملکرد و مزایای خاص خود را دارند. در این میان، سختیگیرهای رزینی بهعنوان یکی از رایجترین و پرکاربردترین روشها شناخته میشوند. در مواردی که آب با خلوص بسیار بالا مورد نیاز باشد، از سیستمهای اسمز معکوس استفاده میشود و در برخی کاربردهای خاص نیز روشهای شیمیایی یا سیستمهای الکترونیکی و مغناطیسی بهعنوان راهکارهای مکمل بهکار گرفته میشوند.
- سختی گیر رزینی (Ion Exchange)
در سختیگیر رزینی از فرآیند تبادل یونی استفاده میشود. رزین موجود در دستگاه یونهای کلسیم و منیزیم را جذب کرده و بهجای آن یون سدیم آزاد میکند. این روش یکی از رایجترین و مؤثرترین روشهای حذف سختی آب در مصارف خانگی و صنعتی محسوب میشود. سختیگیر رزینی بر پایه تبادل یون کار میکند. زمانی که آب سخت از بستر رزین عبور میکند، یونهای کلسیم و منیزیم با یونهای سدیم موجود بر روی رزین جایگزین میشوند. پس از مدتی رزین اشباع میشود و نیاز به احیا پیدا میکند. در مرحله احیا، با عبور محلول نمک، یونهای سدیم دوباره جایگزین یونهای سختی جذبشده میشوند و رزین به حالت اولیه بازمیگردد. این چرخه بارها تکرار شده و امکان استفاده مداوم از دستگاه را فراهم میکند.
- سختی گیر شیمیایی
با تزریق مواد شیمیایی خاص به آب، یونهای عامل سختی به رسوب تبدیل شده و از مدار آب خارج میشوند. این روش بیشتر در سیستمهای خاص صنعتی کاربرد دارد و نیازمند کنترل دقیق فرآیند است.
-
سختی گیر مغناطیسی
با استفاده از میدان مغناطیسی سعی در تغییر ساختار یونهای محلول دارد. این سیستمها مانع تشکیل رسوب میشوند اما بهطور کامل یونهای سختی را از آب حذف نمیکنند و بیشتر نقش پیشگیری از رسوب را دارند.
-
سختی گیر الکترونیکی
امواج الکتریکی با فرکانس مشخص به آب اعمال میشود تا رفتار یونهای سختی تغییر کند. عملکرد این دستگاهها مشابه نوع مغناطیسی است و بیشتر برای کاهش اثرات رسوبگذاری استفاده میشوند.
-
سختی گیر اسمز معکوس (RO / نانوفیلتر)
سیستمهای اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون با استفاده از غشاهای نیمهتراوا، املاح محلول از جمله یونهای کلسیم و منیزیم را تا حد بسیار زیادی از آب جدا میکنند. این روش یکی از دقیقترین روشها برای تولید آب با سختی بسیار پایین محسوب میشود.
اجزای سختیگیر آب صنعتی
سختیگیرهای آب صنعتی از بخشهای مختلفی تشکیل شدهاند که مهمترین آنها مخزن تحت فشار، رزین تبادل یونی، شیر کنترل، مخزن نمک و سیستم لولهکشی داخلی است. هر یک از این اجزا نقش مشخصی در عملکرد صحیح دستگاه دارند و کیفیت ساخت آنها تأثیر مستقیمی بر بازده و طول عمر سختیگیر خواهد داشت.
کاربرد سختی گیرهای آب
سختیگیرهای آب در بخشهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند، از جمله:
-
- صنایع غذایی برای جلوگیری از رسوب در خطوط تولید
- نیروگاهها بهمنظور حفاظت از بویلرها
- سیستمهای تهویه مطبوع
- بیمارستانها
- کارواشها
- ساختمانهای مسکونی
- مزایای استفاده از سختیگیر آب:
- افزایش طول عمر تجهیزات
- بهبود کیفیت آب مصرفی
- کاهش استهلاک سیستمها
- بهینهسازی هزینههای عملیاتی
مزایا و معایب استفاده از سختیگیر آب
-
مزایا:
- کاهش رسوبگذاری در تجهیزات
- افزایش عمر مفید تجهیزات
- کاهش مصرف انرژی
- بهبود کیفیت آب مصرفی
-
معایب و محدودیتها:
- هزینه اولیه خرید نسبتاً بالا
- نیاز به نگهداری و سرویس منظم
- مصرف نمک برای احیای رزین
عوامل مؤثر بر قیمت سختیگیر آب
قیمت سختیگیر آب به عوامل متعددی مانند ظرفیت دستگاه، نوع رزین، جنس بدنه، برند سازنده، نوع شیر کنترل و میزان اتوماتیک بودن سیستم بستگی دارد. همچنین شرایط آب ورودی از نظر سختی، دبی مورد نیاز و فشار کاری سیستم نیز در انتخاب مدل و در نتیجه قیمت نهایی تأثیرگذار است.
فرق سختی آب با TDS چیست؟
سختی آب فقط به میزان یونهای کلسیم و منیزیم اشاره دارد، در حالی که TDS نشاندهنده مجموع کل مواد جامد محلول در آب است. ممکن است آبی دارای TDS بالا باشد اما سختی کمی داشته باشد، یا بالعکس. بنابراین این دو شاخص اگرچه بهظاهر مشابه هستند، اما مفاهیم کاملاً متفاوتی را بیان میکنند و هر دو باید بهصورت مستقل مورد بررسی قرار گیرند.
سوالات متداول
آیا سختی آب برای سلامتی ضرر دارد؟
در بیشتر موارد، سختی آب برای سلامتی انسان مضر نیست و حتی وجود کلسیم و منیزیم در آب میتواند برای بدن مفید باشد. با این حال در برخی افراد ممکن است مشکلات گوارشی خفیف ایجاد کند و در مصارف صنعتی قطعاً نیاز به حذف سختی آب وجود دارد.
بهترین روش برای حذف سختی آب چیست؟
بهترین روش برای حذف سختی آب بسته به نوع مصرف تعیین میشود. برای مصارف خانگی و بسیاری از کاربردهای صنعتی، سختیگیر رزینی گزینهای مطمئن و اقتصادی است. در کاربردهایی که نیاز به آب با سختی نزدیک به صفر وجود دارد، سیستمهای اسمز معکوس انتخاب مناسبتری خواهند بود.
سختی مناسب برای بویلر چقدر است؟
سختی مناسب برای آب ورودی بویلر باید نزدیک به صفر باشد. وجود حتی مقدار کمی سختی در آب بویلر میتواند باعث تشکیل سریع رسوب و کاهش راندمان حرارتی شود. به همین دلیل استفاده از سختیگیر قبل از ورود آب به بویلر امری کاملاً ضروری است.