آنچه در این مقاله می خوانید
آب سخت چیست؟
آب سخت به آبی گفته میشود که به دلایل مختلف از قبیل عبور از لایه های مختلف خاکی و غیره دارای حجم بالایی از یون هایی از قبیل کلسیم و منیزیم می باشد. این املاح و یون ها به مرور و بر اثر بالا رفتن دمای آب به دیواره های ظروف و لوله و جداره ها رسوب می کنند. علاوه براین، مصرف آب با درجه سختی بالاتر از 500 ppm منجر به بروز سنگ کلیه شده و می تواند مشکلات زیادی را به همراه داشته باشد. علاوه براین، املاح موجود در مایعات مورد استفاده در فرآیندهای رنگرزی و غیره نیز منجر به کاهش کیفیت محصول نهایی شوند. به همین دلیل به شیوه های مختلف تلاش می شود این املاح جمع آوری و حذف شوند. سختی گیر به تجهیزاتی گفته می شود که به روش های گوناگون سختی و املاح موجود در سیال مورد نظر را کاهش می دهد .
مشکلاتی ناشی از سختی بیش از حد آب
نگرانی بهداشتی با نوشیدن آب سخت زیاد در مواد معدنی محلول مانند کلسیم و منیزیم وجود ندارد. در صورت وجود مقادیر کمی از این مواد معدنی برای سلامتی ضروری هستند. اما در سطوح بالا، مواد معدنی می توانند در لوله ها و لوازم خانگی باعث رسوب شوند و به تدریج در عملکرد آنها دخالت کنند. به عنوان مثال: رسوب مواد معدنی در شیرآلات یا آبگرمکن ها ممکن است طول عمر آنها را کوتاه کند. برخی افراد بعد از حمام یا دوش گرفتن در آب احساس خارش دارند که به دلیل اینکه مواد معدنی بسیار زیاد است.
سختی گیر چیست؟
سختی گیر (Water Softener) به دستگاهی گفته می شود که برای حذف سختی آب که شامل کلسیم، منیزیم و بعضی کاتیون های فلزی موجود در آب سخت استفاده می شود. یون های سختی که در آب وجود دارند روی دانه های نرم رزین مبادله شده و باعث نرمی آب و از بین بردن سختی آن می شود.
سختی گیر آب Water Softener از جمله تجهیزات مهم در کاهش املاح و یون های موجود در آب می باشد که در انواع مختلف الکترونیکی، رزینی و مغناطیسی اتوماتیک و نیمه اتوماتیک با منبع فلزی و فایبرگلاس تولید می شود. این دستگاه که در تصفیه آب کاربرد گسترده ای پیدا کرده است، در ظرفیت های مختلفی طراحی و ساخته شده و در سختی گرفتن از آب و حذف کلسیم و منیزیم موثر عمل می کند.
انواع سختی گیر از نظر عملکرد
در طراحی و ساخت سختی گیر آب با توجه به فرآیند و شیوه ای که برای جدا کردن املاح و یون ها به کار برده می شود، نوع دستگاه تعیین می شود. هر یک از این دستگاه ها روش های مختلفی را برای حذف سختی آب به کار می برند. به عنوان مثال برخی برای حذف کلسیم و سدیم از مواد شیمیایی استفاده می کنند و برخی آنها را به املاح سدیم تبدیل می کنند. در برخی از دستگاه ها از روش های مغناطیسی استفاده نموده و تا حد زیادی می توانند در گرفتن سختی آب موثر باشند و در برخی نیز از روش های ترکیبی استفاده می شود.
روش های بدست آوردن آب نرم و حذف املاح موجود در آب با توجه به میزان املاح، نوع آنها و همچنین صنعتی که از آب نرم استفاده می کند متغییر می باشد. به طور کلی دستگاه های water Softener را می توان بر اساس نحوه کارکرد و عملکرد به چند گروه کلی تقسیم بندی نمود که عبارتند از:
- سختی گیر رزینی
- سختی گیر مغناطیسی
- اسمز معکوس
- الکترونیکی
- فیلتر کربنی
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.
سختی گیر رزینی یکی از پر کاربرد ترین تجهیزات سختی گیری از آب در ایران می باشد. برای خرید تجهیزات سختی گیر رزینی، اطلاع از موارد زیر حائز اهمیت است :
- میزان سختی آب ورودی به دستگاه
- دبی جریان ورودی
- نوع رزین مورد استفاده
- میزان طرفیت رزین
- سیکل شستشوی رزین
سختی گیر های الکترونیکی :
در این نوع سختی گیر ها، امواج الکتریکی به وجود آمده توسط آنتن های پیچیده شده به دور لوله ی آب، سختی آب را از بین میبرند. این سیستم معمولا شامل فرکانس های خاصی میباشد که بار های یونی در آب را تغییر می دهد. این تغییرات سبب می شوند که یون های کلسیم و منیزیم با یکدیگر ترکیب نشوند و در نتیجه مانع از تشکیل رسوب کربنات کلسیم شوند.
سختی گیر های مغناطیسی :
عملکرد در سختی گیر الکترومغناطیسی مشابه عملکرد سختی گیر الکتریکی می باشد. 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.
روش سختی گیر شیمیایی (پلی فسفات) :
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.
سختی گیر 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 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.
سختی گیر الکترولیتی :
در این سختی گیر، جریان آب از یک سلول الکترولیتی عبور می کند. سلول الکترولیتی از دو الکترود که وظیفه خاص خود را دارند تشکیل شده است. 1. آند و 2. کاتد
در این نوع سیستم، حذف یون های کلسیم منیزیم از آب توسط جریان الکتریکی و فرایند های اکسایش و کاهش در دو الکترود آند و کاتد صورت میگیرد. عدم استفاده از مواد شیمیایی و هزینه های نگه داری پایین از جمله مزیت های این نوع از سختی گیر ها می باشد.
سختی گیر الکترولیتی :
در این سختی گیر، جریان آب از یک سلول الکترولیتی عبور می کند. سلول الکترولیتی از دو الکترود که وظیفه خاص خود را دارند تشکیل شده است. 1. آند و 2. کاتد
در این نوع سیستم، حذف یون های کلسیم منیزیم از آب توسط جریان الکتریکی و فرایند های اکسایش و کاهش در دو الکترود آند و کاتد صورت میگیرد. عدم استفاده از مواد شیمیایی و هزینه های نگه داری پایین از جمله مزیت های این نوع از سختی گیر ها می باشد.
انواع سختی گیر از نظر جنس بدنه
در فرایند تولید دستگاه های سختی گیر جنس و متریال به کار رفته برای ساخت بدنه آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار بوده و ارتباط مستقیم با طول عمر و ماندگاری آنها دارد. در حالت کلی می توان این دستگاه ها را از نظر جنس بدنه به دو گروه کلی زیر تقسیم بندی نمود:
- سختی گیر فایبرگلاس
ورق های فایبرگلاس که ترکیبی از الیاف شیشه، اپوکسی و ونیل استر می باشند با قرار گرفتن بر روی لایه ای مقاوم از مواد پلی اتیلن سطحی کاملا مقاوم در برابر فضار و ضربه و خوردگی را بوجود می آورند. سختی گیر فایبرگلاس FBR یکی از نمونه های بسیار پرکاربرد می باشد که با توجه به میزان ضخامت ورق های به کار رفته در آنها تا 6 بار فشار را به خوبی تحمل می کند. از مهم ترین ویژگی ها و نقاط مثبت آن می توان به مقاومت در برابر خوردگی با مواد اکسید کننده موجود در آب اشاره نمود.
در حالت کلی، سختی گیرهای فایبرگلاس به اندازه دستگاه با بدنه فلزی در برابر فشار و ضربه مقاوم نمی باشد و به همین دلیل بیشتر در مجتمع های مسکونی کاربرد دارند. علاوه براین، استفاده از ورق های فایبرگلاس در تولید این دستگاه باعث می شود تا در برابر یخ زدگی مقاومت خوبی نداشته و کاهش دمای زیاد منجر به ترکیدگی بدنه شود.
- سختی گیر فلزی
جنس این گروه از دستگاه ها بر اساس کاربرد و میزان آب ورودی به آنها در هر سیکل تعیین می گردد، به طوریکه هر چه وزن آب ورودی بیشتر باشد، لازم است برای بدنه دستگاه مقاومت بالاتری در نظر گرفت. در محیط های صنعتی و تصفیه خانه های بزرگ که از سختی گیرهای عمودی و افقی با اندازه و ابعاد زیاد استفاده میشود، دستگاه هایی انتخاب میشوند که بدنه آنها تماما از فلز باشد. سختی گیر فلزی دارای بدنه استیل در صورت استفاده از ورق هایی با ضخامت استاندارد ، تا 20 بار فشار را تحمل خواهند کرد. لازم به ذکر است، در صورت عدم استفاده از رنگ های مخصوص بدنه این دستگاه به سرعت دچار خوردگی و زنگ زدگی میشود که یک نقط منفی برای آن به شمار می رود.
اجزای تشکیل دهنده سختی گیر
یک مخزن استوانه‌ای ساخته شده از صفحه فولادی که از داخل و خارج جوش داده شده و دارای حداقل دو دهانه برای دسترسی است. در داخل مخزن، یک بستر سیلیس روی آن کف‌های رزین ریخته شده است. هر دوی این دستگاه ها یک لوله برای ورودی آب سخت و یک لوله برای خارج شدن آب نرم با اتصالات و شیرها یا یک کابل چند طرفه دارند. به منظور توزیع یکنواخت آب ورودی در قسمت بالایی، یک دیفیوزر در دستگاه تعبیه شده است. برای جمع‌آوری آب نرم و توزیع یکنواخت آب معکوس، یک دستگاه شستشوی آب برگشت‌پذیر با صفحه فولادی برای قرار دادن نازل‌ها ارائه میشود.
هنگامی که آب حاوی ترکیبات سولفات کلسیم و منیزیم باشد، از رزین عبور می‌کند. کلسیم و منیزیم جایگزین سدیم آنها با این ماده رزین شده و در نتیجه سختی آب را کم می‌کند. هنگامی که تمام رزین یون سدیم مصرف شد، رزین اشباع می شود. با عبور دادن محلول نمک (کلرید سدیم) قابل ترمیم است. با اینکار کلسیم و منیزیم رزین جدا شده و یون سدیم را میگیرد.
اندازه سختی گیرها به مقدار آب عبوری از واحد زمان از عامل سخت کننده و مقدار املاح موجود در آب بستگی دارد. قدرت هر دو دستگاه به جریان آب، سرعت آب و سختی آب بستگی دارد.
مزایای سختی گیر آب چیست ؟
استفاده از دستگاه‌های سختی گیر جهت نرم کردن آب سخت، مزایای بسیاری دارد که به شرح زیر است:
- افزایش طول عمر تجهیزات و لوله و شیرآلات ، به جهت نرم شدن آب از ایجاد رسوب در تجهیزاتی مانند آبگرمکن، لوله و اتصالات جلوگیری میشود.
- افزایش و بهبود کیفیت آب (به جهت رفع سختی آب استفاده از آب برای مصارف بهداشتی و شستشو بخصوص مصارف خانگی بسیار آسان‌تر است).
- عدم تأثیر در ساختار شیمیایی آب و صرفاً تغییر در ساختار یون‌های آب
- صرفه‌جویی در هزینه و انرژی
- کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
عوامل موثر در قیمت سختی گیر آب
از مهمترین عوامل تاثیرگذار در قیمت سختی گیر آب ، حجم دستگاه می باشد. هر چقدر حجم دستگاه بزرگتر باشد به معنای افزایش میزان رزین و بزرگتر شدن مخازن مورد استفاده و در نتیجه افزایش نهایی قیمت دستگاه می باشد. سایر عوامل تاثیرگذار در قیمت دستگاه شامل موارد زیر است :
- جنس مخزن
- مشخصات فنی مخزن شامل ابعاد، ضخامت بدنه، کیفیت ساخت و غیره
- متعلقات دستگاه شامل شیر ها، نازل ها و غیره
- میزان و جنس رزین
- تجهیزات جانبی شامل مخزن نمک، تجهیزات کنترلی و غیره
- میزان خودکار بودن دستگاه
طریقه احیاء و شستشوی دستگاه
در صورتی که بازده دستگاه کاهش پیدا کند می‌توانی به کمک محلول 10% نمک آن را به حالت اول برگرداند(احیاء نمو).جهت احیاء محلول نمک 10% را در داخل تانکر نمک پر کنید وسپس دسته شیر چندکاره را در حالت 2 (احیاء بستر) قرار دهید و شیر مخزن نمک را باز نمایید تا آب نمک به کمک شیر چندکاره به داخل تانکر اصلی کشیده شود تا عملیات احیاء صورت بگیرد. سپس جهت تمیز کردن بستر از نمک اضافی (در حالی که دسته شیر چندکاره در حالت 2 قرارداد.) شیر منبع نمک را بندید. و وقتی که مزه نمک در خروجی فاضلاب وجود نداشته باشد دسته را در حالت 3 (سرویس) قرار دهید تا کار دستگاه شروع شود.
نگهداری دستگاه:
- حداقل دمای محل نصب و نگهداری دستگاه باید بیشتر از 4 درجه سانتیگراد باشد.
- به شستشو و احیاء بستر دستگاه توجه لازم گردد.
- در طی حمل و نقل دستگاه احتیاط کامل و لازم صورت بگیرد.
- به اطلاعات فنی دستگاه مثل فشار و دبی کار توجه شود.
- بستن سریع شیر فلکه بعد از خروجی دستگاه می‌تواند باعث صدمه زدن به دستگاه گردد. لذا از این کار جلوگیری به عمل آوردید.
- از سفت نمودن بیش از حد لوله و اتصالات دستگاه خودداری نمایید.
- بطور مستمر شیر چندکاره را کنترل و سرویس نمایید.
- هنگام نصب دستگاه توجه داشته باشید که محل قرار گرفتن پایه‌ها بر روی زمین محکم باشد. تا از فرو رفتن آنها در زمین و در نتیجه فشار بر روی لوله‌های ورودی و خروجی جلوگیری به عمل آید.
9.حبس هوا در بستر دستگاه سبب لتلاف ذرات بستر می‌گردد. لذا به تخلیه هوا در هنگام راه‌اندازی دستگاه توجه خاصی نمایید.
10.دستگاه را مکانی سرپوشیده نصب و نگهداری نمایید.
- از ورو اشیاء خاجی و مواد معلق به داخل دستگاه جلوگیری نمایید.
