سختی گیر

سختی گیری (Water Softening) به روش کم کردن یون های کلسیم و منیزیم و سایر کاتیون های فلزی از آب گفته می شود.

روش های سختی گیری :

در گذشته، بازار پاکسازی آب تنها یک راه حل اصلی برای سختی آب ارائه می داد. این راه حل چیزی نبود جز سختی گیر های معمولی. اما، در سال های اخیر روش های پاکسازی جایگزین نوین نیز بطور فزاینده ای رایج گردیده اند، که جالب ترین آنها واتر کاندیشنر های الکترومغناطیسی و سیستم های اسمز معکوس است. در کل می توان سختی گیر ها را در 4 دسته تقسیم بندی کرد و در زیر 10 روش برای سختی گیری آب که هر کدام از آنها به یکی از 4 دسته کلی مربوط است، همراه با مزایا و معایب آنها آورده شده است:

الف) واتر کاندیشنر های فیزیکی

ب) واتر کاندیشنر های شیمیایی

ج) سختی گیر های مکانیکی

د) فیلتر های آب

سختی گیرهای فیزیکی

از آنجایی که این واتر کاندیشنر ها بطور فیزیکی خواص آب را به منظور کاهش یا جلوگیری از تشکیل رسوبات آهکی تغییر می دهند، به این نام معروفند و دارای سه نوع مختلف می باشند؛ الکترونیکی، الکترولیتی و مغناطیسی.

1-واتر کاندیشنر های الکترونیکی: که هم چنین به رسوب زدا های الکترونیکی یا بازدارنده های تشکیل رسوب نیز معروفند، بطور کلی شامل یک جعبه کوچک الکترونیکی و یک یا تعداد بیشتری سیم پیچ می باشد که به دور لوله آب پیچیده می شود.

طرز کار: واتر کاندیشنر های الکترونیکی بر اساس انتقال سیگنال فرکانس صوتی یا رادیویی به داخل آب از طریق سیم پیچ القایی پیچیده شده به دور لوله کاری است. این امر از تجمع رسوبات آهکی در اطراف لوله های آب جلوگیری کرده و در مدت زمان، رسوبات موجود را کاهش می دهد. ممکن است رسوب نرم تر هنوز روی سر شیر ها و دوش ها و دیگر سطوح تشکیل شوند، اما پاک کردن آنها بسیار ساده تر خواهد بود.

مزایا: رسوب زداهای الکترونیکی در قیاس با دیگر روشهای پاکسازی آب سخت، نسبتا ارزان هستند و یک راه حل مقرون به صرفه اقتصادی برای مشکل رسوبات آهکی را ارائه می دهد. عدم نیاز به لوله کشی استفاده از آنها را بسیار ساده کرده است. و از آنجاییکه هیچ ماده ای از آب پاک نمی شود ونیز به آن اضافه نیز نمی گردد، مواد معدنی سالم باقی خواهند ماند و آب برای آشامیدن سالم باقی خواهد ماند.

معایب: بر اساس گفته سازندگان آن، گاهی اوقات به خوبی و موثری دیگر روش ها نمی باشد اما اکثر تولید کننده ها یک گارانتی استرداد کامل مبلغ را در صورت مورد انتظار کار نکردن دستگاه، ارائه می دهند.

 

2- واتر کاندیشنر های الکترو لیتی: دستگاه های داخلی هستند که نیاز به لوله کشی به داخل سیستم آب دارند.

طرز کار: در داخل یک کاندیشنر الکترولیتی دو فلز نامتشابه وجود دارد، معمولا مس و روی، که به عنوان یک کاتد و یک آند عمل می کنند. جریان الکترولیتی که از کاتد به آند برقرار می شود باعث می شود مقادیر کوچکی از یونهای فلزی در داخل آب حل گردد. سپس این یونهای فلزی پیوند ذرات رسوبی با بار مثبت را قطع کرده و در نتیجه این ذرات دیگر روی هم انباشته نمی شوند و در نتیجه رسوب تشکیل نخواهد شد.

مزایا: شبیه رسوب زداهای الکترونیکی، رسوب زداهای الکترولیتی نیز نسبتا ارزان هستند. به جریان برق نیازی ندارد و در نتیجه هزینه های جاری سالیانه آنها صفر خواهد بود. این دستگاه ها یک حفاظت خانگی کامل را در برابر مشکلات رسوبات آهکی فراهم می آورند و نیز آب اصلاح شده(نرم شده) برای آشامیدن سالم خواهد بود.

معایب: واتر کانیشنر های الکترولیتی برای برقراری حفاظت کامل نیاز به تعویض متناوب دارند، و بر خلاف کاندیشنر های الکترونیکی نیاز به لوله کشی دارند که این امر به هزینه اولیه اضافه می کند.

 

 

3- واتر کاندیشنر های مغناطیسی: به دو صورت هستند. یا به دور لوله کاری بسته می شوند یا در داخل لوله کاری شبیه سختی گیر های الکترولیتی جاسازی می شوند.

طرز کار: طرز کار کاندیشنر های مغناطیسی شبیه کاندیشنر های الکترونیکی می باشد، با این تفاوت که بجای میدان الکتریکی از میدان مغناطیسی برای تغییر مشخصه های مواد معدنی در آب که تولید رسوب می کنند استفاده می کند. ذرات رسوب در آب تصفیه شده، توانایی خود را برای چسبیدن به یکدیگر و لوله ها، بویلر ها و دیگر سطوح داخلی از دست می دهد.

مزایا: کاندیشنر های مغناطیسی به دلیل هزینه نسبتا پایینشان تقریبا رایج هستند. نوع “گیردار” آن برای بستن راحت بوده و معمولا فقط به یک پیچ و مهره برای سفت بسته شدن به دور لوله کاری نیاز دارد. هم چنین نیاز به هیچ توان الکتریکی ندارد و در نتیجه هزینه های جاری آن صفر خواهد بود.

معایب: کاندیشنر های مغناطیسی بطور کلی برای حفاظت خانه کامل مناسب نیستند، و تنها برای تک وسیله ها مناسبند. برخی از آنها نیاز به لوله کشی به داخل لوله کاری دارند و نیز همه آنها بایستی بطور متناوب برای حفظ کارایی کامل، تعویض گردند.

سختی گیرهای شیمیایی

واتر کاندیشنر های شیمیایی به دو گروه تقسیم می شوند؛ سختی گیرهای بسته بندی شده و سیستم های دوزینگ. سختی گیرهای بسته بندی شده خود به دو نوع ته نشین کننده و غیر ته نشین کننده تقسیم می شوند.

استفاده اصلی از سختی گیرهای بسته بندی شده، نرم کردن آب جهت شستشوی لباس ها می باشد.

4- سختی گیر های شیمیایی ته نشین کننده: هدف اصلی استفاده از سختی گیرهای بسته بندی شده شستشوی لباسها می باشد و برای نرم کردن آب کل خانه مناسب نیستند و آب نرم شده برای آشامیدن مناسب نیست.(مانند براکس)

طرز کار: سختی گیر های ته نشین کننده آب را بوسیله ترکیب شدن با یون های کلسیم و منیزیم که در آب سخت وجود دارند، نرم می کنند. این امر سبب می شود تا یونهای معدنی از آب رسوب کنند، و در نتیجه نتوانند در فرآیند شستشو مداخله کنند.

مزایا: ارزان، استفاده آسان، و علاوه بر نرم کردن پاک کردن را نیز انجام می دهد. اضافه کردن براکس (بوره) در شستشو هم چنین از تشکیل رسوبات آهکی در ماشین لباسشوئی جلو گیری می کند.

معایب: این سختی گیر ها آب را تیره می کنند و می توانند به مواد در شستشو بچسبند. هم چنین خاصیت قلیایی آب را را افزایش می دهند که این امر می تواند به پوست و برخی پارچه ها آسیب برساند.

5- سختی گیرهای شیمیایی غیر ته نشینی: شبیه همه سختی گیرهای بسته بندی شده، تنها برای شستشو مناسب هستند.(مانند کلگان calgone که مخفف عبارت calcume gone است)

طرز کار: از فسفات، و واکنش آن با یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت، استفاده می کند، که این امر باعث می شود که این یونها در محلول نگاه داشته شوند.

مزایا: همانطور که از نام این سختی گیر پیداست، این سختی گیر رسوبی تشکیل نمی دهد و در نتیجه آب شفاف باقی می ماند. هم چنین خاصیت قلیایی آب را افزایش نمی دهد و در نتیجه برای شستشوی تمام پارچه ها مناسبند.

معایب: بطور کلی بسیار گرانتر از نوع قبلی هستند و بدلیل محتویات فسفاتی بالایی که دارند خیلی دوست دار (مناسب ) محیط زیست نمی باشند.

 

6- سیستم های دوزینگ فسفات: شامل یک کارتریج فسفات می باشد که در داخل یک محفظه نگه داشته شده و این محفظه در داخل سیستم لوله کشی جاسازی می شود. وقتی آب از این کارتریج عبور می کند با مقادیر کوچک فسفات، دوز زنی شده و نرم می شود.

طرز کار: شبیه نرم کننده های غیر ته نشینی، این نرم کننده نیز با اضافه کردن فسفات ها به آب، کار می کند. اگرچه در سیستم های دوزینگ، از پلی فسفات ها با درجه غذایی استفاده می شود. این پلی فسفات ها از ته نشین شدن مواد معدنی سخت، از آب سخت، جلوگیری می کند.

مزایا: ارزش این سیستم ها برای خرید بعلاوه هزینه های نصب، نوعا” در محدوده 100 هزار تومان می باشد. اگر چه عموما فقط برای حفاظت یک دستگاه ، مورد استفاده قرار می گیرند، اما می توانند برای نرم کردن آب تمام خانه، نیز مورد استفاده قرار گیرد.

معایب: اغلب مردم ترجیح می دهند که فسفات، در آب آشامیدنی شان وجود نداشته باشد، اگر چه از نظر درجه غذایی، سالم هستند. جاگذاری کارتریج ها، به هزینه های جاری سالیانه، بین 50 تا 100 هزار تومان اضافه می کند.

 

سحتی گیر های مکانیکی (رزینی)

یا سختی گیر های تبادل یونی، رایج ترین انواع سختی گیر در بازار هستند. کاندیشنر های شیمیایی و فیزیکی، اگرچه گاهی اوقات به عنوان ” نرم کننده ” به آنها رجوع می شود، اما مواد معدنی سخت را از آب پاک نمی کنند، بلکه از ته نشنین شدن یا چسبیدن آنها به سطوح، جلوگیری می کند. تنها راه حل برای نرم کردن آب سخت، پاک کردن مواد معدنی کلسیم و منیزیم، از آب می باشد. فقط سختی گیر های تبادل یونی و برخی روشهای فیلتری، این کار را انجام می دهند.

طرز کار: سختی گیر های تبادل یونی بر اساس جایگزینی یون های سخت منفی در آب سخت با اتم های سدیم مثبت، که در رزین موجود در سختی گیر، موجود هستند، کار می کند. این رزین ها بایستی بطور متناوب احیاء (بک واش back wash ) گردند تا از رسوب مواد معدنی سخت در آنها جلوگیری گردد. این کار با عبور دادن آب نمک، از رزین صورت می گیرد. در طی فرآیند احیاء(بک واش)، آب  سختی گیر به دور ریخته می شود، و در نتیجه فقط آب سخت در دسترس خواهد بود. این کار معمولا در طی مدت زمان شب انجام می گیرد. یک راه حل دیگر، استفاده از دو منبع رزین می باشد طوریکه وقتی یکی از آنها در حال احیاء می باشد، دیگری سرویس می دهد.

مزایا: سختی گیر های تبادل یونی، تمامی نیاز های آب نرم واقعی را برای مصارف خانگی و صنعتی، ارائه می دهد.

معایب: اشکالات اصلی سختی گیر های تبادل یونی عبارتند از : گران بودن آنها، بالا بودن هزینه راه اندازی و نگه داری آنها، و جاگیر بودن سختی گیر. اشکال دیگر، این است که آب سختی گیری شده حاوی سدیم بوده که برای آشامیدن مناسب نیست. البته این مشکل را می توان با درنظر گرفتن یک خروجی که آب سختی گیری نشده از آن بیرون می آید، حل نمود. یک راه حل دیگر برای از بین بردن محتویات سدیم، استفاده از دستگاه تقطیر کننده آب می باشد.

فیلتر های آبی

فیلتر های آب سه نوع معمول تر فیلتر ها که کلسیم و منیزیم را آز آب سخت پاک می کنند، عبارتند از: فیلتر های رزینی کربنی، واحد های اسمز معکوس، و تقطیر کننده های آب. انواع دیگری از فیلتر ها نیز وجود دارند، اما آنها نمی توانند آب نرم تولید کنند.

از آنجاییکه آب فیلتر شده معمولا تنها با یک خروجی در دسترس قرار می گیرد، فیلتر های آب مشکلات سختی آب و رسوب را بطور کلی از بین نمی برد. رسوبات آهکی هنوز در سیستم لوله کشی و سیستم های گرمایی و شیرها و سرشیرها، ودیگر سطوح وجود خواهند داشت.

7- فیلتر های رزینی کربنی: معمولا در کنار فیلتر های کربنی فعال شده، مورد استفاده قرار می گیرند. رزین های کربن، مواد معدنی سخت را از آب پاک می کنند، و سپس فیلتر کربنی فعال، مواد شیمیایی را  به خارج می راند.

طرز کار: فیلتر های رزینی کربنی، از یک رزین تبادل یونی، برای پاک کردن مواد معدنی سخت، از آب استفاده می کنند، به طریقی مشابه آنچه که در سختی گیر های مکانیکی صورت می گیرد. سپس، یک فیلتر کربنی فعال شده، کلرین و دیگر مواد شیمیایی را برای بهبود طعم و برطرف کردن بو، پاک می کند.

مزایا: ارزان است و آب نرم تولید شده، طعم مطبوع دارد و عاری از کلرین خواهد بود.

معایب: برخلاف سختی گیر های مکانیکی، رزین تبادل یونی، قابلیت احیا نداشته و آلاینده ها انباشته شده تا اینکه نیاز به تعویض پیدا می کنند. فیلتر زغال چوب نیز نیاز به تعویض دوره ای داشته و شبیه تمام سیستم های فیلتری، یک راه حل عملی برای مشکلات رسوبات آهکی، در تمامی مصارف، را ارائه نمی دهند.

8- اسمز معکوس(RO): می توان گفت رایج ترین نوع فیلتر ها برای تصفیه آب های مصرفی خوراکی فیلتر های اسمز معکوس و یا Reverse Osmosis هستند. در حالیکه سیستم های RO یونهای کلسیم و منیزیم را از آب سخت پاک می کنند، اما معمولا، به کلی برای این هدف، مورد استفاده قرار نمی گیرند. خیلی از خانه که آب نرم دارند نیز دارای سیستم RO می باشند. اکثر خانه دارها، سیستم های اسمز معکوس را برای داشتن آبی پاک تر و خالص تر، خریداری می کنند.

طرز کار: فیلتر های اسمز معکوس از طریق راندن با فشار آب، از درون غشای نیمه تراوا، که ناخالصی ها را از آب می گیرد، کار می کند. این غشاء، دارای سوراخ های میکروسکوپی می باشد طوریکه مولکول های آب می توانند از آن عبور کنند، اما ذرات و مولکول های بزرگتر (مانند مواد معدنی سخت)، نمی توانند از آن عبور کنند.

مزایا: علاوه بر اینکه بطور موثر، اکثر آلاینده ها را پاک می کند، آب های اصلاح شده توسط RO مزه ی بهتری خواهند داشت، که باعث می شود مزه و بوی نوشیدنی هایی نظیر قهوه و چای بهبود یابد. و نیز در نواحی با آب سخت، دستگاه های خانگی مانند ماشین  لباسشویی، قهوه ساز ها و چای سازها، و کتری ها، از صدمات ناشی از رسوب زدایی معمول، در امان خواهند بود.

معایب: اشکال اصلی واحدهای اسمز معکوس، مصرف آب زیاد آنها می باشد، طوریکه یک سیستم RO نوعی، تنها 10 درصد از آبی که وارد آن می شود را پاک می کند، و مابقی آن به بیرون لوله کشی می شود (هدر می رود). این امر باعث می شود تا استفاده از آنها برای اصلاح (پاکسازی) آب خانه کامل، مناسب نباشد. علاوه بر این، فیلتر و غشاء RO، نیاز به پاکسازی یا تعویض دوره ای دارند (گاهی اوقات برای تعویض این فیلتر ها به یک متخصص حرفه ای نیاز است). آب سخت هم چنین عمر غشاء RO را کاهش می دهد. با توجه به اینکه تعویض فیلتر ها، نوعا” هزینه ای بالغ بر 150 تا 700 هزار تومان، را در بر خواهد داشت، در نتیجه نگهداری این سیستم ها نیز گران تمام خواهد شد.

 

پنج روش متنوع برای سختی گیری از آب خام وجود دارد. این روش ها به نوع سختی، میزان سختی زدایی، راهبری راحت، مقدار لجنی که باید کاهش یابد و مقدار صرفه جویی در هزینه مواد شیمیایی بستگی دارند.

روش های سختی گیری آب

1. سختی گیری جزئی آهک
2.  سختی گیری با آهک اضافی
3.  سختی گیری با آهک، سود سوز آور
4.  سختی گیری با آهک پرمایه
5.  سختی گیری با آهک و سود پرمایه

 

روش 1: سختی گیری جزئی آهک

روش سختی گیری جزئی آهک برای حذف فقط کربنات کلسیم از آب استفاده می شود. آهک (به تنهایی) به فرآیند آب افزوده می شود تا PH آب را به حدود 9.5 برساند، سپس آب نرم شده با احیای مجدد کربن و با افزودن یک اسید و کاهش PH تا حدود 8.8 یا کمتر، آب پایدار می شود. بنابراین، سبب کاهش رسوب فلز های سنگین لوله ها و شیر ها می شود.

روش 2: سختی گیری با آهک اضافی

این روش سختی گیری برای حذف کربنات منیزیم و کلسیم از آب استفاده می شود. مقدار اضافی برای فرآیند آب در حداقل PH 10.6 که بهتر است 11 تا 11.3 باشد استفاده شود، زیرا مقدار هیدروکسید منیزیم تا زمانی که PH آب به بالای 11 نرسد، زیاد نخواهد بود. با تشکیل هیدروکسید منیزیم و با کاهش PH به 8.7 تا 8.8 باید کربن دوباره احیا شود. در این مرحله شکل هیدروکسیدی آب به کربنات و بی کربنات تبدیل می شود، زیرا آب دارای غلظت 40 تا 50 میلی گرم در لیتر در PH 11 بوده و همچنین ناپایدار است.

روش 3 : سختی گیری با آهک، سود سوز آور

این روش سختی گیری نیز برای حذف سختی کربناتی و هم غیر کربناتی استفاده می شود. سختی غیر کربناتی اغلب توسط کلرید و سولفات کلسیم تولید می شود. برای حذف این مواد باید از سود سوز آور استفاده شود. آب سختی زدایی شده باید دست کم 10.6 باشد، بنابراین برای تثبیت آب قبل از فیلتراسیون احیای کربن یا اسید سازی لازم است.

روش 4: سختی گیری با آهک پرمایه

سود پرمایه را می توان در روش های 1 تا 3 جایگزین آهک کرد. مزیت استفاده از سود پرمایه تولید لجن کم، نبود مشکلات مرتبط با زباله های شیمیایی و استفاده ساده از مخزن ها و سیستم تغذیه است. مزیت دیگر این روش تولید Na2Co3 است. بنابراین، این روش بدون تغذیه سود سوزآور، سختی غیر کربناتی را حذف می کند. ولی، سود پرمایه معایب زیادی نیز دارد : هزینه سود پرمایه چهار تا شش برابر بیشتر از آهک است، احتمال خطر و نشت در این روش زیاد است؛ و برای محلول 50 % در دمای 13 درجه سانتی گراد و 55 درجه فارنهایت مشکل یج زدگی پیش می آید.

روش 5: سختی زدایی با آهک و سود پرمایه

این روش سختی گیری حالت تغییر یافته ای از روش 4 است و از آن برای کاهش کل هزینه های شیمیایی و هزینه های سرانه سیستم تغذیه آهک استفاده می شود. واکنش شیمیایی این روش به صورت زیر است: