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.

روش بکواش کردن سختی گیر های رزینی ( احیا کردن رزین )

روش بکواش کردن سختی گیر رزینی ( احیا کردن رزین )

ابتدا شیر شماره 1 تا 4 را ببندید.

سپس دسته شیر سولو را در وضعیت (REGEN) قرار دهید.

شیر شماره 3 و4 را باز کنید تا محلول آّب و نمک وارد سیستم شود، اگر درپوش برنجی روی نازل نمک را که به همین منظور در پشت شیر سولو و در کنار لوله تخلیه تعبیه شده است، باز کنید، به کمک پیچ گوشتی مناسبی می توانید میزان مکش را تنظیم نمایید.

پس از گذشت مدت لازم مرحله بعدی بعنی شستشوی رزین با آب را انجام دهید.

این روش برای بیشتر سختی گیر های رزینی قابل اجراست اما باید برای اطمینان از صحت مراحل انجام شده به دستورالعمل شرکت تولید کننده مراجعه کرد.

سختیگیر

سختی گیر

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.

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.

تبادل کننده یونی(رزین ها)

رزین سختی گیر

رزین‌های تعویض یونی ذرات جامدی هستند که می‌‌توانند یونهای نامطلوب در محلول را با همان میزان از یونهای مطلوب مشابه جایگزین نمایند. رزینهای مصنوعی از نوع سیلیکات آلومینیوم می باشند و به رزینهای معدنی زئولیت گویند که در طبیعت بصورت سنگهایی یافت می‌‌شوند که می‌‌توانند کار زئولیت سنتزی را انجام دهند. این مواد, یونهای سختی‌آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف کرده و به جای آن یون سدیم آزاد می‌‌کنند و از این رو به زئولیتهای سدیمی مشهورند. 

استفاده از آبهای گل آلود و دارای مواد معلق و همچنین آبهایی که دارای املاح آهن، منگنز، مس و دیگر فلزات سنگین می‌باشند، رزینهارا فرسوده و آبدهی دستگاه سختی گیر را کم می‌کنند. بنابراین توصیه می‌شود قبل از ورود آب به داخل دستگاه, مواد معلق در آب توسط دستگاه فیلتر شنی جدا شده و برای کاهش املاح فلزات سنگین تدابیر لازم بکار گرفته شود.

دستگاه سختی گیر

متداولترین روش برای حذف سختی آب، استفاده از سختی‌گیرهای رزینی می‌باشد.دستگاههای سختی‌گیر مورد استفاده در تصفیه آب، به صورت استوانه فلزی و فایبرگلاس هستند به طوری که در داخل آن، ذرات رزین قرار می گیرد و در استوانه های فلزی داخل سطوح آن با رنگ اپوکسی پوشش داده می شود تا از خوردگی آن جلوگیری و باعث افزایش عمر دستگاه گردد. این دستگاه ها با نام های تجاری سختی گیر فلزی و سختی گیر فایبرگلاس شناخته می شود.

برای نگهداری وجلوگیری از خروج رزینها در قسمت پایین دستگاه و در زیر رزینها از یک صفحه مشبک و یک بستر سیلیس استفاده می‌‌شود. عمق رزین معمولاً بین 0.5 تا 3 متر انتخاب می‌‌گردد و بر حسب نوع رزین 50 تا 100 درصد از حجم رزین، فضای خالی برای انبساط رزین در نظر گرفته می‌‌شود.  

میزان جریان را معمولاً در حدود 0.2 تا 1 متر مکعب در دقیقه به ازای هر متر مکعب از حجم رزین در نظر می‌‌گیرند. هر چند که حداکثر دبی جریان ورودی به واحدهای رزین تعویض یونی به علت افت فشار محدود می‌‌شود ولی حداقل دبی جریان به علت کانالیزه شدن (Channelize) نمی‌تواند خیلی کم باشد زیرا کانالیزه شدن باعث می‌‌شود که قسمتی از زرین بدون استفاده باشد. از این رو سرعت آب از بستر زرین باید حدود یک متر در ساعت باشد.بستر رزین می تواند ثابت(Fixed) ویا شناور(Fluidized bed) باشد. در نوع بستر ثابت حجم رزین‌های داخل دستگاه انبساطی ندارد و آب ورودی از بالای دستگاه وارد شده و بیشترین تبادل یونی در قسمتهای بالای بستر رزین انجام می‌‌شود و در قسمتهای پایین بستر تصفیه نهایی انجام می‌‌شود که تعیین کننده درجه خلوص آب خروجی از تعویض کننده می‌‌باشد. با افزایش زمان سرویس، رزینهای بالای بستر اشباع شده و تبادل یونی در لایه‌های پایین ستون بستر انجام می‌‌شود که در نهایت زمانی فرا می‌‌رسد که بقیه ستون بستر برای تعویض یون کافی نمی‌باشد و در نتیجه در آب خروجی از تعویض کننده، یونهای ناخالص جذب نشده مشاهده خواهد شد که معرف پایان سرویس دستگاه می‌‌باشد. در این حالت، زمان احیاء نمودن رزینها فرا می‌‌رسد.

از نظر کاربری، دستگاه سختی‌گیر دارای سه مدل کنترل دستی، نیمه اتوماتیک و اتوماتیک (برقی) می‌‌باشد. در کنترل دستی تمام مراحل شتشوی معکوس، احیاء و سرویس دستگاه از طریق شیرهای دستی توسط اپراتور انجام می‌‌شود. اما در کنترل تمام اتوماتیک (برقی)کلیه مراحل فوق توسط شیر اتوماتیک کنترل شده و انسان در کاربری آن دخالت چندانی ندارد. درکنترل نیمه اتوماتیک، شیر نیمه اتوماتیک بصورتی طراحی گردیده است که تمام وظایف را بصورت بسیار ساده انجام می‌‌دهد و کاربر فقط با قرار دادن اهرم آن در یکی از سه وضعیت شستشوی معکوس، احیاء و یا سرویس دهی، دستگاه را تنظیم می‌نماید..