نحوه رفع سختی آب

آب سخت آبی است که حاوی نمک‌ های معدنی از قبیل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی، کلسیم، منیزیم و ... است. سختی آب بر دو نوع است: دایمی و موقت.
تغییرات سختی آب بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد، کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی، سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود.
مضرات آب سخت:
آب سخت برای مصرف در کارخانجات مناسب نیست. از مضرات آن ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ و خوردگی آن می شود.
سختی آب، عامل تشکیل رسوب در دیگهای بخار، مبدلهای حرارتی، برجهای خنک کننده و سیستمهای سرد کننده می باشد. اگر آب سخت برای شستشو به کار رود، صابون هدر می رود. در صنایع نساجی و رنگرزی کیفیت رنگ افت می کند. انحلال سود سوز آور در آب، منیزیم را به صورت هیدروکسید منیزیم رسوب می دهد. سختی بیش از حد باعث سوء هاضمه و بروز بیماریهای کلیوی می شود.
جهت رفع سختی آب، تعداد زیادی مواد شیمیایی موجود است، که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد را قبل از ورود آب، به دیگ ها اضافه می کنند. که باعث گرفتن سختی آب می شود. و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد، آهک و گچ را رسوب می‌دهند (باعث شناور شدن رسوب در آب دیگ می شود) و دیگر این رسوب، محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد بطوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود.
البته به یاد داشته باشید جهت خروج این رسوبات معلق شده در دیگ باید طبق یک برنامه زمان بندی شده و منظم اقداماتی از جمله زیرآب زدن به صورت مداوم تکرار شود. (درصورت درخواست تمایل به آگاهی از این برنامه زمانبندی، جهت خروج این مواد معلق و همچنین تهیه این مواد و دریافت مشاوره بیشتر با شرکت بخارپویان تماس حاصل فرمایید.)

سختی زدایی
برای برطرف کردن سختی موقت آب، با جوشاندن آن کربنات‌ های هیدروژن محلول، به کلسیم نامحلول تبدیل شده و تشکیل رسوب می‌دهند. این رسوب در مناطق دارای آب سخت، درون دیگ ها دیده‌ می‌شود. سختی دایمی آب را می‌توان با کمک نرم‌ کننده‌های تبادل کننده یون، مانند پرموتیت برطرف کرد. آبی که در طبیعت وجود دارد تقریباً همیشه ناخالص می‌باشد. زیرا اغلب دارای گچ، آهک، نمک طعام، ترکیبات منیزیم، آهن، اکسیژن و ازت، انیدرید کربنیک، ترکیبات آلی و غیره است، مقدار این ناخالصی ها در آبهای مناطق مختلف متفاوت است.
یکی از اجسام گیرنده سختی آب تری ناتریم فسفات Na3PO می‌باشد، که با اسم آلبرت ‌تری بکار می‌رود. یون کلسیم موجود در آب بر اثر ناتریم فسفات تبدیل به تری کلسیم فسفات PO42Ca3 می‌گردد و رسوب می‌نماید.
بر اثر پختن بی‌کربنات، کلسیم آب تبدیل به کربنات می‌شود و رسوب می‌نماید، (Ca3H2Ca → CO3Ca + CO2 + H2O) و بی کربنات کلسیم آب، بر اثر کربنات سدیم، گچ و بی‌کربنات کلسیم، به کربنات کلسیم تبدیل می‌شود و رسوب می‌گردد:
Ca3H2Ca + CO3Na2 → CO3Ca + 2CO3HNa
SO4Ca + CO3Na2 → CO3Ca + SO4Na2
اخیرا به مقدار زیاد از رزین ها که قادرند تعویض یون کنند، برای رفع سختی آب استفاده می‌کنند. رزین لواتیت در آلمان و آمبرلیت و دووکس در آمریکا استعمال می‌گردد.
درجه سختی آب:
درجه سختی آب را از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌کنند.
در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است.
در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد.
در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در ۰.۷ لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.
برای تعیین سریع سختی آب، کارخانه شیمیایی واقع در آلمان قرصهایی ساخته است. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج، آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می‌نمایند، و به‌ وسیله معرفی که همراه بسته قرصهاست رنگ این آب را قرمز می‌کنند و آگاه آنقدر از این قرصها در آن می ‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهای ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می‌باشد. دقت این روش تا نیم درجه است. در ایران معمولا از کیت های خاصی استفاده می شود. (جهت دریافت این کیتها با بخارپویان تماس حاصل فرمایید)
سختی گیر:
سختی گیری برای جدا کردن دو عنصر کلسیم و منیزیم بکار میرود. اگر این دو عنصر از آب جدا نشوند، همان اتفاقی در دیگ بخار می‌افتد که در کتری رخ می‌دهد. در واقع رسوبات، سطح بین لوله های آتش خوار با آب را کاهش می دهد و انرژی بیشتری برای تولید میزان معینی فشار مصرف می‌شود. همچنین پاکسازی این لوله ها علاوه بر هزینه بر بودن خط تولید را نیز متوقف می‌کند.
این بخش از دو مخزن تشکیل می‌شود، مخزن اول شامل بافت رزین سه ‌بعدی بوده که با منیزیم ترکیب شده RMg بوجود می‌آورد در نتیجه سختی آب از بین می‌رود ولی نمی‌توان آن را به فاضلاب هدایت کرد. چون رزین از دست خواهد رفت. سپس مخزن دوم به عنوان مخزن احیا استفاده می شود. در این مخزن آب‌ نمک وجود دارد. واکنشهای به صورت زیر انجام می‌شود. (واکنش زیر، با ترکیب رزین و منیزیم انجام می گیرد).

واکنش اول : MgSo4 + R ---> RMg + So4
واکنش دوم : NaCl + RMg + So4 ---> RNa + MgCl2
اکنون آب وارد مخزن نمک شده، و RNa مجددا با سولفات منیزیم تر کیب شده و تولید RMg می‌نماید. که با انجام چرخه‌ایی این واکنش ‌ها، رزین مجددا احیا شده و از چرخه احیا خارج می‌شود.
اکنون سختی آب گرفته شده. ولی برای وارد شدن به داخل دیگ باز مشکلاتی وجود دارد.
لازم به ذکر است همان گونه که بیان شد، دستگاه سختی گیر تنها قادر به جداسازی دو عنصر مضر کلسیم و منیزم است. جهت جداسازی دیگر عنصرها از آب دیگ بخار و تاسیسات، تدابیر دیگری باید در نظر گرفت.(جهت دریافت اطلاعات در این خصوص با بخارپویان تماس حاصل فرمایید)
لازم به یادآوری می باشد، در زمان تولید در کارخانه و کارکرد مداوم دیگ بخار، ممکن است بیش از ظرفیت سختی گیر آب مصرفی از آنها عبور کند، که مسلما تمامی املاح کلسیم و فسفر به قطع فیلتر و جداسازی نمی شود. در این صورت تدبیر ثمر بخش موادی است که املاح منیزم و کلسیمی که فیلتر نمی شوند را، در آب جوش به هنگام کار دائم دیگ بخار به صورت غیر قابل رسوب در می آورد، و مانع چسبیدن آنها به سطح فلز مخزن آب، روی لوله ها و کوره می شود. که با قیمت بسیار ارزانی در دسترس می باشند. و با اضافه نمودن آنها به آب مصرفی دیگ بخار و درین های (زیرآب زنی) مرتب طبق آزمایش های لازم آب ورودی دیگ، این املاح معلق و نچسب به هرز آب فرستاده می شود. (جهت دریافت این مواد با بخارپویان تماس حاصل فرمایید)
شهرهای با آب سخت:
اکثر شهر های ایران و البته شهر های قم، زاهدان، دلیجان، ساوه، سمنان و... از شهرهایی هستند که آب آنها از سختی بالایی برخوردار است. بدیهی است که، رفع سختی آب از وظایف بسیار مهم اپراتور در طول نگهداری روزانه و شیفت کاری است، و به جهت جلوگیری از صدمات مخرب و گاهی غیر قابل جبران و مصیبت بار بعدی که در مدت کوتاهی به سیستم تاسیسات وارد می گردد تدبیر لازم با هزینه ای بسیار اندک در قبال تاسیساتی حرارتی که به قطع قسمتی حیاتی برای تولید مداوم و مستمر است، اتخاذ گردد. جهت کسب اطلاعات بیشتر با واحد شیمی آب بخارپویان بخار تماس حاصل فرمایید. اما لازم است که سختی آب در تمامی کارخانه جات سراسر کشور به صورت دوره ای و تحت نظارت متخصصان این بخش کنترل گردد. تا از بروز هزینه های هنگفت در آینده ای بسیار نزدیک جلوگیری شود.

سختی گیرهای الکترونیکی

آب مهمترین سیال در حرارت و برودت است که وظیفه انتقال گرما در مبدلهای حرارتی را به عهده دارد . در برجهای خنک کن ، بویلرها و چیلرها از آب به عنوان مایع مبدل استفاده می شود بطوریکه گردش آب موجب تبادل حرارتی میگردد . معمولا آب استفاده شده در کاربردهای حرارتی و برودتی از نوع آب سخت است ، آبهای سخت تشکیل پوسته کربنات کلسیم می دهند که مشکلات متعددی را بوجود می آورد . این پوسته به شکل رسوب بر روی سطوح داخلی لوله های حامل آب باعث کاهش ظرفیت انتقال جریان آب و انتقال جریان حرارت می شود.
هنگامی که آبهای سخت حرارت داده میشوند تشکیل پوسته خیلی سریعتر انجام می گیرد که مشکلات زیادی را در بویلرها و آبگرمکن ها به وجود می آورند یک پوسته 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 آسیبهای فراوانی به تأسیسات حرارتی و برودتی میشود که مهمترین آنها کاهش بازدهی مبدلها و در نتیجه افزایش انرژی راهبردی است .آنالیز شیمیایی رسوب نشان میدهد که ترکیب اصلی تشکیل دهنده کربنات کلسیم ، سولفات کلسیم ، سولفات باریم ، سیلیکا و آهن است که در صد فراوانی کربنات کلسیم بیشتر از ترکیبات دیگر می باشد.

مقاومت حرارتی کربنات کلسیم بسیار زیاد بوده و در صورت تشکیل رسوب همان طور که اشاره کردیم در دیواره ها نقش یک عایق را بازی میکند که این امر نقش بسزایی را در کاهش بازدهی مبدلهای حرارتی دارد. اگر بتوان از تشکیل کربنات کلسیم در جداره مبدلهای حرارتی جلوگیری کرد روند کاهش بازدهی با گذشت زمان متوقف میشود .

معمولاً کاتیونهای کلسیم و منیزیم در آب عامل رسوب هستند کاتیون کلسیم صرفنظر از نمک های آن که شامل سولفات کلسیم ، کلروکلسیم و سایر نمکهای کلسیم می شود سختی کلسیم را تشکیل میدهند .همانطور کاتیون منیزیم باعث سختی منیزیم می گردد و چون عامل اصلی سختی آب ترکیبات معدنی این دو عنصر است لذا بطور کامل فرض می گردد که سختی کل آب از سبک کردن به کمک آب آهک و خاکستر کربنات سدیم و سبک کردن با استفاده از مبادله کننده های یونی به وجود می آید. به رسوب و عوامل ایجاد آن در ادامه به صورت کامل پرداخته می شود.
تا کنون روشهای مختلفی برای مقابله با این مسئله پیشنهاد شده است در روشهای معمول از مواد افزودنی شیمیایی استفاده می شود که علاوه بر پایین بودن بازدهی مشکلات زیست محیطی نیز ایجاد می گردد. روشهای بهتر دیگری مانند الکترو دیالیز ، تقطیر ، انجماد و اسمز معکوس وجود دارد که به علت پیچیدگی وگران بودن فقط در شرایط خاص بکار برده میشوند.
در حال حاضر سختی گیری و رسوب زدایی الکترونیکی به عنوان یک روش غیر شیمیایی و بدون نیاز به مواد شیمیایی افزودنی به آب و سازگار با محیط زیست با خواص بسیار مفید دیگر برای صنایع مختلف همواره به عنوان جایگزین مناسبی برای روش های پیشین مطرح است.
سختی گیری، پالایش الکترونیکی آب است علی رغم کیفیت کارکردی مناسب و مزایای فراوان به علت ضعف در تحلیل عملکرد از دیدگاه تئوری های فیزیکی و شیمیایی نفوذ آن در بازارهای تجاری چشمگیر نبوده است .اما در چند سال گذشته با تحقیقات وسیعی که در سطوح دانشگاهی و مراکز تحقیقاتی انجام شده است روشهای الکترومغناطیسی جایگزین مواد مغناطیسی گذشته شده است . همچنین تئوریهای قابل قبولی نیز ارائه شده که این امر چشم انداز بسیار مناسبی برای این تکنولوژی سودمند ترسیم نموده است.