مهمترین روش های سختی گیری از آب
• جدا کردن املاح کلسیم و منیزیم با استفاده از مواد شیمیایی.
• تبدیل املاح کلسیم و منیزیم به املاح سدیم.
• سبک کردن آب با درهم کردن دو روش فوق ذکر.
• روش های مغناطیسی تصفیه آب.
الف - استفاده از مواد شیمیایی
روش حذف سختی موقت آب به اصطلاح عمومی افزایش سختی آهنگ برای حذف سختی است چون آنها همیشه دارای مقادیری گازکربنیک آزاد هستند لذا با تزریق آهنگ ابتدا باید این گاز کربنیک را از بین برد.
در صورتی که مقدار گاز کربنیک از ۲۰ میلی گرم در لیتر تجاوز نمایند بهتر است با دمیدن هوا قسمتی از آن را از آب خارج نمود و باقی مانده آن را با استفاده از روش فوق از بین برد عمل در مصرف آهنگ اثر زیادی دارد.
طرز کار سختی گیر رزینی
سختی آب را از راه تبادل یون می گیرد. یون های سخت از جمله کلسیم و منیزیم همراه با آب وارد محفظه آن شده و از رزین عبور می کند. رزین، یون سدیم (Na) خود را با کلسیم و منیزیم مبادله می کند.
بنابراین یون های سخت توسط رزین گرفته می شود و آب نرم از سختی گیر خارج می شود. پس از مدتی (بسته به شرایط بین 8 تا 72 ساعت) رزین مملو از یون های سخت شده و عملا دیگر نمی تواند عمل سختی گیری را انجام دهد.
برای همین پس از این زمان باید عمل احیای سختی گیر را شروع کنیم. برای احیا، آب نمک را از رزین عبور داده تا بر عکس عمل آن ، سدیم نمک (NaCl) جایگزین یون های سخت شود و رزین مجددا آمده سختی گیری می شود.
قبل از احیا نیز معمولا سختی گیر را به منظور زدودن لردهای روی رزین، بک واش نیز می کنند. طریقه بک واش و طریقه احیای سختی گیر در ادامه همین مقاله آمده است.
اجزای سختی گیر رزینی
رزین کاتیونی
دانه های شیمیایی رزین که عمل سختی آب را انجام میدهند بر روی بستر سیلیس ریخته میشود. هر دستگاه سختی گیر با توجه به ظرفیتش از مقادیر مختلف رزین کاتیونی پر میشود که این اعداد در جداول موجود میباشد.
آب های که دارای املاح آهن، منگنز، مس و دیگر فلزات سنگین میباشند، رزین کاتیونی موجود را فرسوده و آبدهی دستگاه را کاهش میدهد .
عواملی مانند وجود یون های آهن و منگنز و همچنین حضور بیش از 2 میلی گرم در لیتر کلر در آب می تواند عمر رزین کاتیونی را نصف کند .
رزین مورد استفاده از نوع رزین های کاتیونی قوی در سیکل سدیم است. حداقل بستر مورد نیاز برای دانه های رزین 75 سانتی متر می باشد و وجود بستر شنی در زیر دانه های رزین امری اجتناب ناپذیر است زیرا احتمال فرار رزین ها از نازل های آب جمع کن در کف مخزن می رود. در حقیقت قلب هر سختی گیر رزین های داخل آن است.
رزین هستند که عملیات سختی گیری را انجام می دهند و به مرور زمان این دانه های رزین کارکردشان ضعیف می شود. علت آن نیز وجود عوامل مخرب رزین است، برای مثال وجود تنها 0.2 میلی گرم کلر آزاد در آب ورودی می تواند عمر رزین را نصف کند. به علاوه اگر آب ورودی به ستون حاوی املاح آهن و منگنز و دیگر فلزات باشد عمر رزین را کاهش می دهند.
در حال حاضر شاهد آن هستیم که سختی گیر های مورد استفاده در صنایع پس از دو یا سه سال با مشکل نشت سختی روبه رو می شوند و علت آن نیز تنها وجود عوامل مخرب در آب ورودی است.
نازل سختی گیر
نازل ها اغلب از جنس PVC میباشد که وظیفه جمع آوری آب نرم از کف مخزن سختی گیر را به عهده دارند. نازلها بر روی صفحهای با فواصل مشخص از هم قرار میگیرند. نازل ها می توانند از جنس برنجی و یا پلاستیکی باشند.
مخزن محلول آب و نمک
معمولاً این مخازن از جنس پلاستیک ( پلی اتیلن ) میباشد که شامل سنگ های نمک و آب هستند که هنگام شستشوی رزین کاتیونی از آن استفاده میشود و توسط شیر سولویید والو محلول آب و نمک به داخل مکیده میشود برای احیای رزین مورد استفاده قرار میگیرند.
شیر سلویید ولو
برای تنظیم ورودی مخزن مورد استفاده قرار میگیرد.
روش بک واش رزینی
در حالت بک واش آب از پایین وارد می شود. پس از عبور از سیلیس و نازل ها از رزین عبور کرده و لردها و املاح نامحلول موجود در روی رزین ها خارج می گردد. در این حالت آب آن قدر تخلیه می گردد تا شفاف شود و شفافیت آب خاتمه این مرحله را نشان می دهد.
در حالت بک واش همانند شکل زیر:
1) شیر مصرف باز 2) شیر ورودی باز 3) شیر تخلیه باز 4) شیر نمک بسته
روش احیا سختی گیر رزینی
در این حالت آب نمک موجود در داخل تانک نمک جهت احیا کردن به داخل آن وارد می شود. جهت آب ورودی برعکس سیستم بک واش از بالا به پایین می باشد. در این حالت آنقدر آب را تخلیه می کنیم تا تانک نمک تخلیه گردد. عموما ظرفیت تانک نمک بر اساس ظرفیت احیای سختی گیر محاسبه می گردد و حتما از نمک سنگی با خلوص بالا استفاده گردد.
در حالت احیا همانند شکل زیر:
1) شیر مصرف بسته 2) شیر ورودی باز 3) شیر تخلیه شستشو باز 4) شیر نمک باز
مشکلات ناشی از عدم استفاده از سختی گیر
• کاهش قدرت شویندگی انواع مواد صابونی
• از لحاظ پزشکی مضر برای بیماران قلبی
• ایجاد رسوب در دستگاه های حرارتی (مانند بویلر، مبدل و کولینگ تاور)
• کاهش بازده دستگاه های حرارتی به واسطه رسوب گرفتگی
• افت کیفیت رنگ در صنایع نساجی و رنگرزی
6 نکته مهم جهت استفاده از سختی گیر رزینی
نکته 1: آب ورودی به سختی گیر آب نباید در آن باقی بماند زیرا می تواند عمر مفید رزین های کاتیونی را نصف نماید. علاوه بر این یخ زدن رزین کاتیونی در مخزن آن می تواند عمر مفید آن را کاهش دهد.
نکته 2 : درصورت باز نمودن درب کیسه های رزین باید در نظر داشت که حتما در مجاورت آب قرار بگیرند. وجود رطوبت برای نگه داری رزین های تبادل یون الزامی است.
نکته 3 : استفاده از سنگ نمک با خلوص بالا توصیه می شود. به تجربه دیده شده است که در صورت استفاده از نمک های با خلوص پایین، گل و لای موجود روی بستر رزین را می پوشاند و ظرفیت تبادل کاهش پیدا می شود.
نکته 4 : کنترل سختی آب خروجی از دستگاه بصورت روزانه یا دو روز یکبار توسط کیت های سختی سنج به تمامی اپراتور ها و تکنسین های نگه دار توصیه می شود.
نکته 5 : اطمینان از مکش نمک پس از نصب و راه اندازی دستگاه رزینی با شیر چند راهه اکیدا توصیه نمی شود. به تجربه دیده شده است که پس از نصب و راه اندازی متأسفانه شیر مکش نمک تنظیم نگشته و عملا احیا با نمک صورت نمی گیرد.
نکته 6: در صورتی که آب ورودی دارای املاح، گل و لای و یا ذرات معلق می باشد، حتما قبل از شروع عملیات، آب را بوسیله فیلتر کربن و یا فیلتر شنی عاری از اینگونه ذرات کنید.
چه سختی گیری را انتخاب کنیم؟
یکی از مهمترین سوالات در انتخاب آن این است که، سختی گیر فلزی و یا FRP گیر بهتر است؟ جهت پاسخگویی به این سوال باید توجه داشت که محل قرارگیری آن کجا خواهد بود؟ و آیا سختی گیر را در محیط سربسته قرار خواهید داد و یا دستگاه رزینی در مقابل سرما و گرما و محیط بیرون جایگذاری خواهد شد. مورد دیگری که در انتخاب این سختی ها مهم قلمداد می شود مقدار هزینه اولیه است، قیمت سختی گیر فلزی در ابعاد و ظرفیت های بزرگ به مراتب از FRP کمتر است ولی در ظرفیت های کمتر ( ظرفیت زیر 400 هزار گرین) FRP مقرون به صرفه تر است.
از موارد دیگری که در انتخاب دستگاه سختی گیر رزینی باید بدان توجه نمود، مقدار آب و دبی عبوری از مخزن آن است. طبق روابط موجود در طراحی ، مقدار ظرفیت سختی آب تعیین شده مهم تلقی می شود. از پارامترهای مهم دیگر محاسبه مقدار نمک مورد نیاز برای احیا رزین کاتیونی است. شاید در سختی گیر های با ظرفیت کم این مورد قابل چشم پوشی باشد ولی در سختی گیر سایز بالا یکی از هزینه های ثابت دستگاه سختی گیر رزینی به شمار خواهد رفت.
برای این کار می توان هنگام طراحی رزینی زمان دوره احیای نمک را طولانی تر انتخاب نمود تا نیاز به شستشو با نمک و احیا رزین کمتر گردد ولی مشکل اینجا است که اگر این مدت زمان غیر منطقی انتخاب شود دستگاه سختی گیر رزینی دارای ابعاد بزرگتری می شود و در نتیجه قیمت سختی گیر بالا می رود.
لذا انتخاب سختی گیر و طراحی سختی گیر رزینی نیاز به دانش و تخصص و از همه مهم تر تجربه دارد.
مزایای استفاده از دستگاه سختی گیر
• دارای آب پخش کن های مقاوم از جنس PVC
• رنگ بدنه دستگاه سختی گیر سه لایه رنگ اپوکسی ضد زنگ
• دارای قابلیت تحمل فشار تا 10 بار
• سرعت و دقت بالا در ساخت دستگاه و تحویل و نصب در محل
• انجام کلیه لوله کشی های مربوط به آب نمک و استارت
• انجام کلیه جوشهای دستگاه تحت استاندارد AWS
• استفاده از مرغوبترین رزین کاتیونی و سنگ سیلیس
• دارای 6 ماه گارانتی طلایی و 10سال خدمات پس از فروش
• ارائه دفترچه راهنما جهت نگه داری آسان از سیستم
موارد استفاده از سختی گیر رزینی
• از پر کاربرد ترین تجهیزات صنعت به شمار می رود. سختی گیر در کارخانجات زیر کاربرد دارد:
• در صنعت چرم سازی
• در صنعت نساجی
• در واحدهای قالی شویی
• در کارخانجات تولید یخ
• در صنعت رنگ سازی و رنگرزی
• در صنعت لبنیات
• در صنعت لاستیک سازی
• در صنایع غذایی
• در ساختمان سازی و بتن ریزی
• در صنعت نفت و گاز و پتروشیمی
دمای آب ورودی به سختی گیر از نکات ریزی است که می بایست بدان توجه لازم را داشت. سختی گیر از نوع فلزی و سختی گیر از جنس FRP تا دمای 100 درجه سانتی گراد در برابر آب ورودی مقاومت دارند ولی رزین های تبادل یون مورد استفاده در سختی گیر رزینی نهایتا تا دمای 55 درجه در برابر گرمای دما مقاومت نمایند. بر اساس دیتا شیت سازندگان رزین کاتیونی رزین ها می توانند تا 55 الی 60 درجه سانتی گراد حرارت را درون سختی گیر تحمل نمایند.
در صورت عدم استفاده از سختی گیر رزینی در موتورخانه ها گرفتگی لوله ها و مجاری انتقال آب در ساختمان ها و یا واحدهای صنعتی امری محتمل است. لذا برای جلوگیری از گرفتگی لوله توسط رسوبات کربناتی و بی کربناتی بهتر است از آب نرم شده توسط سختی گیر رزینی استفاده گردد. این بحث در مناطقی مثل شمال کشور و یا مناطق کویری که سختی آب در حدود 350 الی 500 میلی گرم بر لیتر گزارش شده است بسیار شدید تر است و حتما بایستی نسبت به رفع این مشکل اقدام لازم را در نظر بگیرند.
پس از گسترش علم مواد، در صنعت آب و فاضلاب ما شاهد افزایش مخازن کامپوزیتی هستیم. سختی گیر FRP دارای برتری های نسبت به دستگاه های سختی گیر فلزی است و از آنها می توان به سبک بودن و راحتی در حمل و نقل اشاره نمود، همچنین از لحاظ بصری نیز دارای برتری می باشد. سختی گیر رزینی FRP بیشتر به عنوان پیش تصفیه برای سیستم های اسمز معکوس استفاده می شود. اکثر سختی گیر FRP دارای شیر تمام اتوماتیک برقی هستند و بدین طریق تمامی عملیات سختی گیری توسط کامپیوتر شیر برقی به ترتیب انجام می گردد.
شیرهای اتومات سختی گیر دارای 5 مرحله هستند. اولین مرحله شامل شستشو معکوس سختی گیر است و در گام بعدی توسط آب نمک رزین ها شسته می شوند و به اصطلاح رزین های سختی گیر احیا می شوند و در گام بعد مخزن نمک پر می شود و سپس شستشوی سریع مخزن انجام می شود تا نمک اضافی از ستون سختی گیر خارج گردد و در نهایت سختی گیر به سیکل پنجم یا سیکل سرویس می رود و آب ورودی به سختی گیر نرم می شود.
سختی گیر موتورخانه
یکی از وظایف اصلی موتورخانه، تولید آب گرم برای واحدهای مسکونی است. در محل های که آب گرم وجود دارد بحث رسوب گذاری آب نیز وجود دارد. آب های سخت که دارای عوامل سختی هستند می بایست از ستون سختی گیر رزینی عبور کنند و سپس به سمت دیگ های بخار هدایت شوند. در بسیاری از نقاط ایران آب با مشکل سختی مواجه هست و استفاده از سختی گیر امری الزامی است.
سختی گیر کارخانه و واحد صنعتی
نیاز صنعت به آب همانند نیاز بدن انسان به آب است. آب سخت همان طور که در بدن عوارضی مانند سنگ کلیه پدید می آورد، در صنعت نیز مشکلات و لطمات زیادی را بر جای می گذارد. متداول ترین تجهیزی که در صنایع استفاده می شود بویلر های آب داغ است. همان طور که می دانید دمای بالا به رسوب گذاری کمک می کند و وجود دستگاه سختی گیر برای آب پیش از بویلر واجب است.
سختی گیر رزینی برای برخی دستگاهها در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. از سختی گیر رزینی برای پیش تصفیه آب ورودی به دستگاه های اسمز معکوس استفاده می شود. برای برخی دستگاه های حساس در صنایع الزامی است که از آب خالص استفاده شود و در این موارد نمی توان به تنهایی از سختی گیر استفاده نمود و در نتیجه از آب شیرین کن ها استفاده می شود.