نگاهی کلی به سیستم سختی گیر آب

رپورتاژ

قبل از بررسی خود دستگاه سختیگیر، بهتر است نیم نگاهی به دستگاه های تصفیه آب داشته باشیم که انواع مختلفی دارند و بر اساس روش، کارایی، قیمت و کیفیت عملکرد متفاوتی ارائه میکنند. برخی از دستگاه های تصفیه آب معروف در ایران عبارتند از:

دستگاه های اسمز معکوس: این دستگاه با استفاده از فناوری RO یا اُسموز معکوس آب را از آلودگی های شیمیایی، باکتریایی و سنگین پاک می کند. این دستگاه دارای ۵ مرحله تصفیه است و قابلیت نصب زیر سینک یا روی سینک را دارد، هرچند که کاربرد عمده آن برای تصفیه آب صنعتی است.

تصفیه آب با اولترافیلتراسیون: این دستگاه با استفاده از فناوری UF یا الترافیلتراسیون آب را از آلودگی های باکتریایی، ویروسی و رسوبات پاک می کند. قابل ذکر است که این دستگاه نسبت به دستگاه های RO کمتر آب را هدر میدهد.

البته بجز این موارد می توان روش و دستگاه تزریق ازن، تزریق کلر و پکیج های تصفیه فاضلاب را نیز به عنوان روش های مختلف تصفیه نام برد. اما مهمترین آن ها دستگاهی است به نام سختی گیر رزینی که این مقاله به صورت تخصصی به آن پرداخته است، پس همراه ما باشید.

اول بحث را اینگونه شروع کنیم که آیا این دستگاه جز دستگاه های مهم تصفیه محسوب می شود؟

بله، سختیگیر یکی از دستگاه های تصفیه آب است که برای حذف سختی کل آب شامل کلسیم، منیزیم و برخی کاتیون های فلزی موجود درون آب سخت استفاده می شود و اگر بخواهیم به صورت ساده نحوه عملکرد آن را تشبیه کنیم باید بگوییم به مانند صافی شنی فعالیت خود را انجام می دهد با این تفاوت که عملیات و ترکیبات یونی در آن رخ می دهد. سختیگیر با استفاده از فناوری تبادل یونی، این عناصر را با سدیم یا پتاسیم جایگزین می کند و آب نرم را تولید می کند. آب نرم دارای مزایای بسیاری است، مانند کاهش رسوبات در لوله ها و دستگاه های حرارتی و برودتی، افزایش کف کردن صابون و شامپو، حفظ لطافت پوست و مو، کاهش مصرف انرژی و طول عمر دستگاه ها. سختیگیر ها در انواع مختلف بر اساس جنس بدنه، نوع رزین، ظرفیت و قابلیت های دیگر عرضه می شوند.

پس جواب این سوال را شما بدهید، سختیگیر چیست؟ آیا آن یک صافی شنی است؟

سختی گیر یک دستگاه تصفیه آب است که با استفاده از فناوری تبادل یونی، آب را از سختی کل آب شامل کلسیم، منیزیم و برخی کاتیون های فلزی موجود درون آب سخت می رهاند. سختی آب به مقدار ماده جامد محلول در آب بر حسب میلی‌گرم بر لیتر (mg/l) گفته می شود. سختی آب را معمولا به دو دسته سختی موقت و سختی دائم تقسیم می کنند. سختی موقت آن قسمت از سختی کل است که با جوشاندن آب حذف می شود و عمدتا به دلیل حضور کربنات کلسیم و منیزیم در آب است. سختی دائم آن قسمت از سختی کل است که با جوشاندن آب و یا عبور از صافی شنی و غیره حذف نمی شود و عمدتا به دلیل حضور سولفات، کلرید، نیترات و فسفات کلسیم و منیزیم در آب است.

سختی آب را می توان با استفاده از دستگاه های خاص اندازه گیری کرد یا با استفاده از جدول ها و فرمول های ریاضی تخمین زد. براساس استانداردهای جهانی، سختی آب را به صورت زیر دسته بندی می کنند:

آب نرم: سختی کل کمتر از ۶۰ mg/l.

آب نسبتا نرم: سختی کل بین ۶۰ تا ۱۲۰ mg/l.

آب معمولی: سختی کل بین ۱۲۰ تا ۱۸۰ mg/l.

آب نسبتا سخت: سختی کل بین ۱۸۰ تا ۳۰۰ mg/l.

آب سخت: سختی کل بالاتر از ۳۰۰ mg/l.

آب سخت دارای عوارض و مشکلات بسیاری است، مانند:

• افزایش رسوبات در لوله ها و دستگاه های حرارتی و برودتی: این رسوبات باعث کاهش جریان آب، افزایش فشار آب، کاهش بازده و عمر دستگاه ها و افزایش مصرف انرژی می شوند.
• کاهش کف کردن صابون و شامپو: این باعث می شود که برای شستشوی بدن، مو، لباس و ظروف باید مقدار بیشتری از این مواد را استفاده کرد. همچنین باقیمانده صابون و آب سخت باعث تشکیل لکه های سفید روی ظروف و سطوح شیشه ای می شود.
• حفظ لطافت پوست و مو: آب سخت باعث خشک شدن پوست و مو، ایجاد التهابات و خارش پوست، ریزش مو و کمرنگ شدن رنگ مو می شود.
• افزایش هزینه های نگهداری و تعمیرات: آب سخت باعث افزایش هزینه های نگهداری و تعمیرات لوله ها، دستگاه ها، صابون، شامپو، لباس و ظروف می شود که با دستگاه صافی شنی و یا سایر سیستم های تصفیه نیز قابل جلوگیری نیست.

پس دقیقا سختیگیر چگونه کار می کند که همه این مشکلات را از بین می برد؟

تبادل یونی یک فرآیند شیمیایی است که در آن چندین نوع یون در یک محلول با چندین نوع یون دیگر جایگزین می شوند. در سختی گیر، یک جامد نامحلول به نام رزین که دارای یک سطح جذب کننده ی یونی است، به عنوان یک عامل تبادل کننده ی یونی مانند دانه های شن موجود در صافی شنی عمل تصفیه را تکمیل می کند. رزین دارای یک قطبیت الکتریکی است که باعث جذب یک نوع خاص از یون ها (مثلا کاتیون ها) به سطح خود می شود. رزین در حالت اولیه دارای یک نوع خاص از یون ها (مثلا سدیم) است که به راحتی قابل جابجایی هستند. وقتی آب سخت از روی رزین عبور می کند، یک فرآیند تبادل رخ می دهد که در آن یون های سخت کننده (مثلا کلسیم و منیزیم) به سطح رزین جذب شده و یون های سدیم از رزین جدا شده و به آب منتقل می شوند. در نتیجه، آب نرم تولید می شود.

در حالت خروجی، آب سخت از روی رزین عبور می کند و آب نرم تولید می شود. این حالت تا زمانی ادامه می یابد که رزین اشباع شود و دیگر قادر به جذب یون های سخت کننده نباشد. در این صورت، سختیگیر به حالت بازسازی می رود.

در حالت بازسازی، یک محلول شور به نام شوراب (brine) که حاوی یون های سدیم است، از روی رزین عبور می کند و یون های سخت کننده را از رزین جدا می کند و به آب زائد (waste water) منتقل می شود. در این صورت، رزین دوباره دارای یون های سدیم می شود و آماده برای حالت خروجی می شود. این حالت به صورت خودکار یا بر اساس زمان بندی تنظیم شده و یا توسط اپراتور فعال می شود.

یک جمع بندی مختصر تا به اینجای مطلب: سختی گیر دارای یک تانک اصلی که حاوی رزین است، یک تانک کوچک که حاوی نمک است، یک سیستم کنترل که حالات خروجی و بازسازی را مدیریت می کند و یک سری لوله و شیر های اتصال است. برخی از سختی گیر ها دارای یک تانک جانبی هستند که برای ذخیره آب نرم استفاده می شوند.

حال که با این دستگاه آشنا شده اید، بهتر است نحوه محاسبه حجم مورد نیاز و اصطلاحات رایج را نیز بلد باشید تا بتوانید در زمان گرفتن مشاوره به خوبی جملات و حجم محاسبه شده را متوجه شوید.

روش محاسبه حجم مورد نیاز:

دبی آب: مقدار آبی که در واحد زمان از سختی گیر عبور می کند. این مقدار را می توان با استفاده از شیر تنظیم دبی یا اندازه گیری مصرف آب تعیین کرد. واحد معمول این عامل گالن در دقیقه (gpm) است.

سختی آب: مقدار املاح کلسیم و منیزیم موجود در آب که باعث سخت شدن آب می شوند. این مقدار را می توان با استفاده از دستگاه های خاص اندازه گیری کرد یا با استفاده از جدول ها و فرمول های ریاضی تخمین زد. واحد معمول این عامل پارت بر میلیون (ppm) است.

زمان سیکل شستشو: مدت زمانی که سختیگیر بدون نیاز به بازسازی رزین قادر به تصفیه آب است. این مقدار را می توان با استفاده از سیستم کنترل خودکار یا بر اساس زمان بندی تنظیم شده تعیین کرد. واحد معمول این عامل ساعت است.

برای محاسبه سختیگیر، باید ظرفیت سخت کننده (hardening capacity) را به دست آورد. این عبارت از حاصل ضرب دبی آب، سختی آب و زمان سیکل شستشو در عامل ثابت 60 و تقسیم بر عامل ثابت 17.1 به دست می آید. واحد این عامل گرین (grain) است. فرمول رابطه بین این عوامل به صورت زیر است:

Hardening capacity=gpm×ppm×T×60​

تقسیم بر 17.1

پس از به دست آوردن ظرفیت سخت کننده، باید حجم رزین مناسب برای سختیگیر را محاسبه کرد. رزین جامد نامحلول است که دارای قابلیت جذب چند نوع خاص از یون ها (کاتیون ها) به سطح خود است. رزین در حالت اولیه دارای چند نوع خاص از چنین چنین (سودیوم) است که به راحتی قابل جابجائی هستند. وقتی آب سخت از روی رزین عبور می کند، یک فرآیند تبادل رخ می دهد که در آن یون های سخت کننده (کلسیم و منیزیم) به سطح رزین جذب شده و یون های سدیوم از رزین جدا شده و به آب منتقل می شوند. در نتیجه، آب نرم تولید می شود. حجم رزین بر حسب فوت مکعب (ft3) است. فرمول رابطه بین ظرفیت سخت کننده و حجم رزین به صورت زیر است:

Resin volume= Hardening capacity​

تقسیم بر Resin capacity

که در آن ظرفیت رزین (resin capacity) عدد ثابتی است که بر حسب گرین بر فوت مکعب (gr/ft3) اندازه گیری می شود. این عدد بستگی به نوع و کیفیت رزین دارد و معمولا در کاتالوگ های سازنده های سختیگیر ذکر شده است. مقدار متوسط این عدد حدود 30000 gr/ft3 است.

برای مثال، فرض کنید که دبی آب 10 gpm، سختی آب 300 ppm و زمان سیکل شستشو 12 ساعت باشد. در این صورت، ظرفیت سخت کننده و حجم رزین به صورت زیر محاسبه می شوند:

Hardening capacity=10×300×12×60​=125730.41 gr

تقسیم بر 17.1

Resin volume=125730.41​=4.19 ft3

تقسیم بر 30000

پس از محاسبه حجم رزین، باید سایر مشخصات سختی گیر را تعیین کرد. این شامل اندازه و جنس تانک اصلی، تانک نمک، تانک جانبی، سیستم کنترل، لوله ها و شیر های اتصال است. برای این منظور، باید به کاتالوگ های سازنده های سختیگیر مراجعه کرد و مدل مناسب با حجم رزین مورد نظر را انتخاب کرد.

شاید بعد از این گفته ها و این همه مزایا از خود بپرسید آیا این سیستم دارای نیمه عمر خاصی است؟

بله، سختی گیر عمر خاصی دارد که بستگی به نوع، کیفیت، ظرفیت و نحوه استفاده از آن و کیفیت رزین داخلی دستگاه دارد. برای مثال، سختیگیر رزینی که از رزین‌های تعویض یونی استفاده می‌کند، باید هر چند وقت یکبار رزین‌های خود را با شور شدن آب تجدید کند. این عمل باعث می‌شود که رزین‌ها دوباره قادر به جذب یون‌های سخت شوند. اگر این عمل به درستی انجام نشود، رزین‌ها از کار می‌افتند و سختیگیر کارایی خود را از دست می‌دهد، فلذا این دستگاه نیست که خراب می شود، بلکه رزین های داخل آن عمرشان تمام می شود و در دستگاه صافی شنی نیز نیمه عمر همانند مطالب گفته شده، تخمین زده می شود. اما عمر مفید سختیگیر رزینی معمولا بین 10 تا 15 سال است که بدون ایجاد مشکل و نشتی بتواند به درستی کار کند.

توجه داشته باشید که نوعی سختیگیر دیگر نیز وجود دارد که ا برق کار می کند که در انتها اشاره ای به آن نیز کرده ایم:

سختی گیر مغناطیسی که با اعمال میدان مغناطیسی بر روی آب، باعث تغییر شکل و خواص یون‌های سخت می‌شود، عمر خاصی ندارد و فقط به برق و تعویض فیلتر نیاز دارد. این نوع سختیگیر مناسب آب‌های با سختی پایین است و در صورت استفاده از آب با سختی بالا، ممکن است کارایی کافی نداشته باشد، فلذا خرید آن زیاد پیشنهاد نمی شود و بهتر است از دستگاه های رزینی استفاده کنید که بازده بسیار بالایی دارند.