سختی گیر (water softener) دستگاهی است که برای حذف سختی کل آب شامل کلسیم، منیزیم و برخی کاتیونهای فلزی موجود درون آب سخت استفاده می گردد. سختی گیر رزینی با فراهم کردن محیطی مساعد درون بدنه ای تحت فشار فلزی (گالوانیزه) یا فایبرگلاس (frp) زمینه تبادل یونی را فراهم می کند.
این دستگاه آبی نرم در اختیار صنایع مختلف شامل صنایع غذایی، نساجی و رنگرزی، چرم سازی، شستشو، دستگاه‌های حرارتی و برودتی، ساخت بتن و… قرار میدهد. آب نرم خروجی از دستگاه سختی گیر دارای مزایای زیادی از جمله طولانی شدن عمر لوله کشی ساختمان، کف کردن بیشتر تمیزکننده‌ها و صابون می‌باشد.
سختی گیر
سختی گیر آب که به آنها واحدهای تبادل یونی نیز گفته می شود، دستگاه‌هایی هستند که کلسیم، منیزیم و سایر مواد معدنی را از آب مورد استفاده در چرخه صنعت (بصورت کامل) و آب آشامیدنی (به مقدار مشخص شده) حذف می کنند. دانه‌های رزین داخل دستگاه نرم کننده آب، کلسیم و منیزیم را به دام می اندازد و آنها را با سدیم یا پتاسیم مبادله میکند.
آب سخت حاوی غلظت بالایی از مواد معدنی، یعنی کلسیم و منیزیم است. به دلیل ساختار شیمیایی، کلسیم و منیزیم به راحتی با سایر فلزات تشکیل پیوند می دهند. با گذشت زمان، این پیوندها تبدیل به چیزی می‌شوند که واقعاً می‌توانید آن ها را ببینید، به عنوان مثال، بقایای آهک بر روی سر شیرآلات!
آبهایی که از زیر زمین خارج می‌شوند به دلیل عبور از درون ذخایر معدنی ، حاوی مقادیر زیادی رسوبات شامل کلسیم (آهک) و منیزیم می باشند. رسوبات آب سخت می‌توانند به بدنه پکیج‌ها، رادیاتورها و دیگ ها و منابع کویل دار و لوله‌های انتقال آب بچسبند و کارایی آنها را به طور چشمگیری کاهش دهد و در نتیجه استفاده از آنها را گرانتر کند.
به بیان ساده، سختی گیر دستگاهی است که کلسیم، منیزیم و کاتیونهای فلزی درون آب را حذف می کند و آب نرم را برای استفاده در اختیار خریدار دستگاه قرار میدهد.
انواع سختی گیر از لحاظ جنس بدنه
سختی گیر آب یک دستگاه استوانه ای تحت فشار عمودی است که با از بین بردن مواد معدنی سخت درون آب زمینه تولید آب نرم را فراهم می کند. جنس بدنه این دستگاه می تواندد FRP (فایبرگلاس) تحت فشار و یا گالوانیزه یعنی فلزی تحت فشار باشد.
سختی گیر فایبرگلاس
سختی گیر فایبرگلاس دستگاهی ست که جنس آن از الیاف فایبرگلاس تنیده شده روی پلی اتیلن تشکیل شده است. یعنی از پلی اتیلن مقاوم سازی شده با الیاف فایبرگلاس (FRP). فشار تست سختی گیر FRP معادل 14 بار می‌باشد و فشار کاری حداکثر 6 بار می‌باشد. رنگ بدنه مدلهای فایبرگلاس عموما سفید و یا آبی می‌باشد.
سختی گیر فلزی
سختی گیر فلزی گالوانیزه یا استیل به دستگاهی است که که جنس بدنه آن استوانه عمودی فلزی (گالوانیزه یا استیل) می‌باشد. فشار تست مدل فلزی تا 20 بار می‌باشد ولی فشار کاری تمامی انواع مختلف سختیگرها بین 4 تا 7 بار می‌باشد. به منظور تولید بدنه دستگاه نیاز به امکانات خاصی نیست اما وجود عدسی زن محدب فلزی در کارخانه تولیدی ضروری می‌باشد.
کارایی مدل فلزی نسبت به مدل فایبرگلاس در ظرفیت های بالا بسیار بیشتر است درحالی که در سایزهای کوچک دستگاه فایبرگلاس قطعا پاسخگوی تبدیل آب سخت به نرم خواهد بود.
انواع سختی گیر آب از لحاظ عملکرد
براساس تکنولوژی بکار رفته در این سختی گیرهای آب آنها را به چند مدل انواع تقسیم بندی کرد.
سختی گیر رزینی
سختی گیر رزینی که در بازار کنونی بسیار متداول می باشد، کاربردهای فراوانی دارد که به منظور گرفتن سختی آب مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال برای مصارف آشامیدنی، دیگ های آبگرم، برج خنک کن و… ساخت این نوع دستگاه با مخازن فلزی و فایبرگلاس امکان پذیر است.
سختی گیر رزینی (رسوب گیر) با کمک رزین تبادل یونی با حذف سختی کل آب (TH: Total Hardness) آبی نرم و بدون رسوب تولید می نماید. اساساً، ظرفیت این دستگاه ها آب با میزان ظرفیت تبادل مورد نیاز طراحی و تولید می شود. ظرفیت رزین تبادل یونی تابعی از حجم آبی ست که از آن عبور میکند. دیگر پارامترهای مهم در این زمینه سختی آب ورودی و تنظیم دوره استفاده از آب نمک احیاء می‌باشد.
نحوه ی عملکرد این مدل به صورتی است که با جایگزینی یون های مثبت و منفی که در آب سخت و رزین موجود است سبب می شود سختی آب گرفته شود. در این روش به دلیل اینکه یون های منفی و مثبت در رزین عوض می شود بعد از این کار سیستم از سیکل خارج میشود با محلول آب و نمک موجود بک واش میشود تا رزین دوباره احیا شود.
این مدل از دستگاه‌ها در دو نوع تک مخزنه یا دوبلکس موجود است. در جاهایی که زمان برای بک واش وجود نداشته باشد از دوبلکس استفاده میشود که باعث می شود سختی گیر رزینی هرگز از مدار خارج نشود.
سختی گیر رزینی تمام اتوماتیک
به دستگاهی که بعد از نرم کردن آب سخت قابلیت تنظیم برنامه احیای رزین (با توجه به میزان سختی آب و مقدار مصرف) با استفاده از شیرهای تمام اتوماتیک بدون نیاز به اپراتور را داشته باشد سختی گیر اتوماتیک گفته میشود.
نمونه محصولات تایوانی آن دارای مقبولیت نسبی بین مهندسین می‌باشد. می توان گفت که شیر تمام اتوماتیک جریانی نسبت به شیرهای اتوماتیک زمان دار از نظر میزان شستشو و هدر رفت آب، راندمان و صرفه اقتصادی بیشتری دارد.
سختی گیر رزینی نیمه اتوماتیک
دستگاهی که روی آن شیر نیمه اتوماتیک یا سولو ولو بسته شود ولی قابلیت برنامه ریزی برای ارسال دستور مکش و کارکرد را نداشته باشد سختی گیر نیمه اتوماتیک گفته میشود. در این دستگاه یک فرد بصورت مستمر باید در فواصل زمانی معینی نسبت به تغییر حالت شیر و انجام عملیات بکواش اقدام نماید.
مشخصات آب مناسب برای سلامتی از نظر درجه سختی
آب نرم دارای تمامی املاح معدنی طبیعی مورد نیاز انسان است. آبی که کلیه املاح آن حذف شده باشد برای سلامتی مضر می باشد زیرا وجود مقداری کلسیم و منیزیم برای سلامت انسان مخصوصا کودکان در حال رشد ضروری می باشد. اما مقدار سدیم موجود در آب نباید بیشتر از 300 میلی گرم در هر لیتر آب باشد. برآوردها می گویند هر فرد حدود دو تا سه قاشق غذاخوری نمک در روز، از منابع متفاوت مصرف می کند.
با فرض دریافت روزانه پنج گرم سدیم از طریق غذا و مصرف سه چهارم آب، سهم سدیم در آب حاصل از فرآیند سختی گیری آب خانگی، در مقایسه با میزان دریافت روزانه بسیار غنی از سدیم، اصلا مقدار قابل توجهی نمی باشد.
جذب سدیم از طریق آب نرم به سختی آب بستگی دارد. به طور متوسط، کمتر از 3٪ جذب سدیم ناشی از نوشیدن آب نرم می باشد در مناطقی که سختی آب بسیار بالایی دارند، به دلیل داشتن ماده سدیم زیاد پس از انجام مراحل نرم شدن، نباید از آب نرم شده برای تهیه شیر کودک استفاده گردد.
یکی از روش های کاهش املاح محلول آب، استفاده از روش تعویض یون می‌باشد. که روش بسیار کارآمدی برای حذف پاره ای از املاح موجود در آب است. در این روش از رزین‌های تعویض یونی، یا همان سختی گیر رزینی، استفاده میشود.
نحوه عملکرد سختی گیر
دستگاهی که ما به سختی گیر آب می شناسیم از دو مخزن تشکیل شده است که به سیستم لوله کشی موتورخانه، تاسیسات و یا منزل شما متصل هستند. بسته به ظرفیت دستگاه و مورد استفاده، معمولاً آن را تا حد امکان به محل انشعاب ورودی آب نصب می کنند. دستگاه‌هایی که برای منازل مسکونی و مصارف آشامیدنی استفاده می گردند از آنجایی که ابعاد کوچکی دارند، در داخل کابینت یا زیر سینک ظرفشویی نیز قابل نصب هستند.
صرف نظر از اندازه و ظرفیت، این سیستم به این واقعیت متکی می باشد که یونهای فلزی آب سخت حامل (منیزیم، کلسیم و غیره) همگی بار مثبت داشته باشد. از آنجا که آب در سطح مولکولی سخت می باشد، تنها روش موثر برای حذف سختی، جایگزینی یونهای فلزی با یون هایی است که بار یونی مثبت دارند اما باعث ایجاد مواد معدنی نمی شوند.
مخزن سختی گیر دقیقاً محلی می باشد که این تعویض در طی فرایندی که به آن مبادله یونی گفته میشود صورت می گیرد. ماده ای که این فرآیند را انجام می دهد، رزین تبادل یونی می باشد.
تبادل یون در سختی گیر رزینی
طرز کار سیستم رزینی جایگزینی یون های کلسیم و منیزیم آب سخت با سدیم موجود در رزین است. پس از مدت زمان تعیین شده برای عملیات سختی گیری، رزین از یون های منفی کلسیم و منیزیم اشباع می شود و نیاز به احیای رزین خواهیم داشت که به این عمل بک واش (back wash) گفته می شود.
در عمل بکواش جریان آب ورودی قطع می شود و سختی گیر از مدار خارج می گردد. در ادامه به وسیله سنگ نمک احیا خواهد شد و یون های سدیم نمک جایگزین یون های منفی جذب شده از آب می شود و رزین دوباره آماده برای کار خواهد شد.
با توجه به تعریف ، این عملیات بصورت متناوب و با دقت باید انجام گیرد تا هم از ته نشینی مواد معدنی جلوگیری شود و هم رزین همیشه کارایی لازم خود را حفظ نماید. معمولا عملیات احیای رزین 2 ساعت زمان نیاز دارد که در پایان تایم کاری هر روز انجام می گیرد. درصورتی که امکان قطع شدن آب نباشد باید از دو مخزن رزین استفاده کنیم که به اصطلاح سختی گیر دوبلکس (duplex) نامگذاری می گردد و در زمان احیای یک سیستم آب از سیستم بعدی عبور می کند.
سختی آب چیست؟
سختی آب شامل یونهای کلسیم و منیزیم و منگنز و کروم و… می باشد که به آن سختی کل آب یا total hardness گفته می شود. سختی آب بصورت سختی موقت و سختی دائم در آب موجود است که سختی موقت با حرارت دادن به آب از بین میرود. ولی برای از بین بردن سختی دائم نیاز به دستگاه سختی گیر داریم.
هنگامی که از آب به عنوان “سخت” یاد میشود، بدین معنی است که حاوی مواد معدنی بیشتری (خصوصاً کلسیم و منیزیم) نسبت به آب معمولی می باشد. هنگامی که کلسیم و منیزیم بیشتر حل شوند، درجه سختی آب افزایش خواهد یابد. منیزیم و کلسیم یون هایی با بار مثبت هستند. به دلیل وجود آنها، دیگر یون های دارای بار مثبت، سخت تر با آب حل می شوند (نسبت به آبی که فاقد کلسیم و منیزیم باشد) و این دلیل حل نشدن صابون در آب سخت را توجیه می نماید.
روشهای تشخیص سختی
– اصولی ترین روش تشخیص، آزمایش آب مورد نظر می‌باشد.
– وجود لکه‌های سفید بروی شیشه‌ها و ظروف هنگام شست و شو در منازل مسکونی
– عدم کارکرد صحیح ماشینهای ظرفشویی یا دیش واشر
– رسوب شدید در تاسیسات مرکزی ساختمان ها
– گرفتگی کویل منبع کویل دار
بر اساس میزان سختی کل، چند نوع آب خواهیم داشت که عبارتند از:
– سختی کل بین 0 تا 75 که آب سبک
– سختی کل بین 75 تا 150 آب نسبتا سبک
– سختی کل بین 150 تا 300 آب سخت
– سختی کل بالای 300 که آب خیلی سخت محسوب می شود.
مزایای استفاده از سختی گیر
نرم کردن آب روشی است برای از بین بردن یون هایی كه باعث سخت شدن آب می شوند و در اکثر موارد حذف یون های كلسیم و منیزیم را انجام می دهد. همچنین ممکن است یون های آهن در حین نرم شدن از بین بروند. بهترین راه نرم کردن آب استفاده از سختی گیر آب و اتصال مستقیم آن به منبع آب می باشد.
نرم شدن آب به معنای افزایش طول عمر دستگاه‌های خانگی همانند ماشین لباسشویی و طول عمر لوله‌ها می باشد. همینطور به پیشرفت کار و ماندگاری بیشتر سیستم های گرمایش خورشیدی، واحدهای تهویه مطبوع و بسیاری دیگر از برنامه‌های کاربردی مبتنی بر آب، کمک می نماید.
تعویض یون برای سختی گیری
سختی گیرهای آب مبدل های یون خاصی هستند که برای از بین بردن یون هایی طراحی شده اند که بار مثبت دارند. این سیستم ها به طور عمده یون های کلسیم (Ca2+) و منیزیم (Mg2 +) را از بین می برند. کلسیم و منیزیم اغلب به عنوان “مواد معدنی سختی” شناخته می شوند.
گاهی اوقات این سیستم ها برای از بین بردن آهن نیز استفاده می شوند. این دستگاه‌ها قادر به حذف حداکثر 5 میلی گرم در لیتر آهن محلول می باشند. آنها می توانند به طور اتوماتیک، نیمه اتوماتیک یا دستی کار کنند. آنها مواد معدنی سخت را در مخزن تهویه خود جمع کرده و هر از گاهی آنها را برای تخلیه دور میکند.
تعمیر و نگهداری سختی گیر رزینی
مخلوط آب چاه با آب ورودی به کارخانه جهت تهیه آب نمک کار اشتباهی می باشد که گاها در موتورخانه‌ها مشاهده می گردد. اگر برای تولید آب نمک احیاء رزین از آبی استفاده شود که ناخالص باشد، ناخالصی به رزین افزوده شده و احیاء مناسب صورت نمی گیرد در نتیجه عمر مفید رزین که از ۵ سال بیشتر است کمتر می شود.
