سختی گیر (water softener ) دستگاهی است که به رسوب‌زدا یا رسوب‌گیر نیز معروف است. طراحی و ساخت سختی گیر برای حذف سختی آب شامل کلسیم، منیزیم و برخی کاتیون‌های فلزی موجود درون آب سخت استفاده می‌شود. البته عوامل دیگری نیز برای ایجاد سختی در آب مؤثرند. از آن‌جایی که دیگر مواد غلظت پایین‌تری دارند، در منابع مختلف علمی، میزان سختی آب بر اساس میزان منیزیم و یون‌های کلسیم موجود در آب سنجیده می‌شود. سختی گیر رزینی با فراهم نمودن محیطی مساعد درون بدنه‌ای تحت فشار فلزی (گالوانیزه) یا فایبرگلاس (frp) زمینه تبادل یونی را فراهم می‌کند.
کاربرد دستگاه سختی گیر رزینی
طرز کار سختی گیری رزینی
این سیستم در اصل با تبادل یون آب را نرم می‌کنند. یون‌های سختی مانند منیزیم و کلسیم که در آب وجود دارند، از محفظه عبور می‌کنند. در این مرحله رزین یون سدیم خود را با منیزیم و کلسیم مبادله کرده و منجر به نرم شدن آب می‌شود.
پس از مدت معینی بین ۸ تا ۷۲ ساعت، رزین از یون‌های سخت انباشته می‌شود و دیگر قادر نخواهد بود عمل سختی گیری را به‌خوبی انجام دهد. از این رو لازم است از این مرحله به بعد، عمل احیای سختی گیر آغاز شود. برای این کار مقداری آب نمک از رزین عبور می‌کند و منجر می‌شود تا دوباره سدیم نمک جایگزین یون‌های سخت شود. پس از آن رزین باز می‌تواند عملیات سختی گیری آب را انجام دهد.
طراحی و ساخت دستگاه سختی گیر
برای دسترسی به درون این سیستم‌های سختی گیر، می‌توان از دو دریچه که یکی در قسمت بالای این سیستم قرار دارد و دیگری در قسمت پایین، استفاده کرد. در کنار این منبع، یک منبع دیگر که حاوی نمک است نیز وجود دارد که برای احیای سختی گیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این منبع نمک با لوله‌های مجزایی به منبع اصلی سختی گیر متصل هستند.
علاوه بر آن در منابع سختی گیری یک گیچ وجود دارد، که در قسمت فوقانی منبع اصلی واقع شده و به منظور نمایش میزان فشار آبی که در درون سختی گیر وجود دارد استفاده می‌شود. این منبع فوقانی در اصل میزان افت فشار آب را نیز محاسبه می‌کند.
سختی گیر فایبرگلاس ( FRP Water softener )
این نوع دستگاه‌ها ساز و کاری مانند سختی گیرهای رزینی دارند تنها با این تفاوت که در سختی گیر FRP از مخازن فلزی استفاده نمی‌شود. بیشترین استفاده از مخزن سختی گیر FRP در مصارف بهداشتی است. این مخزن‌ها سبک و نسبت به مخازن سختی گیری فلزی ارزان‌تر هستند.
اما این مخازن معایبی نیز دارند. از جمله این معایب می‌توان به عمر پایین مخزن، عدم قابلیت نگهداری در فضای آزاد و شکننده بودن مخزن اشاره کرد. هم‌چنین این مخازن را نمی‌توان در حجم بالایی از رزین مورد استفاده قرار داد زیرا هزینه استفاده از آنها نسبت به مخازن فلزی بیشتر می‌شود.
امروزه استفاده از مخازن فلزی و شیرهای فلزی برای انجام تصفیه آب کاهش یافته و به جای آن از سختی گیر Filberto استفاده می‌کنند زیرا این سیستم‌های تصفیه آب، با هدف کاهش یون‌های موجود در آب استفاده می‌شود و فلز خود نوعی تبادل‌کننده یون‌ها در آب به‌شمار می‌رود.
مزایای استفاده از مخازن پلاستیکی فایبرگلاس
• مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی، سایش و ضربه
• قدرت تحمل فشار بالا تا حدود ۱۰ بار
• عدم پوسیدگی و زنگ‌زدگی
• سبک بودن وزن مخازن سختی گیری و قابلیت نصب و جابه‌جایی آسان
سختی گیر فلزی
سختی گیر فلزی گالوانیزه یا استیل دستگاهی استوانه عمودی فلزی با جنس بدنه گالوانیزه یا استیل است. مخازن سختی گیری فلزی صفحه‌ای نازل دارند که در محل جوشکاری به‌سرعت دچار زنگ‌زدگی و خوردگی می‌شوند. علاوه بر آن، این مخازن در صورتی که با اپوکسی‌های مخصوص با ضخامت بالا پوشانده نشوند، به‌سرعت دچار زنگ‌زدگی می‌شوند و سطح آب را می‌پوشانند.
انواع سختی گیر آب از لحاظ عملکرد
- سختی گیر رزینی
- سختی گیر مغناطیسی
- فیلتر کربن
- سختی گیر الکترونیکی
- اسمز معکوس
هم‌چنین باید به روش‌های آب شیرین کن، سختی‌زدایی مغناطیسی، روش‌های حرارتی، تبادل یونی و … اشاره کرد. بدون شک روش‌های سختی گیری با دستگاه‌های مختلفی صورت می‌پذیرد که هر کدام از آنها دارای مکانیزم‌ها و اجزای تشکیل‌دهنده خاصی هستند.
مهم‌ترین مزایای سختی گیری تبادل یونی:
- کارکرد به‌صورت دستی و اتوماتیک
- هزینه سرمایه‌گذاری و راهبری کم
- قابلیت راه‌اندازی در اندازه‌های کوچک و بزرگ
- تأسیسات ساده با بهره‌برداری آسان
انواع سختی گیرهای آب
• سختی دائم یا غیر کربنات: که در اصل این حالت از سختی موجود درآب را نمی‌توان به‌راحتی و از طریق ایجاد حرارت از بین برد.
• سختی موقت یا کربنات: این نوع سختی همان‌طور که از نام آن مشخص است، موقتی بوده و به‌راحتی می‌توان تنها با ایجاد حرارت، آب را سختی گیری کرد. یک نمونه از این روش را می‌توانیم جوشیده شدن آب درون کتری‌ها یا سماورها بیان کنیم که لایه‌ای سفید و گچی از سختی دیواره آنها را فرا می‌گیرد.
یکی از بهترین روش‌ها برای حذف سختی آب، استفاده از سختی گیر رزینی است. این روش بیشتر مناسب آب‌هایی است که میزان TDS آنها کمتر از ۷۰۰ ppm باشد. البته روش‌های دیگری نیز برای سختی گیری وجود دارد که می‌توان به سختی گیر فلزی و سختی گیر کامپوزیتی اشاره کرد.
همیشه توجه به میزان سختی آب در آب‌های صنعتی مهم است اما توجه به این مسئله ضروری است که از نظر بهداشت عمومی نیز می‌تواند حائز اهمیت باشد.
اجزا سختی گیرها
در کنار این شیر اصلی، شیرهای کوچک دیگری نیز در قسمت‌های مختلف سختی گیرها وجود دارد. از جمله شیر ورودی که به لوله‌های مسیر ورودی متصل شده‌اند. شیر هواگیری که در قسمت بالای منبع سختی گیر قرار دارند. شیر خروجی که برروی مسیر لوله خروجی واقع شده است و شیر نمونه‌برداری که این شیر در قسمت قبل از شیر خروجی نصب شده است.
شیرهای دیگری نیز در سختی گیر آب وجود دارد که از آن جمله باید به شیر تخلیه که در مسیر بک واش قرار دارد، شیر خط نمک که در مسیر آب نمک واقع شده و شیر تخلیه شستشو اشاره کرد.
انواع مختلف سختی آب
- سختی در آب به دو دسته دائم و موقت تقسیم‌بندی می‌شود. در حالت موقت می‌توان با جوشاندن آب، سختی آن را برطرف نمود اما سختی گیری دائمی آب نیاز به مواد شیمیایی دارد و ممکن است سختی آب کم یا حذف شود.
امروزه این دسته‌بندی را به دو دسته کربناتی و غیرکربناتی تقسیم می‌کنند. در سختی کربناتی به از بین رفتن کلسیم و منیزیم کمک می‌کنند و در روش غیرکربناتی منجر به از بین بردن کلر و سولفات موجود در آب می‌شود.
کلرهای منیزیم و کلسیم موجود در آب، خاصیت خورندگی زیادی دارند. در حالی که سولفات‌های منیزیم و کلسیم منجر به ایجاد رسوب در دیواره‌های تأسیسات مولد نیرو می‌شوند.
برخی از املاح در آب وجود دارند که با سختی گیری آب به میزان محدودی از بین می‌روند که در اصل این املاح منجر به طعم نامطبوع در آب می‌شود و اگر بیش از ۳۰۰۰ میلی‌گرم در یک لیتر آب وجود داشته باشند، باعث شور شدن و غیرقابل خوردن شرب شدن آب خواهند شد.
یکی از این موارد سولفات سدیم است که وجود آن در آب می‌تواند ناراحتی‌های معده را به همراه داشته باشد. پس به‌طور کلی در آب‌های آشامیدنی نباید املاح بیش از ۵۰۰ میلی‌گرم وجود داشته باشد.
منظور از سبک نرم کردن آب، تبدیل کردن سختی آب است. به‌گونه‌ای که بتوان آنها را ته‌نشین و آب راصاف کرد. سبک نرم کردن آب خود بر چهار اصل استوار است که در زیر به آنها خواهیم پرداخت: - ابتدا آنالیز کامل آب و محاسبه میزان موردنیاز مواد شیمیایی برای سختی گیری آب
- انجام فولیکولاسیون لخته‌سازی در اثر برهم زدن و اختلاط آرام به‌دنبال اضافه کردن منعقدکننده و هم زدن سریع مواد شیمیایی و آب
- محاسبه میزان زمان لازم برای ته‌نشین شدن رسوبات
- در نهایت نیز جدا کردن آب صاف شده برای عبور به عملیات بعدی
روش‌های سختی گیری آب
از جمله مهم‌ترین روش‌هایی که می‌توان برای این فرایند بیان کرد، باید به موارد زیر اشاره کنیم:
۱. روش‌های مغناطیسی تصفیه آب
۲. جدا کردن املاح منیزیم و کلسیم با استفاده از مواد شیمیایی
۳. سبک نرم کردن آب با روش‌های مختلف
۴. تبدیل کردن منیزیم و کلسیم به املاح سدیم
از این روش‌های سختی گیری معمولاً برای محیط‌های مختلفی استفاده می‌شود. از جمله حذف کردن سختی آب در تصفیه آب برج‌های خنک کننده، حذف سختی از آب‌های اشامیدنی و حذف سختی آب ورودی به بویلرها.
سختی گیر موتورخانه
موتورخانه‌هایی که در ساختمان‌های مسکونی نصب می‌شود، تولیدکننده آب‌های گرم هستند. این آب‌های گرم خود رسوب‌گذاری می‌کنند. همیشه آب‌های سخت عوامل سختی دارند که باید از سختی گیر رزینی عبور نمایند و به سمت دیگ‌های بخار عبور کنند.
از آن‌جایی که در بیشتر مناطق ایران مشکل سختی آب وجود دارد، استفاده از سختی گیری الزامی است. در سراسر جهان از سیستم‌های سختی گیر در موتورخانه‌ها استفاده می‌شود که در برخی موارد سختی گیر رزینی و در برخی موارد سختی گیر الکترومغناطیسی به کار می‌رود.
سختی گیر منازل مسکونی و ساختمانی
برخی از سختی‌های موجود در آب برای بدن مضر و عوارض جبران‌ناپذیری را با خود به‌همراه دارند. مثلاً وجود میزان معینی از منیزیم و کلسیم در آب، برای رشد کودکان لازم است اما در صورتی که این میزان بیشتر شود، می‌تواند اختلالاتی را در رشد کودکان به‌همراه آورد.
نحوه محاسبه ظرفیت سختی گیر
میزان ظرفیت سختی گیر به سختی آب ورودی و دبی بستگی دارد. یکی از فاکتورهایی که میزان ظرفیت آن را تعیین می‌کند فاصله زمانی احیای سختی گیر است. این مسئله نیز به منابع انسانی و مدیریتی وابسته است. برای محاسبه ظرفیت سختی گیر، باید از فاکتور زیر استفاده کرد:
C=Q*t*TH*15.73
در این فاکتور هر نماد معنای خاصی دارد. مثلاً:
T: زمان سختی گیری بین دو احیا را مشخص می‌کند که اصولا بین ۸ تا ۷۲ ساعت زمان می‌برد.
Q: دبی میزان آب وارد شده سختی گیر بر حسب متر مکعب در ساعت است .
TH: میزان سختی آب بر حسب میلی‌گرم بر لیتر است.
C: ظرفیت سختی گیری بر اساس گرین است.