حذف یا کاهش سختی آب با استفاده از قطعه ای که به سختیگیر (نرم کننده آب) معروف است، انجام می شود.
آب سخت ، آبی است که محتوای معدنی محلول بالایی دارد (در مقابل آب نرم دارای محتوای معدنی محلول کمی است).
آب سخت دارای غلظت بالایی از یونهای کلسیم (Ca2+) و منیزیم (Mg2+) است. سختی آب به عنوان غلظت کاتیون های چند ظرفیتی تعریف می شود.
کاتیون‌های چند ظرفیتی کاتیون‌هایی (یونهای فلزی) با بار بیشتر از ۱+ ( عمدتا ۲+ ) هستند. این کاتیون‌ها شامل Ca2+ و Mg2+ است.
این یونها با شستشو از مواد معدنی (مانند سنگ آهک) در یک ورودی وارد منبع آب می شوند. مواد معدنی رایج حاوی کلسیم کلسیت و گچ هستند.
یک ماده معدنی منیزیم معمولی دولومیت است که حاوی کلسیم نیز می باشد.
آب باران و آب مقطر نرم می‌باشند ، زیرا حاوی یونهای کمی هستند.
آب سخت معمولاً در آبهای زیرزمینی (چاه ها) یافت می شود زیرا آب در تماس مستقیم با مواد معدنی قابل حل است.
آبهای سطحی (دریاچه ها ، رودخانه ها یا نهرها) به طور کلی نرم یا سختی بسیار کم هستند.
آب سخت عموماً برای سلامتی فرد مضر نیست ، اما می تواند مشکلات جدی برای لوله کشی های مسکونی و تجاری ایجاد کند.
سختی آب از حمام کردن و استفاده از لباس های شسته شده گرفته تا خرابی های پرهزینه در دیگ‌های بخار ، برج‌های خنک کننده و سایر تجهیزاتی که آب را اداره می کنند ، یک مسئله جدی است.
واکنش تعادلی زیر تشکیل فلس های کربنات کلسیم را شرح می دهد:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2 + + 2HCO3-
در عین حال یونهای کلسیم و منیزیم را می توان به راحتی با فرایند تبادل یونی حذف کرد.
فرآیند تبادل یونی یا نرم کردن آب
نرم شدن آب فرآیندی است که با مشکلی به نام “آب سخت” سروکار دارد و آب سخت هر نوع آبی است که حاوی مواد معدنی بیشتری نسبت به آب لوله کشی معمولی باشد.
آب سخت بیشتر مربوط به افزایش سطح کلسیم و منیزیم است ، که می تواند حل شدن محصولاتی مانند صابون را در آب مشکل کند. همچنین می تواند لکه های آب سخت را روی وان ها یا سینک ها و لوله های مسدود شده باقی بگذارد.
نرم شدن آب فرآیندی است که طی آن یون های کلسیم ، منیزیم و گاهی آهن حذف می شوند.
یونهای موجود در آب سخت باعث می شوند محصولات با سایر یونهای دارای بار مثبت در آب حل نشوند.
سختیگیر یا نرم کننده آب
سختیگیر یا نرم کننده آب دستگاهی است که کاتیون ها را مبادله می کند. آنچه اساساً انجام می‌دهد این است که کاتیون های کلسیم و منیزیم (دو علت رایج آب سخت) را گرفته و کاتیون های یک ماده دیگر را جایگزین آنها می‌کند.
اغلب یونها با یونهای محلول نمک کلرید سدیم (آب نمک) مبادله می شوند.
حذف یا کاهش سختی آب با استفاده از قطعه ای که به سختیگیر (نرم کننده آب) معروف است، انجام می شود.
در داخل سختیگیر تبادل یونی رخ می دهد.
برای اطلاعات بیشتر در خصوص سختیگیرهای تولید شرکت کلرآب کلیک کنید
اجزای سختیگیر:
سختیگیر از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هریک کاربرد منحصر به فرد خود را دارند.
قلب سختیگیر :
مخزن معدنی است که یک مخزن تحت فشار است که معمولاً از فایبر گلاس ساخته می شود. این مخازن با رزین تبادل یونی با بار منفی پر شده اند.
مغز سختیگیر :
در شیر کنترل یا سر سختیگیر قرار دارد. اکثر سختیگیرهای آب دارای سیستم بازسازی خودکار هستند. ابتدایی ترین نوع آن دارای یک تایمر برقی است که سیستم را در یک برنامه منظم شستشو و شارژ می کند.
در حین شارژ ، آب نرم قابل برداشت نیست.
نوع دوم از رایانه ای استفاده می کند که میزان مصرف آب را کنترل می کند. هنگامی که آب کافی از مخزن معدنی عبور کرده و دانه های سدیم را تخلیه کرده باشد ، کامپیوتر باعث بازسازی می شود.
این سختیگیرها اغلب دارای رزین ذخیره هستند ، به طوری که مقداری آب نرم در هنگام شارژ در دسترس خواهد بود.
نوع سوم کنترل از متر آب مکانیکی برای اندازه گیری مصرف آب و شروع به شارژ مجدد استفاده می کند.
مزیت این سیستم این است که نیازی به قطعات الکتریکی نیست و مخزن معدنی فقط در صورت لزوم شارژ می شود.
سختیگیر هنگامی که مجهز به دو مخزن معدنی است ، آب نرم شده همیشه در دسترس است ، حتی زمانی که دستگاه در حال شارژ مجدد است.
مخزن آب نمک:
سومین جزء اصلی سیستم نرم کننده آب مخزن آب نمک است. مخزن آب نمک در اصل یک مخزن ذخیره کلرید سدیم (NaCl) یا کلرید پتاسیم (KCL) است که در طی چرخه های پر شدن و بازسازی آب نمک با آب مخلوط می شود.
این آب نمک (محلول غلیظ آب نمک) در مرحله بازسازی به مخزن معدنی کشیده می شود تا بستر نرم کننده را پر کند. نمک یا کلرید پتاسیم یک محیط قربانی است و باید به طور منظم پر شود تا از نرم شدن کافی دستگاه اطمینان حاصل شود.
رزین تبادل یونی
محیط اولیه موجود در یک نرم کننده آب به عنوان رزین تبادل یونی شناخته می شود.
این رزین اساساً یک ماتریس نامحلول است که معمولاً به شکل مهره های کوچک (با قطر ۱-۲ میلی متر) است. این ماده دارای ساختار بسیار توسعه یافته ای از منافذ است که در سطح آنها مکان‌هایی با یونهای به راحتی گرفتار شده و آزاد شده وجود دارد.
در این فرآیند به دام انداختن یونها با آزاد شدن همزمان یونهای دیگر و در نتیجه اصطلاح مبادله یون اتفاق می افتد.
رزین های تبادل یونی را می توان به گونه ای تولید کرد که به طور انتخابی یک یا چند نوع مختلف یون را ترجیح دهد. به طور معمول ، این رزین ها بر اساس پلی استایرن متقاطع ساخته می شوند.
چرخه های سختیگیر
سختیگیرهای آب وظایف اولیه را بر عهده دارند.
چرخه نرم شدن و چرخه بازسازی :
در چرخه نرم شدن ، آب وارد سختیگیر می شود و از طریق رزین تبادل یونی که با یونهای سدیم (Na+) شارژ شده است عبور می کند.
با عبور آب سخت از رزین ، یونهای سختی (Ca2+ & Mg2+) از نظر فیزیکی با یونهای سدیم روی رزین تبادل یونی مبادله می شوند.
این روند تا زمانی ادامه می یابد که رزین از یونهای سختی اشباع شده و از یون سدیم تهی شود.
با نزدیک شدن به تخلیه رزین ، قابلیت نرم شدن آن (تبادل یونهای سختی با یونهای سدیم) محدود است. برای اینکه سختیگیر در این زمان به درستی عمل کند ، چرخه بازسازی باید آغاز شود.
در طول چرخه بازسازی ، آب نمک (آب شور ایجاد شده در مخزن نمک با مخلوط کردن آب و نمک) از مخزن رزین (بسته به طرح بالا یا پایین) عبور می کند.
با عبور این نمک از مخزن ، یونهای سدیم با یونهای سختی رزین مبادله می شوند و در نتیجه این یونهای سخت برای تخلیه ارسال می شوند.
این روند تا زمانی ادامه می یابد که تمام یون های سخت با یون های سدیم مبادله شوند (متوجه خواهید شد که مقدار کمی نمک همراه با یون های سخت تخلیه می شود) و بستر به طور کامل بازسازی شده در نظر گرفته می شود.
اندازه گیری سختی آب
سختی آب با سطح بی کربنات کلسیم و منیزیم در آب اندازه گیری می شود و با هم سختی کل (TH) را نشان می دهند.
سختی را می توان با تحلیل ابزار اندازه گیری کرد. کل سختی آب ، شامل یونهای Ca2+ و Mg2+ ، بر حسب قطعات در میلیون (ppm) یا جرم/حجم (mg/L) کربنات کلسیم (CaCO3) در آب گزارش شده است.
اگرچه سختی آب معمولاً تنها کل غلظت کلسیم و منیزیم (دو یون فلزی دو ظرفیتی رایج) را اندازه گیری می کند ، اما آهن ، آلومینیوم و منگنز نیز می توانند در برخی از نقاط در سطوح بالایی وجود داشته باشند.
وجود آهن به طور مشخص به جای سفید (رنگ بیشتر ترکیبات دیگر) رنگ قهوه ای (زنگ مانند) به کلسیفیکاسیون می بخشد.
| وضعیت | Grains per Gallon (GPG) | Parts per Million (ppm) |
| نرم | <1 | <17.0 |
| کمی سخت | ۱.۰-۳.۵ | ۱۷.۱-۶۰ |
| سختی متوسط | ۳.۶-۷.۰ | ۶۱-۱۲۰ |
| سخت | ۷.۱-۱۰.۵ | ۱۲۱-۱۸۰ |
| خیلی سخت | >10.5 | >180 |