سیستم تصفیه آب تبادل یونی (رزینی) یک فناوری تخصصی است که در تصفیه آب برای حذف یون‌های محلول و آلاینده‌ها از آب استفاده می‌شود. این سیستم متکی بر رزین‌های تبادل یونی است که یون‌های نامطلوب را در آب جذب کرده و با یون‌های مطلوب‌تر مبادله می‌کند و به طور مؤثر آب را قبل از تخلیه تصفیه می‌کند. سختی‌گیر رزینی نقش بسزایی در تصفیه آب دارند و به بهبود کیفیت آب و رفع نیازهای مختلف صنعتی و خانگی کمک میکنند.
آب سخت
وجود کلسیم (Ca) و یا منیزیم (Mg) در آب باعث می‌شود که آب “سخت” در نظر گرفته شود. به‌طورکلی انحلال‌پذیری مواد از 0.001 میلی‌گرم بر لیتر تا 100 گرم بر لیتر متفاوت است و هرچه مقدار منیزیم و کلسیم بیشتر باشد سختی آب افزایش می‌یابد. آب سخت را می‌توان با استفاده از سختی‌گیر رزینی نرم کرد. آب با سختی 120 تا 180 میلی‌گرم بر لیتر آب سخت و آب با سختی بالاتر از 180 میلی‌گرم بر لیتر آب خیلی سخت شناخته می‌شود.
یون اتم یا مولکولی است که دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی است. یون‌های کلسیم و منیزیم در آب آزاد می‌شوند که سنگ‌ها و مواد معدنی را حل میکنند. این یون‌های معدنی موجود در آب می‌توانند باعث تجمع رسوب در لوله‌کشی، وسایل و لوازم‌خانگی شوند و بر عملکرد آنها تأثیر بگذارند. در مخازن آب گرم، گرما مقداری کربنات کلسیم و کربنات منیزیم را از آب خارج می‌کند و در نتیجه رسوب ایجاد می‌کند که می‌تواند فرایند گرمایش را کند کرده و مصرف انرژی را افزایش دهد. مواد شوینده ای که با آب سخت استفاده می می‌شوند قادر به حذف کامل کثیفی و کثیفی نیستند. لباس‌ها ممکن است باگذشت زمان کثیف و خاکستری شوند و زبر باشند. ظروف شیشه‌ای ممکن است با خشک‌شدن لکه‌دار شوند. ممکن است رسوب روی درها یا پرده‌ها، دیوارها و وان دوش باقی بماند و موهای شسته شده در آب سخت خشک به نظر برسند و تمیز نشوند. آب سخت یک مشکل مزاحم در نظر گرفته می‌شود، اما حذف یون‌های سختی به دلایل بهداشتی ضروری نیست. دلایل مهم دیگری برای حذف سختی آب وجود دارد. برای مثال در صنایع و اماکن بزرگ آب سخت باعث ازبین‌رفتن تجهیزات و تحمیل هزینه‌های سنگین خواهد بود.
انواع آب سخت
همان‌طور که اشاره شد آب سخت آبی است که حاوی مقادیر زیادی یون معدنی است. رایج‌ترین یون‌های موجود در آب سخت کاتیون‌های فلزی کلسیم (Ca2+) و منیزیم (Mg2+) هستند، اگرچه آهن، آلومینیوم و منگنز نیز ممکن است در مناطق خاصی یافت شوند. غلظت نسبتاً بالای این یون‌ها می‌تواند محلول را اشباع کند و در نتیجه باعث شود تعادل این املاح به سمت چپ و به سمت واکنش‌دهنده‌ها تغییر کند. به عبارت دیگر، یون‌ها می‌توانند باعث رسوب شوند. دو نوع آب سخت، موقت و دائمی تعریف شده است که در زیر توضیح داده شده است:
آب سخت موقت
آب سخت موقت، آب سختی است که عمدتاً از یون‌های کلسیم (Ca2+) و بی کربنات (HCO3-) تشکیل شده است. گرما باعث می‌شود یون بی کربنات موجود در آب سخت موقت به یون کربنات (CO32-)، دی‌اکسیدکربن (CO2) و آب (H2O) تجزیه شود. سپس یون کربنات حاصل (CO32-) می‌تواند با یون‌های دیگر در محلول واکنش داده و ترکیبات نامحلول مانند CaCO3 و MgCO3 را تشکیل دهد. فعل و انفعالات یون کربنات در محلول همچنین باعث تجمع مواد معدنی شناخته شده‌ای می‌شود که در کناره‌های دیگ‌هایی که برای جوشاندن آب استفاده می‌شود، زنگ می‌زند که به “فلس دیگ” معروف است. افزایش دمای آب سخت موقت، همراه با تجزیه یون بی کربنات حاصل از آن، نشان دهنده تغییر در معادله تعادل است. دمای بالا باعث می‌شود که تعادل تغییر کند و باعث رسوب واکنش دهنده‌های اولیه می‌شود.
یا سایر رسوبات وقتی سرد می‌شود به طور کامل در آب حل نمی‌شود؛ زیرا نسبتاً نامحلول است، همان‌طور که با ثابت حلالیت کوچک آن نشان‌داده‌شده است. به همین دلیل، این نوع آب سخت «موقت» است، زیرا جوشاندن می‌تواند سختی را با جابه‌جایی یون‌های مزاحم از محلول از بین ببرد.
آب سخت دائمی
آب سخت دائمی از غلظت بالایی از آنیون‌ها مانند آنیون سولفات (SO42-) تشکیل شده است. این نوع آب سخت به عنوان “دائمی” نامیده می‌شود؛ زیرا بر خلاف آب سخت موقت، سختی آن را نمی‌توان به سادگی با جوشاندن آب و در نتیجه رسوب یون‌های معدنی از بین برد. با این حال، این نام فریبنده است زیرا آب سخت “دائمی” را می‌توان با ابزارهای دیگر نرم کرد. رسوب ناشی از آب سخت دائمی اثرات مضری مشابه آنچه در آب سخت موقتی مشاهده می‌شود، مانند انسداد جریان آب در لوله‌ها دارد. همان‌طور که قبلاً ذکر شد، آب سخت دائمی حاوی کاتیون‌های کلسیم و منیزیم است.
به طور کلی سختی موقت به دلیل وجود کربنات‌های منیزیم و کلسیم در آب ایجاد می‌شود. این نوع سختی را می‌توان با جوشاندن آب از بین برد. از طرف دیگر سختی دائمی زمانی است که آب دارای نمک‌های محلول منیزیم و کلسیم به صورت کلرید و سولفید باشد. این نوع سختی را نمی‌توان با جوشاندن از بین برد، اما می‌توان آن را با روش‌های دیگر از بین برد.
سختی‌گیر آب
آب یکی از حیاتی‌ترین منابع در هر ملک تجاری یا صنعتی، به ویژه در کارخانه‌های تولیدی، کارخانه‌های فراوری مواد غذایی و سایر مجتمع‌هایی که به شدت به آب متکی هستند. با این حال، کیفیت آب را نمی‌توان بدیهی تلقی کرد، زیرا مسائلی مانند آب سخت می‌تواند نتایج منفی برای خواص تجاری و صنعتی و حتی مسکونی داشته باشد. آب سخت نوعی آب است که دارای محتوای مواد معدنی بالا، به ویژه مواد معدنی کلسیم و منیزیم است که اغلب اثرات منفی بر لوله کشی، لوازم خانگی و ماشین آلات می‌گذارد.
شناسایی آب سخت نسبتاً آسان است؛ زیرا علائم قابل تشخیصی مانند تجمع مواد معدنی روی وسایل و تجهیزات، کاهش راندمان تجهیزات و افزایش هزینه‌های انرژی را نشان می‌دهد. آب سخت می‌تواند به دیگ‌ها و برج‌های خنک‌کننده آسیب برساند که منجر به افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری و همچنین هزینه‌های قابل توجه تعمیر در طول زمان می‌شود. علاوه بر این، تجمع مواد معدنی (رسوب) بر روی وسایل و تجهیزات می‌تواند به زیبایی ظاهری تأسیسات آسیب برساند و یک محیط کاری ناخوشایند ایجاد کند.
یکی دیگر از دلایل حیاتی برای بحث در مورد مسائل آب سخت در املاک تجاری و صنعتی این واقعیت است که می‌تواند پیامدهایی برای سلامت و ایمنی کارگران داشته باشد. به‌عنوان‌مثال، تجمع رسوب روی شیرها و سر دوش‌ها می‌تواند حاوی باکتری‌های مضر باشد که سپس می‌توانند به منبع آب وارد شوند. علاوه بر این، قرار گرفتن در معرض سطوح بالایی از سختی در آب می‌تواند باعث تحریک پوست و سایر تحریکات در برخی افراد شود. کسب‌وکارها موظف‌اند اطمینان حاصل کنند که امکانات آنها برای کارکنانشان ایمن و بدون خطر است و رسیدگی به مسائل آب سخت گامی مهم در دستیابی به این هدف است.
آب سخت نه تنها بر عملکرد تجهیزات و هزینه‌های تعمیر تأثیر می‌گذارد، بلکه فرایند تولید را مختل می‌کند و در نتیجه بر عملیات تجاری تأثیر می‌گذارد. عملیات تولید می‌تواند به دلیل رسوب مواد معدنی متوقف شود و منجر به کاهش تولید و کاهش درآمد شود؛ بنابراین، برای املاک تجاری و صنعتی اتخاذ تدابیر مناسب برای کاهش اثرات آب سخت ضروری است.
یکی از بهترین راه‌های مقابله با آب سخت، نصب فناوری نرم‌کننده آب برای مقابله با تجمع مواد معدنی و خوردگی است. انواع مختلفی از گزینه‌های تصفیه آب موجود است که مؤثرترین آنها سیستم‌های تبادل یونی و اسمز معکوس است. اگر کسب و کارها با مشکل آب سخت مواجه هستند، باید در این سیستم‌ها سرمایه گذاری کنند.
انواع سختی گیر آب
بسته به کاربرد و شرایط سختی آب از سختی گیرهای مختلفی استفاده می‌شود:
- سختی گیر رزینی
- سختی گیر با مواد شیمیایی (فرایند سرد و گرم آهک – سودا)
- اسمز معکوس (RO)
- سختی گیر مغناطیسی
- سختی گیر الکتریکی
سختی‌گیر رزینی
تکنیک‌های مختلفی برای مدیریت مواد معدنی در آب سخت وجود دارد. یکی از بهترین روش‌ها برای رفع سختی آب استفاده از سختی‌گیر رزینی است.
دستگاه سختی‌گیر رزینی آب می‌تواند تقریباً تمام کلسیم و منیزیم را از آب حذف کند. اصول کار سختی‌گیر رزینی تبادل یونی شامل حذف یون‌های سختی کلسیم و منیزیم و جایگزینی آنها با یون‌های غیر سختی، معمولاً سدیمی است که توسط نمک کلرید سدیم محلول یا آب نمک تأمین می‌شود. دستگاه سختی‌گیر از یک مخزن اصلی تشکیل شده است. این مخزن حاوی یک رزین تبادلی میکرو متخلخل است که معمولاً دانه‌های پلی‌استایرن سولفونه شده است که با سدیم فوق اشباع شده است. با عبور آب از این بستر رزین، یون‌های کلسیم و منیزیم به دانه‌های رزین می‌چسبند و سدیم آزاد شده از رزین به داخل آب آزاد می‌شود. پس از این مرحله آب نرم از نازل‌های تعبیه شده عبور و مورداستفاده قرار می‌گیرند.
در طی زمان و کار مداوم سختی‌گیر، رزین با یون‌های کلسیم و منیزیم اشباع می‌شوند. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، رزین باید اصطلاحاً بازسازی یا احیا شود. برای احیای رزین، رزین تبادل یونی با محلول نمک شسته می‌شود. از دیگر اجزای سختی‌گیر رزینی مخزن نمک است که برای احیای رزین مورداستفاده قرار می‌گیرد. یون‌های سدیم در محلول نمک با یون‌های کلسیم و منیزیم روی رزین مبادله می‌شوند و کلسیم و منیزیم اضافی خارج می‌شوند.
احیای رزین
فرکانس چرخه بازسازی یا احیای رزین به مقدار آب مصرفی، ظرفیت سختی‌گیر و ظرفیت رزین‌ها بستگی دارد. معمولاً 60 تا 120 دقیقه برای عبور آب نمک از دستگاه و شستشوی مخزن زمان لازم است.
از طریق فرایند نرم‌شدن، سدیم به میزان حدود 8 میلی گرم در لیتر به ازای هر دانه در هر گالن (gpg) سختی به آب اضافه می‌شود. پس از تصفیه، آبی که 10 گرم بر لیتر سختی داشت، حدود 80 میلی گرم در لیتر سدیم خواهد داشت. این بدان معناست که به ازای هر لیتر (0.26 گالن) آب مصرفی، 80 میلی گرم سدیم دریافت می‌شود. افرادی که به دلایل سلامتی از رژیم غذایی محدود سدیم استفاده میکنند، باید با پزشک خود مشورت کنند.
انواع سختی‌گیر رزینی
سختی‌گیر رزینی در دو نوع سختی‌گیر فایبرگلاس و سختی‌گیر فلزی تولید و عرضه می‌شود. نام دستگاه از جنس مخزن اصلی آن گرفته شده است. جنس مخزن سختی‌گیر فایبرگلاس از فایبرگلاس است. این سختی‌گیر وزن بسیار مناسب و مقاومت بالا در برابر خوردگی، نشت و عوامل محیطی دارد. لازم به ذکر است این نوع مخازن معمولاً تا 10 بار فشار را تحمل میکنند.
سختی‌گیر فلزی معمولا از ورق گالوانیزه ساخته می‌شود و جهت جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی با چندلایه رنگ اپوکسی پوشش داده می‌شود. این نوع از سختی‌گیر سابقه ی بسیار طولانی در صنایع دارد.
دسته‌بندی دیگری نیز در انواع سختی‌گیر وجود دارد. سختی‌گیر دستی و سختی‌گیر اتوماتیک. این نوع از دسته‌بندی بر حسب نوع شیر دستگاه می‌باشد. شیرهای دستی باید توسط اپراتور مدیریت شوند؛ اما در شیرهای اتومات یا برقی، شیر برنامه‌ریزی‌شده و طبق برنامه در حالت کار یا احیا قرار می‌گیرد.
رزین سختی‌گیر
رزین تبادل یونی، هر یک از طیف گسترده‌ای از ترکیبات آلی که به‌صورت مصنوعی پلیمریزه شده و حاوی بار مثبت یا منفی هستند که می‌توانند یونی با بار مخالف را از محلول اطراف جذب کنند. رزین‌ها معمولاً از یک کوپلیمر استایرن – دی وینیل بنزن (ماده با وزن مولکولی بالا) تشکیل شده‌اند. رزین‌های تبادل یونی جامدات سبک و متخلخلی هستند که معمولاً به شکل گرانول، مهره یا ورقه تهیه می‌شوند. رزین سختی‌گیر معمولاً با بار منفی اشباع شده و در مجاورت آب سخت تمام یون‌های مثبت منیزیم و کلسیم را جذب می‌کند. طول عمر رزین بسته به شرایط کاری متفاوت است؛ اما بازه‌ای بین 2 تا 5 سال را می‌توان در نظر گرفت. از شناخته‌ترین برندهای رزین در ایران می‌توان به رزین پرولایت و رزین هیدرولایت اشاره کرد.
انواع نمک سختی‌گیر
انواع مختلفی از نمک برای نرم‌کننده‌های آب موجود است. انتخاب بستگی به نوع سختی‌گیر آب و طراحی سازنده دارد. سختی‌گیر آب برای استفاده از انواع خاصی از نمک طراحی شده‌اند، بنابراین رعایت توصیه‌های سازنده در مورد نوع نمک بسیار مهم است.
نمک فشرده تحت یک فرایند تبخیر و فشرده‌سازی قرار گرفته است که ذرات کوچکی به نام گلوله‌ها، قطعات یا دانه‌ها تولید می‌کند. انواع گریدها و فرمولاسیون‌ها در بازار موجود است. محصولاتی که برای مدیریت آهن (زنگ) طراحی شده‌اند ممکن است حاوی مواد افزودنی غذایی مانند اسیدسیتریک باشند. نمک فشرده مطابق با مشخصات سازنده سایزبندی می‌شود. اکثر سختی‌گیرها برای این نوع نمک طراحی شده‌اند.
سنگ نمک ممکن است دارای سطوح بالایی از ناخالصی‌های محلول یا نامحلول باشد. اگر ناخالصی‌ها نمک‌های کلسیم یا منیزیم باشند، ممکن است به طور قابل‌توجهی اثربخشی فرایند بازسازی و نازل‌های کف مخزن سختی‌گیر را کاهش دهند. سنگ نمک تنها در صورت پیشنهاد توسط سازنده یک گزینه است و فقط باید از آنهایی استفاده کرد که میانگین ناخالصی آنها کمتر از 1 درصد باشد.
در شرایط خاص، کلرید پتاسیم ممکن است برای احیای رزین به‌جای کلرید سدیم استفاده شود. بااین‌حال، کلرید پتاسیم می‌تواند گران‌تر و سخت‌تر از کلرید سدیم باشد. کلرید پتاسیم نیز به‌شدت به رزین می‌چسبد. این می‌تواند بازده تبادل را در مقایسه با کلرید سدیم کاهش دهد و به کلرید پتاسیم بیشتری نیاز دارد. اگر دلایل بهداشتی یا محیطی ایجاب کند که سدیم محدود شود، جایگزینی کلرید پتاسیم به‌جای کلرید سدیم ممکن است مناسب باشد. در مورد این گزینه باید با یک متخصص تصفیه آب مشورت شود.
ظرفیت سختی‌گیر
ظرفیت سختی‌گیر رزینی با استفاده از 3 پارامتر، دبی آب، سختی آب و زمان احیا محاسبه می‌شود. امروزه ظرفیت سختی‌گیر آب از 30.000 گرین آغاز و تا 2.000.000 گرین ادامه دارد. فرمول محاسبه ظرفیت سختی‌گیر به‌صورت زیر می باشد.
C=Q*t*TH*15/73
دراین‌رابطه:
C: ظرفیت سختی‌گیر برحسب گرین
Q: دبی آب ورودی به دستگاه (m3/hr)
t: مدت‌زمان بین دو احیا (که معمولاً بین 8-72 ساعت است.)
TH: میزان سختی آب (mg/l یا ppm)
سختی گیر دوبلکس
سختی گیر دوبلکس مشابه واحدهای تک و ساده عمل میکنند با این تفاوت که از دو ستون رزینی تشکیل شده‌اند که یکی در سرویس و دومی در حالت آماده به کار است. جریان آب به سمت مخزن در حال کار می‌رود و هنگامی که کار ستون اول به پایان می‌رسد و باید احیای رزین انجام شود، شیر کنترل به طور خودکار جریان سرویس را به مخزن دوم تغییر می‌دهد. سپس در حالت آماده به کار قرار می‌گیرد تا زمانی که دوباره برای سرویس مورد نیاز باشد.
به این ترتیب یک سختی گیر دوبلکس قادر است به طور مداوم 24 ساعت آب نرم شده ارائه دهد.
سختی گیرهای آب دوبلکس برای کاربردهایی طراحی شده‌اند که نیاز به تأمین مداوم آب در 24 ساعت شبانه‌روز است.
نگهداری از سختی‌گیر رزینی
تعمیر و نگهداری تجهیزات سختی‌گیر آب تا حدودی به نوع سختی‌گیر بستگی دارد. به‌طورکلی درجاتی از نظارت یا مدیریت فرایند احیا موردنیاز است. سختی‌گیر باید احیا شود تا از جریان آب سخت به لوله‌ها و وسایل جلوگیری شود. بازسازی یا احیا بار اضافی بر روی یک سیستم سپتیک وارد می‌کند. تقریباً 50 گالن آب (تقریباً برابر با مقدار موردنیاز برای یکبار لباسشویی با استفاده از یک ماشین لباسشویی قدیمی یا دو بار با استفاده از یک ماشین لباسشویی جدیدتر با راندمان بالا) برای احیای یک سختی‌گیر آب استفاده می‌شود. همچنین شرایط خاصی مانند غلظت بالای آهن یا منگنز در آب می‌تواند بر ظرفیت تبادل رزین تأثیر بگذارد. در این حالت ممکن است رزین در نهایت نیاز به تمیزکردن یا تعویض داشته باشد.
مخزن آب نمک نیاز به بررسی و تمیزکردن دوره‌ای دارد. تعداد دفعات تمیزکردن آن بستگی به نوع و مقدار نمک و ویژگی‌های آب تصفیه شده دارد. مخزن را از نظر رسوب‌گیری بررسی کنید. دریچه آب نمک و مجموعه شناور نیز در صورت استفاده باید حداقل سالی یکبار تمیز و بازرسی شود.
بکواش کافی بستر رزین برای اطمینان از احیاء کارآمد واحد مهم است. اگر قرار است شستشوی معکوس به‌صورت دستی یا نیمه اتوماتیک انجام شود، شستشوی معکوس باید تا زمانی که آب شفاف شود ادامه یابد. اگر دستگاه کاملاً اتوماتیک است و زمان شستشوی معکوس قابل تنظیم است، زمان را طوری تنظیم کنید که شستشوی معکوس به‌اندازه کافی طولانی باشد تا آب شفاف در زهکش تولید شود.
آهن اضافی (بیش از 5 پی پی ام) یا سولفید هیدروژن در آب می‌تواند اثربخشی سختی‌گیر آب را کاهش دهد. آب باید برای این آلاینده ها آزمایش شود و در صورت نیاز تجهیزات پیش تصفیه مناسب نصب شود.
قیمت سختی‌گیر رزینی
عوامل زیادی بر قیمت سختی‌گیر آب تأثیرگذار هستند. از جمله این عوامل می‌توان به ظرفیت، جنس مخزن، نوع شیر و نوع رزین اشاره کرد. برای مثال هر چه ظرفیت سختی‌گیر بالاتر باشد قیمت هم بالاتر خواهد بود. باتوجه‌به قیمت ورق و… جنس مخزن مخصوصاً در ظرفیت‌های بالا بسیار در قیمت تمام شده دستگاه مؤثر است. کارشناسان شرکت پراین هوم آماده ارائه مشاوره در خصوص ظرفیت و قیمت سختی‌گیر به شما عزیزان هستند.
