یکی از عمده ترین مشکلات مربوط به آب سختی آن است که همه ساله میلیون ها دلار در جهان صرف نگهداری وتعمیرات تجهیزات و ل وله کشی های آسیب دیده از آن می شود . این مساله عامل اصلی گشوده شدن زمینه ای بنام سختی گیری و صنایع مربوط به آن شده است . مکانیزم ایجاد سختی آب بدین صورت است که بخار آب در جو چگالیده شده ، دی اکسید کربن هوا را در خود حل می کند وتشکیل اسید ضعیفی بنام اسید کربنیک می دهد این اسید همراه با قطرات باران به زمین می بارد .
H2O+CO2 H2CO3
این اسید ضعیف از خاکهای سطحی عبور کرده و به بسترهای سنگی زیر زمین که معمولا سنگ آهک می باشند می رسد . سنگ آهک مخلوطی از کربنات کلسیم و منیزیم می باشد اسید ضعیف ،آهک را در خود حل میکند وموجبات سختی آب را فراهم می آورد .
H2CO3+MgCO3—–mg (HCO3)2
H2CO3+CaCO3—-Ca (HCO3)2
منیزیم و کلسیم به عنوان عناصر دو گانه سختی زا شهرت دارند و از آنجایی که از لحاظ خواص باهم نزدیک هستند هر چه درباره هریک از آنها طرح گردد دربارهی دیگری نیز صادق است . هنگامی که به آب های سخت حرارت داده می شوند تشکیل رسوب خیلی سریع انجام می گیرد که مشکلات زیادی را در بویلر ها و مبدل های حرارتی به وجود می اورند یک لایه رسوب به قطر یک میلیمتر بر روی سطوح گرم کننده یک آب گرم کن به صورت عایق حرارتی عمل کرده و در نتیجه تقریبا %۱۰ افزایش هزینه به وجود خواهد آمد . تشکیل رسوب در جداره ها و دیواره ها باعث آسیب های فراوانی به تاسیسات حرارتی وبرودتی می شود که مهمترین آن ها کاهش بازدهی مبدل ها ودر نتیجه افزایش انرژی راهبری است .
آنالیز شیمیایی رسوب نشان می دهد که ترکیب اصلی نشان دهنده کربنات کلسیم ،سولفات کلسیم ،سولفات باریم ، سیلیکا و آهن است که در صد فراوانی کربنات کلسیم بیشتر از ترکیبات دیگر می باشد .
سختی آب ناشی از یونهای کلسیم ، منیزیم ، باریم ، هیدروکربنات ، کلر ، سولفات ، ونیتراتها و آهن و منگنز می باشد ولی چون غیر از ترکیبات کلسیم و منیزیم سایر ترکیبات (به دلیل غلظت بسار کم آنها )قابل صرف نظر کردن هستند بنابر این اصطلاحا به مجموع کاتیونهای کلسیم و منیزیم سختی آب می گویند . معمولا سختی آب به دو قسمت موقت و دا ئم تقسیم می شود .
منظور از سختی موقت یا سختی بی کربناتی ، املاح بی کربنات کلسیم ومنیزیم است که در اثر حرارت از حالت محلول به صورت غیر محلول در می آید . مثلا بی کربنات کلسیم در آب در اثر حرارت به رسوب کربنات کلسیم تبدیل می شود .
Ca (HCO3)2——– CO2+ H2O+ CaCO3 (18)
اگر تجزیه بی کربنات کلسیم در محل و زمانی نا مطلوب اتفاق افتد علاوه بر ایجاد رسوب کربنات کلسیم ، گاز انیدرید کربنیک هم حاصل می شود که باعث کاهش غیر کنترل شده PH می شود .
Ca (HCO3)2——H2CO3+CaCO3
سختی دائم یا سختی غیر کربناتی ، املاح سولفات ، کلراید ، نیترات و…..وکلسیم ومنیزیم است که به مقدار معینی تابع درجه حرارت آب بصورت محلول در آب می باشد ولی در اثر ازدیاد درجه حرارت و بخار شدن آب حد حلالیت تقلیل یافته و در نتیجه رسوب ظاهر می گردد .
سختی گیر گروه صنعتی مهراس:
گروه صنعتی مهراس تولید کننده سختی گیرهای رزینی از جنس FRP و فلزی با هر ظرفیت و ویژگی می باشد. این سختی گیر ها به دو صورت تمام اتوماتیک و نیمه اتوماتیک قابل تولید می باشد. طول عمر مفید رزین های سختی گیر حداقل ۳ سال می باشد و در صورت مناسب بودن شرایط بهره برداری ، احیا و شستشوی مداوم رزین ها تا ۵ سال قابلیت بهره برداری دارند. دمای کار دستگاههای سختی گیر حداکثر ۳۵ در جه می باشد و فشار کاری ۶ بار می باشد. حداقل ظرفیت این سختی گیر ها سی هزار گرین می باشد. نکته مهم در استفاده از سختی گیرها این است که آب سختی گیر برای استفاده شرب مناسب نمی باشد.
طراحی سختی گیر رزینی:
فرمول محاسبه دقیق ظرفیت رزین:
محاسبه دقیق: = ظرفیت سختی گیر به گرین
TH : سختی کل به ppm
Q: دبی آب ورودی به دستگاه به Gpm
T: زمان بین دو احیا به دقیقه
محاسبه سرانگشتی: دبی برحسب متر مکعب بر ساعت× سختی آب به PPM × ۹/۱۷= ظرفیت سختی گیر به گرین
مثال: اگر دبی مورد نیاز یک واحد صنعتی ۲۵ متر مکعب در روز باشد و سختی آب آن PPM 500 باشد مطلوبست محاسبه ظرفیت سختی گیر.
محاسبه دقیق: ابتدا دبی را بر حسب گالن در دقیقه (GPM)با فرض این که هر گالن ۷۸/۳ لیتر باشد محاسبه می کنیم.
۲۵m3/day=4.59 gpm
۵۰۰*۴٫۵۹*۲۴*۶۰) /۱۷٫۱=۱۹۳۲۶۳ grain)
محاسبه سر انگشتی:
۱٫۰۴*۵۰۰*۲۴*۱۷٫۱=۲۱۳۷۵۰ grain
برای محاسبه حجم رزین باید به کاتالوگ سازنده رزین مراجعه کرد و با توجه به این که هر لیتر رزین چه ظرفیتی برحسب گرین داردمی توان میزان رزین را بر حسب لیتر بدست آورد.
راهنمای بهره برداری از سختی گیرهای گروه صنعتی مهراس :
توجه به موارد ذیل در هنگام نصب وراه اندازی و بهره وری باعث عملکرد عالی وسرویس مناسب دستگاه سختی گیر به مدت طولانی خواهد شد.سختی آب ناشی از یون های کلسیم و منیزیم وبه مقدار کمتر ترکیبات فلزاتی چون آهن،منگنز و آلومینیوم می باشد . از آنجایی که سه فلز مذکور به مقادیر جزئی در آب موجودند لذا اثر آنها در سختی آب بسیار کم است .
سختی گیری برای جدا کردن دو عنصر کلسیم و منیزیم بکار میرود.اگر این دوعنصر از آب جدا نشوند،همان اتفاقی در دیگ بخار می افتد که در کتری رخ می دهد.در واقع رسوبات ،سطح بین لوله های آتش خوار با آب را کا هش می دهد وانرژی بیشتری برای تولید میزان معینی فشار مصرف می شود .
همچنین پاکسازی این لوله ها علاوه بر هزینه بر بودن خط تولید رانیز متوقف می کند. متداولترین روش برای حذف سختی آب استفاده از سختی گیرهای رزینی می باشد. دستگاه شامل یک استوانه است که در داخل آن مواد موثر در سختی زدایی (رزین های تبادل یونی)قرار گرفته است رزینها،کلسیم ومنیزیم را باسدیم تعویض کرده وآب سخت را به آب نرم تبدیل می کنند.رزینهای دستگاه سختیگیر پس از مدت زمان معین اشباع می شوند.کارایی خود را از دست می دهند.
با اشباع شدن رزین فوق می توان مجددا آن را توسط شستشو با نمک طعام Nacl) (مطابق واکنش زیر احیاء نمود:
این نوع مبادله را مدار سدیمی می نامند .استفاده از این رزین سبب می شود تا یون هایی نظیCa2+,Mg2+
که موجب سختی آب هستند از آب حذف گردند.
رزین های موازنه کننده یون ، ذرات جامدی هستند که می توا نند یونهای نا مطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند . رزین های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی وبار منفی آنیونی می باشد به گونه ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند . دستگاه سختیگیر نیمه اتوماتیک یا تمام اتوماتیک FRP ساخته شده از مواد پلی پروپلین وپلی استر با پوشش های گوناگون با بازدهی بالا وتحمل فشار ۶ بار ودمای کاری ۶۰ درجه سانتیگراد با ضخامت ۸/۳تا ۶/۷ میلیمتر متناسب با قطر مخزن دارای می با شد . شیر نیمه اتوماتیک یا تمام اتو ماتیک دستگاه دارای استحکام بالایی بوده که بر مبنا ی تکنو لوژی روز و مواد منا سب ساخته شده است .قطعات متحرک داخل آن از قطعات سرامیکی با کیفیت بالایی ساخته شده اند . دو قطعه سرامیکیثابت و متحرک داخلی دارای مجراهای بسته وباز می باشند که در حالات مختلف براساس چرخش به ترتیب در مقابل یکدیگر قرار می گیرند ، با تغییر موقعیت دسته شیر چند راهه ،زاویه نسبی دو قطعه سرامیکی تغییر کرده ودر یک چرخش کامل دسته ۵ سیکل متفاوت بر اساس جریان های سیال عبوری از داخل چند راهه ایجاد می گردد .
