سختی آب چیست؟ عوامل ایجاد رسوب کدامند؟
تعریف ساده سختی آب میزان کلسیم و منیزیم حل شده در آب است. سختی آب در مواد معدنی حل شده که عمدتاً کلسیم و منیزیم هستند بالاست. ممکن است آخرین دفعه‌ای که دست خود را شسته‌اید متوجه تاثیر سختی آب شده باشید. بسته به میزان سختی آب ممکن است پس از شستن دست‌هایتان با آب و صابون، احساس کنید که هنوز یک لایه نازک (رسوب) بر روی دست‌ها قرار دارد. در صورتیکه سختی آب زیاد باشد، صابون با کلسیم (که میزان آن در آب سخت زیاد است) واکنش نشان داده و باعث ایجاد رسوب صابون می‌شود. هنگامی که از آب سخت برای پاک کردن چیزهای مختلف نظیر دست‌ها، موها و یا شستن لباس‌ها استفاده می‌کنید به میزان بیشتری شوینده یا صابون نیاز خواهید داشت.
تا به حال شده که پس از در آوردن ظرف‌ها از ماشین ظرفشویی متوجه نقطه‌ها یا لایه‌هایی بر روی لیوان‌های خود شده باشید؟ این لایه در واقع رسوب آب سخت است که خطرناک نیست اما از نظر بصری خوشایند نمی‌باشد. بسیاری از مصرف کنندگان آب در کاربری‌های صنعتی و خانگی نگران سختی آب هستند. زمانیکه آب سخت را حرارت دهید، ممکن است با رسوبات کربنات کلسیم مواجه شوید. این امر می‌تواند باعث کاهش عمر تجهیزات، افزایش هزینه‌های حرارت دادن آب و کاهش بازده آبگرمکن‌های برقی و مسدود شدن لوله‌ها شود. بله، ممکن است تجمع مواد معدنی در قهوه‌ساز خانگی شما نیز اتفاق بیفتد، به همین دلیل برخی افراد گاهاً از سرکه (که اسیدی می‌باشد) برای تمیز کرده چای‌ساز یا قهوه‌ساز خود استفاده می‌کنند. اسیدیته سرکه با شارژ کردن ذرات معدنی به حل شدن آن‌ها کمک می‌کند. این ذرات شارژ شده به شارژ‌های مثبت و منفی موجود در آب جذب شده و در نتیجه به راحتی شسته می‌شوند.
البته آب سخت مزایایی هم دارد. انسان برای سلامتی خود نیاز به مواد معدنی دارد و سازمان بهداشت جهانی (WHO) اعلام داشته که آب آشامیدنی می‌تواند حاوی کلسیم و منیزیم باشد، این امر برای کسانی که نیاز به این دو ماده معدنی دارند بسیار مهم است.
اندازه‌گیری سختی آب
سختی آب ناشی از ترکیبات کلسیم و منیزیم و انواع دیگری از فلزات می‌باشد. رهنمودهای کلی برای طبقه‌بندی آب به این منوال می‌باشد: ۰ الی ۶۰ mg/L (میلی‌گرم در لیتر) که کربنات کلسیم آن نرم می‌باشد، ۶۱ الی ۱۲۰ mg/L نسبتاً سخت، ۱۲۱ الی ۱۸۰ mg/L که آب سخت می‌باشد و بیش از ۱۸۰ mg/L که آب خیلی سخت می‌باشد. سیستم‌های آبی که از آب زیرزمینی به عنوان منبع استفاده می‌کنند با سختی آب سر و کار دارند، زیرا هنگامی که آب از میان زمین و سنگ‌ها عبور می‌کند مقادیر کمی از مواد معدنی طبیعی را در خود حل کرده و وارد منبع آب زیر زمینی می‌نماید. آب حلالی قوی برای کلسیم و منیزیم است، بنابراین اگر مواد معدنی در زمین و اطراف چاه آب وجود داشته باشد، ممکن است آب سخت به خانه‌ها نیز راه پیدا کند.
این امر در مناطق مختلف کشور متفاوت است. در مناطقی که سختی آب نسبتاً بالاست، کارخانه‌ها و صنایع مجبورند که برای نرم کردن آب پول بپردازند، زیرا آب سخت می‌تواند به تجهیزاتشان آسیب وارد کند. آب سخت می‌تواند طول عمر پارچه و لباس‌ها را نیز کم کند. آنچه از تصاویر داخل لوله‌های انتقال آب بر می‌آید، حرکت طولانی مدت آب سخت درون لوله می‌تواند منجربه ” انباشت رسوب ” شود. درست مثل بدن انسان که قطر داخلی رگ‌های خونی در اثر تجمع کلسترول کاهش پیدا می‌کند، رسوبات داخل لوله‌های آب نیز باعث می‌شوند تا لوله به تدریج مسدود شده و فشار آب کاهش پیدا کند.
مشکلاتی که آب سخت برای صنایع ایجاد می‌کند
وجود یون‌های کلسیم (Ca2+) و منیزیم (Mg2+) در منابع آب عمدتاً به عنوان ” سختی آب ” شناخته می‌شوند. درجه آن به شکل زیر دسته‌بندی می‌شود:
دسته بندی | میزان سختی آب (mg/l) |
آب نرم | ۰-۱۷ |
آب با سختی کم | ۱۷-۶۰ |
آب نسبتاً سخت | ۶۰-۱۲۰ |
آب سخت | ۱۲۰-۱۸۰ |
آب خیلی سخت | ۱۸۰< |
مشکل اصلی سختی آب ، ایجاد رسوب است. در برخی موارد حتی سطوح پایین مثل ۵ الی ۸ mg/L برای بسیاری از کارخانه‌های صنعتی نیز خیلی زیاد محسوب می‌شود (برای مثال آب خوراک دیگ بخار). معمولاً کلسیم تمایل زیادی به جفت شدن با یون‌هایی مانند کربنات، فسفات یا سولفات دارد. حلالیت کربنات‌های کلسیم و منیزیم با دما نسبت عکس دارند که این یعنی هرچه دما بالاتر باشد میزان حلالیت نیز کاهش پیدا می‌کند.
آب سخت عامل اصلی تشکیل رسوب در تجهیزات انتقال حرارت، بویلرها و خطوط لوله می‌باشد.
• آب سخت باعث ایجاد رسوب در لوله‌ها شده و باعث کاهش شدت جریان و افت فشار می‌شود، در نتیجه هزینه پمپاژ بیشتر شده و نهایتاً باید داخل لوله‌ها را تمیز کرده و یا آن‌ها را تعویض نمود.
• آب سخت می‌تواند تاثیر انتقال حرارت را در برج‌های خنک کننده کاهش دهد که این امر باعث افزایش هزینه‌ها می‌گردد. همچنین می‌تواند باعث خوردگی برج‌ها شده و منجربه تعمیرات پر هزینه و یا حتی تعویض برج‌های خنک کننده شود.
• زمانی که رسوب در بویلرها شروع به تشکیل شدن در سطح کنند، لایه‌ای از متریال به وجود می‌آید که حرارت برای رسیدن به آب باید از آن لایه نیز عبور کند. این اثر عایقی رسوب دو مشکل عمده را به وجود می‌آورد : ایجاد خوردگی در زیر رسوب و بیش از حد گرم شدن لوله بویلر (که ایجاد نقطه داغ می‌کند). این امر باعث خرابی لوله‌های آب، ایجاد ترک در اثر تنش و بالا رفتن هزینه‌های عملیاتی می‌شود. همچنین باعث بالا رفتن هزینه‌های تعمیر و نگهداری شده و طول عمر بویلر را کاهش می‌دهد.
بنابراین کیفیت پایین آب مصرفی در صنایع یکی از دلایل اصلی ایجاد خرابی در تجهیزات مکانیکی است که منجربه بالا رفتن هزینه‌های تعمیر و نگهداری و خسارت اقتصادی می‌گردد. تمیز کردن تجهیزات شیمیایی هزینه کمتری نسبت به تمیز کردن تجهیزات مکانیکی دارد (مانند هیدرو بلاست). درست است که تمیزکاری شیمیایی، رسوبات را به طور کامل از بین می‌برد اما این موضوع به عوامل زیادی بستگی دارد (انتخاب ماده شیمیایی، ترکیبات رسوب، مدت زمان تشکیل رسوب و…)؛ اما اغلب مواد شیمیایی هم فقط سطح را تمیز می‌کنند.
با این وجود بهترین راهکار برای جلوگیری از ایجاد رسوب و مشکلات ناشی از آن ممانعت از ورود ناخالصی‌هایی مانند ” آب سخت ” در سیستم است؛ که می‌توان از روش‌هایی مانند تصفیه آب، فیلتراسیون، تبادل یونی، اسمز معکوس و … برای این کار استفاده نمود.
