سختی آب (water hardness) یکی از ویژگی‌های مهم در تصفیه آب است که به دلیل وجود املاح معدنی و یون‌های کلسیم، منیزیم، آلومینیوم و روی در آب ایجاد می‌شود. این املاح، به ویژه نمک‌های محلول کلسیم و منیزیم، هنگامی که در غلظت‌های بالا وجود داشته باشند، می‌توانند مشکلات زیادی را ایجاد کنند. در این مقاله، به بررسی سختی آب، انواع آن و روش‌های کاهش اثرات منفی آن خواهیم پرداخت.
سختی آب چیست؟
آب سخت (hard water) به آبی اطلاق می‌شود که حاوی مقادیر زیادی از املاح معدنی مانند کلسیم، منیزیم، آهن و سایر فلزات سنگین است. این املاح معمولاً از طریق عبور آب از بسترهای سنگی به آب افزوده می‌شوند. املاحی که معمولاً در سختی آب نقش دارند شامل کربنات‌ها، بی‌کربنات‌ها، کلریدها و سولفات‌ها هستند. میزان سختی آب معمولاً با واحد ppm (میلی‌گرم در لیتر) اندازه‌گیری می‌شود.
درجه سختی آب چیست؟
درجه سختی آب به مقدار املاح معدنی موجود در آب اشاره دارد و معمولاً به صورت میلی‌گرم در لیتر (mg/L) یا قسمت در میلیون (ppm) اندازه‌گیری می‌شود. آب‌ها می‌توانند به درجات مختلف سختی تقسیم‌بندی شوند:
- آب با سختی سبک: 0 تا 75 میلی‌گرم بر لیتر
- آب با سختی نسبی: 75 تا 150 میلی‌گرم بر لیتر
- آب با سختی زیاد: 150 تا 300 میلی‌گرم بر لیتر
- آب با سختی بسیار زیاد: بیش از 300 میلی‌گرم بر لیتر
انواع سختی آب
سختی آب را می‌توان به سه نوع اصلی تقسیم کرد:
- سختی موقت (سختی کربناتی)
تعریف: ناشی از بی‌کربنات‌های کلسیم و منیزیم در آب.
ویژگی‌ها: این نوع سختی با حرارت‌دهی و جوشاندن آب قابل حذف است. کاهش pH آب نیز می‌تواند به کاهش سختی موقت کمک کند. - سختی دائم (سختی غیرکربناتی)
تعریف: ناشی از وجود نمک‌های سولفات، نیترات و کلرید کلسیم و منیزیم.
ویژگی‌ها: این نوع سختی با حرارت‌دهی قابل حذف نیست و نیاز به روش‌های تصفیه مخصوص دارد. - سختی کل آب
تعریف: مجموع سختی موقت و دائم.
ویژگی‌ها: اگر قلیایی بودن کل آب بیشتر از سختی کل باشد، سختی آب کربناتی است.
به چه آبی سخت می‌گویند؟
آبی که حاوی مقادیر بالای املاح معدنی از جمله کربنات‌ها، بی‌کربنات‌ها و کلریدهای کلسیم و منیزیم باشد، به عنوان آب سخت شناخته می‌شود. این آب‌ها معمولاً باعث ایجاد رسوبات در لوله‌ها، تجهیزات صنعتی و لوازم خانگی می‌شوند.
مضرات سختی آب
وجود سختی بالا در آب می‌تواند به مشکلات مختلفی منجر شود:
- رسوب‌گذاری: ایجاد رسوب در لوله‌ها و تجهیزات حرارتی.
- خوردگی: خوردگی دیواره‌های دیگ بخار و لوله‌های انتقال آب.
- طعم و بو: تغییر در طعم و بوی آب.
- کیفیت رنگ: تأثیر منفی بر کیفیت رنگ در صنایع رنگرزی.
- سلامتی: مشکلات گوارشی و بیماری‌های کلیوی.
- کاهش قدرت شویندگی: کاهش کارایی مواد صابونی و شوینده‌ها.
فرق سختی آب با TDS
تفاوت اصلی بین سختی آب و TDS (Total Dissolved Solids) در این است که سختی آب به مقدار ترکیبات کربناتی و غیرکربناتی کلسیم و منیزیم مرتبط است، در حالی که TDS مقدار کل مواد حل‌شده در آب را اندازه‌گیری می‌کند.
سختی آب آشامیدنی استاندارد چقدر است؟
طبق استانداردهای سازمان بهداشت جهانی، درجه سختی آب آشامیدنی باید در محدوده 30 تا 100 میلی‌گرم بر لیتر قرار داشته باشد. در بسیاری از مناطق، درجه سختی آب می‌تواند به حدود 200 میلی‌گرم بر لیتر نیز برسد.
نشانه‌های سخت بودن آب
نشانه‌های آب سخت شامل موارد زیر است:
- لکه‌های قرمز یا سفید بر روی سینک و ظروف.
- رسوب در کتری و سماور.
- بو و طعم ناخوشایند آب.
- مسدود شدن لوله‌ها و تجهیزات صنعتی.
روش‌های کاهش سختی آب
برای کاهش سختی آب، می‌توان از روش‌ها و تجهیزات مختلفی استفاده کرد:
- سختی گیر رزینی: با استفاده از بسترهای رزین برای تبادل یون.
- سختی گیر مغناطیسی: تغییر ساختار املاح برای کاهش رسوب‌گذاری.
- آب شیرین‌کن (اسمز معکوس): تصفیه آب به وسیله فرآیند اسمز معکوس.
- سختی گیر الکترونیکی: استفاده از تکنولوژی‌های الکترونیکی برای کاهش سختی.
- فیلتر کربنی: حذف برخی از املاح و آلاینده‌ها.
روش حذف سختی دائم آب
برای حذف سختی دائم، معمولاً از سختی‌گیرهای رزینی استفاده می‌شود که با تبادل یون‌ها، کلسیم و منیزیم را از آب حذف می‌کنند.
روش‌های کاهش سختی آب
برای کاهش سختی آب، می‌توان از روش‌ها و تجهیزات مختلفی استفاده کرد که هر کدام به نحوی به بهبود کیفیت آب کمک می‌کنند. در اینجا به بررسی برخی از این روش‌ها پرداخته می‌شود:
- سختی‌گیر رزینی
سختی‌گیرهای رزینی از متد تبادل یونی برای حذف کلسیم و منیزیم از آب استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها، آب از میان بستر رزین عبور داده می‌شود و یون‌های کلسیم و منیزیم با یون‌های سدیم تعویض می‌شوند. این روش به طور موثری سختی آب را کاهش می‌دهد.
مزایا:
کارایی بالا در کاهش سختی آب.
مناسب برای مصارف خانگی و صنعتی.
قابل تنظیم بر اساس میزان سختی آب ورودی.
معایب:
نیاز به شارژ منظم با نمک.
هزینه‌های نگهداری و تعمیرات. - سختی‌گیر مغناطیسی
سختی‌گیرهای مغناطیسی با استفاده از میدان‌های مغناطیسی، ساختار املاح معدنی را تغییر می‌دهند تا از رسوب‌گذاری آنها در لوله‌ها و تجهیزات جلوگیری شود.
مزایا:
نصب و نگهداری آسان.
بدون نیاز به مواد شیمیایی.
معایب:
کارایی ممکن است در برخی شرایط کم باشد.
نیاز به آزمایش و بررسی اثربخشی. - آب شیرین‌کن (اسمز معکوس)
سیستم‌های اسمز معکوس با استفاده از غشاهای نیمه‌گذار، مواد معدنی و املاح را از آب حذف می‌کنند. این روش قادر به کاهش سختی آب و همچنین حذف سایر آلاینده‌ها است.
مزایا:
حذف گسترده انواع آلاینده‌ها.
بهبود کیفیت آب به طور کلی.
معایب:
هزینه نصب و نگهداری بالا.
نیاز به تعویض دوره‌ای غشاها.
سختی‌گیر الکترونیکی
این دستگاه‌ها با استفاده از امواج الکترومغناطیسی، ساختار املاح در آب را تغییر داده و از تشکیل رسوب جلوگیری می‌کنند.
مزایا:
نصب آسان و بدون نیاز به مواد شیمیایی.
کاهش رسوبات بدون نیاز به تعویض فیلتر.
معایب:
نیاز به ارزیابی اثربخشی.
ممکن است در شرایط خاص عملکرد کمتری داشته باشند. - فیلتر کربنی
فیلترهای کربنی به حذف برخی از املاح و آلاینده‌ها کمک می‌کنند و می‌توانند در برخی موارد به کاهش سختی آب کمک کنند.
مزایا:
بهبود طعم و بوی آب.
حذف برخی آلاینده‌ها.
معایب:
ممکن است به طور مستقیم سختی آب را کاهش ندهد.
نیاز به تعویض منظم فیلترها.
روش‌های حذف سختی دائم آب
برای حذف سختی دائم آب، روش‌های زیر مناسب هستند:
- سختی‌گیر رزینی
همانطور که گفته شد، این روش بهترین گزینه برای حذف سختی دائم است. با استفاده از بستر رزین، کلسیم و منیزیم از آب حذف می‌شود و جایگزین آنها با سدیم انجام می‌شود. - اسمز معکوس
این سیستم قادر به حذف تمام املاح از جمله سختی دائم آب است. این روش با فشار آب از میان غشای نیمه‌گذار، املاح را جدا می‌کند. - نرم‌کننده‌های آب شیمیایی
این روش شامل افزودن مواد شیمیایی به آب است که باعث تبدیل املاح کلسیم و منیزیم به فرم‌های قابل حذف می‌شود.
جمع‌بندی
سختی آب یک ویژگی مهم در کیفیت آب است که می‌تواند تأثیرات زیادی بر سلامت انسان و عملکرد تجهیزات صنعتی داشته باشد. با استفاده از روش‌ها و تجهیزات مناسب، می‌توان سختی آب را کاهش داد و از مشکلات ناشی از آن جلوگیری کرد. انتخاب روش مناسب بستگی به میزان سختی آب، نیازهای خاص و بودجه موجود دارد.
