طرز کار سختی گیرهای مختلف آب چگونه است؟

در این مقاله، قصد داریم شما را درباره نحوه عملکرد سختی‌گیر رزینی آب و مفهوم آن‌ آشنا کنیم. سختی‌گیرها دستگاه‌هایی هستند که به منظور کاهش سختی آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها در مدل‌های مختلفی طراحی شده‌اند. انواع دستگاه سختی‌گیر رزینی شامل موارد زیر می‌شود:

سختی‌گیر رزینی:1)سختی گیر رزینی تمام اتوماتیک 2)سختی گیر رزینی نیمه اتوماتیک
سختی‌گیر اسمز معکوس
سختی‌گیر مغناطیسی
سختی‌گیر الکترونیکی
سختی‌گیر پلی‌فسفات

ساز و کار سختی‌گیر رزینی:

سختی‌گیر رزینی یک نوع دستگاه سختی‌گیر است که با استفاده از رزین‌های تبادل یونی سختی آب را کاهش می‌دهد. این دستگاه از ورق فولادی تشکیل شده است. فرآیند کارکرد سختی‌گیر رزینی به این شکل است که آب ابتدا به وسیله دیسک‌های پخش‌کننده روی سطح رزین‌ها پراکنده می‌شود. سپس با عبور آب از بستر رزین‌ها، سختی آب کاهش یافته و آب نرم‌تر از آنجا عبور می‌کند. این رزین‌ها با کلسیم و منیزیم موجود در آب واکنش می‌کنند و جایگزینی مواد نرم‌تر از آب را انجام می‌دهند.

رزینی با استفاده از رزین‌های تبادل یونی سختی آب را کاهش داده و از ورق فولادی ساخته شده است. این دستگاه با عبور آب از رزین‌ها، سختی آب را کاهش داده و آب نرم‌تری را فراهم می‌کند.

در مقاله سختی آب متوجه شدیم که به چه چیزی آب سخت گفته می شود.آب های سخت، حاوی مقادیر زیادی از منیزیم و کلسیم هستند. برای آب، روش های مختلفی وجود دارد که سخت گیری رزینی، متداول ترین آنهاست. در این روش، یون های منفی کلسیم و منیزیم با یون های مثبت سدیم جایگزین می شوند. برای نرم کردن آب، باید از روش های مناسب استفاده شود. فرایند سختی گیری زمانی به صرفه است که TDS آب اولیه کمتر از ۷۰۰ ppm باشد وگرنه باید از آب شیرین کن های صنعتی استفاده شود. ۸۰ درصد آب های موجود در کره زمین، آب های سخت محسوب می شوند¹.

انواع سختی گیر های رزینی

1) سختی گیر رزینی نیمه اتوماتیک

سختی گیر ها وظیفه ی حذف املاح معدنی و املاح محلول در آب را بر عهده دارند. یون های کلسیم و منیزیم بر اثر حرارت تبدیل به رسوب کربنات شده و باعث خرابی و از بین رفتن تاسیسات می شود. تشکیل این رسوبات باعث کاهش راندمان تبادل حرارتی می شود. برای نرم کردن آب، روش های مختلفی وجود دارد که سخت گیری رزینی، متداول ترین آنهاست. در این روش، یون های منفی کلسیم و منیزیم با یون های مثبت سدیم جایگزین می شوند. برای نرم کردن آب، باید از روش های مناسب استفاده شود. فرایند سختی گیری زمانی به صرفه است که TDS آب اولیه کمتر از ۷۰۰ ppm باشد وگرنه باید از آب شیرین کن های صنعتی استفاده شود ¹ ². در سختی گیر رزینی نیمه اتوماتیک عملیات بک واش و احیای رزین باید باتوجه و نظارت اپراتور مربوطه انجام شود اما سختی گیرهای رزینی تمام اتوماتیک بدون نیاز به اپراتور قابلیت انجام فرایند احیا را دارا هستند.

دستگاه سختی گیر رزینی بر اساس پارامترهای زیر طراحی می شوند

سختی آب ورودی به سختی گیر برحسب PPM
مقدار گذر آب از دستگاه سختی گیر
ظرفیت مقدار رزین
آنیونی یا کاتیونی بودن رزین
زمان سیکل شست شو و احیا سیستم

2) سختی گیر رزینی تمام اتوماتیک

در سختی گیر های رزینی اتماتیک یک شیر به خصوص ، سر محفظه رزینی بسته می‌شود که به طور خودکار عمل احیای رزین را انجام می‌دهد . در سختی گیر های رزینی نیمه اتماتیک ( اصطلاحا دستی) کار احیا نیاز به یک اپراتور دارند . شیر احیای رزین بر اساس جریان یا زمان تنظیم می‌شوند . در تنظیم جریانی دوره احیای سختی گیر بر اساس جریان تنظیم می‌شود ، یعنی ممکن است در اثر جریان زیاد یک هفته دو بار و یا چند هفته یک بار احیا انجام شود .نوع دیگر بر اساس زمان تنظیم می شود مثلا برای سختی گیر های خانگی زمان متوسط هر شش روز یک بار زمان مناسبی است .

در مقایسه سختی گیر رزینی اتوماتیک و نیمه اتوماتیک باید بدانم که قیمت سختی گیر رزینی نیمه اتوماتیک از قیمت سختی گیر رزینی تمام اتوماتیک کمتر است و باتوجه به ظرفیت سختی گیر متفاوت است همچنین یکی از مهم ترین تمایز بین آنها در وجود شیر سلو ولو در آنهاست.

اکنون برای درک بهتر نحوه کارکرد سختی گیر رزینی نگاهی کوتاه به مراحل مختلف آن می اندازیم:

سرویس:

در مرحله سرویس، یون های سدیم موجود در بستر رزین کاتیونی، جای خود را با یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب تعویض می کنند و یون های کلسیم و منیزیم که باعث تشکیل رسوب کربنات کلسیم و کربنات منیزیم هستند، از آب خارج می شوند. به تدریج و با افزایش میزان یون های کلسیم و منیزیم در بستر رزین، این ماده اشباع شده و توان سختی گیری خود را از دست می دهد. در این صورت نشتی یون های کلسیم و منیزیم در آب خروجی از دستگاه رخ میدهد. برای حل این مشکل، سختی گیر باید به فاز شست و شو و احیا شود.

بک واش: در مرحله بک واش، جهت جریان آب معکوس می شود و آب در داخل سختی گیر رزینی از پایین به بالا حرکت می کند. این کار باعث انبساط بستر رزین و شناور شدن دانه های رزین شده و ضمن آماده سازی بهتر آنها برای احیا، ذرات معلق درگیر شده در داخل بستر رزین نیز از دستگاه سختی گیر خارج می شوند. مدت زمان بک واش دستگاه سختی گیر، معمولاً بین 5 تا 15 دقیقه و با دبی بین 12 تا 30 متر بر ساعت بوده و حجم مخزن رزین باید به گونه ای باشد که بستر رزین بتواند به میزان 50 درصد انبساط داشته باشد. زمانی بک واش پایان میابد که آب خروجی حاصل از بک واش، کاملاً تمیز و شفاف شده باشد.
کش محلول آب و نمک: مهمترین مرحله احیای دستگاه سختی گیر رزینی، مرحله مکش محلول آب و نمک در ستون رزین می باشد. در این مرحله با ورود محلول آب و نمک، فرآیند تبادل یودن معکوس می شود و یون های سدیم موجود در محلول، جایگزین یون های کلسیم و منیزیم جذب شده در بستر رزین می شوند. مدت زمان انجام عملیات مکش آب و نمک معمولاً 25 دقیقه طول می کشد. برای بهترین عملکرد رزین در مرحله سرویس بعدی، باید غلطت و مقدار مناسب نمک در آب تعیین شود.
شستشوی آهسته: پس از مکش آب و نمک، لازمست تا ستون رزین دوباره شستشو داده شود تا محلول آب و نمک بصورت کامل از دستگاه سختی گیر خارج شود. دبی شستشوی آهسته باید شبیه به دبی مکش محلول آب و نمک باشد تا فرصت کافی برای عبور آب از بین رزین ها فراهم باشد. مدت زمان شستشوی آهسته حدوداً بین 15 تا 20 دقیقه تنظیم می شود
شستشوی سریع:باید تمام املاح باقیمانده در ستون (یون های کلراید و سختی) بطور کامل از ستون رزین خارج شوند تا بتوان دستگاه سختی گیر رزینی را در وضعیت سرویس قرار داد . دبی شستشوی سریع دستگاه سختی گیر، مشابه دبی وضعیت سرویس بوده و بین 25 تا 30 دقیقه زمان می برد.

برای آگاهی کامل به مقاله طرز کار سختی گیر رزینی مراجع کنید.

اکنون که با سختی گیر رزینی آشنا شدین بهتر است با محاسبه حجم رزین و ظرفیت سختی گیر نیز آشنا شوید:

محاسبه ظرفیت سختی گیر:

برای محاسبه ظرفیت سختی گیر نیاز به دو مقدار دبی آب در گذر و سختی آب ورودی به سختی گیر رزینی داریم.

برای محاسبه ظرفیت می توانید از ماشین حساب کنفتک استفاده کنید.

محاسبه حجم رزین:

رزین‌های سختی‌گیر، مواد پلیمری با دانه‌بندی ریز، برای کاهش یا جلوگیری از سختی آب به‌کار می‌روند. این نوع رزین‌ها به منظور استفاده در دستگاه‌های سختی‌گیر از رزین سختی‌گیر کاتیونی تشکیل شده‌اند. هزینه رزین سختی‌گیر آب کاتیونی به توجه به برند، کیفیت و عمر محصول متفاوت است و در بازارهای جهانی با محدوده قیمتی 1 تا 5 دلار قرار دارد. این مبلغ در بازار ایران به دلیل نوسانات ارز در حال تغییر می‌باشد.

در فرآیندهای تبادل یونی، هم‌زمان با تعیین ظرفیت کیفی رزین (که به عنوان کل ظرفیت تبادل یونی شناخته می‌شود)، ظرفیت کمی آن نیز (که به عنوان ظرفیت عملیاتی یا ظرفیت ستون نامیده می‌شود) مشخص می‌شود. در مورد دستگاه‌های سختی‌گیر، این ظرفیت به صورت ppm (بخش‌ها در میلیون) معرفی می‌شود. به عبارت دیگر، این نشان می‌دهد که حجمی از رزین تصفیه‌کننده توانایی چه مقدار کاهش سختی آب (به عنوان مثال) را در یک جریان آب با دبی خاص و در دمای معین دارد.

در دستگاه‌های سختی‌گیر، از سیلیس نیز استفاده می‌شود و مقدار مورد نیاز سیلیس برای هر حجم رزین‌ها در جدول زیر قابل مشاهده است.