منابع سختی آب

منبع اصلی سختی در آب های طبیعی کلسیم و منیزیم، سنگ آهک و کانی های کربناتی، همچون دولومیت می باشد. حضور کربن دی  اکسید جو در آب باران، انحلال کانی های کربناتی را در آب های سطحی شتاب می بخشد. با نفوذ آب در خاک، کربن دیو کسید حاصل از تنفس میکروبی در آب حل می شود. سختی آب های زیر زمینی در آبخوان هایی که در سازندهای سنگ آهکی واقع شده اند، بسیار زیاد است. سختی آب های زیر زمینی، بیشتر از آب های سطحی و سختی آب های مناطق خشک، بیشتر از مناطق پر باران است. گاهی نیز تغییرات فصلی در مقدار سختی آب رودخانه ها مشاهده می شود، که بیشترین مقدار آن مربوط به شرایط کم جریانی و کم ترین مقدار مربوط به جریان سیلابی است.

در بسیاری از آب های طبیعی، چون سختی آن ها از انحلال کانی های کربناتی ناشی شده است، مجموع غلظت های نرمال کلسیم و منیزیم آن ها تقریباً مساوی قلیائیت آن ها (مجموع غلظت های نرمال کربنات و بی کربنات) است. البته آب هایی نیز وجود دارند که سختی آن ها بیشتر از قلیائت شان و برعکس است.

سختی آب های طبیعی از صفر تا بیش از CaCO3 as mg/L 10.000 متغیر است، لیکن سختی بیشتر آب ها کم تر از CaCO3 as mg/L 1.000 است. متوسط سختی آب های اقیانوسی حدود CaCO3 as mg/L 65.000 است.

طبقه بندی سختی آب

سختی آب به دو طریق تقسیم بندی می شود، که عبارت است از:

• نسبت به یون های فلزی عامل سختی
• نسبت به آنیون های مرتبط با یون های فلزی

چون کلسیم و منیزیم بخش اعظم سختی را در آب های طبیعی تشکیل می دهند، گاهی اطلاع از مقادیر سختی کلسیم و سختی منیزیم، به طور مجزا، ضروری است. به عنوان مثال، برای تعیین دوز آهک و سدیم کربنات لازم برای فرایند سختی زدایی به روش رسوب دهی، ابتدا باید مقادیر سختی های کلسیم و نیزیم را به دست آورد. در آب های طبیعی، معمولاً سختی کلسیم، گونه غالب (تا 70 رصد کل سختی) است، ولی در بعضی از آب ها مقدار سختی منیزیم ممکن است به 50 تا 60 درصد سختی کل برسد.

سختی کربناتی، آن بخش از سختی است که با انحلال نمک های کربنات و بی کربنات وارد آب می شود. به عبارت دیگر، آنیون های مرتبط با سختی کربناتی را یون بی کربنات و کربنات تشکیل می دهند. سختی غیر کربناتی، آن بخش از سختی است که مرتبط با دیگر آنیون های محلول (به جزء آنیون های کربنات و بی کربنات)، به ویژه آنیون های کلراید و سولفات است. از تفاضل مقادیر کل سختی و سختی کربناتی، مقدار سختی غیر کربناتی به دست می آید.

در آب های طبیعی که کل قلیائیت آن ها کم تر ازکل سختی است، سختی کربناتی مساوی کل قلیائیت است. این بدان معنی است که مجموع غلظت های نرمال کاتیون های عامل سختی بیشتر از مجموع غلظت های نرمال آنیون های عامل قلیائیت (عمدتاً کربنات و بی کربنات) است و در این آب ها مقادیر قابل توجهی از آنیون های سولفات و کلرید وجود دارد. در آب هایی که کل قلیائیت آن ها مساوی یا بیشتر از کل سختی است، سختی کربناتی مساوی کل سختی است. در چنین آب هایی، مجموع غلظت های نرمال آنیون های عامل قلیائیت مساوی یا بیشتر از مجموع غلظت های نرمال کاتیون های عامل سختی است و در این ب ها مقادیر قابل توجهی از کاتیون های سدیم و پتاسیم وجود دارند.

اگر آب حرارت داده شود به دلیل خروج کربن دی اکسید از آب، آنیون بی کربنات تفکیک شده و آنیون کربنات تولید می شود. آنیون کربنات نیز با عامل سختی، رسوب تشکیل می دهد. هنگام خروج CO2 بر اثر حرارت دادن آب، واکنش پیشرفت کرده و کلسیم کربنات تولید می شود. سختی کربناتی را به علت رسوب دهی بر اثر حرارت، سختی موقت نیز می نامند. رسوب دهی سختی کربناتی بر اثر حرارت، موجب جرم گاری در جداره دیگ های بخار، لوله های آب گرم، سماور و غیره می شود. سختی باقی مانده پس از جوشاندن آب را سختی دائم نیز می نامند. باید توجه داشت که با جوشاندن آب به مدت کافی، نمی توان سختی کربناتی را به طور کامل حذف کرد، که این به علت حل پذیری ناچیز کلسیم کربنات و منیزیم کربنات حل پذیری کلسیم کربنات، کم تر از منیزیم کربنات است، به طوری که در غیاب کربین دی اکسید محلول، کلسیم کربنات در حدود mg/L 14 و منیزیم کربنات در حدود mg/L 80 در آب حل می شود.

سختی آب چه اثراتی روی دستگاه های گرمایشی مانند آبگرمکن و پکیج دارد؟

برای درک بهتر این موضوع، یک سماور رو در نظر بگیرید:

روز اولی که آن را خریداری می کنید کاملا براقه است و هیچ گونه رسوبی ندارد. اما زمانی که آب داخل سماور ریخته می شود و آب به دمای بخار می رسد، آب داخل سماور بخار می شود اما سختی آب قابل بخار شدن نیست. بنابراین ناچارا باید ته نشین شود و با به بدنه سماور بچسبد. همین موضوع هم دقیقا داخل لوله های مبدل آبگرمکن و پکیج صدق می کند و با جمع شدن رسوبات داخل لوله های مبدل، میزان خروجی آب کم می شود.

مدت زمان رسوب گذاری به دو عامل بستگی دارد، که عبارت است از:

• هر چه قدر سختی آب بیشتر باشد، رسوب گذاری سریع تر اتفاق می افتد.
• هر چه قدر سطح داخلی لوله های مبدل از حالت صیقلی خارج شود، رسوب گذاری زود تر انجام می شود.

اما اگر مبدل رسوب بگیرد دو مشکل اصلی به وجود می آید، که عبارت است از:

• ·        مشکل مستقیم

رسوبات آب مانند عایق عمل می کند و لایه ای نازک بین لوله مبدل و آب به وجود می آورد. این عایق باعث می شود آب داغ نشود و راندمان مبدل پایین بیاید.

• ·        مشکل غیر مستقیم

با رسوب گرفتن مبدل، ناچار به جرم گیری می شویم و با هر بار جرم گیری مبدل نازک تر می شود و سطح صیقلی لوله ها از بین می برد.

با از بین رفتن سطح صیقلی لوله ها اولا رسوب گذاری در دفعات بعدی خیلی سریع تر اتفاق می افتد، دوما باعث نازک تر شدن و سوراخ شدن مبدل می شود که معمولا هزینه زیادی برای مصرف کننده دارد.