سختي گير 

سختي‌گير آب يكي از تجهيزات بسيار كاربردي تصفيه آب بخصوص در سيستم‌هاي تصفيه آب ورودي ساختمان است كه به وسيله فرآيند تبادل يوني، عوامل ايجاد سختي آب مانند كلسيم و منيزيم را از آن حذف مي‌كند. هدف استفاده از سيستم‌هاي سختي‌گير، حذف مشكلات به وجود آمده توسط آب سخت است . سختي آب سبب ايجاد رسوب در سيستم لوله كشي منزل شده كه باعث گرفتگي لوله‌ها و كاهش فشار آب است. سختي آب همچنين سبب كاهش چشمگير طول عمر وسايلي نظير ماشين لباسشويي، ماشين ظرفشويي، دستگاه‌هاي قهوه‌ساز و نيز يخساز مي‌شود. مشكلات ايجاد شده در اثر سختي آب با افزايش درجه حرارت آب بيشتر بروز پيدا مي‌كنند. هرچه درجه حرارت آب بيشتر باشد، رسوبات ناشي از كلسيم و منيزيم موجود در آب بيشتر مي‌شوند.

سختي‌گير چگونه كار مي‌كند؟

سختي‌گير توسط فرآيند تبادل يوني، يون‌هاي كلسيم و منيزيم را از آب حذف مي‌كند. وقتي آب وارد مخزن حاوي املاح معدني مي‌شود، از بستر دانه‌هاي كروي شكلي به نام رزين عبور مي‌كند. رزين ها معمولا از مواد پليمري به نام پلي‌استايرن ساخته شده كه توسط يون سديم، باردار شده‌اند. دانه‌هاي رزين بار منفي داشته و يون‌هاي كلسيم و منيزيم حاوي بار مثبت ميباشند. بارهاي مخالف يكديگر را جذب مي‌كنند، بخش منفي مواد معدني موجود در آب به بخش مثبت رزين جذب مي‌شود. با عبور آب سخت از بستر رزين، عوامل سختي آب به رزين جذب شده و بدين شكل از آب حذف مي‌شوند. با جذب اين يون‌ها، يون‌هاي سديم موجود در سطح رزين در آب آزاد مي‌شوند. بنابراين با اين فرآيند آب به طور كامل سختي‌گيري شده و آب نرم در لوله‌ها جريان مي‌يابد.

سختي‌گير آب از چه اجزايي تشكيل شده است؟

يك سيستم سختي‌گير رزيني از سه بخش اصلي تشكيل مي‌شود؛ يك شير كنترلي، يك مخزن براي نگهداري رزين و يك مخزن آب نمك. اين سه جز در كنار هم به حذف عوامل سختي آب پرداخته، جريان آب عبوري را كنترل كرده و به صورت دوره‌اي طي فرآيند احيا، سيستم را تميز مي‌كنند.

مخزن نگهداري رزين سختي‌گير

در دستگاه تصفيه آب رزيني، سختي آب در اين مخزن از بين مي‌رود. آب با ورود به اين مخزن از بستر رزين‌هاي موجود در آن عبور كرده، سختي‌گيري شده و يون‌هاي كلسيم و منيزيم حذف شده در آن باقي مي‌مانند.

شير سختي‌گير

شير سختي‌گير وظيفه اندازه‌گيري ميزان جريان عبور آب از مخزن سختي‌گير را به عهده دارد. اين شير بسته به مدل آن مي‌تواند بر اساس حجم عبور آب و يا زمان عبور آب كار كند. با عبور آب سخت از بستر رزين، رفته رفته رزين‌هاي موجود در بستر از يون‌هاي منيزيم و كلسيم اشباع شده و سختي‌گيري از آب دشوارتر و در مدت زمان بيشتري صورت مي‌گيرد. شير سختي‌گير با اندازه گيري ميزان عبور آب و يا زمان كاركرد دستگاه، زمان شروع عمليات احيا را تشخيص داده و اين فرآيند را آغاز مي‌كند. با توجه به نحوه كاركرد شير سختي‌گير، اين شير بر اساس پارامترهاي مختلفي مانند ميزان سختي آب ورودي، حجم آب عبوري از بستر سختي‌گير، تعداد افراد استفاده‌كننده از آب تصفيه‌شده به وسيله سختي‌گير و ... قابل برنامه‌ريزي است كه اين عمل بايد توسط اپراتور تصفيه آب و در هنگام نصب سيستم سختي‌گير انجام شود.

مخزن آب نمك سختي‌گير

مخزن آب نمك معمولا يك مخزن پلي اتيلني است كه نسبت به مخزن نگهداري رزين ارتفاع كمتري داشته و در آن محلول بسيار غليظي از آب و نمك قرار مي‌گيرد. شير سختي‌گير با شروع عمليات احيا از اين محلول بسيار غليظ استفاده كرده و رزين‌هاي سختي‌گير را احيا مي‌كند تا مجددا توانايي آنها در حذف سختي آب افزايش يابد.

اسمزمعكوس 

اسمزمعكوس (Reverse Osmosis) فرايند تصفيه آبي است كه در آن از فشار براي معكوس نمودن جريان اسمزي آب از درون يك غشاي نيمه‌تراوا براي توليد آب خالص و حذف يون‌ها، مولكول‌ها و ذرات بزرگتر حل شده در آب استفاده مي‌شود. اگر يك غشاي نيمه‌تراوا بين دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گيرد آب به صورت طبيعي و تحت خاصيت اسمزي از غلظت پايين‌تر به غلظت بالاتر جريان پيدا ميكند. اين پديده تا هنگامي كه پتانسيل‌هاي شيميايي دو طرف برابر گردند ادامه دارد. در حالت تعادل اختلاف فشار بين دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزي است. اگر فشاري برابر با اختلاف فشار اسمزي به محلول غليظ‌تر اعمال گردد جريان آب قطع ميشود. در صورتي‌كه فشار اعمال شده بيشتر از فشار اسمزي باشد، جهت جريان طبيعي آب، معكوس ميگردد.

در اين روش آب با فشار از ميان غشايي گذرانده مي‌شود كه نيترات و ساير مواد معدني و بسياري از مواد شيميايي و ميكروارگانيسم‌ها (عمدتاً باكتري‌ها) را حذف مي‌كند. نيم تا دو سوم آب پشت اين غشا باقي مي‌ماند كه به عنوان آب پسمانده (Concentrate) دور ريخته مي‌شود. مي‌توان پسماند خروجي را مجدداً به سيستم بازگرداند تا در مصرف آب صرفه جويي به عمل آيد. اگر پسآب خروجي كه نيم تا دو سوم آب را تشكيل مي‌دهد در يك سيكل چرخشي وارد شود مي‌توان راندمان سيستم را افزايش داد.

همچنين بهترين روش نمك زدائي از آب‌هاي شور استفاده از فرايند اسمزمعكوس مي‌باشد، زيرا سيستم پيچيده‌اي نداشته و راهبري آن قابليت كنترل بيشتري از ديگر روش‌ها دارا مي‌باشد و با توجه به توسعه روش‌هاي پيشرفته توليد غشاهاي پليمري، به‌كارگيري اين روش، توجيه بيشتري دارد.

كارخانه آب شيرين كني به روش اسمز معكوس

صنايع امروز براي تصفيه آب مورد استفاده در بخش‌هاي توليد بخار و فرايند خود از سيستم اسمزمعكوس به فراواني استفاده مي‌كنند. اساس كار اين دستگاه‌ها بر عبور مولكول‌هاي غير يوني مثل آب از يك غشاء با روزنه‌هاي بسيار ريز بنا شده‌است. اين غشاءها به صورتي ساخته شده‌اند كه مولكول‌هاي خنثي را به راحتي از خود عبور مي‌دهند. به همين دليل آب ورودي به سيستم، كه داراي املاح مختلف است به آب تقريباً خالص تبديل مي‌گردد. در سيستم اسمزمعكوس، جريان ورودي يا خوراك (Feed) به دو جريان آب تصفيه شده (Permeate) و پساب غليظ (Concentrate) يا (Brine) تبديل مي‌شود. سيستم اسمزمعكوس كه به واسطه فيلتري كه به آن ممبران يا غشاء گفته مي‌شود عمليات جداسازي مولكول را انجام مي‌دهد. به اين صورت كه غشاء يا لايه‌هاي به هم تابيده شده به دور يك لوله استوانه اي كه بيشتر از جنس پلاستيك است با روزنه‌هايي كه اندازه آن‌ها از يك ده هزارم ميكرون كوچكتر هستند آلاينده‌هاي آب را جداسازي مي‌كند. اين آلاينده‌هاي آب شامل نيترات، انگل، باكتري، قارچ، سموم كشاورزي، نمك و ساير املاح محلول آلوده‌كننده مي‌باشند.

اساس كار اسمزمعكوس

اگر يك غشاء نيمه تراوا (Semi-Permeable Membrane) بين دو محلول با غلظت هاي متفاوت قرار گيرد، مقداري از حلال (رقيق) از يك طرف غشاء به طرف ديگر منتقل مي شود. غشاء معمولا از جنس استات سلولوز و يا پلي آميد است. البته امروزه غشاء را از مخلوط استات سلولوز و تري استات سلولوز مي سازند.جهت طبيعي حركت حلال به گونه اي است كه محلول غليظ تر، رقيق مي شود.

اگر به سيستم اجازه رسيدن به تعادل داده شود، در آن صورت سطح آب نمك ( آب حاوي ناخالصي ) از سطح آب خالص بالاتر خواهد رفت. اين اختلاف سطح در دو طرف غشاء را فشار اسمزي مي گويند. در واقع تنها مولكولهاي آب قادر به عبور از غشاء نيمه تراوا هستند.

تكنولوژي اسمز معكوس در دستگاه هاي تصفيه آب خانگي

هر دستگاه تصفيه آب اسمزمعكوس ( خانگي و يا صنعتي ) به صورت ساده شامل قسمتهاي زير است:

• غشاء نيمه تراوا ( ممبرين )
• پمپي كه بتواند فشار لازم آب ورودي به سيستم را تامين كند.
• خروجي پساب ( فاضلاب )

در دستگاههاي اسمزمعكوس خانگي ، آب خام ( تصفيه نشده ) پس از عبور از سه فيلتر اوليه ( پيش فيلتر ها ) و انجام تصفيه اوليه ، با فشار پمپ وارد محفظه اي كه حاوي ممبرين RO است مي شود. ممبرين از چندين لايه غشاء نيمه تراوا كه به دور يك لوله مركزي پيچيده شده اند تشكيل شده است.