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.

رزين تبادل يوني 

رزين هاي تبادل يوني جايگزين مناسب تر و قابل انعطاف تري نسبت به زئوليت هاي طبيعي يا مصنوعي ميباشند. رزين تبادل يوني آنيوني و كاتيوني براي حذف يون هاي نامطلوب از محلول ها و گازها در فرايندهاي مختلف مانند تصفيه آب،تصفيه فاضلاب،حذف نيترات از منابع آبي آلوده، جداسازي كروماتوگرافيك، خشك كردن مواد، فرايندهاي خالص سازي در صنايع دارويي و ... به كار مي رود. فرايند تبادل يوني به تعويض يون ها بين ماده جامد رزين و محيط مايع گفته مي شود كه در آن تغيير پايدار در ساختار رزين جامد روي نمي دهد و فرايند برگشت پذير مي باشد. رزين هاي مبادله كننده يون براي تصفيه آب و فاضلاب و جداسازي مواد نامطلوب در بسياري از فرايندها استفاده مي شود.

رزين هاي تبادل يوني به دليل مزاياي زير براي حذف آلودگي ها مناسب مي باشند:

1- رزين هاي تبادل يوني ظرفيت و بازدهي بالايي براي حذف يون هاي با غلظت هاي پايين دارند.

2- رزين ها پايدار هستند و مي توانند به راحتي بازيافت شوند.

3- رزين ها در محدوده گسترده اي از دما پايدار هستند.

4- رزين هاي تبادل يوني در واحدهاي كوچك و بزرگ قابل استفاده است.

5- فرايند تبدل يوني با استفاده از رزين هاي كاتيوني و انيوني، فرايندي برگشت پذير است.

رزين هاي تبادل يوني عمدتا مواد پليمري غيرمحلولي هستند كه با روش پليمريزاسيون تعليقي با استفاده از استايرن و دي وينيل بنزن ساخته مي شود و حامل گروه هاي عاملي قابل تبادل مي باشند. اين يون ها مي توانند با مقدار معادل استوكيومتري از يون هايي با بار مشابه در محيط مبادله و جايگزين شوند.

در فرايند توليد پليمرهاي تبادل يوني آنيوني و كاتيوني تركيبات آلي پليمريزه مي شوند تا ماتريكس سه بعدي متخلخلي تشكيل دهند. يك ماده شيميايي به عنوان عامل ايجاد پيوندهاي متقابل در طي فرايند پليمريزاسيون (Polymerization) اضافه مي شود (مانند دي وينيل بنزن) تا ساختار سه بعدي رزين توليد شود. در نهايت رزين به صورت شيميايي فعال مي شود كه شامل واكنش ماتريكس پليمري با تركيبي است كه حاوي گروه عاملي با قابليت تعويض يوني مي باشد.

پليمرهاي تبادل يوني جايگزين مناسب تر و قابل انعطاف تري نسبت به زئوليت هاي طبيعي يا مصنوعي هستند. پليمرتبادل يوني آنيوني و كاتيوني براي حذف يون هاي نامطلوب از محلول ها و گازها در فرايندهاي مختلف مانند تصفيه آب (در تجهيزات سختي گير و ديونايزر)، تصفيه فاضلاب، حذف نيترات از منابع آبي آلوده، جداسازي كروماتوگرافيك، خشك كردن مواد، فرايندهاي خالص سازي در صنايع دارويي و ... به كار مي رود. فرايند تبادل يوني به تعويض يون ها بين ماده جامد رزين و محيط مايع گفته مي شود كه در آن تغيير پايدار در ساختار رزين جامد روي نمي دهد و فرايند برگشت پذير مي باشد. رزين هاي مبادله كننده يون براي تصفيه آب و فاضلاب و جداسازي مواد نامطلوب در بسياري از فرايندها استفاده مي شود.

پليمرهاي تبادل يوني به دليل مزاياي زير براي حذف آلودگي ها مناسب مي باشند:

1- رزين هاي تبادل يوني ظرفيت و بازدهي بالايي براي حذف يون هاي با غلظت هاي پايين دارند.

2- رزين ها پايدار هستند و مي توانند به راحتي بازيافت شوند.

3- رزين ها در محدوده گسترده اي از دما پايدار هستند.

4- رزين هاي تبادل يوني در واحدهاي كوچك و بزرگ قابل استفاده است.

5- فرايند تبدل يوني با استفاده از رزين هاي كاتيوني و انيوني، فرايندي برگشت پذير است.

پليمرهاي تبادل يوني شامل رزين هاي كاتيوني، رزين هاي آنيوني و رزين هاي كيلاتي مي باشد. رزين هاي كيلاتي عملكردي شبيه به رزين هاي كاتيوني ضعيف دارند اما انتخاب گري بالايي نسبت به كاتيون فلزات سنگين دارند.

انواع رزين هاي تبادل يوني آنيوني و كاتيوني

رزينها برحسب گروه عامل تعويض متصل به پايه پليمري رزين به چهار دسته تقسيم ميشوند:

_ رزين هاي كاتيوني قوي،

_ رزين هاي كاتيوني ضعيف،

_ رزين هاي آنيوني قوي،

_ رزين هاي آنيوني ضعيف،

رزين هاي تبادلي شامل دو دسته كلي رزين هاي تبادلي كاتيوني و رزين هاي تبادل آنيوني هستند. رزين هاي حاوي كاتيون هاي قابل تبادل، رزين كاتيوني مينامند و رزين هاي حاوي آنيون هاي قابل تبادل، رزين هاي آنيوني مينامند. رزين هاي آنيوني جذب يون هاي منفي و رزين هاي كاتيوني جذب يون هاي مثبت را بر عهده دارند.