سختی گیر رزینی Water Softener



مفهوم سختی آب (Hardness):

به بخشی از مواد و فلزات محلول در آب  كه ماهیت رسوبی دارند واز تركیبات آهن، منگنز، استرانسیم، آلومینیوم و به خصوص كلسیم و منیزیم بوجود می‌‌آیند گویند كه 4 مواد اول دارای نسبت بسیار كمتری در آب می‌‌باشند. بنابراین برای تمام مقاصد عملی می‌‌توان سختی كل را برابر با مجموع یونهای كلسیم و منیزیم دانست. البته در آبهای طبیعی معمولاً غلظت كلسیم حدود 2 برابر منیزیم است در حالی كه در آب دریا غلظت منیزیم حدود 5 برابر كلسیم می‌‌باشد.
اما به طور كلی سختی آب را می‌‌توان به دو بخش موقت یا دائم طبقه بندی نمود:

- سختی موقت آب (سختی كربناتی) :در حقیقت املاح بی‌كربنات كلسیم و منیزیم است كه در اثر حرارت دادن از حالت محلول به صورت غیر محلول و در نتیجه به رسوب تبدیل می‌‌شود.

سختی گیر

- سختی دائم (غیر كربناتی): املاح سولفات، كلراید، نیترات و غیره با كلسیم و منیزیم است كه در اثر حرارت دادن رسوب نمی‌كند.
* تمامی آبهای طبیعی حاوی غلظتهای مختلفی از نمكهای محلول هستند كه این نمكها در آب تفكیك شده و یونهای باردار بوجود می‌‌آورند. یونهای دارای بار مثبت كاتیون و یونهای دارای بار منفی آنیون نامیده می‌‌شوند.
واحد سختی در كشورهای مختلف بصورت زیر است.
1- فرانسه: هر واحد سختی برابر است با یك گرم گربنات كلسیم در 100 لیتر آب (10 میلی‌گرم در لیتر)
2- انگلیس: برابر است با یك گرم كربنات كلسیم در 70 لیتر آب (14.3 میلی‌گرم در لیتر Grain)
3- ایران و آمریكا: برابر است با یك گرم كربنات كلسیم در 100 لیتر آب (1 میلی‌گرم در لیتر PPM)
4- آ4- آلمان: عبارتست از معادل یك گرم كربنات كلسیم در 56 لیتر آب (17.8 میلی‌گرم در لیتر)

رده‌بندی سختی آب بر حسب>

نوع آب

0-75

سبك

75-150

نسبتاً سخت

150-300

آب سخت

>300

خیلی سخت



مضرات سختی:
بطور كلی سختی موجود در اب باعث مشكلاتی درسیستمهای تاسیستهاتی و صنعتی می‌‌شوند كه عبارتند از:
1- ایجاد رسوب در دیگهای بخار فشار بالا، كه باعث كاهش راندمان بر اثر انتقال حرارت پایین و در نتیجه بالا بردن دمای كاری دیگ توسط كاربر برای جبران كسری انتقال حرارت و به تبع آن افزایش مصرف سوخت، كاهش تولید یا تركیدگی آن بر اثر بیش از حد گرم شدن سطوح فلزی (Hotspot) ،خرابی زود هنگام دیگ و توقفهای ناخواسته آن خواهد شد.بنابراین برای آب خوراك دیگهای فشار بالا و بسیاری از سیستمهای فرآیندی، لازم است كلیه یونهای دی اكسید كربن و سیلیكا نیز تقریباً حذف گردند.
2- ایجاد رسوب در برجهای خنك كن، چیلر و سایر سیستمهای حرارتی و برودتی و كاهش راندمان آنها و یا از كار افتادن كل سیستم
3- بعلت سختی موجود در آب، قدرت شویندگی انواع مواد صابونی كاهش می‌‌یابد بطوریكه بازدهی شوینده‌ها در آب سخت نصف بازدهی آنها در آب نرم است.
4- در صنایع نساجی و رنگرزی باعث افت كیفیت رنگ می‌‌شود.
5- سختی بیش از اندازه سختی در آب شرب (بیش از 500 PPM) برای سلامتی انسان مضر بوده و تشكیل انواع سنگهای كلیه، مثانه و سوء هاضمه از آن جمله می‌‌باشد.
 
كاهش سختی آب
همانطوریكه گفته شد به علت مضرات سختی محلول در آب برای انواع سیستمهای تاسیساتی و صنایع باید آنرا توسط روشهای موجود كاهش یا حذف نمود. فرآیندهای متداول در نرم نمودن آب شامل ته نشینی شیمیایی( فرآیند آهك Lime، فرآیند كربنات كلسیم Soda Ash و فرآیندسود سوزآور Caustic Soda)و تبادل كننده یونی می‌‌باشد كه نرم‌كننده‌های خانگی منحصراً واحدهای مبادله كننده یونی می‌‌‌باشد.

تبادل كننده یونی(رزین ها): رزین‌های تعویض یونی ذرات جامدی هستند كه می‌‌توانند یونهای نامطلوب در محلول را با همان میزان از یونهای مطلوب مشابه جایگزین نماید. رزینهای مصنوعی از نوع سیلیكات آلومینیوم می باشند و به رزینهای معدنی زئولیت گویند كه در طبیعت بصورت سنگهایی یافت می‌‌شود كه می‌‌توانند كار زئولیت سنتزی را انجام دهند. این مواد, یونهای سختی‌آور آب (كلسیم و منیزیم) را حذف كرده و به جای آن یون سدیم آزاد می‌‌كنند و از این رو به زئولیتهای سدیمی مشهورند.

سختی گیر سختی گیر


* استفاده از آبهای گل آلود و دارای مواد معلق و همچنین آبهایی كه دارای املاح آهن، منگنز، مس و دیگر فلزات سنگین می‌باشند، رزینهارا فرسوده و آبدهی دستگاه سختی گیر را كم می‌كنند. بنابراین توصیه می‌شود قبل از ورود آب به داخل دستگاه, مواد معلق در آب توسط دستگاه فیلتر شنی جدا شده و برای كاهش املاح فلزات سنگین تدابیر لازم بكار گرفته شود.

دستگاه سختی گیر:
متداولترین روش برای حذف سختی آب، استفاده سختی‌گیرهای رزینی می‌باشد.
دستگاههای سختی‌گیر مورد استفاده در تصفیه آب، بیشتر به صورت استوانه فلزی هستند, به طوری كه در داخل آن، ذرات رزین را قرار می‌‌دهند و داخل سطوح آن با اپوكسی پوشش داده شده است تا از خوردگی آن جلوگیری و باعث افزایش عمر دستگاه گردد.

سختی گیر


برای نگهداری وجلوگیری از خروج رزینها در قسمت پایین دستگاه و در زیر رزینها از یك صفحه مشبك و یك بستر سیلیس استفاده می‌‌شود. عمق رزین معمولاً بین 3- 0.5 متر انتخاب می‌‌گردد و بر حسب نوع رزین، 50 تا 100 درصد از حجم رزین، فضای خالی برای انبساط رزین در نظر گرفته می‌‌شود.
* میزان جریان را معمولا در حدود 1-0.2 متر مكعب در دقیقه به ازای هر متر مكعب از حجم رزین در نظر می‌‌گیرند.
هر چند كه حداكثر دبی جریان ورودی به واحدهای رزین تعویض یونی به علت افت فشار محدود می‌‌شود ولی حداقل دبی جریان به علت كانالیزه شدن (Channelive) نمی‌تواند خیلی كم باشد زیرا كانالیزه شدن باعث می‌‌شود كه قسمتی از زرین بدون استفاده باشد. از این رو سرعت آب از بستر زرین باید حدود یك متر در ساعت باشد.
بستر رزین می تواند ثابت(Fixed) ویا شناور (Fluidizebed) باشد. در نوع بستر ثابت حجم رزین‌های داخل دستگاه انبساطی ندارد و آب ورودی از بالای دستگاه وارد شده و بیشترین تبادل یونی در قسمتهای بالای بستر رزین انجام می‌‌شود و در قسمتهای پایین بستر تصفیه نهایی انجام می‌‌شود كه تعیین كننده درجه خلوص آب خروجی از تعویض كننده می‌‌باشد. با افزایش زمان سرویس، رزینهای بالای بستر اشباع شده و تبادل یونی در لایه‌های پایین ستون بستر انجام می‌‌شود كه در نهایت زمانی فرا می‌‌رسد كه بقیه ستون بستر برای تعویض یون كافی نمی‌باشد و در نتیجه در آب خروجی از تعویض كننده، یونهای ناخالص جذب نشده مشاهده خواهد شد كه معرف پایان سرویس دستگاه می‌‌باشد. در این حالت، زمان احیاء نمودن رزینها فرا می‌‌رسد.
از نظر كاربری، دستگاه سختی‌گیر دارای سه مدل كنترل دستی، نیمه اتوماتیك و اتوماتیك (برقی) می‌‌باشد. در كنترل دستی تمام مراحل شتشوی معكوس، احیاء و سرویس دستگاه از طریق شیرهای دستی توسط اپراتور انجام می‌‌شود. اما در كنترل تمام اتوماتیك (برقی)كلیه مراحل فوق توسط شیر اتوماتیك كنترل شده و انسان در كاربری آن دخالت چندانی ندارد. دركنترل نیمه اتوماتیك، شیر نیمه اتوماتیك بصورتی طراحی گردیده است كه تمام وظایف را بصورت بسیار ساده انجام می‌‌دهد و كاربر فقط با قرار دادن اهرم آن در یكی از سه وضعیت شستشوی معكوس، احیاء و یا سرویس دهی، دستگاه را تنظیم می‌نماید. تقریبا اكثر سختی گیرهای موجود در صنعت دارای سیستم كنترل نیمه اتوماتیك می‌باشد كه سختی‌گیرهای ساخت شرکت تولیدی مبدل سازان مبنا نیز از نوع نیمه اتوماتیك با شیرهای سلو والو می‌باشد.طریقه كاركرد شیرهای سلووالو در زمان احیا بصورت زیر می‌باشد:

سختی گیر سختی گیر


احیاء رزین:
شماره 1 (شستشوی معكوسBackwash) : در این حالت آب از زیر مخزن به داخل دستگاه وارد شده و از صفحات مشبك عبور كرده و از زیر به رزینها برخورد می‌نماید. پس از عبور آب از لابلای دانه‌های رزین، رزین دچار انبساط حجمی‌گردیده و جهت احیا و سرانجام سرویس دهی دستگاه آماده می‌گردد. زمان احیا رزین معمولاً بین 5 تا 10 دقیقه متغیر می‌باشد.
وضعیت شماره 2 (احیا Regeneration) :پس از اتمام مرحله شستشوی معكوس، شیر را در این وضعیت قرار داده و سپس شیر فلكه منبع نمك را باز می‌نماییم تا آب نمك مورد لزوم از طریق اژكتور شیر از تانك نمك مكیده و از قسمت بالای مخزن به آن وارد شود. در هنگام تزریق آب نمك تبادل یونی ما بین رزین ونمك (Nacl) انجام شده و رزین احیا می‌شود.
پس از تزریق آب نمك شیر فلكه آب نمك را بسته و در این حالت منتظر بمانید تا آب خروجی از لوله فاضلاب دستگاه از حالت شوری خارج شود.
وضعیت شماره 3 (سرویس دهی دستگاه Run): پس از شستشوی رزین با آب نمك و تست مجدد آن باكیت سختی، اهرم شیر را در وضعیت شماره 3 قرار داده تا دستگاه برای شروع بكار آماده و آب سخت به آب نرم تبدیل شود. طریقه محاسبه:
ابتدا سختی متوسط و مقدار رزین را از فرمولهای زیر محاسبه نموده و برحسب آن در جدول , مدل مورد نظر را بدست می آوریم.
 
سختی گیر
سختی گیر

T: زمان سیكل شستشو برحسب ساعت (در جدول زیر 8 ساعت كاری در نظر گرفته شده)
PPM: سختی موجود در آب (در جدول زیر 250 در نظر گرفته شده)

انتخاب سختی گیر

 

MODEL

Exchange

Capacity

( Kgrain )

Flow

Rate

(GPM)

Resin

Content

( Lit )

Salt Dosge

( Kg )

Pipe Sizing (in)

Tank Dimension

(mm)

Min

max

MSWS.1

18.5

31

4

22.5

9

3/4

305*1000

MSWS.2

34

63

5

44

11

3/4

340*1000

MSWS.3

45

81

6.5

58

14.5

3/4

300*1500

MSWS.4

51

94

7.5

67

16.5

3/4

320*1500

MSWS.5

62

113

9

80

20

1

365*1500

MSWS.6

79

144

11.5

102

25.5

1

415*1500

MSWS.7

93

170

13.5

120

30

1

450*1500

MSWS.8

104

188

15

134

33

1

480*1500

MSWS.9

117

214

17

151

37.5

1

510*1500

MSWS.10

131

239

19

170

42

1

540*1500

MSWS.11

145

264

21

188

46.5

1

560*1500

MSWS.12

166

302

24

214

53

1 1/4

605*1500

MSWS.13

207

377

30

268

66

1 1/2

685*1500

MSWS.14

243

440

35

312

77

1 1/2

730*1500

MSWS.15

277

504

40

357

88

1 1/2

765*1500

MSWS.16

312

567

45

402

100

1 1/2

830*1500

MSWS.17

347

630

50

446

110

1 1/2

860*1500

MSWS.18

381

693

55

490

120

1 1/2

925*1500

MSWS.19

415

755

60

535

132

1 1/2

835*2000

MSWS.20

443

806

64

570

141

1 1/2

860*2000

MSWS.21

485

881

70

624

154

2

895*2000

MSWS.22

520

945

75

669

165

2

920*2000

MSWS.23

589

1070

85

758

187

2

985*2000

MSWS.24

658

1196

95

847

210

2 1/2

1050*2000

MSWS.25

727

1322

105

936

230

2 1/2

1100*2000

MSWS.26

797

1448

115

1025

253

2 1/2

1150*2000

MSWS.27

866

1575

125

1115

275

2 1/2

1200*2000

MSWS.28

970

1760

140

1275

308

2 1/2

1250*2000

MSWS.29

1039

1889

150

1340

303

3

1300*2000