سختی آب چیست

سختی آب به میزان یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب گفته می شود. این یون ها به صورت املاح معدنی در آب حل می شوند و می توانند باعث ایجاد مشکلاتی مانند ایجاد رسوب، کاهش کارایی تجهیزات و آسیب به پوست و مو شوند. در حالت های فوق اشباع کاتیونهای با آنیونها واکنش داده و رسوب جامد ایجاد می کنند. مقدار سختی ممکن است از صفر تا چند هزار در لیتر باشد. حد مورد قبول سختی بستگی به نوع مصرف آب دارد.

سختی آب ( Water Hardness) در واقع به دلیل وجود کاتیون های دو ظرفیتی و یا بیشتر، در آب میباشد. قابل ذکر است که از مهم ترین فلزات دو ظرفیتی موجود در آب می توان از کلسیم و منیزیم نام برد. همچنین آهن، منگنز و آلومینیوم در آب های سطحی در غلطت های بسیار کم موجود می باشد. این نکته نیز قابل ذکر است که اغلب آب های زیر زمینی به علت تماس بیشتر با منابع کربناتی از نظر سختی آب غلظت بیشتری را در مقایسه با آب های سطحی خواهند داشت.

درجه سختی آب

درجه سختی آب به میزان یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب گفته می شود. این یون ها به صورت املاح معدنی در آب حل می شوند و می توانند باعث ایجاد مشکلات و اثرات مختلفی شوند.

سختی آب به دو نوع موقت و دائم تقسیم می شود. سختی موقت ناشی از وجود بی کربنات کلسیم و منیزیم در آب است. این نوع سختی با جوشاندن آب از بین می رود. سختی دائم ناشی از وجود کلسیم و منیزیم به صورت سولفات، کلرید و نیترات است. این نوع سختی با جوشاندن آب از بین نمی رود.

میزان سختی آب با واحد ppm یا میلی گرم در لیتر اندازه گیری می شود. میزان سختی آب در مناطق مختلف متفاوت است. به طور کلی، آب مناطقی که دارای سنگ آهک هستند، سخت تر است.

انواع سختی آب

به طور کلی دو نوع سختی در آب وجود دارد: 1 – سختی موقت آب 2- سختی دائم آب. اما بپردازیم به تعریف این دو نوع سختی موجود در آب.

1. سختی موقت آب : سختی آب به صورت موقت مربوط به وجود کربنات و بی کربنات های کلسیم و منیزیم است. به این دلیل که در مجاورت حرارت ایجاد رسوب می کند و از آب خارج می شود به آن سختی موقت آب گفته میشود. مثلا رسوبات چسبیده به جداره سماور از این نوع سختی محسوب میشوند.
2. سختی دائم آب : سختی آب به صورت دائم مربوط به سولفات ها، کلرور ها و نیترات های کاتیون های دو ظرفیتی و بالاتر است. با توجه به اینکه با حرارت دادن این نوع سختی از آب خارج می شود به آن سختی دائمی می گویند. در نهایت سختی کل به مجموع سختی های موقت و دائم آب اطلاق می گردد. واحد سختی ppm یا mg/L CaCO3 است.

در زیر انواع آب از نظر میزان سختی دسته بندی شده است.

• آب سبک (Soft Water): آبی که میزان سختی آن بین 5 تا 60 میلی گرم بر لیتر باشد.
• آب متوسط (Moderately Hard Water): آبی که میزان سختی آن بین 60 تا 120 میلی گرم بر لیتر باشد.
• آب سخت (Hard Water): آبی که میزان سختی آن بین 120 تا 180 میلی گرم بر لیتر باشد.
• آب خیلی سخت (Very Hard Water): آبی که میزان سختی آن از 180 میلی گرم بر لیتر بیشتر باشد.

سختی آب چه مشکلاتی ایجاد میکند؟

سختی آب می تواند باعث ایجاد مشکلات مختلفی شود. از جمله این مشکلات می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تشکیل رسوب: یکی از رایج ترین اثرات سختی آب، ایجاد رسوب است. یون های کلسیم و منیزیم می توانند در لوله ها، شیرآلات و سایر تجهیزات رسوب کنند. این امر باعث کاهش کارایی تجهیزات و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری می شود.
• کاهش کارایی مواد شوینده: مواد شوینده برای عملکرد بهتر به آب نرم نیاز دارند. سختی آب می تواند باعث کاهش کارایی مواد شوینده و افزایش مصرف مواد شوینده شود.
• آسیب به پوست و مو: سختی آب می تواند باعث خشک شدن و آسیب به پوست و مو شود.
• دیگر اثرات سختی آب: سختی آب می تواند اثرات دیگری نیز داشته باشد، از جمله:کاهش کیفیت آب آشامیدنی: سختی آب می تواند باعث ایجاد طعم و بوی نامطلوب در آب آشامیدنی شود.
  افزایش هزینه های تولید: سختی آب می تواند باعث افزایش هزینه های تولید مواد غذایی، داروسازی و نساجی شود.
  تغییر در pH آب: سختی آب می تواند باعث تغییر در pH آب شود.
• ایجاد کف که نتیجه ایجاد واکنشی است که بین یون های سخت موجود در آب و مواد شوینده است. این مورد باعث ایجاد لک بر روی انواع سطوح خواهد شد.
• عدم حل شدن و نیز رسوبی شدن مواد صابونی که حاصل واکنش با سختی زیاد آب است. این باعث میگردد تا مواد شوینده مورد استفاده کارآیی شان کاهش یابد.
• در کاربردهای صنعتی، ایجاد رسوب در تجهیزاتی مانند برجهای خنک کننده (Cooling Tower)، انواع دیگهای بخار، لوله های موجود در تجهیزات مختلف و … باعث گرفتگی شیرآلات، لوله ها و … میشوند. این امر باعث خواهد شد کارآیی و بازدهی آنها افت قابل توجهی پیدا کرده و نیز مصرف انرژی افزایش پیدا کند.

سختی آب چقدر باید باشد؟

میزان سختی آب در مناطق مختلف متفاوت است. به طور کلی، آب مناطقی که دارای سنگ آهک هستند، سخت تر است. میزان سختی مجاز آب به عوامل مختلفی مانند نوع کاربرد آب، میزان مصرف آب و هزینه های کاهش سختی آب بستگی دارد. سازمان بهداشت جهانی (WHO) حد مجاز سختی آب را 50 میلی گرم در لیتر (mg/L) اعلام کرده است. این مقدار سختی آب برای مصارف آشامیدنی و بهداشتی مناسب است.

سازمان ملی استاندارد ایران (ISIRI) نیز حد مجاز سختی آب را 50 میلی گرم در لیتر اعلام کرده است. این مقدار سختی آب برای مصارف خانگی و صنعتی مناسب است. در برخی کشورها، میزان سختی مجاز آب بالاتر از حد مجاز WHO و ISIRI است. به عنوان مثال، در ایالات متحده آمریکا حد مجاز سختی آب برای مصارف آشامیدنی 100 میلی گرم در لیتر است.

اندازه گیری سختی آب

چگونه سختی آب را اندازه بگیریم؟ برای اندازه گیری سختی آب می توان از روش های مختلفی استفاده کرد. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• روش تیتراسیون: این روش متداول ترین روش اندازه گیری سختی آب است. در این روش، مقدار مشخصی از آب با یک محلول استاندارد سولفات سدیم واکنش داده می شود. میزان سختی آب بر اساس حجم محلول استاندارد سولفات سدیم مصرف شده محاسبه می شود.
• روش EDTA: این روش نیز یکی از روش های متداول اندازه گیری سختی آب است. در این روش، مقدار مشخصی از آب با یک محلول استاندارد EDTA واکنش داده می شود. میزان سختی آب بر اساس میزان EDTA مصرف شده محاسبه می شود.
• روش های مبتنی بر سنجش الکتریکی: این روش ها بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی آب در اثر وجود املاح معدنی کار می کنند.
• روش های مبتنی بر سنجش جذب اتمی: این روش ها بر اساس جذب اتمی یون های کلسیم و منیزیم کار می کنند.

روش های خانگی برای اندازه گیری سختی آب

علاوه بر روش های آزمایشگاهی، روش های خانگی مختلفی نیز برای اندازه گیری سختی آب وجود دارد. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• روش صابون: این روش ساده ترین روش خانگی برای اندازه گیری سختی آب است. در این روش، مقداری صابون را در آب حل می کنیم. اگر کف صابون به سرعت از بین رفت، آب نرم است. اگر کف صابون به کندی از بین رفت، آب سخت است.
• روش تخم مرغ: در این روش، یک تخم مرغ را در آب می پزیم. اگر زرده تخم مرغ سفت و سفید شد، آب نرم است. اگر زرده تخم مرغ شل و ژله ای شد، آب سخت است.

چگونه سختی آب را بگیریم؟

برای کاهش سختی آب می توان از روش های مختلفی استفاده کرد. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از سختی گیر: سختی گیر دستگاهی است که برای کاهش سختی آب استفاده می شود که دارای مدلهای مختلفی است. بررسی انواع سختی گیر آب میتواند کمک کند تا بتوانید براساس نیاز و کاربرد انتخاب کنید.
• جوشاندن آب: جوشاندن آب باعث از بین رفتن سختی موقت آب می شود.
• استفاده از آب مقطر: آب مقطر فاقد املاح معدنی است و سختی ندارد.

سختی گیر دستگاهی است که برای کاهش سختی آب استفاده می شود و پرکاربردترین و موثرترین مدل آن نوع رزینی است. سختی گیر رزینی از یک مخزن حاوی رزین تبادل یونی تشکیل شده است. رزین تبادل یونی یک ماده جامد است که حاوی گروه های شیمیایی با بار مثبت یا منفی است. زمانی که آب از طریق رزین تبادل یونی جریان می یابد، یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب با یون های سدیم موجود در رزین جایگزین می شوند. در نتیجه، آب خروجی از سختی گیر دارای سختی کمتری خواهد بود.

سختی گیرها در انواع مختلفی مانند دستی، نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک تولید می شوند. سختی گیرهای دستی نیاز به دخالت کاربر برای کنترل احیا رزین دارند. سختی گیرهای نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک به طور خودکار رزین را احیا می کنند.

سختی گیرها برای مصارف خانگی و صنعتی مناسب هستند. سختی گیرهای خانگی برای کاهش سختی آب در مصارف آشامیدنی، حمام و آشپزخانه استفاده می شوند. سختی گیرهای صنعتی برای کاهش سختی آب در مصارف صنعتی مانند تولید مواد غذایی، داروسازی و نساجی استفاده می شوند.

روش های دیگر برای گرفتن سختی آب

علاوه بر روش های ذکر شده، روش های دیگری نیز برای کاهش سختی آب وجود دارد. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از مواد شیمیایی: برخی مواد شیمیایی مانند اسید سیتریک و اسید لاکتیک می توانند سختی آب را کاهش دهند.
• استفاده از فیلترهای تبادل یونی: فیلترهای تبادل یونی می توانند سختی آب را کاهش دهند.
• استفاده از دستگاه های الکترو مغناطیسی: دستگاه های الکترو مغناطیسی می توانند سختی آب را کاهش دهند.

انتخاب روش مناسب برای کاهش سختی آب به عوامل مختلفی مانند میزان سختی آب، میزان مصرف آب و بودجه بستگی دارد.