آب فراوان ترین و مفید ترین مایع در طبیعت است. در آب سخت، سطح برخی از املاح معدنی محلول در آب بیشتر است. این املاح معدنی شامل کربنات کلسیم و کربنات منیزیم می باشد. اما املاحی مانند بی کربنات ها، سولفات ها، سیلیکات ها و همچنین آهن منگنز را نیز در بر می‌گیرد. در نتیجه آب دارای ناخالصی هایی می باشد که برای مصارف باید سختی آب را کم کنیم.
سختی آب چیست؟
آب سخت ، آبی که حاوی نمک کلسیم و منیزیم است به طور عمده به عنوان بی کربنات ها ، کلریدها و سولفات ها. آهن نیز ممکن است وجود داشته باشد. اکسید شده به شکل فرمی ، به عنوان یک لکه قهوه ای مایل به قرمز روی پارچه های شسته شده و سطوح لعاب دار ظاهر می شود.
سختی آب ناشی از بی کربنات کلسیم به عنوان سختی موقتی شناخته می شود زیرا جوشاندن بی کربنات آن را به کربنات نامحلول تبدیل می کند. سختی از محلول نمکهای دیگر دائمی نیز تشکیل می شود. یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت با اسیدهای چرب بالاتر صابون واکنش نشان می دهند تا یک ژله ژلاتین نامحلول را تشکیل دهند و در نتیجه باعث حل نشدن صابون با آب می شوند.
انواع سختی آب:
سختی آب را به سه قسمت سختی موقت، سختی دائم و سختی کل تقسیم می کنند.
سختی موقت: سختی موقت را سختی کربناتی می نامند. این سختی حاوی بی کربنات، کلسیم و منیزیم است که به کمک حرارت pH آن را کاهش می دهند. سختی موقت به خاطر وجود کربنات های کلسیم و منیزیم و آهن می باشد. در حقیقت کربنات کلسیم و منیزیم در ابتدا به صورت بی کربنات کلسیم و منیزیم بوده اند که با حرارت دادن به کربنات کلسیم و منیزیم تبدیل شده اند. پس برای از بین بردن این سختی، آب را می جوشانند تا به صورت کربنات رسوب کند. به این علت به آن سختی موقت می گویند.
سختی دائم: سختی دائم را سختی غیر کربناتی می نامند. سختی دائم مربوط به دیگر املاح کلسیم و منیزیم مثل نمک های سولفات ها، کلرید یا نیترات انهاست. در واقع تنها نمک های کربنات این یون ها با جوشاندن ته نشین می شوند و دیگر نمک های این یون ها مانند نمک های بنیان سولفات، کلرید یا نیترات با جوشاندن از محلول خارج نمی شوند. این نمک ها در لوله های دیگ های بخار ایجاد خوردگی می کنند. برای حذف این گونه ها از روش های شیمیایی استفاده می شود. برای از بین بردن سختی دائم آب، کافی است یون های عامل سختی را به گونه ای ته نشین کرد.
سختی کل: مجموع سختی های دائم و موقت، را سختی کل می گویند. چون غلضت این نمک ها بسیار کم است از واحد mg/Lit که معادل یک هزارم نرمال است استفاده می شود. واحد رایج دیگر ppm است.
تفاوت سختی آب و TDS در چیست ؟
تفاوت اصلی بین سختی آب و tds در مقدار یونهای موجود در آب است. زمانی که شما میزان سختی موجود در آب را اندازه گیری می کنید در اصل مقدار کلسیم ومنیزیم آن مشخص میکنید (عامل رسوب گذاری) ولی زمانی که tds آب را اندازه گیری می کنید در حقیقت مقدار سختی کل (total dissolved solids) را اندازه گیری میکنید .
منظور از سختی آب آشامیدنی چیست؟
سختی آب آشامیدنی چیست ؟ هنگامی که آب با دی اکسید کربن ترکیب می شود و اسید کربنیک بسیار ضعیفی را تشکیل می دهد ، یک حلال حتی بهتر می شود. با حرکت آب از طریق خاک و سنگ، مقادیر بسیار کمی از مواد معدنی را حل می کند و آنها را در محلول نگه می دارد.
کلسیم و منیزیم حل شده در آب دو ماده معدنی رایج هستند که آب را “سخت” می کنند. منظور از سختی آب آشامیدنی این است که با افزایش مقدار کلسیم و منیزیم و ترکیبات معدنی مقدار سختی آب بیشتر می شود و مربوط به غلظت کاتیون های حل شده در آب است.
روش های از بین بردن سختی آب
۱)استفاده از مواد شیمیایی برای جدا کردن یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب برای جدا کردن یون های کلسیم و منیزیم، از چند ماده شیمیایی مانند آهک، کربنات سدیم، کربنات باریم، فسفات سدیم و… استفاده می شود.
۲)جانشین کردن یون های کلسیم و منیزیم آب با سدیم، با استفاده از رزین های طبیعی تبادلگر یون (زئولیت)
با استفاده از روش شیمیایی به منظور سختی زدایی، یون های فلزی کلسیم، منیزیم، منگنز، آهن و… را می توان تا حدی از آب جدا کرد و آب را سبک نمود. اما در این روش نه تنها آنیون های مزاحم موجود در آب حذف نمی شوند، بلکه بر مقدار برخی از آنها افزوده می شود. این آنیون ها به ویژه کربنات، بی کربنات، سولفات و… گاهی دشواری های بیشتر از دشواری ناشی از سختی آب به وجود می آورند.
از این رو پژوهشگران از دیرباز برای جدا کردن این گونه یون ها، تلاش کرده اند و راه چاره را در استفاده از رزین ها یافته اند. این رزین ها که با نام عمومی زئولیت ها معروف اند، همگی ترکیب های طبیعی از نوع آلومینیو سیلیکات های آبدار کاتیون های حجیم قلیایی و جامد های بی رنگ، سفید، زرد یا قرمز هستند. تامسونیت، ناترولیت، شابازیت، هارموتوم، استیلیت، بربوستریت و پتیلولیت از جمله مهمترین رزین های شناخته شده هستند.
۳)استفاده توام از هر دو روش بالا
۴)استفاده از نیروی مغناطیس
۵) استفاده از تکنیک جذب
در سال های اخیر، مطالعات و پژوهش های متعددی در استفاده از تکنیک جذب برای از بین بردن سختی آب با استفاده از مواد جاذب ارزان قیمت ارائه شده است. این جاذب ها به فراوانی یافت می شوند و هزینه آماده سازی آنها پایین است و همچنین بیشتر پایه سلولزی دارند که عمدتاً از مواد زائد حاصل از فعالیت های صنعتی و کشاورزی تهیه می شوند.از جمله این جاذب ها می توان به استفاده از پسماندهای کارخانه چای، پوشال نیشکر، خاکستر پوسته بادام، خاکستر پوسته شلتوک و جلبک دریایی اشاره کرد.
روش های دیگری نیز به منظور کاهش سختی استفاده می شود که به عنوان مثال جوشاندن آب جهت از بین بردن سختی موقت و … .
مضرات سختی آب
وجود ترکیبات کربناتی و غیر کربناتی کلسیم، منیزیم، آهن، روی و غیره در آب تاثیرات منفی بر سلامت افراد و همچنین تجهیزات صنعتی ایجاد می کند. در آبیاری سبب گرفتگی قطره چکان ها شده و همچنین موجب ایجاد مسمومیت برای گیاه و کاهش بازدهی محصول می شود.
سولفات کلسیم و منیزیم منجر به ایجاد رسوب در لوله های آبگرمکن، تاسیسات مولد نیرو و لوله های آب خانگی می گردد و همچنین باعث خوردگی دیوارهای دیگ بخار و لوله های انتقال آب می شود. آب هایی با درجه خیلی سخت بخاطر وجود کلروسدیم بیش از ۳۰۰ میلی گرم، باعث شور شدن و طعم بد آب می گردند و سختی بیش از اندازه آب منجر به بیماری های گوارشی و ایجاد سنگ کلیه و مثانه خواهد شد.
طبقه بندی آبها از نظر سختی
آب درجه سختی آب را از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌کنند. در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است. در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد. در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در ۰.۷ لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.
مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت فراوان دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتیهایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.
گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند.
سختی آب (کربنات کلسیم mg/lit) نوع آب
55 - 5 سبک
100 - 56 سختی کم
200 - 101متوسط
500 - 201 خیلی سخت
در بعضی از طبقه بندیها حداکثر سختی آبهای قابل شرب ، 300 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم تعیین شده است.
برای مطالعه مقاله اندازه گیری نیترات آب در آسالب کلیک کنید.