آب فراوانترین و مفیدترین 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 میباشد. اما املاحی مانند بیکربناتها، سولفاتها، سیلیکاتها و همچنین آهن منگنز را نیز در بر میگیرد. در نتیجه آب دارای ناخالصیهایی می باشد که برای استفاده باید سختی آن را کم کنیم.
سختی آب چیست؟
آب سخت، آبی حاوی نمک کلسیم و منیزیم است که به طور عمده به عنوان بیکربناتها، 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 میشود.
سختی آب ناشی از بیکربنات کلسیم به عنوان سختی موقت شناخته می شود زیرا جوشاندن بی کربنات آن را به کربنات نامحلول تبدیل میکند. سختی از محلول نمکهای دیگر دائمی نیز تشکیل میشود. یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت با اسیدهای چرب بالاتر صابون واکنش نشان میدهند تا یک ژله ژلاتین نامحلول را تشکیل دهند و در نتیجه باعث حل نشدن صابون با آب میشوند.
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 مینامند. این سختی حاوی بی کربنات، کلسیم و منیزیم است که به کمک حرارت pH آن را کاهش میدهند. سختی موقت به خاطر وجود کربناتهای کلسیم و منیزیم و آهن میباشد. در حقیقت کربنات کلسیم و منیزیم در ابتدا به صورت بی کربنات کلسیم و منیزیم بودهاند که با حرارت دادن به کربنات کلسیم و منیزیم تبدیل شدهاند. پس برای از بین بردن این سختی، آب را میجوشانند تا به صورت کربنات رسوب کند. به این علت به آن سختی موقت میگویند.
سختی دائم: سختی دائم را سختی غیر کربناتی مینامند. سختی دائم مربوط به دیگر املاح کلسیم و منیزیم مانند نمکهای سولفاتها، کلرید یا نیترات آنهاست. در واقع تنها نمکهای کربنات این یونها با جوشاندن تهنشین میشوند و دیگر نمکهای این یونها مانند نمکهای بنیان سولفات، کلرید یا نیترات با جوشاندن از محلول خارج نمیشوند. این نمکها در لولههای دیگهای بخار ایجاد خوردگی میکنند. برای حذف این گونهها از روشهای شیمیایی استفاده میشود. برای از بین بردن سختی دائم آب، کافی است یونهای عامل سختی را به گونه ای ته نشین کرد.
سختی کل: مجموع سختیهای دائم و موقت را سختی کل میگویند. چون غلضت این نمک ها بسیار کم است از واحد mg/Lit که معادل یک هزارم نرمال است استفاده میشود. واحد رایج دیگر ppm است.
تفاوت سختی آب و TDS در چیست ؟
تفاوت اصلی بین سختی آب و TDSدر مقدار یونهای موجود در آب است. زمانی که شما میزان سختی موجود در آب را اندازهگیری میکنید در اصل مقدار کلسیم و منیزیم آن مشخص میکنید (عامل رسوب گذاری) ولی زمانی که TDS آب را اندازهگیری میکنید در حقیقت مقدار سختی کل (total dissolved solids) را اندازهگیری میکنید .
منظور از سختی آب آشامیدنی چیست؟
سختی آب آشامیدنی چیست ؟ هنگامی که آب با دی اکسید کربن ترکیب میشود و اسید کربنیک بسیار ضعیفی را تشکیل میدهد ، یک حلال حتی بهتر میشود. با حرکت آب از طریق خاک و سنگ، مقادیر بسیار کمی از مواد معدنی را حل میکند و آنها را در محلول نگه میدارد.
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 یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب. برای جدا کردن یونهای کلسیم و منیزیم، از چند ماده شیمیایی مانند آهک، کربنات سدیم، کربنات باریم، فسفات سدیم و… استفاده میشود.
۲)جانشین کردن یونهای کلسیم و منیزیم آب با سدیم، با استفاده از رزینهای طبیعی تبادلگر یون (زئولیت)
با استفاده از روش شیمیایی به منظور سختیزدایی، یونهای فلزی کلسیم، منیزیم، منگنز، آهن و… را میتوان تا حدی از آب جدا کرد و آب را سبک نمود. اما در این روش نه تنها آنیونهای مزاحم موجود در آب حذف نمیشوند، بلکه بر مقدار برخی از آنها افزوده میشود. این آنیونها به ویژه کربنات، بی کربنات، سولفات و… گاهی دشواریهای بیشتر از دشواری ناشی از سختی آب به وجود میآورند.
از این رو پژوهشگران از دیرباز برای جدا کردن این گونه یونها، تلاش کردهاند و راه چاره را در استفاده از رزینها یافتهاند. این رزینها که با نام عمومی زئولیتها معروف میباشند، همگی ترکیبهای طبیعی از نوع آلومینیوم سیلیکات های آبدار کاتیونهای حجیم قلیایی و جامدهای بی رنگ، سفید، زرد یا قرمز هستند. تامسونیت، ناترولیت، شابازیت، هارموتوم، استیلیت، بربوستریت و پتیلولیت از جمله مهمترین رزینهای 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 جاذبها به فراوانی یافت می شوند و هزینه آمادهسازی آنها پایین است و همچنین بیشتر پایه سلولزی دارند که عمدتاً از مواد زائد حاصل از فعالیتهای صنعتی و کشاورزی تهیه میشوند. از جمله این جاذبها میتوان به استفاده از پسماندهای کارخانه چای، پوشال نیشکر، خاکستر پوسته بادام، خاکستر پوسته شلتوک و جلبک دریایی اشاره کرد.
روشهای 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
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 تأمین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تأمین 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 طبقهبندیها 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.
