سختی آب بالا، نشان دهنده وجود املاح معدنی محلول از جمله کلسیم و منیزیوم در آب است که باعث ایجاد رسوب در لوله ها و تجهیزات می شود. علاوه بر تشکیل رسوب، سختی آب باعث می شوند تا مواد شوینده بخوبی کف نکرده و علاوه بر کاهش خاصیت تمیز کنندگی، باعث تشکیل لکه های سفت سفید رنگ بر روی سطوح در تماس با مواد شوینده شوند.
بهترین راه از بین بردن این مشکلات، استفاده از دستگاه سختی گیر رزینی است. در این دستگاه ها، یون های کلسیم و منیزیوم موجود در آب سخت، طی فرآیند تبادل یون با رزین، جای خود را به یون های سدیم داده و به این ترتیب، با عدم تشکیل نمک های کربنات کلسیم و منیزیوم، مشکلات نام برده شده از بین می روند.
اما اگر پس از گذشت مدت زمانی و علیرغم انجام موارد لازم و نگهداری دستگاه، سختی آب خروجی دستگاه کاهش پیدا نکند، می تواند نشاندهنده پایان عمر رزین بوده و لازمست تا رزین دستگاه با رزین جدید جایگزین شود.
سوالی که در این خصوص پیش می آید این است که طول عمر متوسط رزین سختی گیر چند سال بوده و چه عواملی بر کاهش طول عمر رزین مؤثر هستند؟
طول عمر رزین با توجه به مرغوبیت، کیفیت و اعتبار شرکت های سازنده متغیر است. اما بطور متوسط می توان گفت طول عمر متوسط رزین های مرغوب (با فرض نگهداری مناسب و احیای به موقع) معمولاً بین 2 تا 4 سال است. اما نگهداری مناسب و مخصوصاً کیفیت آب ورودی نقش مهمی در طول عمر رزین سختی گیر دارد که در ادامه به آن پرداخته می شود.
عوامل مختلفی باعث کاهش طول عمر مفید رزین می شود که مهمترین آنها عبارتند از:
کیفیت آب مهمترین عامل تعیین کننده عمر رزین سختی گیر است. آب با کیفیت نامناسب مخصوصاً با توجه به مواردی که در ادامه توضیح داده می شود، باعث کاهش طول عمر شدید رزین به کمتر از حتی دو سال خواهد شد.
پارامترهای مهم مربوط به کیفیت آب که تأثیر قابل توجهی در کاهش طول عمر رزین سختی گیر دارند، عبارتند از:
علاوه بر کلر موجود در آب شهری، وجود هر نوع ماده ضدعفونی کننده ای در آب، به دلیل خاصیت اکسید کنندگی بالا می تواند به ساختار رزین های تبادل یونی آسیب جدی وارد کرده و طول عمر رزین را به شدت کاهش دهد.
تمام مواد اکسید کننده (مانند کلر، دی اکسید کلر و آب اکسیژنه) روی اتصالات عرضی (crosslinking) شبکه پلیمری دانه های رزین تأثیر منفی گذاشته و باعث تخریب آنها می شوند. میزان تأثیر منفی این مواد روی دانه های رزین سختی گیر، بستگی به غلظت آنها و همچنین دمای آب دارد. هرچند مقادیر کم این مواد ممکن است تأثیر کمتری روی کاهش عمر رزین داشته باشند، اما مقادیر بالاتر مواد اکسید کننده در دمای آب بالاتر، باعث تشدید تصاعدی تخریب غیر قابل بازگشت رزین سختی گیر می شود.
(دانه های رزین آسیب دیده توسط کلر موجود در آب)
به عنوان مثال مقدار کلر آزاد تا 0.3 ppm در آب سرد تأثیر کمی روی کاهش عمر رزین دارد. در حالیکه مقدار کلر آزاد بیشتر بشدت باعث تخریب رزین می شود. طبق بررسی و توصیه های ارائه شده توسط شرکت های معتبر تولید کننده رزین، به ازای هر 1 ppm کلر آزاد در آب، عمر رزین به میزان 50% کاهش می یابد و به همین ترتیب 1 ppm بیشتر بازهم 50% بیشتر باعث کاهش عمر رزین خواهد شد! طبق یک بررسی دیگر، وجود مقدار 1 ppm کلر آزاد در آّب با دمای 15 درجه سانتیگراد، عمر رزین را به کمتر از دو سال کاهش خواهد داد!
در معرض قرار داشتن رزین با مواد اکسید کننده به مدت طولانی، باعث کاهش ظرفیت رزین، تضعیف فیزیکی و نرم شدن دانه های رزین، تشکیل لایه ای ژله ای مانند بالای بستر رزین و به تبع آن افت عملکرد و کاهش فشار خروجی دستگاه سختی گیر خواهد شد.
آهن معمولاً در آب چاه با مقادیر بیشتری نسبت به آب شهری یا آب سطحی وجود دارد. باید به این نکته توجه داشت که رزین های کاتیونی اسیدی قوی (مانند رزین های سختی گیر)، تمایل زیادی به جذب و تبادل یون با یون آهن محلول در آب دارند. این خاصیت باعث می شود که آهن با دانه های رزین پیوندی قوی برقرار کرده و برگشت پذیری آن با احیا بوسیله محلول آب و نمک عملاً بسیار ضعیف شود. در واقع میزان نمکی که برای جدا کردن یون آهن از رزین در احیا می بایست استفاده شود، 4 برابر مقداری است که برای جدا کردن یون های کلسیم و منیزیوم لازم است. به همین دلیل، آهن بتدریج روی دانه های رزین تجمع پیدا کرده و ظرفیت تبادل یون با کلسیم و منیزیوم (سختی) آب را کاهش می دهد.
علاوه بر جذب یون های محلول آهن در آب توسط دانه های رزین، ممکن است بخشی از آهن آب در تماس با هوا و یا سایر مواد اکسید کننده، بصورت ذرات معلق درآمده و روی بستر ستون رزین ته نشین شوند. ذرات معلق اکسید آهن بسیار درشت تر از یون محلول آهن (حدود 20 برابر) هستند.
(دانه های رزین آسیب دیده توسط آهن آب)
برای پیشگیری از این مشکل، لازم است تا ذرات اکسید آهن پیش از ورود به سختی گیر با یک فیلتر مناسب از آب جدا شده و یا بک واش رزین با دفعات و دبی آب بیشتری انجام شود تا خروج این ذرات از بستر رزین بهتر انجام گیرد. در غیر اینصورت، احتمال گرفتگی بستر رزین و افت عملکرد سختی گیر وجود خواهد داشت.
بنابراین، آهن هم بصورت یونهای محلول و هم بصورت اکسید شده برای رزین سختی گیر مشکل ایجاد می کنند. حتی مشاهده شده که آهن در تماس رزین با مواد اکسید کننده به عنوان کاتالیزور نیز عمل کرده و باعث تسریع تخریب رزین توسط این مواد می شود.
اگر سختی آب خیلی زیاد باشد و رزین تحت فشار زیادی از نظر تبادل یون قرار داشته باشد، عمر کاری و زمان تعویض کوتاه تری خواهد داشت.
همانطور که اشاره شد، ساختار دانه های رزین در مقابل مواد اکسید کننده آسیب پذیر هستند. هر چه میزان قدرت اتصالات عرضی (crosslinking) پیوند شبکه پلیمری رزین که با پارامتر DVB مشخص می شود بالاتر باشد، مقاومت رزین در برابر مواد اکسید کننده بیشتر خواهد بود. برخی از رزین های ارزان قیمت که مقدار DVB آنها حدود 6% و یا حتی کمتر است، در برابر مواد اکسید کننده آسیب پذیری بالاتری داشته و عمر آنها در برابر این مواد کوتاه تر خواهد بود. از طرف دیگر رزین های مرغوب و باکیفیتی هم تولید شده اند که مقدار DVB آنها 8% یا حتی 10% بوده و از طول عمر بالاتر و مقاومت بیشتری در برابر مواد اکسید کننده برخوردار هستند.
در هر وعده بک واش، احیا و شستشو، دانه های رزین روی یکدیگر ساییده شده و تحت تنش مکانیکی و فشار قرار می گیرند. این اتفاق به تدریج باعث تضعیف ساختار مکانیکی و پیوندهای عرضی دانه های رزین، تغییر شکل ساختار، تخریب دانه های رزین، زرد شدن آب و کاهش بازه زمانی مورد نیاز بین دو احیا شده و اثربخشی احیا برای بازگشت رزین به عملکرد اولیه را کاهش می دهد. لذا، اگر طراحی ظرفیت سختی گیر با در نظر گرفتن تعداد دفعات احیای زیاد در بازه های زمانی کوتاه در نظر گرفته شده باشد، با توجه به دلایل ارائه شده، طول عمر رزین سریعتر کاهش می یابد.
فشار بیش از حد آب (بالاتر از 5 بار)، باعث وارد کردن نیروی هیدرولیکی به دانه های رزین شده و احتمال تخریب و کاهش طول عمر آنها را افزایش می دهد.
تعداد زیاد قطع و وصل جریان آب در سختی گیر (مثلاً هر بار با بسته شدن و باز شدن شیر آب) باعث می شود تا شوک هایی مانند ضربه به دانه های رزین وارد شود که موجب می شود دانه های رزین به تدریج خرد شده و در فرآیند شستشو و احیا از سختی گیر خارج شوند.
(دانه های رزین آسیب دیده به دلیل شوک هیدرولیکی)
سختی گیر رزینی نیاز به سرویس و نگهداری منظم دارد. وجود مقدار کافی نمک در مخزن آب و نمک سختی گیر و برنامه ریزی صحیح احیای دستگاه از مهمترین این موارد به شمار می روند. در غیر اینصورت، عمر رزین به تدریج کاهش خواهد یافت.
رزین هم مانند هر ماده مصرفی به تدریج مستهلک شده و می بایست تعویض شود. مهمترین علائم نشاندهنده زمان تعویض رزین عبارتند از:
- عدم کاهش سختی آب خروجی علیرغم احیای رزین
- نیاز به تعداد احیاهای زیاد و کاهش بازه های زمانی بین دو احیا
- زرد رنگ شدن آب خروجی سختی گیر: نشان دهنده تخریب دانه های رزین
- مشاهده دانه های رزین در آب خروجی سختی گیر (در صورت سالم بودن لوله ها و نازل های داخلی مخزن رزین): نشان دهنده تخریب دانه های رزین در اثر تنش های مکانیکی
- افت فشار آب خروجی سختی گیر به دلیل گرفتگی و تجمع رسوبات در بستر رزین
- استفاده از فیلتر کربن فعال پیش از سختی گیر برای حذف کلر و کلرامین موجود در آب
- استفاده از شیر فشار شکن در صورتیکه فشار خط ورودی به سختی گیر بیش از 5 بار باشد.
- حذف آهن و منگنز محلول و نامحلول از آب با استفاده از فیلترهای حذف آهن و منگنز قبل از سختی گیر
- نگهداری، سرویس و احیای به موقع دستگاه با محلول آب و نمک اشباع
- استفاده از محلول شستشو دهنده رزین و ریختن آن در مخزن آّب و نمک برای تمیز و خارج کردن ذرات ته نشین شده آهن و منگنز اکسید شده روی رزین
- استفاده از رزین و نمک مرغوب و باکیفیت
- پایش و آنالیز منظم آب ورودی به دستگاه (مخصوصاً در استفاده های صنعتی)
نظرات