سختی آب چیست
سختی آب یا آب سخت به انگلیسی Hard Water به حالتی از آب گفته می شود که دارای مقدار زیادی مواد معدنی در مقایسه با آب نرم است. سختی آب زمانی به وجود می آید که آب به داخل سنگ های رسوبی نظیر سنگ آهک ، گچ و کربنات کلسیم نفوذ کند. این سنگ ها از عناصری نظیر کلسیم ، منیزیم ، کربنات ، بیکربنات و سولفات ساخته شده اند. اگرچه وجود عناصر معدنی در آب آشامیدنی دارای مزیت هایی برای سلامت ما می باشد ، اما مشکلات عدیده ای برای تجهیزات صنعتی به خصوص دیگ بخار ، برج خنک کننده و دیگر وسایلی که با آب در تماس هستند بوجود می آورد.
نشانه های سختی آب مصرفی در منازل بصورت عدم کف کردن صابون و تشکیل یک لایه آهک در کتری و گرم کننده های آب بروز می نماید. برای از بین بردن سختی آب باید از مواد و روش های نرم کننده آب استفاده نمود.
چرا آب سخت می شود
سختی آب به دلیل افزایش غلظت کاتیون های چند وجهی در آب بوجود می آید. کاتیون های چند وجهی دارای شار مغناطیسی مثبت ترکیبات فلزی با شار بیش از 1+ هستند. از جمله کاتیون های رایجی که سبب سختی آب می شوند می توان یون کلسیم Ca+2 و یون منیزیم Mg+2 را نام برد. رایج ترین منابع کلسیم در طبیعت عبارتند از کلسیت و سنگ گچ و منبع منیزیم هم دولومیت (نوعی سنگ آهک) است. آب باران به دلیل میزان بسیار کم مواد معدنی ، آب نرم می باشد. واکنش زیر روش انحلال کلسیم در آب را نشان می دهد:
CaCO3 + CO2 + H2O ⇌ Ca2+ 2HCO−3
مقدار شدت سختی آب به بستری که آب در آن جریان دارد بستگی خواهد داشت. چنانچه آب در بستر سنگ آهک جریان داشته باشد ، میزان سختی آب بیش از بستر ماسه ای و گرانیتی است. همچنین آب سخت در نواحی پر بارش و یا فصول بارانی کمتر از مواقع خشکی می باشد.
انواع سختی آب
سختی آب موقتی
سختی موقتی یا Temporary hardness زمانی ایجاد می شود که آب در معرض مواد معدنی بیکربنات قابل انحلال نظیر کربنات کلسیم و بیکربنات منیزیم قرار گیرد. در این صورت ، کاتیون های کلسیم ، منیزیم ، کربنات و بیکربنات در آب سخت بوجود می آید.
وجود کاتیون های فلزی ، آب سخت بوجود می آورد. اما بر خلاف سختی دائمی که به دلیل وجود ترکیبات سولفات و کلرید ایجاد می شود ، سختی موقتی بر اثر جوشاندن آب یا افزودن هیدروکسید کلسیم به آن ، نرم خواهد شد. یون های کلسیم موجود در آب سخت موقتی ، در اثر جوشاندن به بی کربنات تبدیل شده و ته نشین می گردد و در نتیجه از آب جدا می شود و پس از خنک شدن ، آب نرم خواهیم داشت.
سختی آب دائمی
از آب سخت دائمی یا Permanent hardness مواد معدنی معمولا با جوشانیدن جدا نمی شوند. سختی دائمی عموما به دلیل وجود سولفات کلسیم ، کلرید کلسیم ، سولفات منیزیم و یا کلرید منیزیم در آب ایجاد می گردد که این یون ها با جوشانیدن ته نشین نخواهند شد. برای از بین بردن سختی آب دائمی باید از مواد شیمیایی نرم کننده آب و یا روش تبادل یونی استفاده نمود.
مزایا و عوارض آب سخت
آب سخت به دلیل دارا بودن املاح معدنی ، بخصوص عنصر کلسیم ، برای استحکام استخوان های بدن انسان مفید است. حتی دیده شده به افرادی که دچار شکستی استخوان شده اند توصیه می شود برای بهبود سریع تر ، آب سخت بنوشند.
اما سختی آب دارای معایبی هم هست. ته نشین شدن این عناصر در اثر تغییرات دمای آب ، موجب گرفتگی لوله ها و رسوب آهک در تجهیزاتی خانگی و صنعتی نظیر چیلر ، دیگ بخار ، برج خنک کننده ، کتری ، کولر و … شده و حتی منجر به خرابی سیستم ها نیز می شود.
روش آزمایش و اندازه گیری سختی آب
تعیین سختی آب به معنی اندازه گیری غلظت یون املاح معدنی موجود در آب است. در گذشته این آزمایش از طریق تعیین میزان رسوب کردن صابون در آب صورت می گرفت و “ظرفیت آب در ترسیب صابون” نام داشت. اما امروزه روش های علمی برای این منظور معرفی شده است. اگر چه انجام این آزمایشات در کشور های مختلف متفاوت می باشد. گزارش کار سختی آب شامل دو مرحله می شود که عبارتند از:
تعیین سختی کل
جهت سنجش سختی باید با کمک ماده ای شیمیایی به نام هیدروکسید آمونیوم ، پی اچ محیط آب را به 10 (قلیایی) برسانیم و بعد ، از یک معرف شیمیایی بنام اریوکریوم استفاده کنیم. این معرف در شرایط آب نرم به رنگ آبی است ولی ترکیبات فلزی آن را نارنجی یا قرمز رنگ می کنند. پس هر چه رنگ معرف به سمت قرمز متمایل شود ، میزان سختی آب بیشتر خواهد بود.
تعیین میزان کلسیم و منیزیم
در این مرحله ، محلول EDTA به آن می افزاییم. این محلول به کلسیم و پس از آن به منیزیم متصل شده و با اریوکریوم واکنش می دهد و کمپلکس ایجاد می نماید. این کمپلکس موجب می شود که اریوکریوم دوباره از رنگ قرمز به رنگ آبی باز گردد و در نتیجه میزان کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت سنجیده می شود.
| جدول سنجش سختی آب | |
| نوع | میزان سختی |
| آب نرم | کمتر از 50 |
| نسبتا نرم | بین 50 تا 100 |
| کمی سخت | بین 100 تا 150 |
| نسبتا سخت | بین 150 تا 250 |
| آب سخت | بین 250 تا 350 |
| بسیار سخت | بیشتر از 350 |
روش از بین بردن سختی آب
برای این که بدانیم چگونه سختی آب را بگیریم یا تا حد ممکن چگونه سختی آب را کاهش دهیم ، روش های زیر را معرفی می کنیم:
جوشاندن آب
جوشاندن سبب تبدیل کربنات هیدروژن به کلسیم نامحلول شده و سختی آب موقتی را کاهش می دهد.
استفاده از کربنات سدیم
کربنات سدیم یا سودا اش مهم ترین ماده شیمیایی مورد مصرف در تولید پودر لباسشویی جهت سختی گیری است.
دستگاه دیونایزر
دیونایزر یک دستگاه تشکیل شده از دو ستون کاتیونی و آنیونی است که به روش تبادل یونی قادر است سختی موقتی و دائم را از بین ببرد.
روش اختلاط
در صورت اختلاط آب نرم با آبی که سختی زیادی دارد می توان با ایجاد موازنه ، سختی آب را کاهش داد.
استفاده از مغناطیس
در این فرایند ، یک جعبه و مقداری سیم پیچ القائی را به دور لوله آب می پیچیم تا از طریق ایجاد فرکانس در آب ، مانع از ایجاد رسوب شود. این کار به نرم شدن آب کمکی نمی کند اما مانع رسوب خواهد شد.
سیستم اسمز معکوس RO
روش اسمس معکوس بسیار متداول بوده و برای رفع سختی دائم و موقتی کاربرد دارد. در این سیستم ، آب سخت از داخل یک فیلتر ممبران عبور داده می شود تا املاح آن گرفته شود. این روش بسیار مطمئن و با هزینه مناسب بوده و در مصارف صنعتی و خانگی به کار می رود.
الکترولیت آب
در این روش از دو فلز روی و مس برای الکترولیز آب سخت و جلوگیری از رسوب آهک استفاده می گردد.
آیا آب سخت برای سلامت خطرناک است؟
سازمان جهانی بهداشت WHO شواهدی مبنی بر اینکه آب سخت تاثیر منفی بر سلامت انسان داشته باشد ارائه نداده است. شورای ملی پژوهش ایالات متحده آمریکا نیز اعلام داشته که مصرف آب سخت به عنوان یک منبع تامین کلسیم و منیزیم مفید می باشد. برخی تحقیقات نشان دهنده یک رابطه معکوس بسیار ضعیف بین شدت سختی آب تا حداکثر 170 میلیگرم کربنات کلسیم در یک هر لیتر آب و ابتلاء به بیماری های قلبی و عروقی در مردان است. البته سازمانی جهانی بهداشت ، اطلاعات ارائه شده برای اثبات این تحقیقات را ناکافی می داند.
حداقل و حداکثر میزان توصیه شده برای مصرف روزانه کلسیم در حدود 40 تا 80 پی پی ام و برای منیزیم هم 20 تا 30 پی پی ام در آب آشامیدنی است ، بنابراین حداکثر میزان غلظت کلسیم و منیزیم در حدود 2 تا 4 میلی مول در لیتر می باشد.