تصفیه آب سخت و آب شور با روش های طبیعی

تصفیه آب سخت و آب شور با روش های طبیعی

لینک خرید مواد معدنی موثر در تصفیه مایعات:

زئولیت تصفیه آب / آهک هیدراته  / سیلیس زلال کننده / بنتونیت زلال کننده 

آب سخت چیست؟

آب سخت به آبی گفته می‌شود که مقدار زیادی مواد معدنی محلول، به‌ویژه یون‌های کلسیم (Ca²⁺) و منیزیم (Mg²⁺) در آن وجود دارد. این مواد از طریق عبور آب از لایه‌های سنگی و خاک‌های آهکی وارد آب می‌شوند. هرچه مقدار این یون‌ها بیشتر باشد، سختی آب بالاتر است. آب سخت معمولاً کف صابون را کم می‌کند، در لوله‌ها و وسایل گرمایشی رسوب ایجاد می‌کند و در بلندمدت ممکن است باعث کاهش راندمان آبیاری، آسیب به گیاهان یا حتی مشکلات سلامتی مانند سنگ کلیه شود.

نشانه های آب سخت چیست؟

در صورتی که این نشانه‌ها مشاهده شد و نیاز به اندازه‌گیری دقیق میزان سختی آب وجود داشته باشد. می‌توان از کیت‌های سختی‌سنج خانگی یا نوارهای تست سختی آب استفاده کرد که ابزارهایی ساده، مقرون‌به‌صرفه و قابل استفاده در منزل هستند.

• کف نکردن صابون یا شامپو: اگر هنگام شستن دست‌ها یا ظرف‌ها صابون یا شوینده خیلی کم کف می‌کند، احتمالاً آب سخت است.
• رسوب سفید روی ظروف یا کتری: اگر بعد از جوشاندن آب، در کف کتری یا سماور لکه‌های سفید، گچ‌مانند یا دانه‌دانه ایجاد شود، نشان‌دهنده وجود کلسیم و منیزیم (سختی آب) است.
• خشکی پوست و مو بعد از استحمام: آب سخت باعث خشک شدن پوست و شکنندگی یا زبری مو می‌شود. اگر این حالت را احساس کردید، ممکن است آب سخت باشد.
• گرفتگی سر دوش یا لوله‌ها با رسوبات سفید: تشکیل رسوب در سر دوش حمام یا خروجی شیرآلات نشانه سختی زیاد آب است.
• طعم خاص یا تلخ‌گونه آب: آب‌های خیلی سخت گاهی طعم متفاوتی دارند که شبیه گَس یا کمی تلخ است.

سختی آب چگونه محاسبه می شود؟

سختی آب به مقدار املاح معدنی محلول در آن، به‌ویژه یون‌های کلسیم (Ca²⁺) و منیزیم (Mg²⁺)، گفته می‌شود. هرچه این املاح بیشتر باشند، آب “سخت‌تر” است. سختی آب به‌طور طبیعی هنگام عبور آب از میان سنگ‌های آهکی و گچی ایجاد می‌شود، زیرا این سنگ‌ها در آب حل شده و املاح خود را به آن می‌دهند.

هرچه مقدار کلسیم و منیزیمی که در آن حل شده بیشتر باشند، آب سخت‌تر است. برای اندازه‌گیری سختی آب، مقدار این دو ماده را با یک فرمول ساده حساب می‌کنند و نتیجه را معمولاً به صورت “میلی‌گرم در لیتر کربنات کلسیم” بیان می‌کنند.

فرمول محاسبه سختی آب: (mg/L CaCO₃)=(Ca2+×2.5)+(Mg2+×4.1)

اگر عدد به‌دست‌آمده کم باشد، آب نرم است، اگر زیاد باشد، آب سخت است. این کار معمولاً با آزمایش در آزمایشگاه یا با دستگاه مخصوص انجام می‌شود.

• آب نرم: ۰–۶۰ mg/L
• سختی متوسط: ۶۰–۱۲۰ mg/L
• آب نسبتاً سخت: ۱۲۰–۱۸۰ mg/L
•  آب سخت: بالای ۱۸۰ mg/L

دلایل بالا بودن سختی آب

بالا رفتن سختی آب و شور شدن آن معمولاً به دلایل طبیعی و انسانی مربوط می‌شود.

• عبور آب از لایه‌های سنگی آهکی و معدنی: هنگام عبور از خاک و سنگ‌های حاوی کلسیم و منیزیم، این یون‌ها در آب حل می‌شوند و باعث سختی آن می‌گردند.
• مصرف بی‌رویه آب‌های زیرزمینی: برداشت زیاد از چاه‌ها باعث غلیظ‌تر شدن املاح در آب‌های باقی‌مانده می‌شود.
• استفاده از منابع آبی آلوده به مواد معدنی: مانند رودخانه‌ها یا سدهایی که املاح زیادی از مناطق بالادست با خود حمل می‌کنند.
• فرسایش خاک و شست‌وشوی مواد معدنی: بارندگی یا آبیاری بیش‌ازحد می‌تواند کلسیم و منیزیم خاک را شسته و وارد منابع آبی کند.
• تبخیر زیاد در مناطق گرم و خشک: با تبخیر آب، نمک‌ها و املاح در آن باقی می‌مانند و غلظت آن‌ها افزایش می‌یابد.
• نفوذ آب شور به منابع زیرزمینی:  به‌ویژه در مناطق ساحلی، آب شور دریا ممکن است به سفره‌های آب زیرزمینی نفوذ کند.
• استفاده از آب‌های شور در آبیاری و برگشت دوباره آن به خاک: باعث تجمع نمک در زمین و منابع آب می‌شود (شوری ثانویه).
• کاهش بارندگی و خشک شدن منابع آب: وقتی منابع شیرین کاهش می‌یابند، سهم آب‌های شور در دسترس افزایش پیدا می‌کند.
• استفاده زیاد از کودهای شیمیایی و شورکننده‌ها: برخی کودها باعث افزایش یون‌های سدیم، کلر و سایر نمک‌ها در خاک و آب می‌شوند.

مضرات آب با سختی بالا:

1. گرفتگی لوله‌های آبیاری و دستگاه‌ها: رسوب‌گذاری کلسیم و منیزیم باعث انسداد لوله‌ها و کاهش راندمان سیستم‌های آبیاری و صنعتی می‌شود.
2. کاهش رشد گیاهان: آب سخت جذب آب و مواد غذایی را برای ریشه گیاه سخت می‌کند و رشد گیاه را کند یا متوقف می‌سازد.
3. شوری و سفت شدن خاک در طول زمان: استفاده مکرر از آب سخت، املاح را در خاک جمع می‌کند و باعث کاهش حاصلخیزی خاک می‌شود.
4. ایجاد سنگ کلیه در انسان: مصرف طولانی‌مدت آب سخت ممکن است خطر ابتلا به سنگ کلیه را افزایش دهد.
5. کاهش کیفیت شست‌وشو: صابون و شوینده‌ها در آب سخت کمتر کف می‌کنند و شست‌وشوی لباس، ظروف و بدن سخت‌تر و غیربهداشتی‌تر می‌شود.
6. خشکی پوست و مو: شست‌وشو با آب سخت باعث خشک شدن پوست، خارش و شکنندگی مو می‌شود.
7. افزایش مصرف انرژی در خانه و صنعت: رسوبات سختی آب روی المنت‌ها و دیواره‌های وسایل گرمایشی جمع می‌شود و کارایی آن‌ها را کاهش می‌دهد.
8. کاهش عمر وسایل خانگی و صنعتی: ماشین لباسشویی، آبگرم‌کن و سایر دستگاه‌ها سریع‌تر خراب می‌شوند یا نیاز به تعمیر پیدا می‌کنند.

روش تصفیه آب سخت برای کشاورزی

روش‌های ساده و قابل اجرا در مزرعه (بدون تکنولوژی پیشرفته):

• استفاده از فیلترهای زئولیت طبیعی: جذب یون‌های کلسیم و منیزیم از آب چاه؛ کم‌هزینه و قابل بازیابی.
• ته‌نشینی طبیعی در حوضچه‌ها یا مخازن آهکی: بخشی از املاح ته‌نشین می‌شوند و سختی کاهش می‌یابد.
• مخلوط کردن آب سخت با آب باران یا چشمه‌ها (رقیق‌سازی): کاهش نسبی سختی برای آبیاری، بدون نیاز به تجهیزات.

روش‌های نیازمند تکنولوژی و تجهیزات:

• استفاده از سیستم رزین تبادل یونی صنعتی: جایگزینی یون‌های سخت با سدیم؛ مناسب برای گلخانه‌های پیشرفته.
• اسمز معکوس (RO) در آبیاری قطره‌ای حساس: مخصوص تولیدات گلخانه‌ای یا گیاهان حساس به املاح.
• تصفیه شیمیایی با آهک یا سودا اش در مقیاس بالا: نیاز به تجهیزات و نظارت دقیق برای رسوب‌گذاری و ته‌نشینی کنترل‌شده.

روش تصفیه آب سخت برای مصارف صنعتی

روش‌های ساده یا نیمه‌صنعتی (با هزینه کمتر):

• فیلتر زئولیت و مخازن آهک‌زنی برای پیش‌تصفیه: کاهش سختی اولیه برای جلوگیری از رسوب در سیستم‌های گرمایشی یا لوله‌کشی.
• جوشاندن یا ته‌نشینی موقت (برای آب در حجم کم): محدود به کارگاه‌های کوچک یا مصرف غیرحساس.

روش‌های وابسته به فناوری‌های پیشرفته:

• اسمز معکوس صنعتی (RO): حذف کامل املاح برای صنایع غذایی، دارویی، نساجی و نیروگاهی.
• تبادل یونی اتوماتیک با کنترل الکترونیکی: تأمین آب با سختی کنترل‌شده در خطوط تولید حساس.
• تقطیر صنعتی یا سیستم‌های چندمرحله‌ای پیشرفته: برای تولید آب فوق‌خالص (در آزمایشگاه‌ها یا صنایع خاص).

مواد معدنی مورد استفاده برای تصفیه آب سخت:

برای تصفیه آب سخت و کاهش سختی آن معمولاً از مواد معدنی و ترکیبات خاصی استفاده می‌شود که بتوانند یون‌های کلسیم و منیزیم (عوامل اصلی سختی آب) را حذف یا کاهش دهند.

آهک (کلسیم هیدروکسید – Ca(OH)₂): باعث واکنش با یون‌های سختی موقت (بی‌کربنات کلسیم) شده و آن‌ها را به شکل رسوب جدا می‌کند.

آهک (کلسیم هیدروکسید – Ca(OH)₂) در تصفیه آب سخت نقش مهمی دارد و معمولاً برای کاهش سختی موقت آب استفاده می‌شود. وقتی آهک به آب سخت اضافه می‌شود، واکنشی شیمیایی رخ می‌دهد که یون‌های بی‌کربنات کلسیم و منیزیم (که باعث سختی موقت هستند) به صورت رسوب‌های نامحلول کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم درمی‌آیند و از آب جدا می‌شوند. این رسوبات ته‌نشین شده و می‌توان آن‌ها را حذف کرد، در نتیجه سختی آب کاهش می‌یابد.

به طور خلاصه آهک با افزایش pH و واکنش با یون‌های بی‌کربنات، باعث رسوب‌گذاری و حذف یون‌های سختی موقت می‌شود و آب را نرم‌تر می‌کند.

مقدار پیشنهادی: حدود 100–200 میلی‌گرم در لیتر آب
روش استفاده: به‌آرامی در آب حل شده، سپس با ته‌نشینی 24 ساعته رسوبات جدا می‌شوند.

کربنات سدیم (سودا اش – Na₂CO₃): یون‌های کلسیم و منیزیم را به شکل کربنات نامحلول رسوب می‌دهد و سختی دائمی را کاهش می‌دهد.

کربنات سدیم (سودا اش – Na₂CO₃) در تصفیه آب سخت نقش مهمی در کاهش سختی دائم آب دارد. وقتی سودا اش به آب اضافه می‌شود، با یون‌های کلسیم (Ca²⁺) و منیزیم (Mg²⁺) موجود در آب واکنش می‌دهد و آن‌ها را به شکل رسوب‌های نامحلول کربنات کلسیم (CaCO₃) و کربنات منیزیم (MgCO₃) درمی‌آورد. این رسوبات قابل ته‌نشینی هستند و می‌توان آن‌ها را از آب جدا کرد. سودا اش با ایجاد واکنش رسوب‌گذاری، یون‌های سختی دائم آب را حذف می‌کند و باعث نرم شدن آب می‌شود. این روش معمولاً برای کاهش سختی دائمی که با آهک قابل حذف نیست، کاربرد دارد.

مقدار پیشنهادی: حدود 50–150 میلی‌گرم در لیتر، بسته به سختی
روش استفاده: مستقیم به آب اضافه شده و پس از هم‌زدن، رسوبات ته‌نشین می‌شوند.

زئولیت: ماده معدنی طبیعی با قابلیت تبادل یونی که یون‌های کلسیم و منیزیم را جذب و با یون‌های سدیم جایگزین می‌کند. لینک خرید

زئولیت طبیعی کلینوپتیلولایت در تصفیه آب سخت نقش مهمی ایفا می‌کند. این ماده معدنی به دلیل ساختار متخلخل و خاصیت تبادل یونی بالایی که دارد، قادر است یون‌های کلسیم (Ca²⁺) و منیزیم (Mg²⁺) را که عامل اصلی سختی آب هستند، از آب جذب کرده و با یون‌های سدیم (Na⁺) جایگزین کند. این فرایند باعث کاهش سختی آب می‌شود و آب را نرم‌تر می‌کند.

زئولیت کلینوپتیلولایت با تبادل یونی یون‌های سختی آب را حذف و جایگزین می‌کند، که روشی طبیعی، اقتصادی و دوستدار محیط زیست برای تصفیه آب سخت است، مخصوصاً در کاربردهای کشاورزی و تصفیه‌های ساده‌تر.

مقدار پیشنهادی: حدود 50–100 گرم برای هر 10 لیتر آب (در فیلتر یا مخزن)
روش استفاده: آب از بستر زئولیت عبور داده می‌شود یا زئولیت به‌صورت آزاد در مخزن ریخته و سپس صاف می‌شود.

بی‌کربنات سدیم (NaHCO₃): در برخی موارد برای تنظیم pH و کمک به رسوب‌گذاری استفاده می‌شود.

بی‌کربنات سدیم (NaHCO₃) به‌طور مستقیم نقش اصلی در کاهش سختی آب ندارد، اما در تصفیه آب سخت به‌عنوان تنظیم‌کننده pH و کمک‌کننده به واکنش‌های رسوب‌گذاری کاربرد دارد.

وقتی pH آب متعادل باشد، واکنش‌های حذف یون‌های کلسیم و منیزیم بهتر انجام می‌شود و رسوب‌گذاری کربنات‌ها راحت‌تر صورت می‌گیرد. بی‌کربنات سدیم با افزایش جزئی pH آب، شرایط شیمیایی مناسب برای تشکیل رسوبات کربنات کلسیم و منیزیم را فراهم می‌کند. بی‌کربنات سدیم با تنظیم pH آب، به بهبود فرآیند رسوب‌گذاری یون‌های سختی کمک کرده و به طور غیرمستقیم در تصفیه آب سخت مؤثر است.

مقدار پیشنهادی: 20–50 میلی‌گرم در لیتر (برای تنظیم pH)
روش استفاده: در کنار آهک یا سودا اش به آب اضافه می‌شود تا محیط واکنش بهینه شود.

آلوم یا سولفات آلومینیوم (Al₂(SO₄)₃): به‌عنوان منعقدکننده برای حذف ذرات معلق و برخی املاح معدنی کاربرد دارد.

آلوم با ذرات معلق، گل‌ولای، کدورت، مواد آلی، و حتی برخی یون‌های فلزی سبک واکنش داده و آن‌ها را به صورت لخته‌ها (فلوک‌ها) درمی‌آورد. این لخته‌ها سنگین شده و ته‌نشین می‌شوند و از آب جدا می‌گردند. آلوم مستقیماً سختی آب را کاهش نمی‌دهد. اما با کمک به حذف ذرات و آلاینده‌های معلق، شرایط را برای عملکرد بهتر سایر مواد نرم‌کننده آب (مثل آهک یا زئولیت) فراهم می‌کند. در برخی شرایط خاص، آلوم می‌تواند با برخی یون‌های فلزی واکنش داده و بخشی از سختی غیرکربناتی را کاهش دهد، ولی این اثر جزئی است.

مقدار پیشنهادی: حدود 10–50 میلی‌گرم در لیتر
روش استفاده: در مرحله اول تصفیه برای ته‌نشینی ذرات معلق و کمک به شفاف‌سازی استفاده می‌شود.

مزایای استفاده مواد معدنی در تصفیه آب سخت :

• طبیعی و سازگار با محیط زیست: بدون ایجاد آلودگی ثانویه و قابل استفاده در کشاورزی و منابع طبیعی.
• در دسترس و اقتصادی: بسیاری از این مواد (مثل آهک یا زئولیت طبیعی) در ایران فراوان و ارزان هستند.
• عدم نیاز به فناوری پیچیده: روش‌هایی مانند استفاده از آهک یا زئولیت در مناطق روستایی و بدون تجهیزات پیشرفته هم قابل اجراست.
• امکان بازیافت و استفاده مجدد: برخی مواد مانند زئولیت پس از اشباع می‌توانند بازسازی و دوباره استفاده شوند.
• کاهش املاح مضر (کلسیم و منیزیم): بدون تأثیر بر عناصر مفید دیگر در آب، آب را برای آبیاری یا مصرف صنعتی مناسب می‌کنند.
• قابلیت ترکیب با سایر روش‌های تصفیه: می‌توان از این مواد به عنوان مرحله مکمل در کنار روش‌های مکانیکی یا شیمیایی استفاده کرد.
• ایمن برای خاک و گیاهان: برخلاف برخی ترکیبات شیمیایی، این مواد آسیبی به ریشه گیاهان یا ساختار خاک وارد نمی‌کنند.

نوشته شده در : دانشنامه پارس اور