مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آب سخت
آب سخت آبی است که حاوی نمك‌هاي معدني از قبيل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی ٬ کلسیم ٬ منیزیم و ... است.
 سختی آب بر دو نوع است: دایمی و موقت.
 تغییرات سختی آب
بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد سختی آب کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود. و بعضی مواقع هم در فصول پر باران و مرطوب مثل غار ها ایجاد شود.


فواید آب سخت
آب سخت برای انسان مضر نیست بلکه مفید است و معمولاً شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبودی حاصل می‌کند و بیماری راشیتیسم کمتر در این اشخاص دیده می‌شود.
 مضرات آب سخت
علیرغم فواید آب سخت برای بدن سختی بیش از حد آب نیز مضراتی دارد که مهمترین آن تشدید پدیده تولید سنگ کلیه به دلیل رسوب بونهای معلق در کلیه میشود. آب سخت برای رختشویی و مصرف در کارخانجات مناسب نیست. آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه خوب چایی و قهوه می‌شود. پخته نشدن حبوبات با آب سخت ضرر رساندن به جداره دیگهای بخار و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون مزاحمت در هنگام شستن نسوج و دستها رفع سختی آب در تجارت تعداد زیادی مواد شیمیایی برای رفع سختی آب به فروش می‌رسد که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد را قبل از ورود آب در دیگها سختی آنرا می‌گیرند و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد آهک و گچ را رسوب می‌دهند و دیگر این رسوب محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد بطوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود.
 سختی زدایی
برای برطرف کردن سختی آب ، با جوشاندن کربنات‌های هیدروژنی محلول به کلسیم نامحلول تبدیل شده و تشکیل رسوب می‌دهند. این رسوب در مناطق دارای آب سخت درون کتری‌ها دیده‌می‌شود. سختی دایمی یافت می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

شاید تا به حال بارها و بارها در باره سختی آب و یا سنگینی آب شنیده باشید. اما هنوز تعریف دقیقی از این مفاهیم در ذهن نداشته باشید.
بسیاری از مردم این دو مفهوم را به یک معنا می دانند و تفاوتی بین این دو قائل نیستند. عده زیادی نیز واژه "سختی آب" را به جای "سنگینی آب" استفاده می کنند.

در اینجا به توضیح این مفاهیم و تفاوت های بین این دو مفهوم می پردازیم.
سنگینی آب (TDS)
TDS مخفف عبارت Total Dissolved Solid به معنای " کل جامدات محلول" است. منظور از TDS كل مواد جامد محلول در آب است كه برابر مجموع غلظت همه یونهای موجود در آب می باشد. مواد محلول در آب ممكن است از نظر ماهیت « آلی » یا « معدنی » باشند.

مواد غیر آلی ( معدنی ) حل شده در آب شامل : مواد معدنی ، فلزات و گازها می باشند. بعضی از مواد آلی به صورت ذرات كلوییدی هستند اما بیشتر مواد آلی به صورت محلول هستند. آلاینده های آلی ممكن است باعث بو ، رنگ و طعم نامطبوع آب شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سختی آب

سختی آب بخاطر حضور املاح ( کاتیونها ) دو ظرفیتی در آب ایجاد می شود . از مهم ترین فلزات دو ظرفیتی که در آب یافت می شوند کلسیم و منیزیم باید نامبرده شوند ( آهن و منگنز بندرت در آبهای سطحی در غلظت قابل توجهی وجود دارند ) همانطور که گفته شد آبهای زیرزمینی از نظر سختی غلظت بیشتری در مقایسه با آبهای سطحی دارا می باشند . اگر چه سختی از نظر بهداشتی هیچگونه مشکلی بوجود می آوردولی باعث کف نکردن صابون میگردد و البته در دستگاههای حرارتی نیز رسوب ایجاد می نماید. آبهائی که سختی آنها کمتر از 50 میلی گرم در لیتر برحسب کربنات کلسیم است نرم و چنانچه سختی تا 150 میلی گرم در لیتر باشد نسبتاَ سخت و بیش از 300 میلی گرم در لیتر را خیلی سخت مینامند . برای اندازه گیری سختی از محلول EDTA  استفاده می شود .این ملح در مجاورت کاتیونهای دو ظرفیتی تغییر رنگ میدهد.

بطور کلی سختی را بر دو نوع موقت و سختی کل تعریف می کنند. سختی کل مربوط به املاح کاتیونهای دو ظرفیتی است در حالیکه سختی موقت یا سختی کربناته مربوط به کربنات و بی کربنات های کلسیم و منیزیم است که چون در مجاورت حرارت ایجاد رسوب می کنند سختی موقت نامیده می شوند.

جون سختی کربناته ( سختی موقت )بسیار نامحلول تراز سختی دائم(مثل سولفات کلسیم یا کلراید کلسیم ) می باشد بنابراین بیشتر از سختی دائم ایجاد اشکال می کند. (سختی دائم = سختی موقت - سختی کل )

آزمایش تعیین قلیائیت آب

از آزمایشهای مربوط به تعیین قلیائیت نیز می توان نوع سختی را بدست آورد :

1- هرگاه سختی کل بیشتر از قلیائیت کل باشدسختی کل معادل سختی کربناته ، و تفاضل سختی کل و قلیائیت کل نشاندهنده سختی غیر کربناته ( سختی دائم ) است .

2- هرگاه سختی کل معادل قلیائیت کل باشد ، کل سختی بصورت کربناته است .

3-هرگاه سختی کل از قلیائیت کل کمتر باشد مقدار سختی کربناته معادل سختی کل است و اختلاف بین سختی کل و قلیائیت کل نشاندهنده قلیائیت بصورت بیکربنات پتاسیم یا سدیم می باشد.

فرض کنیم نمونه آبی دارای قلیائیت کل 100 و سختی کل 150 میلی گرم کربنات کلسیم در لیتر می باشد بنابراین چون H>A است ، قلیائیت این آب بعلت وجود سدیم یا پتاسیم بیکربنات صفر ، سختی غیر کربناته این آب معادل150 - 100 یعنی 50 میلی گرم در لیتر و سختی موقت این آب معادل قلیائیت کل یعنی 100میلی گرم در لیتر می باشد.  واحد سختی آب بر حسب میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم و یا میلی اکی والان بهم ربط می دهند.

H=Total Hardness ,A=Total alkalinity 

یک درجه سختی آلمانی معادل 15 میلی گرم در لیتر اکسید کلسیم است .(10mgCao)

یک درجه سختی انگلیسی معادل یک گرین در گالن (3/14 میلی گرم در لیتر)کربنات کلسیم است .

یک درجه سختی فرانسوی معادل 10 میلی گرم کربنات کلسیم است .

یک درجه  سختی امریکائی معادل یک میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سختی آب (Hardner) ، اساسا به معنی ظرفیت آن در ترسیب صابون است.آبی که در طبیعت وجود دارد تقریبا همیشه ناخالص می‌باشد. زیرا که اغلب دارای گچ ، آهک ، نمک طعام ، ترکیبات منیزیم ، آهن ، اکسیژن و ازت ، انیدرید کربنیک ، ترکیبات آلی و غیره است و مقدار این اجسام در آبهای مختلف متفاوت است در آب اجسام دیگری مانند گل و لای و غیره هستند که معلق می‌باشند و مقداری باکتری هم در آبها یافت می‌شود.
تعریف آب سخت
آب سخت ، سخت آبی است که در آن هیدروکربنات کلسیم و منیزیم و گچ موجود باشد.

تغییرات سختی آب
بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد سختی آب کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولا سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود.

فواید آب سخت
آب سخت برای انسان مضر نیست بلکه مفید است و معمولا شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبودی حاصل می‌کند و بیماری راشیتیست کمتر در این اشخاص دیده می‌شود.

مضرات آب سخت
آب سخت برای رختشویی و مصرف در کارخانجات مناسب نیست.
آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه خوب چایی و قهوه می‌شود.
پخته نشدن حبوبات با آب سخت
ضرر رساندن به جداره دیگهای بخار و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ
خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون
مزاحمت در هنگام شستن نسوج و دستها

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

برخی براین باورند که در کشورهای صنعتی آب آشامیدنی را از تصفیه فاضلاب تهیه می کنند. این باور قطعاً اشتباهی است و در هیچ جای دنیا، جز یک دستگاه در کشور نامیبیا، آب آشامیدنی به این ترتیب بدست نمی آید، چرا که اگر چنین کاری عملی هم باشد حداقل هزینه اینکار بسیار بالا است و مردم هم از آن استقبال نمی کنند. چندین پروژه در آمریکا به این دلایل کنار گذارده شدند. غالباً آب آشامیدنی را از چاه تهیه می کنند و در برخی از مناطق از آب های سطحی، چون آب سدها و یا رودخانه ها و یا مخلوطی از انها.

اما آب چاه و آبهای سطحی و حتی لوله کشی می توانند آلوده باشند. در  تصفیه خانه ها آلایند ها را از آب جدا می کنند و جهت ضدعفونی کردن به آن گاز کلر و یا ترکیبات دیگر کلر می زنند. البته برای ضد عفونی روش های دیگری هم هست که البته گران تر از کلر هستند. به ویژه از آنجا که آب می بایست از لوله  عبور کرده و مدت زیادی در لوله ها میماند، ناچارأ جهت ضدعفونی مقدار بیشتری از ترکیبات کلر به آب می زنند که در بین راه مجدداً آلوده نشود. اما مشکل اینجا است که از یک سو گاز کلر سالم نیست و از سوی دیگر کلر با مواد آلی در آب ترکیب شده و ترکیباتی بوجود می آورد که برخی حتی سرطان زا هستند، اما مقدار آنها در آب کم است. به هر حال چنانچه امکان کلر زدائی از آب موجود باشد بهتر است این کار انجام شود. اغلب در کشورهای جهان سوم به حدی کلر به آب می زنند که هنگام مصرف بوی آن به مشام می رسد.

در عین حال آبی که به دست مصرف کننده می رسد می تواند در برگیرنده آلاینده ها (فلزات همچون آهن، منگان، سرب، آرسنیک، جیوه، کادمیوم، مس، روی، کرم، نیکل، زنگ آهن، فرارها، نیترات، نیتریت، باکتری ها و غیرو) باشد. تحقیقات در سال های اخیر نشان می دهند که در برخی از موارد برخی از باکتری ها دور خود حصاری می سازند و گاز کلر هم نمی تواند آنها را از بین ببرد. دلیل این آلودگی ها البته فراوان است. از جمله می توان عملکرد ناصحیح دستگاه مرکزی تصفیه خانه، نفوذ آب های زیر زمینی به داخل لوله ها به علت کهنه بودن لوله ها و یا قطع و وصل جریان آب در لوله ها و تغییر فشار، طولانی تر شدن خطوط لوله در شهر های بزرگ، عبور آب از لوله های نو و یا کهنه غیر استاندارد در ساختمان ها را نام برد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

علل ايجاد سختي در آب:

وجود کاتیون های فلزات دوظرفیتی مانند کلسیم، منیزیم ،استرانسیم ، آهن و منگنز باعث ایجاد سختی درآب می شوند هرچند بعلت ناچیز بودن غلظت کاتیون های استرانسیم ، آهن و منگنز در آب علت اصلی سختی در آب مربوط به کلسیم و منیزیم می باشد.
واحد بیان سختی:
در کشور ما سختی آب را بر حسب میلیگرم در لیتر کربنات کلسیم(mg/lit Caco3 ) بیان می كنند و یک درجه سختی معادل یک میلیگرم در لیتر کربنات کلسیم می باشد.هر چند واحد بیان سختی در کشور های مختلف متفاوت می باشد ، مثلا واحد سختی در فرانسه معادل با ده میلیگرم در لیتر کربنات کلسیم می باشد. و یک درجه سختی در کشور آلمان معادل با سختی ده میلیگرم در لیتر اکسید کلسیم (Cao)می باشد .

طبقه بندی آبها از نظر میزان سختی:
معمولا بسته به میزان سختی ،آب ها را به چهار گروه تقسیم می کنند:
1- آبهاي سبك (soft water): ميزان سختي بين 0- 75 ميليگرم در ليتر بر حسب كربنات كلسيم
2- آبهاي نيمه‌سخت (moderately hard water): ميزان سختي بين 75- 150 ميليگرم در ليتر بر حسب كربنات كلسيم
3- آبهاي سخت (hard water): ميزان سختي بين 150- 300 ميليگرم در ليتر بر حسب كربنات كلسيم
4- آبهاي بسيار سخت (very hard water): ميزان سختي بيش از 300 ميليگرم در ليتر بر حسب كربنات كلسيم

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سختي گيری

سختی گيري آب به حذف يون هاي کلسيم و منيزيم دو ظرفيتي  (Ca++)و  (Mg++)از آب گفته مي شود. اين يون ها از ترکيبات محلول کلسيم و منيزيم حاصل مي شوند و به حضور اين يون ها در آب سختي گفته مي شود.
 آهک زنی

جهت کاهش سختي موقت و دايم و همچنين کاهش سيليس آب استفاده از آب آهک يا آهک /سودا (Na 2 CO 3-Lime-(Soda هميشه در تصفيه آب کاربرد دارند براي آهک زني نيز به کار مي روند.

جهت سختگيري آب Cao) Quick Lime ) یاCa O H2) Slaked Lime  ) وSoda Ash  کربنات سدیم (Na 2 CO 3) در حوضچه هاي انعقاد يا لخته سازي به آب افزوده مي شوند . آهک بعد از آلوم اضافه شده و کربنات سديم نيز پس از آهک اضافه مي شود . کربنات سديم براي سختي دائم آب مي باشد . آهک تمام سختي کربناته و سختي غير کربناته منيزمي را حذف مي نمايد.

ضمن حذف سختي غير کربناته منيزيمي با آهک ، مقدار معادلي سختي غير کربناته کلسيمي توليد مي شود که براي حذف سختي آن به کربنات سديم نياز است.

آهك با ماده منعقد کننده - دي اکسيد کربن - آهن و منگنز نيز واکنش مي دهد بنابراين مقداري  آهک مازاد مورد نياز است . اين مقدار آهک مازاد مي تواند با استفاده از جار تست مشخص شود. بعد از نرم سازي توسط آهک يا آهک -کربنات سديم ، پي اچ آب بالا بوده و آب به شدت رسوبگذار است . بنابراين باا افزودن CO2 پي اچ آب را تنظيم نماييد که به اين فرآيند Recarbonation ) کربناسيون مجدد) گفته مي شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آب سخت

آب سخت آبی است که حاوی نمک‌های معدنی از قبیل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی ٬ کلسیم ٬ منیزیم و... است.

اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر 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.

املاح محلول در آب و اثرات آنها

املاح موثر در تولید سختی :

 Mg(OH)2, MgCO3, MgHCO3, Mg(NO3)2, MgCl2, MgSO4, Ca(OH)2, CaCO3, CaHCO3, Ca(NO3), CaCl2, CaSO4
املاح غیر تاثیر گذار در سختی:

K2SO4, KCl, KNO3, Na2SO4, NaCl, NaNO3

تاثیر قلیائیت در سختی آب

اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بین سختی کل و قلیائیت است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب