سختی آب چیست و انواع آن کدامند؟

آب سخت آبی است که دارای مواد معدنی بالایی است . آب سخت زمانی تشکیل می شود که آب از طریق رسوبات سنگ آهک یا گچ که عمدتاً از کربنات های کلسیم و منیزیم، بی کربنات ها و سولفات ها تشکیل شده اند، نفوذ کند. در این مقاله می خواهیم درباره سختی آب، اثرات و رفع آن صحبت نماییم.

اثرات نامطلوب سختی آب

آب آشامیدنی که دارای سختی باشد، یعنی مقدار مواد معدنی آن بالا باشد، از میزان سلامتی محدودتری برخوردار است. این نوع آب می تواند مشکلات بسیاری را در موارد مختلف ایجاد نماید.

به عنوان مثال در صنعت، سخت بودن آب باعث ایجاد خرابی و آسیب به دیگ های بخار، برج های خنک کننده و سایر تجهیزات صنعتی می گردد. سختی آب در آب مصرفی خانه اغلب با عدم تشکیل کف در هنگام هم زدن صابون در آب و با تشکیل رسوب آهک در کتری ها و آبگرمکن ها نشان داده می شود.

در استخرهای شنا، آب سخت با ظاهری کدر (شیری رنگ) در آب ظاهر می شود. هیدروکسیدهای کلسیم و منیزیم هر دو در آب محلول هستند. محلول های آبی این هیدروکسیدهای فلزی دی اکسید کربن را از هوا جذب می کنند و کربنات های نامحلول را تشکیل می دهند و باعث ایجاد کدورت می شوند. این اغلب به دلیل بالا بودن بیش از حد PH (pH> 7.6) است. از این رو، یک راه حل معمول برای مشکل این است که با حفظ غلظت کلر در سطح مناسب، pH را با افزودن اسید کلریدریک کاهش دهیم، مقدار بهینه آن در محدوده 7.2 تا 7.6 است.

هر جا که سختی آب نگران کننده باشد، معمولاً از روش های نرم کردن آب برای کاهش اثرات نامطلوب آب سخت استفاده می شود.

انواع سختی آب و املاح موجود در آن

سخت بودن آب شامل دو نوع می باشد: سختی دائم و سختی موقت. که در ادامه به توضیح هر یک از آن ها می پردازیم.

سختی دائمی

سختی دائمی آب که به آن سختی کربناتی نیز می گویند، با غلظت کاتیون های چند ظرفیتی در آب تعیین می شود. کاتیون های چند ظرفیتی کمپلکس های فلزی با بار مثبت با بار بیشتر از 1+ هستند. معمولاً کاتیون ها دارای بار 2+ هستند. کاتیون های معمولی که در آب سخت یافت می شوند عبارتند از Ca2+ و Mg2+. این یون ها با شسته شدن از مواد معدنی داخل آبخوان وارد منبع آب می شوند. مواد معدنی رایج حاوی کلسیم کلسیت و گچ هستند. یک ماده معدنی رایج منیزیم دولومیت است (که حاوی کلسیم نیز می باشد). آب باران و آب مقطر نرم هستند، زیرا یونهای کمی دارند.

گاهی اوقات می توان یون های کلسیم و منیزیم را با نرم کننده های آب حذف کرد.

سختی دائمی عموماً نسبت به جوشاندن مقاوم است و با جوشاندن نرم نمی شود. اگر این اتفاق بیفتد (با جوشاندن نرم نشود)، معمولاً ناشی از وجود سولفات کلسیم/کلرید کلسیم و/یا سولفات منیزیم/کلرید منیزیم در آب است که با افزایش دما رسوب نمی‌کنند. یون هایی که باعث سختی دائمی آب می شوند را می توان با استفاده از یک نرم کننده آب یا ستون تبادل یونی حذف کرد.

سختی موقت

سختی موقت که به آن سختی بی کربناتی نیز می گویند، به دلیل وجود مواد معدنی بی کربنات محلول (بی کربنات کلسیم و بی کربنات منیزیم) ایجاد می شود. هنگامی که این نوع مواد معدنی حل می شوند، کاتیون های کلسیم و منیزیم (Ca2+، Mg2+) و آنیون های کربنات و بی کربنات (CO2-) تولید می کنند.

وجود کاتیون های فلزی آب را سخت می کند. با این حال، بر خلاف سختی دائمی ناشی از ترکیبات سولفات و کلرید، این سختی «موقت» را می توان با جوشاندن آب یا با افزودن آهک (هیدروکسید کلسیم) از طریق فرآیند نرم شدن آهک کاهش داد. جوشاندن باعث تشکیل کربنات از بی کربنات می شود و کربنات کلسیم را از محلول رسوب می دهد و آب را پس از سرد شدن نرم تر می کند.

سختی کل چیست؟

مجموع غلظت یون های کربنات و بی کربنات موجود در آب، سختی کل (TH) را تشکیل می دهد.

چگونه سختی و سنگینی آب را از بین ببریم

نرم شدن آب یا حذف سختی آب در واقع حذف کلسیم، منیزیم و کاتیون های فلزی دیگر در آب سخت است. آب نرم به دست آمده به صابون کمتری برای همان تلاش تمیز کردن نیاز دارد، زیرا صابون در پیوند با یون های کلسیم هدر نمی رود. آب نرم همچنین با کاهش یا حذف رسوب در لوله ها و اتصالات، طول عمر لوله کشی را افزایش می دهد.

نرم شدن آب معمولاً با استفاده از رزین‌های نرم‌کننده آهک یا تبادل یونی انجام می‌شود، اما به طور فزاینده‌ای با استفاده از غشاهای نانوفیلتراسیون یا اسمز معکوس انجام می‌شود. اغلب مطلوب است که آب سخت نرم شود. اکثر مواد شوینده حاوی موادی هستند که اثرات آب سخت بر روی سورفکتانت ها را خنثی می کنند. به همین دلیل، نرم کردن آب در خانه اغلب غیر ضروری است و معمولا در صنعت توصیه می گردد.

در جاهایی که نرم‌سازی انجام می‌شود، اغلب توصیه می‌شود که فقط آب ارسالی به سیستم‌های آب گرم خانگی نرم شود تا از ناکارآمدی و آسیب ناشی از تشکیل رسوب در آبگرمکن‌ها جلوگیری یا به تأخیر بیفتد. یک روش معمول برای نرم شدن آب شامل استفاده از رزین های تبادل یونی است که یون هایی مانند Ca2+ را با دو برابر تعداد مونو کاتیون ها مانند یون های سدیم یا پتاسیم جایگزین می کند.

آبی که با نرم کننده آب تصفیه شده است را می توان آب نرم نامید. در این موارد، آب ممکن است حاوی سطوح بالایی از سدیم یا پتاسیم و یون‌های بی کربنات یا کلرید باشد.

دانستنی های جالب درباره آب سخت

سازمان بهداشت جهانی می گوید که “به نظر نمی رسد هیچ مدرک قانع کننده ای وجود داشته باشد که سخت بودن آب باعث اثرات نامطلوب بر سلامتی انسان شود”. در واقع، شورای تحقیقات ملی ایالات متحده دریافته است که آب سخت در واقع به عنوان یک مکمل غذایی برای کلسیم و منیزیم عمل می کند.

برخی از مطالعات رابطه معکوس ضعیفی را بین سختی آب و بیماری های قلبی عروقی در مردان تا سطح 170 میلی گرم کربنات کلسیم در هر لیتر آب نشان داده اند.

توصیه هایی برای حداکثر و حداقل سطوح کلسیم (ppm 40-80) و منیزیم (20-30ppm) در آب آشامیدنی و سختی کل بیان شده به صورت مجموع غلظت کلسیم و منیزیم 2-4 میلی مول در لیتر ارائه شده است.

برخی از مطالعات مصرف آب سخت خانگی را با افزایش اگزما در کودکان مرتبط می‌دانند.

در مورد موارد فوق صحت صد در صد وجود نداشته و صرفا حاصل از مطالعات محدودی می باشد که در جهان انجام شده است.