سختی گیر آب برج خنک کننده یک سیستم فیلتراسیون و بخش مهمی از سیستم تصفیه آب در کولینگ تاور است که برای حذف غلظت بالای کلسیم و منیزیم که از عوامل ایجاد سختی آب در برج خنک کننده هستند، به کار گرفته می شود. هنگامی که آب از سختی گیر آب عبور می کند، مواد معدنی آب سخت توسط سیستم فیلتر شده و آب نرم در لوله کشی جریان می یابد. بر خلاف آب سخت، آب نرم رسوب نامحلول تشکیل نمی دهد، در لوله ها و مخازن رسوب نمی کند یا با پاک کننده ها تداخل ایجاد نمی نماید. آب سخت، عملکرد برج خنک کن را تحت تأثیر قرار حواهد داد، بنابراین استفاده از سختی گیر آب در بسیاری از صنایع و حتی برج های خنک کننده ضروری خواهد بود. در این مقاله از سایت بادران تهویه صنعت درباره سختی گیر برج خنک کننده و کاربردهای آنمطالبی را ارائه خواهیم کرد.
سختی گیر چیست؟
سختی گیر (water softener) دستگاهی است که برای حذف سختی کل آب شامل کلسیم، منیزیم و برخی کاتیون های فلزی موجود درون آب سخت مورد استفاده قرار می گیرد. سختی گیر رزینی با فراهم نمودن محیطی مساعد درون بدنه ای تحت فشار فلزی (گالوانیزه) یا فایبرگلاس (frp) زمینه تبادل یونی را ایجاد می کند.
به عبارت دیگر سختی گیر آب water softener دستگاهی است که آب با املاح بالا وارد آن شده و پس از عبور از سختی گیر ذرات املاح از آب جدا شده و آب با سختی بسیار کم یا بدون املاح از سختی گیر خارج می شود. زمانی به آب، عنوان سخت گفته می شود که دارای املاح کلسیم و منیزیم با درصد بالا داشته باشد و همچنین دارای املاح آهن، منگنز، آلومینیوم و روی داشته باشد که درصد وجود املاح آهن، منگنز، آلومینیوم و روی معمولا به دلیل اینکه پایین می باشد از آن چشم پوشی می کنیم.
سختی گیرهای آب که واحدهای تبادل یونی نیز نامیده می شوند، وسایلی هستند که کلسیم، منیزیم و سایر مواد معدنی را از آب آشامیدنی حذف می کنند. دانه های رزین داخل نرم کننده، کلسیم و منیزیم را به دام می اندازند و آنها را با سدیم یا پتاسیم مبادله می کنند.
وقتی که روی شیرهای آب رسوب ایجاد می شود یا وقتی که پس از شستن ظروف بر روی آن لکه های سفید ایجاد می شود نشان می دهد که آب دارای سختی بالاست و استفاده از سختی گیر لازم می باشد.
اگر املاح موجود در آب کلسیم و منیزیم بیشتر از 120 ppm باشد به سختی گیر نیاز می باشد. سختی اندازه گیری غلظت کلسیم و منیزیم موجود در آب است. به طور معمول، خنک کننده ها در آبی با سختی ” نرم تا کمی سخت” – بین 60 تا 120 ppm – کار کنند. ظرفیت سختی گیرها در برج های خنک کن بستگی به دبی آب برج خنک کننده و دبی آب جبرانی می باشد.
قیمت سختی گیرهای برج خنک کننده بستگی به نوع سختی گیر دارد که کمترین قیمت آن سختی گیر رزینی و بیشترین قیمت آن، سختی گیر RO می باشد. جهت خرید سختی گیر بهتر است از سختی گیرهای نو و غیر دست دوم تهیه گردد.
| درجه سختی آب | سختی آب بر حسب ppm |
| به شدت نرم | 0-50 |
| نرم | 50-100 |
| نرم تا کمی سخت | 100-150 |
| نسبتا سخت | 150-250 |
| سخت | 250-350 |
| خیلی سخت | 350 به بالا |
کسب و کارهای بسیاری از صنایع مختلف از برج های خنک کننده برای تهویه مطبوع، تولید برق و فرآیندهای تولید استفاده می کنند. با این حال، چند مورد وجود دارد که این شرکت ها باید هنگام نگهداری از برج خنک کننده در نظر بگیرند. برای اطمینان از حفظ یکپارچگی برج، کنترل شیمیایی ضروری است.
اگر آب در برج خنک کننده دارای سختی یا آلوده باشد، راندمان برج بدتر می شود که منجر به هزینه های عملیاتی بالاتر می شود. رایج ترین آلاینده هایی که در آب برج خنک کننده وجود دارد، مواد جامد محلول کامل هستند که شامل همه چیز از کلسیم گرفته تا بی کربنات ها می شود. اگر غلظت TDS بالا باشد، اگر می خواهید از تجمع رسوب و مشکلات مشابه جلوگیری کنید، باید آب برج خنک کننده توسط سختی گیر برج خنک کننده تصفیه شود.
هنگامی که سطح TDS بالا باشد، همچنین متوجه خواهید شد که تعادل pH آب پایین است، به این معنی که آب اسیدی است. پس از حذف آلاینده ها، PH آب باید افزایش یابد، که منجر به قلیایی شدن آب می شود. تعادل pH اشتباه می تواند باعث آسیب و خوردگی گسترده به اجزای برج خنک کننده شود. در زیر یک راهنمایی در مورد حذف کل مواد جامد محلول از آب و نقشی که pH در این فرآیند ایفا می کند، ارائه شده است.
هنگامی که آب برج خنک کننده نسبتاً تمیز و پایدار است، pH آن باید در حدود 7 خنثی باشد. سطوح pH آب به تعادل هیدرونیوم و هیدروکسید در یک محلول مبتنی بر آب اشاره دارد. این قرائت میزان قلیایی یا اسیدی بودن آب را مشخص می کند. اگر آب قلیایی تر باشد، حاوی مقادیر زیادی هیدروکسید بوده و PH بالاتری خواهد داشت. محلول های اسیدی از مقادیر زیادی هیدرونیوم و همچنین pH پایین تشکیل شده اند.
اگر آب خالص و آلوده نباشد، آب برج خنک‌کننده می‌تواند PH نامتعادل داشته باشد. بیشتر آب فرآیندی که در یک برج خنک کننده استفاده می شود از سطوح بالایی از مواد معدنی محلول تشکیل شده است که منجر به تغییر pH آب برج به میزان قابل توجهی می شود. اگر این مواد معدنی بدون فیلتر شدن از آب انباشته شوند، ممکن است در سطوح داخلی برج خنک کننده رسوب ایجاد شود.
ماده معدنی که معمولاً در برج های خنک کننده انباشته می شود کربنات کلسیم است که به دلیل واکنش های گرما، بی کربنات و کلسیم ایجاد می شود. کربنات کلسیم معمولاً منجر به افزایش pH آب می شود. شما می توانید با قرار دادن اسیدهایی مانند اسید سولفوریک، اسید کلریدریک و اسید اسکوربیک در آب، سطح pH را به طور موثر کاهش دهید. با این حال، این اسیدها ممکن است به برخی از سطوح در برج خنک کننده شما آسیب برساند.
محدوده pH بهینه می تواند با برج های خنک کننده متفاوت باشد، زیرا نوع ماده ای که برج از آن ساخته شده است تعیین می کند که pH آب چقدر باید باشد. به عنوان مثال، محدوده pH ترجیحی برای فولاد گالوانیزه حدود 5/6 – 0/9 است. در مقایسه، محدوده pH ایده آل برای فولاد ضد زنگ استیل 316 برابر 5/6 – 5/9 است.
- Total Dissolved Solids (TDS)
همه ی جامدات محلول (TDS) نام گذاری می باشد که برای شناسایی غلظت مواد مختلف محلول در یک نمونه آب استفاده می شود. انواع موادی که در قرائت TDS شمارش می شوند شامل نمک های معدنی و مواد آلی خاص می باشند. برخی از نمک های معدنی رایج تر عبارتند از پتاسیم، سدیم، کلسیم و منیزیم که همگی کاتیونی هستند. سایر جامدات محلول مانند بی کربنات ها، کربنات ها، سولفات ها، کلریدها و نیترات ها به عنوان آنیون شناخته می شوند. یک آنیون دارای بار منفی است، در حالی که یک کاتیون دارای بار مثبت است.
- پایش pH
اگر می خواهید از ایجاد رسوب در امتداد سطوح برج جلوگیری کنید، آب برج خنک کننده باید محدوده pH خاصی بین 5/6 – 5/7 داشته باشد. هنگامی که غلظت مواد معدنی بیش از حد بالا باشد، ممکن است نیاز به تصفیه آب با محلول های اسیدی یا سایر تجهیزات غیر اسیدی باشد. از آنجایی که آب فرآیند می تواند حاوی غلظت مواد معدنی بالایی باشد، اپراتورهای برج خنک کننده وظیفه دارند به طور مداوم سطوح pH و سختی آب را کنترل کنند تا مطمئن شوند که خارج از محدوده بهینه قرار نمی گیرند.
کدام نوع آب، روش موثری است و چه عوارضی ایجاد می کند؟
هر تصفیه آب در هر برج خنک کننده کار نمی کند. به عنوان مثال، رفع کننده های اسیدی در کاهش pH آب در برخی از برج های خنک کننده بسیار موثر هستند. با این حال، بسته به موادی که برج خنک کننده از آن ساخته شده است، همیشه راه حل مناسبی نیست.
زمانی برای کاهش قلیایی بودن با قرار دادن اسید سولفوریک در آب رایج بود که می تواند منجر به ایجاد دی اکسید کربن شود. برخی از تأسیسات نیز افزودن دی کرومات سدیم به آب را انتخاب کردند که منجر به ایجاد کروم شش ظرفیتی شد که سمی است.
از آن زمان، رفع کننده های اسیدی به طور قابل توجهی محبوبیت کمتری پیدا کردند و تا حد زیادی با درمان های شیمیایی مختلف جایگزین شدند. فسفات های قلیایی هنوز هم امروزه به طور گسترده در برج های خنک کننده استفاده می شوند. یک درمان نسبتاً جدید که محبوبیت آن در حال افزایش است شامل یک محلول پلیمری است.
کارهایی که می توانید برای متعادل کردن pH آب برج انجام دهید
مراحل متعددی وجود دارد که می‌توانید برای متعادل کردن pH آب برج انجام دهید، که شامل همه چیز از شناسایی کیفیت فعلی آب تا خودکار کردن فرآیندهای شما می‌شود.
- تعیین کیفیت آب
اولین کاری که باید انجام دهید این است که سختی، رسانایی، قلیائیت و pH آب و یا به عبارت دیگر، کیفیت آب را در برج خنک کننده اندازه گیری کنید. این اندازه‌گیری ها به شما یک خط پایه ارائه می کنند که تعیین می‌کند از چه درمانی استفاده کنید. همانطور که قبلاً ذکر شد، سطح pH به شما کمک می کند تا تشخیص دهید که آیا تشکیل رسوب رخ می دهد یا خیر.
آب سخت زمانی اتفاق می افتد که سطح کلسیم و منیزیم در آب فرآیند بالا باشد. این مواد معدنی به عنوان جامد شناخته شده اند و می توانند در مناطقی با دمای بالاتر رسوب کنند. در مورد قلیایی بودن، غلظت بالای قلیایی می تواند اسیدها را خنثی کند و سطح pH آب را افزایش دهد. بی کربنات، کربنات و هیدروکسید سه مورد از مواد معدنی قلیایی رایج تر موجود در آب برج خنک کننده هستند.
- چرخه های هدف تمرکز را ایجاد کنید (Establish Target Cycles of Concentration)
شما باید چرخه های تمرکز هدف را ایجاد کنید، که لازم است ابتدا کیفیت آب makeup خود را شناسایی کنید. چرخه غلظت را می توان با فرمول زیر محاسبه کرد:
| Makeup volume ÷ blowdown volume = cycles of concentration |
با این فرمول می توانید تعیین کنید که COC برج شما چیست. پیگیری این معیار به شما این امکان را می دهد که بدانید تاسیساتی که از آن خارج می شوید در حال حاضر آب از دست می دهد یا خیر. در حالی که COC بالاتر منجر به تجمع مواد جامد محلول بیشتری می شود، کارایی آب برج خنک کننده شما را نیز افزایش می دهد. همچنین می‌توانید COC را بدون ایجاد تجمع مواد جامد با افزایش COC به 6 افزایش دهید.
سختی گیر برج خنک کننده
سختی گیر برج خنک کننده نوعی دستگاهی است که از ورود آب با سختی بالا به برج خنک کننده جلوگیری می کند که انواع سختی گیر عبارتند از:
دستگاه سختی گیر رزینی
فرآیند سختی گیری آب (Water Softening) به معنی جایگزینی کاتیون های کلسیم (++Ca) و منیزیم (++Mg) با کاتیون سدیم (+Na) است. این کار باعث جلوگیری از رسوب گذاری در سیستم ها و تجهیزات برج خنک کننده است که با آب در تماس است.
برای سختی گیری آب از رزینی استفاده می شود که یون متحرک آن از نوع کاتیون سدیم (+Na) باشد. یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب دارای سختی ضمن عبور از ستون این رزین، با یون سدیم جایگزین شده و به این ترتیب سختی آّب حذف می شود. هر کدام از یون های کلسیم و منیزیم با توجه به دو ظرفیتی بودن بار الکتریکی، با دو یون سدیم تک ظرفیتی جای خود را تعویض می کنند.
نکته بسیار مهمی که در مورد سختی گیری با رزین تبادل یونی وجود دارد، این است که طبق آنچه در مورد عملکرد رزین در این فرآیند گفته شد، عملاً یون های سختی با یون سدیم جایگزین می شوند. بنابراین، در سختی گیر رزینی هر چند مقدار سختی کل (Total Hardness) آب کاهش می یابد، اما مقدار کل املاح موجود در آب که معمولاً با شاخص TDS اندازه گیری می شود، تغییر قابل ملاحظه ای نمی کند. در این فرآیند تنها ترکیب املاح در آب تغییر می کند.
طبیعتاً فرآیند سختی گیری بصورت دائم نمی تواند ادامه پیدا کند. زمانی که رزین تمامی یون های متحرک سدیم خود را از دست داده و با یون های کلسیم و منیزیم جایگزین کرده باشد، رزین اصطلاحاً به حالت “اشباع” می رسد. زمانی که رزین اشباع شود، یا می بایست با رزین تازه تعویض شود و یا “احیاء” شود.
سوالات تکمیلی
1. سختی گیر چیست؟
سختی گیر آب water softener دستگاهی است که آب با املاح بالا وارد آن شده و پس از عبور از سختی گیر ذرات املاح از آب جدا شده و آب با سختی بسیار کم یا بدون املاح از سختی گیر خارج می شود.
2. املاح موجود در آب شامل کلسیم و منیزیم چه مقدار باشد می توان از آن جهت آب نرم استفاده کرد؟
اگر املاح موجود در آب کلسیم و منیزیم بیشتر از 120 ppm باشد به سختی گیر نیاز می باشد. سختی اندازه گیری غلظت کلسیم و منیزیم موجود در آب است. به طور معمول، خنک کننده ها در آبی با سختی ” نرم تا کمی سخت” – بین 60 تا 120 ppm – کار کنند.
3. PH آب خنک کننده برج باید چند باشد؟
PH آب برج خنک کننده باید در حالتی که آب برج خنک کننده بدون املاح با TDS کمتر از 120ppmمی باشد 7 خنثی باشد.
4. TDS به چه معناست؟
Total Dissolved Solids (TDS) همه ی جامدات محلول، نام گذاری می باشد که برای شناسایی غلظت مواد مختلف محلول در یک نمونه آب استفاده می شود. انواع موادی که در قرائت TDS شمارش می شوند شامل نمک های معدنی و مواد آلی خاص می باشند.
