اصلاح گر فیزیکی در سختی گیر آب چیست؟

اصلاح گر فیزیکی در سختی گیر آب چیست؟

اصلاحگرهای فیزیکی بدون استفاده از مواد شیمیایی و با استفـاده از ایجاد تغییرات در امـلاح محلول در آب بواسطه میدان‌های مغناطیسی و الکترومغناطیسی تمایل رسوب گذاری آب را کاهش می دهند. در این راستا عبارت‌هایی نظیر سختی گیر، رسوب گیر، رسوب زدا، ضد رسوب و … در این دسته بندی قرار می‌گیرند. اصلاح‌گرهای غیرشیمیایی یا Non Chemical Device  از دیگر نام‌های این گروه از تجهیزات است. سابقه تولید و استفاده از سختی گیرهای مغناطیسی به دهه ۱۹۵۰ میلادی بر می‌گردد.

انواع سختی گیرهای مغناطیسی :

۱- مغناطیسی (میدان مغناطیسی)

۲- الکترومغناطیسی (میدان الکترو مغناطیسی)

۳- الکترونیکی (میدان الکترومغناطیسی متغیر) تقسیم می‌شوند.

نحوه ی عملکرد سختی گیرهای مغناطیسی :

۱- سختی گیرهای مغناطیسی:

این نوع سختی گیرها از جمله اولین تجهیزات اصلاح فیزیکی آب به شمار می‌روند. پس از کشف این که آبی که از روی صخره‌های با خاصیت مغناطیسی عبور می‌کند رسوب نمی‌گذارد، این نوع سختی گیرها تولید شده‌اند. سابقه فعالیت این گروه از اصلاح‌گرهای فیزیکی به اواخر دهه ۱۹۴۰ و اوایل ۱۹۵۰ میلادی بر می‌گردد. فلزاتی نظیر آهن، کبالت و نیکل قادر هستند که خاصیت فرومگنتیکی از خود بروز دهند. از این رو در ساخت بلوکهای مغناطیسی به کار گرفته می‌شوند. قدرت میدان‌های مغناطیسی با واحد گوس(Gauss) سنجیده می‌شود. شدت میدان مغناطیسی زمین حدود ۲۵/. الی ۶۵/. گوس و کمپرسور یخچال ۱۰۰۰ گوس است. سختی گیرهای مغناطیسی در محدوده ۲۰۰۰، ۴۰۰۰، ۶۰۰۰، ۸۰۰۰، ۱۲۰۰۰ و حتی ۴۷,۵۰۰ گوس ساخته شده‌اند. از انواع سختی‌گیرهای مغناطیسی میتوان : مغناطیسی بلوکی، مغناطیس لوله‌ای( رزوه‌ای و فلنجی)، مغناطیسی کلمپی و رینگ‌های شارژی را نام برد .

۲- سختی گیر الکترومغناطیسی:

میدان مغناطیسی حاصل از سیم پیچ حامل جریان با N حلقه، از برهم نهی میدان ایجاد شده در هر حلقه با میدان حلقه‌های دیگر، تشکیل خواهد شد. که خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده در سیم پیچ در شکل روبرو ملاحظه می‌شود. منطق سازندگان این دستگاه‌ها در تاثیر میدان‌های مغناطیسی بر یون‌ها و جلوگیری از ایجاد رسوب مشابه تولیدکنندگان سختی گیر های مغناطیسی است با این تفاوت که خطوط میدان مغناطیسی در سختی گیرهای الکترومغناطیسی تقریبا در راستای لوله قرار می‌گیرند. (به غیر از قسمت ابتدایی و انتهایی سیم پیچ). در واقع اختراع سختی گیرهای الکترومغناطیسی اولیه ابداع نوینی در زمینه رسوب گیری محسوب نمی‌شد و همچنان مشکلاتی نظیر نیاز به وجود جریان آب در داخل لوله وجود داشت زیرا میدان مغناطیسی تنها به بار الکتریکی در حال حرکت نیرو وارد می‌کند . مشکل دیگر برد محدود میدان مغناطیسی ایجاد شده است که تنها در قسمتی از لوله که به دور آن سیم پیچیده شده است القا می‌گردد.

۳- سختی گیر الکترونیکی:

سختی‌گیرهای الکترونیکی، در واقع نسل جدید سختی گیرهای الکترومغناطیسی هستند. ایده جدیدی که در سختی گیرهای الکترونیکی به کار گرفته شده است که آنها را از انواع قبلی متمایز می‌کند، استفاده از جریان AC به جای جریان DC در این نوع از سختی گیر ها است. سختی گیرهای الکترونیکی شامل یک یا چند سیم پیچ و یک جعبه کنترل است. سیم پیچ‌ها به دور لوله پیچیده می‌شود و به جعبه کنترل اتصال دارد. با اتصال جعبه کنترل به برق ، جریان AC از سیم پیچ عبور می‌کند. عبور جریان متغیر از سیم پیچ باعث القای میدان الکترومغناطیسی متغیر درون لوله می‌شود . اساس کار سختی گیر‌های الکترونیکی، ایجاد میدان‌های مغناطیسی متغیر با آرایش دوایر متحد المرکز درون لوله است که یونهای مثبت و منفی معلق در آب را تحت تاثیر قرار می‌دهد. با توجه به این که جریان عبوری از سیم پیچ متغیر از نوع AC است، میدان مغناطیسی القا شده در لوله نیز متغیر خواهد بود. با توجه به خواص مغناطیسی فلزات آهنی و تاثیراتی که ممکن است بر میدان مغناطیسی القا شده در لوله بگذارند، برای عملکرد دستگاه جنس لوله‌های مورد استفاده باید از نوع پلاستیکی و یا فلزات غیرآهنی (مسی یا استینلس استیل) باشد. اگر فرکانس مورد استفاده در این دستگاه‌ها از ۲۰۰۰ هرتز بیشتر باشد با توجه به قانون لنز، اثر خودالقایی در سیم پیچ قابل توجه و اختلال آمیز در عملکرد دستگاه خواهد بود . در سختی گیرهای الکترونیکی ، امکان تغییر مداوم و خودکار سیگنال جریان AC در برد الکترونیکی، امکان پذیر شده است. در این راستا : الف) تغییر شدت جریان ب) تغییر شکل موج (سینوسی ،مربعی و اشکال دیگر) ج) تغییر فرکانس  وجود دارد که از طریق یک یا چند سیم پیچ یا آنتن به آب القا می‌گردد.

معایب اصلاح‌گرهای مغناطیسی :

در این بخش سعی بر آن است که با توجه به نقدها و بررسی‌های انجام شده در خصوص کارایی اصلاح گرهای مغناطیسی، معایب و محدودیت‌های آن ها مورد بررسی قرار گیرد. به تفکیک این معایب سختی‌گیرهای مغناطیسی، الکترومغناطیسی و الکترونیکی به شرح ذیل مورد بررسی قرار می‌گیرد.

-۱عملکرد سختی‌گیر‌های مغناطیسی موضعی است:  اثرگذاری سختی‌گیر‌های مغناطیسی کاملا مقطعی و موضعی بوده و با فاصله گرفتن از بلوک‌های مغناطیسی حداکثر تا ۱۰ سانتیمتر ضعیف تر می‌شود و در طول مدار لوله‌کشی موثر نیست. سازندگان این تجهیزات ادعا می‌کنند که برد دستگاه به چند صد متر هم می‌رسد، که ادعای بی‌اساسی است. زیرا اگر آب در حال سکون باشد، سختی‌گیر مغناطیسی هیچ اثری بر روی آب نگذاشته و تجهیزات قبل و بعد از آن در مقابل تشکیل رسوب قابل محافظت نیستند. همچنین سختی‌گیرهای مغناطیسی قادر نیستند مدار لوله‌کشی و تاسیسات بالادستی (قبل از دستگاه) را محافظت نمایند و تنها آب فرآوری شده باید تحت تاثیر میدان مغناطیسی و در مدت زمان موثر، قرار گرفته و آب این اثرات را با سرعت سیال در مسیر منتقل نماید.

  -۲برای پوشش کل مدار لوله کشی به بیش از یک دستگاه سختی گیر مغناطیسی نیاز است:  به دلیل موضعی بودن عملکرد سختی گیرهای مغناطیسی، درصورتی که مدار لوله‌کشی طولانی است، یک یا چند دستگاه جوابگو نبوده و جهت پوشش کل مدار لوله‌کشی، با توجه به پیچیدگی مدار، تعداد اتصالات و زانوها و تعداد و فشار پمپ‌های سیرکولاسیون یا بوستر پمپ‌ها، نیاز به محاسبه تعداد دستگاه‌های مورد نیاز است. از سوی دیگر تحقیقات علمی نشان داده است که اساساً رسوبات تشکیل شده توسط دستگاه‌های سختی گیر مغناطیسی ، در بهترین شرایط آزمایشگاهی حداکثر ۳ الی ۳/۵ دقیقه است. این “توپ برفی” تشکیل شده اساسا غیر پایدار است. به عنوان مثال سختی‌گیرهای مغناطیسی را نمی توان در مکش پمپ نصب نمود زیرا توربولان جریان باعث شکسته شدن و از هم گسیختن توپ‌های برفی می‌گردد. با مراجعه به دستورالعمل‌های نصب اینگونه تجهیزات، مشاهده می‌گردد که نمی‌توان آن ها را در خروجی پمپ نیز نصب نمود.

 -۳ باعث خوردگی شدید در محل نصب و تجهیزات بعد از آن می‌گردد:  نصب بلوک‌های مغناطیسی باعث ایجاد شار مغناطیسی از قطب های N به S می‌گردد. عبور جریان آب حامل آنیون‌ها(یونهای منفی نظیر کربنات و سولفات ها …) و کاتیون‌ها(یونهای مثبت کلسیم، منیزیم و سدیم و …) از زیر میدان‌های مغناطیسی، باعث قطع شدن شارهای میدان مغناطیسی توسط یون‌های مثبت و منفی شده و این امر باعث ایجاد الکترون ولت در منطقه مورد نظر می‌گردد. در این حالت، فلز ۲ ظرفیتی(لوله یا آند)، سطح فلز ۳ ظرفیتی(لایه محافظتی – مگنتیک یا کاتد) و سیال(الکترولیت) وجود داشته که عبور جریان سیال و یون‌های درون آن، باعث ایجاد جریان الکتریکی ضعیف بر مبنای الکترون ولت و نهایتاً تشکیل پیل الکتروشیمیایی می‌گردند، عملاً موجب خوردگی فلز گردیده و نهایتاً از حجم لوله کاسته می‌شود.

-۴  خاصیت مغناطیسی باعث جذب ذرات فلزی و نهایتا مسدود شدن مسیر جریان سیال می‌شود:  با نصب بلوکهای مغناطیسی، ذرات فلزی معلق در آب، جذب این میدان‌های قوی مغناطیسی می‌شود. به مرور با افزایش این حجم ذرات موجب کاهش سطح مقطع در مدار لوله‌کشی می‌گردد که می‌بایست چند وقت یک بار مدار لوله‌کشی متوقف و آب آن تخلیه و به صورت فیزیکی تمیز گردد.

-۵ عملکرد دستگاه به سرعت بهینه آب عبوری بستگی دارد: برای انتقال اثرات جذب شده از میدان مغناطیسی ناحیه‌ای از لوله که سختی گیر مغناطیسی روی آن نصب شده است به نواحی دیگر مدار، لازم است که سیال حتما جریان داشته و حتماً در سرعت بهینه خود جاری شود. منحنی ذیل نتایج آزمایش تاثیرپذیری عملکرد سختی‌گیرهای مغناطیسی را نسبت به سرعت آب داخل لوله نشان می‌دهد در شرایطی که بهترین عملکرد در سرعت ۲/۳ متر بر ثانیه اتفاق می‌افتد میزان کاهش رسوب ۸۰ درصد بوده و این بدان معناست که تنها روند رسوبگذاری کند گردیده و حذف نمی‌گردد. عموما طراحان تاسیسات مکانیکی سرعت ۱ الی ۱/۵ متر بر ثانیه را در طراحی‌های خود لحاظ می‌نمایند که در این شرایط با رجوع به منحنی فوق تنها ۳۰ الی ۴۰ درصد میزان رسوبگذاری کاهش می‌یابد.

-۶  در نزدیکی میدان مغناطیسی و خصوصا الکتروموتورها اثر سختی گیر مغناطیسی کاهش می‌یابد: بدیهی است که میدان‌های مغناطیسی ناشی از الکتروموتور‌‌ها و ژنراتور‌ها و سایر دستگاه‌های با کارکرد مشابه، در عملکرد میدان‌های مغناطیسی اختلال ایجاد می‌کنند. این درحالیست که الکتروموتورها قلب محرک تاسیسات بوده و راهبری مدارهای تاسیساتی بدون این تجهیزات غیرممکن است. به عنوان مثال، با فرض اینکه در زمان نصب سختی گیر مغناطیسی بر روی لوله فاصله مجاز نصب از موتورهای الکتریکی نیز رعایت گردد باز هم نمی‌توان توپ‌های برفی ایجاد شده درون سیال را از میدان مغناطیسی الکتروموتورها محافظت نمود، زیرا به هر حال سیال در نقاط مختلف در حرکت است و از درون پمپ یا حتی شیرهای برقی یا موتوری نیز عبور خواهد نمود. بنابراین اثر ایجاد شده توسط سختی گیر مغناطیسی، در نقطه دیگر از مدار از بین رفته و یا تضعیف می‌گردد.

-۷ سختی گیر های مغناطیسی به عنوان مکمل سختی گیر های رزینی در نظر گرفته می‌شوند:  اغلب سازندگان سختی گیرهای مغناطیسی استفاده از این تجهیزات را برای آبهای سخت توصیه نمی‌نمایند به عبارت دیگر زمانی که سختی آب از حد مشخصی بالاتر است عنوان می‌نمایند که سختی گیرها به تنهایی عملکرد چندان مطلوبی نداشته و می‌بایست به همراه سختی گیرهای رزینی به کار می‌روند. هر چند سختی گیرهای رزینی عملکرد خود را صنایع گوناگون به اثبات رسانده‌اند اما دلیل تمایل به استفاده از سختی گیرهای اصلاح گر فیزیکی عدم نیاز به مراقبت و سرویس و نگهداری، خرید سنگ نمک و آماده سازی آب نمک و عملیات بک واش و احیا و در مجموع کاهش هزینه های پرسنل نگهداری است.

-۸  پایداری کریستال‌های معلق تشکیل شده در آب کوتاه بوده و برابر ۳/۵ دقیقه است:  کریستال‌های معلق تشکیل شده توسط سختی گیرهای مغناطیسی، به دلیل منسجم و منظم نبودن، پایداری چندانی نداشته و پس از گذشت مدت زمانی کوتاه، حداکثر برابر با ۳/۵ دقیقه، متلاشی شده و از بین می‌روند. نمک‌های محلول در آب (TDS, Total Dissolved Solid) شامل کلیه آنیون‌ها و کاتیون‌ها هستند. ترکیباتی نظیر سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، آهن و منگنز کاتیون‌ها را تشکیل می‌دهند و ترکیباتی نظیر کلراید، سولفات، کربنات، بی کربنات، نیترات، نیتریت، سیلیکات آنیون‌ها را تشکیل می‌دهند. اما نکته بسیار مهم این است که تمامی این املاح تمایلی به تشکیل رسوب ندارند. به عنوان مثال در برخورد کلسیم به یون کلر و ایجاد نمک کلرید کلسیم، این نمک بسیار حلال بوده و تمایلی به راسب بودن ندارد. بغیر از کربنات منیزیم و کلسیم، باقی ترکیبات تمایل به تشکیل حالت پایدار کریستالی را دارند. در نتیجه پس از عبور کریستال‌های ایجاد شده از حوزه قوی میدان مغناطیسی ترکیبات یونی ناپایدار و حلال واکنش نشان داده و از مجموعه رسوبات کریستالی خارج و خود مجدد در آب حل می‌شوند. این واکنش موجب از هم پاشیدن کریستال‌های ایجاد شده ناشی از سختی گیرهای مغناطیسی می‌گردد .

-۹ نصب مدل فلنجی سختی گیر مغناطیسی نیاز به توقف سیستم و بریدن لوله دارد:  سختی گیرهای مغناطیسی دارای انواع مختلف بلوکی، لوله‌ای(رزوه‌ای و فلنجی) و کلمپی هستند. مدل‌های فلنجی و رزوه ای آن برای نصب نیاز به برش لوله دارد. برای بریدن لوله، سیستم باید متوقف و تمام یا بخشی از آب داخل سیستم تخلیه گردد. شاید در سیستم‌های تاسیسات کوچک خانگی توقف یک یا چند ساعته مساله چندان مهمی نیست اما در تاسیسات معظم این امر به سادگی میسر نبوده و تمامی توقفات با برنامه ریزی از قبل انجام می‌گردد. نصب مدل فلنجی نیاز به مهارت دارد، لوله‌های با اقطار بزرگ‌تر، به دلیل سنگین‌تر شدن سختی‌گیر مغناطیسی فلنجی، نیاز به نیروی متخصص جهت نصب دقیق در فضای تعبیه شده دارد.

-۱۰ سختی گیرهای مغناطیسی رسوبات قبلی را حذف نمی‌کند:  سختی گیرهای مغناطیسی همانطور که در مورد ۵ به آن به تفصیل اشاره گردید در بهترین شرایط میزان رسوب گذاری در بازه‌های زمانی کوتاه تا ۴۰ درصد کاهش می‌دهند و نمی‌توانند رسوب زدایی نموده و رسوبات قبلی را حذف نمایند. تنها زمان رسوبگذاری کمی به تعویق افتاده و با شیب کمتری انجام می‌گردد.

-۱۱ استاندارد ایمنی ندارند و برای سلامتی انسان مضر هستند:  در تاسیسات عظیم و مجهز و همچنین لوله‌های با اقطار بزرگ، از سختی گیرهای مغناطیسی با مغناطیس‌های قوی‌تری استفاده می‌شود، تا بتواند کل لوله‌ها و مدار را تحت پوشش قرار دهد. بنا به گفته برخی شرکت‌های دارنده سختی گیر مغناطیسی، این مغناطیس‌های قوی گاها شدت‌های مغناطیسی شدیدی برابر با ۱/۲ تسلا یا ۱۲۰۰۰ گوس تولید می‌کنند که طبق مطالب بالا فرای استانداردهای معمول بوده و صدمات ناشی از این میدان‌های مغناطیسی قوی بر روی اکو سیستم محیط زیست و تمامی جانداران موجود در آن، به خصوص پرسنلی که نقش نظارت، بازرسی و یا نگهداری از این تجهیزات را دارند، گاها بسیار زیاد و غیر قابل جبران است. مقادیر حد تماس شغلی با شدت‌های شار مغناطیسی پایا در جدول ۴ به مقادیری اشاره دارد که به نظر می‌رسد چنانچه تقریباً کلیه شاغلین به طور مکرر در روزهای متوالی در مواجهه با آن قرار گیرند، اثر سوء بر سلامت آنان عارض نگردد.

جدول ذیل : مقادیر تماس شغلی مجاز با میدان های مغناطیسی برای تمام بدن و برای دست ها و پاها