سختی گیر رزینی و فیلترشنی چیست؟
تفاوتها، کاربردها و راهنمای جامع انتخاب
در دنیای تصفیه آب صنعتی و تأسیسات، دو دستگاه بسیار رایج اما کاملاً متفاوت وجود دارند که گاهی توسط خریداران با یکدیگر اشتباه گرفته میشوند: سختیگیر رزینی و فیلترشنی. هر دوی این تجهیزات برای بهبود کیفیت آب طراحی شدهاند، اما هر کدام وظیفه متفاوتی بر عهده دارند و مکمل یکدیگر هستند.
در این مقاله از شرکت دماوند بخار شرق، قصد داریم به طور کامل بررسی کنیم که سختیگیر رزینی و فیلترشنی چیستند، چگونه کار میکنند، چه تفاوتهایی با یکدیگر دارند و در چه مواردی باید از هر کدام استفاده کرد.
چرا این دو دستگاه مهم هستند؟
آبی که از منابع طبیعی استخراج میشود، معمولاً حاوی ناخالصیهای مختلفی است که میتواند به تجهیزات صنعتی، دیگهای بخار، برجهای خنککننده و حتی لوازم خانگی آسیب برساند. این ناخالصیها به دو دسته کلی تقسیم میشوند:
دسته اول ذرات معلق فیزیکی مانند گل و لای، شن، زنگزدگی لولهها و مواد آلی هستند که باعث کدورت آب میشوند. دسته دوم املاح محلول شیمیایی مانند یونهای کلسیم و منیزیم هستند که باعث سختی آب و ایجاد رسوب میشوند.
فیلترشنی مسئول حذف دسته اول است و سختیگیر رزینی مسئول حذف دسته دوم. درک این تفاوت، کلید انتخاب صحیح سیستم تصفیه آب مورد نیاز شماست.
بخش اول: سختیگیر رزینی (Water Softener)
سختیگیر رزینی چیست؟
سختیگیر رزینی دستگاهی است که با استفاده از فرآیند تبادل یونی (Ion Exchange)، یونهای کلسیم و منیزیم را که عامل اصلی سختی آب هستند، از آب حذف کرده و آنها را با یونهای سدیم جایگزین میکند. به این فرآیند، نرمسازی آب نیز گفته میشود.
سختی آب چیست و چرا باید حذف شود؟
سختی آب به غلظت یونهای کلسیم و منیزیم در آب گفته میشود که بر حسب ppm (قسمت در میلیون) یا میلیگرم در لیتر اندازهگیری میشود. آب بر اساس میزان سختی به دستههای مختلفی تقسیم میشود: آب با سختی ۰ تا ۵۰ ppm بشدت نرم، ۵۰ تا ۱۰۰ ppm خیلی نرم، ۱۰۰ تا ۱۵۰ ppm نرم تا کمی سخت، ۱۵۰ تا ۳۰۰ ppm سخت و بالای ۳۰۰ ppm خیلی سخت محسوب میشود.
مشکلات ناشی از سختی آب:
مهمترین مشکل سختی آب، ایجاد رسوب در تجهیزات است. رسوب کربنات کلسیم روی لولهها، دیگهای بخار، مبدلهای حرارتی و کولینگ تاورها مینشیند. این رسوبها مانند یک لایه عایق عمل کرده و انتقال حرارت را کاهش میدهند. ایجاد لایه رسوب به ضخامت یک میلیمتر میتواند مصرف انرژی را تا ۴۰٪ افزایش دهد.
همچنین مواد شوینده با کلسیم واکنش داده و کف نمیکنند و لکههای سفید روی ظروف و سطوح باقی میگذارند. آب سخت باعث خشکی پوست و مو پس از استحمام میشود و رسوبگیری در لولهها باعث کاهش سطح مقطع و افزایش فشار مورد نیاز پمپها میگردد.
نحوه عملکرد سختیگیر رزینی
قلب تپنده سختیگیر رزینی، رزین تبادل یونی است. این رزینها دانههای پلیمری کوچکی هستند که از قبل با یونهای سدیم اشباع شدهاند.
در مرحله سرویس (Service)، آب سخت از روی بستر رزین عبور میکند. رزین تمایل بیشتری به جذب کلسیم و منیزیم دارد، بنابراین یونهای کلسیم و منیزیم را جذب کرده و در عوض، یونهای سدیم را آزاد میکند. آب خروجی نرم و عاری از سختی است.
پس از مدتی، در مرحله اشباع (Saturation)، تمام یونهای سدیم رزین با کلسیم و منیزیم جایگزین میشوند و رزین قدرت سختیگیری خود را از دست میدهد.
در مرحله احیا (Regeneration)، با عبور دادن آب نمک (محلول غلیظ آب و نمک طعام) از بستر رزین، یونهای سدیم فراوان موجود در آب نمک، جایگزین یونهای کلسیم و منیزیم میشوند و رزین مجدداً احیا میگردد. فرمول شیمیایی این فرآیند به صورت ۲RNa + Ca++ → R۲Ca + ۲Na+۱ قابل نمایش است.
مراحل مختلف کاری سختیگیر رزینی
یک سیکل کامل احیا شامل چند مرحله متوالی است. مرحله سرویس که تولید آب نرم انجام میشود. سپس بک واش (Backwash) یا شستشوی معکوس بستر رزین برای زدودن ذرات معلق و باز کردن فشردگی دانهها انجام میگیرد. در مرحله بعد مکش آب نمک (Brine Draw) برای تزریق محلول آب نمک به مخزن و احیای رزین صورت میپذیرد. سپس شستشوی آهسته (Slow Rinse) برای جاگیری مناسب یونها انجام شده و در نهایت شستشوی سریع (Fast Rinse) برای آبکشی نهایی و خارج کردن نمک اضافی از بستر انجام میشود.
اجزای اصلی سختیگیر رزینی
مخزن اصلی (Mineral Tank) محل قرارگیری رزین و سیلیس کفبستر است. جنس آن میتواند فلزی (کربن استیل با پوشش اپوکسی) یا فایبرگلاس (FRP) باشد.
رزین تبادل یونی (Ion Exchange Resin) دانههای شیمیایی هستند که عمل سختیگیری را انجام میدهند. برندهای معتبر شامل پرولایت (Purolite)، لواتیت (Lewatit) و امبرلایت (Amberlite) میباشند.
مخزن نمک (Brine Tank) یک مخزن پلیاتیلنی است که محلول آب نمک در آن تهیه میشود. شیر کنترلی (Control Valve) قلب سیستم است که مراحل مختلف کاری را کنترل میکند. انواع آن شامل شیر دستی (سولو ولو)، شیر نیمه اتوماتیک و شیر تمام اتوماتیک (بر پایه تایمر یا حجم آب) میباشد.
نازل (Nozzle) برای جمعآوری آب نرم از کف مخزن و جلوگیری از خروج رزین به کار میرود. همچنین سیلیس کفبستر (Gravel Underbedding) به عنوان لایهای از سیلیس دانهبندی شده برای توزیع یکنواخت آب استفاده میشود.
انواع سختیگیر رزینی از نظر جنس بدنه
سختیگیر فلزی (کربن استیل) دارای استحکام و دوام بالا، مقاومت در برابر فشار و ضربه است. سختیگیر فایبرگلاس (FRP) وزن سبک و مقاوم در برابر خوردگی دارد و قیمت مناسبتری ارائه میدهد، اما در برابر نور مستقیم خورشید باید محافظت شود. سختیگیر استیل استحکام و دوام بسیار بالا و مقاومت عالی در برابر خوردگی دارد، اما قیمت بالاتری نیز دارد.
کاربردهای سختیگیر رزینی
از سختیگیر رزینی برای حذف سختی آب ورودی به دیگهای بخار و آب گرم (بویلرها)، حذف سختی آب تغذیه برجهای خنککننده (کولینگ تاور)، سختیگیر موتورخانه برای مجتمعهای مسکونی و تجاری، سختیگیر خانگی برای آب آشامیدنی (با رزین گرید غذایی) و در صنایع غذایی، نساجی، رنگرزی و ... استفاده میشود.
محاسبه ظرفیت سختیگیر
برای محاسبه ظرفیت سختیگیر به سه پارامتر اصلی نیاز داریم: سختی کل آب (TH) بر حسب ppm، دبی آب مصرفی (Q) بر حسب مترمکعب بر ساعت و فاصله زمانی بین دو احیا (t) بر حسب ساعت. فرمول تقریبی محاسبه ظرفیت به صورت زیر است:
ظرفیت (گرین) = Q (m³/h) × t (h) × TH (ppm) × ۱۵.۷۳
بخش دوم: فیلترشنی (Sand Filter)
فیلترشنی چیست؟
فیلترشنی یا سند فیلتر (Sand Filter) مخزنی است که معمولاً تحت فشار (۲ تا ۴ بار) کار میکند و از سیلیس در دانهبندیهای مختلف پر شده است. وظیفه اصلی این دستگاه حذف ذرات جامد معلق (TSS) و کاهش کدورت آب است. به عبارت ساده، فیلترشنی آب را زلال و شفاف میکند.
نحوه عملکرد فیلترشنی
عملکرد فیلترشنی بر اساس فیلتراسیون فیزیکی است. آب از بالای مخزن وارد شده و از میان لایههای شن و سیلیس با دانهبندی متفاوت عبور میکند. ذرات معلق مانند گل و لای، زنگزدگی، مواد آلی و ... در بین دانههای شن گیر کرده و آب تمیز از پایین دستگاه خارج میشود.
پس از مدتی، بستر شنی از ذرات معلق اشباع شده و افت فشار در سیستم ایجاد میشود. در این مرحله، عملیات شستشوی معکوس (بک واش - Backwash) انجام میشود. در این فرآیند، جهت جریان آب معکوس شده و از پایین به بالا حرکت میکند تا ذرات به دام افتاده را از بستر جدا کرده و به فاضلاب هدایت کند.
انواع فیلترشنی
فیلترهای شنی را از چند منظر میتوان دستهبندی کرد.
از نظر نحوه کار به سه نوع تقسیم میشوند. فیلتر شنی آرام (Slow Sand Filter) بدون فشار و با سرعت بسیار کم کار میکند و برای مصارف کوچک و روستایی مناسب است. فیلتر شنی تند ثقلی (Rapid Sand Gravity Filter) با نیروی ثقل آب (هد آب) کار میکند. فیلتر شنی تند تحت فشار (Rapid Sand Pressure Filter) رایجترین نوع در صنعت است که آب تحت فشار پمپ وارد میشود و در زمان کوتاهتری تصفیه انجام میگیرد.
از نظر جنس بدنه انواع مختلفی وجود دارد. فیلتر شنی فلزی (کربن استیل یا استیل) مقاومت بالا در برابر فشار و ضربه و طول عمر زیاد دارد. فیلتر شنی پلاستیکی (PVC) وزن سبک داشته و برای محیطهای مرطوب مناسب است و قیمت کمتری دارد. فیلتر شنی FRP (فایبرگلاس تقویت شده) وزن سبک، مقاوم در برابر خوردگی و مواد شیمیایی است و بسیار در صنعت تصفیه آب محبوب میباشد. فیلتر شنی بتنی برای ظرفیتهای بسیار بالا و تصفیهخانههای بزرگ استفاده میشود.
از نظر بستر لایهای نیز تقسیمبندی انجام میشود. فیلتر شنی تک لایه فقط یک نوع سیلیس با دانهبندی مشخص دارد. فیلتر شنی چند لایه چند لایه سیلیس با دانهبندیهای متفاوت (ریز در بالا، درشت در پایین) دارد. مدیا فیلتر (چندلایه با مواد مختلف) ترکیبی از سیلیس و آنتراسیت یا کربن اکتیو برای بهبود عملکرد است.
کاربردهای فیلترشنی
فیلترشنی در تصفیه آب استخرهای شنا، پیشتصفیه سیستمهای اسمز معکوس (RO)، تصفیه آب ورودی موتورخانهها، تصفیه آب برگشتی از برجهای خنککننده، تصفیه آبهای سطحی و زیرزمینی، تصفیه نهایی پساب فاضلاب برای استفاده در آبیاری و حذف بو، رنگ و مزه نامطبوع (در صورت استفاده از کربن اکتیو) کاربرد گسترده دارد.
بخش سوم: مقایسه جامع سختیگیر رزینی و فیلترشنی
تفاوت در هدف و عملکرد
مهمترین تفاوت این دو دستگاه در ماهیت کاری آنهاست. سختیگیر با املاح محلول در آب سر و کار دارد. آبی که از سختیگیر عبور میکند، ممکن است کاملاً شفاف و زلال باشد، اما سختی بالایی داشته باشد. فیلترشنی با ذرات معلق و ناخالصیهای فیزیکی سر و کار دارد. آبی که از فیلترشنی عبور میکند، شفاف و زلال میشود، اما سختی آن همچنان باقی است.
تفاوت در مکانیسم عملکرد
سختیگیر رزینی با مکانیسم تبادل یونی (شیمیایی) کار میکند و مواد مصرفی آن شامل رزین و نمک طعام (برای احیا) میباشد. در مقابل، فیلترشنی با مکانیسم فیلتراسیون فیزیکی عمل کرده و ماده مصرفی آن سیلیس است که هر ۵ تا ۱۰ سال یکبار نیاز به تعویض دارد.
تفاوت در تأثیر بر کیفیت آب
سختیگیر رزینی بر روی شفافیت آب تأثیری ندارد اما سختی آن را کاهش میدهد. فیلترشنی آب را شفاف و زلال میکند اما تأثیری بر روی سختی آب ندارد. سختیگیر نیاز به احیا دورهای با آب نمک دارد، در حالی که فیلترشنی نیاز به شستشوی معکوس (بک واش) دارد.
ارتباط و توالی این دو دستگاه در یک سیستم تصفیه کامل
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، این دو دستگاه مکمل یکدیگر هستند و به صورت سری نصب میشوند. ترتیب استاندارد به این صورت است: آب خام ابتدا وارد فیلترشنی میشود، سپس خروجی آن وارد سختیگیر رزینی میگردد و در نهایت آب تصفیه شده به مصرف میرسد.
دلیل این توالی مشخص است: ابتدا باید ذرات معلق و گل و لای توسط فیلترشنی حذف شوند تا از آلوده شدن و گرفتگی رزین سختیگیر جلوگیری شود. اگر آب ورودی به سختیگیر دارای املاح، گل و لای یا ذرات معلق باشد، طول عمر رزین کاهش یافته و کارایی آن به شدت افت میکند.
چه زمانی به کدام دستگاه نیاز داریم؟
اگر آب شما کدر است، یا ذرات معلق در آن مشاهده میکنید، یا میخواهید از تجهیزات خود در برابر گل و لای و زنگزدگی محافظت کنید، به فیلترشنی نیاز دارید.
اگر آب شما شفاف است اما پس از جوشاندن رسوب سفید در کتری میبینید، یا صابون به خوبی کف نمیکند، یا نگران رسوبگیری در دیگ بخار و کولینگ تاور هستید، به سختیگیر رزینی نیاز دارید.
در بسیاری از پروژههای صنعتی، به هر دو دستگاه نیاز است تا آب با کیفیت مطلوب حاصل شود.
نتیجهگیری و خرید از دماوند بخار شرق
سختیگیر رزینی و فیلترشنی دو رکن اصلی تصفیه آب صنعتی هستند که هر کدام وظیفه مشخص و حیاتی بر عهده دارند. درک تفاوت بین این دو و انتخاب صحیح آنها، تأثیر مستقیمی بر راندمان تجهیزات، مصرف انرژی، عمر مفید تأسیسات و هزینههای نگهداری خواهد داشت.
شرکت دماوند بخار شرق در مشهد، با سالها تجربه در زمینه طراحی و ساخت انواع سختیگیرهای رزینی و فیلترهای شنی (فلزی و FRP) با بهترین متریال و بالاترین استانداردها، آماده ارائه مشاوره تخصصی رایگان به شما هموطنان عزیز میباشد. کارشناسان ما با انجام آزمایش آب و محاسبات دقیق، بهترین ترکیب از این تجهیزات را متناسب با نیاز شما پیشنهاد خواهند داد.
برای مشاوره رایگان و استعلام قیمت، همین حالا با ما تماس بگیرید.