در دنیای امروز آب اهمیت بسیاری دارد، به‌طوری که کشورهای سراسر دنیا به دنبال روش‌هایی برای تصفیه آب و ذخیره آن هستند. با تصفیه آب، کشورها می‌توانند هزینه‌های خود را به‌مراتب کاهش داده و در حفظ این ماده ارزشمند کوشا باشند. روش‌های مختلف گندزدایی آب مصرف‌شده بسیار موردبررسی قرار گرفته است که در متن زیر از سختی گیر مغناطیسی صحبت خواهد شد.
معنای سختی‌گیر
یکی از نام‌های تصفیه آب سختی‌گیری است. زمانی که املاح اضافی در آب زیاد می‌شود، به اصطلاح آب سخت می‌شود. با جداسازی این املاح از آب، سختی‌گیری انجام شده و آب نرم خواهد شد. املاحی که در آب وجود دارند می‌توانند جامدات کلوئیدی یا غیر کلوئیدی بوده و حتی مواد بیولوژیک باشند. میکروارگانیسم‌های موجود در آب، کشته شده و اجساد آن‌ها در آب باقی می‌ماند که باید به کمک روش‌های فیلتراسیون از محیط خارج شوند.
گرفتگی لوله‌ها در صورت عدم استفاده از سختی‌گیرهای آب و تصفیه آن
روش‌های مختلف سختی‌گیری از آب
تا به حال روش‌های مختلفی برای تصفیه آب پیشنهاد شده است. هرکدام از این روش‌ها در جای مناسب خود به کار می‌روند. گاهی اوقات نیز به تنهایی کاربرد نداشته و در کنار روش‌های سختی‌گیری دیگر قرار می‌گیرند. در زیر به تعدادی از مشهورترین این روش‌ها اشاره خواهد شد.
- روش اسمز معکوس: این روش غالباً به همراه دیگر روش‌ها به کار می‌رود. در اسمز معکوس املاحی که باید از آب حذف شوند، به کمک نیرو و فشار وارده از سمت رقیق به سمت غلیظ جریان پیدا می‌کنند و از محیط آبی که باید تصفیه شود خارج می‌شوند.
- روش رزینی یا تبادل یونی: به کمک سختی‌گیر رزینی، یون‌ها از آب گرفته شده و آب نرم می‌شود. برای استفاده باید دقت کرد که از چه جنس رزینی برای تصفیه آب می‌خواهیم بهره ببریم. نوع یون‌های موجود در محلول نوع رزین را مشخص می‌کند.
- سختی‌گیر الکترونیکی: در این روش با ایجاد جریان الکتریکی در اطراف لوله‌ها، یون‌هایی که باید از محلول بیرون کشیده شوند تحریک شده و در جداره لوله ته‌نشین نمی‌شوند. با جلوگیری از رسوب این مواد در سطح لوله، لوله‌ها گرفته نمی‌شوند و دستگاه کارایی خود را خواهد داشت.
- سختی گیر مغناطیسی: در این روش یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. این میدان همانند مورد قبلی به جداسازی مواد یونی نامحلول کمک کرده و از ته‌نشین شدن آن‌ها در جداره لوله جلوگیری می‌کند.
کاربردهای سختی‌گیر
از سختی گیر مغناطیسی می‌توان در موتورخانه‌ها استفاده کرد. اتصال این نوع سختی‌گیرها برخلاف موارد دیگر ساده بوده و به‌راحتی جدا می‌شوند. به دلیل اینکه در این سختی‌گیر از میدان مغناطیس برای به دام انداختن ذرات استفاده می‌شود و مواد شیمیایی در آن استفاده نمی‌شود، با محیط‌زیست سازگاری بیشتری دارد.
با استفاده از سختی گیر مغناطیسی، یون‌های موجود در آب تحت یک میدان مغناطیسی قرار گرفته و بار سطحی آن‌ها تغییر خواهد کرد. در نتیجه این تغییر، میدان مغناطیسی از رسوب این مواد در جداره جلوگیری می‌کند و آن را توسط آب از محل خارج می‌کند. با خارج شدن این ذرات نامحلول از آب، آب نرم شده و قابلیت استفاده دارد. آب نرم بهتر در حضور مواد شوینده کف خواهد کرد و قدرت شست‌وشوی بالاتری را از خود نشان می‌دهد.
در صورتی که سختی‌گیری از آب انجام نشود، این ذرات رفته‌رفته در لوله‌های شوفاژخانه‌ها، موتورخانه‌ها و لوازم حرارتی تجمع پیدا کرده و سبب گرفتگی لوله‌های آن‌ها می‌شوند. اگر این مشکل برطرف نشود و لوله‌ها شسته نشوند، میزان آب عبوری از لوله‌ها کاهش‌یافته و کارایی دستگاه تصفیه آب کاهش می‌یابد. همچنین به دلیل کاهش میزان آب عبوری، دستگاه باید از انرژی بیشتری برای عبور آب استفاده کند که این موضوع مصرف انرژی را نیز افزایش می‌دهد.
اگر لوله‌های لوازم تبرید یا حرارتی توسط رسوب پوشیده شود، انتقال حرارت مشکل انجام شده و عملاً این لوازم کارایی خود را از دست می‌دهند، زیرا ضخامت رسوب از عبور حرارت جلوگیری می‌کند. با استفاده از سختی گیر مغناطیسی می‌توان هزینه‌های مربوطه را کاهش داد.
تصویری از یک دستگاه سختی گیر مغناطیسی برای جداسازی املاح کلسیم از آب
دلیل برتری روش مغناطیسی نسبت به روش‌های دیگر سختی‌گیری آب
زمانی که برای گندزدایی یا سختی‌گیری آب از مواد شیمیایی مانند رزین‌های تبادل یونی استفاده می‌شود، در حقیقت یک ماده اضافی به آب اضافه می‌شود. این مواد می‌تواند در آب باقی بماند و به سلامت بدن انسان صدمه وارد کند.
همچنین مواد شیمیایی می‌تواند با مولکول‌های دیگر حاضر در آب واکنش نشان داده و مولکول‌های مضری را تولید کند. این مواد می‌توانند به طبیعت راه یافته و محیط‌زیست را نیز آلوده کنند. برخلاف روش‌های معمول گندزدایی، سختی گیر مغناطیسی چون تنها یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند برای سلامت انسان و محیط‌زیست مشکلی ایجاد نخواهد کرد.
نحوه عملکرد سختی گیر مغناطیسی برای تصفیه آب به کمک ایجاد میدان مغناطیسی
نحوه سختی‌گیری به کمک میدان مغناطیسی
با نسبت کردن سختی گیر مغناطیسی در اطراف لوله‌ها، یک میدان مغناطیسی توسط مداری که در درون این قطعات است ایجاد می‌شود. این میدان بر روی بار سطحی ذرات موجود در آب اثر گذاشته و آن‌ها را تغییر می‌دهد. در حقیقت عامل اصلی رسوب در لوله‌ها یعنی کلسیم را مورد هدف قرار می‌دهد.
کلسیم موجود در آب‌های سخت با کربنات موجود واکنش داده، کلسیت را تولید می‌کند. کلسیت به راحتی در جداره لوله‌ها و درزها رسوب کرده و عبور آب را سخت می‌کند. میدان مغناطیسی سبب می‌شود این کلسیت‌ها به آراگونیت‌ها تبدیل شده و قدرت رسوب در مجاورت آب را از دست بدهند.
توده‌های آراگونیت ایجادشده در آب به صورت یو شکل درآمده و امولسیون در آب باقی می‌ماند. در ادامه این توده‌ها به کمک جریان آب از محیط خارج شده و دیگر در لوله‌ها رسوب نمی‌کنند. به همین علت باید در ادامه وسیله‌ای برای جداسازی این ذرات از محیط وجود داشته باشد.
لازم به ذکر است که برای استفاده از این دستگاه جریان آب باید خطی باشد و اگر تلاطمی در آب ایجاد شود، ممکن است این توده‌های ایجادشده به حالت اول برگشته و سریعاً در جداره لوله‌ها رسوب کنند.
محدوده اثر پایین در دستگاه‌های سختی‌گیر با امواج مغناطیسی
معایب روش سختی‌گیری از آب به کمک میدان مغناطیسی
همانند دیگر روش‌ها، سختی گیر مغناطیسی هم معایبی دارد که باید در هنگام خرید به آن‌ها توجه کنید. این دستگاه‌ها کاربردی بسیار محدود دارند و در محدوده کمی قادر به فعالیت هستند. کارایی این روش نیز به نسبت پایین است، زیرا با یک تلاطم آب دوباره ممکن است ذرات به حالت اولیه خود برگشته و در جداره لوله‌ها رسوب کنند. با توجه به این موضوع سختی‌گیری آب دائمی نیست و هر لحظه امکان برگشت وجود دارد.