اصلاح گر فیزیكی در سختی گیر آب چیست؟

اصلاحگرهای فیزیكی بدون استفاده از مواد شیمیایی و با استفـاده از ایجاد تغییرات در امـلاح محلول در آب بواسطه میدان‌های مغناطیسی و الكترومغناطیسی تمایل رسوب گذاری آب را كاهش 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 1950 میلادی بر می‌گردد.

انواع سختی گیرهای مغناطیسی :

1- مغناطیسی (میدان مغناطیسی)

2- الكترومغناطیسی (میدان الکترو مغناطیسی)

3- الكترونیكی (میدان الكترومغناطیسی متغیر) تقسیم می‌شوند.

نحوه ی عملکرد سختی گیرهای مغناطیسی :

1- سختی گیرهای مغناطیسی:

این نوع سختی گیرها از جمله اولین تجهیزات اصلاح فیزیكی آب به شمار می‌روند. پس از كشف این كه آبی كه از روی صخره‌های با خاصیت مغناطیسی عبور می‌كند رسوب نمی‌گذارد، این نوع سختی گیرها تولید شده‌اند. سابقه فعالیت این گروه از اصلاح‌گرهای فیزیكی به اواخر دهه 1940 و اوایل 1950 میلادی بر می‌گردد. فلزاتی نظیر آهن، كبالت و نیكل قادر هستند كه خاصیت فرومگنتیكی از خود بروز دهند. از این رو در ساخت بلوکهای مغناطیسی به كار گرفته می‌شوند. قدرت میدان‌های مغناطیسی با واحد گوس(Gauss) سنجیده می‌شود. شدت میدان مغناطیسی زمین حدود 25/. الی 65/. گوس و كمپرسور یخچال 1000 گوس است. سختی گیرهای مغناطیسی در محدوده 2000، 4000، 6000، 8000، 12000 و حتی 47,500 گوس ساخته شده‌اند. از انواع سختی‌گیرهای مغناطیسی میتوان : مغناطیسی بلوكی، مغناطیس لوله‌ای( رزوه‌ای و فلنجی)، مغناطیسی كلمپی و رینگ‌های شارژی را نام برد .

2- سختی گیر الكترومغناطیسی:

میدان مغناطیسی حاصل از سیم پیچ حامل جریان با N حلقه، از برهم نهی میدان ایجاد شده در هر حلقه با میدان حلقه‌های دیگر، تشكیل خواهد شد. كه 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 تولیدكنندگان سختی گیر های مغناطیسی است با این تفاوت كه خطوط میدان مغناطیسی در سختی گیرهای الكترومغناطیسی تقریبا در راستای لوله قرار می‌گیرند. (به غیر از قسمت ابتدایی و انتهایی سیم پیچ). در واقع اختراع سختی گیرهای الكترومغناطیسی اولیه ابداع نوینی در زمینه رسوب گیری محسوب نمی‌شد و همچنان مشكلاتی نظیر نیاز به وجود جریان آب در داخل لوله وجود داشت زیرا میدان مغناطیسی تنها به بار الكتریكی در حال حركت نیرو وارد می‌كند . مشكل دیگر برد محدود میدان مغناطیسی ایجاد شده است که تنها در قسمتی از لوله كه به دور آن سیم پیچیده شده است القا می‌گردد.

3- سختی گیر الكترونیکی:

سختی‌گیرهای الكترونیكی، در واقع نسل جدید سختی گیرهای الكترومغناطیسی هستند. ایده جدیدی كه در سختی گیرهای الكترونیكی به كار گرفته شده است كه آنها را از انواع قبلی متمایز می‌كند، استفاده از جریان AC به جای جریان DC در این نوع از سختی گیر ها است. سختی گیرهای الكترونیکی شامل یک یا چند سیم پیچ و یک جعبه كنترل 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 الكترونیكی، 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 2000 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 الكترونیكی ، امكان تغییر مداوم و خودكار سیگنال جریان AC در برد الكترونیكی، امکان پذیر شده است. در این راستا : الف) تغییر شدت جریان ب) تغییر شکل موج (سینوسی ،مربعی و اشكال 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 كه با توجه به نقدها و بررسی‌های انجام شده در خصوص كارایی اصلاح گرهای مغناطیسی، معایب و محدودیت‌های آن ها مورد بررسی قرار گیرد. به تفكیک این معایب سختی‌گیرهای مغناطیسی، الكترومغناطیسی و الكترونیكی به شرح ذیل مورد بررسی قرار می‌گیرد.

1- عملكرد سختی‌گیر‌های مغناطیسی موضعی است: اثرگذاری سختی‌گیر‌های مغناطیسی كاملا مقطعی و موضعی بوده و با فاصله گرفتن از بلوک‌های مغناطیسی حداکثر تا 10 سانتیمتر ضعیف تر می‌شود و در طول مدار لوله‌كشی موثر نیست. سازندگان این تجهیزات ادعا می‌کنند كه برد دستگاه به چند صد متر هم می‌رسد، كه ادعای بی‌اساسی است. زیرا اگر آب در حال سكون باشد، سختی‌گیر مغناطیسی هیچ اثری بر روی آب نگذاشته و تجهیزات قبل و بعد از آن در مقابل تشكیل رسوب قابل محافظت نیستند. همچنین سختی‌گیرهای مغناطیسی قادر نیستند مدار لوله‌كشی 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.

2- برای پوشش كل مدار لوله كشی به بیش از یك دستگاه سختی گیر مغناطیسی نیاز است: به دلیل موضعی بودن عملكرد سختی گیرهای مغناطیسی، درصورتی كه مدار لوله‌كشی طولانی است، یك یا چند دستگاه جوابگو نبوده و جهت پوشش كل مدار لوله‌كشی، با توجه به پیچیدگی مدار، تعداد اتصالات و زانوها و تعداد و فشار پمپ‌های سیركولاسیون یا بوستر پمپ‌ها، نیاز به محاسبه تعداد دستگاه‌های مورد نیاز است. از سوی دیگر تحقیقات علمی نشان داده است كه اساساً رسوبات تشكیل شده توسط دستگاه‌های سختی گیر مغناطیسی ، در بهترین شرایط آزمایشگاهی حداكثر 3 الی 3/5 دقیقه است. این "توپ برفی" تشكیل شده اساسا غیر پایدار است. به عنوان مثال سختی‌گیرهای مغناطیسی را نمی توان در مكش پمپ نصب نمود زیرا توربولان جریان باعث شكسته شدن و از هم گسیختن توپ‌های برفی می‌گردد. با مراجعه به دستورالعمل‌های نصب اینگونه تجهیزات، مشاهده می‌گردد كه نمی‌توان آن ها را در خروجی پمپ نیز نصب نمود.

3- 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 كربنات و سولفات ها ...) و كاتیون‌ها(یونهای مثبت كلسیم، 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 الكترون ولت در منطقه مورد نظر می‌گردد. در این حالت، فلز 2 ظرفیتی(لوله یا آند)، سطح فلز 3 ظرفیتی(لایه محافظتی – مگنتیك یا كاتد) و سیال(الكترولیت) وجود داشته كه عبور جریان سیال و یون‌های درون آن، باعث ایجاد جریان الكتریكی ضعیف بر مبنای الكترون ولت و نهایتاً تشكیل پیل الكتروشیمیایی می‌گردند، عملاً موجب خوردگی فلز گردیده و نهایتاً از حجم لوله كاسته می‌شود.

4- 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 كاهش سطح مقطع در مدار لوله‌كشی می‌گردد که می‌بایست چند وقت یک بار مدار لوله‌كشی متوقف و آب آن تخلیه و به صورت فیزیكی تمیز گردد.

5- عملكرد دستگاه به سرعت بهینه آب عبوری بستگی دارد: برای انتقال اثرات جذب شده از میدان مغناطیسی ناحیه‌ای از لوله كه سختی گیر مغناطیسی روی آن نصب شده است به نواحی دیگر مدار، لازم است كه 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 2/3 متر بر ثانیه اتفاق می‌افتد میزان کاهش رسوب 80 درصد بوده و این بدان معناست که تنها روند رسوبگذاری کند گردیده و حذف نمی‌گردد. عموما طراحان تاسیسات مکانیکی سرعت 1 الی 1/5 متر بر ثانیه را در طراحی‌های خود لحاظ می‌نمایند که در این شرایط با رجوع به منحنی فوق تنها 30 الی 40 درصد میزان رسوبگذاری کاهش می‌یابد.