ما هي صلابة الماء؟
تنقسم صلابة الماء إلى نوعين: مؤقتة ودائمة، وتنتج صلابة الماء عن أيونات Ca+2 و Mg+ (الكالسيوم والمغنيسيوم) المذابة فيه.
الصلابة المؤقتة؛ هي الصلابة الناتجة عن كربونات وبيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم. وتُعرف أيضًا باسم صلابة الكربونات. ويمكن إزالة الصلابة المؤقتة عن طريق غلي الماء.
أما الصلابة الدائمة فتنتج عن كلوريد الكالسيوم والمغنيسيوم، والنترات، والكبريتات، والسيليكات، والفوسفات. ولا يمكن التخلص من الصلابة الدائمة بغلي الماء.
تُعبَّر عن الصلابة عادةً بوحدة جزء في المليون (ppm) بناءً على كمية كربونات الكالسيوم (CaCO₃). وتُعبَّر وحدات صلابة الماء عادةً بالدرجات الفرنسية أو الألمانية أو الإنجليزية.
1 وحدة صلابة ألمانية = 1.78 وحدة صلابة فرنسية = 17,85 جزء في المليون من CaCO3
ما هي المشاكل التي تسببها صلابة المياه؟
تتميز المياه العسرة بدرجة غليان أعلى بسبب التركيز العالي للأيونات فيها، ولذلك يتم استهلاك المزيد من الطاقة عند تسخين المياه العسرة. كما أن تراكم الترسبات الكلسية، الذي يزداد على الأسطح التي يتم تسخين المياه عليها، يؤدي إلى العزل الحراري ويزيد من استهلاك الوقود.
تعد جودة المياه عاملاً مهمًا أيضًا من حيث العمر التشغيلي للأجهزة التي تعمل بالماء (المرجل، غلاية البخار، السخان، وما إلى ذلك).
تتراكم الرواسب المائية في الأنابيب والأجهزة التي تستخدم الماء، وفي النقاط الميتة التي يكون فيها التدفق بطيئًا. وتؤدي إلى حدوث انسدادات وتلف أجهزة التحكم الدقيقة.
تفقد صلابة الماء قابليتها للذوبان بمرور الوقت بشكل تلقائي أو بسرعة عند تسخين الماء، وتبدأ في الالتصاق بالأسطح التي تمر بها. فيتراكم الترسبات بسرعة داخل أنابيب المياه، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط المياه وتدفقها. وفي غضون فترة قصيرة، يصبح من الضروري استبدال الأنابيب.
تحدث الأعطال في الصنابير والصمامات والدشات بشكل أكثر تواتراً.
تلتصق بقايا الصابون بجلد الإنسان بعد الاستحمام أو الدش. فهي تسد مسام الجلد وتغطي خصلات الشعر مما يجعلها قاسية. وتشكل هذه الكتلة الملتصقة بالجلد بيئة مواتية لتكاثر البكتيريا.
تضفي المعادن المسببة للصلابة طعمًا غير مرغوب فيه على الأطعمة. ويكتسب الثلج المصنوع من الماء العسر مظهرًا ضبابيًا.
ما هو جهاز تنقية المياه؟
تليين المياه هو عملية إزالة الصلابة الناتجة عن معادن الصلابة Ca+2 و Mg+ (الكالسيوم والمغنيسيوم) الموجودة في المياه، وذلك باستخدام راتنج كاتيوني. وتتم هذه العملية بطريقة التبادل الأيوني.
كيف تعمل أجهزة تنقية المياه؟
عندما يدخل الماء العسر إلى الخزان، فإنه يمر عبر الراتنج الذي يفصل أيوناته المسببة لصلابة الماء. تحتوي الراتنجات على بوليمرات متنوعة متشابكة، وتتميز بخصائص أنيونية وكانيونية. وعندما تتلامس هذه المادة مع الماء، يتبادل أيون Na+ (الصوديوم) الموجود فيها مكانه مع أيونات Ca+2 و Mg+2 (الكالسيوم والمغنيسيوم) الموجودة في الماء. ترتبط أيونات Ca²⁺ و Mg²⁺، المسؤولة عن عسر الماء، بالراتنج. أما أيونات Na+ الموجودة داخل الراتنج فتنتقل إلى الماء. وبهذه الطريقة، يتم توفير الماء المُخفف للاستخدام.
مع الاستخدام المتكرر، تصبح الراتنجات مشبعة بالمعادن المسببة للصلابة، فتنخفض قدرتها على تنقية المياه. وفي هذه الحالة، يتعين إجراء عملية التجديد. ويُطلق مصطلح «التجديد» على عملية غسل الراتنجات بالماء المالح. يحتوي الماء المالح على أيونات Na+ وCl- (الصوديوم والكلوريد)؛ وعند التجديد، يتم ضخ الماء المالح الموجود في خزان الملح إلى خزان الراتنج، حيث تتبادل أيونات Na+ مكانها مع أيونات Ca²⁺ وMg²⁺ في الراتنج، ويتم تصريف أيونات Ca²⁺ وMg²⁺ مع أيون Cl- إلى الصرف. وبذلك يتم إعادة شحن الراتينج بأيونات Na+ مرة أخرى.
التبادل الأيوني أثناء عملية التليين: يتم تبادل أيونات Ca+2 و Mg+2 الموجودة في الماء العسر مع أيونات Na+ الموجودة في الراتينج.
التبادل الأيوني أثناء عملية التجديد: تتبادل أيونات Na+ الموجودة في المياه المالحة أماكنها مع أيونات Ca+2 و Mg+2 الموجودة في الراتينج.