مشخصات فیزیکی و شیمیایی آب که آن را برای استفاده مناسب با نامناسب می کند به قرار زیر است
۱. مجموع جامدهای معلق در آب TSS
Total Suspended Solids
۲. مجموع جامدهای محلول در آب TDS
Total Desolved Solids
۳. فاکتور توان اسیدیته یا غلظت یون مثبت هیدروژن درون آب PH
Power of Hydrogen
۴. سختی آب
Water Hardness
۵. دمای آب
۶. درصد کلر باقی مانده درون آب که برای ضد عفونی به آب زده شده

مجموع جامدات معلق در آب مقدار ذرات جامد حل نشده در آب است مقدار این ذرات در کل باعث کدر شدن آب می شود و به همین دلیل می توان رابطه مجموع ذرات معلق در آب با فاکتور کدری آب ان تی یو را متصور شد. در شکل چند ظرف آب با ان تی یو متناظرشان نشان داده شده است. واحد تی اس اس معمولا پی پی ام یا قسمت در یک میلیون وزنی کل آب است مثلاً اگر درون یک لیتر آب که یک کیلوگرم وزن دارد ۵۰ گرم ذرات معلق باشد می گویند تی اس اس آن ۵۰ پی پی ام است. طبیعی است نبود هیچگونه جامد معلق نامحلول یا کدری در آب ایده آل و عالی خواهد بود. جامدات معلق معمولا با فرآیندهای فیزیکی مثل عبور آب از صافی قابل جدا کردن هستند و با وزن کردن مواد جدا شده بر روی صافی می توان تی اس اس را محاسبه کرد. همچنین مطابق یکی از شکلهای بالا، زمان می تواند مقدار تی اس اس یک آب راکد را به دلیل ته نشین شدن کاهش دهد.

مجموع جامدات محلول در آب از پارامترهای دیگر کیفیت آب است.
که بر خلاف ذرات معلق حل نشده در آب تی اس اس پارامتر تی دی اس قابل مشاهده و تشخیص نیست و آب را کدر نمی کند و با زمان هم اگر شرایط تغییر نکند محلول ته نشین نمی شود.
نکته دیگر این است که حلالیت آب برای مواد مختلف در دماهای مختلف متفاوت است و با تغییر دما ممکن است بخشی از جامد محلول ته نشین شود.
مقدارتی دی اس را نمی توان با فیلتر کردن آب تعیین کرد بلکه باید آب را تبخیر کرد و جامد باقیمانده تعیین کننده تی دی اس است.
هر چه مقدار جامدات محلول در آب بیشتر باشد رسانایی الکتریکی آب هم بیشتر خواهد بود. دستگاههای تی دی اس سنج (اصطلاحا سختی سنج) الکترونیکی بازار با استفاده از اندازه گیری هدایت الکتریکی آب عمل می کنند.
مواد محلول در آب برای آب تصفیه شده که مواد معلق نامحلول ندارد عامل بو و مزه آب است. بهمین دلیل تی دی اس صفر آب بی مزه است و خوشایند آشامیدن نیست و بدرد صنعت می خورد.

عکسها از مهندس بزرگوار و پیشکسوت جناب اقای مهندس زبرجدی – مقایسه بین تی دی اس آب نارمک تهران توسط دستگاه الکترونیکی سختی سنج بعد و قبل از تصفیه آب خانگی

سختی آب بخشی از کل مواد محلول در آب است که حلالیتشان به دما وابسته است.
برای مثال کربنات کلسیم و منیزیم در خاک وجود دارند و در دمای ۲۱ درجه در طبیعت با آب باران حاوی دی اکسید کربن حل می شوند و بی کربنات کلسیم محلول در آب را می سازند.
معادله تشکیل بی کربنات کلسیم و منیزیم یک واکنش تعادلی قابل برگشت است و در دمای بالای سیستم گرمایش به سمت آزاد سازی دی اکسید کربن و آب و تشکیل رسوب کربنات کلسیم می رود و باعث اخلال در کار سیستم می شوند.(معادله در شکل)
سختی آب می تواند پایدار (غیر کربناتی مثلاً سولفات یا کلرید کلسیم یا منیزیم) باشد که حلالیت بالاتر و امکان رسوب کمتر دارد یا می تواند ناپایدار مثلاً کربنات کلسیم و منیزیم باشد. اگرچه سولفاتها در غلظت بالا قابلیت رسوب دارند و کلریدها هم که سختی پایدارند معمولا خورنده هستند.
سختی آب با واحد یک قسمت جرمی کربنات کلسیم در یک میلیون قسمت جرمی آب شناخته می شود که در جدول شکل آمده است. (پی پی ام)
سختی آب باعث اخلال در عملکرد شوینده ها هم می شود که معادله آن را نیز در شکل می بینیم.
سختی مجاز دیگ بخار در استاندارد دین حداکثر 45 پی پی ام است.

چگونه سختی آب خانه خود را با امکانات خانگی تخمین بزنیم:
گفتیم اندازه گیری سختی آب بصورت مستقیم کار سختی است و یک روش آن استفاده از قطره های معرف است و آنچه توسط دستگاههای معروف به سختی سنج الکترونیکی بازار اندازه گرفته می شود در واقع تی دی اس آب است. از مواردی که مستقیم به سختی آب ربط دارد، کارایی شوینده ها است که در آب سخت مختل می شود. ۳۵۵ میلی لیتر (سی سی) آب شیر را درون یک بطری بریزید. مطابق جدول به این بطری ۱۰ تا ۱۰ تا قطره مایع ظرفشویی اضافه کنید و هر بار به شدت هم بزنید. مقدار قطرات مایع ظرفشویی که باید بریزید تا کفی به اندازه ۲.۵ سانت روی آب ایجاد شود و آب هم صاف گردد مطابق جدول تعیین کننده سختی آب خواهد بود. این روش بسیار تقریبی است و روش قطره های معرف یا نوار کاغذهای مدرج کارخانه ای بسیار دقیق تر هستند و سختی را با عدد می دهند.

اندازه گیری سختی بصورت مستقیم به راحتی اندازه گیری کل جامدات محلول در آب نیست. چون شامل یونهای خاص کلسیم و منیزیم می شود.
در ابهای شور مثل آب دریا اگر آبی تی دی اس بالاتری داشته باشد الزاما به معنای سختی بالاتر نیست چون ممکن است مثلاً نمک‌های محلول آن مثل نمک طعام بیشتر باشد ولی در مورد آب شیرین می توان تا حدی سختی آب را به کل جامدات محلول در آن ربط داد و آب با تی دی اس بیشتر را سخت تر دانست.
روش استفاده از قطره برای اندازه گیری سختی آب شیرین در فیلم آمده است. ابتدا قطره آبی رنگ را درون آب می ریزیم و هم می زنیم تا قرمز شود سپس قطره قطره از دو قطره چکان دیگر به محلول اضافه می کنیم و هر بار هم می زنیم تا رنگ محلول دوباره آبی شود تعداد قطرات قطره چکان اول ضربدر 17.5 پی پی ام یا تعداد قطرات قطره چکان دوم ضربدر 2 پی پی ام برابر سختی آب خواهد بود.

جدول سختی آب و کل جامدات محلول در آب تی دی اس برای شهرهای مختلف به نقل از یک سایت. ظاهراً منبع سایت داده های اداره آب و فاضلاب است که البته داده های تی دی اس آن با جدول کتب فنی و حرفه ای هم تطابق کامل دارد. همانطور که می بینیم سختی آب تقریبا همه جا به هم نزدیک است و فقط کل جامدات محلول در آب بسیار متفاوت است.
همچنین استفاده از جدول به عنوان قیاس مناسب است و برای طراحی بهتر است دقیقا برای محل مورد نظر اندازه گیری صورت گیرد

معمولا اگر شبکه یک صافی از 0.076 میلیمتر بزرگتر باشد به آن ذره گیر گویند و اگر کوچکتر باشد به آن صافی فیلتر گویند.
Stainer Cartridge Filter 0.00102 to 0.102 mm
Bag-Type Filter 0.00102 to 0.838 mm
Sand Filter 0.00051 to 0.0102 mm
Diatomaceous Earth Filter
Centrifugal-Gravity Separators

فیلتر شنی یکی از متداول ترین صافی ها برای گرفتن جامدات معلق نامحلول در آب تی اس اس است. این فیلتر مخزنی بسته (تحت فشار بالاتر از جو) از جنس فلزی یا پلاستیکی است که درون آن لایه های دانه شن با دانه بندی درشت (۱۲ میلیمتر) از بالا تا ریز (۰.۵ میلیمتر) در پایین قرار گرفته است. در حالت تصفیه، آب از بالا وارد می شود و از پایین خارج می گردد. پس از مدتی استفاده هنگامیکه افت فشار فیلتر زیاد شد باید با آب تمیز بصورت برگشت مسیر قبل، یعنی از پایین به بالا شنها را شستشو دهیم که به این عمل بک واش گویند. عمق یا همان ارتفاع کل لایه های شنی یک مقدار بهینه دارد که بیشتر از آن، تاثیر چندانی در راندمان تصفیه آب ندارد. همچنین سرعت عبور آب درون شن محدوده مجازی دارد که این دو مورد برای فیلتر شنی سرعت بالا و پایین در جدولی در شکل به نقل از یک منبع داده شده است و برای طراحی باید از کاتالوگ انتخاب فیلتر شنی برداشت گردد. در طراحی فیلتر شنی با توجه به معلوم بود محدوده سرعت مجاز عبور آب از فیلتر و دبی لازمه، سطح مقطع لازم برای مخزن فیلتر بدست می آید. منابع: پاکمن، کتب فنی و حرفه ای، ویکی پدیا

فیلتر دیاتمیک یا دی ای متشکل است از استوانه های متعددی که به طور عمودی از یک صفحه چند بخشی آویزانند. جنس این استوانه ها از مونل (آلیاژی از نیکل، مس، آهن، منگنز)، اکسید آلومینیوم و سایر مواد خنثی است که میان سوراخ های تنگ یک غربال، بافته شده اند و روی آن ها پوشش پودر دی ای نگه داشته می­شود.
ماده صافی عبارت است از پودر فسیل باقی مانده از گیاهان دریایی میکروسکوپی با پوسته سیلیسی. ثابت شده است که پودر دی ای به لحاظ میکروسکوپی بودن اجزا، نامنظم بودن شکل و خنثی بودن از نظر شیمیایی، یک ماده صافی ایده آل است.
دیاتمایت ها آن قدر کوچک اند و ریزند که میکروارگانیسم ها و باکتری ها را بدون نیاز به افزودن ماده منعقد کننده از آب جدا می­کنند.
فیلتر دیاتمیک در هر بار بک واش پودر دی ای خود را همراه با کثافات از دست می دهد و پودر باید پس از روشن شدن پمپ دوباره از محلی درون مدار وارد شود و در فیلتر گیر می افتد.
در این فیلتر بک واش در همان جهت فیلتر ولی با فشار بیشتر و از استخر به سمت فاضلاب است.
Diatomaceous Earth Filter.

شرکت ارمان صنعت در سایت خود که لینک آن هم در زیر آمده است مقایسه مفصلی بین انواع فیلتر های استخر (شنی و کارتریج و دی ای) دارد که در تصویر بصورت جدولی و خلاصه هم آن را می بینیم.

برخی روش‌های ضد رسوب سختی که از رسوب سختی جلوگیری می کنند و ممکن است پس از سختی گیری آب ورودی به سیستم برای سختی های باقی مانده درون سیستم بکار روند یا در مواردی قبل از روش اسمز معکوس برای بازده بیشتر بکار روند: (قسمت اول روشهای شیمیایی)

1. acidification
برای از بین بردن رسوب نمکهای کربناتی، اسیدیته آب را بالا می برند تا واکنش به سمت تشکیل رسوب نرود این روش خورنده فلزات لوله کشی است.
2. antiscalant addiction (Inhibitor)

افزودنیهایی که مانع از رسوب نمک‌های سختی اب می شوند:
a) Threshold inhibition
افزودنی که آستانه حلالیت سختی در آب را بالا می برد. برای نمونه کریستالهای پلی فسفات که برای پکیج بکار می روند و نحوه نصب این کریستالهای کارتریجی در شکل نشان داده شده است. پلی فسفات به عنوان سختی گیر در پودرهای لباسشویی هم بکار می رفته است.

b) Crystal modification
افزودنی که از طریق بار منفی خود و حمله به بار مثبت رسوبات، روند کریستالی شدن آنها را تغییر می دهد
c) Dispersion
افزودنی که با بار منفی بر ذرات رسوب معلق می نشیند و با دفع ذرات دیگر رسوب مانع از بهم پیوستن آنها می شود

برخی روش‌های ضد رسوب سختی که از رسوب سختی جلوگیری می کنند و ممکن است پس از سختی گیری آب ورودی به سیستم برای سختی های باقی مانده درون سیستم بکار روند: (قسمت دوم روشهای غیر شیمیایی)

3. Fixed-Field Magnetic
میدان مغناطیسی باعث می شود ذرات بر روی جامدات معلق بجای سطوح رسوب کنند و بجای کلسیت تشکیل آراگونیت دهند

4. Electromagnetic Systems
امواج متغیر یا ثابت الکترومغناطیسی که بار سطحی جامدات و ذرات معلق را تغییر می دهد و باعث رسوب بر روی این ذرات و نه دیواره لوله می شود

5. Cavitation Systems
ایجاد حباب‌های کاویتاسیون مصنوعی می کند که در هنگام ترکیدن باعث پخش ذرات و جلوگیری از رسوب می شود
6. Ultrasonic Systems
با ایجاد امواج اکوستیک باعث آسیب به دیواره سلولی میکروبها نیز می شود. موارد بازاری به این نام تقلبی هستند

7. Ionization Rods
با ایجاد بار استاتیکی ثابت مانع از رسوب می شود

ion exchange softening
روش‌هایی که عامل رسوب (یون سختی مثلاً کلسیم یا منیزیم یا کربنات) را با یون خود که در آب بسیار محلول است جایگزین می کنند

a) Zeolite softeners
مواد متخلخل حاوی یونهای مثبت که از ترکیب خاکستر آتش فشان با نمک‌های دریاچه بوجود می آیند و یونهای مثبت خود را با کلسیم یا منیزیم آب سخت جایگزین می کنند

b) Resin
ساختار شیمیایی رزین در اغلب موارد میکرو دانه های پلیمری ارگانیک از جنس پلی استایرن کراسلینکد با دیوینیل بنزن است در مورد کاتیونهای اسید ضعیف می تواند پلی اکریلیک اسید کراسلینکد با دیوینیل بنزن باشد. رزین‌ها می توانند اسیدی کاتیونی برای جایگزینی کلسیم و منیزیم یا بازی آنیونی برای جایگزینی کربنات آب باشند و این رزین‌های آنیونی یا کاتیونی می توانند قوی یا ضعیف باشند. همچنین می توانند بصورت ژلی ( ساختار میکرو متخلخل ژلی) یا متخلخل ( ساختار ماکرو متخلخل) باشند. رزین‌ها قابلیت احیا و استفاده دوباره با نمک احیاگر دارند. کاتیون رزین می تواند سدیم یا هیدروژن و انیون آن می تواند کلر یا هیدروکسید باشد

Polystyrene crosslinked with with divinylbenzene

polyacrylic acid crosslinked with divinylbenzene

gel type microporous structure

macroporous structure

مرسوم ترین شیوه سختی گیری در مقیاس بالا، تبادل یونی به شیوه عبور آب از روی رزین است.
برای این روش باید مخزنی تحت عنوان سختی گیر محتوی رزین و مخزنی تحت عنوان تانک نمک داشته باشیم. شبکه لوله کشی می تواند بصورت دستی یا توسط شیر چند راه نیمه اتوماتیک سولو و یا شیر چند راه اتوماتیک دیجیتال بین حالات زیر تغییر کند.
👈حالت سرویس یا تصفیه که آب برای سختی گیری از بالا وارد سختی گیر شده و پس از عبور از رزینها از ته سختی گیر خارج می شود
👈حالت شستشو یا بک واش که در آن آب تمیز از زیر وارد شده و از بالای سختی گیر آلودگی‌های رزین را با خود به فاضلاب می فرستاد
👈شستشو با آب نمک که در آن آب تمیز با عبور از یک‌ ونتوری آب نمک را از مخزن آن می کشد سپس از بالای سختی گیر وارد شده و تا پایین، رزین را احیا می کند و بعد به فاضلاب می رود
👈شستشوی سریع، عبور آب تمیز از سختی گیر برای پاک کردن آب نمک مرحله قبل است که آب در انتها به فاضلاب می رود

یکی دیگر از روشهای سختی گیری آب روش الکترولیز است که در آن به واسطه یک اند و کاتد درون یک محفظه، کربنات کلسیم بر اثر یک سری واکنش زنجیره ای که در تصویر دیده می شود بر کاتد رسوب می کند و درون جریان ادامه مسیر نمی دهد. این روش از این جهت که سختی آب را مستقیم خارج می کند و آن را به نمک‌های محلول دیگر تبدیل نمی کند روش جالبی است که البته خیلی رایج نیست. این روش هم سختی و هم کل جامدات محلول در اب را کاهش می دهد

روش اسمز معکوس کل مواد محلول و غیر محلول در آب را می گیرد. این روش یک روش فیزیکی بدون مواد شیمیایی و بدون نیاز به دانستن نوع ناخالصیهای آب است و معمولا برای تهیه آب شرب یا بسیار خالص استفاده می شود. اگر بین دو آب خالص و ناخالص قشای نیمه تراوا قرار دهیم با گذشت زمان آب قسمت خالص به قسمت ناخالص می رود و آب ناخالص رقیقتر و آب ناخالص کمتر می شود این امر با افزایش آنتروپی همراه است به این پدیده اسمز گویند. برای اینکه فرآیند برعکس شود باید بوسیله پمپ فشار قسمت ناخالص را افزایش داد که به این فرآیند اسمز معکوس گویند

دستگاههای تصفیه آب خانگی هم دارای دو فیلتر اسمز معکوس هستند منتها برای افزایش راندمان این فیلترها قبل از آنها سه فیلتر (یکی پروپیلن برای گرفتن ذرات و بعد دو فیلتر کربن برای گرفتن بو و … ) قرار می دهند