בשוק קיימים 2 סוגים עיקריים של פילטרים למניעת הצטברות אבנים:
- מרככים – פילטרים המוציאים מהמים את יוני הסידן והמגנזיום והופכים את המים למים רכים. (מכאן שמם).
- מנטרלים – פילטרים המפעילים על המים פעולה כימית או חשמלית המנטרלת את יוני הסידן והמגנזיום וכתוצאה מכך הסידן/מגנזיום לא מתגבשים על המתכות ולא נוצרת אבנית על גופי החימום או בצנרות. במקרה כזה המים נשארים "קשים" כלומר כמות הסידן והמגנזיום בהם לא השתנתה.
2.1 מרככים:
קיימות מספר שיטות נפוצות לריכוך מים:
- מרכך מחליף יונים רזין, נקרא גם מרכך מלח.
- אוסמוזה הפוכה
- הרתחה
2.1.1 מרכך רזין מחליף יונים:
המרכך בנוי ממיכל ובתוכו שרף מיוחד הנקרא רזין.
רזין הוא פולימר מחליף יונים, חומר לא מסיס בדרך כלל בצורה של חרוזים קטנים (בקוטר של 1-0.5 מ"מ), בצבע שנע בין לבן לבין צהבהב לכתום.
החרוזים בדרך כלל נקבוביים כדי להגדיל את שטח הפנים שלהם ובכך גם להגדיל את המגע בינם למים. ישנם סוגים רבים של רזין מחליפי יונים רובם הם 
שרפים מסחריים עשויים פוליסטירן סולפונט (Polystyrene sulfonate).
שרפים מסחריים עשויים פוליסטירן סולפונט (Polystyrene sulfonate).המים הקשים הנכנסים למרכך מכילים יוני סידן ומגנזיום הנתפסים על ידי הרזין, ובמקביל משחררים יוני נתרן, והתהליך נקרא החלפת יונים. כתוצאה מכך כמות המים היוצאים הופכים לרכים.
כעבור זמן מה, התלוי הן ברמת הקשיות של המים והן בכמות המים שזרמה במרכך, יכולת הרזין, שהגיע לרוויה, לספוג יונים של סידן ומגנזיום קטנה, ויש לשטוף מהמרכך את יוני הסידן והמגנזיום ולהחזיר לרזין את יוני הנתרן ובכך להחזיר למרכך את כושר הספיגה. תהליך זה ניקרא ריענון.
בשוק קיימות מספר מערכות מחליפי יונים:
בריטה לשימוש בייתי –
בבית ניתן להשתמש בפילטר בריטה המונח בתוך קנקן והמים עוברים דרכו.
בפילטר יש פילטר מיקרוני למניעת מעבר חלקיקי לכלוך, פחם פעיל לספיגת ריחות ובנוסף יש בו רזין
כדי לספוג את הסידן והמגנזיום. כתוצאה מכך המים היוצאים מהפילטר הם גם נקיים, בלי ריחות ורכים ללא
אבנית.
מרככים לשימוש במכונות אספרסו - חברות המייצרות מכונות אספרסו,
מעוניינות לשמר את איכות המכונות, ולכן, יש חשיבות גדולה להכניס מים רכים למכונות. חלק
מהחברות ייצרו, לפעמים בשיתוף פעולה עם בריטה, מרככי מים מובנים הנכנסים לתוך מיכלי
המים של המכונות.
מערכת מסחרית – מיכל של מספר ליטרים המכיל רזין ומותקן מתחת לכיור
מערכות אוטומטיות – זו מערכת מסחרית שמורכב עליה מתקן המפעיל באופן אוטומטי הריענון בשעות הלילה, ללא מגע אדם.
כל שצריך זה להוסיף אחת לתקופה מלח למערכת. מקובל מאד בבתי קפה.
מערכות מעבדה/בתי חרושת – מערכות גדולות המיועדות להפיק כמות גדולה מאד של מים רכים לצורכי יצור.
חשוב לציין, לפי תקנות המים (מניעת זיהום מים) (איסור הזרמת תמלחת למקורות מים), התשנ"ח-1998, השימוש במרכך מחליף יונים מסחרי מותר לעסק מסחרי ולא לשימוש פרטי.
♦ שלבי הריענון הם:
- שלב ההמלחה – בשלב זה מנתקים את כניסת המים, פותחים את המרכך מכניסים לתוכו מלח וסוגרים את המרכך. המלח פועל למעשה בצורה הפוכה ממה שעשה מחליף היונים קודם. המלח משחרר נתרן וקולט את יוני הסידן והמגנזיום מהרזין.
- שלב החלפת היונים – בשלב זה מפנים את יציאת המים לביוב ומזרימים מים מלוחים, הספוגים ביוני סידן ומגנזיום, בצורה איטית דרך המרכך לביוב. התוצאה שהרזין סופג מחדש נתרן ומשחרר את יוני הסידן והמגנזיום שהיו בו.
- שלב החזרה לפעולה – כאשר טעם המים חזר להיות רגיל (בלי טעם של מלח) מחזירים את זרימת המרכל חזרה למצבו הקודם.
♦ יתרונות:
- עלויות רכישה ושימוש נמוכות ביותר
- מוציא את יוני הסידן והמגנזיום מהמים, ומשאיר מים רכים
- תפעול זול ופשוט ביותר
- הפעלת המערכת לא דורשת הכשרה מיוחדת
- יש אפשרות לרכוש מערכת אוטומטית
- תוצאה טובה ביותר גם במים קשים מאד
- מים באיכות טובה יותר מכל שיטה אחרת
- הכימיקל המשמש אותו (מלח) בטוח ביותר עבור המפעיל
- הטעם המתקבל מעולה
♦ חסרונות:
- דורש שטיפה נגדית פעם בתקופה – לצורך ניקוי וריענון
- משחרר מלח למערכת הביוב
- הוא לא פילטר, מלבד פעולתו כמרכך הוא לא מסנן חלקיקים או מנקה את המים
- מוסיף נתרן למים *
* אכן כן, מרכך רזין מגדיל את כמות הנתרן במים, שהרי כך הוא פועל, הוא מחליף את יוני הסידן והמגנזיון ביונים של נתרן ולכן המים הופכים רכים. אבל - כמות הנתרן שגדלה היא כה זניחה שזה ממש מגוחך.
על פי הנחיות משרד הבריאות, מומלץ כיום למבוגרים לצרוך לכל היותר כ- 2500 מיליגרם נתרן. (בפועל צורכים יותר)
מרכך מים מוסיף כ-117 מיליגרם נתרן לכל ליטר מים, כשבכוס חלב יש כ-250 מיליגרם נתרן, ובכוס בירה כ-300 מיליגרם נתרן.
מי ששותה אספרסו מוסיף לעצמו 3.51 מיליגרם נתרן שזה שווה ערך לכמה טיפות חלב. וזה זניח.
מכיוון שרוב יוני הסידן והמגנזיום נתפסים על השרף, המים היוצאים מהמרכך הם רכים וכמות האבנית הנוצרת ממים אלו היא נמוכה ביותר.
2.1.2 אוסמוזה הפוכה:
אוסמוזה הפוכה היא שיטה מעולה לסינון המים וקבלת כמעט מים טהורים H2O ללא כל תוספות, לא מינרלים, לא סידן ולא מגנזיום.
התוצאה מים שלא יוצרים אבנית כלל.
♦ איך עובדת אוסמוזה הפוכה:
כדי להבין איך עובדת אוסמוזה הפוכה נסביר תחילה את מושג האוסמוזה. (ראו תמונה בהמשך)
כאשר מכניסים ל-2 תאים, המופרדים בינהם ע"י ממברנה המעבירה רק מים, מים עם ריכוז מלחים גבוה ומים עם ריכוז מלחים נמוך, יש שאיפה למים להגיע לשוויון בין הריכוזים.
הסבר: נניח שנכניס לתא בצד ימין 2 ליטר מים בריכוז 3% מלח ובצד שמאל נכניס גם 2 ליטר מים בריכוז 1%. למים תהיה שאיפה להשוות את ריכוז המלחים. נחבר בצינור את התאים, תוך זמן קצר יתקבלו בכל תא 2 ליטר מים בריכוז 2%
אבל, אם נניח בצינור בין התאים ממברנה המעבירה רק מים. ייווצר לחץ אוסמוזי שיגרום למים לזרום מצד שמאל לצד ימין (מהריכוז הנמוך לריכוז הגבוה). התוצאה, בצד שמאל ישארו לבסוף 1 ליטר מים בריכוז 2% ובמקביל כמות המים בצד ימין תעלה ל-3 ליטר והריכוז ירד ל-2% וקיבלנו שיוויון ריכוזים.
באוסמוזה הפוכה מפעילים לחץ על המים בצד ימין ולכן מים עובדים לצד שמאל ומדללים את המים שם. (לצורך הדוגמא נקבל 3 ליטר בצד שמאל בריכוז 0.66%) במתקן ביתי לחץ הצנרת הביתית מספיק כדי להפעיל את התהליך.
המתקן הביתי לאוסמוזה הפוכה מכיל בנוסף למערכת האוסמוזה ההפוכה מספר פילטרים לניקוי המים עוד לפני שהם מגיעים למערכת עצמה. ישנם מספר סוגים של מערכות אוסמוזה הפוכה, עם יותר או פחות פילטרים. מאפיינים את המערכת ע"י כמות הפילטרים, או מספר השלבים שהמים עוברים (למשל: מערכת 5 שלבים עם מנורת UV)
להלן רשימת הפילטרים והחלקים שקיימים בדרך כלל במערכת אוסמוזה הפוכה:
- מסנן לחלקיקים גדולים המונע מעבר חלקיקים לכלוך הנמצאים במים או שהשתחררו מצנרת לקויה
- מסנן פחם פעיל הלוכד תרכובות אורגניות, ריחות כולל כלור חופשי
- מסנן פחם דחוס, אשר מסלק תרכובות נוספות
- מסנן ממברנה - אוסמוזה הפוכה
- מינירליזטור (לא בכל המערכות - מומלץ מאד אם המערכת מיועדת לשתיה)
- מנורה אולטרה סגולית לטיהור חיידקים / או פילטר פחם נוסף
- מיכל אגירה ומפסק אוטומטי העוצר את המערכת כשהמיכל מלא.
המים המגיעים לממברנה הם די נקיים ולאחר שהם עברו את הממברנה מתקבלים מים כמעט טהורים. המים היוצאים מהממברנה יוצאים באיטיות, מטפטפים, ולכן המערכת הביתית מכילה מיכל אגירה השומר את המים הנקיים ומאפשר להם לצאת בקצב סביר כשפותחים את הברז.
מים אלו לא מכילים מינרלים החיוניים לגוף, ולכן, בדרך כלל מוסיפים למערכת מתקן מינרליזטור שמחזיר למים חלק מהמינרלים כגון סידן ומגנזיום. מכיוון שהוא מחזיר רק את הסידן והמגנזיום ולא את יון הקרבונאט הסידן הזה לא נתפס על הצנרת ובמוכנת הקפה.
מקובל למדוד את איכות המערכת ע"י בדיקת כמות המומסים במים שהמערכת מצליחה להוריד. במי ברז כמות המומסים (TDS) היא בדרך כלל בין 400 ל-700 PPM (חלקיקים למליון) ואחרי מערכת אוסמוזה הפוכה מקבלים בין 40 ל-90 PPM ובמערכות עם הרבה שלבים המספר יכול לרדת אפילו מתחת ל-10 שהמשמעות היא מים מזוקקים ללא מינרלים כלל.
♦ יתרונות האוסמוזה ההפוכה:
- שיטה יעילה ביותר לסינון מי הברז.
- איכות גבוהה של מי השתייה ללא אבנית, חול, לכלוכים שונים, מתכות רעילות וללא מזהמים שונים וללא טעמים או ריחות לוואי.
- לא נדרש חיבור חשמל.
- המערכת מתאימה למגזר הדתי ולשומרי השבת, מכיוון שאינה מחוברת לחשמל.
♦ חסרונות האוסמוזה ההפוכה:
- בזבוז מים - ככל שיעילות הממברנה גבוהה יותר כך נשטפים יותר מים לביוב. (על כל ליטר מים טובים המתקבלים מהמערכת, נשטפים בחזרה בין 3 ל-5 ליטרים של מים מזוהמים לצנרת המים האפורים בבית (ביוב).
- המים יושבים במיכל אגירה – כאשר לא משתמשים במערכת זמן מה רצוי לרוקן את המיכל. וכעבור מספר שנים רצוי להחליף אותו באם הוא צבר חיידקים או פטריות.
- המים היוצאים חומציים – רמת החומציות PH של המים היוצאים מהמכונה גבוהה ואם הם נכנסים ישירות למכונת אספרסו הם עלולים לתקוף את הצנרת, במיוחד את כל חלקי הנחושת הבאים במגע עם המים ישירות.
- ככל שהמים היוצאים מהמערכת מזוקקים יותר, המוליכות (חשמל וחום) שלהם נמוכה יותר. התוצאה החום עובר באיטיות יחסית במיכל המים והמדידים לא תמיד מקבלים חיווי מדויק, מה שיכול לפגוע במכשיר.
2.1.3 הרתחת מים
ניתן לרכך חלקית מים ע"י הרתחתם. הוציא חלק מהסידן והמגנזיום מהמים
שימוש בהרתחה להקטנת כמות האבנית היה מקובל עוד בהיסטוריה.
יש להרתיח את המים ואז להניח להם להתקרר. הסידן שוקע לתחתית והמים המתקבלים רכים יותר.
כידוע יש קשיות זמנית וקשיות קבועה. ההרתחה מפחיתה את הקשיות הזמנית מהמים. הקשיות הקבועה נשארת במים.
(קשיות קבועה נעה בין 25% ל-50% מהקשיות הכללית)
בזמן רתיחת המים מתנדף הפחמן הדו חמצני (CO2) ומונע הצטברות של דיקרבונאט (CaCO3) מה שמפחית את כמות האבנית המצטברת.
התוצאה של הרתיחה היא הפחתה של הביקרבונט והסידן מהמים, שהם למעשה יוצרים את האבנית. (כמובן, כאשר היא מבוצעת כהלכה)
תהליך זה אינו מפחית את תכולת המגנזיום.
כמו כן יש לבחון מה לעשות עם כל האבנית ששקעה.
2.2 מנטרלים
מנטרלים אלו מערכות אשר המים עוברים דרכם והם המפעילים על המים פעולה כימית או חשמלית המנטרלת את יוני הסידן והמגנזיום וכתוצאה מכך הסידן/מגנזיום לא מתגבשים על המתכות ולא נוצרת אבנית על גופי החימום או בצנרות. במקרה כזה המים נשארים "קשים" כלומר כמות הסידן והמגנזיום בהם לא השתנתה.
בשוק קיימים מספר סוגי מנטרלים נפוצים:
- מערכת מבוססת סיליפוס - Siliphos Water Treatment System
- מערכת השריית משקע חשמלית - Electrically Induced Precipitation
- מערכת התמרה מגנטית - Magnetic Water Treatment
- מערכת סיוע להיווצרות תבנית גבישית - Template Assisted Crystallization
- מיכל יינון (או קבל יינון) - Capacitive Deionization (CDI)
2.2.1 מערכת מבוססת סיליפוס - Siliphos Water Treatment System
במערכת זו קיים פילטר עם חומר זרחני (פוספט) אשר נקשר ליוני הסידן והמגנזיום ומונע מהם להיתפס
בצנרת הבית או במכשירים הבייתייים.
החומר יוצא עם המים שאנו שותים ולמעשה הוא לא משנה את קשיות המים
.
♦ יתרונות
- המערכת מונעת הצטברות אבנית על הצנרת
- המערכת זולה הן לרכישה והן להרכבה
- המערכת לא דורשת חיבור לחשמל
♦ חסרונות
- יש להכניס סיליפוס לפילטר כל כמה חודשים (החומר נגמר – לא הכנסתם חומר חדש המערכת הפסיקה לתפקד)
- בשיטה זו משתחרר למים חומר פוספטי בכמות מאד קטנה, ובהרבה מתחת לתקן.
- המים המתקבלים עדיין קשים. (זה יכול להיות גם יתרון שמתקבלים מים עם מינרלים הנדרשים לגוף, כגון סידן ומגנזיום)
2.2.2 מערכת טיפול מגנטית - Magnetic Water Treatment
במערכת זו מצמידים מגנט על הצנרת דרכה עוברים המים. הטענה היא שהמגנט גורם ליוני הסידן והמגנזיום להגיב למגנט, ולהקטין את ההיצמדות שלהם לצנרת ולגופי החימום. קיימים הרבה סוגי מערכות מסוג זה החל במגנטים קבועים, ועד לאלקטרומגנטים המופעלים ע"י חשמל.
האפקטיביות של מוצר זה מוטלת בספק וההקטנה של כמות האבנית הנצמדת לא הוכחה כגדולה.
הרבה חברות טוענות שיש למערכת יעילות גבוהה יותר כאשר המים זורמים בקצב אחיד והצנרת היא מנחושת.
♦ יתרונות
- מערכת זולה מאד ונפוצה מאד בעולם.
- קלה להתקנה. מתחברת על הצינור הראשי לבית, אין צורך לפרק צנרת.
- לא דורשת טיפול, לא חשמל, לא שטיפה נגדית או כל חומר נוסף.
- אין מגע בין המערכת למים ולכן היא לא משנה את המבנה הכימי שלהם – כל המינרלים נשמרים במים
♦ חסרונות
- האפקטיביות מוטלת בספק.
2.2.3 מערכת השריית משקע חשמלית - Electrically Induced Precipitation
מערכת השריית משקע חשמלית זוהי מערכת לטיפול במים אשר מפעיל פולסים של זרם ישר ליצירת שדה חשמלי המשפיע על חלקיקי אבנית מומסת הנמצאים בכמויות גדולות בנוזל.
כשהמים, המכילים הרבה אבנית, עוברים דרך המתקן, הסידן הפחמימי מגיב עם חלקיקי סידן שצפים במים ומצטבר עליהם כשהם למעשה משמשים כגרעיני התגבשות, ובכך מונעים מהאבנית להצטבר בצנרת או על גופי החימום.
אמנם הגרעינים, שצברו עליהם סידן, שוקעים מתיישבים על פני האלקטרודה אך המבנה שלהם הוא כמו בוצה רכה ולא כמשקע כימי קשיח של אבנית.
אחת לכמה זמן יש לשטוף את המשקע הזה.
♦ יתרונות
- מקטין את כמות האבנית שתצטבר בצנרת ובגופי החימום
- קלה להתקנה
- יש הוכחות שהמערכת אכן מונעת מחלק מהאבנית מלהצטבר.
- יש לו אישורי תקינה בינלאומיים.
♦ חסרונות
- דורש מקור חשמלי – כ-100W
- שימוש בזרם ישר מסוכן
- נדרשת שטיפה נגדית באופן מסודר כדי לנקות את האלקטרודה
2.2.4 מיכל יינון (או קבל יינון) - Capacitive Deionization (CDI)
במערכת זו המים עוברים דרך מיכל עם שתי אלקטרודות (אחת חיובית ואחת שלילית) דמוי קבל חשמלי גדול, המיינן את יוני הסידן והמגנזיום מה שמונע מהם להיתפס לביקרבונט ולכן אין משקע על הצנרת.
מתקנים כאלו הם יקרים ובדרך כלל תעשייתיים.
♦ יתרונות
- המערכת פועלת על המים ולא משנה את תכונותיהם
- המערכת מטפלת בכמות גדולה של מים בזמן קצר
- מערכת יציבה לאורך שנים בלי צורך לטיפולים דחופים
♦ חסרונות
- המערכת יקרה
- המערכת דורשת מקור חשמל
- לא מתאים למערכות בייתיות
2.2.5 תבנית מסיעת להיווצרות גבישית - Template Assisted Crystallization (TAC)
שיטה מיוחדת המשתמשת בחומר ננו-קריסטלי הגורם ליוני הסידן והמגנזיום להתגבש סביבו וליצור גבישים מיקרוסקופיים הנשטפים במים ומונעים מהאבנית להצטבר על הצנרת.
השיטה מוכרת כפטנט הנמכר ע"י מספר חברות כגון Next, ,ScaleNet Filtersorb ,Pelican
המערכת בנויה ממיכל שבתוכו קיים פולימר קרמי ייחודי המכיל קריסטלים בגודל ננו-מקרוסקופי המשמשים כגרעין. הסידן והמגנזיום נתפסים על הגרעין ומתחילים להתגבש ולגדול כגביש. כשהגביש גדול מספיק הוא משתחרר מהבסיס הפולימרי ונשטף לצנרת ביחד עם המים.
הסידן והמגנזיום שתפוסים כגבישים, לא נקשרים במצב זה לצנרת.
להלן מספר נקודות חשובות:
- שיטת TAC היא למעשה טיפול במים ולא ריכוך – היא לא מרככת את המים הם נשארים קשים כשהיו
- המים שיצאו מהמערכת ימשיכו לייצר כתמי מים וכתמי מינרלים על שטחים שהם יבשים רטובים חליפות
- הוספת כימיקלים שונים למים שעברו טיפול בשיטת TAC עלולים לבטל את אפקט מניעת הצטברות האבנית
- בצנרת נחושת חדשה, או במכונת אספרסו, יש להריץ מים לפחות 4 שבועות לפני חיבור למערכת TAC
- אין להשתמש במים ממערכת TAC בדוד שבו המים רותחים
- מערכת המותקנת מעל מערכת מים אחרת חייבת להכיל שובר וואקום
- מומלץ שהמערכת תקבל מים נקיים. הקריסטלים נוטים לגבש עליהם גם חומרים אחרים
- מומלץ להוסיף פילטר פחם לפני כדי שיספוג את הכלור במים שלא עושה "טוב" למערכת.
- בדרך כלל לאחר כיומיים הגבישים מתפרקים. עם הם עדיין בתוך המיכל, אזי הם חוזרים לתפקד ולגבש סביבם סידן ומגנזיום
- לא מומלץ להשתמש במערכת בלולאה סגורה. התפקוד שלה ירד מאד.
♦ יתרונות
- מערכת פשוטה וקלה להתקנה
- המערכת לא דורשת פעולות שטיפה נגדית
- המערכת לא מחוברת לחשמל, אין משאבה, שסתומים מה שמקטין את התחזוקה
- בשיטה זו יש הקטנה של כ-90% בכמות האבנית המצטברת על הצנרת וגופי החימום בהשוואה למחליף יונים
- המערכת לא דורשת חיבור לחשמל
- אין צורך לעשות שטיפה נגדית
- אין צורך להשתמש במלח
- המערכת לא משחררת נתרן למים
♦ חסרונות
- המערכת פחות אפקטיבית אם יש מינרלים נוספים במים (כגון ברזל)
- המערכת עלולה להינזק מחומרים כימיים כגון כלור – לכן מומלץ להוסיף פילטר פחם לפני
- לא אפקטיבית בהרחקת בקטריות שעלולות להיתפס בפנים
- לא מרכך את המים. המים נשארים קשים כשהיו, פשוט מונע מהסידן והמגנזיום להצטבר על הצנרת וגופי החימום
- יש להחליף את החומר הפנימי כל 3 שנים בערך, (תלוי באיכות המים) ויש לזה עלות לא קטנה
מקורות:
מאמר, "על טהרת המים" - שפורסם ע"י מכון דוידסון
מאמר " מים קשים-מים רכים:" שפורסם ע"י רחל אידלמן מהמרכז הארצי ללימודי כימיה במכון ויצמן למדע.
מאמר בדיקות מעולה