اندازه گیری آهن (Fe) در آب: چرا این فلز رایج می تواند تجهیزات صنعتی را از کار بیندازد؟

مقدمه: آیا آب قهوه ای رنگ فقط یک مشکل ظاهری است؟

اگر آب شما رنگ قهوه ای دارد، لکه های زنگ زده روی ظروف ایجاد می کند یا لوله های شما دچار انسداد شده اند، احتمالاً غلظت آهن (Fe) در آب شما بالاست.

بسیاری فکر می کنند آهن فقط یک مشکل زیبایی شناختی است. 

اما واقعیت این است که آهن محلول در آب می تواند:

• رسوب های سخت در بویلرها و چیلرها ایجاد کند 
• خوردگی زیرلایه ای را شروع کند 
• بازده حرارتی مبدل ها را تا 40% کاهش دهد 
• هزینه های تعمیر و نگهداری را چند برابر کند

در این مقاله، با هم خواهیم دید که چرا اندازه گیری دقیق آهن (Fe) نه یک انتخاب، بلکه یک ضرورت برای هر واحد صنعتی، نیروگاه یا سیستم گردش آب است.

آهن (Fe) چیست و چرا در آب مهم است؟

آهن (Fe) با عدد اتمی 26، پرکاربردترین فلز در جهان است. 

در طبیعت، به صورت کانی هایی مانند هماتیت، مگنتیت و پیریت یافت می شود و پایه ی اصلی فولاد و آلیاژهای صنعتی است.

اما همین فلز ارزشمند، هنگامی که به صورت یون محلول وارد آب شود، می تواند به یک دشمن پنهان تبدیل شود.

دو حالت شیمیایی آهن در آب: ⁺Fe² و⁺Fe³

آهن در آب به دو شکل اصلی وجود دارد:

1. آهن دو ظرفیتی (⁺Fe²) — «آهنی»

• در آب های بی اکسیژن (مثل آب های زیرزمینی) پایدار است 
• بی رنگ و محلول است — بنابراین قابل تشخیص با چشم نیست 
• اما به محض تماس با هوا، به ⁺Fe³ تبدیل می شود

2. آهن سه ظرفیتی (⁺Fe³) — «فریک»

• در حضور اکسیژن تشکیل می شود 
• نا محلول است و اکسید آهن هیدراته (زنگ قرمز) را ایجاد می کند 
• این ترکیب، همان رسوب قرمزی است که در لوله ها و تجهیزات دیده می شود

مشکلات ناشی از آهن بالا در آب

1. تأثیر بر کیفیت آب

• رنگ قهوه ای یا زرد 
• طعم فلزی نامطبوع 
• کدورت در آب آشامیدنی یا فرآیندی

2. تأثیر بر تجهیزات صنعتی

• تشکیل رسوب در لوله ها، بویلرها، چیلرها و مبدل های حرارتی 
• کاهش جریان آب و افزایش فشار پمپ ها 
• عایق سازی حرارتی ← کاهش بازده تا 40% 
• خوردگی الکتروشیمیایی در سیستم های گردشی

3. تأثیر بر فرآیندهای تولید

• در صنعت کاغذ: لکه های قهوه ای روی محصول نهایی 
• در صنعت چرم: تغییر رنگ و کیفیت پوست 
• در یخ سازی: یخ های کدر و نامناسب

چگونه آهن باعث خوردگی می شود؟

خوردگی آهن یک فرآیند الکتروشیمیایی است که با نام زنگ زدگی شناخته می شود.

مکانیسم خوردگی:

1. آهن (Fe) در حضور آب و اکسیژن الکترون از دست می دهد (اکسید می شود) 

2. یون های ⁺Fe² تشکیل می شوند 

3. این یون ها با اکسیژن و آب واکنش داده و اکسید آهن هیدراته (Fe₂O₃·nH₂O) را ایجاد می کنند 

4. این ترکیب، لایه ای شل و متخلخل ایجاد می کند که خوردگی را تسریع می کند

نکته حیاتی: در بویلرها و دیگ های بخار، خوردگی آهن زمانی شدیدتر می شود که: 

• قلیاییت آب پایین باشد 
• اکسیژن محلول در آب وجود داشته باشد 
• دما و تنش مکانیکی بالا باشد

چرا اندازه گیری آهن (Fe) ضروری است؟

بدون اندازه گیری دقیق، نمی توانید:

• تشخیص دهید که آیا آهن محلول است یا رسوب شده 
• نوع رسوب را شناسایی کنید (آهنی یا کربناتی؟) 
• روش مناسب رسوب زدایی را انتخاب کنید 
• از خوردگی ثانویه جلوگیری کنید

بنابراین، آنالیز آهن (Fe) اولین قدم در هر برنامه مدیریت آب هوشمند است.

روش های اندازه گیری آهن در آب

روش استاندارد: اسپکتروفتومتری با ارتو فنا نترولین

این روش، دقیق ترین و پرکاربردترین روش برای اندازه گیری آهن در آب است.

مراحل کار:

1. نمونه برداری از آب (ترجیحاً بدون تماس با هوا) 

2. احیاء آهن سه ظرفیتی: با افزودن هیدروکسیل آمین، تمام ⁺Fe³ به ⁺Fe² تبدیل می شود 

3. واکنش رنگی: ⁺Fe² با ارتوفنا نترولین واکنش داده و کمپلکسی صورتی رنگ ایجاد می کند 

4. اندازه گیری جذب نور: با دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 510 نانومتر 

5. تعیین غلظت: با استفاده از منحنی کالیبراسیون استاندارد

سطوح مجاز آهن در آب (بر اساس استانداردها)

هشدار: حتی غلظت های کمتر از 1ppmمی توانند پس از چند ماه، لایه های ضخیم رسوب ایجاد کنند.

سؤالات رایج کاربران درباره آهن در آب

آیا فیلتر کردن آب، آهن را حذف می کند؟

فیلترهای معمولی فقط ذرات جامد را حذف می کنند، نه آهن محلول (⁺Fe²). 

برای حذف آهن محلول، نیاز به اکسیداسیون + فیلتراسیون یا تبادل یونی دارید.

چرا پس از شستشوی شیمیایی، دوباره رسوب آهن ایجاد می شود؟

چون منبع آهن (مثل آب تغذیه یا خوردگی داخلی) همچنان فعال است. 

بدون کنترل منبع، رسوب حتماً تکرار می شود.

آیا می توان از بازدارنده های خوردگی برای کنترل آهن استفاده کرد؟

بله، اما فقط اگر غلظت آهن کنترل شده باشد. 

در غلظت های بالا، بازدارنده های خوردگی نمی توانند جلوی تشکیل رسوب را بگیرند.

راهکارهای عملی برای کنترل آهن در سیستم های صنعتی

1. کنترل منبع

• آنالیز منظم آب تغذیه
• استفاده از فیلترهای اکسیداسیون برای حذف آهن قبل از ورود به سیستم

2. نظارت مستمر

• اندازه گیری دوره ای آهن کل و آهن محلول
• نظارت بر pH ، اکسیژن محلول و قلیاییت

3. رسوب زدایی هوشمند

• استفاده از رسوب بردارهای انتخابی برای آهن (نه اسیدهای عمومی)
• همراهی با مهارکننده های خوردگی برای محافظت از فولاد

4. نگهداری پیشگیرانه

• شستشوی دوره ای قبل از تشکیل لایه های ضخیم
• استفاده از گاز نیتروژن برای جلوگیری از تماس آب با اکسیژن در دوره های بیکاری

نتیجه گیری: آهن، دوستی که در آب دشمن می شود

آهن فلزی ارزشمند است — اما در آب، یک خطر پنهان. 

بدون اندازه گیری دقیق و برنامه ریزی هوشمند، این عنصر رایج می تواند:

• تجهیزات شما را از کار بیندازد 
• هزینه های شما را چند برابر کند 
• عمر مفید سیستم های شما را کاهش دهد

آیا تجهیزات شما دچار رسوب قرمز، کاهش بازده یا خوردگی شده اند؟ 

با انجام یک آنالیز جامع آهن (Fe)، علت ریشه ای مشکل را شناسایی کنید و راه حلی ایمن و مؤثر دریافت نمایید.

جهت مشاوره رایگان میتوانید با متخصصان ما در ارتباط باشید.