سختی آب دلیل اصلی مشکلات:
آب باران بطور ناچیز اسیدی می باشد که در مناطق صنعتی بدلیل انتشارات زمینی مقدار آن را بیشتر اسیدی می نماید. سختی آب اصولاً از نمکهای کلسیم و منیزیم حل شده در آب ناشی از جریان آب باران روی صخره ها می باشد که بصورت مجازی و حقیقی سختی آب را بالا می برد. سختی مجازی آب در بیشتر موارد ناشی از ترکیب کربنات و بی کربنات سدیم و منیزیم می باشد که کریستالهای شکل گرفته بدین ترتیب در آب به فرم محلول باقی می ماند، مگر در شرایطی که دما و یا عامل دیگری باعث اشباع آب شده و کریستالهای فوق را از محلول جدا نماید که نهایتاً این کریستالها باعث ته نشین شدن در سیستم بصورت دیواره ای روی پلیت هیترها و یا در سطح دیواره می باشد.
سختی دائمی آب بدلیل وجود سولفات کلسیم و منیزیم موجود در آب می باشد که توسط عواملی مانند دما و یا فشار تحت تأثیر قرار نگرفته و همچنان در سیستم باقی می مانند. ماندگاري آب در حوضچه های مختلف از جنس مواد متفاوت و عبور آب از مناطق مختلف در سطح زمین و همچنین بارش باران در فصول مختلف سال از عوامل تأثیر گذار و تخریب کننده وضعیف سختی آب می باشد.

وضعیت فیزیکی (Physical conditioning):
شیمیدانان معتقدند به عکس العمل شیمیائی عناصر و ترکیبها که منجر به فرم گیری آنها می شوند Physical conditioning گفته می شود. به هرحال جهت درک بهتر وضعیت فیزیکی می بایست یکی از عوامل فوق الذکر (عنصر و یا ترکیب ) مد نظر قرار گرفته تا بتوان عملیاتی را جهت اصلاح وضعیت فیزیکی و یا به عبارتی Physical conditioning treatment بکارگرفت.

شیمی الکتریک (The Electro chemistry):
از آنجا که ترکیبات شیمیائی پایدار معمولاً از نظر الکتریکی خنثی میباشند، به هنگام محلول شدن در آب به فرم باردار و یا یون های باردار تبدیل می شوند، به این عمل تجزیه شدن گفته می شود که می تواند بصورت کامل و یا قسمتی از آن تجزیه شود. اگر چه یونها، قطعات غیر وابسته می باشند اما آمادگی جذب و ترکیب مجدد قطعات (یونهای) مخالف خود را جهت کریستالی شدن مجدد حفظ می کنند. اینگونه روش تجزیه در آب معمولاً در صنعت طیف گسترده ای جهت جدا سازی فلزات از اکسیدهای فلزی را به خود اختصاص داده است مانند آبکاری که روشی جهت جداسازی فلزات از اکسید آنها و جداسازی اکسیژن و هیدروژن خود آب می باشد.

جامدات محلول (Dissolved Solids):
نمکهای طبیعی و معدنی موجود در آب را می توان با روش تبخیر و اندازه گیری باقی مانده آنها در ظروف اندازه گیری نمود و از سختی آب مورد استفاده آگاهی یافت. بعلاوه سختی نمکی، با دیگر روشها می توان از وجود کلرید سدیم - سولفات سدیم و سولفات سیلیکات آب آگاهی پیدا نمود. این مواد بصورت ترکیب در محلول آب وجود ندارند اما یونها، ذرات فلزی محلول در آب را که به کایتون یا رادیکال اسیدی (آنیون) معروف هستند را باردار می کنند و شرایط لازم را جهت ایجاد ترکیبات فوق الذکر بوجود می آورند.
معروف ترین کاتیونهای محلول در آب عبارتند از:
کلسیم Ca2
منیزیم Mg2
سدیم Na
و معروف ترین آنیونهای محلول در آب عبارتند از:
کلرید Cl -2
سولفات SO4-2
بی کربنات HCo-3
علائم مثبت و منفی در کاتیونها و آنیونهای فوق الذکر نمایانگر بار الکتریکی می باشند. بار و علامت منفی نمایانگر جذب الکترون و بار و علامت مثبت نمایانگر کمبود الکترون می باشد. ترکیب آنیونها و کانیونهای فوق با توجه به بارهای مثبت و منفی آنها صورت گرفته و ترکیبات مختلفی را در آب بوجود می آورد، بطوریکه هر کاتیون میتواند آنیونها محلول در آب را جذب نماید و ترکیبات جدیدی را در محلول بوجود آورد.

مقدار PH و خنثی بودن آب (Neutrality of water ph valve):
آب خالص بطور طبیعی و ناچیز دارای یونهای مثبت و منفی می باشد.

H O H + OH-

Hydrogen ion Hydroxyl ion:
این پدیده نمایانگر وجود اتم هیدروژن آزاد با بار مثبت می باشد، (پروتون هیدروژن) که می تواند براحتی جذب یک مولکول آب شده و ترکیب
H   O را در آب وجود آورد. این ترکیب هیچگونه وابستگی به ترکیبات دیگر در آب ندارد. دلیل خنثی بودن آب وجود یون های هیدروژن H و یون هیدرواکسید - OH بطور مساوی در آب می باشد.
در آزمایشات مربوط به یک واحد وزن مخصوص آب به هنگام اندازه گیری یونهای مثبت و منفی هیدروژن و هیدرواکسید ملاحظه می شود، مقدار یونهای هیدروژن معادل 0.0000001 و یا (پتانسیل هیدروژن)  10 ذره از غلـظت انـدازه گیری شده می باشد که در محاسبه مقدار به عدد 7 که نمایانگر خنثی بودن آب است می توان رسید.

PH = - Log (H)

خاصیت اسیدی به دلیل وجود یونهای هیدروژن مثبت H می باشد که در بررسـی محلولی مقدار PH محلول را کاهش و به کمتراز عدد 7 می رساند و همچنین در خلاف جهت خاصیت بازی بدلیل وجود یونهای هیدرواکسید - OH می باشد که در بررسی محلولی مقدار PH محلول را افزایش داده و به عددی بیش از 7 میرساند.

 H SO = 2H + SO4-2
NaOH = Na + OH-


ایجاد کریستال CRYSTALLIZATION:
ایجاد کریستال معمولا به هنگام اشباع در یک محلول اتفاق می افتد اما اشباع و ایجاد غلظت مناسب از یک عنصر در یک محلول تنها دلیل کافی برای ایجاد کریستال نمی باشد. معمولاً جهت ایجاد کریستال در یک محلول دو مرحله ذیل شرط لازم و کافی می باشد.
اولا هسته مرکزی کریستال با شکل گرفتن اولین ذره میکروسکوپی کریستالی (از محلول اشباع) بنام هسته کریستال ایجاد شده و ثانیاً این ذره می بایست به رشد و نمو پرداخته و با جذب ذرات کریستالی دیگر در محلول نسبت به رشد آن مؤثر واقع شود. البته عوامل و متغیرات دیگری نیز مؤثر در ایجاد و رشد کریستال می باشند: مانند حضور ناخالصی ها، اغتشاش در سیستم، سطوح در تماس با محلول و غیره.
دو مکانیزم ایجاد هسته مرکزی کریستال عبارتند از:
مکانیزم هسته پذیری تشابهی: بطوریکه هسته مرکزی کریستال بطور خود بخود از ترکیب هسته های مشابه فرم گیری می شوند.
مکانیزم هسته پذیری الحاقی: بطوریکه عوامل خارجی دیگر مانند فلزات محلول و یا سطوح تماس باعث جذب و ایجاد هسته کریستال مرکزی می شوند.
از آنجا که پراکندگی ذرات باردار در محلولها بطور کاملاً اتفاقی و ناهمگون می باشد ذرات باردار (یون) در محــلول به عنوان یک قطب می توانـد توسـط قطـب مخـالف خـود تحـت تأثیر عـوامل الکترواستاتیکی جذب یــونی شود. این جذب با ایجاد هر گونه فلوی الکتریکی جهت هدایت قطبهای مخالف قابل افزایش می باشد. بطوریکه نیروی میدانی بین شارژهای یــونی در محلول افزایش می یابد.
سیستم های مغناطیسی در مسیر ورود آب تغذیه با ایجاد یک فلوی الکتریکی که مرتباً در حال روشن و خاموش شدن است و مدت خاموش بودن آن نیز تحت کنترل می باشد باعث تجمع شارژهای یــونی معلق در محلول می شود که در نتیجه این تجمع، گروه یا خوشه های یــونی قوی تری را در محلول ایجاد نموده و خود به خود باعث جذب خوشه های دیگر شده و از اجتماع گروه خوشه های یــونی – هسته مرکزی کریستال تشکیل می شود.
حضور این میدان الکتریکی در محلول باعث افزایش سرعت شکل گیری خوشه های یــونی شکل گرفته در محلول اشباع شده و (غیر اشباع شده) می شوند که خود هسته های مرکزی بزرگتری را ایجاد می نماید. سطوح باردار خارجی هسته های مرکزی شکل گرفته، باعث جذب یــونی ذرات باردار معلق در محلول می شوند و بدین ترتیب شبکه کریستالی در محلول شکل گیری می شود. به صورت موازی حضور فلوی الکتریکی در محلول نیز باعث افزایش سرعت شکل گیری بیشتر می شود. به این ترتیب در سیستم و تأثیر گذاری آن روی محلول می تواند در محلهائی که قبلا دارای شارژهای یــونی قدیمی می باشند مخصوصاً در محل هائی که تحت تأثیر دما و یا فشار الکترواستاتیکی قرار دارند و نـقاطی که عملاً نیاز به رسوب گیری شیمیائی دارند میتواند باعث جذب یــونی شده و رسوبات (شارژهای یــونی قدیمی) را تخریب و از سیستم خارج نماید. از آنجائیکه زمان و مقدار انرژی لازم جهت اعمال و حرکت عناصر شارژ دار در محلول متفاوت می باشد،
این سیستم ها این امکان را دارا می باشند تا مقادیر متفاوتی از ا نرژی را در زمانهای مختلف به سیستم کریستالیزه شده (رسوب دار) اعمال نموده تا باعث جـدائی کریستالهای ثابت موجود روی دیواره های سیستم شده و بصورت تجمع کریستالی در محلول وارد شوند.

پیشگیری از رسوب Scale prevention:
بمنظور جلوگیری از تشکیل رسوبات سخت می بایست کریستالهائی که در اثر مکانیزم هسته پذیری الحاقی (Heterogeneous Nucleation) ایجاد می شـوند را به حـداقل رسـانید و از ایـجاد کریـستالهائی که در اثـر مکانیزم هسته پذیری تشابهی (Homogeneous Nucleation) ایجاد می شوند جلوگیری نمود. این پدیده با بکارگیری این سیستم ها که باعث ایجاد خوشه های مرکزی یــونی می شوند و در اجتماع خوشه های مرکزی باعث ایجاد هسته کریستالی تشابهی (Homogeneous Nucleation) می شوند میسر می شود. بدین ترتیب ایجاد کریستال های الحاقی که در اثر مکانیزم کریستالهای تشابهی ایجاد می شوند بصورت بلاتکلیف در محلول باقی مانده و باعث عدم ایجاد رسوبات دیواره ای و یا به عبارت ساده تر عدم ایجاد رسوب در سیستم می شوند و هرگونه کریستالهای الحاقی (Heterogeneous Nucleation) فرم گیری شده که روی سطوح باقی مانده اند نیز به راحتی در زمانیکه محلول از حالت اشباع خارج شود وارد محلول شده و از سیستم خارج خواهد شد.
به منظور مؤثر واقع شدن عملکرد یک سیستم اصلاح فیزیکی در مبدلهای حرارتی، جهت انتقال حرارت بهتر است رسوبات موجود در سیستم قبلاً با روش شیمیائی مرتفع و بعد از آن نسبت به بکارگیری سیستم اصلاح فیزیکی به منظور جلوگیری مجدد از ایجاد کریستال و رسوب اقدام نمود. این عمل نهایتاً دارای نتیجه بسیار خوب با هدف عدم ایجاد آب فوق اشباع می باشد که در صورت عدم انجام عمل فوق جریان آب فوق اشباع در سطح ادامه خواهد داشت تا زمانیکه کلیه رسوبات و کریستالهای موجود در سیستم، مسیر را تخلیه کرده و بطور کلی از سیستم خارج شوند و آب با اشباع معمولی جایگزین در سیستم شود.
به منظور جلوگیری از ایجاد شرایط فوق اشباع در سیستم (به طور مثال مبدل حرارتی) یک اصلاح کننده الزاماً می بایست به حد کافی هسته های کریستالی یــونی، به جهت شتاب اشباع کریستالهای نمکی شکل گرفته در محلول ایجاد نماید. همچنانکه خوشه های یــونی معلق در محلول غیر پایدار می باشند و بطور متوالی به محلول بازگردانده می شوند، شرایط ایجاد فلوی الکتریکی جهت اصلاح فیزیکی می بایست، کاملاً نزدیک به ورودی مبدل حرارتی باشد به عبارت دیگر، محل نصب باید نزدیک ورودی مبدل باشد تا از تشکیل خوشه های یــونی اطمینان حاصل شود.
این تکنولوژی با ایجاد راندمان بالا در تولید هسته های کریستالی در محلول های اشباع و غیر اشباع در رسیدن به این هدف موفق بوده است. این فرایند در کل مسیر سیستم در تمام 24 ساعت شبانه روز بطور کامل و در همه جا به تکثیر و محلول کردن رسوبات در محلول می پردازد.

برداشتن و حذف رسوبات Scale Removal در یک سیستم رسوبی سه فرایند ذیل در حال کار می باشند:
1- مکانیزم کریستالیزاسون الحاقی Heterogeneous Crystallization
2- مکانیزم کریستالیزاسیون تشابهی Homogeneous Crystallization
3- مکانیزم بازگشت کریستال و رسوب به محلول به هنگام غیر اشباع شدن محلول Scale Returning
>> مکانیزم کریستالیزاسیون الحاقی عمدتاً در سطوحی که در تماس مستقیم افزایش حرارت می باشند اتفاق می افتد. همچنین از آنجا که کلیه ذرات کریستالی الحاقی نمی توانند در تماس مستقیم سطوح حرارت دار قرار گیرند، اين ذرات توسط عمل انتقال حرارت درون سيالات گرم شده و آمادگي جذب به سطوح ديگر را دارا مي شوند. این عمل تا هنگامی که سطوح به اشباع کامل رسوبی (یک لایه) برسند ادامه خواهد داشت.
>> مکانیزم کریستالیزاسیون تشابهی نیز عمدتاٌ در مخازن بزرگ دارای حجم بالای معلقات اتفاق می افتد. اما از آنجا که محلول در حین حرارت گیری به حالت اشباع کامل رسیده و سطوح حرارت گیر، دارای مساحت کافی جهت هسته پذیری معلقات محلول را دارا نمی باشند؛ محلول در شرایط بحرانی قرار گرفته و وجود هر گونه منبع انرژی در محلول همانند اغتشاش Turbulence باعث ایجاد کریستالیزاسیون تشابهی در محلول می شود. بدین ترتیب با ایجاد حجم بسیار بالای کریستال ها در محلول و افزایش سطح شارژ کریستالی و ترکیب آنها با یکدیگر شرایط لازم جهت ایجاد کریستالهای الحاقی افزایش یافته بطوریکه امکان چسبیدن این کریستالها در محلهای غیر گرم( سرد) نیز براحتی بوجود خواهد آمد.
>> مکانیزم بازگشت کریستال و رسوب به محلول به هنگام غیر اشباع شدن محلول هنگامی که سیستم به حالت Standby (سرد شدن – یا کاهش فشار) قرار می گیرد شروع به فعالیت می کند. در این حالت تعداد زیادی از رسوبات سطحی که هنوز به کریستال های به هم پیوسته اتصال محکمی ایجاد ننموده اند از سطح کریستال های الحاقی جدا شده و وارد محلول می گردد. با نگاهی ساده به سطوح رسوبی درخواهیم یافت که آن سطوح دارای سطح صیقلی و صاف نمی باشند چرا که فرورفتگی ها و بر آمدگی های سطحی در محل جذب کریستال باعث عدم ایجاد سطح صیقلی در رسوبات می باشند.
عمل جداسازی رسوب و یا به عبارت ساده تر رسوب گیری هنگامی اتفاق می افتد که آب در تماس با سطوح رسوبی به حالت غیر اشباع رسیده باشد. در این حالت این امکان وجود خواهد داشت تا کربنات موجود در آب به شکل بی کربنات تبدیل شود. حضور کربنات در آب لازمه شکل گیری بی کربنات در آب می باشد. منبع وارد کننده کربنات در آب هوای محیط که در ارتباط با آب بوده می باشد و بی کربنات نیز توسط عمل تجزیه کربنات در آب در اثر حرارت مبدل حرارتی ایجاد می شود. دراین حالت ملاحظه می شودکه رسوبات چگونه وارد سیستم می شوند. رسوب گیری در مبدل های حرارتی با استفاده از این سیستم ها کاملاٌ متکی به عمل Turbulence یا اغتشاش می باشد. این بدین دلیل است که افزایش درجه حرارت آب فقط به افزایش رسوب کمک می کند. حال با ایجاد یک اغتشاش Turbulence در آب، آب تغییر ناگهانی فشار را حس کرده و به طور ناگهانی و پله ای از حالت اشباع کامل به حالت غیر اشباع می رسد. در این زمان (مرحله) به دلیل غیر اشباع بودن آب، رسوبات سطحی (کرسیتالهای سطحی) که اتصال محکمی به کریستالهای قبلی (رسوبات سخت) ندارد از سطح رسوبی جدا شده و وارد آب می شوند. تا هنگامی که آب غیر اشباع در حال جدا سازی رسوبات سطحی (کریستالهای غیر محکم) می باشد، در آب اشباع به دلیل حضور میدان الکتریکی ایجاد شده توسط این سیستم ها و ایجاد خوشه های یــونی امکان رشد و افزایش رسوبات به حالت تعلیق در خواهد آمد.
این عمل بدین مفهوم است که این سیستم ها باعث توقف ایجاد رسوب و شروع رسوب زدایی می شود. تعادل بین رسوبات معلق و رسوبات در حال شکل گیری در همه سیستم هایی که دارای ذرات معلق می باشند وجود دارد. در سیستم هایی که این تعادل به سمت ایجاد رسوب وجود دارد و سیستم هنوز به تعادل کامل نرسیده است درصد افزایش رسوب رو به افزایش می باشد و بر عکس در سیستم هایی که تعادل به سمت رسوبات معلق در محلول می باشد سیستم آمادگی جهت آزاد نمودن رسوبات را ار خود نشان می دهد. حضور این سیستم ها براحتی تعادل سیستم را به سوی رسوبات معلق با ایجاد محلول غیر اشباع که نتیجه جدایی رسوبات سطحی در محلول می باشد را برقرار می کند. این فرایند در حال تکرار، در حال جدایی رسوبات سطحی و ایجاد کریستالهای پایدار معلق در محلول می باشد. در این محیط، مکانیزم کریستالیزاسیون الحاقی جایگزین مکانیزم کریستالیزاسیون تشابهی می شود و این مکانیزم تا زمانی که محلول به حالت اشباع کامل نرسیده باشد ادامه خواهد داشت و مکانیزم کریستالیزاسیون تشابهی در هنگام اشباع محلول به دلیل حجم زیاد حضور خوشه های الکتریکی یــونی ایجاد شده توسط این سیستم ها فعال می باشد. در نتیجه کلیه رسوبات قدیمی و کهنه در سیستم به صورت کریستالهای پایدار وارد محلول می شوند . کریستال های غیر متبلور و بی شکل توسط عمل فیلتراسیون در سیستم های مدار بسته قابل جدا سازی می باشند و در سیستم های مدار باز به راحتی و بدون هیچگونه مشکلی توسط جریان آب از سیستم خارج می شوند