Что такое жесткость воды?

Без воды человеку прожить невозможно. Вода, добытая из подземных источников или водоемов, часто содержит различные соли. Именно жесткой водой называют воду с очень большим содержанием растворенных солей. Количество примесей зависит от местности и влияет физико-химические свойства и оценку воды. При превышении нормированных параметров, установленных законодательством вода быстро становится вредной.

По санитарным правилам и нормам жесткость питьевой водопроводной воды не должна превышать 7 мг-экв/л. Если в почве много известковых пород, то жесткость воды высокая. Накипь в чайнике, известковый налет - камни на кране и мойке, белые разводы на посуде и радужная пленка на поверхности чая, все эти негативные последствия обусловлены присутствием высокой степени содержания солей кальция или магния в воде, что делает воду жесткой.

Содержание статьи:

1. Что такое жесткость
2. Единицы измерения жесткости воды
3. Виды жесткости
4. Норма жесткости
5. Минусы жесткой воды
6. Зачем определять жесткость воды?
7. Измерение жесткости воды
8. Как снизить жесткость

Что такое жесткость

Природная вода внутри пород земной коры соединяется с песчано-каменистыми породами, горными минералами, солями, вымываемыми из известняков, гипсов, доломитов, а также с дождевой и талой водой, которые насыщают ее органическими и неорганическими соединениями. Вода, лежащая ближе к поверхности и вода, залегающая глубоко имеет разную жесткость. Она становится больше от наличия известняков. Прозрачность и отсутствие запаха не гарантирует химической и биологической чистоты воды. Поэтому перед употреблением воду необходимо очищать и обеззараживать, чтобы привести жесткость воды к норме.

Единицы измерения жесткости воды

По Международной системе единиц жесткость измеряется в молях на кубический метр – моль/м³. В России жесткость измеряют в градусах жесткости (1°Ж) равному 1 мг-экв/л миллиграмм-эквиваленты на литр и 1/2 миллимоля на литр. В 1°Ж содержится 20,04 мг ионов кальция и 12,16 мг ионов магния. Чем выше градус, тем более жесткой считается вода. Для сравнения - в Германии: 1°Ж = 2,8 dH. Допустимые значения для ионов кальция Ca2+1°Ж=20,04, для магния Mg2+1°Ж=12,16 мг/л. Эти показатели вставляются в формулу для расчета.

Виды жесткости

зависимости от концентрации солей магния и кальция вода бывает жесткой, средней и мягкой.

• мягкая: до 3°Ж
• средняя: от 3 до 6°Ж
• жесткая: более 6°Ж

Мягкой считают дистиллированную, кипяченую, дождевую, талую воду. Вода со средней жёсткостью поступает из централизованного водопровода. В артезианской и родниковой воде средние показатели жесткости. Для организма человека вредна, как слишком мягкая, так и слишком жесткая вода. Из-за употребления мягкой воды с низким содержанием солей происходит вымывание минеральных веществ из организма, от повышенной жесткости страдает здоровье, избыток солей в жесткой воде приводит к развитию кожных и сердечно сосудистых заболеваний, к патологии почек и печени. Жесткая вода имеет горьковато-металлический вкус, может быть мутной, с разными цветовыми оттенками.

Существует три вида жесткости воды: общая, временная (карбонатная) и постоянная (некарбонатная).

• при карбонатной (временной) жесткости Жк с рН>8.3 - щелочной раствор с бикарбонатами, при нагревании выпадающие в осадок и образующие накипь.
• при некарбонатной (постоянной) жесткости Жнк - хлориды, нитраты, сульфаты сохраняются после кипячения воды, поэтому требуются более сложная очистка.
• общая Жо=Жк+Жнк - это сумма временной и постоянной жесткости. Предельно допустимую концентрацию жесткости питьевой воды (ПДК) устанавливают для общей жесткости.

Норма жесткости

Оптимальная жесткость воды – это нормальный, приемлемый уровень солей, содержащихся в воде, который не позволяет вымываться кальцию из костей. Лучшим и оптимальным для питьевой воды считается уровень до 2°Ж.

По требованиям СанПиН и ГОСТ показатели жесткости регламентируется в зависимости от типа и назначения водных растворов:

Для питьевой воды из водопровода минимальная концентрация кальция 0,12 мг/л, магния 0,04 мг/л, максимальная концентрация магния до 50 мг/л, жесткость не выше 7 градусов.

В бутилированной воде содержание кальция 25-130 мг/л, магния 5-65 мг/л. Допустимая жесткость в пределах 1,5-7°Ж. = 25-130 и Mg = 5-65 мг/л.

Для воды, использующейся в хозяйственно - питьевых целях ПДК питьевой воды по жесткости не должно превышать 350 мг/л (7-10 °Ж или 1-1,5 грамма на литр).

Для напитков высшей категории нормой является Жо=1,5-7, для первой не более 7 мг-экв/л.

По ВОЗ-нормативам в питьевой воде допустимо 10-30 мг магния и 20-80 мг кальция на 1 литр.

Общая жесткость для питьевой воды по EC не выше 1,2 мг-экв/л.

Когда в воде солей жесткости больше, чем предписано стандартами, требуется её очищать.

Также в ГОСТе определены допустимые параметры жесткости воды в источнике:

• для электронного производства,
• для гальваники,
• для энергетики,
• для медицинских процессов,
• подпиточной и добавочной воды для котлов.

Для солей железа показатели рассчитываются отдельно.

Минусы жесткой воды

Из-за избытка карбонатов в источнике:

• появляются отложения солей в суставах;
• нарушается работа печени и органов ЖКТ;
• развивается мочекаменная болезнь;
• появляется аллергия, экзема, раздражение кожи, особенно у детей;
• ухудшается вкус блюд и напитков от горьковатого привкуса воды;
• мясо при варке становится жестким;
• плохо образуется пена, от мытья головы волосы плохо расчесываются;
• во время стирки увеличивается расход моющих средств, с ткани трудно смывается беловатый налет при полоскании;
• на стенках труб образуются нерастворимые каменисто- известковых отложения;
• потребление электричества увеличивается в несколько раз из-за образования накипи, мешающей теплопередаче нагревательных приборов;
• срок службы водонагревательных элементов бытовых, промышленных приборов, гидрооборудования, сантехники уменьшается.

Зачем определять жесткость воды?

Не зная значений концентрации солей в воде, сложно рассчитать дозу средств от накипи для посудомоечных и стирально - сушильных машин, очистить кофемашину, правильно выбрать очищающие фильтры для аквариума. Необходимо использовать точные измерительные методы определения характеристик жесткости питьевой и технической воды.

Измерение жесткости воды

Перед употреблением в пищу, перед поливом огорода, перед подачей в трубопроводы или перед техническим применением воды для производственных процессов полезно проверить наличие солей жесткости. Такая проверка продлевает срок службы промышленного оборудования.

Чтобы узнать жесткость воды имеется несколько способов:

Тест-полосками

Индикаторные тест-полоски продаются в магазинах бытовой техники и зоомагазинах.

После взаимодействия с водой меняется цвет индикатора, который сравнивают с палитрой образцов оттенка, указанных на упаковке. Однако метод не дает точный результат из-за сложности перевода из европейских градусов в российские определения жесткости.

Медицинские полоски, продающиеся в аптеках, выдают хороший результат с точностью до 1-2°Ж.

Солемером, спектроанализатором, TDS и EC-метром

Это приборы - тестеры для измерения электропроводности и сопротивления раствора. Но на результат влияет не только концентрация солей жесткости, но и любых других ионов, и даже температура, поэтому результаты тоже приблизительные.

По формуле

Чтобы определить общую жесткость выполняется расчет:

Жо = [Ca2+] + [Mg2+] = (m(Ca2+))/(Э(Ca2+) x V(H2O)) + (m(Mg2+))/(Э(Mg2+) x V(H2O)),

где:

[Ca2+]; [Mg2+] - концентрация ионов кальция и магния, в мг-экв/дм3;

m(Ca2+); m(Mg2+) - содержание ионов в мг;

V(H2O) - объем воды, дм3;

Э -эквивалентная масса ионов* (её значения уже приводились в тексте: Ca2+=20,04; Mg2+=12,16 мг/лили г/моль).

Результат получается в единицах: мг-экв/дм3.

Затем вычисляют временную или постоянную жёсткость и вычитают из Жо, чтобы получить все три жесткости.

Для вычисления карбонатной Жк применяется формула:

Жк = [HCO3-] = (m(HCO3))/(Э(HCO3) х V(H2O))

Для некарбонатной: Жнк=Жо-Жк.

В лаборатории

Чтобы не покупать измерительные приборы или использовать формулы с косвенными параметрами, полезно заказать лабораторное исследование воды с подтверждающей документацией для получения точных результатов концентрации не только солей жесткости, но и нитратов, пестицидов, железа, сероводорода и других минеральных примесей. если источник воды в доме — колодец или скважина, то воду нужно обязательно сдать в лабораторию.

Как снизить жесткость

Понизить жесткость питьевой воды можно бытовыми способами и с помощью профессионального оборудования. Для умягчения воды в быту применяют простые доступные методы:

• Длительное кипячение (20-30 минут) устраняет карбонатную (временную) жёсткость - гидрокарбонаты разлагаются, выделяя углекислый газ и образуя накипь.
• Для загородных домов и для промышленного умягчения используют:
• Фильтры умягчения основаны на натрий-катионировании -процессе замещения ионов присутствующих солей катионами натрия.
• Ионообменные фильтры с многокомпонентными смолами избавляют воду от наличия соли и железа.
• Обратный осмос очищает с помощью специальных мембран без дополнительных систем фильтрации.

Для использования воды в бытовых условиях пользуются химическими методами путем обработки жидкости реагентами.

Для смягчения воды в пищевых целях, следует использовать кувшинные или встраиваемые многокомпонентными фильтрами, размещенными под кухонной мойкой. Чтобы уберечь от поломок бытовую технику, обеспечить хорошее качество стирки и приятные водные процедуры нужно на вводе в системы водоснабжения установить станцию водоподготовки, в случае очистки радиатора можно использовать, например, циркуляционный насос.