Карбонатная жесткость воды: определение, понятие жесткой и мягкой воды, химические и физические свойства, единицы измерения и способы устранения проблемы

Как определить жесткость воды
23.03.2018

Как определить жесткость воды

С первого взгляда такое понятие, как жесткость воды, звучит странно – если бы речь шла о льде, тогда было бы все значительно понятнее. Но на самом деле этой характеристике уделяется большое внимание достаточно часто и в разных сферах, так как вода влияет на здоровье человека. Ниже мы ответим на вопрос, как именно и какие методы нужно использовать для того, чтобы определять жесткость воды.

Из этой статьи вы узнаете:

Как определить жесткость воды
Как определить жесткость воды с помощью приборов
Как определить жесткость воды в домашних условиях
Какие соли определяют жесткость воды

Жесткая вода

Жесткость — это свойства, обусловленные содержанием в воде солей кальция, магния и некоторых других элементов.

Жесткость бывает двух видов:

Временная определяется гидрокарбонатами кальция и магния.
Постоянная обусловлена теми же кальцием и магнием, но в виде других солей – сульфатов и хлоридов.

Нас с вами интересует первый вариант, потому что именно он является карбонатной жесткостью. У нее волнообразный сезонный характер. Дело в том, что гидрокарбонаты «подмешиваются» в природную воду во время ее протекания через горные породы типа известняков, гипса или доломитов. Если вода поверхностная, самый высокий процент «подмешивания» происходит зимой: зимняя вода относительно жестче. Меньше всего гидрокарбонатов в весенней воде, особенно во время половодья и паводков: идет серьезная разбавляющая добавка талых и дождевых вод.

Вам будет интересно:Что такое эндосперм. Характеристика, особенности формирования и функции эндосперма.

Подземные природные воды, в отличие от поверхностных, более жесткие и постоянные по своему составу: от сезонов они никак не зависят.

Действительно ли есть такие понятия как «живая» и «мертвая» вода? Что это значит?

В природной воде значение ОВП может иметь как положительное, так и отрицательное значение и колеблется от — 400 мВ до + 700 мВ.

Когда значение ОВП положительно, то свойства воды окислительные. Такие показатели наиболее часто встречаются в поверхностных водах. Вода, обладающая ярко выраженными кислотными свойствами называется «мертвой» водой

.Ее ОВП может достигать +800+1000 мВ. «Мертвая» вода является сильнейшим окислителем и этим объясняются ее дезинфицирующие и бактерицидные свойства.

Чем более восстановлена вода, тем легче она отдает электроны, тем значение ОВП меньше, а свойства воды — восстановительные. Это типично для подземных горных источников, талой воды. Такая вода получила название «живой» воды

. «Живая» вода (щелочная) является отличным стимулятором, тонизатором, источником энергии, придает бодрость, стимулирует регенерацию клеток, улучшает обмен веществ, нормализует кровяное давление. Отрицательный ОВП природной воды — явление чрезвычайно редкое. На планете известно всего несколько мест, где есть такая вода. ОВП же организма человека обычно колеблется от -90 мВ до -200 мВ, а ОВП обычной питьевой воды практически всегда значительно выше нуля:

— водопроводная вода от +80 мВ до +300 мВ; — вода в пластиковых бутылках от +100 мВ до +300 мВ; — колодезная, родниковая вода от +120 мВ до +300 мВ.

Данная информация означает, что при употреблении обычной питьевой воды активность электронов во внутренней среде организма выше активности электронов в ней. Т.е. такая питьевая вода забирает себе свободные электроны из биологической среды организма, т.е. является оксидантом. Это ведет преждевременному старению, хроническим болезням, хронической усталости.

И наоборот, отрицательный ОВП питьевой воды дает энергетическую зарядку клеткам, органам, системам. Электрическая энергия клеточных мембран не расходуется на коррекцию активности электронов воды и вода тотчас же усваивается, т.к. обладает биологической совместимостью по этому параметру. Питьевая вода с отрицательным ОВП — идеальный антиоксидант.

Кстати, по большой части, аквариумисты используют для измерения ОВП rH. Я думаю, этот же показатель будет очень удобным и для гидропоники. Вот, какие там показатели:

rH 40-42 – максимальное окисление (чистый кислород);
rH 35 — сильное окисление;
rH 30 – незначительное окисление;
rH 25 – слабое окисление;
rH 20 – слабое восстановление;
rH 15 — незначительное восстановление;
rH 10 – сильное восстановление;
rH 5-0 – максимальное восстановление (чистый водород).

Почти все растения комфортно себя чувствуют при rH 25-35. Измеряется rH специальными измерителями, именуемыми rH-тестами. В гроушопах я их пока не встречал.

Единицы измерения карбонатной жесткости воды в России и за рубежом

В единицах измерения удивительная международная путаница. Удивительная потому, что способы и единицы измерения других процессов или предметов приведены под единые международные измерительные системы давным-давно. Этим делом занимаются многочисленные метрологические международные и национальные организации. Почему карбонатная жесткость и другие свойства воды измеряются до сих пор в каждой стране по-своему, остается только гадать. Судите сами:

Вам будет интересно:Отходчивая — это как? Важно ли уметь прощать?

В России это градус жесткости — 1°Ж. Согласно стандарту ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости» один российский градус жесткости равен концентрации щелочноземельного металла, равной ½ его ммоль/л. 1°Ж – 1 мг-экв/л.

Теперь единицы измерения в странах в сравнении по количеству гидрокарбонатов в кубическом дециметре воды:

Россия: 1°Ж = 20 мг Са² или 12 мг Mg²;

Германия: 1°DH = 1 мг СаО;

Великобритания: 1°Clark = 10 мг СаСО³ в 0,7 дм³ воды;

Франция: 1°F = 10 мг СаСО³;

США: 1°ppm = 1 мг СаСо³.

С этим международным хаосом справиться можно. На многих сайтах, посвященных воде, встроены специальные таблицы и калькуляторы для перевода данных из одной системы единиц измерения в другую. Чтобы понять, к примеру, какая карбонатная жесткость приемлема для экзотических золотых рыбок со всеми данными во французском сертификате.

Нормативы содержания солей в воде

Сначала рекомендации Всемирной организации здравоохранения:

По жесткости воды, включая карбонатную жесткость, ВОЗ никаких рекомендаций не дает. Лимиты указаны только для содержания двух щелочноземельных металлов: кальций в пределах 20–80 мг/л, а магний в пределах 10–30 мг/л.

Российские водные нормативы конкретнее и жестче:

Жесткость воды не должна превышать 7°Ж, содержание магния — не выше 50 мг/л, а в отношении кальция никакие пределы не указываются.

Теперь российский норматив СанПиН 2.1.4.1116-02, определяющий, какой карбонатной жесткостью воды должна обладать бутилированная вода в рамках их физиологической ценности:

Кальций допускается в очень широких пределах 20–130 мг/л; магний определен с лимитами 5,0 – 65,0 мг/л; жесткость воды допускается в границах 1,5 — 7,0°Ж. Обратите внимание, что ни один показатель не имеет нижней границы с нулевым уровнем. Это означает, что в любой марке питьевой воды должны присутствовать жесткость общая и карбонатная. Об этом чуть ниже.

Что влияет на норму?

Выделяют следующие факторы, влияющие на содержание магния, кальция, карбонатов, меняющих состав:

Природа воды (водопроводная, дистиллированная, талая, родниковая, кипяченая).
Состав водопроводной воды в определенной местности.
Виды обитателей и продукты их метаболизма (рыбки, черепахи, водоросли).
Период, за который не меняют воду, не очищают аквариум.
Наличие или отсутствие фильтрации воды.
Декор (гравий, крупные камни, замки).
Наличие или отсутствие прямых солнечных лучей, падающих на растительность.

Даже если водопроводная вода в определенной местности обладает чрезмерными карбонатными показателями, их можно урегулировать. Это важно для аквариумов, где разводят дорогостоящие виды рыб.

Виды и свойства жесткой воды

Природные воды в основном характеризуются общей жесткостью, поэтому они делятся на группы по этому критерию:

очень мягкая вода с содержанием солей не выше 1,5 мг-экв/л;
мягкая вода с концентрацией солей в пределах от 1,5 до 4 мг-экв/л;
вода средней жесткости с лимитами 4–8 мг-экв/л;
жесткой вода является при содержании солей от 8 до 12 мг-экв/л;
очень жесткой вода признается, если в ней находится больше 12 мг-экв/л.

Теперь внимание, несколько слов об одной очень простой химической реакции. Если прокипятить воду с растворенными в ней гидрокарбонатными солями, эти соли потеряют свою приставку «гидро» и превратятся в обычные карбонатные соли. А карбонатные соли никогда не были растворимыми, они формируются в виде осадка – той самой накипи, которую мы так не любим на дне чайника.

Нормальные и критические показатели

Каждый владелец аквариума сам определяет необходимый показатель общей и карбонатной жёсткости – в зависимости от требований к содержанию питомцев и подводной растительности.

Общую жёсткость условно можно разделить на четыре уровня:

0-4 – очень мягкая;
4-8 – мягкая;
8-12 – средняя;
12-30 – очень жесткая.

В слишком мягкой воде содержится минимальное количество кальция, поэтому даже для прихотливых рыб порог начинается от 4-6 GH. Жёсткость на отметке 15 GH и выше – признак переизбытка растворённых солей. Среда становится всё более непригодной для жизни, а значит показатели нужно занижать к норме.

Что касается карбонатной жёсткости, то здесь цифры отличаются. Оптимальные значения KH для большинства аквариумов варьируются от 3 до 6 градусов. Нечастые подмены воды и плохая фильтрация приводят к подкислению среды, из-за чего в ней скапливается всё больше карбонатов. Критическими уровнями временной жёсткости считается ниже 3 и больше 15 единиц.

О накипи

В любой природной воде обязательно присутствуют хорошо растворимые гидрокарбонаты, которые при кипячении дадут нам накипь. Самое интересное, что любая бутилированная питьевая вода хорошего качества тоже даст нам накипь при кипячении. Так что тем, кто ошибочно полагает, натуральная родниковая вода не должна давать осадка при кипячении, пора освобождаться от этого стереотипа.

Не нужно бояться накипи, это вполне естественный химический процесс для любой качественной воды. Более того, если купленная вами бутилированная вода вообще не дает накипи, нужно проверить ее на содержание кальция и магния: скорее всего, их там нет в нужном количестве. Вы ведь покупали не дистиллированную воду, верно?

Влияние на здоровье человека:

Как же влияет жесткая вода на наш организм? Медики связывают появление мочекаменной болезни именно с этой особенностью воды. Но на данный момент официального подтверждения этой гипотезе нет. Но мы знаем, что слишком жесткая вода неблагоприятно влияет на органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус. Также жесткая вода сушит нашу кожу и волосы. Однако, полностью переходить на мягкую воду не рекомендуется. Наш организм нуждается в солях кальция и магния для укрепления сердечно-сосудистой системы. А вот комнатные растения лучше поливать мягкой или талой водой.

Настоящие жертвы жесткой воды: трубы, стояки и котлы

Соли магния и кальция выпадают осадком не только при кипячении, но и при обычных условиях. Вспомните белый налет на смесителях и трубах в ванной комнате. Это лишь то, что видно вашему глазу. А вот водопроводные трубы крупного калибра, котлы и стояки могут быть покрыты с внутренней стороны серьезным слоем известкового налета. Ни к чему хорошему он не приведет: трубы будут перегреваться и выходить из строя из-за свищей и формирования весьма неприятной подшламовой коррозии.

С другой стороны, слишком мягкая вода в водопроводной сети также принесет неприятности в виде коррозии металлических труб. Так что все хорошо в меру: умеренный уровень солей в воде в сочетании с контролем состояния внутренних стенок магистральных водных трубопроводов.

Ну а самый лучший способ решения «трубной» проблемы – производство и использование водопроводных труб из новых композитных материалов.

Как повысить?

Чтобы повысить объем карбонатов, пользуются подручными материалами или готовыми химическими компонентами. Метод применяют, когда показатель достиг критического минимума.

Народные методы

Используют несколько простых способов, для которых не понадобится покупать дополнительные ингредиенты:

Постепенное разведение с более жесткой водой. Например, подойдет вода из-под крана, обладающая большим количеством солей.
Кипячение. Воду из-под крана наливают в емкость, доводят до кипения. Верхнюю часть выливают в раковину, оставшуюся снизу воду, понемногу добавляют в аквариум.
Использование декора. На дно аквариума кладут ракушки, замки, башни, грунт, обладающие большим количеством минеральных компонентов.
Пищевая сода. Разводят раствор из 0,5 ч. л. соды и 25 л воды. Если влить полный объем в аквариум, количество карбонатов увеличивается на 2 градуса.

Такие методы подойдут для домашнего использования. Если немного ошибиться в расчетах, обитатели аквариума не пострадают.

Увеличить химкомпонентами

Для людей, которые разводят в рыбу на продажу, важно поддержание оптимальных параметров воды. Применяют химические компоненты, покупаемые в специализированных магазинах:

Реагент	Ход реакции	Увеличение жесткости, градусы
Карбонат кальция	Смешивают 1 ч. л. порошка с 25 л воды	2
Хлористый кальций, 10%	Продается в виде раствора. Смешивают 1 мл хлористого кальция и 1 мл сульфата магния. Добавляют 1 л воды	4
Магнезия, 25%	1 мл реагента смешивают с 1 л воды	4

Пользователю нужно с точностью знать, насколько увеличить показатель, чтобы не привести к нарушению условий.

Способы умягчения воды

Самый простой и чудесный метод – элементарное кипячение воды, о котором было написано выше.
Простейший химический способ – добавить гашенной извести.

Если два первых метода относились к карбонатной жесткости, то с постоянной жесткостью бороться сложнее. Но и это вполне реально:

Вымораживание льда. Нужно не до конца заморозить воду и слить оставшиеся примерно 10%. Лед разморозить, он будет свободен от солей.
Перегонка с испарением воды, так как соли не являются летучими веществами.

Теперь промышленные технологии избавления:

Действие магнитных полей.
Промышленная катионная очистка с реагентами и последующим определением карбонатной жесткости.
Самый эффективный способ – осмос с фильтрами для обмена ионами, в результате чего «жесткие» соли заменяются на «мягкие».

Как часто измерять?

Соотношение веществ меняется постепенно. Нужно долгое время, чтобы накопились или уменьшились соли.

Если человек пользуется индикаторными системами, замер проводят не чаще 1 раза в 1-2 месяца.

Если в аквариуме выращивают большое количество рыб, микроэлементный состав меняется быстрее. Приобретают качественные приборы, которые с большей точностью измеряют жесткость.

Ее определяют не реже 1 раза в месяц. Перед заменой сразу осуществляют проверку чистой воды.

Жесткая вода и мифы о здоровье

Карбонатная жесткость воды негативно влияет на кожу: при умывании она ее сушит кожу. В такой воде плохо образуется пена при использовании мыла или других моющих веществ. Эти факты многократно проверенны и стоит принять их во внимание.

А вот с двумя другими «страшилками», связанными с потреблением воды с высокой карбонатной жесткостью, необходимо разобраться. Речь о поражении кожи в форме экземы и мочекаменной болезни – двух самых популярных заболеваниях, приводимых производителями бутилированной воды и водных фильтров для очистки.

Формулировки в таких источниках осторожные: «есть данные, что высокая жесткость способствует образованию мочевых камней…». А если заглянуть в профессиональные ресурсы для клинических врачей, то там вполне ясные. Большинство исследований свидетельствуют о том, что жесткость потребляемой воды никак не влияет на риск образования камней.

Такая же история с экземой и диатезом у детей. Одним словом, читайте медицинские ресурсы.

Как понизить?

Понизить жесткость немного сложнее. Нужно быть осторожным, в кислой среде погибает большинство видов рыб и растений.

Домашние рецепты

Применяют следующие народные методы, понижая количество солей:

Сделать смесь из водопроводной и дистиллированной водой.
Кипячение. Водопроводную воду кипятят на огне 1 час. В аквариум добавляют только верхние слои, так как на дно соли выпадают в осадок.
Замораживание. В емкость добавляют воду, которую отправляют в морозильную камеру.
Дожидаются, когда она покроется толстой корочкой. В ней пробивают отверстие, выливая жидкое содержимое. Лед топят, наливая в аквариум.

Это самые простые способы, которые может применить любой человек. Не нужно покупать дополнительные ингредиенты.