Жесткость воды — это содержание солей, которое зависит от состава, физико-химических свойств, численного количества примесей. Превышение этого показателя одинаково вредно для питьевых, бытовых и технических жидкостей. При доставке горячих, холодных, производственных водных растворов потребителям поставщики обязаны соблюдать нормированные параметры, установленные законодательством. Частные лица, берущие водичку из личных колодцев, должны самостоятельно заботиться о её качестве. Читайте далее, что такое жесткость воды, как ее определить, чем она измеряется, как привести жидкость в нормальное состояние для безопасного использования.
Способы борьбы с жесткой водой:
Для смягчения жесткости воды специалисты рекомендуют приобрести умягчители, которые являются самыми эффективными в борьбе с солями жидкости. Также существует несколько способов смягчения воды в домашних условиях, самым простым и привычным из которых является кипячение воды.
Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда примерно 90% жидкости превратится в лед, нужно разморозить его обратно, а соли останутся в оставшейся незамороженной жидкости.
При выборе степени жесткости воды лучше придерживаться середины. Самым оптимальным является использование воды средней жесткости для приготовления пищи и мягкой воды для гигиенических процедур. А чтобы ваша бытовая техника не страдала от повышенной жесткости, лучше приобрести умягчитель.
Заказать анализ воды на жесткость вы можете на нашем сайтеvodalab. Каждый из представленных на сайте анализов содержит исследование воды на жесткость.
О других загрязнителях воды, таких как железо, мутность и марганец, вы также можете узнать подробнее в нашем блоге.
Жесткость в питьевой воде
Под термином жесткость воды понимается количество растворенных и нерастворенных солей, присутствующих в природных водных залежах. Водица может быть слишком мягкой или слишком жесткой. Вредны оба варианта. Недостаток солей нарушает водно-щелочной баланс в организме, избыток вызывает множественные заболевания важных органов: сердца, почек, кожи, печени. При переизбытке солей жидкость имеет горьковато-металлический вкус, может быть мутной, с разными цветовыми оттенками.
Соблюдение нормы жесткости питьевой воды очень важно для потребителей. Солями можно отравиться, они вызывают расстройство желудка, пожелтение кожи, иные неприятности. Высокая концентрация солей жесткости отрицательно сказывается на работе бытовых приборов — примеси образуют трудно-очищающуюся накипь, каменистые известковые отложения. Из-за них образуются шлаки в системе водоснабжения, быстро выходят из строя бытовые/промышленные приборы, сантехника, гидрооборудование.
Влияние жесткости воды, нормативные требования и рекомендации
Какую воду можно употреблять для приготовления пищи и питья? Требования относительно жесткости жидкости зависят от условий конкретной местности. Учтите, что слишком жесткая вода имеет горький вкус и негативно влияет на работу органов пищеварения. ВОЗ конкретные цифры не называет, хотя исследований на тему связи качества воды с заболеваниями сердца, сосудов и других органов организма проводились неоднократно. Слишком мягкая вода – это тоже плохо, поскольку она нарушает водно-солевой баланс. Жидкость с жесткостью от 4 мг-экв/ чревата – главная причина образования накипи на внутренних деталях отопительных систем. Вредна она и для кожи, волос.
Какие соли обуславливают жесткость природной воды, откуда они берутся
Основные соли жесткости, присутствующие в воде — это разные соединения:
- нитраты, хлориды, карбонаты магния;
- бикарбонаты, сульфаты, сульфиды кальция.
После естественного испарения или после принудительного выпаривания водного раствора соли становятся видимыми, остаются в сосуде. Именно они образуют отложения на дне и стенках посуды, чайников, санприборов. По жесткости воды легко определить, какая соль в ней явственнее присутствует. Примеси магния труднее растворяются, придают напиткам вкус горечи.
От чего зависит присутствие соли жесткости в воде
Степень жёсткости для питьевой воды определяется типом и количеством водных солей. В разной местности показатели различные. Соли проникают в водоносные пласты, вымываясь из залежей горных пород: известняков, гипсов, доломитов.
Классификация воды с солями жесткости
Какие соли жесткости присутствуют в воде? Различают общую, постоянную и временную жёсткость:
- Карбонатная (временная) Жк — щелочной раствор с рН>8.3 содержит бикарбонаты, которые при нагревании выпадают в осадок, образуя накипь.
- Некарбонатная (постоянная) Жнк — характеризуется присутствием анионов (хлоридов, нитратов, сульфатов), которые сохраняются даже при кипячении жидкости.
- Общая Жо — это суммированная концентрация присутствия магния и кальция в виде ионных соединений. Сумма получается от сложения временной и постоянной величин: Жо=Жк+Жнк.
При очистке принимаются во внимание все типы: Жо, Жк, Жнк. Предельно допустимая концентрация питьевой воды по жесткости (кратко: ПДК) обычно устанавливается для общей Жо.
Нормы жесткости для воды
Нормирование определяется документами стандартизации: ГОСТ, СанПиН, ТУ. Точные данные получают, проводя испытания проб в аккредитованных лабораториях, в санэпидстанциях. Для фиксирования лабораторных показаний приняты международные единицы измерения жесткости воды:
- моль/м 3 — количество молей на кубический метр жидкости;
- мг-экв/л — миллиграмм-эквиваленты на кубический дециметр (на 1 литр);
- °Ж — градус жесткости.
Измеряемая единица жесткости воды 1°Ж равна 1 мг-экв/л и равна 1/2 миллимоля на литр. Допустимые значения для ионов кальция и магния разные: для Ca2+1°Ж=20,04, для Mg2+1°Ж=12,16 мг/л (примечание: эти показатели вставляются в расчетную формулу, см. далее по тексту*).
По структуре вода может быть мягкой, средней, жесткой. Мягкой считается дистиллированная, кипяченая, дождевая, талая водичка. Жидкость средней жёсткости поступает из централизованных водопроводов. Артезианская и родниковая водица тоже отличаются средними показателями. К сильножесткой относится вододобыча из соленых водоемов, нуждающаяся в опреснении. В таблице показаны концентрации солей в разных размерных единицах.
Предельно допустимое содержание солей жесткости в воде
| Степень жесткости воды | Показатель в мг-экв/л | Показатель в °Ж | Показатель в ppm |
| Слишком мягкая | до 1,5 | до 1-1,5 | 0-70 |
| Мягкая | 1,5-4 | 1,6-4 | 71-140 |
| Среднежёсткая | 5-8 | 5-12 | 141-210 |
| Сильножёсткая | 9-12 | 13-22 | 211-320 |
| Сверхжёсткая | свыше 12 | 23-34 | 321-530 |
ЖЁСТКОСТЬ ВОДЫ И МЕТОДЫ ЕЁ УСТРАНЕНИЯ
14.1. Жёсткость воды
Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей металлов, главным образом, кальция Са2+ и магния Mg2+ (так называемых «солей жёсткости»). Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния (Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2), и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).Общая жёсткость воды равна сумме временной (карбонатной) и постоянной (некарбонатной) жёсткости.
В системе СИ жёсткость измеряется в моль/м3. На практике пользуются градусами жёсткости, выражают жёсткость в миллиграммах эквивалентов на литр, а также в миллимоль эквивалентов на литр. 1°Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его моля на литр (1°Ж = 1 мг-экв/л = 1/2 ммоль-экв/л). По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2°Ж), средней жёсткости (2-10°Ж) и жёсткую (более 10°Ж).
В данном пособии за размерность жёсткости воды принят 1 мг-экв/л (часто эквивалент пропускают и выражают жёсткость воды в ммоль/л), который выражают суммой миллимоль (ммоль) эквивалентов ионов Са2+ и Mg2+содержащихся в 1 литре воды. Один миллимоль жёсткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са2+ и 12,16 мг/л Mg2+.
Жёсткость воды может быть рассчитана по формуле, представленной в общем виде:
, (1)
где Ж – жёсткость воды, ммоль-экв/л; m
i – масса катионов (или соответствующих солей), мг;
М
эк i – молярная масса эквивалентов катионов (или соответствующих им солей), мг/ммоль;
V
– объём воды, л.
1. Определение жёсткостиводы по массе содержащихся в ней солей.
Пример 1.
Рассчитайте общую жёсткость воды (ммоль/л}, если в 0,20 л воды содержится 32,42 мг гидрокарбоната кальция Са(НСО3)2; 1,46 мг гидрокарбоната магния Mg(HCО3)2; 22,20 мг хлорида кальция CaCl2 и 4,75 мг хлорида магния MgCl2.
Решение.
Общая жёсткость воды может быть рассчитана по формуле (1)
.
Массы солей и объём воды известны по условию задачи. Находим молярные массы эквивалентов солей. Молярная масса эквивалентов соли равна молярной массе соли, деленной на эквивалентное число Z
. Для всех солей
Z
равно 2.
Поэтому:
M
эк Са(НСО3)2
= М
Са(НСО3)2/2 = 162,11/2 — 81,05 мг/ммоль;
M
эк Mg(HCO3)2 =
M
Mg(HCO3)2/2 = 146,34/2 = 73,17 мг/ммоль;
M
эк СаСl2 =
М
СаС12/2 = 110,99/2 = 55,49 мг/ммоль;
M
эк MgCl2 =
M
MgCl2/2 — 95,21/2 = 47,60 мг/ммоль.
Подставляя в формулу массы, молярные массы эквивалентов солей и объём воды, рассчитываем общую жёсткость воды:
=2,0 + 0,1 + 2,0 + 0,5 = 4,6 ммоль/л.
Пример 2.
Вычислите временную жёсткость воды, зная, что в 500 л её содержится 162,1 г Са(НСО3)2.
Решение.
Временную жёсткость воды можно найти по формуле (1), подставив в неё массу, молярную массу эквивалентов Са(НСО3) 2 и объём воды. Молярная масса эквивалентов Са(НСОз)2 равна 81,05 мг/ммоль (см. пример 1), масса этой соли равна 162100 мг, объем воды 500 л. Следовательно,
.
2. Определение содержания солей в воде по жёсткости воды
Пример 3.
Сколько граммов СаСl2 содержится в 100 л воды, если жесткость воды, вызванная этой солью, равна 2,5 ммоль/л?
Решение.
Массу соли СаСl2 можно найти по формуле (1). А именно:
.
Подставляя в формулу жёсткость воды, молярную массу эквивалентов CaCl2 (см. пример 1) и объем воды, получаем:
M
CaCl2 = 2,5 · 55,49 · 100 = 13872,5мг или 13,8725 г.
3.Определение временной (карбонатной) жёсткости воды по объёму соляной кислоты, пошедшей на её титрование
Самым простым методом определения жёсткости воды является метод титрования. Для определения временной жёсткости воды используют стандартный раствор соляной кислоты. При этом происходит следующая реакция:
Ме(НСО3) 2 + 2 НС1 = МеС12 + 2 Н2О + 2СО2,
где Me – Са2+, Mg2+, Fe2+.
Согласно закону эквивалентов, количество эквивалентов всех участвующих в химической реакции веществ должно быть одинаково. Отсюда:
, (2)
где Сэк1 и V1 – соответственно молярная концентрация эквивалентов вещества(моль/л) и объём (л) первого раствора; Cэк2 и V2 – молярная концентрация эквивалентов вещества (моль/л) и объём (л) второго раствора.
Пример 4.
Определите временную жёсткость воды, если на титрование 5 · 10–2 л воды, содержащей гидрокарбонат кальция, израсходовано 1,44 · 10–3 л 1,15н раствора HCl.
Решение.
По условию задачи молярная концентрация эквивалентов Сa(HCO3)2 неизвестна. Обозначим её через х.Подставляя значения в формулу (2), получаем:
х · 5· 10–2 = 1,44 · 10–3 · 0,15.
Отсюда:
н.
Таким образом, молярная концентрация эквивалентов Сa(HCO3)2 равна 0,004н, что соответствует содержанию Сa(HCO3)2 0,004 моль/л или 4 ммоль/л. Следовательно, временная жёсткость воды составляет 4 ммоль/л.
Пример 5.
Чему равна временная жесткость воды, если на титрование 100 мл этой воды, содержащей гидрокарбонат железа (II), израсходовано 5,75 мл 0,07 н раствора HCl.
Решение.
Данная задача решается аналогично тому, как это показано в примере 5, предварительно переведя объёмы растворов в литры, т.е. V1 = 0,1 л H2O; V2 = 5,75 · 10–3 л HCl. Подставляя значения в формулу (2), получаем:
х · 0,1 = 5,75 · 10–3 · 0,07.
Отсюда:
н.
Молярной концентрации эквивалентов Fe(HCO3)2 соответствует содержание этой соли, равной 4 · 10–3 моль/л или 4 ммоль/л.
Следовательно, жёсткость воды 4 ммоль/л.
14.2. Методы умягчения воды
Для умягчения воды применяют методы осаждения и ионного обмена. Путем осаждения катионы Са2+ и Mg2+ переводят в малорастворимые соединения выпадающие в осадок. Это можно достичь кипячением или химическим путем – введением в воду, например, соды Nа2СО3, гашёной извести Са(ОН)2 и т.д. При кипячении устраняется только временная (карбонатная) жёсткость по реакции:
Сa(HCO3)2 CaCO3¯ + CO2 + H2O.
Mg(HCO3)2 Mg(OH)2¯ + CO2.
При разложении Mg(HCO3)2 образуется Mg(OH)2, а не MgCO3 так как
Метод химического умягчения основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4:
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3
3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием.
Метод ионного обмена основан на использовании ионообменной гранулированной смолы, которая поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, смола отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование.
4.Определение массы реагента, необходимого для устранения жёсткости воды.
Пример 6.
Сколько граммов соды Nа2СО3 надо прибавить к 150 л воды, чтобы устранить жёсткость, равную 5 ммоль/л?
Решение.
В 150 л воды содержится 150 · 5 = 750 ммоль/л солей, вызывающих жёсткость воды. По закону эквивалентов для устранения этой жёсткости необходимо добавить такое же количество вещества эквивалентов, умягчающих воду, т.е. 750 ммоль Na2CО3.
Для нахождения вещества в граммах количество вещества эквивалентов умножают на молярную массу эквивалентов этого вещества. В данном случае эквивалентное число Na2CO3 равно двум, и молярная масса эквивалентов Na2CО3 будет
МэкNа2СО3 = М Nа2СО3/2 = 106/2 = 53 мг/ммоль.
Находим массу Na2CO3:
m Na2CO3 = nэк Na2CO3 Мэк Na2CO3 = 750 · 53 = 39750 мг или 39,75 г.
Эту же задачу можно решить, используя формулу (1). Для этого необходимо помнить, что по закону эквивалентов массы реагирующих веществ пропорциональны их молярным массам эквивалентов. Поэтому в формулу (1) вместо молярной массы эквивалентов солей, вызывающих жёсткость, можно подставить молярную массу эквивалентов веществ, необходимых для устранения этой жёсткости, чтобы найти их массу. В данном случае:
m Na2CO3 = Ж · МэкNa2СО3 · V.
Подставляя значения Ж, МэкNa2CO3 и V, получаем:
m Na2CO3 = 5 ·53 · 150 = 39750 мг или 39,75 г.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
261. Что понимается под жёсткостью воды? В чём измеряется жёсткость воды? Вода объемом 1 л содержит 38,0 мг гидрокарбоната кальция и 19,6 мг сульфата магния. Чему равна общая жёсткость воды? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 0,8 ммоль/л.
262. Почему необходимо устранять избыточную жёсткость воды? Чем опасна такая вода? Приведите примеры. Чему равна жёсткость воды, содержащая 0,01 моль/л хлорида кальция? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 20 ммоль/л.
263. Чем обусловлена постоянная жёсткость воды? Какие существуют химические способы устранения постоянной жёсткости воды? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чему равна постоянная жесткость воды, если в 2,5 л ее содержится 40 мг сульфата кальция? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 0,23 ммоль/л.
264. Из чего складывается общая жёсткость воды? Ответ поясните. Чему равна общая жёсткость воды, если в 3,4 л ее находится 57 мг гидрокарбоната магния и 33 мг сульфата кальция? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 0,37 ммоль/л.
265. Чем обусловлена временная жёсткость воды? Какими методами можно устранить избыточную временную жёсткость воды? Напишите необходимые уравнения химических реакций. При кипячении 0,25 л воды, содержащей только гидрокарбонат кальция, в осадок выпадает 4мг карбоната кальция. Чему равна временная жёсткость воды? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 0,32 ммоль/л.
266. Чем обусловлена постоянная жёсткость воды? Какие существуют химические способы устранения постоянной жёсткости воды? Напишите уравнения соответствующих реакций. Сколько граммов сульфата магния содержится в 150 л воды, если жёсткость воды, вызванная этой солью равна 4,7 ммоль/л? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 42,441 г.
267. Чем обусловлена временная жёсткость воды? Какими методами можно устранить избыточную временную жёсткость воды? Напишите необходимые уравнения химических реакций. При кипячении 0,5 л воды, содержащей только гидрокарбонат железа (II). В осадок выпадает 8 мг карбоната железа (II). Чему равна временная жёсткость воды? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 0,28 ммоль/л.
268. Что такое титрование? На каком законе основан метод титрования? Дайте формулировку этого закона. На титрование 25 мг воды израсходовано 2,4 мл 0,1н раствора НС1. Чему равна карбонатная жёсткость воды? К какой группе жёсткости относится такая вода? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 9,6 ммоль/л.
269. Из чего складывается общая жёсткость воды? Ответ поясните. Какими методами можно устранить избыточную общую жёсткость воды? Напишите соответствующие уравнения реакций. Для умягчения 200 л воды потребовалось 12,72 г карбоната натрия. Чему равна жёсткость воды? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 1,2ммоль/л.
270. Чем обусловлена временная жёсткость воды? Какими методами можно устранить избыточную временную жёсткость воды? Напишите необходимые уравнения химических реакций. Временная жёсткость воды равна 6,64 ммоль/л. Какую массу гидроксида кальция необходимо взять, чтобы устранить жёсткость 10 л воды.
Ответ: 2,459г.
271. Какие химические методы существуют для устранения избыточной жёсткости воды? Напишите соответствующие уравнения реакций, протекающих при умягчении воды. Сколько граммов ортофосфата натрия надо прибавить к 250 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жёсткость, равную 2,5 ммоль/л? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 34,162 г.
272. Что такое титрование? На каком законе основан метод титрования? Дайте формулировку этого закона. На титрование 40 мл воды израсходовано 5,7 мл 0,12н. раствора НС1. Чему равна карбонатная жёсткость воды? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 20 ммоль/л.
273. Чем обусловлена постоянная жёсткость воды? Какие существуют химические способы устранения постоянной жёсткости воды? Напишите уравнения соответствующих реакций. В 500 л воды содержится 70 г сульфата кальция. Чему равна постоянная жёсткость этой воды? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 2,1 ммоль/л.
274. Из чего складывается общая жёсткость воды? Ответ поясните. Какими методами можно устранить избыточную общую жёсткость воды? Напишите соответствующие уравнения реакций. Чему равна общая жёсткость воды, если в 300 л ее содержится 32,85 г гидрокарбоната кальция и 30,6 г сульфата магния? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 3,1 ммоль/л.
275. Чем обусловлена временная жёсткость воды? Какими методами можно устранить избыточную временную жёсткость воды? Напишите необходимые уравнения химических реакций. Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жёсткость 4,2 ммоль/л. К какой группе жёсткости относится такая вода? Сколько граммов гидрокарбоната кальция содержится в 250 л воды?
Ответ: 85,102 г.
276. Почему необходимо устранять избыточную жёсткость воды? Чем опасна такая вода? Приведите примеры. К 280 л жесткой воды прибавили 62,5 г карбоната натрия. Напишите уравнения возможных при этом реакций. Рассчитайте на сколько ммоль/л понизилась жесткость воды?
Ответ: 4 ммоль/л.
277. Чем обусловлена временная жёсткость воды? Какими методами можно устранить избыточную временную жёсткость воды? Напишите необходимые уравнения химических реакций. Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жёсткость 7,8 ммоль/л. К какой группе жёсткости относится такая вода? Какая масса гидрокарбоната магния содержится в 350 л воды?
Ответ: 221,266 г.
278. Что понимается под жёсткостью воды? В чём измеряется жёсткость воды? Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к 150 л воды, чтобы устранить временную жёсткость воды, равную 2,5 ммоль/л? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 13,89 г.
279. Что такое титрование? На каком законе основан метод титрования? Дайте формулировку этого закона. На титрование 40 мл воды потребовалось 3,85 мл 0,15 к раствора НС1. Чему равна карбонатная жёсткость воды? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 14,4 ммоль/л.
280. Чем обусловлена постоянная жёсткость воды? Какие существуют химические способы устранения постоянной жёсткости воды? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чему равна жёсткость воды, в 10 л которой содержится 0,025 моль сульфата магния? К какой группе жёсткости относится такая вода?
Ответ: 5 ммоль/л.
Нормы жесткости для питьевой воды
В СанПиН указаны вариативные величины, в зависимости от применения водных растворов. Жесткость воды по ГОСТУ также регламентируется в зависимости от типа и назначения жидкостей:
- Для обычной сетевой водицы определяется концентрация магния (до 50 мг/л).
- В бутилированной учитываются показатели Ca = 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 мг-экв/л 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 водице 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.
Твердость природной воды
- Твердость природной воды колеблется в широких пределах; она неодинакова в разных природных водах, в одном и том же водном объекте величина ее изменяется по временам года. В поверхностных водах Т. достигает наибольших величин в конце зимы, маленьких — в период половодья. В поверхностных водах обычно преобладает карбонатная Т. (70-80% общей). Магниевая Т.В. редко превышает 30% общей, однако в некоторых районах (Донбасс, Кривой Рог) достигает 60% общей. Т. подземных вод, особенно в артезианских колодцах, меньше изменяется в течение года.
- Твердость речных вод Украины, как и минерализация воды возрастает с северо-запада на юго-восток. В речных водах Полесья твердость составляет 2-3 ммоль / дм³, в Днепре — 4-5 ммоль / дм³, а в малых и средних реках Приазовья — 15-30 ммоль / дм³, что ограничивает возможности использования местных водных ресурсов.
- Твердость морской воды: Черное море — кальциевая 12,0 ммоль / дм 3, магниевая 53,5 ммоль / дм 3, общая 65,5 ммоль / дм3; Каспийское море — кальциевая 36,4 ммоль / дм 3, магниевая 30 ммоль / дм 3, общая 66,4 ммоль / дм3; океан — кальциевая 22,5 ммоль / дм 3, магниевая 108 ммоль / дм 3, общая 130,5 ммоль / дм3.
Нормы жесткости для технической воды
Какой должна быть жесткость котловой воды — норма устанавливается отдельно для котлов с разным давлением:
- до 1,4 МПа (14 кгс/см 2 ) = 15-20;
- 2,4 МПа (24 кгс/см 2 ) = 10-15;
- 3,9 Мпа (40 кгс/см 2 )= 4-10 мкмоль/дм 3 (мкг-экв/дм 3 ).
Первая (меньшая) цифра указывается для котлов, работающих на жидком топливе при тепловом потоке свыше 350 кВт на кв. метр. Вторая (большая) цифра — для котлов, работающих на иных видах топлива при тепловом потоке до 350 кВт/м 2 .
ГОСТ по определению жесткости в воде подскажет, какие параметры допустимы:
Раздельно нормируется питьевая вода по жесткости разных категорий: дистиллированная, сетевая, разливная. Для солей железа показатели рассчитываются отдельно.
Как определить жесткость воды
Очень сложно определить на ощупь, какая вода — жесткая или мягкая. Термин «жёсткость» возник потому, что после стирки ткани теряют мягкость, шерстистость или шелковистость, становятся неприятно жесткими на ощупь. Ткацкие или трикотажные переплетения, независимо от плотности, имеют пористую структуру. К волокнам присоединяются соли, что делает вещи после стирки более грубыми, жесткими, плотными.
Определить жесткость воды в можно как в лаборатории, так и в домашних условиях. Наличие солей жесткости можно определить визуально:
- Напитки имеют неприятный горчащий вкус.
- Чаи завариваются дольше обычного.
- Мясо при варке становится неприятно жестким.
- На стенках посуды заметны солевые отложения.
- На приборах образуется обильная накипь.
- На волосах после мытья и на расческе остается белесый налет.
- Мыло и порошок плохо пенятся, при стирке увеличивается их расход.
Повышенная жесткость питьевой воды может причинить ущерб здоровью и нагревательным приборам. Не зная точных показателей концентрации солей, сложно рассчитать дозу средств от накипи для стирально-сушильных агрегатов или запрограммировать на чистку кофемашину. Трудно обеспечить комфортное обитание рыбкам в аквариуме или правильно выбрать фильтры очистки. Помимо визуальной оценки лучше использовать более точные измерительные методы определения жесткости питьевой и технической воды.
Жесткость воды – единицы измерения и способы умягчения
Обычная вода состоит не только из атомов водорода и кислорода, в ней так же присутствует большое количество различных примесей. Именно наличие примесей определяет жесткость воды, а единицы измерения (°Ж – градус жёсткости) показывает, насколько этот показатель превышает допустимые нормы.
Жёсткость воды требуется определять не только инженерам, которые занимаются прокладкой коммуникаций, но и обычной людям в быту. Если мы используем электрический чайник или стиральную машину с функцией нагрева воды, то все это может выйти из строя, если данный показатель будет слишком высок. Даже хорошо растворить мыло в такой воде у вас вряд ли получится.
О том, как определить уровень жесткости водопроводной воды, а также о методах борьбы с большим содержанием примесей будет подробно рассказано в данной статье.
Жёсткая и мягкая вода – в чём разница
На количество соли в воде влияет наличия растворённых в ней элементов кальция и магния. Значительно повысить этот показатель может также наличие гидрата железа, содержание которого в артезианских водах бывает избыточным.
В том случае, когда таких примесей содержится незначительное количество, её называют “мягкой”. Этот показатель обычно разделяется на 3 категории:
- Мягкая.
- Средняя.
- Жёсткая.
Мягкая – это дождевая или полученная в результате перегонки жидкость. В такой воде практически отсутствуют минеральные примеси.
В большинстве случаев она может получиться и в результате длительного кипячения или добавления специальных химических реагентов.
Средняя – встречается наиболее часто в водопроводных системах, а также в родниковой и артезианской воде.
Жёсткая – к данной категории относится морская, океанская, а также вода вытекающая из пластов породы богатой минеральными отложениями. В ней может быть растворено большое количество солей. Если брать в процентном соотношении, то соленость может достигать до 33% от общего объема.
Рассмотрим разновидности жёсткости
Этот показатель принято разделять на следующие категории.
- Постоянная – является неизменным показателем, который зависит от содержания сульфатов и хлоридов.
- Временная – обусловлена содержанием бикарбонатов кальция и магния. Название этот вид жёсткости получил за способность практически полностью нейтрализоваться в результате кипячения.
- Жёсткость общая – получается в результате сложения показателей постоянной и временной.
Для того чтобы точно определить этот показатель, необходимо знать какими единицами измерения это можно сделать.
Единицы измерения жёсткости
Для правильного подсчёта уровня жёсткости необходимо определить концентрацию катионов кальция и магния. В настоящее время этот показатель определяется в следующих единицах измерения:
- Моль/м3 (моль на кубический метр) – применялся в России до 2014 г.
- °Ж (градус жёсткости) – данная единица измерения используется в России с 2014 г.
- dH (немецкий градус) – единица измерения используется в странах Европы.
- fo (французский градус) – также применяется в европейский странах.
- ppm CaCO3 (американский градус) – единица измерения используется в североамериканских штатах.
Следует отметить, что в нашей стране выражение общей жёсткости моль/м3 стало использоваться только с 1952 года. До этого времени расчёты осуществлялись в градусах, которые были равны современному немецкому градусу.
С 2014 года в России действует международный стандарт подсчёта жёсткости, который выражается в градусах (°Ж). Один градус равен 1/2 миллимоля на литр жидкости, поэтому подсчитать уровень концентрации вещества в жидкости не составит большого труда.
Причины появления жёсткости воды
При круговороте воды в природе жидкость превращается в пар и поднимается в верхние слои атмосферы.
После конденсации она выпадает в виде осадков и не содержит примесей влияющих на жёсткость, но проходя через слой земной коры, жидкость растворяет различные породы, в которых содержатся калий и магний.
Насыщаясь этими элементами вода увеличивает свою жёсткость. В море она всегда жёсткая по причине большой концентрации хлорида натрия.
При необходимости снизить концентрацию ионов калия и магния, можно применить различные методы уменьшения количества солевых примесей.
Методы устранения жёсткости
Для борьбы с чрезмерным содержанием солей применяются следующие методы:
- Кипячение – полностью устраняет временную жёсткость. Данный процесс сопровождается обильным выпадением осадка на дне и стенках резервуара, где происходит кипячение.
- Химическим путём – уменьшить количество солей можно с помощью гашённой извести. Если к извести будет добавлена сода, то можно избавиться и от постоянной жёсткости
- Заморозка – данный метод позволяет легко справиться с постоянной жёсткостью. Чтобы смягчить воду достаточно заморозить её до такого состояния, когда будет не более 10% воды, а 90% льда. Затем незамерзшая жидкость сливается, а вода в твёрдом состоянии растапливается и используется по назначению.
- Перегонка – все соли являются нелетучими веществами, поэтому достаточно воду сначала превратить в пар с помощью нагрева, а затем конденсировать.
- Электромагнитный способ – для смягчения жидкости используется электромагнитное поле. Данный способ уменьшения солей в воде применяется наиболее часто в котельных установках.
- Катионный обмен – высокоэффективный способ очистки воды от избыточного количество солей. Очищение происходит при пропускании воды через слой катионита.
Любой из предложенных способов умягчения воды позволяет справиться с высоким уровнем этого показателя, но для очистки от солей питьевой воды химический способ обычно не применяется.
Как влияет жёсткость на качество воды
Жёсткость питьевой воды влияет, прежде всего, на её вкусовые качества. Порог вкуса ионов кальция находящихся в питьевой воде составляет 2-6 мг-экв/л. Порог вкуса для ионов магния значительно ниже, поэтому самой приятной на вкус питьевой водой считается та, в которой этот показатель равен от 1,6 до 3 мг-экв/л.
В некоторых случаях вода с жёсткостью до 10 мг-экв/л может использоваться в качестве питьевой, но длительное её употребление может негативно влиять на здоровье человека.
Слишком жёсткая вода нежелательна для применения в устройствах нагрева жидкости.
Электрические чайники, бойлеры, стиральные и посудомоечные машины обязательно имеют в своей конструкции ТЭН, который в кратчайшие сроки “обрастает” отложениями, и процесс нагрева жидкости осуществляется менее эффективно.
Длительная эксплуатация электро нагревателя со значительным слоем накипи приводит к перегреву элемента и выходу его из строя. К счастью, для очистки от накипи достаточно растворить 2 пакетика лимонной кислоты в 1 литре воды и хорошо прокипятить чайник или любой другой водонагреватель. После чего следует тщательно промыть прибор и использовать его далее по назначению.
Негативно влияет высокое содержание солей воды и на процесс стирки. Растворение моющего вещества в воде богатой ионами калия и магния приводит к чрезмерному образованию пены. Пена способствует образованию налёта на элементах стиральной машины, который также может негативно влиять на работоспособность некоторых узлов этого бытового прибора.
Последствия для здоровья человека
При длительном употреблении жёсткой воды в организме человека наблюдаются серьёзные отклонения от нормы, которые прежде всего проявляются в работе следующих органов:
- Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) – при соединении солей входящих в состав жёсткой воды с животными жирами образуются соли жирных кислот, которые обволакивая стенки желудка и кишечника, препятствуя нормальной ферментации и значительно затормаживают перистальтику. В результате в организме накапливаются вредные вещества и шлаки, развивается дисбактериоз.
- Работа суставов – некоторые виды солей попадая в организм человека образуют неорганические вещества, которые со временем вытесняют синовиальную жидкость из суставов. В результате такого замещения происходит обрастание суставов кристаллами, которые вызывают сильную боль при движении. Длительное употребление жёсткой воды может привести к заболеванию артритом и полиартритом.
- Сердечно-сосудистая система – при значительном увеличении показателя жесткости питьевой воды, работа сердца ухудшается, вплоть до проявления выраженной аритмии.
- Состояние кожных покровов – жёсткая вода приводит к преждевременному старению кожи. Негативное воздействие наблюдается как при приёме жидкости внутрь, так и при мытье посуды. При контакте средства для мытья посуды с жёсткой водой образуется плёнка, которая при оседании на кожу долгое время оказывает негативное влияние на верхние слои эпидермиса.
- Образование камней в почках – данное утверждение является мифом, который развенчан благодаря работе учёных. Процесс камнеобразования не зависит от качества питьевой воды. Камни в почках образуются в основном из-за нехватки кальция в организме. В результате дефицита этого элемента происходит вымывание его из костей с оседанием в мочевыводящей системе.
Всех перечисленных недугов и болезненных состояний можно избежать, если использовать многоступенчатую фильтрацию воды. Применение таких устройств не будет стоить слишком дорого, а вот лечение различных патологий может обойтись в значительные суммы денег.
Методы определения жёсткости воды
Чтобы избежать негативного влияния на здоровье жёсткой воды, а также продлить срок эксплуатации нагревающим приборам, необходимо определить примерное количество солей калия и магния растворённых в жидкости. Сделать это на вкус довольно проблематично, ведь изменения могут быть выявлены таким способом только в случае превышения определённого значения.
Чтобы определить в домашних условиях большое содержание солей калия, магния и натрия можно воспользоваться следующими методами:
- Попытаться растворить мыло в воде, если пена не образуется, то вода очень жёсткая и употреблять её не следует.
- Если в чайнике и других приборах образуется большое количество накипи в течение небольшого промежутка времени, то вода, однозначно, превышает безопасные показатели этого значения.
- С помощью индикаторных полосок можно более точно определить количество солей в жидкости, но такой метод потребует небольших финансовых расходов. Для проведения опыта достаточно опустить индикаторную полоску в воду на несколько секунд, а через минуту сравнить её цвет с имеющейся в инструкции таблицей.
Очень важно знать какой жёсткости вода используется для питья, а так же в котлах отопления и в других водонагревательных приборах. Необходимость применения точных единиц измерения для проведения вычислений в домашних условиях не всегда обязательно.
В химической промышленности и на других высокотехничных производствах, наоборот потребуется знать количество растворённых в воде солей до миллиграмма, поэтому можно использовать любые единицы измерения этого показателя, предложенные в данной статье, чтобы определить и, при необходимости, снизить количество солей в воде.
Источник: