В жесткой воде содержатся высокие уровни веществ каких

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 12 июня 2020;
проверки требуют 2 правки.

У этого термина существуют и другие значения, см. Жёсткость.

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых солей жёсткости).

Жесткая и мягкая вода[править | править код]

Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Термин «жёсткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей после их стирки с использованием мыла на основе жирных кислот — ткань, постиранная в жёсткой воде, более жёсткая на ощупь. Этот феномен объясняется, с одной стороны, сорбцией тканью кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки на макроуровне. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне.
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).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, однако есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.[источник не указан 620 дней] Вкус природной питьевой воды, например, воды родников, обусловлен именно присутствием солей жёсткости.

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Единицы измерения[править | править код]

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для измерения жёсткости иногда использовалась нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca2+ или 12,16 миллиграмм Mg2+ (атомная масса делённая на валентность).

С 1 января 2014 года в России введён межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жёсткости»[1]. По новому ГОСТу жёсткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л).

Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице массы, а не объёма, особенно, если температура воды может изменяться или если вода может содержать пар, что приводит к существенным изменениям плотности.

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.

Градус	Обозначение	Определение	Величина
Градус	Обозначение	Определение	°Ж	ммоль/л
Немецкий	°dH (deutsche Härte), °dGH (degrees of general hardness), °dKH (для карбонатной жёсткости)	1 часть оксида кальция (СаО) или 0,719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды	0,3566	0,1783
Английский	°e	1 гран CaCO3 на 1 английский галлон воды	0,2848	0,1424
Французский	°TH	1 часть CaCO3 на 100 000 частей воды	0,1998	0,0999
Американский	ppm	1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды	0,0200	0,0100

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 °Ж), средней жёсткости (2-10 °Ж) и жёсткую (более 10 °Ж).

Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 °Ж, в мае — 0,5 °Ж[2]). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 8-10, реже до 15-20 °Ж) и меньше изменяется в течение года.

Методы устранения[править | править код]

Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

Реагентное умягчение. Метод 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:

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.

В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.

Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.

Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров). В качестве недостатков данного метода следует отметить:

необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.

Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией.

Клиническое значение[править | править код]

Постоянное употребление жесткой воды может вызвать нарушение минерального баланса организма (например, моче- или почечнокаменную болезнь)[источник не указан 2054 дня].
Использование жесткой воды для питания и купания новорожденных увеличивает риск атопического дерматита и/или экземы у детей. Средний возраст первых симптомов — 3 мес. Причем появление экземы запускает механизм развития аутоаллергии по цепочке «атопический марш»: от экземы к пищевой аллергии и астме.[3]

Ссылки[править | править код]

Единицы концентрации
Пересчёт градусов жесткости воды
Водоподготовка

Примечания[править | править код]

Источник

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.

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.

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.

Показатели жёсткости воды являются величинами переменными, они зависят от разных факторов:

процессов, происходящих в земной коре;
пластов залежей ископаемых, через которые проходят водные потоки;
интенсивности растворения песчано-каменистых пород;
смены сезонов.

У вод, лежащих близко к поверхности и залегающих на глубине, параметры разные. Они выше там, где водный поток проходит через слои известняков. Весной, при обилии талых потоков, при их попадании в водоемы и при просачивании в подземные водные пласты, количество солей снижается. Зимой концентрация выше.

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/м3 – 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

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.

Нормативно установлены нижние пределы показателей жесткости питьевой воды. В нормальной водичке обязательно должно присутствовать небольшое количество солей. Кальций полезен для организма, из напитков его микроэлементы усваивается лучше, чем из продуктов. Массовая концентрация кальция в питьевой воде не должна быть ниже 0,12, магния меньше 0,04, сульфатов и хлоридов менее 2 мг/дм3. Мягкая водичка вымывает из тела кальций, вызывая неприятные последствия – разрушаются кости и зубы. Слишком жесткая вызывает образование камней в организме, нарушает работу системы выделения. Соленая вода разрушительно действует на оборудование гидросистем, засоряет отложениями стенки трубопроводов, увеличивает расходы на нагрев.

Если в воде солей жесткости больше, чем предписано стандартами, нужно её очистить до допустимых показателей. В табличке указаны степени солевой концентрации по шкале жёсткости с показателями в промилле.

Шкала жесткости

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/см2) = 15-20;
2,4 МПа (24 кгс/см2) = 10-15;
3,9 Мпа (40 кгс/см2)= 4-10 мкмоль/дм3(мкг-экв/дм3).

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/м2.

ГОСТ по определению жесткости в воде подскажет, какие параметры допустимы:

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

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.

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 снимет претензии потребителей к водоснабжающим компаниям, продлит срок службы дорогого промышленного оборудования.

Для измерения жесткости воды используют бытовые и профессиональные приборы:

Медицинские полоски, продающиеся в аптеках, выдают хороший результат с точностью до 1-2°Ж.
Экспресс-тесты для аквариума позволяют следить за подачей воды в емкости с водными обитателями или проверять растворы, предназначенные для полива растений.
Солемер, спектроанализатор, TDS и EC-метр показывают содержание солей и иные параметры: удельную электропроводность, сопротивление раствора.

Полезно заказать исследование в лаборатории, чтобы получить точные результаты с подтверждающей документацией. Тогда не придется думать, чем определить жесткость воды, не нужно покупать измерительные приборы или рассчитывать показатели по косвенным параметрам, используя формулы.

Как определить жесткость воды по формуле

Определить жесткость воды можно по формуле. Для определения общих показателей нужно выполнить 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).

Расчетный результат получается в единицах: мг-экв/дм3.

Далее вычисляют временную или постоянную жёсткость. Рассчитанную величину вычитают из Жо и получают значения всех трёх категорий Ж.

Карбонатная Жк вычисляется по формуле:

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

Некарбонатная: Жнк=Жо-Жк.

Как понизить жесткость в питьевой воде

Понизить жесткость питьевой воды можно бытовыми способами и с помощью профессионального оборудования. Для умягчения водных составов в быту применяют простые и доступные методы: кипячение, отстаивание, заморозка с оттаиванием. Используют дистилляты и бытовые фильтры.

Длительным кипячением (20-30 минут) можно устранить карбонатную жёсткость – гидрокарбонаты разлагаются, выделяя углекислый газ и отложения накипи:

Ca2++2HCO3-=CaCO3↓+H2O+CO2↑(стрелками показаны: ↓ – осадок, ↑ – улетучивание);

Mg2++2HCO3-=MgCO3↓+H2O+CO2↑.

Для загородных домов и промышленного умягчения используют профессиональные установки солеочистки:

Фильтры умягчения, их работа основана на натрий-катионировании – замещении ионов присутствующих солей катионами натрия.
Ионообменные фильтры с многокомпонентными смолами (Экотар, Экомикс) сразу производят обессоливание и обезжелезивание.
Обратный осмос – лучший вариант очистки с помощью мембран. При его использовании обеспечена допустимая норма жесткости воды без прочих дополнительных систем фильтрации.

На сайте компании Diasel можно купить любые фильтры для удаления из воды солей жесткости. Мы продаем комплектующие к установкам обратного осмоса, соберем для вас комплексные линии очистки, предоставим реагенты для снижения уровня безопасности основного жизненного напитка. Гарантируем консультации по любым вопросам, помощь по монтажным работам, текущему и сервисному обслуживанию. С нашими профессиональными установками жесткость воды всегда будет в норме.

Источник