Что обуславливает жесткость воды. Сокращение срока службы оборудования

«Жесткая» вода - одна из самых распространенных проблем, причем как в загородных домах с автономным водоснабжением, так и в городских квартирах с централизованным водопроводом. Степень жесткости зависит от наличия в воде солей кальция и магния (соли жесткости) и измеряется в миллиграмм - эквиваленте на литр (мг-экв/л). По американской классификации (для питьевой воды) при содержании солей жесткости менее 2 мг-экв/л вода считается «мягкой», от 2 до 4 мг-экв/л - нормальной (повторяем, для пищевых целей!), от 4 до 6 мг-экв/л - жесткой, а свыше 6 мг-экв/л - очень жесткой.

Для многих применений жесткость воды не играет существенной роли (например, для тушения пожаров, полива огорода, уборки улиц и тротуаров). Но в ряде случаев жесткость может создать проблемы. При принятии ванны, мытье посуды, стирке, мытье машины жесткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая. И вот почему:

При использовании мягкой воды расходуется в 2 раза меньше моющих средств;

Жесткая вода, взаимодействуя с мылом, образует «мыльные шлаки», которые не смываются водой и оставляют малосимпатичные разводы на посуде и поверхности сантехники; «Мыльные шлаки» также не смываются с поверхности человеческой кожи, забивая поры и покрывая каждый волос на теле, что может стать причиной появления сыпи, раздражения, зуда;

При нагревании воды, содержащиеся в ней соли жесткости кристаллизуются, выпадая в виде накипи. Накипь является причиной 90% отказов водонагревательного оборудования. Поэтому к воде, подвергаемой нагреву в котлах, бойлерах и т.п., предъявляются на порядок более строгие требования по жесткости;

Во многих промышленных процессах соли жесткости могут вступить в химическую реакцию, образовав нежелательные промежуточные продукты.

Понятие жесткости

Жесткость воды принято связывать с катионами кальция (Са 2+) и в меньшей степени магния (Mg 2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.

В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются

На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, «вклад» в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).

Виды жесткости

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Единицы измерения

Один моль на кубический метр соответствует массовой концентрации эквивалентов ионов кальция (1/2 Ca2+) 20.04 г/м3 и ионов магния (1/2Mg2+) 12.153 г/м3. Числовое значение жесткости, выраженное в молях на кубический метр равно числовому значению жесткости, выраженному в миллиграмм-эквивалентах на литр (или кубический дециметр), т.е. 1моль/м3=1ммоль/л=1мг-экв/л=1мг-экв/дм3.

Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.

Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:

Примечание: Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм3 СаО или 17.86 мг/дм3 СаСО3 в воде. Один французский градус соответствует 10 мг/дм3 СаСО3 в воде. Один американский градус соответствует 1 мг/дм3 СаСО3 в воде.

Происхождение жесткости

Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости.

Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах - десятков граммов на один литр воды

В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм3)

Влияние жесткости

С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения

Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека

Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).

Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование «мыльных шлаков» в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство «жестких» волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный «скрип» чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство «мылкости» после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановления той защиты кожи, которой нас и так снабдила матушка Природа.

Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.

Под жесткостью воды понимают свойство, обусловленное присутствием в воде растворенных солей, в основном кальция и магния. Жесткость воды подразделяется па карбонатную (присутствие в ней гидрокарбонатов магния и кальция) и некарбонатную (наличие солей сильных кислот - хлоридов или сульфатов кальция и магния). Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость.

Карбонатную жесткость называют временной, так как при длительном кипячении подобной воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка карбоната кальция и выделением углекислого газа:

Ca(HCO 3) 2 = СаСО 3 +СO 2 + Н 2 O

Mg(НСО 3) 2 = Mg(ОН) 2 ↓ + 2СO 2

Жесткость воды, обусловленная наличием сульфатов магния и кальция, называется постоянной. Она может быть устранена лишь химическим путем:

CaSO 4 +Na 2 CO 3 =CaCO 3 ↓+Na 2 SO 4 .

В настоящее время для устранения жесткости используют также ионообменные смолы.

Способы устранения жесткости воды

В природной воде растворены соли кальция и магния. Это гидрокарбонаты и сульфаты. Покажем два способа осаждения гидрокарбонатов для уменьшения жесткости воды. Первый способ – кипячение. При кипячении* растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, и жесткость воды уменьшается.

С a(HCO 3 ) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

Второй способ – добавление известковой воды. При добавлении известковой воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты и вода становится более мягкой.

С a(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ +2 H 2 O

Но жесткость воды зависит еще и от сульфатов кальция и магния. Сульфаты кальция и магния можно удалить с помощью карбоната натрия. При добавлении карбоната натрия сульфаты переходят в нерастворимые карбонаты кальция и магния.

CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓+ Na 2 SO 4

Умягчение воды

Устранение из воды солей жесткости, т. е. умягчение её, необходимо производить для питания котельных установок, причем жесткость воды для котлов среднего и низкого давления должна быть не более 0,3 мг-экв/л. Умягчать воду требуется также для таких производств, как текстильное, бумажное, химическое, где вода должна иметь жесткость не более 0,7 -1,0 мг-экв/л. Умягчение воды для хозяйственно-питьевых целей также целесообразно, особенно в случае, если она превышает 7мг-экв/л. Применяют следующие основные методы умягчения воды:

реагентный метод - путем введения реагентов, способствующих образованию малорастворимых соединений кальция и магния и выпадению их в осадок;

катионовый метод, при котором умягчаемая вода фильтруется через вещества, обладающие способностью обменивать содержащиеся в них катионы (натрия или водорода) на катионы кальция и магния, растворенный в воде солей. А результате обмена задерживаются ионы кальция и магния и образуются натриевые соли, не придающие воде жесткость;

термический метод, заключающийся в нагревании воды до температуры выше 100°, при этом почти полностью удаляются соли карбонатной жесткости.

Часто методы умягчения применяют комбинированно. Например, часть солей жесткости удаляют реагентным способом, а оставшуюся часть с помощью катионного обмена. Из реагентных методов содово-известковый способ умягчения является наиболее распространенным. Сущность его сводится к получению вместо растворенных в воде солей Са Mg нерастворимых солей СаСО3 и Mg(OH)2, выпадающих в осадок. Оба реагента - соду Na2CO3 и известь Са(ОН)2 - вводят в умягчаемую воду одновременно или поочередно. Соли карбонатной, временной жесткости удаляют известью, не карбонатной, постоянной жесткости - содой. Химические реакции при удалении карбонатной жесткости протекают следующим образом:

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О

Гидрат окиси магния Mg(OH)2 коагулирует и выпадает в осадок. Для устранения некарбонатной жесткости в умягчаемую воду вводят Na2CO3. Химические реакции при удалении некарбонатной жесткости следующие:

Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4;

Na2CO3 + СаС12 = СаСО3 + 2NaCl.

В результате реакции получается углекислый кальций, который выпадает в осадок. Реагенты, применяемые при обработке воды, вводят в воду в следующих местах:

а) хлор (при предварительном хлорировании) - во всасывающие трубопроводы насосной станции первого подъема или в водоводы, подающие воду на станцию очистки;

б) коагулянт - в трубопровод перед смесителем или в смеситель;

в) известь для подщелачивания при коагулировании - одновременно с коагулянтом;

г) активированный уголь для удаления запахов и привкусов в воде до 5 мг/л - перед фильтрами. При больших дозах уголь следует вводить на насосной станции первого подъема или одновременно с коагулянтом в смеситель водоочистной станции, но не ранее чем через 10 мин после введения хлора;

д) хлор и аммиак для обеззараживания воды вводят до очистных сооружений и в фильтрованную воду. При наличии в воде фенолов аммиак следует вводить как при предварительном, так и при окончательном хлорировании.

К специальным видам очистки и обработки воды относятся опреснение, обессоливание, обезжелезивание, удаление из воды растворенных газов и стабилизация.

По телевизору то и дело мелькают сообщения о свойствах жесткой воды и ее вреде не только для бытовой техники, но и организма в целом. Что же это за вода и почему ее называют жесткой? Если удариться в научные факты и прибегнуть к помощи специальной литературы, то станет понятно, что степень жесткости определяют ионы кальция и магния. Чем их меньше, тем мягче и полезнее вода. И здесь справедливо встает вопрос о том, как определить в домашних условиях.

Зачем это нужно

Прежде чем решить поставленную задачу, необходимо разобраться, а нужно ли вообще знать, что такое как определить в домашних условиях ее степень и что необходимо делать в случае ее превышения.

Несомненно, каждый принимает решение самостоятельно, однако достаточно посмотреть на последствия применения излишне жесткой воды, и все сразу встает на свои места.

К чему приводит жесткая вода

Ежегодно бытовая техника страдает от накипи, образовавшейся в результате избытка солей в воде, а это значит, ее эффективность снижается в среднем на 20 %.

Из-за скопившегося известкового налета отопительные приборы испытывают трудности в теплоотдаче. Начинают расти затраты на электроэнергию.

Требуется большее количество чистящих средств, в связи с замедлением процесса пенообразования и утраты эффективности удаления загрязнений.

Вступая в связь с моющими веществами шампуней и гелей для душа, жесткая вода образует невидимую пленку на теле, способную вызвать раздражение и сухость.

Теперь отвечаем на вопрос о том, как узнать жесткость воды в домашних условиях. Определите, сколько мл мыльного раствора было потрачено. Полученные данные умножьте на 2. Результат будет равняться степени жесткости.

4. Обратите внимание, как часто образуется накипь на чайнике. Чем чаще это происходит, тем больше в составе воды солей, а также кальция и магния, которые способствуют образованию налета.

5. Замечали ли вы, что брызги на стекле, высыхая, оставляют белые следы?

Это служит еще одним подтверждением жесткости воды.

6. Отличным помощником в решении этой задачи станет обыкновенная марганцовка. Контактируя с солями жесткости, марганцовка приобретает желтый оттенок. Если такого не произошло, с водой все в порядке.

7. Можно воспользоваться специальным тестом, идентифицирующим жесткость воды.

Как определить в домашних условиях результат, подскажет индивидуальная инструкция. Зачастую достаточно опустить тестер в воду, подождать несколько секунд и наблюдать за изменением окрашивающейся полоски.

Как смягчить воду

Итак, способов узнать, насколько жесткая вода, довольно много. Если вы обнаружили, что качество воды вас не устраивает, то воспользуйтесь некоторыми советами.

1. Самый известный метод, которым пользуются все, не задумываясь об истинном предназначении, это кипячение воды. Достаточно прокипятить воду в течение часа, а затем дать ей остыть, как на дне образуется осадок. В дальнейшем убрать его можно путем процеживания. Конечно, таким способом избавиться от солей не удастся, а вот немного смягчить воду представится возможным.

2. Нейтрализовать соль можно щелочью, которая содержится в соде. ¼ чайной ложки на стакан воды - и степень жесткости заметно уменьшена. Многие проверили это на практике!

3. Щелочь можно заменить миндальными отрубями. Они являются конечным продуктом переработки семян миндаля. Столовой ложки на стакан воды вполне хватит.

4. Наиболее простым вариантом является покупка специального фильтра. Однако исследование мнений пользователей на основе отзывов показало, что эффективности в использовании фильтров не наблюдается. Более того, необходимо постоянно следить за системой очистки воды и периодически менять некоторые элементы. Зачастую своевременно это сделать не представляется возможным, и вредные вещества снова оказываются в воде.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое жесткость воды, как определить в домашних условиях ее степень и смягчить при помощи подручных средств. Несомненно, в вопросах качества питьевой воды стоит довериться профессиональным разработкам: специальным полоскам или измерительным устройствам, показывающим количество жестких солей. Однако если такая возможность не представляется, то решить проблему можно самостоятельно, не выходя из дома.

Жесткостью воды называют химическое качество, определяющее объем присутствующих в жидкости примесей соляного кальция и магния. Данный показатель - одно из ключевых качеств воды, которое всегда проверяется в процессе на предмет пригодности для употребления и бытового применения. Знать о норме показателей и о том, как определить жесткость воды, крайне важно. Знание данного качества жидкости позволит сохранить здоровье и продлить работоспособность техники, так или иначе использующей в своей работе воду.

Микробиологические исследования и химические научные опыты определили, что жесткостью воды единицы измерения является содержание в ней большей части солей кальция (Са2+) и несколько меньшего количества магния (Mg2+). На самом деле ситуация обстоит так, что оба эти элементы участвуют в формировании показатель определения жесткости воды и не могут существовать отдельно. В процессе химических реакций с анионами, соли кальция и магний формируют специальные кристаллы жесткости, которые оседают на дно и в дальнейшем используются в качестве биологического материала при проверке воды и ее химического состава.

Таблица наличия в воде катионов металлов и анионов и тест на жесткость воды позволяют узнать детальней о процессе формирования кристаллов жесткости и характере их развития. Влияние на временную жесткость воды и каждого из металлов является различным и зависит от типа жидкости и источника ее происхождения. К примеру такие металлы, как стронций, железо и марганец могут оказывать на состав и степень жесткости воды менее выраженное воздействие и практически не котироваться при анализе и проведении химической экспертизы. Алюминий оказывает влияние на общую жесткость воды, только если кислотность воды достигает нужного уровня, что встречается исключительно в природных водоемах. Из этого следует, что наличие и патогенное воздействие на воду выше указанных металлов при проверке воды бытового использования практически не учитывается из-за крайне низких показателей. Крайне малое влияние на показатель жесткости воды и способы ее устранения также может оказывать барий.

Какие можно выделить типы жесткости воды?

Проверка воды на показатель жесткости проводится в несколько этапов, с учетом типа водоема, в котором был произведен забор, условий содержания жидкости и цели произведенной экспертизы. Как определить жесткость воды в домашних условиях? Чаще всего жесткость при проверке делят на следующие группы:

Жесткость воды общего типа. В процессе определения вида жесткости воды этого показателя выводится единица наибольшей концентрации солей кальция и магния. Данный показатель рассчитывается путем выведения данных о постоянной жесткости воды и непостоянной, временной жесткости некарбонатного типа. Для того чтобы смягчить воду при завышенных показателях общей жесткости используют ионизирующие фильтрующие установки для воды и таблицу жесткости воды.
Жесткость карбонатного типа. Проверка позволяет выявить наличие в составе воды карбонатных и гидрокарбонатных элементов солей кальция и магния. Такой вид жесткости нередко может называться временным, поскольку устранить завышенные показатели поможет кипячение и вываривание лишних солей. Нагревание воды способствует тому, что гидрокарбонаты и карбонаты кальция и магния раскладываются и становятся осадочным веществом на дне посудины. Такой тип не постоянной жесткости воды превращается в бытовой налет, который нередко можно наблюдать на посуде, в которой часто кипятится вода. Как устранить жесткость воды? Очистить жесткость такой воды можно также путем использования ионизирующих фильтров или механизмов для устранения лишних солей.
Жесткость воды некарбонатного типа. Данный тип проверки позволяет выявить в воде присутствие кислот солей кальция и магния сильного воздействия. В число таких кислот входят серная, азотная и соляная кислоты. Данный вид не карбонатной жесткости воды нельзя устранить простым кипячением воды и вывариванием патогенных элементов. Постоянную жесткость нередко очищают ионизирующими фильтрами или растворяющими соль веществами.

В чем измеряется жесткость воды? Стоит отметить, что мировая таблица единиц измерений имеет несколько разных обозначений для типов и разновидностей жесткости. Каждая из этих единиц взаимосвязана с остальными. На территории постсоветского пространства до их пор используют единицу моль для обозначения показателя определения общей жесткости воды. В европейских государствах могут нередко использовать такие обозначения как do, dH, fo. В США используется обозначение ppm CaCO3.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Почему вода становится жесткой?

Изначально стоит отметить, что вся жидкость мирового океана имеет определенные показатели жесткости, то есть в ее химическом составе неизменными веществами являются соли кальция и магний, а также несколько других щелочных металлов и земельных веществ. От чего зависит жесткость воды? Такой состав жидкости обуславливается тем, что минеральные воды изначально проистекают на поверхность из залежей многовековых пластов известняка и разных типов доломита. Соли кальция и магний попадают в воду путем химической связи диоксида углерода с группой минералов. Процесс выветривания и химической деформации горных пород приводит к образованию кристаллов жесткости в воде. Их источники - природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионизирующие вещества многовековых залежей, через которые протекает вода, могут появляться из-за еще не изученных биологических реакций и процессов в глубине плит на месте, из которого проистекает жидкость. Добавлять в состав побочные минералы и кристаллы способны и другие химические примеси, сточные воды, элементы и организмы окружающей среды.

Что показывает таблица жесткости воды?

Большинство минерализованной воды, которая попадает в открытые водоемы и становится источником жидкости для бытового и промышленного существования, имеет жесткость, превышающую показатели 75-85%. Как проверить жесткость воды в домашних условиях? Такой высокий показатель свидетельствует о том, что вода содержит повышенное количество солей кальция и магния из-за наличия ионизирующих горных пород. С учетом источника минеральной воды, в ряде случаев уровень жесткости не превышать 60%. Важно отметить, что от показателя минерализации напрямую зависит наличие ионов кальция. Жесткость воды, норма для питьевой воды такова: в открытых водоемах с пресной водой уровень содержания кальция не поднимается выше, чем 1 г из расчета на литр воды; соленые водоемы могут содержать примерно 10-15 г солей кальция на литр.

Стоит сказать, что показатель жесткости и концентрация солей кальция в воде напрямую определяется типом воды и местом ее расположения. Так, поверхностные воды нередко могут иметь наиболее низкие показатели жесткости, тогда как подземные водоемы или озера могут быть максимально жесткими и насыщенными солями. Концентрация солей в воде находится также в прямой зависимости от времен года и сезонных осадков. В конце зимы наличие кристаллов жесткости может увеличиваться, однако в период таяния снега и выпадения мягкой воды в виде снега и дождя кристаллы солей разбавляются и показатели жесткости заметно снижаются. Максимально жесткой вода считается в океанах и морях, где концентрация солей является максимально высокой.

Как может влиять показатель жесткости на качество жидкости?

Жесткость воды и ее показатели являются позволительными и удовлетворительными, в зависимости от цели использования жидкости. Если вода предназначается для использования в бытовых целях, показатели ее жесткости не должны превышать 2-6 мг на литр. Такая концентрация солей кальция считается максимально допустимой для бытового использования и не вредит человеческому здоровью. Прибор для измерения жесткости воды показывает, что промышленные цели использования воды могут повышать показатель жесткости до 10 мг на литр, однако не более этих рамок. Важно отметить, что вода с высоким показателем жесткости является, как правило, слишком горькой и имеет характерный запах, а также может оказывать патогенное воздействие на пищеварительную систему и желудочно-кишечный тракт, что делает ее непригодной для использования в пищевых или бытовых целях.

Важно сказать, что Всемирная организация здравоохранения проводит множество исследований и до сих пор не может найти единого ответа на вопрос о том, насколько велика патогенность влияния жесткой воды на человеческий организм и полезно ли постоянное использование в пищу только мягкой и фильтрованной воды без примесей солей и кальция. Предварительные исследования говорят о том, что некоторые типы вод с повышенным показателем жесткости могут провоцировать сердечно-сосудистые заболевания, проблемы с суставами и каменные болезни.

Специалисты компании ЭкоТестЭкспресс производят качественную аналитику жесткости воды в зависимости от требуемых целей и особенностей проверки. Связаться с нами, оставить заявку можно в онлайн-форме ниже.

Дата создания: 2015/02/11

Вода – одно из главных природных богатств человечества. От неё зависит не только благополучие, но и само существование целых народов. Не случайно с давних пор люди селились по берегам крупных и малых рек, озёр и морей. Академик А.П.Карпинский назвал воду живой кровью, которая создаёт жизнь там, где её не было.

Гимном этому необыкновенному веществу звучат строки французского писателя А. Де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни света, ни вкуса, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобою возвращаются нам силы, с которыми мы уже простились».

Ученые абсолютно правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого вещества, в свойствах которого было бы столько аномалий, сколько в ее свойствах.

Почти ¾ поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твердой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. От воды зависит климат планеты. Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. У нее очень большая теплоемкость. Нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдает его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла и тем самым «выравнивает» климат. А от космического холода предохраняет Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров…

Но не только по этому мы считаем воду жизненного важным веществом. Дело в том, что тело человека состоит почти на 2/3 из воды. Практически все биохимические реакции в каждой живой клетки – это реакции в водных растворах… в растворах же протекает большинство технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов. И в металлургии вода чрезвычайно важна, причем не только для охлаждения. Гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов – стала важной отраслью промышленности.

Разная бывает вода: жидкая, твердая и газообразная; пресная и соленая; свободная и связанная. В конце 60-х – начале 70-х гг. ХХ в. в статьях и книгах часто можно было встретить термин «аномальная вода». Потом от него отказались, но это не исключило множества аномалий в физических и в химических свойствах обычной воды.

Жесткость воды

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Одной из важнейших характеристик природной воды является ее жесткость.

Жесткость воды – совокупность свойств воды, обусловленных наличием в нем катионитов кальция и магния. Сумма их концентраций выражается в моль/л или моль/кг называется общей жесткостью воды. Она складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния (устраняется кипячением), вторая - наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Различают воду мягкую (общая жесткость до 2ммоль/л), средняя жесткость (2-10ммоль/л) и жесткую (больше 10ммоль/л).

Кругооборот воды в природе осадки выпадая на землю в виде дождя, снега, проходя через грунт растворяют минералы. Источником могут служить, так же, микробиологические процессы, протекающие в почве на площади водосбора, сточные воды предприятия.

Для некоторых областей применения воды жесткость не играет никакой роли. Например, при поливке газонов, тушении пожаров. Но, к сожалению, жесткость воды - это проблема не только воды для питья и приготовления пищи, но и воды, используемой в быту для стирки, мытья посуды и т. д.

Жесткость воды – нежелательное явление. На стенках паровых котлов жесткая вода образует накипь, обладающую плохой теплопроводностью, вследствие чего увеличивается расход топлива. Кроме того, накипь способствует разъединению (коррозии) стенок котлов, что может повлечь за собой аварию. Трубки радиаторов от жесткой воды могут зарасти накипью, отчего радиатор перестает действовать.

Потери от жесткости воды в быту – это перерасход на 30-50% моющих средств при стирке белья и купании, плохие потребительские свойства воды: при заваривании кофе или чая в такой воде может выпасть бурый осадок, при кипячении на поверхности образуется пленка, вода приобретает характерный привкус; в жесткой воде хуже разваривается мясо, потому что соли жесткости с белками мяса образуют нерастворимые соединения, что, в свою очередь приводит к снижению усвояемости белков. Очень жесткая вода непригодна для питья.

Необходимо отдельно остановиться на влиянии жесткости воды на результат умывания и купания. Соли жесткости образуют с моющими веществами (мыло, шампунь, стиральный порошок) так называемые “мыльные шлаки” в виде пены, которая, высыхая, образует микроскопическую корку на коже и волосах, нанося существенный вред их здоровью. В результате появляется сухость волос, шелушение, зуд, перхоть. Одним из предвестников такого нежелательного воздействия является характерный “скрип” вымытой кожи и волос. А восстанавливать жировую пленку приходится косметическими кремами и масками. И наоборот, ощущение “мылкости” после мытья мягкой водой – это признак сохранения на коже защитной жировой пленки. Косметологи всего мира рекомендуют умываться мягкой (например, талой или дождевой) водой.

Жёсткость воды и здоровье человека

Для нормальной работы организма человека нужна чистая вода, при этом для питья нельзя постоянно использовать дистиллированную воду, потому что она вымывает минеральные соли из организма, жизнедеятельность без которых невозможна, поэтому для питья используют воду, с растворенными в ней минеральными солями. Какую воду лучше всего пить, вопрос дискуссионный. Большинство ученых считают, что чем мягче питьевая вода, тем больше вероятность сердечно – сосудистых заболеваний. Рассмотрим, какое значения для организма имеют кальций и магний.

Магний и здоровье человека

Большая часть магния находится в составе костной и мышечной тканей. В основном магний содержится внутри самих клеток, где он наряду с калием является вторым по значимости элементом. Только 1% магния находится в крови. Потребность в магнии может быть различной у разных людей.

У детей потребность в магнии зависит от возраста: до 3 лет – 140 мг, от 4 до 6 лет – 220 мг, от 7 до 10 лет – 300 мг, от 11 до 13 лет – 400 мг магния.

Для взрослого человека в среднем достаточным считается приём 300 – 400 мг магния.

Поступает магний в организм с пищей. Богаты им хлебобулочные изделия из муки грубого помола, крупы, бобовые (горох, фасоль), орехи, овощи, цветная капуста, абрикосы. В молочных продуктах магния относительно мало, но в них он содержится в легко усвояемой форме в виде цитрата магния.

Жёсткость воды вспоминается в первую очередь с накипью и умягчителем воды — прибором, который должен справляться с жёсткой водой и препятствовать образованию накипи.

Подробнее про жёсткость воды мы поговорим про жёсткость воды с точки зрения химии, разновидности жёсткости воды, единицы измерения жёсткости воды (в том числе в разных странах). Рассмотрим, откуда берётся жёсткость воды и как влияет жёсткость на качество воды.

Для начала немного про термины. В статье часто упоминаются слова «катионы» и «анионы». Катионы и анионы — это положительно и отрицательно заряженные ионы. Ион (др.-греч. ἰόν - идущее) - электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов. Соответственно, если потеря — то заряд частицы положительный. Если присоединение — то заряд частицы отрицательный (поскольку электрон имеет однозначно отрицательный заряд).

Жёсткость воды с точки зрения химии

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са 2+) и в меньшей степени магния (Mg 2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na +) таким свойством не обладают.

В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они обЪединяются.

На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние , что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al 3+) и трехвалентное железо (Fe 3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, «вклад» в жесткость ничтожно малы . Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва 2+).

Разновидности жесткости воды.

Различают следующие разновидности жёсткости воды:

Общая жесткость . Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость . Определяется наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость . Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Единицы измерения жёсткости воды.

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м 3). На Украине используется как моль/м 3 , так и мг-экв/л (миллиграмм эквивалент на литр). Численно эти значения совпадают. Кстати, л и дм 3 — это одно и тоже, литр и дециметр кубический.

Кроме этого в различных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (d o , dH), французский градус (f o), американский градус, ppm CaCO 3 .

Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:

Примечание:

Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм 3 СаО или 17.86 мг/дм 3 СаСО 3 в воде.
Один французский градус соответствует 10 мг/дм 3 СаСО 3 в воде.
Один американский градус соответствует 1 мг/дм 3 СаСО 3 в воде.

Чтобы не заморачиваться пересчётами вручную, можно создать табличку пересчёта единиц жёсткости. Которую, кстати сказать, вы можете скачать по ссылке Таблица пересчёта единиц измерения жёсткости воды .

Откуда берётся жёсткость воды

Ионы кальция (Ca 2+) и магния (Mg 2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Ниже в таблице приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников — из справочника «Гидрохимические показатели состояния окружающей среды» и учебника для вузов «Водоподготовка». A две — из иностранных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986.

Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более «жесткий» подход к проблеме жесткости за границей. И не без причины, о чём — ниже.

Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са 2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg 2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах — десятков граммов на один литр воды.

Как влияет жёсткость на качество воды

Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано , что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе водопровода отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).

Признаком такого негативного воздействия является характерный «скрип» чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство «мылкости» после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановление той защиты кожи, которой нас и так снабдила природа.