В жесткой воде содержатся высокие уровни веществ каких
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 542 дня] 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 | |
|---|---|---|---|---|
| °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 1976 дней].
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]
Жесткая вода. Это словосочетание прочно засело в наше сознание. Но что мы о ней знаем? Что стирать в ней очень трудно – порошок не мылится, а ткань становится неприятной на ощупь. Еще мы знаем, что вода с повышенным уровнем жесткости вредна для кожи и волос.
Она вызывает сухость и шелушения. Также мы слышали, что она становится причиной образования накипи на электрических приборах и выхода из строя. Но откуда берется жесткость, каково ее влияние на здоровье человека и самое главное – как с ней бороться? Сегодня мы поможем в этом разобраться.
Какую воду называют жесткой
Жесткость – характеристика воды, которая означает уровень солей жесткости растворенных в ней. В основном это соли кальция и магния.
Термин «жесткая вода» активно используется в повседневной жизни. Однако не все до конца понимают значение. Он не указывает на непосредственные свойства воды. Мы не можем на ощупь определить жесткость или мягкость. Этот термин возник он из-за того, что ткани, которые стираются в такой воде, становятся менее мягкими и податливыми. Причина – пористая структура ткани, которая способна присоединять соли, образованные во время стирки.
Откуда берется повышенная жесткость воды
Хоть мы и привыкли связывать экологические проблемы с деятельностью человека, к жесткости природной воды из источников она отношения не имеет. Причина лежит под землей. А если точнее, в залежах пород: гипса, известняка, доломитов. Подземные воды растворяют в себе эти породы. В воде появляются катионы кальция и магния и других металлов, которые вступают в реакцию с анионами и непосредственно влияют на жесткость.
Поэтому в подземных источниках и в скважине жесткая вода.
Пресная вода в поверхностных источниках мягче подземных. Однако большую жесткость поверхностные воды имеют в зимний период. Но наступлением весны в них поступают талые воды и снижают жесткость.
Виды жесткости воды
Общая жесткость выражает суммарное количество солей в воде. В свою очередь она подразделяется на две разновидности: временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Видимое отличие – в образовании осадка при нагревании. Соли временной жесткости выпадают в осадок, а постоянные наоборот.
Временная жесткость особенная содержанием гидрокарбонатных или бикарбонатных соединений, которые при кипячении распадаются и образуют воду, углекислый газ и карбонат кальция. Поэтому временная жесткость полностью или частично устраняется кипячением.
Иначе дело обстоит с постоянной жесткостью. Она возникает из-за содержания в солях хлоридов, сульфатов, фосфатов, нитратов и прочих элементов. От нее невозможно избавится при помощи нагревания воды. Вещества не распадаются и не образуют осадок. А в чрезмерных количествах они вредят здоровью человека. Очищая воду, важно уделить внимание временной и постоянной жесткостям.
В чем измеряется жесткость воды
На территории РФ ее измеряют градусами жесткости. Приведу сравнительную таблицу измерения в разных странах:
В разных городах европейских стран показатель жесткости существенно отличается. Для сравнения приведу таблицу:
Качество жесткой воды
Показатель жесткости существенно влияет на вкусовые качества питьевой воды. Она приобретает неприятный горький привкус. Однако однозначных требований касательно допустимого уровня жесткости нет. Все зависит от конкретной местности проживания. Для некоторых потребителей существует одна допустимая норма, а для других она может быть в 2 раза выше.
Всемирная Организация Здравоохранения в ряде своих материалов указывает на связь жесткости и некоторых заболеваний. Однако по мнению специалистов этих данных недостаточно для установления допустимого показателя. Согласно государственному стандарту РФ, жесткость питьевой воды не должна превышать 7 мг-экв/л.
А вот для отопления и водонагревательных приборов свойства жесткой воды большое значение. Ведь чем она выше, тем вероятнее образование шлаков и накипи в трубах, бойлерах и чайниках. Поэтому наиболее приемлемый показатель – менее 4 мг-экв/л.
Существенный недостаток жесткой воды – слабое вспенивание моющих веществ. Это становится причиной значительного перерасхода. А после высыхания на поверхности белья, сантехники, вымытых поверхностей, и даже коже и волосах человека образуется невидимый налет.
При этом слишком мягкая вода с показателем менее 2 мг-экв/л обладает низкой щелочностью. Это влечет за собой повышенную способность к коррозии водопроводных труб. Поэтому важно соблюдать правильный баланс между жесткостью и мягкостью.
Приведу таблицу показателей жесткости и классификацию:
Влияние жесткой воды на организм человека
Жесткая вода содержит элементы, переизбыток которых негативно влияет на здоровье. При этом это влияние имеет видимые и невидимые последствия. Рассмотрим их подробно.
Реакция кожи на жесткую воду наиболее заметна и проявляется практически сразу. Соли жесткости вступают в реакцию с веществами в шампуне и прочими косметическими средствами и образуют особую пену, которая сложно смывается. После ее высыхания на поверхности кожи появляется пленка.
Главный вред жесткой воды и этого осадка заключается в уничтожении естественной сальной пленки, которая всегда присутствует на кожных покровах здорового человека. Она – защитный механизм кожи и противостоит микробам и агрессивным проявлениям внешней среды. Жесткая вода сушит кожу, способствует появлению шелушений и аллергий. Из-за нее беспокоит перхоть, избавится от которой не помогают даже специальные шампуни. Исчезновение защитной жировой пленки способствует появлению морщин и быстрому старению кожи.
Менее заметным оказывается влияние жесткой воды на пищеварительную систему. Чаще мы приписываем эти последствия съеденной еде. Однако свойства жесткой воды нередко вызывают нарушение работы желудка и кишечника. Они образуют соединения с животными белками из пищи и накапливаются в органах пищеварения, оседая на стенках. Соли способны нарушить ферментацию и поспособствовать накоплению токсинов.
Жесткая вода вредит сердцу и сосудам. Переизбыток кальция и магния ведет к нарушению работы сердечной мышцы. Однако и недостаток этих элементов грозит проблемами с сердечно-сосудистой системой. Фильтры для очистки жесткости воды помогают избежать этих проблем. Они способствуют нормальному балансу жесткости воды.
Проблемы с опорно-двигательным аппаратом. Подвижность нашего тела обеспечивается благодаря синовиальной жидкости, которая служит смазкой для суставов. Употребление воды с повышенной жесткостью способствует накоплению минеральных веществ, которые значительно затрудняют двигательные способности организма. Возникают боли при сгибании и разгибании суставов.
До недавнего времени жесткой воде приписывали появления камней в почках и желчных путях. Однако исследования ученых развеяли это заблуждение. На самом деле камни появляются не при переизбытке, а при нехватке кальция. Если организм не получает достаточного количества этого элемента из пищи, то он начинает брать кальций из костей. Большая часть не усваивается и образует камни во внутренних органах и шпоры на костях. При этом переизбыток магния в воде не дает правильно усваиваться кальцию и вытесняет его из организма. Поэтому частично жесткая вода – причина появления камней.
Как определить повышенную жесткость воды в домашних условиях
Внешне вода с повышенной жесткостью совершенно не отличается от обычной. Зачастую она не имеет специфического запаха или мутности. И точное содержание солей жесткости покажет только анализ. Однако есть несколько признаков, которые безошибочно укажут на ее наличие и помогут избежать вреда жесткой воды.
- Загляните в чайник. Накипь – главный признак. Если в электрическом чайнике на нагревательном элементе появилась накипь, то скорее позаботьтесь об устранении жесткости. Ведь это явление не только способно повлиять на работоспособность водонагревательных приборов, но и грозит здоровью человека.
- Краны в ванной комнате и душевая лейка. Если вы заметили, что даже после мытья обычной водой без моющих средств на них остаются белые разводы, то это признак повышенного содержания солей кальция и марганца. Это же касается и камня в душевой лейке.
- Реакция кожи. Человеческий организм чутко реагирует на превышение допустимой нормы жесткости воды. Основные признаки: после принятия ванны или душа чувствуется сухость и стянутость кожи, беспокоит зуд и шелушения.
- Количество пены. В такой воде моющие средства пенятся намного хуже, чем в воде с нормальной жесткостью. Это затрудняет проникновение частиц средства в очищаемые поверхности. В итоге получаем неэкономное использование бытовой химии.
Методы умягчения воды
Умягчением воды называют устранение или сведение до минимума солей жесткости в составе. Для определения необходимости этого процесса для проводится анализ воды. Только по результатам делаются выводы о показателе жесткости воды. Для умягчения используются такие методы:
- термическая обработка;
- химическая обработка;
- физические методы;
- мембранный метод;
- ионный обмен.
Далее рассмотрим каждый из них и определим их сильные и слабые стороны.
Термическая обработка
Простым языком – кипячение. Этот способ один из самых распространенных для умягчения воды дома. Как мы говорили ране, при нагревании гидрокарбонатные соединения (которые становятся причиной жесткой воды) распадаются и образуют осадок. Таким способом возможно частичное устранение жесткой воды.
К достоинствам метода относится простота реализации, невысокая стоимость и возможность умягчения воды дома. Он не требует дополнительного оборудования и материалов. Недостатки способа:
- малый объем полученной очищенной воды;
- необходимо ждать пока она остынет;
- образование накипи на посуде для кипячения;
- неполное устранение солей жесткости.
Химическая обработка
Этот метод подразумевает извлечение солей жесткости с применением химических реакций. В воду добавляют специальные вещества – реагенты. Их задача заключается в нейтрализации ионов кальция и магния. Это происходит благодаря выпадению осадка. Реагенты выбираются на основании исходного состава воды. Ими могут выступать: известь, едкий натр, кальцинированная и пищевая сода, синтетические реагенты. Давайте рассмотрим способы и случаи, в которых они применяются.
- Известь. Применяется для умягчения воды с высокой карбонатной жесткостью и невысокой некарбонатной. Помимо извести добавляются реагенты-коагулянты.
- Известь и сода. Комбинирование этих веществ дает возможность получить мягкую воду с показателем жесткости до 1,4-1,8 мг-экв/л.
- Если в воде значительно выражена карбонатная жесткость, то используется содо-натриевый реагент.
- Синтетические реагенты. Это коктейль из веществ, которые эффективно справляются с жесткостью в воде. К примеру, капсулы и таблетки для посудомоечных и стиральных машин.
Использование реагентов для смягчения воды позволяют значительно сократить жесткость и убрать взвеси. Однако у такого подхода есть несколько недостатков:
- появление отходов, которые требуют дальнейшей утилизации;
- точный расчет дозы вещества. В противном случае получается непригодная и даже токсичная вода;
- после использования реагентов, вода становится пригодной только для бытовых целей. Использовать для питья и для приготовления пищи нельзя. Исключением является только пищевая сода. Однако недостаток – в частичной очистке воды.
- реагенты требуют особых условий хранения.
Физические методы
Объединяют несколько способов очистки воды от солей жесткости, основой которых являются физические процессы:
- Электродиализ. Заключается в движении ионов к электродам. Таким образом металлы, входящие в состав солей жесткости, задерживаются.
- Магниты. Вода проходит через магнитные поля разной направленности. В процессе этого пути образуются крупные соединения, выпадающие в осадок.
- Магнитно-ионизационный метод. Схож с предыдущим, однако для лучшего результата применяют ионизацию.
- Ультразвук. Принцип действия напоминает магнитный метод. Также образуются крупные частицы.
- Электромагнитное излучение. Метод, который начал применятся не так давно. Под влиянием электромагнитных волн определенной частоты, ионы металлов теряют возможность создавать накипь и оседать. Такой способ борьбы с жесткостью хорош как для предотвращения накипи, так и для отслоения существующих наслоений.
Мембранный метод
Основной инструмент – высокое давление, под которым вода пропускается через полупрозрачную пленку (мембрану). Она задерживает примеси и пропускает только молекулы воды. По своим свойствам полученная вода схожа с дистиллированной. Это практически идеальный метод, который дает высокое качество получаемой жидкости.
Однако есть несколько существенных недостатков:
- требуется большое давление;
- вода очищается, но для ее употребления требуется дополнительная минерализация;
- дорогостоящее оборудование и материалы.
Ионный обмен
Этот метод умягчения основан на обмене ионов жесткости в воде (кальций и магний) с ионами фильтрующих материалов (натрий). Фильтрующими материалами выступают специальные мелкозернистые смолы.
Постоянный обмен ионами приводит к исчезновению ионов из загрузки, поэтому требуется замена или восстановление. С заменой все ясно. Но что такое восстановление? Это процесс, когда через отработанную смолу пропускают специальный раствор. Чаще всего в фильтрах для очистки жесткой воды используется обыкновенная поваренная соль. Она отдает ионы натрия загрузке, а ионы жестких металлов замещаются и устраняются.
Есть несколько типов фильтров, которые работают с помощью данного метода:
- с временными картриджами, которые требуют замены;
- колба с загрузкой, которая требует замены;
- фильтры с возможностью восстановления. Особенность – в наличии дополнительного оборудования с очищающей загрузкой.
Ионный обмен – метод, который позволяет получить хорошо умягченную воду в короткий срок. Еще одна особенность – долгий срок службы. Однако есть несколько недостатков:
- фильтры без восстановления требуют замены загрузки или картриджей.
- цена оборудования.
Комбинированный подход
Каждый метод выбирается исходя из некоторых особенностей: исходного содержания жесткости, наличия дополнительных примесей, источника воды, объекта для размещения оборудования. В некоторых случаях для достижения максимально умягченной воды используют несколько методов одновременно.
Вместо выводов
Умягчение воды – важная ступень в очистке. Жесткая вода способна вывести из строя котлы и чайники, привести к образованию накипи внутри труб отопления. Также она обладает низкими вкусовыми качествами, непригодна для питья и может вызывать проблемы со здоровьем.
Свойства жесткой воды не позволяют полноценно ее использовать для бытовых нужд. Поэтому обязательно уделите внимание умягчению. А компания Prof Water готова вам в этом помочь. Мы проведем бесплатный анализ воды на жесткость и определим уровень. И поможем подобрать оборудование, которое подойдет для вашей скважины или колодца чтобы вы и ваши близкие наслаждались только качественной водой.