Какие соли определяют постоянную жесткость воды. Параметры аквариумной воды: жесткость, pH и другие
«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
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/м3).
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.
Одним из наиболее часто задаваемых вопросов жителями города Москвы является вопрос о величине жесткости питьевой воды. Это обусловлено широким распространением в быту посудомоечных и стиральных машин, для которых расчет загрузки моющих средств осуществляется исходя из фактического значения жесткости используемой воды.
Узнать значение жесткости воды по своему адресу вы можете с помощью нашего электронного сервиса
В России жесткость измеряют в "градусах жесткости", а мировые производители используют принятые в своих странах единицы измерения. Поэтому для удобства жителей создан "Калькулятор жесткости", с помощью которого можно перевести значения жесткости из одной системы измерения в другую, чтобы правильно настроить свою бытовую технику.
| Показатель жесткости | Текущая ед.измерения | Требуемая ед.измерения | Результат расчета показателя | |
|---|---|---|---|---|
| = |
Жесткостью называют совокупность свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей, главным образом, кальция и магния ("солей жесткости") . Общая жесткость складывается из временной и постоянной. Временную жесткость можно устранить кипячением воды, что обусловлено свойством некоторых солей выпадать в осадок, образуя так называемую накипь.
Основной фактор, влияющий на величину жесткости – растворение горных пород, содержащих кальций и магний (известняки, доломиты), при прохождении через них природной воды. Поверхностные воды, в целом, более мягкие, чем подземные. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая максимума в зимний период. Минимальные величины жесткости типичны для периодов половодья или паводка, когда происходит интенсивное поступление в источники водоснабжения мягких талых или дождевых вод.
Единицы измерения жесткости
В России жесткость измеряют в "градусах жесткости" (1°Ж = 1 мг-экв/л = 1/2 моль/м3). За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды.
Единицы измерения жесткости
1°Ж = 20,04 мг Ca 2 + или 12,15 Mg 2 + в 1 дм 3 воды;
1°DH = 10 мг CaO в 1 дм 3 воды;
1°Clark = 10 мг CaCO 3 в 0,7 дм 3 воды;
1°F = 10 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды;
1 ppm = 1 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды.
Жесткость воды в некоторых городах мира
Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:
кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается. Московская питьевая вода по данным показателям соответствует рекомендациям ВОЗ.
Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:
кальций – норматив не установлен; магний – не более 50 мг/л; жесткость - не более 7°Ж.
- жёсткой называется вода с большим содержанием солей,
- мягкой с малым содержанием
- временная (карбонатная) жёсткость , - обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО 3) 2 ; Mg(НСО 3) 2 ,
- постоянная (некарбонатная) жёсткость - вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2).
Нормы жесткости воды - в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости, данные ВСТ:
|
Жесткость воды, принятая в РФ |
Жесткость воды по нормам США |
||||||||
|
°Ж = |
ppm = мг/л |
gpg |
°Ж = |
ppm = мг/л |
gpg |
||||
|
1. Мягкая вода |
< 5,608 °dGH |
Мягкая вода = Soft water |
< 3,361 °dGH |
||||||
|
2. Вода средней жесткости |
5,608 - 28,04 °dGH |
Вода средней жесткости = Moderate hardness water |
3,361 - 6,724 °dGH |
||||||
|
3. Жесткая вода |
Жесткая вода = Hard hardness water |
6,724-10,085 °dGH |
|||||||
|
Очень жесткая вода = Very Hard hardness water |
> 10,085 °dGH |
||||||||
Сравнение принятных норм жесткости воды в РФ и Европе (Германии), данные Эколайн:
Жесткость воды в некоторых городах мира - данные МВК - неизвестной достоверности:)
| Жесткость, °Ж | Кальций, мг/л | Магний, мг/л | |
|---|---|---|---|
| Москва | 2,0-5,5 | 46 | 11 |
| Париж | 5,0-6,0 | 90 | 6 |
| Берлин | 5,0-8,8 | 121 | 12 |
| Нью-Йорк | 0,3-0,4 | 6 | 1 |
| Сидней | 0,2-1,3 | 15 | 4 |
- Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:
- кальций - 20-80 мг/л; магний - 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается. Московская питьевая вода по данным показателям соответствует рекомендациям ВОЗ.
- Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:
- кальций - норматив не установлен; магний - не более 50 мг/л; жесткость - не более 7°Ж.
- Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02):
- кальций - 25-130 мг/л; магний - 5-65 мг/л; жесткость - 1,5-7°Ж.
- По содержанию кальция и магния бутилированная вода высшей категории официально ничем не лучше воды из-под крана
Перевод единиц и градусов жесткости воды - в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости:
| °Ж = 1 мг-экв/л |
mmol/L | ppm, mg/L | dGH, °dH | gpg | °e, °Clark | °fH | |
| 1 русский °Ж = 1 мг-экв/л это: | 1 | 0,5 | 50,05 | 2,804 | 2,924 | 3,511 | 5,005 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 ммоль/л = mmol/L это: | 2 | 1 | 100.1 | 5.608 | 5.847 | 7.022 | 10.01 |
| 1 американский° ppm w = mg/L = American degre: | 0,01998 | 0.009991 | 1 | 0.05603 | 0.05842 | 0.07016 | 0.1 |
| 1 немецкий° dGH, °dH это: | 0,3566 | 0.1783 | 17.85 | 1 | 1.043 | 1.252 | 1.785 |
| 1 американская популярная ед. gpg это: |
0,342 | 0.171 | 17.12 | 0.9591 | 1 | 1.201 | 1.712 |
| 1 английский °e, °Clark это: | 0,2848 | 0.1424 | 14.25 | 0.7986 | 0.8327 | 1 | 1.425 |
| 1 французский °fH это: | 0,1998 | 0.09991 | 10 | 0.5603 | 0.5842 | 0.7016 | 1 |
| Пример: 1 °Ж = 50,05 ppm | |||||||
- американские градусы жесткости воды
, внимание тут два пункта:
- gpg = Grains per Gallon : 1 (0.0648 г) CaCO 3 в 1 (3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО 3 - это не "американский градус", но очень употребляемая в штатах величина жесткости воды.
- американский градус = w = mg/L = American degre: 1 часть CaCO 3 в 1000000 частей воды 1мг/л CaCO 3
- английские градусы жесткости воды = °e = °Clark: 1 (0.0648 г) в 1 (4.546) л воды = 14.254 мг/л CaCO 3
- французские градусы жесткости воды (°fH or °f) (fh): 1 часть CaCO 3 в 100000 частей воды, или 10 мг/л CaCO 3
- немецкие градусы жесткости воды = °dH (deutsche Härte = "немецкая жесткость" может быть °dGH (общая жесткость) или °dKH (для карбонатной жёсткости)): 1 часть оксида кальция - СаО в 100000 частей воды, или 0.719 частей оксида магния - MgO в 100000 частей воды, что дает 10 мг/л СаО или 7.194 мг/л MgO
- русский (РФ) градус жесткости воды °Ж = 1 мг-экв/л: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр, что дает 50,05 мг/л CaCO 3 or 20.04 мг/л Ca2+
- ммоль/л = mmol/L: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 100.09 мг/л CaCO 3 or 40.08 мг/л Ca2+
Методы устранения жесткости воды
- Термоумягчение
. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:
- Ca(HCO 3)2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O.
- 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:
- Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
- Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:
- 3Ca(HCO 3)2 + 2Na 3 PO4 → Ca 3 (PO4)2↓ + 6NaHCO 3
- 3MgSO 4 + 2Na 3 PO 4 → Mg 3 (PO 4) 2 ↓ + 3Na 2 SO 4
- 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.
- Дистиляция: Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией .
Жёсткость воды - совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния. Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой, с малым содержанием - мягкой.
Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации - моль на кубический метр (моль/м 3), однако, на практике для измерения жёсткости чаще используется миллимоль на литр (ммоль/л). В России для измерения жёсткости чаще используется 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 Ca 2+ или 12,16 миллиграмм Mg 2+ (атомная масса делённая на валентность). По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 мг-экв/л), средней жесткости (2-10 мг-экв/л) и жёсткую (более 10 мг-экв/л).
Жесткость бывает временной и постоянной. Временная обусловлена присутствием в воде растворимых солей, например, бикарбоната кальция Са(НСО 3) 2 , она легко удаляется простым кипячением. При этом выпадают в осадок в виде накипи нерастворимые карбонаты кальция и магния.
Постоянная жесткость воды вызвана присутствием сульфатов и хлоридов все тех же кальция и магния. При нагревании они не выпадают в осадок. В открытых водоемах этот показатель часто зависит от времени года и даже от погоды.
Виды и показатели 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 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).
Влияние жесткости на здоровье человека
Питьевая вода по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий, о чем можно узнать на водопроводной станции. Порог вкуса для ионов кальция лежит (в пересчете на мг-экв) 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 жескость 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 недостаточны для выводов о причинном характере этой связи. Однако не доказано, что и мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.
Тем не менее, при использовании мягкой воды расходуется в 2 раза меньше моющих средств. Ионы кальция, взаимодействуя с мылом, образуют соли, которые не смываются водой и оставляют разводы на посуде и поверхности сантехники. Эти соли также не смываются с поверхности человеческой кожи, забивая поры и покрывая каждый волос на теле.
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, предъявляются более строгие требования по жесткости.
Как уменьшить жесткость?
Для умягчения воды есть специальные фильтры-умягчители. Наибольшее распространение имеют варианты с ионообменными материалами, которые «вытягивают» из воды ионы кальция и магния. Более эффективен способ очистки от солей жесткости с помощью обратно-осмотических мембран. Еще один простой и доступный способ - вскипятить воду. При этом содержащаяся в ней известь осядет на стенках посуды в виде известкового налета. Это очень эффективный метод, но если речь идет о большом количестве воды, то он требует больших затрат сил и энергии. Для умягчения небольших количеств воды в бытовых условиях можно использовать обычную соду.
Определение жесткости, виды жесткости, единицы измерения жесткости
Жесткость воды - мера содержания в воде растворенных солей кальция и магния. Источником их являются, в основном, известняки и доломиты. Различают постоянную жесткость, временную жесткость и общую жесткость воды.
Постоянная жесткость воды (некарбонатная) Жп - обусловливается содержанием сульфатов, хлоридов и других (кроме бикарбонатов) солей кальция и магния. При нагревании или кипячении воды они остаются в растворе.
Временная жесткость воды (устранимая, карбонатная) Жвр - обусловливается содержанием бикарбонатов. При нагревании или кипячении воды бикарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, при этом жесткая вода умягчается. Обычно карбонатная жесткость составляет 70-80% от общей жесткости.
Общая жесткость воды Ж - определяется как суммарное содержание в воде солей кальция и магния, выражается как сумма карбонатной и некарбонатной жесткости:
ж = ж п + ж вр
Жесткая вода образует накипные отложения в водонагревательных и охлаждающих системах. В первом приближении это заметно на стенках, например, чайника. При хозяйственно-бытовом использовании жесткой воды наблюдается перерасход моющих средств вследствие образования осадка кальциевых и магниевых солей жирных кислот.
Классификация природных вод по жесткости, бытовое определение жесткости воды
При оценке жесткости воды обычно воду характеризуют следующим образом:
В соответствии с ГОСТ 4151-72 общая жесткость воды измерялась в мг-экв/л. С введением с 01.01.89 года изменения №1 единицей измерения жесткости являлся моль/м 3 .С 01.01.2005 введен ГОСТ Р 52029-2003 Вода. Единица жесткости. По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж), что соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его моля, выраженной в мг/дм3 (г/м3). Ниже приводятся соотношения национальных единиц жесткости воды, принятых в других странах (ГОСТ Р 52029-2003).
Соотношения национальных единиц жесткости воды
Данные взяты из текста ГОСТа
| Страна | Обозначение единицы жесткости | Россия | Германия | Великобритания | Франция | США |
| Россия | °Ж | 1 | 2,80 | 3,51 | 5,00 | 50,04 |
| Германия | °DH | 0,357 | 1 | 1,25 | 1,78 | 17,84 |
| Великобритания | °Clark | 0,285 | 0,80 | 1 | 1,43 | 14,3 |
| Франция | °F | 0,20 | 0,56 | 0,70 | 1 | 10 |
| США | ppm | 0,02 | 0,056 | 0,070 | 0,10 | 1 |
Примечания:
°Ж = 20,04 мг Ca 2+ или 12,15 Mg 2+ в 1 дм 3 воды;
°DH = 10 мг CaO в 1 дм 3 воды;
°F = 10 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды;
ppm = 1 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды;
°Clark = 10 мг CaCO 3 в 0,7 дм 3 воды.
Численные значения жесткости измеренные в мг-экв/л, моль/м 3 , и °Ж, несмотря на различия в обозначении, равны между собой.
Источники:
Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды: В двух частях. Часть 1. / Киев: Наукова думка, 1980. - 680 с.
ГОСТ Р 52029-2003 Вода. Единица жесткости.
Рекомендации по устранению жесткости воды Высокая жесткость воды ухудшает ее органолептические свойства, жесткая вода неблагоприятно действует на организм человека. Также из-за высокой жесткости образуется накипь. Отсюда возникает необходимость устранения жесткости.
Одним из методов снижения жесткости воды является ионный обмен, который реализуется на автоматических установках умягчения воды серии KWS.
Устранение жесткости воды при помощи систем умягчения реализовано по принципу замещения ионов кальция и магния в воде ионами натрия. Происходит процесс умягчения воды - ионообменный процесс, приводящий к снижению ее жесткости.
Удаление из воды солей жесткости происходит в фильтрующих колоннах. В процессе работы системы умягчения ионообменная емкость фильтрующего материала (катионита) уменьшается. Для восстановления обменной емкости катионита проводится регенерация. Регенерация осуществляется с использованием раствора соли (NaCl) и включает несколько стадий.
Существуют также системы умягчения воды непрерывного действия с использованием двух колонн, работающих поочередно.
