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.
Это вода, в которой в большом количестве находятся растворенные соли, щелочноземельных металлов. В основном на жесткость воды влияют кальций и магний, соединения которых и являются основными солями жесткости.
Жесткость определяет не только возможность , но и ее применение в бытовых или промышленных нуждах.
По вкусу жесткую воду отличить очень легко – он крайне горькая. Иногда встречающийся горький вкус родниковой воды обусловлен именно наличием солей жесткости.
По внешнему виду можно узнать после кипячения. В этом случае соли выпадают в осадок, которой легко виден на дне любого сосуда.
Классификация воды по жетскости
В России жесткость воды измеряют в градусах жесткости, но она так же может быть выражена в объемной доле или массовым числом.
Официально принятая единица измерения, которая используется в системе СИ (международная система единиц ) – моль на кубический метр. Но на практике не используют перечисленные единицы измерения, предпочитая миллиэквивалент на литр (мг-экв./л).
По уровню жесткости воду делят на четыре типа:
- Мягкая вода (менее 2 миллиэквивалентов на литр);
- Нормальная вода (от 2 до 4 миллиэквивалентов на литр);
- Жесткая вода (от 4 до 6 миллиэквивалентов на литр);
- Очень жесткая вода (6 и более миллиэквивалентов на литр).
Эта классификация называется американской и при оценке жесткости воды используется чаще всего.
Подобная классификация есть и в градусах жесткости , но представляет она только 3 типа воды:
- Мягкая вода (менее 2 градусов жесткости);
- Вода средней жесткости (от 2 до 10 градусов жесткости);
- Крайне жесткая вода (от 10 градусов жесткости и больше).
Нормы жесткости воды
Нормы жесткости воды в России и мире сильно отличаются друг от друга. В России разрешена вода, жесткость которой не превышает порог в 7 миллиэквивалентов на литр , то есть, не запрещается подавать населению очень жесткую воду .
Те же показатели в Европе не могут быть больше 1,2 миллиэквивалентов на литр. Это значит, что европейцы пьют мягкую воду, жесткость которой почти в шесть раз меньше установленной в России.
Типы жесткости воды по восприимчивости к термообработке.
Первый тип – временная жесткость , когда помимо кальция и магния, в воде обнаруживаются гидрокарбонатные анионы . Ее так же называют карбонатной. Она легко удаляется при кипячении воды и никак не влияет на организм человека.
Второй тип – постоянная жесткость , еще называемая некарбонатной жесткостью. Она обусловлена наличием соединений кальция и магния, образованных в результате взаимодействия с сильными кислотами, например, серной или азотной. Такая жесткость не удаляется при кипячении воды, потому что не соли подобного типа не распадаются под воздействием температуры.
Общая жесткость воды вычисляется путем суммирования показателей карбонатной и некарбонатной жесткости.
Самые высокие показатели жесткости из-за обилия растворенных солей определяют в морской и океанической воде. Жесткость поверхностных вод обычно в несколько раз меньше грунтовых вод и влаги из подземных источников.
Вред, наносимый жесткой водой
Рассмотрем негативное воздействие чрезмерно жесткой воды на организм человека, бытовую технику и коммуникации. Чем выше параметр жесткости, тем сильнее будет значение каждого вида вредного воздействия.
Вред для здоровья человека и домашних питомцев
- Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.
- При умывании жесткая вода сушит кожу . Это происходит из-за появления «мыльных шлаков» образованных из мыла, которое не способно мылиться и растворяться в жесткой воде. Эти мыльные шлаки закупоривают поры, не давая им свободно дышать, вследствие чего могут развиваться кожные воспаления, не давать покоя зуд и жжение кожи.
- Образование тонкой корке на волосах разрушает естественную жировую пленку. Происходит это так же, как и на коже рук – «мыльные шлаки» не вымываются и постепенной накапливаются. Это может вызвать зуд кожи головы , перхоть и даже выпадение волос.
- Влияние сильно жесткой воды на здоровье животных не отличается от воздействия на человеческий организм. Существует высокий риск развития мочекаменной болезни. У питомцев, питающихся сухими кормами, этот риск возрастает в несколько раз. Возможно появление проблем с шерстью и кожей, как у собак, так и у кошек при их регулярном купании.
- Замедляется процесс приготовления пищи , из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.
Вред, наносимый жесткой водой технике и предметам быта
- Мыльные средства из-за наличия большого количества солей в воде крайне плохо пенятся и отмывают загрязнения . Поэтому количество порошков, средств, предназначенных для мытья посуды и прочих предметов бытовой химии, придется резко увеличить.
- Кроме плохого вспенивания мыльных средств, из-за контакта жесткой воды с ними образуются разводы и твердый налет на сантехнике и поверхности посуды, так как выпадает солевой осадок. Такой налет тяжело отмывается с посуды, а так же негативно влияет на сантехнику, постепенно разрушая ее поверхности.
- В процессе нагревания воды в электроприборах соли не просто выпадают в осадок, а кристаллизуются и выпадают в виде накипи . Именно накипь является основной причиной быстрой поломки водонагревательных приборов.
- Жесткая вода оставляет пятна, разводы и грязные налеты на свежевыстиранных вещах, цвет тускнеет, принты и рисунки становятся серыми. От них избавиться очень сложно и это, опять же, требует повышенных затрат моющих средств. Ткань, постиранная в жесткой воде, становится грубой и неэластичной, потому что соли забивают в ней все свободное пространство. Уменьшается прочность одежды и белья.
Вредные последствия воды с повышенной жесткостью для коммуникаций
- Соли жесткости так же, как и на бытовых приборах, выпадают в осадок или кристаллизуются , образуя на поверхности коммуникационных путей и крупных приборов и установок накипь . Накипь истончает стенки коммуникаций, впоследствии полностью разрушая их.
- Обилие выпадающих в осадок или накипь солей жесткости, приводит к частым выходом из строя крупных водонагревательных установок, типа бойлеров.
- В системах оборотного водоснабжения, образующиеся накипные отложения, водные камни и шлам из солей уменьшают проходимость труб, при этом падает теплоотдача. Падает напор воды, уменьшается количество воды в радиаторах, закупориваются входы и выходы воды из домов, что может привести к полному закупориванию коммуникационных сетей. Все это увеличивает энергозатраты .
В домашних условиях наиболее рациональный способ уменьшение жесткости воды – , которые очистят воду для питья и приготовления пищи от избытка солей. В идеале, воду для любого использования дома нужно фильтровать.
Но при этом, не нужно забывать, что показатель жесткости должен равняться определенному среднему значению. Слишком мягкая вода также не несет никакой пользы. Она повышает риск развития сердечно сосудистых заболеваний у человека, вымывает соли из организма, вызывая быстрое развитие рахита и истончение костей. В коммуникационных системах мягкая вода вызывает коррозию металлических труб.
- 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 .
Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.
Жесткость воды - это один из основных критериев качества воды.
Химия жесткости
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 ассоциируются.
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+).
Виды жесткости.
Различают следующие виды жесткости.
Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.
Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более "жесткий" подход к проблеме жесткости "у них". Тому есть причины, о которых - 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.
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/дм 3).
Влияние жесткости на качество воды.
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 восстановление 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.
Промышленные методы
С первого взгляда такое понятие, как жесткость воды, звучит странно – если бы речь шла о льде, тогда было бы все значительно понятнее. Но на самом деле этой характеристике уделяется большое внимание достаточно часто и в разных сферах, так как вода влияет на здоровье человека. Ниже мы ответим на вопрос, как именно и какие методы нужно использовать для того, чтобы определять жесткость воды.
Из этой статьи вы узнаете:
Как определить жесткость воды с помощью приборов
Как определить жесткость воды в домашних условиях
Какие соли определяют жесткость воды
Для чего необходимо определять жесткость воды
Такой показатель, как жесткость воды, напрямую зависит от того, какое количество солей кальция и магния в ней содержится. Жесткость воды – неоднозначное понятие, так как она может быть сульфатной или карбонатной, это можно определить разными способами.
По своей сути, жесткость воды – это положительно заряженные ионы кальция и магния, которые в ней растворены. Определить этот показатель можно следующим образом: если его значение высокое, то при нагреве емкости с водой на ее стенках появится налет от солей.
Человек тоже подвержен появлению подобного налета, но проявляется он совершенно по-другому: камнями в желчном пузыре, почках или печени. Определить жесткость воды важно, поскольку от этого значения зависит возможность дальнейшего использования жидкости в той или иной сфере.
У вас должны возникнуть вопросы о жесткости воды дома или в офисе в том случае, если на чайнике появилась накипь, плохо работает бойлер, стиральная машина некачественно стирает. В таких ситуациях будет полезным определить значение этого показателя, например, сдав пробу на анализ в лабораторию.
Как определить жесткость воды различного типа
Как определить карбонатную и некарбонатную жесткость воды
Карбонатная жесткость – это почти 100 % всех случаев, но для того, чтобы определить, что это именно она, нужно использовать специальные методы.
Что можно сделать, чтобы определить карбонатную жесткость воды:
произвести химическое исследование на жесткость;
обратиться в лабораторию;
купить в магазине специальный тест, который позволит определить жесткость воды;
обратиться за помощью к специалистам.
Как определить временную жесткость воды
Наличие временной жесткости воды характеризуется наличием в ее составе положительно заряженных ионов кальция, магния и железа, бикарбонатных и гидрокарбонатных анионов (II). Ее можно определить следующим образом: при нагреве такой воды происходит разложение гидрокарбонатов, но образуются малорастворимый карбонатный осадок, вода и углекислый газ.
Как определить постоянную жесткость воды
Для того чтобы определить постоянную жесткость воды, нужно выявить содержание в ней солей кальция и магния – сульфатов, фосфатов и хлоридов, которые полностью растворяются в воде и не осаждаются при кипячении. Воду можно очистить от них фильтрами с ионообменной смолой, обратным осмосом или электродиализом. Чтобы определить показатель общей жесткости воды, нужно суммировать показатели временной и постоянной жесткости.
Как определить жесткость воды в лаборатории
Как определить жесткость воды с помощью специальных приборов
Вода должна иметь оптимальный показатель жесткости, поскольку полное отсутствие солей вредно для организма человека. Если в воде, например, мало карбонатных солей, это ведет к появлению сердечнососудистых заболеваний.
Если говорить о самих емкостях, в которых вода нагревается, то мягкая вода способствует коррозии. Поэтому после работы оборудования с мягкой водой в теплоэнергетике поверхности дополнительно обрабатывают раствором, содержащим вещества, которые замедляют этот процесс.
Таким образом, вода, из какого источника вы бы ее ни взяли, имеет какой-то показатель жесткости, причем идеально, если он имеет среднее значение, ведь как избыток солей, так и их недостаток ведут к определенным последствиям.
Определить жесткость воды в наше время несложно – сейчас можно приобрести специальные приспособления для контроля этого показателя и в доме, и на производстве. Оптимальный вариант – прибор TDS-3, на рынке его можно встретить под разными торговыми названиями.
Можно использовать другое приспособление, которое позволяет определить жесткость воды, –электролизер. Это достаточно дешевый прибор.
Электорлизер не сможет определить уровень жесткости воды в цифрах, но он окрасит жидкость в определенный цвет в зависимости от того, насколько в ней много соли. После электролиза вы поймете, с какими именно примесями имеете дело также по цвету воды.
Подобный прибор вы можете изготовить сами, для этого возьмите:
-
прозрачную трубку;
-
пластиковый контейнер объемом полтора литра;
фильтр для очистки воды;
обратный клапан для воды.
нержавеющую сталь, размер 50 х 50 см;
болты М6 х 150;
Основой для будущего прибора будет служить лист нержавейки, идеально - AISI 316L, если она импортная, и 03Х16Н15М3, если она отечественная.
Теперь нержавейку нужно разметить и разрезать на 16 одинаковых квадратов, после чего у каждого из них срезаем один угол, а на противоположном углу сверлим дырку, которая пригодится чуть позже. Принцип работы электролизера заключается в движении электричества от пластины одного заряда к пластине противоположного заряда, как итог – вода распадается на кислород и водород.
Для того чтобы создать хорошее движение тока, пластины подключают поочередно: сначала положительный заряд, затем отрицательный, снова положительный и т. д. Трубка применяется для изоляции, от нее нужно отрезать кольцо, разрезав которое получаем полоску толщиной 1 мм.
Шайбы нужны для того, чтобы собрать пластины: на болт прикручиваем шайбу, потом пластину и три шайбы, потом снова пластина и так далее. На каждом заряде должно быть по восемь пластин. Все это нужно делать достаточно аккуратно, чтобы избежать соприкосновения спилов пластин с электродами.
Следующий этап создания прибора для определения качества воды – стягивание гаек и изоляция пластин, после чего помещаем то, что получилось, в пластмассовый контейнер подходящего размера.
В местах касания болтами стен бокса сверлим две дыры. Может получиться так, что болты не проходят в ёмкость, тогда обрежьте их и затяните для герметичности гайками. Теперь сверлим отверстие в крышке для штуцеров. Для создания герметичности шва обрабатываем его силиконовым герметиком.
До того как вы соберетесь определить жесткость воды таким прибором, нужно проверить, достаточно ли хорошо он работает: подключите прибор к питанию, наполните водой до болтов, накройте крышкой, подключите к штуцеру трубку и опустите другой конец трубки в воду. Если ток появится, то его можно увидеть.
Теперь ток постепенно нужно увеличивать. Дистиллированная вода из-за своей чистоты очень плохо проводит ток, поэтому для создания электролита в нее нужно добавить щелочь, например, гидроксид натрия (присутствует в средствах для очистки труб типа «Крот»). Защитный клапан предотвращает излишнее скопление газов. Поздравляем, у вас есть собственноручно изготовленный прибор, который позволит определить жесткость воды!
Как определить жесткость воды с помощью мыла
Этот способ был описан И. Шереметьевым. В его основе лежит трудность размыливания хозяйственного мыла в жесткой воде. Мыльная пена появляется в том случае, когда мыло свяжет избыток солей кальция и магния.
Определить жесткость воды этим способом можно таким образом: берем 1г хозяйственного мыла, измельчаем и постепенно, аккуратно, избегая появления пены, растворяем его в небольшом количестве горячей дистиллированной воды.
Полученный раствор переливаем в цилиндрический стакан, теперь в него нужно долить дистиллированной воды до уровня 6 см, если мыло 60 %,или до уровня 7 см, если мыло 72 % (этот процент указан на самом куске мыла). На каждый сантиметр имеющегося раствора приходится такое количество мыла, которое может связать соли жесткости, их содержится 1°dH на 1 л. воды. Теперь берем литровую банку и наполовину заполняем ее той водой, жесткость которой хотим определить. Затем при постоянном помешивании постепенно льем туда приготовленный раствор. Сначала будут видны только темные хлопья, а потом появятся цветные пузыри. Если образуется плотная белая пена, то это говорит о том, что все соли жесткости в исследуемой воде связаны. Теперь нужно посчитать, сколько сантиметров из приготовленного раствора мы вылили – каждый сантиметр связал в половине литра воды количество солей, соответствующее 2°dH, то есть если для получения пены пришлось добавить 4 см мыльного раствора, то жесткость исследуемой воды равна 8°dH.
В том случае если раствор уже закончился, а пены так и нет, мы имеем дело с жесткостью воды, превышающей 12°dH. Тогда, чтобы определить искомое значение, повторяем опыт, но исследуемую воду разбавляем дистиллированной водой в два раза. Тот результат, который получим в итоге повторного анализа, следует умножить на два, это и будет искомым показателем жесткости воды.
Обычные стаканы, как правило, имеют примерно такие параметры: объем – 200–250 мл, высота –10 см, нижний диаметр – 55 мм и более, верхний диаметр – 73 мм. Таким образом, его средний диаметр составляет примерно 63 мм. Наиболее точно определить жесткость воды у вас получится в том случае, если вы будете использовать химический цилиндрический стакан с диаметром около 6 см. Конечно, можно использовать и конусный стакан, но тогда погрешность будет большей. Хочется отметить, что абсолютной точности измерения от этого способа ждать не стоит, но точности 1–2 °dH вполне достаточно для определения состояния воды. Такая погрешность является в большей мере следствием разности верхнего и нижнего диаметров сосуда, в котором находится мыльный раствор, а также на нее влияют качество мыла, дистиллированной воды и ваш опыт осуществления данного анализа.
Этот метод очень простой и позволяет самостоятельно определить жесткость воды, поэтому такая небольшая погрешность при определении этого показателя не должна заставлять вас отказываться от его применения.
Как еще определить жесткость воды в домашних условиях
На самом деле определить жесткость воды несложно. Если вам нужно узнать точную цифру, вы всегда можете отнести пробу на анализ в лабораторию. Наиболее оптимальный способ определить жесткость воды – провести тест, используя реактив Трилон Б. Также возможно получить быстрые результаты, применив специальное оборудование, минимальная стоимость которого 10–15 у.е. Это небольшие деньги, если необходимо часто контролировать этот показатель дома.
Если у вас нет этого оборудования, но вам нужно прямо сейчас определить жесткость воды, можете воспользоваться следующим способом. Просто возьмите кусок мыла и умойтесь с ним – если пены нет и сушится кожа, при этом на лейке душа или в чайнике имеется налет, то вода жесткая. Если все наоборот, то вода мягкая или средней жесткости.
На самом деле существуют еще некоторые способы, которые позволят определить показатель жесткости:
Наиболее доступный метод предполагает определить качество воды по внешнему виду и вкусу. В идеале она прозрачная, не имеет осадка и постороннего запаха.
Чтобы определить, насколько вода чистая, ее нужно налить в прозрачный чистый стакан на 20 см и поставить на лист с текстом. Если сквозь воду текст получится прочитать, то этот показатель в норме.
Цвет воды можно определить подобным образом, только налить нужно 100 мл воды в стакан и поставить его на белую бумагу. Если в воде присутствуют примеси органики, жидкость темнеет.
По запаху можно определить чистоту жидкости. Нагрейте воду до 20°С, затем – до 60°С. Если вы замечаете неприятный гнилостный запах, значит, в ней есть примеси сероводорода.
Вкус также позволяет определить некоторые качества. Для этого налейте воду в чистую посуду, прокипятите небольшой объем воды в течение пяти минут, после чего остудите до 20°С–25°С, теперь попробуйте. Сладковатый вкус свидетельствует о содержании в ней гипса, горький – соли магния, терпкий – соли железа. Гнилостный вкус появляется от попадания в воду растительных или животных организмов. Профильтровав, можно определить наличие твердых примесей, но предварительно воду нужно отстоять в течение некоторого времени.
Попробуйте капнуть воду на стекло или зеркало. После того как жидкость испарится, изучите поверхность: если она осталась чистой – вода также чистая. Наличие пятен – явный признак плохого качества воды. Присмотритесь к аквариуму, если он у вас есть, его обитатели обычно очень чувствительны к качеству воды.
Вышеприведенные способы не позволят точно определить жесткость и качество воды, поэтому лучше всего обратиться к специалистам.
Если нужно определить жесткость воды для дома, дачи или коттеджа, лучше всего сделать анализ, так как количество магния и кальция может быть в ней любое в зависимости от множества факторов.
Вы потратите деньги на анализ, но будете точно знать, насколько эффективным окажется приобретённый фильтр.
Существует большое количество российских компаний, разрабатывающих системы водоочистки. Положившись только на себя, выбрать нужный фильтр затруднительно. Сделать дома очистную систему самим, даже если вы предварительно немного почитаете об этом, не будет достаточно эффективным способом очистки.
Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг: консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.
Таковой является компания Biokit , которая предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.
Специалисты нашей компании готовы помочь вам:
подключить систему фильтрации самостоятельно;
разобраться с процессом выбора фильтров для воды;
подобрать сменные материалы;
устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;
найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.
Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!
