Жорсткість води

Цей термін має також інші значення див. жорсткість .

Жорсткість води - сукупність хімічних і фізичних властивостей води , Пов'язаних з утриманням в ній розчинених солей лужноземельних металів , головним чином, кальцію і магнію (так званих солей жорсткості).

Вода з великим вмістом солей називається жорсткою, з малим вмістом - м'якою. Термін «жорстка» по відношенню до води історично склався через властивостей тканин після їх прання з використанням мила на основі жирних кислот - тканину, виперіть в жорсткій воді, більш жорстка на дотик. Цей феномен пояснюється, з одного боку, сорбцией тканиною кальцієвих і магнієвих солей жирних кислот, що утворюються в процесі прання на макрорівні. З іншого боку, волокна тканини володіють іонообмінними властивостями, і, як наслідок, властивістю сорбувати многовалентние катіони - на молекулярному рівні. Розрізняють тимчасову (карбонатну) жорсткість, обумовлену гідрокарбонатами кальцію і магнію Са (НСО3) 2; Mg (НСО3) 2, і постійну (некарбонатную) жорсткість, викликану присутністю інших солей, які не виділяються при кип'ятінні води: в основному, сульфатів і хлоридів Са і Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жорстка вода при умовно сушить шкіру, в ній погано утворюється піна при використанні мила . Використання жорсткої води викликає поява осаду ( накипу ) На стінках котлів, в трубах і т. П. У той же час, використання занадто м'якої води може призводити до корозії труб, так як, в цьому випадку відсутній кислотно - лужна буферність , Яку забезпечує гідрокарбонатна (тимчасова) жорсткість. Споживання жорсткої або м'якої води зазвичай не є небезпечним для здоров'я, проте є дані про те, що висока жорсткість сприяє утворенню сечових каменів, а низька - незначно збільшує ризик серцево-судинних захворювань. [ Джерело не вказано 159 днів ] Смак природної питної води, наприклад, води джерел , Обумовлений саме присутністю солей жорсткості.

Жорсткість природних вод може варіюватися в досить широких межах і протягом року непостійна. Збільшується жорсткість через випаровування води, зменшується в сезон дощів, а також в період танення снігу і льоду.

Для чисельного вираження жорсткості води вказують концентрацію в ній катіонів кальцію і магнію. Рекомендована одиниця СІ для вимірювання концентрації - моль на кубічний метр (Моль / м³), однак, на практиці для вимірювання жорсткості використовуються градуси жорсткості і міліграм-еквіваленти на літр (Мг-екв / л).

В СРСР до 1952 року використовували градуси жорсткості, що співпадали з німецькими. В Росії для вимірювання жорсткості іноді використовувалася нормальна концентрація іонів кальцію і магнію, виражена в міліграм-еквівалентах на літр (мг-екв / л). Один мг-екв / л відповідає змісту в літрі води 20,04 міліграм Ca2 + або 12,16 міліграм Mg2 + ( атомна маса поділена на валентність ).

З 1 січня 2014 року в Росії введено державний стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Одиниця жорсткості » [1] . За новим ГОСТу жорсткість виражається в градусах жорсткості (° Ж). 1 ° Ж відповідає концентрації щелочноземельного елемента, чисельно рівної 1/2 його миллимоля на літр (1 ° Ж = 1 мг-екв / л).

Іноді вказують концентрацію, віднесену до одиниці маси , а не обсягу , особливо якщо температура води може змінюватися або якщо вода може містити пар , Що призводить до суттєвих змін щільності .

У різних країнах використовувалися (іноді використовуються досі) різні позасистемні одиниці - градуси жорсткості.

Градус Позначення Визначення Величина ° Ж ммоль / л Німецький ° dH (deutsche Härte),

° dGH (degrees of general hardness),

° dKH (для карбонатної жорсткості)

1 частина оксиду кальцію (СаО) або 0,719 частин оксиду магнію (MgO) на 100 000 частин води 0,3566 0,1783 Англійська ° e 1 гран CaCO3 на 1 англійська галон води 0,2848 0,1424 Французький ° TH 1 частина CaCO3 на 100 000 частин води 0,1998 0,0999 Американський ppm 1 частина CaCO3 на 1 000 000 частин води 0,0200 0,0100

За величиною загальної жорсткості розрізняють воду м'яку (до 2 ° Ж), середньої жорсткості (2-10 ° Ж) і жорстку (більше 10 ° Ж).

Жорсткість води поверхневих джерел істотно коливається протягом року; вона максимальна в кінці зими, мінімальна - в період паводку (наприклад, жорсткість волзької води в березні - 4,3 ° Ж, в травні - 0,5 ° Ж [2] ). У підземних водах жорсткість зазвичай вище (до 8-10, рідше до 15-20 ° Ж) і менше змінюється протягом року.

• Термозм'ягчення. Заснований на кип'ятінні води, в результаті термічно нестійкі гідрокарбонати кальцію і магнію розкладаються з утворенням накипу:

C a (HCO 3) 2 → ot C a CO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {Ca (HCO_ {3}) _ {2} {\ xrightarrow [{}] {^ {o } t}} CaCO_ {3} \ downarrow + CO_ {2} + H_ {2} O}}}

Кип'ятіння усуває тільки тимчасову (карбонатну) жорсткість. Знаходить застосування в побуті.

• Реагентне пом'якшення. Метод заснований на додаванні в воду кальцинованої соди Na2CO3 або гашеного вапна Ca (OH) 2. При цьому солі кальцію і магнію переходять в нерозчинні сполуки і, як наслідок, випадають в осад. Наприклад, додавання гашеного вапна призводить до переведення солей кальцію в нерозчинний карбонат:

C a (HCO 3) 2 + C a (OH) 2 → 2 C a CO 3 ↓ + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {Ca (HCO_ {3}) _ {2} + Ca (OH) _ {2} \ rightarrow 2CaCO_ {3} \ downarrow + 2H_ {2} O}}}

Кращим реагентом для усунення загальної жорсткості води є ортофосфат натрію Na3PO4, що входить до складу більшості препаратів побутового та промислового призначення:

3 C a (HCO 3) 2 + 2 N a 3 PO 4 → C a 3 (PO 4) 2 + 6 N a HCO 3 {\ displaystyle {\ mathsf {3Ca (HCO_ {3}) _ {2} + 2Na_ {3} PO_ {4} \ rightarrow Ca_ {3} (PO_ {4}) _ {2} + 6NaHCO_ {3}}}} 3 M g SO 4 + 2 N a 3 PO 4 → M g 3 (PO 4) 2 ↓ + 3 N a 2 SO 4 {\ displaystyle {\ mathsf {3MgSO_ {4} + 2Na_ {3} PO_ {4} \ rightarrow Mg_ {3} (PO_ {4}) _ {2} \ downarrow + 3Na_ {2} SO_ {4}}}}

Ортофосфати кальцію і магнію дуже погано розчиняються у воді, тому легко відокремлюються механічним фільтруванням. Цей метод виправданий при відносно великих витратах води, оскільки пов'язаний з вирішенням ряду специфічних проблем: фільтрації осаду, точного дозування реагенту.

• катіонірованіе . Метод заснований на використанні іонообмінної гранульованої завантаження (найчастіше іонообмінні смоли). Таке завантаження при контакті з водою поглинає катіони солей жорсткості (кальцій і магній, залізо і марганець). Натомість, в залежності від іонної форми, віддає іони натрію або водню . Ці методи відповідно називаються Na-катіонірованіе і Н-катіонірованіе. При правильно підібраною іонообмінної завантаженні жорсткість води знижується при одноступенчатом натрій-катіонірованіе до 0,05-0,1 ° Ж, при двухступенчатом - до 0,01 ° Ж.

У промисловості за допомогою іонообмінних фільтрів замінюють іони кальцію і магнію на іони натрію і калію, отримуючи м'яку воду.

• Зворотній осмос . Метод заснований на проходженні води через напівпроникні мембрани (як правило, поліамідні). Разом з солями жорсткості видаляється і більшість інших солей. Ефективність очищення може досягати 99,9%.

Розрізняють нанофільтрацію (умовний діаметр отворів мембрани дорівнює одиницям нанометрів) і пікофільтрацію (умовний діаметр отворів мембрани дорівнює одиницям пікометр). Як недоліки даного методу слід відзначити:

• необхідність попередньої підготовки води, яка подається на обратноосмотічеськую мембрану;
• відносно висока вартість 1 л одержуваної води (дороге обладнання, дорогі мембрани);
• низьку мінералізацію одержуваної води (особливо при пікофільтраціі). Вода стає практично дистильованої .

• електродіаліз . Заснований на видаленні з води солей під дією електричного поля. Видалення іонів розчинених речовин відбувається за рахунок спеціальних мембран. Так само як і при використанні технології зворотного осмосу, відбувається видалення і інших солей, крім іонів жорсткості.

Повністю очистити воду від солей жорсткості можна дистиляцією .

Постійне вживання жорсткої води може викликати порушення мінерального балансу організму (Наприклад, сечо або сечокам'яної хвороби ) [ Джерело не вказано 1593 дня ].
Використання жорсткої води для харчування і купання новонароджених збільшує ризик атопічного дерматиту і / або екземи у дітей. Середній вік перших симптомів - 3 міс. Причому поява екземи запускає механізм розвитку аутоаллергии по ланцюжку «атопічний марш»: від екземи до харчової алергії і астмі . [3]