Жесткость воды — единицы измерения и способы умягчения

Жесткость в питьевой воде

Под термином жесткость воды понимается количество растворенных и нерастворенных солей, присутствующих в природных водных залежах. Водица может быть слишком мягкой или слишком жесткой. Вредны оба варианта. Недостаток солей нарушает водно-щелочной баланс в организме, избыток вызывает множественные заболевания важных органов: сердца, почек, кожи, печени. При переизбытке солей жидкость имеет горьковато-металлический вкус, может быть мутной, с разными цветовыми оттенками.

Соблюдение нормы жесткости питьевой воды очень важно для потребителей. Солями можно отравиться, они вызывают расстройство желудка, пожелтение кожи, иные неприятности. Высокая концентрация солей жесткости отрицательно сказывается на работе бытовых приборов — примеси образуют трудно-очищающуюся накипь, каменистые известковые отложения. Из-за них образуются шлаки в системе водоснабжения, быстро выходят из строя бытовые/промышленные приборы, сантехника, гидрооборудование.

Дополнительная информация

Интересные факты об очистке воды:

1. Во многих странах существовала традиция бросать серебряные монеты в колодец. Серебро реагирует с солями, но не со всеми. Основная причина отказа от использования этого металла в очистке — токсичность. По нормам СанПиН серебру присвоен 2-й класс вредности, но оно опасно только при накоплении вещества в организме.
2. Неочищенная вода была причиной многих эпидемий тифа, холеры и других заболеваний, а также низкой продолжительности жизни из-за увеличения количества вредных соединений в организме. Человечество пыталось создать очистительные сооружения начиная с древних времен. В Египте изобрели первые методы фильтрования.
3. Существует миф, что нельзя кипятить воду несколько раз, потому что в ней образуются вредные вещества, но это не так. Состав раствора от повторного нагревания не изменяется.
4. Многие считают, что бутилированная вода чище фильтрованной, но уровень содержания примесей у них одинаковый.

Подобрать подходящую систему очистки можно силами специалистов «КВАНТА +». Фильтры задерживают не все соединений, поэтому перед покупкой стоит узнать, какими солями насыщена вода.

Какие соли обуславливают жесткость природной воды, откуда они берутся

Основные соли жесткости, присутствующие в воде — это разные соединения:

• нитраты, хлориды, карбонаты магния;
• бикарбонаты, сульфаты, сульфиды кальция.

После естественного испарения или после принудительного выпаривания водного раствора соли становятся видимыми, остаются в сосуде. Именно они образуют отложения на дне и стенках посуды, чайников, санприборов. По жесткости воды легко определить, какая соль в ней явственнее присутствует. Примеси магния труднее растворяются, придают напиткам вкус горечи.

От чего зависит присутствие соли жесткости в воде

Степень жёсткости для питьевой воды определяется типом и количеством водных солей. В разной местности показатели различные. Соли проникают в водоносные пласты, вымываясь из залежей горных пород: известняков, гипсов, доломитов.

Показатели жёсткости воды являются величинами переменными, они зависят от разных факторов:

• процессов, происходящих в земной коре;
• пластов залежей ископаемых, через которые проходят водные потоки;
• интенсивности растворения песчано-каменистых пород;
• смены сезонов.

У вод, лежащих близко к поверхности и залегающих на глубине, параметры разные. Они выше там, где водный поток проходит через слои известняков. Весной, при обилии талых потоков, при их попадании в водоемы и при просачивании в подземные водные пласты, количество солей снижается. Зимой концентрация выше.

Причины появления жёсткости воды

При круговороте воды в природе жидкость превращается в пар и поднимается в верхние слои атмосферы. После конденсации она выпадает в виде осадков и не содержит примесей влияющих на жёсткость, но проходя через слой земной коры, жидкость растворяет различные породы, в которых содержатся калий и магний. Насыщаясь этими элементами вода увеличивает свою жёсткость. В море она всегда жёсткая по причине большой концентрации хлорида натрия.
При необходимости снизить концентрацию ионов калия и магния, можно применить различные методы уменьшения количества солевых примесей.

Классификация воды с солями жесткости

Какие соли жесткости присутствуют в воде? Различают общую, постоянную и временную жёсткость:

1. Карбонатная (временная) Жк — щелочной раствор с рН>8.3 содержит бикарбонаты, которые при нагревании выпадают в осадок, образуя накипь.
2. Некарбонатная (постоянная) Жнк — характеризуется присутствием анионов (хлоридов, нитратов, сульфатов), которые сохраняются даже при кипячении жидкости.
3. Общая Жо — это суммированная концентрация присутствия магния и кальция в виде ионных соединений. Сумма получается от сложения временной и постоянной величин: Жо=Жк+Жнк.

При очистке принимаются во внимание все типы: Жо, Жк, Жнк. Предельно допустимая концентрация питьевой воды по жесткости (кратко: ПДК) обычно устанавливается для общей Жо.

Нормы жесткости для воды

Нормирование определяется документами стандартизации: ГОСТ, СанПиН, ТУ. Точные данные получают, проводя испытания проб в аккредитованных лабораториях, в санэпидстанциях. Для фиксирования лабораторных показаний приняты международные единицы измерения жесткости воды:

• моль/м3 — количество молей на кубический метр жидкости;
• мг-экв/л — миллиграмм-эквиваленты на кубический дециметр (на 1 литр);
• °Ж — градус жесткости.

Измеряемая единица жесткости воды 1°Ж равна 1 мг-экв/л и равна 1/2 миллимоля на литр. Допустимые значения для ионов кальция и магния разные: для Ca2+1°Ж=20,04, для Mg2+1°Ж=12,16 мг/л (примечание: эти показатели вставляются в расчетную формулу, см. далее по тексту*).

По структуре вода может быть мягкой, средней, жесткой. Мягкой считается дистиллированная, кипяченая, дождевая, талая водичка. Жидкость средней жёсткости поступает из централизованных водопроводов. Артезианская и родниковая водица тоже отличаются средними показателями. К сильножесткой относится вододобыча из соленых водоемов, нуждающаяся в опреснении. В таблице показаны концентрации солей в разных размерных единицах.

Предельно допустимое содержание солей жесткости в воде

Влияние на здоровье человека:

Как же влияет жесткая вода на наш организм? Медики связывают появление мочекаменной болезни именно с этой особенностью воды. Но на данный момент официального подтверждения этой гипотезе нет. Но мы знаем, что слишком жесткая вода неблагоприятно влияет на органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус. Также жесткая вода сушит нашу кожу и волосы. Однако, полностью переходить на мягкую воду не рекомендуется. Наш организм нуждается в солях кальция и магния для укрепления сердечно-сосудистой системы. А вот комнатные растения лучше поливать мягкой или талой водой.

Нормы жесткости для питьевой воды

В СанПиН указаны вариативные величины, в зависимости от применения водных растворов. Жесткость воды по ГОСТУ также регламентируется в зависимости от типа и назначения жидкостей:

• Для обычной сетевой водицы определяется концентрация магния (до 50 мг/л).
• В бутилированной учитываются показатели Ca = 25-130 и Mg = 5-65 мг/л.
• Для воды, использующейся в хозяйственно-питьевых целях ПДК питьевой воды по жесткости не должно превышать 350 мг/л (7-10 мг-экв/л или 1-1,5 грамма на литр).
• Для напитков высшей категории нормой является Жо=1,5-7, для первой не более 7 мг-экв/л.
• По ВОЗ-нормативам в питьевой водице допустимо 10-30 мг магния и 20-80 мг кальция на 1 литр.
• Общая жесткость для питьевой воды по EC не выше 1,2 мг-экв/л.

Нормативно установлены нижние пределы показателей жесткости питьевой воды. В нормальной водичке обязательно должно присутствовать небольшое количество солей. Кальций полезен для организма, из напитков его микроэлементы усваивается лучше, чем из продуктов. Массовая концентрация кальция в питьевой воде не должна быть ниже 0,12, магния меньше 0,04, сульфатов и хлоридов менее 2 мг/дм3. Мягкая водичка вымывает из тела кальций, вызывая неприятные последствия — разрушаются кости и зубы. Слишком жесткая вызывает образование камней в организме, нарушает работу системы выделения. Соленая вода разрушительно действует на оборудование гидросистем, засоряет отложениями стенки трубопроводов, увеличивает расходы на нагрев.

Если в воде солей жесткости больше, чем предписано стандартами, нужно её очистить до допустимых показателей. В табличке указаны степени солевой концентрации по шкале жёсткости с показателями в промилле.

Шкала жесткости

Нормы жесткости для технической воды

Какой должна быть жесткость котловой воды — норма устанавливается отдельно для котлов с разным давлением:

• до 1,4 МПа (14 кгс/см2) = 15-20;
• 2,4 МПа (24 кгс/см2) = 10-15;
• 3,9 Мпа (40 кгс/см2)= 4-10 мкмоль/дм3(мкг-экв/дм3).

Первая (меньшая) цифра указывается для котлов, работающих на жидком топливе при тепловом потоке свыше 350 кВт на кв. метр. Вторая (большая) цифра — для котлов, работающих на иных видах топлива при тепловом потоке до 350 кВт/м2.

ГОСТ по определению жесткости в воде подскажет, какие параметры допустимы:

• для электронного производства,
• для гальваники,
• для энергетики,
• для медицинских процессов,
• для подпиточной и добавочной воды для котлов.

Раздельно нормируется питьевая вода по жесткости разных категорий: дистиллированная, сетевая, разливная. Для солей железа показатели рассчитываются отдельно.

Как определить жесткость воды

Очень сложно определить на ощупь, какая вода — жесткая или мягкая. Термин «жёсткость» возник потому, что после стирки ткани теряют мягкость, шерстистость или шелковистость, становятся неприятно жесткими на ощупь. Ткацкие или трикотажные переплетения, независимо от плотности, имеют пористую структуру. К волокнам присоединяются соли, что делает вещи после стирки более грубыми, жесткими, плотными.

Определить жесткость воды в можно как в лаборатории, так и в домашних условиях. Наличие солей жесткости можно определить визуально:

• Напитки имеют неприятный горчащий вкус.
• Чаи завариваются дольше обычного.
• Мясо при варке становится неприятно жестким.
• На стенках посуды заметны солевые отложения.
• На приборах образуется обильная накипь.
• На волосах после мытья и на расческе остается белесый налет.
• Мыло и порошок плохо пенятся, при стирке увеличивается их расход.

Повышенная жесткость питьевой воды может причинить ущерб здоровью и нагревательным приборам. Не зная точных показателей концентрации солей, сложно рассчитать дозу средств от накипи для стирально-сушильных агрегатов или запрограммировать на чистку кофемашину. Трудно обеспечить комфортное обитание рыбкам в аквариуме или правильно выбрать фильтры очистки. Помимо визуальной оценки лучше использовать более точные измерительные методы определения жесткости питьевой и технической воды.

Измерение жесткости воды

Перед употреблением в пищу, перед поливом огорода, перед подачей в трубопроводы или перед техническим применением воды для производственных процессов полезно проверить наличие солей жесткости. Такая проверка снимет претензии потребителей к водоснабжающим компаниям, продлит срок службы дорогого промышленного оборудования.

Для измерения жесткости воды используют бытовые и профессиональные приборы:

1. Медицинские полоски, продающиеся в аптеках, выдают хороший результат с точностью до 1-2°Ж.
2. Экспресс-тесты для аквариума позволяют следить за подачей воды в емкости с водными обитателями или проверять растворы, предназначенные для полива растений.
3. Солемер, спектроанализатор, TDS и EC-метр показывают содержание солей и иные параметры: удельную электропроводность, сопротивление раствора.

Полезно заказать исследование в лаборатории, чтобы получить точные результаты с подтверждающей документацией. Тогда не придется думать, чем определить жесткость воды, не нужно покупать измерительные приборы или рассчитывать показатели по косвенным параметрам, используя формулы.

Как определить жесткость воды по формуле

Определить жесткость воды можно по формуле. Для определения общих показателей нужно выполнить расчет:

Жо = [Ca2+] + [Mg2+] = (m(Ca2+))/(Э(Ca2+) x V(H2O)) + (m(Mg2+))/(Э(Mg2+) x V(H2O)),

где:

[Ca2+]; [Mg2+] — концентрация ионов кальция и магния, в мг-экв/дм3;

m(Ca2+); m(Mg2+) — содержание ионов в мг;

V(H2O) — объем воды, дм3;

Э -эквивалентная масса ионов* (её значения уже приводились в тексте: Ca2+=20,04; Mg2+=12,16 мг/лили г/моль).

Расчетный результат получается в единицах: мг-экв/дм3.

Далее вычисляют временную или постоянную жёсткость. Рассчитанную величину вычитают из Жо и получают значения всех трёх категорий Ж.

Карбонатная Жк вычисляется по формуле:

Жк = [HCO3-] = (m(HCO3))/(Э(HCO3) х V(H2O))

Некарбонатная: Жнк=Жо-Жк.

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

1. Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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

1. 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.
2. Обилие выпадающих в осадок или накипь солей жесткости, приводит к частым выходом из строя крупных водонагревательных установок, типа бойлеров.
3. 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 – использование фильтров, 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.

Сохраните статью в соцсети:

Alex, 28 апреля 2021.