какая бывает жесткость воды

Какая бывает жесткость воды

Жёсткость воды – совокупность ее химических и физических свойств, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния.

По величине общей жёсткости различают:

С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л).

По величине общей жёсткости различают воду:

У одного и того же водоисточника жесткость воды может меняться в течение года. Например, весной, в период паводка, жесткость воды, особенно в поверхностных источниках, уменьшается. А жарким летом в связи с повышенным испарением воды с поверхности водоема, а так же из-за редких дождей жесткость воды, наоборот, увеличивается.

В подземных источниках жесткость воды практически не меняется в течение года, и, как правило, очень высокая (до 80-100 мг-экв/л).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при пользовании мылом. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т.п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб. В этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная жёсткость.

В различных информационных источниках можно встретить информацию, что жесткая вода способствует образованию камней в мочеполовой системе, а мягкая увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Многие люди отмечают, что умываясь водой с повышенном содержанием солей, кожа лица становится суше. Однако, достоверных клинических исследований о вреде такой воды на организм человека не существует. Поэтому, вероятнее всего, потребление и использование в быту жёсткой или мягкой воды не является опасным для здоровья.

А вот бытовой технике или водопроводной системе жесткая или мягкая вода может нанести существенный вред.

Нередки случаи, кода чайник или стиральная машина выходят из строя в связи с использованием жесткой воды. Жёсткая вода вызывает появление осадка (накипи) на нагревательных элементах бытовых приборов, стенках котлов, в трубах. Особенно часто это наблюдается при использовании для бытовых и хозяйственных нужд подземных водоисточников.

В то же время, использование слишком мягкой воды может привести к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная жёсткость.

Вкусовые качества воды тоже значительно отличаются друг от друга именно из-за отсутствия или наличия в ней тех или иных солей.

Вот почему родниковая или минеральная вода нам часто очень нравится – она более насыщена солями.

Способы устранения жесткости воды:

Термоумягчение.

Самый доступный и наиболее часто используемый в быту способ. Основан на кипячении воды. В результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи.

Реагентное умягчение.

Метод основан на добавлении в воду различных реагентов, например, кальцинированной соды, гашёной извести или ортофосфата натрия. Последний, часто входит в состав бытовых средств, которые мы используем для предотвращения образования накипи в стиральных, посудомоечных машинах или других бытовых приборах.

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.

Этот метод используется в промышленности.

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 %. Этот метод является дорогостоящим.

Обратноосмотические фильтры часто применяются нами в быту.

Такая вода становится практически дистиллированной.

Электродиализ

Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля.

Дистилляция – полностью очищает воду от солей.

Часто, для смягчения воды в быту применяются механические фильтры.

Источник

Жесткость воды — единицы измерения и способы умягчения

Жесткость воды – это количество растворимых и нерастворимых солей, в основном кальция и магния, присутствующих в природной воде. Чем их больше, тем выше жесткость. Из-за переизбытка солей образуются шлаки в системе водоснабжения, быстро выходят из строя приборы, сантехника, гидрооборудование.

Для точного определения жесткости воды, (количество растворенных солей жесткости, концентрации железа, серы, магния, кальция и тд.) делаются лабораторные исследования (например в СЭС) методом химического анализа или с применением специальных приборов. В домашних условиях жесткость воды определяется с помощью тест-полосок или тестеров.

Обычная вода состоит не только из атомов водорода и кислорода, в ней так же присутствует большое количество различных примесей. Именно наличие примесей определяет жесткость воды, а единицы измерения (°Ж — градус жёсткости) показывает, насколько этот показатель превышает допустимые нормы.

Жёсткость воды требуется определять не только инженерам, которые занимаются прокладкой коммуникаций, но и обычной людям в быту. Если мы используем электрический чайник или стиральную машину с функцией нагрева воды, то все это может выйти из строя, если данный показатель будет слишком высок. Даже хорошо растворить мыло в такой воде у вас вряд ли получится.

О том, как определить уровень жесткости водопроводной воды, а также о методах борьбы с большим содержанием примесей будет подробно рассказано в данной статье.

Жёсткая и мягкая вода — в чём разница

На количество соли в воде влияет наличия растворённых в ней элементов кальция и магния. Значительно повысить этот показатель может также наличие гидрата железа, содержание которого в артезианских водах бывает избыточным.

В том случае, когда таких примесей содержится незначительное количество, её называют «мягкой». Этот показатель обычно разделяется на 3 категории:

Мягкая — это дождевая или полученная в результате перегонки жидкость. В такой воде практически отсутствуют минеральные примеси.

В большинстве случаев она может получиться и в результате длительного кипячения или добавления специальных химических реагентов.

Средняя — встречается наиболее часто в водопроводных системах, а также в родниковой и артезианской воде.

Жёсткая — к данной категории относится морская, океанская, а также вода вытекающая из пластов породы богатой минеральными отложениями. В ней может быть растворено большое количество солей. Если брать в процентном соотношении, то соленость может достигать до 33% от общего объема.

Рассмотрим разновидности жёсткости

Этот показатель принято разделять на следующие категории.

Для того чтобы точно определить этот показатель, необходимо знать какими единицами измерения это можно сделать.

Единицы измерения жёсткости

Для правильного подсчёта уровня жёсткости необходимо определить концентрацию катионов кальция и магния. В настоящее время этот показатель определяется в следующих единицах измерения:

Следует отметить, что в нашей стране выражение общей жёсткости моль/м3 стало использоваться только с 1952 года. До этого времени расчёты осуществлялись в градусах, которые были равны современному немецкому градусу.

С 2014 года в России действует международный стандарт подсчёта жёсткости, который выражается в градусах (°Ж). Один градус равен 1/2 миллимоля на литр жидкости, поэтому подсчитать уровень концентрации вещества в жидкости не составит большого труда.

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.

Методы устранения жёсткости

Для борьбы с чрезмерным содержанием солей применяются следующие методы:

Любой из предложенных способов умягчения воды позволяет справиться с высоким уровнем этого показателя, но для очистки от солей питьевой воды химический способ обычно не применяется.

Как влияет жёсткость на качество воды

Жёсткость питьевой воды влияет, прежде всего, на её вкусовые качества. Порог вкуса ионов кальция находящихся в питьевой воде составляет 2-6 мг-экв/л. Порог вкуса для ионов магния значительно ниже, поэтому самой приятной на вкус питьевой водой считается та, в которой этот показатель равен от 1,6 до 3 мг-экв/л.

В некоторых случаях вода с жёсткостью до 10 мг-экв/л может использоваться в качестве питьевой, но длительное её употребление может негативно влиять на здоровье человека. Слишком жёсткая вода нежелательна для применения в устройствах нагрева жидкости. Электрические чайники, бойлеры, стиральные и посудомоечные машины обязательно имеют в своей конструкции ТЭН, который в кратчайшие сроки «обрастает» отложениями, и процесс нагрева жидкости осуществляется менее эффективно.

Длительная эксплуатация электро нагревателя со значительным слоем накипи приводит к перегреву элемента и выходу его из строя. К счастью, для очистки от накипи достаточно растворить 2 пакетика лимонной кислоты в 1 литре воды и хорошо прокипятить чайник или любой другой водонагреватель. После чего следует тщательно промыть прибор и использовать его далее по назначению.

Источник

Жесткая вода

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 использования воды в питьевых целях, 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:

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:

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

Вред, наносимый жесткой водой технике и предметам быта

Вредные последствия воды с повышенной жесткостью для коммуникаций

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.

Источник

Что такое жесткость в воде

Что такое жесткость воды

Термин общая жесткость воды возник в результате наблюдений за состоянием тканей после стирки. Особая структура материала, состоящего из отдельных нитей, способствует накоплению упомянутых солей металлов. При большом их содержании ткань, становится жесткой и грубой. Позже было замечено, что высокая концентрация таких соединений существенно снижает эффективность моющих средств.

Основные причины образования жесткости воды

Фактически эта жидкость является универсальным растворителем, который при контакте с почвой и минералами насыщается содержащимися в ней веществами и химическими соединениями. Отвечая на вопрос о жесткости воды, и чем она обусловлена, необходимо выделить основные источники солей щелочноземельных металлов:

Помимо естественных причин повышенное содержание ионов жесткости в воды обусловлено также и техногенными. В составе стоков промышленных, строительных и коммунальных предприятий имеется большое количество примесей. В результате происходит вторичное загрязнение водоемов и водоносных слоев.

Естественные процессы химического выветривания горных пород и техногенные факторы определяют параметры жесткости воды питьевой или технической. Эти показатели неодинаковы для различных источников и постоянно изменяются:

Виды жесткости воды

Уровень содержания солей и их состав для разных источников водоснабжения как открытых, так и закрытых различаются и существенно. Возникает закономерный вопрос, а какова жесткость воды, и какой она может быть в зависимости от происхождения. Существует классификация по уровню насыщенности химическими веществами и соединениями, для удобства сведенная в таблицу:

Приведенная шкала наглядно показывает уровни жесткости воды, и в чем она измеряется в системах, принятых в разных государствах. Данная классификация отображает методические подходы к определению означенного показателя в соответствии с нормативными документами следующих стран:

При сравнительно невысоком уровне жесткости воды содержание ионов кальция в ней может достигать 70-80%, в тоже время насыщенность ионами магния редко превышает 50-60%. При увеличении уровня минерализации картина резко меняется: концентрация первых сильно уменьшается и редко доходит до 1 г/л; содержание же ионов магния часто превышает показатель 10 г/л. Такое соотношение особенно характерно для соленых озер, не имеющих стока.

Классификация вод осуществляется не только по уровню жесткости, но и с учетом ее гидрохимического состава. По данному признаку различают следующие разновидности:

Для каждого типа характерно определенное соотношение содержания солей кальция, магния и других. Соответственно методы уменьшения жесткости воды зависят от ее вида, и состав оборудования для конкретного случая определяется с учетом реальных показателей. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Общая жесткость воды

Перечисленные соли, определяющие общую жесткость воды, при кипячении не разлагаются и их удаление из жидкости требует иных методов. Для численного выражения этого показателя используют специальную физическую единицу 1 ммоль-экв./л, которая соответствует содержанию 20,04 мг/л катионов кальция либо 12,16 мг/л катионов магния.

Общая жесткость подземных вод (в некоторых регионах), а также морских и океанских может достигать 80 и даже 100 ммоль-экв/л, что делает их непригодными для использования. В тоже время в реках и озерах, находящихся в таежных районах данный показатель находится на уровне от 0,1 до 0,2 ммоль-экв/л. Такой водой практически невозможно смыть мыльный раствор.

Временная жесткость (карбонатная)

Постоянная жесткость (некарбонатная) воды

Помимо гидрокарбонатов кальция и магния в источниках водоснабжения присутствуют в значительных количествах соли азотной, серной и соляной кислоты. Под некарбонатной жесткостью воды подразумевается суммарное содержание этих химических соединений. Последние при нагревании остаются в растворенном состоянии и не выпадают в осадок.

Некарбонатная жесткость воды именно поэтому и называется постоянной, а для ее устранения необходимо специальное оборудование. Существенно уменьшить концентрацию этих растворимых соединений возможно при использовании ионообменных технологий и деминерализации. Особенно высока эффективность у современных систем умягчения.

Действующие нормативы жесткости воды

Жесткость общая воды в части гигиенических норм устанавливается требованиями СанПиН 2.1.4.1075-01, утвержденным Постановление от 26.09.2001 года. Суммарный показатель содержания солей щелочноземельных металлов не должен превышать предельно-допустимых концентраций, которые определены в размере 7,0 и 10,0 мг-экв./л. Второе значение может быть установлено только по решению главного санитарного врача с учетом используемой технологии водоподготовки для конкретного населенного пункта.

Расчет жесткости воды

При определении общей жесткости воды допускается применение вычислительных методов. Этот показатель измеряется в ммоль/дм 3 или моль/м 3 и описывается следующей формулой:

Данное уравнение позволяет вычислить среднюю жесткость воды, в ней приняты следующие обозначения:

Для того чтобы рассчитать общую жесткость воды необходимо знать молярную масса катионов кальция и магния, а также анионов сернистой кислоты. Результаты вычислений могут быть использованы для определения наиболее подходящего метода ее очистки. Подобные расчеты проводятся специалистами профильных лабораторий на основании опытных данных.

Методы определения уровня жесткости воды

Как определить жесткость воды? Точная оценка количественных параметров содержания солей производится специализированными лабораториями. В соответствии с ГОСТ 31954-2012 общая жесткость воды определяется комплексонометрическим методом в такой последовательности:

Обработка результатов, полученных с использованием описанного метода определения общей жесткости воды, выполняется по следующей формуле:

Результат испытаний согласно данному методу определения общей жесткости в питьевой воде, а также технической, вычисляется как среднеарифметическое от двух полученных значений. Это позволяет минимизировать погрешность расчетов.

Бытовые способы умягчения воды

Высокая соленость и жесткость воды, используемой в пищу и в хозяйственно-бытовых целях, может принести вред здоровью и привести к выходу из строя бытовой техники. В домашних условиях уменьшить этот показатель можно путем термической и химической обработки исходной жидкости.

Химическая обработка в целях снижения жесткости исходной воды выполняется при помощи извести и соды. Первый реагент обеспечивает умягчение жидкости с незначительным содержанием некарбонатных и высокой насыщенностью карбонатными соединениями. Для повышения эффективности данного метода дополнительно применяются реагенты коагулянты.

Комбинирование извести и пищевой соды позволяет уменьшить общую жесткость речной или колодезной воды до значений 1,4-1,8 мг экв./л. Химическая обработка обеспечивает улучшение качества жидкости по данному показателю, но требует очень точной дозировки реагентов. Кроме того она непригодна для приготовления пищи и питья.

Профессиональные методы снижения жесткости воды

При выборе установки для снижения жесткости воды, прибором для ее определения устанавливают точный гидрохимический состав и количественное содержание солей. Оборудование подбирается по результатам испытаний и с учетом требований заказчика к качеству обработанной воды.

Фильтры умягчения

Процесс уменьшения общей жесткости воды должен быть достаточно эффективным и недорогим. В настоящее время основным способом умягчения является метод натрий-катионирования (фильтры умягчения), который применяется и в быту, и в промышленных масштабах. Поток воды пропускается через ионообменные колонны, где происходит замещение кальция и магния катионами натрия. На поверхности полимерных смол происходят следующие химические реакции:

Ca 2+ + 2RNa = 2Na + + R₂Ca

Mg 2+ + 2RNa = 2Na + + R₂Mg

В результате общая жесткость доводится до уровня питьевой воды по ГОСТу, что делает возможным ее применение для приготовления пищи и хозяйственно-бытовых нужд.

Такие фильтрующие колонны применяются в составе многоступенчатых систем, в которых вода сначала очищается от механических примесей и железа. Это позволяет повысить ресурс основных картриджей, который естественным образом уменьшается в процессе расходования ионов натрия и накопления ионов жесткости. Для восстановления свойств ионообменных смол в системе предусмотрены баки с раствором поваренной соли, клапаны и блоки управления.

Когда датчик фиксирует повышение жесткости воды в ppm, подача ее перекрывается и производится обратная промывка содержимого колонны солевым раствором. После восстановления характеристик полимерных гранул, подача реагента прекращается. Открывается клапан и возобновляется процесс умягчения.

Управление работой такого фильтра, обеспечивающего уменьшение общей жесткости природной воды, в зависимости от комплектности осуществляется в автоматическом или в ручном режиме. В первом варианте используются электронные датчики и электроклапаны. Во втором случае переключение установки в режим регенерации выполняется человеком по истечении определенного периода времени.

Ионообменные фильтры

Данный метод умягчения по принципу действия в значительной мере аналогичен описанному выше. Замещение ионов, обуславливающих жесткость воды, в них происходит с помощью многокомпонентных смол типа Ecomix или Ecotar. В состав этих фильтрующих загрузок входят следующие материалы:

Применение многокомпонентных составов для фильтрующих установок позволяет снизить общую жесткость воды за счет реакции замещения катионов кальция и магния. Данная технология более универсальна в сравнении с фильтрами умягчения, однако и менее эффективна. При этом финансовые затраты на ее приобретение и содержание выше нежели у специализированных элементов.

Обратный осмос

Использование полупроницаемых мембран обеспечивает высочайший уровень очистки жидкости от всех видов примесей. В современных системах обратного осмоса показатели общей жесткости воды после кондиционирования на мембранах типа DRO-4040 или DRO-8040 снижаются более чем на порядок. Такие установки применяются для опреснения соленых воды (океанских, морских, озерных и подземных).

Мембраны имеют пористую структур, пропускающую только молекулы воды и задерживающую соединения кальция и магния (гидрокарбонатные и соли кислот). В результате происходит снижение общей жесткости воды до значений, делающих возможным ее применение в фармацевтике и микроэлектронике. Пермеат практически не содержит микроэлементов и нуждается в минерализации для питья и приготовления пищи.

Такие показатели, существенно превосходящие ГОСТ для питьевой воды по общей жесткости, явно избыточны. С учетом высоких начальных затрат на приобретение, монтаж и последующее обслуживание использовать установки обратного осмоса в быту экономически невыгодно. Гораздо эффективнее для таких целей применять традиционные фильтры умягчения.

Что такое общая жесткость воды

Получив представление о жесткости воды, и как она влияет на организм, а также на бытовую технику и другое оборудование, приходим к выводу о необходимости ее нормализации. Кустарные методы (кипячение или химобработка) не обеспечивают надлежащего качества воды. Кардинальное решение проблемы возможно только при использовании современных фильтрационных установок.

Компания Diasel Enginereeng предлагает высокоэффективные системы водоподготовки: фильтры умягчения и ионообменные, а также обратноосмотические. Мы предоставляем полный комплекс услуг по проектированию установок, подбору, монтажу и запуску оборудования. Наши специалисты обеспечивают их сервисное и гарантийное обслуживание. Перейти в раздел «Контакты».

Источник