Жорсткість води і загальний солевміст

Жорсткістю називають сукупність властивостей води, обумовлених наявністю в воді розчинних солей кальцію і магнію.
Поняття жорсткості води прийнято пов'язувати з катіонами кальцію (Са2 +) і в меншій мірі магнію (Mg2 +). Вони взаємодіють з аніонами, утворюючи з'єднання (солі жест-кістки) здатні випадати в осад. Одновалентні катіони (наприклад, натрій Na +, К +) такою властивістю не володіють. Внесок інших двовалентних катіонів в жорсткість води, як правило, не значний.

Види жорсткості.
Розрізняють такі види жорсткості.
Загальна жорсткість визначається сумарною концентрацією іонів кальцію і магнію. Являє собою суму карбонатної (тимчасової) і некарбонатних (постійної) жорсткості.
Карбонатна жорсткість обумовлена ​​наявністю у воді гідрокарбонатів і карбонатів (при рН> 8.3) кальцію і магнію. Даний тип жорсткості майже повністю усувається при кип'ятінні води і тому називається тимчасової жорсткістю. При нагріванні води гідрокарбонати розпадаються з утворенням вугільної кислоти (Н2СО3) і випаданням в осад карбонату (СаСО3) кальцію і гідроксиду магнію (Mg (OH) 2).
Некарбонатная жорсткість обумовлена ​​присутністю кальцієвих і магнієвих солей сильних кислот (сірчаної, азотної, соляної) і при кип'ятінні не зникає (постійна жорсткість).

Аніони, найбільш часто зустрічаються в природній воді:
Анион Залишок який чіслоти
Гідрокарбонат (HCO3-) Вугільна
Карбонат (CO32-) Вугільна
Сульфат (SO42-) Сірчана
Хлорид (Cl-) Соляна
Нітрат (NO3-) Азотна

Аніони, найбільш часто зустрічаються в природній воді: Одиниці виміру жорсткості.
У світовій практиці використовується кілька одиниць вимірювання жорсткості, всі вони певним чином співвідносяться один з одним. ВУкаіни Держстандартом в якості одиниці жорсткості води встановлений моль на кубічний метр (моль / м3).
Крім цього в зарубіжних країнах широко використовуються такі одиниці жорсткості, як німецький градус (do, dH), французький градус (fo), американський градус, ppm CaCO3.
Співвідношення цих одиниць жорсткості представлено в наступній таблиці:

Одиниці жорсткості води
Моль / м3 (мг-екв / л) Німецький градус, do Французький градус, fo Американський градус ppm (мг / дм3) СаСО3
1.000 2.804 5.005 50.050 50.050

Примітка:
Один німецький градус відповідає 10 мг / дм3 СаО або 17.86 мг / дм3 СаСО3 у воді.
Один французький градус відповідає 10 мг / дм3 СаСО3 у воді.
Один американський градус відповідає 1 мг / дм3 СаСО3 у воді.

походження жорсткості
Іони кальцію (Ca2 +) і магнію (Mg2 +), а також інших лужноземельних металів, які обумовлюють жорсткість, присутні у всіх мінералізованих водах. Їх джерелом є природні поклади вапняків, гіпсу і доломіту. Іони кальцію і магнію надходять у воду в результаті взаємодії розчиненого діоксиду вуглецю з мінералами і при інших процесах розчинення і хімічного вивітрювання гірських порід. Джерелом цих іонів можуть служити також мікробіологічні процеси, що протікають в грунтах на площі водозбору, в донних відкладеннях, а також стічні води різних підприємств.

Жорсткість води коливається в широких межах і існує безліч типів класифікацій води за ступенем її жорсткості. Нижче в таблиці наведені цілих чотири приклади класифікації. Дві класифікації з українських джерел - з довідника "гідрохімічні показники стану навколишнього середовища" та підручника для вищих навчальних закладів "Водопостачання" / 9 /. A дві - із зарубіжних: норми жорсткості німецького інституту стандартизації-ції (DIN 19643) та класифікація, прийнята Агентством з охорони навколишнього середовища США (USEPA) в 1986.
Таблиця наочно ілюструє набагато більш "жорсткий" підхід до проблеми жорсткості "у них". Для цього є причини, про які - нижче.

Вплив жорсткості на якість води
З точки зору застосування води для питних потреб, її прийнятність за ступенем жорсткості може істотно варіюватися залежно від місцевих умов. Поріг смаку для іона кальцію лежить (в перерахунку на мг-еквівалент) в діапазоні 2-6 мг-екв / л, в залежності від відповідного аніону, а поріг смаку для магнію і того нижче. У деяких випадках для споживачів прийнятна вода з жорсткістю вище 10 мг-екв / л. Висока жорсткість погіршує органолептичні властивості води, надаючи їй гіркуватий смак і надаючи негативний вплив на органи травлення.

Разом з тим, в залежності від рН і лужності, вода з жорсткістю вище 4 мг-екв / л може викликати в розподільній системі відкладення шлаків і накипу (карбонату кальцію), особливо при нагріванні. Саме тому нормами Котлонагляду вводяться дуже жорсткі вимоги до величини жорсткості води, використовуваної для живлення котлів (0.05-0.1 мг-екв / л).

Крім того, при взаємодії солей жорсткості з миючими речовинами (мило, пральні порошки, шампуні) відбувається утворення "мильних шлаків" у вигляді піни. Це призводить не тільки до значних перевитрат миючих засобів. Така піна після висихання залишається у вигляді нальоту на сантехніці, білизна, людській шкірі, на волоссі (неприємне відчуття "жорстких" волосся добре відоме багатьом). Головним негативним впливом цих шлаків на людину є те, що вони руйнують природну жирову плівку, якою завжди покрита нормальна шкіра і забивають її пори. Ознакою такого негативного впливу є характерний "скрип" чисто вимитого шкіри або волосся. Виявляється, що викликає у деяких роздратування почуття "милкості" після користування м'якою водою є ознакою того, що захисна жирова плівка на шкірі ціла і неушкоджена. Саме вона і ковзає. В іншому випадку, доводиться витрачатися на лосьйони, зм'якшуючим і зволожуючі креми та інші хитрощі для відновлення тієї захисту шкіри, якої нас і так забезпечила матінка Природа.

Разом з тим, необхідно згадати і про інший бік медалі. М'яка вода з жорсткістю менше 2 мг-екв / л має низьку буферну ємність (лужність) і може, в залежності від рівня рН і ряду інших факторів, надавати підвищений корозійний вплив на водопровідні труби. Тому, в ряді застосувань (особливо в теплотехніці) іноді доводиться проводити спеціальну обробку води з метою досягнення оптимального співвідношення між жорсткістю води і її корозійної активністю.

пом'якшення води
Усунення жорсткості води - пом'якшення, в сучасній водоочищення, як правило, досягається одним із таких способів:
- іонний обмін;
- зворотний осмос:

Крім методів змінюють хімічний склад розчину в процесі пом'якшення, існують способи «маскування» жорсткості води. Вони засновані на додаванні в воду речовин, що запобігають випадання осаду солей жорсткості - накипу. Для технічної води найчастіше використовується поліфосфат натрію (всім відомий «Калгон»). Він пов'язує іони кальцію і не дає утворюватися осадку.

У разі питної води іноді для «квазі-пом'якшення» воду підкислюють введенням іонів водню (Н +). У кислому середовищі не відбувається випадання осаду солей жорсткості і клієнт сприймає таку воду як пом'якшену. Причому такий спосіб дозволяє отримати більший ресурс модуля, в порівнянні з можливостями «істинного» пом'якшення. Так, наприклад, працюють водоочисники марки «Брита».
Цей спосіб всім хороший, крім того, що зайве закислення води - до рН = 5, може несприятливо впливати на здоров'я людей з порушенням кислотності шлунка. Все-таки, питна вода повинна мати рН не менш 6.

Видалення надлишкової жорсткості
У водоочисниках АКВАФОР типу глека реалізовані одночасно обидва методи боротьби з жорсткістю води. В універсальних модулях В100-5 використовується суміш іонообмінних смол в натрієвої і водневої формі, підібрана таким способом, щоб поряд з невеликим подкислением води відбувалося часткове видалення іонів кальцію.
Крім того, суміш смол в модулі володіє буферними властивостями. Тобто якщо спочатку рН води високий (> 7, вода лужна), то відбувається більше підкислення, якщо низький (<7), то подкисление происходит в меньшей степени.
Те ж саме відбувається і з жорсткістю води. У разі високої жорсткості видалення іонів кальцію відбувається в більшій мірі, а в разі невисокої жорсткості «активність» іонного обміну знижується.
Таким чином, відбувається видалення лише надлишкової жорсткості води. Однак слід брати до уваги, що процес пом'якшення води залежить не тільки від концентрації іонів кальцію, але і від його «оточення», тобто від загального складу води (аніонний фон, наявність компексообразователей, рН і т.д.)