Жесткость воды. Соли жесткости.


Жёсткость воды — это совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (соли жесткости). Чем выше концентрация солей жесткости в воде, тем жесткость воды выше.

Происхождение жесткости воды.

Умягчение воды

Умягчение воды — снижение (до заданных пределов) жёсткости воды природных источников удалением из неё солей кальция и магния (солей жесткости).

Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость воды, присутствуют во всех минерализованных водах. Они поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жёсткость воды в пресных природных водоёмах величина непостоянная и меняется относительно сезона. Жёсткость воды может увеличиваться из-за испарений и уменьшаться в сезон дождей, таяния снега и льда (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 мг-экв/л, в мае — 0,5 мг-экв/л).

В артезианских скважинах и глубоких колодцах вода жёстче, чем в озёрах, прудах и реках. Источником солей жесткости являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Содержание солей жесткости подземных вод зависит от залегания подземного горизонта и меняется от 100-200 мг/л до нескольких граммов на литр.

Различают следующие виды жесткости воды.

Общая жесткость воды.

Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость воды.

Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость воды.

Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Измерение жесткости воды

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов солей жесткости — кальция и магния.

Рекомендованная единица СИ (SI, фр. Le Système International d’Unités — международная система единиц, современный вариант метрической системы) для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости чаще используется миллимоль на литр (ммоль/л).

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жесткости : Немецкий°dH (degrees of hardness), °dGH (German (Deutsche) Hardness), °dKH (для карбонатной жёсткости), Американский : parts per million (ppm, mg/L), grains per gallon (gpg),  Английский (°e, e, or °Clark), Французский : (°f).

Таблица перевода величин:

mmol/L ppm, mg/L dGH, °dH gpg °e, °Clark °f
mmol/L 1 0.009991 0.1783 0.171 0.1424 0.09991
ppm, mg/L 100.1 1 17.85 17.12 14.25 10
dGH, °dH 5.608 0.05603 1 0.9591 0.7986 0.5603
gpg 5.847 0.05842 1.043 1 0.8327 0.5842
°e, °Clark 7.022 0.07016 1.252 1.201 1 0.7016
°f 10.01 0.1 1.785 1.712 1.425 1
Например: 1 mmol/L = 100.1 ppm и 1 ppm = 0.056 dGH.

В России жёсткость воды измеряется в мг-экв/л (миллиграмм-эквивалент на литр) жесткости. 1 мг-экв/л жёсткости соответствует 20,04 мг Са2+ (ионы кальция) или 12,16 мг Mg2+ (ионы магния).

По значению общей жесткости природные воды делят на группы:

  • очень мягкая вода (0–1,5 мг-экв/л)
  • мягкая вода (1,5–4 мг-экв/л)
  • вода средней жесткости (4–8 мг-экв/л)
  • жесткая вода (8–12 мг-экв/л)
  • очень жесткая вода (более 12 мг-экв/л).

По нормам ВОЗ оптимальная жесткость воды составляет 1,0-2,0 мг-экв/л. Российские СанПиН (Санитарные Правила и Нормы) запрещают централизованное снабжение водой, содержащей «соли жесткости» в концентрациях, превышающих 7 мг-экв./литр.

Проблемы связанные с жесткой водой

Регулярное использование жесткой воды в гигиенических и пищевых целях имеет целый ряд негативных последствий.

Регулярное использование жесткой воды в гигиенических и пищевых целях имеет целый ряд негативных последствий.

наилучшие вкусовые свойства вода имеет при жесткости 1,6–3,0 мг-экв/л (мягкая вода)
жесткая питьевая вода горьковата на вкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения
использование для питья жёсткой воды с большим содержанием кальциевых солей может способствовать развитию мочекаменной болезни, способствует избыточному отложению солей в организме;
в жёсткой воде значительно дольше варятся некоторые продукты (например мясо и бобовые), так как ионы кальция образуют с белками пищевых продуктов нерастворимые соединения;
жёсткая вода с высоким содержанием кальция и магния портит не только цвет, но и вкусовые качества чая и кофе;
плохая вспениваемость жёсткой воды ведёт к перерасходу моющих средств; в жесткой воде обычное натриевое мыло превращается (в присутствии ионов кальция) в нерастворимое «кальциевое мыло», образующее бесполезные хлопья. И, пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткость воды, образование пены не начнется. На 1 ммоль/л жесткости воды для такого умягчения воды теоретически затрачивается 305 мг мыла, практически – до 530.
стирка в жёсткой воде доставляет множество неприятностей : сложно достигнуть эффекта отбеливания, невозможно качественно отполоскать бельё. Это приводит к потере исходного цвета ткани: белые ткани приобретают сероватый оттенок, цветные – тускнеют;
жёсткая вода негативно влияет на состояние кожи (при умывании кожа пересушивается, что может вызывать зуд и раздражение);
мытьё головы жёсткой водой способствует сухости волос, что является предрасполагающим фактором развития перхоти, кожных заболеваний и, в конечном итоге, ломкости и потере определённого количества волос;

Но, конечно, основные неприятности, связанные с жесткой водой – от накипи .

Чтобы снизить жесткость, воду умягчают.

Умягчение воды — снижение (до заданных пределов) жёсткости воды природных источников удалением из неё солей кальция и магния (солей жесткости).