Физико-химические показатели качества воды - Жесткость воды
Жесткость - свойство воды, определенное наличием солей кальция и магния в растворенном виде.
Химия жесткости воды
Принято жесткость воды принято ассоциировать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). На самом деле, все двухвалентные катионы влияют на жесткость воды. Осадок и накипь (соли жесткости) образуются в результате взаимодействия катионов двухвалентных с анионами. Натрий Na+ - одновалентный катион не взаимодействует с анионами.
Приведем главные анионы и основные катиониты металлов, с которыми они ассоциируются и вызывают жесткость.
Катионы |
Анионы |
Магний (Mg2+) |
Сульфат (SO42-) |
Кальций (Ca2+) |
Гидрокарбонат (HCO3-) |
Железо (Fe2+) |
Нитрат (NO3-) |
Стронций (Sr2+) |
Хлорид (Cl-) |
Марганец (Mn2+) |
Силикат (SiO32-) |
Железо, марганец и стронций оказывают на жесткость не большое влияние по сравнению с кальцием и магнием.
Растворимость Алюминия и трехвалентного Железа маленькая при уровне pH природной воды, поэтому их влияние на жесткость воды также небольшое.
Виды Жесткости воды
Общая жесткость - суммарная концентрация ионов магния, кальция. Сумма карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.
Карбонатная жесткость - определена присутствием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Этот тип жесткости воды почти, что целиком устраняется при кипячении воды, и поэтому получил название временной жесткостью. При повышении температуры воды гидрокарбонаты распадаются, в результате образуется угольная кислота и выпадает в осадок карбонат кальция и гидроксид магния.
Некарбонатная жесткость - определена наличием солей кальция и магния кислот (соляной, серной, азотной). При повышении температуры не устраняется.
Единицы измерения жесткости
В мире используется несколько единиц измерения жесткости. В РФ принята в качестве единицы жесткости воды - моль на кубический метр (моль/м3). В других странах применяются немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.
Единицы жесткости воды |
||||
Моль/м3 (мг-экв/л) |
Немецкий градус, do |
Французский градус, fo |
Американский градус |
ppm (мг/дм3)СаСО3 |
1.000 |
2.804 |
5.005 |
50.050 |
50.050 |
Возникновение Жесткость
Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также прочих щелочноземельных металлов, определяющих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их образуют месторождения известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния попадают в воду вследствие реакции растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Ионы образуются при микробиологических процессах, протекающих в земле, где сбрасывается вода в донных отложениях.
Жесткость воды изменяется в больших пределах. Есть большое количество типов классификации воды в зависимости от степени жесткости. Приведем пример некоторых их них.
Жесткость воды в мг. экв |
Справочник по гидрохимии |
Водоподготовка |
Германия DIN 19643 |
USEPA |
0 – 1.5 |
Мягкая вода
|
Очень мягкая |
Мягкая
|
Мягкая |
1.5 - 1.6 |
Мягкая
|
Умеренно жесткая |
||
1.6 – 2.4 |
Средней жесткости |
|||
2.4 – 3.0 |
Достаточно жесткая |
|||
3.0 – 3.6 |
Умеренно жесткая |
Жесткая |
||
3.6 – 4.0 |
Жесткая |
|||
4.0 – 6.0 |
Средней жесткости |
|||
6.0 – 8.0 |
Жесткая |
Очень Жесткая |
Очень Жесткая |
|
8.0 – 9.0 |
Жесткая |
|||
9.0 – 12.0 |
Очень жесткая |
|||
Свыше 12.0 |
Очень Жесткая |
Как правило в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). При повышении минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) стремительно уменьшается и редко превосходит 1 г/л. Количество же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может доходить до нескольких граммов, а в соленых озерах - десятков граммов на один литр воды.
Обычно жесткость подземных вод выше жесткости поверхностных вод. Жесткость поверхностных вод колеблется в зависимости от сезона, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм3).
Влияние жесткости на качество воды
Для питьевого применения жесткость может варьироваться в зависимости от местных условий.
Порог по кальцию 2-6 мг-экв/л, в зависимости от аниона. Порог магния чуть ниже. В определенных случаях вкус воды приемлем и при 10 мг-экв/л. Большая жесткость ухудшает органолептические качества воды, придает ей горьковатый вкус и оказывает отрицательное действие на органы пищеварения.
Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи.
Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).
Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство "жестких" волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный "скрип" чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство "мылкости" после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановление той защиты кожи, которой нас и так снабдила матушка Природа.
Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.
Рассказать друзьям: