Как определить жесткость воды химия. Жесткость воды. К чему приводит жесткая вода

22.03.2021

Одним из наиболее часто задаваемых вопросов жителями города Москвы является вопрос о величине жесткости питьевой воды. Это обусловлено широким распространением в быту посудомоечных и стиральных машин, для которых расчет загрузки моющих средств осуществляется исходя из фактического значения жесткости используемой воды.

Узнать значение жесткости воды по своему адресу вы можете с помощью нашего электронного сервиса

В России жесткость измеряют в "градусах жесткости", а мировые производители используют принятые в своих странах единицы измерения. Поэтому для удобства жителей создан "Калькулятор жесткости", с помощью которого можно перевести значения жесткости из одной системы измерения в другую, чтобы правильно настроить свою бытовую технику.

Показатель жесткости	Текущая ед.измерения		Требуемая ед.измерения	Результат расчета показателя
		=

Жесткостью называют совокупность свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей, главным образом, кальция и магния ("солей жесткости") . Общая жесткость складывается из временной и постоянной. Временную жесткость можно устранить кипячением воды, что обусловлено свойством некоторых солей выпадать в осадок, образуя так называемую накипь.

Основной фактор, влияющий на величину жесткости – растворение горных пород, содержащих кальций и магний (известняки, доломиты), при прохождении через них природной воды. Поверхностные воды, в целом, более мягкие, чем подземные. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая максимума в зимний период. Минимальные величины жесткости типичны для периодов половодья или паводка, когда происходит интенсивное поступление в источники водоснабжения мягких талых или дождевых вод.

Единицы измерения жесткости

В России жесткость измеряют в "градусах жесткости" (1°Ж = 1 мг-экв/л = 1/2 моль/м3). За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды.

Единицы измерения жесткости

1°Ж = 20,04 мг Ca 2 + или 12,15 Mg 2 + в 1 дм 3 воды;
1°DH = 10 мг CaO в 1 дм 3 воды;
1°Clark = 10 мг CaCO 3 в 0,7 дм 3 воды;
1°F = 10 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды;
1 ppm = 1 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды.

Жесткость воды в некоторых городах мира

Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:
кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается. Московская питьевая вода по данным показателям соответствует рекомендациям ВОЗ.

Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:
кальций – норматив не установлен; магний – не более 50 мг/л; жесткость - не более 7°Ж.

Один из важных показателей качества воды – это её жёсткость. Жёсткость воды определяется наличием в ней солей кальция и магния. Это так называемые «соли жёсткости». Для нормального функционирования организма необходимо, чтобы их концентрация была в норме. Если же этот показатель превышен, то вода считается жёсткой. Насколько употребление такой воды опасно для здоровья человека? Давайте разберёмся.

Норма жёсткости питьевой воды: что мы пьём

Согласно государственным санитарным нормам, максимально допустимая жёсткость воды – не больше 7 ммоль/дм3. Более жёсткой является вода из подземных источников, особенно, если данная местность богата солями кальция и магния. Жёсткость воды из поверхностных источников относительно невысокая.

Жёсткая вода содержит переизбыток солей кальция и магния. По словам специалистов лаборатории «УкрХимАнализ», по такому показателю как жёсткость бракуется около половины всех исследуемых образцов. Впрочем, заподозрить, что показатель жёсткости воды превышен, можно и без специального анализа. Быстро появляется накипь на чайнике? Чай и кофе кажутся невкусными? Плохо пенятся моющие средства? Барахлит сантехника? Причиной всех этих проблем может быть именно повышенная жёсткость воды. При этом налёт на чайнике вы видите сразу, а вот проблемы с бытовой техникой (например, стиральной и посудомоечной машиной) станут заметны лишь со временем, когда уже будет необходим серьёзный ремонт. Ведь накипь образуется на внутренних поверхностях (деталях барабана, нагревательных элементах и т.п.).

Но проблемы с бытовыми приборами – это ещё пол-беды. Гораздо хуже, что превышение нормы жёсткости воды для питья может привести к серьёзным последствиям для здоровья.

Постоянно употребляя жёсткую воду, вы можете заметить, что существенно ухудшилось состояние кожи и волос. Кожа становится сухой, а волосы ломкими, тусклыми, может появиться перхоть. И это только внешние проявления. Соли откладываются в организме, что приводит к болезням суставов, а также появлению камней в почках и жёлчном пузыре.

Какая норма жёсткости воды: оптимальный показатель

Слишком жёсткая вода, как и чересчур мягкая неполезна для здоровья – утверждают специалисты. Нормальная жёсткость воды – около 3 – 4 ммоль/дм3. По результатам мониторинга, проведённого в 2014 году в разных городах Украины, повышенной жёсткостью характеризуется вода во Львове и Харькове. Дело в том, что источниками водоснабжения здесь являются подземные водоносные горизонты, а также водохранилище, подпитываемые подземными водами. В таких областных центрах как Днипро, Черкассы, Одесса, Николаев, а также Киев – нормальная жёсткость воды, соответствующая среднему показателю. Причина в том, что водоснабжение здесь идёт из поверхностных источников.

Жёсткость воды может измеряется в разных единицах, в разных странах приняты свои стандарты. Например, в Украине жёсткость может измеряться как в ммоль/дм3, так и в мг-экв/л. Так, 1 ммоль/дм3 – это 2 мг-экв/л. Также в Интернете или специальной литературе легко найти таблицу жёсткости воды, позволяющую перевести отечественные показатели жёсткости воды в единицы, принятые за рубежом (в Германии, Франции, США и т.п.).

Жёсткость воды: заботимся о здоровье

Итак, мы разобрались, какая жёсткость воды является оптимальной для организма. Как же узнать, соответствует ли вода в вашем кране этим нормам? Необходимо

Жесткостью воды называют химическое качество, определяющее объем присутствующих в жидкости примесей соляного кальция и магния. Данный показатель - одно из ключевых качеств воды, которое всегда проверяется в процессе на предмет пригодности для употребления и бытового применения. Знать о норме показателей и о том, как определить жесткость воды, крайне важно. Знание данного качества жидкости позволит сохранить здоровье и продлить работоспособность техники, так или иначе использующей в своей работе воду.

Микробиологические исследования и химические научные опыты определили, что жесткостью воды единицы измерения является содержание в ней большей части солей кальция (Са2+) и несколько меньшего количества магния (Mg2+). На самом деле ситуация обстоит так, что оба эти элементы участвуют в формировании показатель определения жесткости воды и не могут существовать отдельно. В процессе химических реакций с анионами, соли кальция и магний формируют специальные кристаллы жесткости, которые оседают на дно и в дальнейшем используются в качестве биологического материала при проверке воды и ее химического состава.

Таблица наличия в воде катионов металлов и анионов и тест на жесткость воды позволяют узнать детальней о процессе формирования кристаллов жесткости и характере их развития. Влияние на временную жесткость воды и каждого из металлов является различным и зависит от типа жидкости и источника ее происхождения. К примеру такие металлы, как стронций, железо и марганец могут оказывать на состав и степень жесткости воды менее выраженное воздействие и практически не котироваться при анализе и проведении химической экспертизы. Алюминий оказывает влияние на общую жесткость воды, только если кислотность воды достигает нужного уровня, что встречается исключительно в природных водоемах. Из этого следует, что наличие и патогенное воздействие на воду выше указанных металлов при проверке воды бытового использования практически не учитывается из-за крайне низких показателей. Крайне малое влияние на показатель жесткости воды и способы ее устранения также может оказывать барий.

Какие можно выделить типы жесткости воды?

Проверка воды на показатель жесткости проводится в несколько этапов, с учетом типа водоема, в котором был произведен забор, условий содержания жидкости и цели произведенной экспертизы. Как определить жесткость воды в домашних условиях? Чаще всего жесткость при проверке делят на следующие группы:

Жесткость воды общего типа. В процессе определения вида жесткости воды этого показателя выводится единица наибольшей концентрации солей кальция и магния. Данный показатель рассчитывается путем выведения данных о постоянной жесткости воды и непостоянной, временной жесткости некарбонатного типа. Для того чтобы смягчить воду при завышенных показателях общей жесткости используют ионизирующие фильтрующие установки для воды и таблицу жесткости воды.
Жесткость карбонатного типа. Проверка позволяет выявить наличие в составе воды карбонатных и гидрокарбонатных элементов солей кальция и магния. Такой вид жесткости нередко может называться временным, поскольку устранить завышенные показатели поможет кипячение и вываривание лишних солей. Нагревание воды способствует тому, что гидрокарбонаты и карбонаты кальция и магния раскладываются и становятся осадочным веществом на дне посудины. Такой тип не постоянной жесткости воды превращается в бытовой налет, который нередко можно наблюдать на посуде, в которой часто кипятится вода. Как устранить жесткость воды? Очистить жесткость такой воды можно также путем использования ионизирующих фильтров или механизмов для устранения лишних солей.
Жесткость воды некарбонатного типа. Данный тип проверки позволяет выявить в воде присутствие кислот солей кальция и магния сильного воздействия. В число таких кислот входят серная, азотная и соляная кислоты. Данный вид не карбонатной жесткости воды нельзя устранить простым кипячением воды и вывариванием патогенных элементов. Постоянную жесткость нередко очищают ионизирующими фильтрами или растворяющими соль веществами.

В чем измеряется жесткость воды? Стоит отметить, что мировая таблица единиц измерений имеет несколько разных обозначений для типов и разновидностей жесткости. Каждая из этих единиц взаимосвязана с остальными. На территории постсоветского пространства до их пор используют единицу моль для обозначения показателя определения общей жесткости воды. В европейских государствах могут нередко использовать такие обозначения как do, dH, fo. В США используется обозначение ppm CaCO3.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Почему вода становится жесткой?

Изначально стоит отметить, что вся жидкость мирового океана имеет определенные показатели жесткости, то есть в ее химическом составе неизменными веществами являются соли кальция и магний, а также несколько других щелочных металлов и земельных веществ. От чего зависит жесткость воды? Такой состав жидкости обуславливается тем, что минеральные воды изначально проистекают на поверхность из залежей многовековых пластов известняка и разных типов доломита. Соли кальция и магний попадают в воду путем химической связи диоксида углерода с группой минералов. Процесс выветривания и химической деформации горных пород приводит к образованию кристаллов жесткости в воде. Их источники - природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионизирующие вещества многовековых залежей, через которые протекает вода, могут появляться из-за еще не изученных биологических реакций и процессов в глубине плит на месте, из которого проистекает жидкость. Добавлять в состав побочные минералы и кристаллы способны и другие химические примеси, сточные воды, элементы и организмы окружающей среды.

Что показывает таблица жесткости воды?

Большинство минерализованной воды, которая попадает в открытые водоемы и становится источником жидкости для бытового и промышленного существования, имеет жесткость, превышающую показатели 75-85%. Как проверить жесткость воды в домашних условиях? Такой высокий показатель свидетельствует о том, что вода содержит повышенное количество солей кальция и магния из-за наличия ионизирующих горных пород. С учетом источника минеральной воды, в ряде случаев уровень жесткости не превышать 60%. Важно отметить, что от показателя минерализации напрямую зависит наличие ионов кальция. Жесткость воды, норма для питьевой воды такова: в открытых водоемах с пресной водой уровень содержания кальция не поднимается выше, чем 1 г из расчета на литр воды; соленые водоемы могут содержать примерно 10-15 г солей кальция на литр.

Стоит сказать, что показатель жесткости и концентрация солей кальция в воде напрямую определяется типом воды и местом ее расположения. Так, поверхностные воды нередко могут иметь наиболее низкие показатели жесткости, тогда как подземные водоемы или озера могут быть максимально жесткими и насыщенными солями. Концентрация солей в воде находится также в прямой зависимости от времен года и сезонных осадков. В конце зимы наличие кристаллов жесткости может увеличиваться, однако в период таяния снега и выпадения мягкой воды в виде снега и дождя кристаллы солей разбавляются и показатели жесткости заметно снижаются. Максимально жесткой вода считается в океанах и морях, где концентрация солей является максимально высокой.

Как может влиять показатель жесткости на качество жидкости?

Жесткость воды и ее показатели являются позволительными и удовлетворительными, в зависимости от цели использования жидкости. Если вода предназначается для использования в бытовых целях, показатели ее жесткости не должны превышать 2-6 мг на литр. Такая концентрация солей кальция считается максимально допустимой для бытового использования и не вредит человеческому здоровью. Прибор для измерения жесткости воды показывает, что промышленные цели использования воды могут повышать показатель жесткости до 10 мг на литр, однако не более этих рамок. Важно отметить, что вода с высоким показателем жесткости является, как правило, слишком горькой и имеет характерный запах, а также может оказывать патогенное воздействие на пищеварительную систему и желудочно-кишечный тракт, что делает ее непригодной для использования в пищевых или бытовых целях.

Важно сказать, что Всемирная организация здравоохранения проводит множество исследований и до сих пор не может найти единого ответа на вопрос о том, насколько велика патогенность влияния жесткой воды на человеческий организм и полезно ли постоянное использование в пищу только мягкой и фильтрованной воды без примесей солей и кальция. Предварительные исследования говорят о том, что некоторые типы вод с повышенным показателем жесткости могут провоцировать сердечно-сосудистые заболевания, проблемы с суставами и каменные болезни.

Специалисты компании ЭкоТестЭкспресс производят качественную аналитику жесткости воды в зависимости от требуемых целей и особенностей проверки. Связаться с нами, оставить заявку можно в онлайн-форме ниже.

Жесткость воды - это совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жесткости»).

Соли жесткости имеют разные свойства. Так, при нагреве воды, некоторые из них выпадают в осадок в виде накипи, а некоторые - не выпадают. По этому признаку их и начали разделять.

Соли, выпадающие в осадок, стали называть солями временной (или устранимой) жесткости , а соли, которые не выпадают в осадок при нагреве воды, солями постоянной жесткости.

Сульфаты, хлориды и нитраты магния и кальция, растворенные в воде, образуют постоянную (или некарбонатную) жесткость. Они выпадают в осадок исключительно при полном испарении воды.

Временная жесткость характеризуется присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-).

При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:

Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2

Общая жесткость складывается из постоянной и временной.

В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.

На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, «вклад» в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).

Жёсткость воды — происхождение

Ионы кальция (Ca 2+) и магния (Mg 2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния 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.

Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах — десятков граммов на один литр воды.

В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, 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).

Жесткость воды — единицы измерения

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). В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы - градусы жёсткости.

За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды, соотношение этих единиц представлено в таблице:

Численные значения жесткости измеренные в мг-экв/л, моль/м 3 , и °Ж, несмотря на различия в обозначении, равны между собой.

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).

УСТАНОВКИ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

Общая жесткость воды обусловлена наличием в ней ионов кальция (Са 2+) и магния (Мg 2+), реже стронция, присутствующих в форме различных солей, например, бикарбонатов, карбонатов, сульфатов, хлоридов и др. Карбонатная (или временная) жесткость воды обусловлена присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния. Бикарбонаты этих металлов неустойчивы и со временем преобразуются в нерастворимые в воде карбонатные соединения, выпадающие в осадок. Процесс извлечения из воды солей жесткости называют умягчением. Наличие в воде солей жесткости приводит к преждевременному выходу из строя водопроводных устройств и нагревательных приборов, повышенному расходу топливно-энергетических ресурсов и моющих средств, отрицательному влиянию на кожу человека.

В международной системе единиц (СИ) жесткость принято измерять в моль/м 3 , однако на практике удобнее использовать такие единицы как ммоль/дм 3 или мг-экв/л:

1моль/м 3 = 1ммоль/дм 3 = 1 мг-экв/л = 1000 мкг-экв/кг

В зависимости от вида ионов, на которые обмениваются ионы жесткости, процессы умягчения делятся на H + - и Na + - катионирование или их сочетание (параллельное или последовательное). В случае H + - катионирования снижается жесткость, солесодержание и щелочность умягченной воды, но заметно увеличивается кислотность; при Na + - катионировании снижается жесткость, но слегка увеличиваются солесодержание и щелочность обработанной воды. Следует отметить, что процесс Na + - катионирования технически более простой, экономичный и экологически более чистый; H + - катионирование применяют в специальных случаях.

Ионообменные смолы характеризуются понятиями полной, динамической и рабочей обменной емкости. Под полной обменной емкостью (ПОЕ) понимается общее число активных функциональных групп катионообменной смолы (катионита), которое определяется как эквивалентная масса катионов солей жесткости, которую теоретически способен поглотить определенный объем смолы равный 1л (удельная обменная емкость). Удельная емкость выражается в грамм-эквивалентах на литр ионообменной смолы – 1г-экв/л. Удельная обменная емкость смолы, умноженная на объем смолы, составляет расчетную обменную емкость УВО.

Полная обменная емкость является величиной постоянной, характеризующей данный конкретный вид ионообменной смолы. Отличия от паспортных данных могут быть связаны с процессами старения, условиями хранения, воздействием некоторых физических или химических факторов (например, температуры или необратимого поглощения (отравления) органики, железа, разрушения окислителями (хлор)). В реальных условиях обменная емкость катионита меньше полной из-за влияния различных факторов, связанных с условиями эксплуатации – концентрации регенеранта (восстановителя), количества регенеранта на единицу объема смолы, конструкции установок, времени контакта регенеранта со смолой и т.д. Определенная в реальных условиях эксплуатации обменная емкость смолы от восстановленного значения до момента отсутствия изменений в величине жесткости исходной и умягчаемой воды характеризует динамическую обменную емкость (ДОЕ), а до момента превышения заданного пользователем допустимого значения жесткости – рабочую обменную емкость (РОЕ).

Работа установки умягчения основана на принципе ионного обмена жестких солей кальция, магния (иногда стронция) на более мягкие соли натрия (или ионы водорода). Вместе с водой ионы жесткости поступают в колонну умягчителя, где находится слой катионообменной смолы. Рабочая среда умягчителя представляет собой ионообменную смолу в H + – или Na + - форме, пригодную для подготовки питьевой или технологической воды. По мере прохождения воды сквозь слой смолы ионы жесткости заменяют ионы натрия (водорода) в умягчителе. Это продолжается до тех пор, пока катионообменная смола не исчерпает свой ресурс. При этом умягчитель нуждается в восстановлении (регенерации) реагентом, по истечении которой система включается в рабочий режим. Регенерация рабочей емкости происходит путем обработки катионита 3-8% раствором соляной или серной кислоты (поэтапно) для H-катионита и 8-10% раствором NaCl экстра- класса чистоты для Na-катионита. Процесс приготовления раствора и регенерация катионита полностью автоматизирован. Регенерант помещается в специальный реагентный бак с подключением к инжекторной системе клапана. Частота регенерации зависит от жесткости исходной воды, ее расхода и объема катионита.

Существуют cледующие типы установок умягчения:

Установки прерывного действия . Состоят из одной колонны и одного управляющего клапана. Когда ресурс установки исчерпывается, она переходит в режим регенерации, затем – в рабочий режим. Подразделяются на:

установки с управлением по времени. Рабочий цикл определяется жестко по времени.
установки с управлением по датчику расхода. Рабочий цикл определяется по расходу воды.

Установки непрерывного действия . Работа данных установок управляется контроллером, включающим микропроцессор и датчик расхода воды. В зависимости от жесткости и расхода воды, а также количества катионита в установке, микропроцессор рассчитывает время выхода установок в режим регенерации, причем может допускаться несколько регенераций в сутки. Программируются также продолжительность циклов регенерации, резерв емкости катионита и т.д. Контроллер обладает большими возможностями диагностики неисправностей.

Установки подразделяются на:

Установки с поочередным режимом работы. Установка состоит из двух колонн и одного или двух управляющих клапанов. Когда ресурс одной из колонн исчерпывается, она переходит в режим регенерации, затем – в режим ожидания. Находившаяся при этом в режиме ожидания другая колонна автоматически переходит в рабочий режим.
Установки с параллельным режимом работы. Установка состоит из двух колонн и двух управляющих клапанов. Колонны работают в параллельном режиме. Когда ресурс одной из колонн исчерпывается, она переходит в режим регенерации, затем – в рабочий режим. Находившаяся при этом в рабочем режиме другая колонна автоматически переходит в режим регенерации, а затем в рабочий режим.

Управляющий клапан предназначен для автоматического переключения клапанов, регулирующих поток воды в установке в различных рабочих режимах – от начала регенерации до выхода установки в рабочий режим. Корпуса умягчителей, изготовленные из полиэтилена и усиленные стекловолокном, выдерживают давление до 8 атм. Бак для солевого раствора изготовлен из прочной пластмассы, устойчивой к воздействию соли. Все материалы, используемые для изготовления корпусов, баков и клапанных коробок, не выделяют вредных веществ и разрешены санэпидемслужбами для применения на пищевых производствах.