Жорсткість води

Жорсткість води - сукупність хімічних і фізичних властивостей води, пов'язаних з утриманням в ній розчинених солей лужноземельних металів, головним чином, кальцію і магнію (так званих "солей жорсткості").

Вода з великим вмістом таких солей називається жорсткою, з малим вмістом - м'якою. Розрізняють тимчасову (карбонатну) жорсткість, обумовлену гідрокарбонатами кальцію і магнію (Са (НСО3) 2; Mg (НСО3) 2), і постійну (некарбонатную) жорсткість, викликану присутністю інших солей, які не виділяються при кип'ятінні води: в основному, сульфатів і хлоридів Са і Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жорстка вода при умовно сушить шкіру, в ній погано утворюється піна при використанні мила. Використання жорсткої води викликає поява осаду (накипу) на стінках котлів, в трубах і т. П. У той же час, використання занадто м'якої води може призводити до корозії труб, так як, в цьому випадку відсутній кислотно-лужна буферність, яку забезпечує гідрокарбонатна (тимчасова) жорсткість. Споживання жорсткої або м'якої води зазвичай не є небезпечним для здоров'я, хоча є дані про те, що висока жорсткість сприяє утворенню сечових каменів, а низька - незначно збільшує ризик серцево-судинних захворювань. Смак природної питної води, наприклад, води джерел, обумовлений саме присутністю солей жорсткості.

Жорсткість природних вод може варіюватися в досить широких межах і протягом року непостійна. Збільшується жорсткість через випаровування води, зменшується в сезон дощів, а також в період танення снігу і льоду.

Одиниці виміру

Для чисельного вираження жорсткості води вказують концентрацію в ній катіонів кальцію і магнію. Рекомендована одиниця СІ для вимірювання концентрації - моль на кубічний метр (моль / м?), Однак, на практиці для вимірювання жорсткості використовуються градуси жорсткості і міліграми еквівалента на літр (мг-екв / л).

В СРСР до 1952 року використовували градуси жорсткості, що співпадали з німецькими. У Росії для вимірювання жорсткості іноді використовувалася нормальна концентрація іонів кальцію і магнію, виражена в міліграмах еквівалента на літр (мг-екв / л). Один мг-екв / л відповідає змісту в літрі води 20,04 міліграм Ca2 + або 12,16 міліграм Mg2 + (атомна маса поділена на валентність).

З 1 січня 2005 року в Росії введено ГОСТ Р 52029-2003 Вода. За новим ГОСТу жорсткість виражається в градусах жорсткості (° Ж), що відповідає концентрації щелочноземельного елемента, чисельно рівної 1/2 його благаючи, вираженої в мг / дм? (Г / м?) (1 ° Ж = 1 мг-екв / л).

Іноді вказують концентрацію, віднесену до одиниці маси, а не обсягу, особливо, якщо температура води може змінюватися або якщо вода може містити пар, що призводить до суттєвих змін щільності.

За величиною загальної жорсткості розрізняють воду м'яку (до 2 ° Ж), середньої жорсткості (2-10 ° Ж) і жорстку (більше 10 ° Ж).

Жорсткість води поверхневих джерел істотно коливається протягом року; вона максимальна в кінці зими, мінімальна - в період паводку (наприклад, жорсткість волзької води в березні - 4,3 ° Ж, в травні - 0,5 ° Ж). У підземних водах жорсткість зазвичай вище (до 80-100 ° Ж) і менше змінюється протягом року.

методи усунення

Термозм'ягчення. Заснований на кип'ятінні води, в результаті термічно нестійкі гідрокарбонати кальцію і магнію розкладаються з утворенням накипу: Ca (HCO3) 2> CaCO3v + CO2 + H2O.

Кип'ятіння усуває тільки тимчасову (карбонатну) жорсткість. Знаходить застосування в побуті.

Реагентне пом'якшення. Метод заснований на додаванні в воду кальцинованої соди Na2CO3 або гашеного вапна Ca (OH) 2. При цьому солі кальцію і магнію переходять в нерозчинні сполуки і, як наслідок, випадають в осад. Наприклад, додавання гашеного вапна призводить до переведення солей кальцію в нерозчинний карбонат:

Ca (HCO3) 2 + Ca (OH) 2> 2CaCO3v + 2H2O

Кращим реагентом для усунення загальної жорсткості води є ортофосфат натрію Na3PO4, що входить до складу більшості препаратів побутового та промислового призначення:

3Ca (HCO3) 2 + 2Na3PO4> Ca3 (PO4) 2v + 6NaHCO3

3MgSO4 + 2Na3PO4> Mg3 (PO4) 2v + 3Na2SO4

Ортофосфати кальцію і магнію дуже погано розчиняються у воді, тому легко відокремлюються механічним фільтруванням. Цей метод виправданий при відносно великих витратах води, оскільки пов'язаний з вирішенням ряду специфічних проблем: фільтрації осаду, точного дозування реагенту.

Катіонірованіе. Метод заснований на використанні іонообмінної гранульованої завантаження (найчастіше іонообмінні смоли). Таке завантаження при контакті з водою поглинає катіони солей жорсткості (кальцій і магній, залізо і марганець). Натомість, в залежності від іонної форми, віддаючи іони натрію або водню. Ці методи відповідно називаються Na-катіонірованіе і Н-катіонірованіе. При правильно підібраною іонообмінної завантаженні жорсткість води знижується при одноступенчатом натрій-катіонірованіе до 0,05-0,1 ° Ж, при двухступенчатом - до 0,01 ° Ж. У промисловості за допомогою іонообмінних фільтрів замінюють іони кальцію і магнію на іони натрію і калію, отримуючи м'яку воду.

Зворотній осмос. Метод заснований на проходженні води через напівпроникні мембрани (як правило, поліамідні). Разом з солями жорсткості видаляється і більшість інших солей. Ефективність очищення може досягати 99,9%. Цей метод знайшов найбільше застосування в побутових системах підготовки питної води . Як недолік даного методу слід відзначити необхідність попередньої підготовки води, яка подається на обратноосмотічеськую мембрану.

Електродіаліз. Заснований на видаленні з води солей під дією електричного поля. Видалення іонів розчинених речовин відбувається за рахунок спеціальних мембран. Так само як і при використанні технології зворотного осмосу, відбувається видалення і інших солей, крім іонів жорсткості.

Повністю очистити воду від солей жорсткості можна дистиляцією.

Матеріал взято зі сторінок вільної Інтернет-енциклопедії Вікепедія .